分戶供暖溫控計費裝置及熱費計算方法

2023-05-20 20:38:21

專利名稱：分戶供暖溫控計費裝置及熱費計算方法
技術領域：
本發明涉及一種供暖溫控計費裝置及熱費計算方法，具體的說是適用於雙管制的分戶供暖溫控計費裝置及熱費計算方法。
背景技術：
目前，歐美國家分戶計量熱量的方法基本有以下三種用熱能表直接測定用戶從供熱系統中消耗的熱量；通過測定用戶散熱設備的散熱量來確定用戶的耗熱量；通過測定用戶房間的熱負荷(溫度)來確定用戶的耗熱量。其中第一種方法能準確反映用戶耗熱的多少，但是計量精度容易受到水質的影響，穩定性不高，同時不能解決當一戶停止用熱時對周圍鄰居的吸熱影響，也不能解決由於冷山、頂層等因素造成的相同舒適度熱耗增加的問題。第二種方法實施成本較低，且對室內管道分布沒有特殊要求，但是測量精度不高，且安裝、維護、測試、管理過程比較複雜，難以避免使用過程中的人為損壞，存在用戶對蒸發器作弊的可能性。第三種方法按照相同舒適度繳納相同熱費的原則把溫度直接變為商品，是老百姓容易接受的方法，同時也限制了不採暖房間對鄰居吸熱所造成的『有溫度不繳費』的問題，但是無法限制開窗等浪費現象，不利於節能。這些方法存在的問題是分戶計量推廣工作在技術方面的主要障礙。

發明內容
本發明為解決現有技術中的不足，其目的在於提供一種能夠實現公平計費的分戶供暖溫控計費裝置及熱費計算方法。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是本發明裝置包括溫度採集器及控制器，該溫度採集器安裝於室內，其輸入端接有室內溫度傳感器；該控制器的輸入端接有室外溫度傳感器、供水溫度傳感器及回水溫度傳感器，模擬輸出端經驅動放大器與電動調節閥相連，控制器中的第2中央處理器中存有現場參數自動標定程序，溫度採集器與控制器通過通訊接口進行通訊連接。
所述溫度採集器具有第一中央處理器，其模擬量輸入端與室內溫度傳感器相連；第一中央處理器的數字量輸出端接有第一顯示器；第一中央處理器的數字量輸入端接有第一鍵盤；第一中央處理器通過第一通訊接口與控制器進行通訊連接；所述控制器具有第二中央處理器，其模擬量輸入端與室外溫度傳感器、供水溫度傳感器、回水溫度傳感器及閥位反饋信號相連；第二中央處理器的數字量輸出端接至第二顯示器；第二中央處理器的數字量輸入端接有地址開關；第二中央處理器的第二通訊接口還接有抄表；第二中央處理器的數字量輸入管腳接有IC卡接口；第二中央處理器的數字輸入端與相鄰住戶採暖開關信號相連；第二中央處理器的數字量輸出端將本住戶採暖開關信號接至相鄰住戶控制器採暖信號輸入端；第二中央處理器的模擬量輸出端經驅動放大器接有電動調節閥。
本發明方法具有以下步驟現場標定供暖參數；根據供暖參數計算加權值；計算熱當量；計算住戶需承擔的熱費。
所述現場標定供暖參數具體為在正式計費前啟動現場參數自動標定程序進行自動標定，生成該住戶的供暖參數表；按房間溫度的標定範圍溫度每升高1℃，標定一次供暖參數，所述供暖參數包括供水溫度、回水溫度、室外溫度、房間溫度及供水閥門開度；所述計算加權值具體為在當前時刻測得房內平均溫度為Tn(x·τ)，供水溫度為Tg(x·τ)，回水溫度為Th(x·τ)，室外溫度為Tw(x·τ)，閥門實際開度為KDs(x·τ)，其中τ為採樣周期，x＝1......M，M為採暖總時間除以採樣周期τ得到的整數值；查該住戶的供暖參數表，得到當房間溫度為Tn(x·τ)時，供水溫度為Tg，回水溫度為Th，室外溫度為Tw，閥門開度為KD，則當系統供水為定壓力、閥門為線性調節閥時，得出如下表達式則KD(x)=(Tg-Th)[Tn(x)-Tw(x)][Tg(x)-Th(x)](Tn(x)-Tw)KD----(1)]]>其中q、q(x·τ)分別為標定時及當前時刻住戶採暖供水流量，KD(x·τ)為當前閥門理論開度，則該用戶當前的加權值為K(x)=KDs(x)KD(x)----(2)]]>所述計算熱當量，具體為Q(i,j,k)=S(i,j,k)x=1MK(x)[Tn(x)-Tw(x)]----(3)]]>當K(x·τ)＞1時，控制器查詢相鄰住戶採暖開關信號如果為關信號，算式(3)中K(x·τ)＝1；否則K(x·τ)將按算式(2)的計算結果參與算式(3)的熱當量的計算；所述採暖關信號產生條件是相鄰住戶關閉溫控器及/或相鄰住戶將房間溫度設為防凍溫度；所述計算住戶需承擔的熱費，具體為由樓熱力入口總熱能表讀數計算出該樓的總熱費Y，用下式計算樓內該住戶應該分攤的熱費Y(i,j,k)=Yi=1n1j=1n2k=1n3Q(i,j,k)Q(i,j,k).]]>
