（热能工程专业论文）新型供热计量控制系统动态特性研究.pdf

河北工业大学硕士论文 新型供热计量控制系统动态特性研究 摘要 节约能源、保护环境，是可持续发展的主题。我国城市供热系统耗能巨大，能量 有效利用率低。推行供热改革，提高城市集中供热系统的能量有效利用率，具有重要 的节能和环保意义。研究适合我国供热系统特点和现状的供热调控和计量技术，己成 为当务之急。本文对提出的新型计量控制系统在运行过程中的动态特性进行研究分析， 以期为新系统的实际应用奠定基础，实现供热系统节能降耗。 本文通过建立新型供热计量控制系统的模拟实验系统，对系统的运行参数进行实 时监测，编制了数据处理程序，分析得出了电动阀在一天内各时段的通断时间及动作 频率。分析了影响温控器动作的因素及其规律性。根据实验数据分析了室温控制质量。 发现了系统运行中存在的一些问题。 本文通过对流量阶跃变化后散热器内热媒流动与传热特性的分析，提出了散热器 内温度分稀曲线平移假设，根据该假设得出散热器在流量阶跃变化后的动态热特性， 并通过实验进行了验证。分析了热量表在流量阶跃变化后的计量误差，并提出了改进 措施。 本文通过对系统数学模型进行简化，提出了用能量平衡方程确定控制阀关时最佳 流量系数的方法，分析了影响流量系数的因素，对控制阀何时宜采用多开度值控制， 何时宜采用单开度值控制进行了讨论。并依据此方法确定出控制阀开口度的最佳值。 关键词：供热，计量控制系统，动态特性，流量阶跃变化，开口度，优化 u 北工业大学硕士论文 t h e s t u d yo nd y n a m i cc h a r a c t e ro fan e w h e a t i n gm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m a b s t r a c t e n e r g yc o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni st h eo b j e c tm a t t e ro fc o n t i n u a b l e d e v e l o p m e n tt h e nt h ee n e r g ye x p e n d i t u r ei nc h i n e s eh e a t i n gs u p p l ys y s t e mi st r e m e n d o u s ， a n dt h ee n e r g ya v a i l a b i l i t yi sl o w i tw i l lb ev e r ys i g n i f i c a n tt oc a r r yo u th e a t i n gr e f o r m a t i o n a n di n c r e a s ee n e r g yu s a g e n o wt h eu r g e n ta f f a i r sa r es t u d y i n gt h en e wh e a t i n gm e a s u r e m e n t a n dc o n t r o lt e c h n i q u et h a ts u i t st h es i t u a t i o no fo u rc o u n t r y , i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h em a i n p u r p o s ei s t os t u d yt h ed y n a m i cc h a r a c t e ro ft h en e wi n t r o d u c e dh e a t i n gm e a s u r e m e n ta n d c o n t r o ls y s t e md u r i n gi ti sr u n n i n g t h ec o n c l u s i o n sw i l lo f f e rt h ev a l u a b l er e f e r e n c ef o rt h e p r a c t i c ea p p l i c a t i o no f t h i sn e ws y s t e m ，a n de x p e c tf o rm a k i n g t h ee n e r g ys a v i n gc o m et r u e i nt h i sp a p e r , t h ee x p e r i m e n ts y s t e mi ss e tu pa c c o r d i n gt ot h er e q u e s to f t h en e ws y s t e m t h er u n n i n gp