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，具體的說是適用于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，也不能解決由于冷山、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、管理過程比較復雜，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，同時也限制了不采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，不利于節能。綜上所述，目前采暖計費方法不能夠實現公平計費。這些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，其目的在于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，本發明采用的技術方案是 本發明裝置包括溫度采集器及控制器，該溫度采集器安裝于室內，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、回水溫度傳感器及供回水壓差變送器，輸出端與電動三通閥相連，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及分戶供暖熱費計算方法的算法程序，溫度采集器與控制器進行通訊連接。
所述溫度采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、回水溫度傳感器及供回水壓差變送器相連；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、IC卡接口及第二鍵盤；第二中央處理器通過第二通訊接口與第一中央處理器及抄表相連；第二中央處理器通過并行或串行方式與相鄰住戶的控制器采暖開關信息進行交換；第二中央處理器的輸出端經驅動放大器接有電動三通閥。
本發明分戶供暖熱費計算方法具有以下步驟 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 1)首先測定住戶采暖系統(地熱盤管或散熱器)等效結構流動阻力系數Cg*L1，并將Cg*L1測定結果存入供暖參數表； 所述測定Cg*L1的方法如下 a．計算住戶采暖水系統流量G G＝G11×KD×(ΔP1)0.5 其中 C1為住戶采暖系統供水閥門的流量系數； KD為住戶采暖系統供水閥門的開度； ΔP1為住戶采暖系統供水閥門兩端的壓差； ρ為水的密度； b．計算Cg*L1， 其中ΔP為住戶采暖系統供回水壓差； 2)調整電動三通閥開關狀態，即關閉住戶采暖供水管路，打開旁通管路，調整手動調節閥，使供回水壓差在這兩種狀態保持不變； 3)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；按房間溫度范圍溫度每變化1℃，記錄一次供暖參數，所述供暖參數包括供水溫度、回水溫度、室外溫度、房間溫度、供回水壓差及供水閥門開度； 所述計算加權值K(x·τ)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)，供回水壓差ΔP(x·τ)，閥門實際開度為KDs(x·τ)，其中τ為采樣周期，x=1......M，M為采暖總時間除以采樣周期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，供回水壓差ΔP，閥門開度為KD。得出如下表達式 其中 G為標定時供水質量流量； G(x·τ)為當前時刻供水質量流量。
所述計算熱當量，具體為 其中S(i，j，k)為房間面積，τ為采樣周期，K(x·τ)為加權值；Tn(x·τ)為房內平均溫度，Tw(x·τ)為室外溫度，x＝1......M，M為采暖總時間除以采樣周期τ得到的整數值；當K(x·τ)>1時，控制器查詢相鄰住戶采暖開關信號(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； 所述采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； 計算該住戶需承擔的熱費，具體為由該樓熱能計費總表得知該樓的總熱費Y，用下式計算樓內該住戶應該分攤的熱費Y(i，j，k) 其中n1為該棟樓的單元總數；n2為該樓i單元的樓層總數；n3為該樓i單元、j樓層的住戶數；Q(i，j，k)為該住戶的熱當量。