本發明具有以下優點及有益效果1.實現了在溫度面前人人平等。由於本發明採用溫度加權法計算熱費，而加權值的標定充分考慮了相鄰住戶房間吸收熱量的情況、房間所在不同位置的影響及自身開窗等浪費現象，因而能夠合理地計算出相同舒適度下住戶支出的費用；2.避免人為公攤費用。沒人居住的空房由於吸收相鄰住戶的熱量，也會有溫度，用本發明方法計算會得出其需要繳納的費用，避免了人為規定公攤費用的不合理現象；3.充分考慮了受相鄰不採暖房間影響的住戶。按本發明方法計算，如該住戶房間溫度降低，費用也會減少，如果由於閥門開度加大溫度沒有降低，費用也不會增加，因為按本發明的計算方法，該住戶加權值為1，增加的熱費由不採暖住戶承擔；4.有效控制浪費現象的發生。根據本發明計算方法，如果住戶開窗散熱，而室內溫度保持不變，會造成加權值增加，支出的費用也要增加，以此限制浪費，鼓勵節能；5.充分考慮了位於冷山、底層或頂層的住戶。由於冷山、底層或頂層房間熱負荷大，在標定時，作為加權計算基準的閥門開度比其它房間要大。在遇到熱負荷擾動時，閥門的開度將在標定的基準值基礎上增減，其加權值的計算結果與其他房間基本相同。因此在按舒適度及加權值進行收費的系統中，冷山、頂層、底層的住戶，不會增加額外費用。


圖1為本發明裝置構成框圖；圖2為本發明電氣原理圖(一)；圖3為本發明電氣原理圖(二)；圖4為本發明實施例說明圖。
具體實施例方式
本發明適用於每個單元管道井裡安裝供回水立管，且從供回水立管上引出每戶的水平支管，水平支管與散熱器採用雙管並聯或單管串聯的分戶供暖及通過積、分水器與地埋管相聯的地熱供暖系統的溫控計費裝置及熱費計算方法。
如圖1、圖4所示，為雙管制供暖系統，並由虛線劃分出相鄰的5個住戶單元。在樓熱力管道總入口處安裝熱量總表1，記錄樓內所有住戶消耗的熱能總量，而每個住戶設置一套溫控計費裝置，其功能是對每個房間的溫度進行採集，對平均溫度進行控制，並計算該用戶消耗的熱當量。本實施例以中間住戶為例，該住戶有樓上、樓下、左、右四家鄰居，在該住戶室內安裝分戶供暖溫控計費裝置，包括溫度採集器3及控制器2，該溫度採集器3安裝於室內需要暖氣或地熱採暖的房間內，如圖2所示，具有第一中央處理器U1，其輸入端接有室內溫度傳感器T1，本實施例最多採用6路溫度傳感器，安裝於不同的房間內，分別採集該住戶各房間的溫度；第一中央處理器U1的數字量輸出端接有第一顯示器U4，用於顯示時間、溫度及設置的參數；第一中央處理器U1的數字量輸入端接有第一鍵盤U3，用以設置溫度和時間；第一中央處理器U1通過第一通訊接口U2與控制器2進行通訊連接；如圖3所示，該控制器2具有第二中央處理器U7，其模擬量輸入端接有室外溫度傳感器T2、供水溫度傳感器T3、回水溫度傳感器T4及電動調節閥5的閥位反饋信號，模擬量輸出端經驅動放大器U10接至電動調節閥5(本實施例採用三通閥)的執行器，第二中央處理器U7的數字輸入端與相鄰住戶採暖開關信號S1相連，本實施例中該信號為四路，分別接自四戶鄰居的控制器，用於檢測相鄰住戶採暖系統的開關情況；第二中央處理器U7的數字量輸出端接有第二顯示器U11，用於顯示熱當量或IC卡儲存的熱費餘額；第二中央處理器U7的數字量輸入端接有地址開關U9，用於進行地址編碼；第二中央處理器U7通過第二通訊接口U6還可與抄表U13連接，其功能是在採暖季節開始時，對溫度控制器3進行初始化操作，抄表U13的結構與功能與「風機盤管計量控制裝置及熱量計量方法」(專利號20051004681514)中所述抄表相同；第二中央處理器U7的數字量輸入管腳與IC卡接口U8相連，在熱費量化後可根據IC卡熱費儲值控制閥門開關；第二中央處理器U7的數字量輸出端將本住戶採暖開關信號S2接至相鄰住戶控制器採暖信號輸入端；控制器2中的第二中央處理器U7中存有現場參數自動標定程序。