a r a m e t e r sa r ea c q u i r e db yd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mi nr e a lt i m e d a t ap r o c e s s i n g p r o g r a mi sw r o t e ，a n dw i t ht h ep r o g r a m ，s o m ec o n c l u s i o n sa r ea c q u i r e d ，s u c ha st h er u l e s a b o u tt h em o t i o nf r e q u e n c ya n do n - o f ft i m eo ft h ec o n t r o l l i n gv a l v ei ne v e r yp e r i o do ft i m ei n ad a y , t h ec o n t r o l l i n gq u a l i t yo fr o o mt e m p e r a t u r e ，e t c t h e ns o m ep r o b l e m sa r ef o u n dd u r i n g t h er u n n i n g t h ec h a r a c t e r i s t i co fh e a ta n d m a s st r a n s f e ro ff l u i di nr a d i a t o ra f t e rs t e pc h a n g eo ff l u x i s a n a l y z e d t h e ”l e v e l m o v e p r e s u m p t i o no ft e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o n c u r v ei nr a d i a t o r d u r i n gt h et r a n s i t i o nc o n r s ei sp u tf o r w a r do nt h eb a s i so ft h ep r e s u m p t i o n ，t h ef u n c t i o n r e l a t i o n s h i po fh e a tq u a n t i t yo fr a d i a t o ra n dt i m ed u r i n gt r a n s i t i o nc o u r s ei sd e d u c e d ，a n dt h e v a l i d i t yo ft h ef u n c t i o nr e l a t i o n s h i pi sp r o v e dt h r o u g he x p e r i m e n t a t i o n t h e nt h ee r r o ro fh e a t m e a s u r e m e r i td u r i n gt h et r a n s i t i o nc o u r s ei so b t a i n e d ，a n dt h ei m p r o v i n gm e t h o di sp u t f o r w a r d t h ew a yo fd e t e r m i n i n gt h ef l u xc o e f f i c i e n to fc o n t r o l l i n gv a l v ei nu s i n ge n e r g yb a l a n c e e q u a t i o ni sb r o u g h tf o r w a r da f t e rs i m p l i f i e dt h em a t h e m a t i cm o d e lo fs y s t e m t h ei n f l u e n c e f a c t o ro ff l u xc o e f f i c i e n ti sa n a l y z e da n dt h e nt h ec o n t r o lm e t h o do fc o n t r o l l i n gv a l v eo i l c l o s es t a t ei s d i s c u s s e d f i n a l l y ，t h eo p t i m u mv a l u eo ft h eo p e n i n gc o e f f i c i e n t o ft h e c o n t r o l l i n gv a l v ei sd e t e r m i n e d k e y 、o r d