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。由于本發明采用溫度加權法計算熱費，而加權值的計算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。沒人居住的空房由于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采暖房間影響的住戶。按本發明方法計算，如該住戶房間溫度降低，費用也會減少，如果由于供熱量增加(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，增加的熱費由不采暖住戶承擔； 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.充分考慮了位于冷山、底層或頂層的住戶。由于冷山、底層或頂層房間熱負荷大，它們在做溫度調節時所需的熱量也大。由于本發明在標定過程中確立了不同房間的熱負荷基準，加權值的計算正是以自己熱負荷基準為標準的，這樣可以確保冷山、頂層、底層的住戶，在做溫度調節時或遇到熱負荷擾動時加權值與普通房間相同。
圖1A為本發明裝置構成框圖(一)； 圖1B為本發明裝置構成框圖(二)； 圖2A、2B、2C為本發明電氣原理圖(一)、(二)、(三)； 圖3A、3B、3C、3D為本發明電氣原理圖(四)、(五)、(六)、(七)； 圖4為本發明實施例說明圖。
具體實施例方式 本發明適用于每個單元管道井里安裝供回水立管，且從供回水立管上引出每戶的水平支管，水平支管與散熱器采用雙管并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4所示，為雙管制供暖系統，并由虛線劃分出相鄰的3個住戶單元.在樓熱力管道總入口處安裝熱能計費總表1，也可以由物價管理部門給出總熱費，而每個住戶設置一套溫控計費裝置，其功能是對房間的溫度進行采集，對溫度進行控制，并計算該用戶消耗的熱當量，進而算出每戶熱費。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，經計算，左右兩家鄰居采暖與否對該住戶溫度影響很小，可忽略不計。在該住戶走廊管井內安裝分戶供暖溫控計費裝置，包括控制器2和安裝于室內的溫度采集器3。如圖2A～2C所示，溫度采集器3具有第一中央處理器U1，其輸入端接有室內溫度傳感器T1，本實施例最多采用6路溫度傳感器，安裝于不同的房間內，分別采集該住戶各房間的溫度；而對于溫度比較均勻的地熱供暖系統，也可以采用1路溫度傳感器。第一中央處理器U1的數字量輸出端接有第一顯示器U4，用于顯示時間、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3A～3D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及供回水壓差變送器ΔP，數字量輸出端經驅動放大器U10接至電動三通閥5的執行器。第二中央處理器U7的數字量輸出端接有第二顯示器U11，用于顯示熱當量或IC卡儲存的熱費余額；數字量輸入端接有第二鍵盤U14及用于進行地址編碼的地址開關U9；第二中央處理器U7通過第二通訊接口U6與第一中央處理器U1進行通訊連接，其第二通訊接口U6還可與抄表U5進行連接，功能是在采暖季節開始時，對熱當量存儲器進行初始化操作，采暖結束時讀取熱當量，并上傳給計算機計算熱費；抄表U5在標定時還有一個作用是用來激活標定程序。第二中央處理器U7的數字量輸入管腳與IC卡接口U8相連，在熱費量化后可根據IC卡熱費儲值控制閥門開關；第二中央處理器U7與相臨住戶控制器采暖開關信息的交換分為兩種方式并行方式或串行方式，其中并行方式如圖1A所示，U7的數字量輸入端與相臨住戶采暖開關信號S1相連，第二中央處理器U7的數字量出端將本住戶采暖開關信號S2接至相鄰住戶控制器采暖信號輸入端，第二中央處理器U7通過信號控制電路U13進行信號傳輸控制；串行方式如圖1B所示，第二通訊接口U6通過多路開關U15與第一中央處理器U1、抄表U5及相臨住戶控制器進行通訊連接。第二中央處理器U7中存有現場參數自動標定程序及分戶供暖熱費計算方法的算法程序。
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采集各個房間的溫度并計算其加權平均值，然后通過串口及通訊接口把設定溫度和平均溫度傳輸給設于管道井內的控制器2，控制器2自動調節電動三通閥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為手動調節閥，其作用是維持采暖水系統壓力穩定；控制器2根據標定的該住戶供暖參數及接收的溫度信號、相鄰住戶采暖開關信號S1等，計算加權值和熱當量；控制器2在熱費量化后可根據IC卡熱費儲值控制閥門開關；控制器2還可通過抄表在采暖季節開始時，對熱當量存儲器進行初始化操作，在采暖結束時讀取熱當量，并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步驟 1.所述現場標定供暖參數具體為 1)首先測定住戶采暖系統(地熱盤管或散熱器)等效結構流動阻力系數Cg*L1，方法如下 a.計算住戶采暖水系統流量G G＝C11×KD×(ΔP1)0.5 其中 C1為住戶采暖系統供水閥門的流量系數； KD為住戶采暖系統供水閥門的開度； ΔP1為住戶采暖系統供水閥門兩端的壓差； ρ為水的密度； b.計算Cg*L1 其中ΔP為住戶采暖水系統供回水壓差； 將Cg*L1計算結果存入采暖參數。