本發明裝置的工作過程如下通過設在各個獨立生活空間的溫度傳感器T1採集各個房間的溫度並計算其加權平均值，然後通過串口及通訊接口把設定溫度和平均溫度傳輸給設於管道井內的控制器2，控制器2自動調節電動調節閥5的開度，使房間的平均溫度達到設定值。各個獨立房間的溫度，用戶可根據需要通過手閥7自行調節，如圖4所示，6為散熱器，12為減壓閥，其作用是維持採暖水系統壓力穩定；控制器2根據標定的該住戶供暖參數及接收各溫度信號、相鄰住戶採暖開關信號S1，在運行中計算加權值和熱當量；控制器2在熱費量化後可根據IC卡熱費儲值控制閥門開關；控制器2還可通過抄表在採暖季節開始時，對控制器2進行初始化操作，在採暖結束時讀取控制器2的熱當量，並上傳給計費計算機以進行熱費計算。
本發明分戶供暖熱費計算方法包括現場標定供暖參數、根據供暖參數計算加權值、計算熱當量及計算住戶需承擔的熱費四個部分，具體為1)現場標定供暖參數啟動現場參數自動標定程序(啟動時間由抄表設置)，通過該程序自動標定房間溫度在5～24℃之間、溫度每升高1℃時對應的供水溫度、回水溫度、室外溫度及調節閥的開度。設其中一組對應的參數分別為房間溫度20℃；供水溫度65℃；回水溫度55℃；室外溫度-18℃；閥門開度80％。
2)根據供暖參數計算加權值在運行中，某時刻房間溫度為20℃；供水溫度68℃；回水溫度56℃；室外溫度-20℃；閥門的實際開度85％；閥門的理論開度
/(20-(-18))×80％＝0.7則該用戶當前的加權值為K(x)=KDS(x)KD(x)=0.85/0.7=1.21]]>這個數字說明該用戶可能自開窗或相鄰用戶關閉採暖系統，如為該用戶自開窗，即控制器沒有收到相鄰住戶的關採暖信號，則該加權值採用上述計算得出的數值1.21，如相鄰用戶關閉採暖系統，即控制器收到了相鄰住戶的關採暖信號，則該加權值為1。
3)計算熱當量該住戶的熱當量用Q(i，j，k)表示，則Q(i,j,k)=S(i,j,k)x=1MK(x)[Tn(x)-Tw(x)]----(3)]]>其中i為單元號，j為樓層號，k為房號，S(i，j，k)為i單元、j層、k號房間的面積，τ為採樣周期(本實施例為5分鐘)，M為總採暖時間除以τ的整數值。
4)計算住戶需承擔的熱費由樓熱力入口總熱能表讀數計算出該樓的總熱費Y，用下式計算樓內該住戶應該分攤的熱費Y(i,j,k)=Yi=1n1j=1n2k=1n3Q(i,j,k)Q(i,j,k),]]>其中n1為該棟樓的單元總數；n2為該棟樓的樓層總數；n3為該棟樓某單元、某樓層的住戶總數。
該計算方法實現了分戶供暖公平計費。
權利要求
1.一種分戶供暖溫控計費裝置，其特徵在於包括溫度採集器(3)及控制器(2)，該溫度採集器(3)安裝於室內，其輸入端接有室內溫度傳感器(T1)；該控制器(2)的輸入端接有室外溫度傳感器、供水溫度傳感器及回水溫度傳感器(T2～T4)，模擬輸出端經驅動放大器(U10)與電動調節閥(5)相連，控制器(2)中的第2中央處理器(U7)中存有現場參數自動標定程序，溫度採集器(3)與控制器(2)通過通訊接口進行通訊連接。
2.按權利要求1所述分戶供暖溫控計費裝置，其特徵在於所述溫度採集器(3)具有第一中央處理器(U1)，其模擬量輸入端與室內溫度傳感器(T1)相連；第一中央處理器(U1)的數字量輸出端接有第一顯示器(U4)；第一中央處理器(U1)的數字量輸入端接有第一鍵盤(U3)；第一中央處理器(U1)通過第一通訊接口(U2)與控制器(2)進行通訊連接；所述控制器(2)具有第二中央處理器(U7)，其模擬量輸入端與室外溫度傳感器、供水溫度傳感器、回水溫度傳感器(T2～T4)及閥位反饋信號(S3)相連；第二中央處理器(U7)的數字量輸出端接至第二顯示器(U11)；第二中央處理器(U7)的數字量輸入端接有地址開關(U9)；第二中央處理器(U7)的第二通訊接口(U6)還接有抄表(U13)；第二中央處理器(U7)的數字量輸入管腳接有IC卡接口(U8)；第二中央處理器(U7)的數字輸入端與相鄰住戶採暖開關信號(S1)相連；第二中央處理器(U7)的數字量輸出端將本住戶採暖開關信號(S2)接至相鄰住戶控制器採暖信號輸入端；第二中央處理器(U7)的模擬量輸出端經驅動放大器(U10)接有電動調節閥(5)。