s ：h e a t i n g ，m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m ，d y n a m i cc h a r a c t e r , s t e p c h a n g eo ff l u x ，o p e n i n gc o e f f i c i e n t ，o p t i m i z e 河北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1国内外供热计量技术现状及 我国供热系统改革存在的问题 1 1 1 国内外供热计量技术现状i 】j i “i 自2 0 世纪7 0 年代能源危机以来，欧、美等国家十分重视建筑节能工作集中采暖按热量计费成 为各国发展的趋势，也是各国节能环保的一项基本措施。经过几十年的发展，这些国家都制定了有关 政策、法规，并形成了一整套戒熟的供热系统运行模式。例如，原东德城市供热由按面积收费改为按 热量计量收费，主要是将原来的垂直单管系统改造为垂直单管跨越式系统。热计量采用按楼计量热量、 按户分配热量的方法。在1 9 8 9 年1 月2 0 日由德国联邦经济部、联邦地区建筑规划和城市建设部颁布 的有关供热计量收费条例中已经对热量计量装置的选择与安装策略、供热费用分摊的计算方法、减免 热费的情况及可不按热量计量收费的情况等方面做了较详细的规定。丹麦在2 0 世纪6 0 年代也是按面 积收费，7 0 年代改为按流量收费，8 0 年代改为按热量收费。室内采暖系统均为双管系统，独户住宅 一般1 e 【j 水平双管系统，公寓房屋则一般用垂直双管系统，每个散热器都装有恒温阀。热量计量形式有 分户热表及总热表加热量分配表两种。整个供热系统的管网运行根据用户需要不断变化，实时自动调 节，属于动态变流量系统。在其1 9 9 6 年1 0 月9 日颁布的有关供热计量收费的条例中对新建建筑安装 热计量装置、外墙暖气损失的修正方法等方面做了详细规定。目前除西方发达国家己采用这一措施外， 东欧各国及原苏联地区国家正逐步推广。如波兰、捷克等国。与此同时，集中采暖按热量计费的相应 技术也进一步发展，变流量采暖系统的动态调节更加先进，计费技术更加可靠和准确，整个采暖热量 计费装置向小型化、计算机化发展1 1 i 叫”1 。 国外在实现热计量与室温控制上主要有两种形式，一种是采用户用热量表加散热器恒温阀，热量 表安装丁供暖h j 户入e l ，用于计量用户的热量消耗，散热器恒温阀可以通过改变散热器内热媒流量调节 散热量以实现宝濡控制。这种形式适用于每户自成一环的水平式供暖系统，其中包括水平单管系统和 水平双管系统。另一种是采用热量分配表加散热器恒温阀，热量分配表安装在散热器上，用j j 计量每 组散热器的散热量。其中装有与散热量成比例挥发的物质( 某种液体) ，根据计量其液体的挥发量确定散 热器热耗。这种形式适用丁不宜安装热量表的垂直式供暖系统，其中包括垂直单管系统和i 垂直般管系 统。此外，还有其他可实行分户计量的供暖方式，如低温地板、天花辐射板供暖、热风供暖等。尽管 种类较多，但基本计量方式仍为在用户系统入口设表( 如电表、燃气表、热表等) 计量邮卜o ”j a 我国传统的供热系统形式为垂直式单管或双管系统，收费方式是按面积收费。这种供暖收费方式 违背了市场经济规律，供热单位和热用户双方都缺乏节能的积极性和主动性，不仅造成了热费收缴困 难等问题，还导致能源浪费严重。而我国的能源形式不容乐观。根据2 0 0 0 年1 2 月3 0 日“世界能源导 新型供热计量控制系统动态特性研究 报”报道，我国煤炭资源探明可开采储量为1 1 4 5 亿吨，开采年限为5 4 8 1 年，石油探明可开采储量 为3 4 7 4 亿吨开采年限为1 5 2 0 年，天然气探明储量为l1 7 0 4 亿吨，可开采年限为2 8 5 8 年l 。 白1 9 9 3 年开始，我国已成为能源的净进口国，而且能源需求越来越大。从全局和长期考虑，节能增效 势在必行供热体制的改革刻不容缓。国外的成功经验表明，按照热量收费的制度是促使用户自觉节 能的最有效手段，并且，与按面积收费模式相比，可节能2 0 - - 3 0 1 3 0 1 。 2 0 世纪9 0 年代初期，中国政府及设计院的一些专家认识到了供暖按表计量对建筑节能的推动作用， 相继在北京、天沣、哈尔滨、烟台等地作了一些试点项目，这些项目的出发点是检验按表计量热量的节 能效果及国外的仪表能否在中国的供暖系统成功运行，还未触及到中国实行按表计暖收费需要解决的许 多实质性问题。1 9 9 7 年以来，一些城市率先提高了试验的层次，其山发点从检验节能效果升格为探索按 表计量收费管理办法。如长春市公用局和市热力公司搞的一户一表试验项目，该项目在富豪花园安装了 2 8 块户刚热量表，在9 8 9 9 供暖季节结束以后，根据这些热量表的读数，把每平方米供暖价格换算成每千 瓦小时供暖价格，然后按表收费，这是全国第一家有政府参与的分户热计量收费的试验项目。