2)調整住戶采暖系統供水閥門(本實施例采用電動三通閥5)的開關狀態，即關閉住戶采暖供水管路，打開旁通管路，調整手動調節閥12，使供回水壓差在這兩種狀態保持不變。
3)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；按房間溫度范圍溫度每變化1℃，記錄一次供暖參數，所述供暖參數包括供水溫度、回水溫度、室外溫度、房間溫度、供回水壓差及供水閥門開度。
2.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)，供回水壓差ΔP(x·τ)，閥門實際開度為KDs(x·τ)，其中τ為采樣周期，x＝1......M，M為采暖總時間除以采樣周期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，供回水壓差ΔP，閥門開度為KD。此時房間所需的熱量為 Rc＝G×CP×(Tg-Th) 其中G為標定時的水的質量流量； CP為水的定壓比熱； 在當前時刻采暖參數下，房間所需的熱量為 如果住戶有開窗等負荷干擾，所需熱量要發生改變，設此時的實際熱量為Rcxs，則 Rcxs＝G(x·τ)×CP(x·τ)×(Tg(x·τ)-Th(x·τ)) 其中G(x·τ)為當前時刻的水的質量流量； CP(x·τ)為當前時刻的水的定壓比熱，在40℃-70℃范圍內，CP(x·τ)與CP相差很小，可以忽略。
加權系數 其中 如果K(x·τ)>1，必然發生如下兩種情況之一種一是住戶自己開窗、開門或暖氣放水引起熱量流失；二是鄰居不采暖引起熱傳導，造成熱量流失。
3.所述計算熱當量，具體為 其中S(i，j，k)為房間面積，T為采樣周期，K(x·τ)為加權值；Tn(x·τ)為房內平均溫度，Tw(x·τ)為室外溫度，x＝1......M，M為采暖總時間除以采樣周期τ得到的整數值； 當K(x·τ)>1時，該住戶控制器2查詢相鄰住戶采暖開關信號，如果為關信號，算式(3)中取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； 所述采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。
4.所述計算住戶需承擔的熱費，具體為由樓熱能計費總表給出該樓的總熱費Y，用下式計算樓內該住戶應該分攤的熱費 其中n1為該棟樓的單元總數；n2為該樓i單元的樓層總數；n3為該樓i單元、j樓層的住戶數；Q(i，j，k)為該住戶的熱當量。
該計算方法實現了分戶供暖公平計費。
以下為本發明在具體應用中加權值K(x·τ)的實際計算過程 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℃至標定時所能達到的最高溫度之間、溫度每升高1℃時對應的供水溫度、回水溫度、室外溫度、供回水壓差及閥門的開度。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℃；供回水壓差25000Pa；閥門開度0.0005米2。
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℃；供回水壓差25000Pa閥門的實際開度0.0006米2； 根據參數表計算標定時室溫為20℃的流量 其中Cg*L1＝3.1296×1010，KD＝0.0005(米2)，C11＝0.01 代入上式 解得G＝0.0003(立米/秒) 當前時刻室溫為20℃的流量 代入數值解得G(x·τ)＝0.0003077(立米/秒) 代入數值得 這個數值說明該用戶可能自開窗或相鄰用戶關閉采暖系統，如為該用戶自開窗，即控制器沒有收到相鄰住戶的關采暖信號，則該加權值采用上述計算得出的數值1.169；如相鄰用戶關閉采暖系統，即控制器收到了相鄰住戶的關采暖信號，則該加權值為1。
權利要求