3.一種分戶供暖熱費計算方法，其特徵在於具有以下步驟現場標定供暖參數；根據供暖參數計算加權值；計算熱當量；計算住戶需承擔的熱費。
4.按權利要求3所述的分戶供暖熱費計算方法，其特徵在於所述現場標定供暖參數具體為在正式計費前啟動現場參數自動標定程序進行自動標定，生成該住戶的供暖參數表；按房間溫度的標定範圍溫度每升高1℃，標定一次供暖參數，所述供暖參數包括供水溫度、回水溫度、室外溫度、房間溫度及供水閥門開度。
5.按權利要求3所述的分戶供暖熱費計算方法，其特徵在於所述計算加權值具體為在當前時刻測得房內平均溫度為Tn(x·τ)，供水溫度為Tg(x·τ)，回水溫度為Th(x·τ)，室外溫度為Tw(x·τ)，閥門實際開度為KDs(x·τ)，其中τ為採樣周期，x＝1......M，M為採暖總時間除以採樣周期τ得到的整數值；查該住戶的供暖參數表，得到當房間溫度為Tn(x·τ)時，供水溫度為Tg，回水溫度為Th，室外溫度為Tw，閥門開度為KD，則當系統供水為定壓力、閥門為線性調節閥時，得出如下表達式qq(x)=KDKD(x)=tg(x)-Th(x)Tg-ThTn(x)-TwTn(x)-Tw(x),]]>則KD(x)=(Tg-Th)[Tn(x)-Tw(x)][Tg(x)-Th(x)](Tn(x)-Tw)KD---(1),]]>其中q、q(x·τ)分別為標定時及當前時刻住戶採暖供水流量，KD(x·τ)為當前閥門理論開度，則該用戶當前的加權值為K(x)=KDs(x)KD(x)---(2).]]>
6.按權利要求3所述的分戶供暖熱費計算方法，其特徵在於所述計算熱當量，具體為Q(i,j,k)=S(i,j,k)x=1MK(x)[Tn(x)-Tw(x)]---(3).]]>
7.按權利要求5或6所述的分戶供暖熱費計算方法，其特徵在於當K(x·τ)＞1時，控制器查詢相鄰住戶採暖開關信號(S1)如果為關信號，算式(3)中K(x·τ)＝1；否則K(x·τ)將按算式(2)的計算結果參與算式(3)的熱當量的計算。
8.按權利要求7所述的分戶供暖熱費計算方法，其特徵在於所述採暖關信號產生條件是相鄰住戶關閉溫控器及/或相鄰住戶將房間溫度設為防凍溫度。
9.按權利要求3所述的分戶供暖熱費計算方法，其特徵在於計算住戶需承擔的熱費，具體為由樓熱力入口總熱能表讀數計算出該樓的總熱費Y，用下式計算樓內該住戶應該分攤的熱費Y(i,j,k)=Yi=1n1j=1n2k=1n3Q(i,j,k)Q(i,j,k);]]>其中n1為該棟樓的單元總數；n2為該棟樓的樓層總數；n3為該棟樓某單元、某樓層的住戶總數。
全文摘要
本發明公開一種分戶供暖溫控計費裝置及熱費計算方法，該裝置包括溫度採集器及控制器，該溫度採集器安裝於室內，其輸入端接有室內溫度傳感器；該控制器的輸入端接有室外溫度傳感器、供水溫度傳感器及回水溫度傳感器，模擬輸出端經驅動放大器與電動調節閥相連，控制器中的第2中央處理器中存有現場參數自動標定程序，溫度採集器與控制器通過通訊接口進行通訊連接；本發明方法包括以下步驟現場標定供暖參數；根據供暖參數計算加權值；計算熱當量；計算住戶需承擔的熱費。本發明實現了在溫度面前人人平等的目標，避免人為公攤費用，並充分考慮了受相鄰不採暖房間影響的住戶，能夠有效控制浪費現象的發生。
文檔編號G01K17/06GK1865862SQ20061004701
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月23日 優先權日2006年6月23日
發明者張帆, 張誠實, 周麗傑, 徐廣豔 申請人:張誠實