天津市于 1 9 9 7 年也正式启动了“天津市住宅小区热计量试点项目”。该项目由市供热办具体组织和协调，首先在 南开区凯立花园进行试点，参加方有南开区供热办和德国若培卡彻能源服务有限公司。在1 9 9 8 年1 月 1 日至3 月2 5 日期间，进行了热分配式热计量的初步试验，此后又在龙潭路节能住宅进行“一户一表” 式热计量的试点，取得了一定的成效i ”j 。 2 0 0 3 年7 月国家八部委r 发了关r 城镇供热体制改革试点工作的指导意见，并于8 月1 4 、1 5 日建设部召开了“城镇供热体制改革试点工作会议”，正式启动供热改革试点工作，并明确规定：逐步 推行按用热量分户计量收费办法，确立热能消费意识，提高节能积极性，形成1 ，能机制。2 0 0 3 年后建 设的新房必须一步到位，都必须设计安装具有分户计量及室温调控功能的采暖系统，并执行按用热分 户计量收费的新办法：现有住房分步实施，必须按照统一要求，对住宅采暖系统实施计量及温控装置 技术改造，由目前用热家庭按面积缴纳热费，逐步转变为按用热量分户计量收费。实现供热节能、用 热节费、提高能源利用率和供热经济效益。 1 1 2 我国供热体制改革中存在的问题i ”i 叫”1 我国供热系统经过多年发展，具有白己的特点，在实施分户计量过程中有很多需要解决的实际问 题。国外成熟的计量和控制方案，不能 ! 搬到国内的供热系统上这既有国出供热系统参数、模式的 匹配问题，也有经济性因素，也有国内_ l | j 户的消费习惯和观念不同等因素。并且国内供热系统的水质、 管理方式、运行模式等都与国外有很多不同。虽然近年国内的计量与温控技术得到了快速发展，基础 性研究、示范工程、相关产品的研制和产业化都有了不同程度的进展，取得了宝贵的经验和惠刚推广 效箭。但在实际廊川中，也出现了较多的问题。主要有以下几方面： f 1 ) 现在有一种不好的趋势：为节约投资，减少系统成本，热力公司或房地产开发商在供热系统 实施中，只在户内系统装一个锁闭阀，只起到控制收费的目的，其它调节阀，如温控阀、平衡阀都不 装。这不仅违背了公平与公正的原则，也不能实现供暖节能的目的。 f 2 ) 也有观点认为可以用普通截j | 】l | 代替自力式温控阀，但是，普通截f ：| j | 无法实现连续稳定的 蛹1 ，：普通截f r 删不具备刻度”调j ，能力，用户无法确定蚓戍涮到什么位置可以满足自己的要求； ， 新型供热计量控制系统动态特性研究 报”报道，我国煤炭资源探明可开采储量为】1 4 5 亿吨，开采年限为5 4 8 1 年，石油探明可开采储量 为3 47 4 亿吨开采年限为1 5 2 0 年，天然气探明储量为11 7 0 4 亿吨，可开采年限为2 8 5 8 年l 。 白19 9 3 年开始我同已成为能源的净进口国，而且能源需求越来越大。从全局和长期考虑，节能增效 势在必行，供热体制的改革刻不容缓。国外的成功经验表明，按脂热量收费的制度是促使崩户自觉节 能的晟有效手段，井且，与按面积收费模式相比可节能2 0 1 3 0 如i 。 2 0 世纪9 0 年代初期，中国政府及设计院的一些专家认识到了供暖按表计最对建筑节能的推动作用 相继在北京、天津、哈尔滨、烟台等地作了一些试点项目这些项目的出发点是检验按表计量热量的节 能赦果及国外的仪表能否在中国的供暖系统成功运行，还未触及到中国实行按表计暖收费需要解决的许 多实质性问题。1 9 9 7 年以来，一些城市率先提高了试验的层次，其山发点从检验节能效果升格为探索按 表计量收费管理办法。如长春市公用局和市热力公司搞的一户一表试验项目，该项目在富豪花园安装了 2 8 块户；i = | 热量表，在9 8 - 9 9 供暖季节结束以后，根据这些热量表的读数，把每平方米供暖价格换算成每千 瓦小时供暖价格，然后按表收费这是全国第一家有政府参与的分户热计量收费的试验i 贞目。天津市于 19 9 7 年也正式启动了“天津市住宅小医热计量试点项目”。该项目由市供热办具体组织和协调，首先在 南开区凯立花园进彳亍试点，参加方有南丌区供热办和f 德国若培卡彻能源服务有限公司。在1 9 9 8 年1 月 】日至3 月2 5 日期间，进行了热分配式热计量的初步试验，此后又在龙潭路节能住宅进行“一户一表” 式热计量的试点取得r 一定的成效”2 i 。 2 0 0 3 年7 爿目家八部委卜发了关r 城镇供热体制改革试点上作的指导意见，并y - 8 月1 4 、1 5 日建设部召开了“城镇供热体制改革试点工作会议”正式启动供热改革试点t 作，并明确规定：逐步 推行按用热量分户计量收费办法，确立热能消费意识提高节能积极性，形成节能机制。