1.一種分戶供暖溫控計費裝置，其特征在于包括溫度采集器(3)及控制器(2)，該溫度采集器(3)安裝于室內，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、回水溫度傳感器(T2～T4)及供回水壓差變送器(ΔP)，輸出端與電動三通閥(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及分戶供暖熱費計算方法的算法程序，溫度采集器(3)與控制器(2)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，其特征在于所述溫度采集器(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)及供回水壓差變送器(ΔP)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)、IC卡接口(U8)及第二鍵盤(U14)；第二中央處理器(U7)通過第二通訊接口(U6)與第一中央處理器(U1)及抄表(U5)相連；第二中央處理器(U7)通過并行或串行方式與相鄰住戶的控制器采暖開關信息進行交換；第二中央處理器(U7)的輸出端經驅動放大器(U10)接有電動三通閥(5)。
3.一種分戶供暖熱費計算方法，其特征在于具有以下步驟
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，其特征在于所述現場標定供暖參數具體為
1)首先測定住戶采暖系統等效結構流動阻力系數Cg*L1，并將Cg*L1測定結果存入供暖參數表；
所述測定Cg*L1的方法如下
a.計算住戶采暖水系統流量G
G＝C11×KD×(ΔP1)0.5
其中
C1為住戶采暖系統供水閥門的流量系數；
KD為住戶采暖系統供水閥門的開度；
ΔP1為住戶采暖系統供水閥門兩端的壓差；
ρ為水的密度；
b.計算Cg*L1
其中ΔP為住戶采暖系統供回水壓差；
2)調整電動三通閥開關狀態，即關閉住戶采暖供水管路，打開旁通管路，調整手動調節閥(12)，使供回水壓差在這兩種狀態保持不變；
3)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；按房間溫度范圍溫度每變化1℃，記錄一次供暖參數，所述供暖參數包括供水溫度、回水溫度、室外溫度、房間溫度、供回水壓差及供水閥門開度。
5.按權利要求3所述的分戶供暖熱費計算方法，其特征在于所述計算加權值K(x·τ)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)，供回水壓差ΔP(x·τ)，閥門實際開度為KDs(x·τ)，其中τ為采樣周期，x＝1......M，M為采暖總時間除以采樣周期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，供回水壓差ΔP，閥門開度為KD，得出如下表達式
其中
G為標定時供水質量流量；
G(x·τ)為當前時刻供水質量流量。
6.按權利要求3所述的分戶供暖熱費計算方法，其特征在于所述計算熱當量，具體為
其中S(i，j，k)為房間面積，τ為采樣周期，K(x·τ)為加權值；Tn(x·τ)為房內平均溫度，Tw(x·τ)為室外溫度，x＝1......M，M為采暖總時間除以采樣周期τ得到的整數值。
7.按權利要求5或6所述的分戶供暖熱費計算方法，其特征在于當K(x·τ)＞1時，控制器查詢相鄰住戶采暖開關信號(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，其特征在于所述采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，其特征在于計算該住戶需承擔的熱費，具體為由該樓熱能計費總表(1)得知該樓的總熱費Y，用下式計算樓內該住戶應該分攤的熱費Y(i，j，k)
其中n1為該棟樓的單元總數；n2為該樓i單元的樓層總數；n3為該樓i單元、j樓層的住戶數；Q(i，j，k)為該住戶的熱當量。
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，該裝置包括溫度采集器及控制器，該溫度采集器安裝于室內，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、回水溫度傳感器及供回水壓差變送器，輸出端與電動三通閥相連，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及分戶供暖熱費計算方法的算法程序，溫度采集器與控制器進行通訊連接；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。本發明達到了在溫度面前人人平等的目標，避免人為公攤費用，充分考慮受相鄰不采暖房間影響的住戶，有效控制浪費現象的發生，實現了分戶計量的公平計費。
文檔編號G01D4/00GK101144724SQ200710089658
公開日2008年3月19日 申請日期2007年3月17日 優先權日2006年6月23日
發明者帆 張, 張誠實 申請人:張誠實