2 0 0 3 年后建 设的新房必须步到位，都必须设计安装具有分户计量及室温调控功能的采暖系统，井执行按川热分 户刊量收费的新办法：现有住房分步实施，必须按照统一要求，对住宅采暖系统实施计量及温控堤置 技术改造，由目前_ 【 j 热家庭按面积缴纳热费，逐步转变为按用热量分户计量收费。实现供热节能、用 热节费、提高能源利用率和供热经济效茄。 1 i , 2 我国供热体制改革中存在的问题”叫圳 我国供热系统经过多年发展，具有臼己的特点，在实施分户计量过捌中有很多需要解决的实际问 趔。国外j 曼熟的计量和控制方案不能心搬刮国内的供热系统上这龇有国内供热系统参数、模式的 蛆毗i l _ i 】题，也有经济i 生因素，也有国内川户的消费习惯和观念不同等因索。并且国内供热系统的水质、 管理方式、运行模式等都与国外有很多不同。虽然近年国内的计量与温控技术得到了快速发展基础 性研究、示范丁。程、相关产品的研制和卢业化都有了不同程度的进展，取得了宝贵的经验和席j ! 】推广 效疏。但在实际席川中，也出现了较多钧问题。主要有咀下几方面： r 1 ) 现在有一种不好的趋势：为节约投资，减少系统成本，热力公司或坊地产开发商在供热系统 实施中，只在户内系统装一个锁闭删，只起到控制收费的目的，其它调节阎，如温控阀、平衡刚都不 装。这不仅违背了公平与公正的原则，也小能实现供暖节能的目的。 f 2 1 也n 观点认为可以用普通截j 阀代替自力式温控随，但是，普通截i ：阀无法实现连续稳定的 悯1 y ： 年逾截f h 删不见并刻度”调节能力，用户无藏确定蚓府州到什么位置可以满足 j 己的要求； 悯1 y ： 年逾截f h 删不见并刻度”调节能力，用户无藏确定蚓府州到什么位置可以满足 j 己的要求； 辫鳇工壁大学蘸圭学技逶文 普通截j t 阀冤法自动避应室温的变化：w 靠性不好，多次调节后很可能成为系统的故障点。 ( 3 ) 在有些工程项髫中，穗地产开笈裔为了减少投资，往往希望调节阀装的愈少愈好。在户内系 统上只姨一个渝控阀。这主要体现在两个方面： f a 沪肉繇统设计缄单管颤漉式系统，只在来端房间装一个漏羧阔。 ( b ) 户内为双管水平并联，只在户内入口处装澄一个温控阀。分析表明，在变工况调节下，这些做 法均会g f 超燕力工醌秘水力工凝的较严藏失调。这是由散热器的散热特性 i 恒温闽筋调节特髓决定的。 同时，由于圉内供热水质较著，恒温阀易出现堵塞、损坏笛现象；供热系统参数( 豚差、阻力降) 设 计匿醚也存在闷题。 ( 4 ) 我国这一巨大规模的供热体系，改变魁一渐进的过程，很长一段时间都会维持现有供热模式 和参数。霞魏一个大蘩供燕圈的所有用户不可全部蕊融鬓蓬诗曩收费，妊然会在一定霹鲻国有无 计量收费的用户会同时由一个供热网供应。有计量收费的阁户，一般应采用定压差挖制，由于温控阀 阻力系数天，所需资餍压头嵩，褥时又蒺交流量运幸亍；丽无计量牧赞静嗣户一般采蠲定滚量控裁，新 需资川爪头低定流辙运行。【i 习此如何同时适应这两种用户的需要处理好有无计量收费找同过渡 对斓豹控翻，必矮送行研究。彰鼍热计鼙嚣l 温控方式应该立怒 国内的实际馕况蓬孬研究，深入磷究雯 适宜的供热计照控制模式。 ( s ) 筵溅捡计量产菇去透虑系统，：l 罨是系统去适应产黼：我们采取“拿来主义”来游饱学习国井 的温控计量控术，包括消化和应用国外的产品，但是外来的产品并不适应我国的现有系统，除了水质 闯题霸 管理闲麓井，遂有许多按零藏匿。魏：系统衷端器麓、系统癯模丈奎、设备l 。：体环壤等箨存在 很大的不同，不做任何改变就应用在一起很难得到正常的效果。 1 2 裁型供热计量控糍系统篱分 1 2 。1 溢投润热豢l 爨袭黪羲襞在我溪袋热系统孛整霜瓣举罡”i i | 前，我国的热计量改革中，推行的是欧洲模式，采闱热计量袭和室内温控阀对供热系统进行热 诗鼙嚣l 控制，世楚这丰莩越系统嶷馒翊推广过程中存在不是之处。包挺： ( 1 ) 恒温阀具有高阻力特性。欧洲应用的成功经验表明，在双管并联式系统中，每组散热器加袈 恒瀑耀畜劫予撼涟劳联环臻之润黪承力失调，菠各缓数热器之闽达别求力乎簿。 翌皴莱在攀餐颓漉系 统或瞅管并联系统中只使用一个恒溻喇，其高阻力特性会使户内系统偏离设计工况较大从而导致系 统失调、运嚣不耱。 ( 2 ) 调节过科中较小的水流通道更翁堵塞。特别是在我国供热水质较著的情况f ，更是严照。 f 3 国产鲻j 在耱泄溺、滋毡惑潺奔壤密封、疆力颈没定功熊、可靠蛙等方瑟还存在翊戆；进口 产品在适用国内系统参数方面逐存在不足，产品价格高。 f 4 ) 为了 ￥卷投资，开发麓秘叠力公翅往往扶自身剥箍出发，对户内系缝避行麓诧。包括篆列麓 单的单辛i 顺流系统、不安姨糯度控制悯( - 噎濡阀) 或只安裟+ 一个恒滞阀、采用安装手动调节阀等。分 1 新型供热计量控制系统动态特性研究 析表明，单管顺流加装一个恒温蚓的系统会导致热力失调；双管并联加装一个恒温阀的系统会导致水 力火调，均会对供热效果产生很不利的影响，达不到供热效果和调节供热的目的。其它不加调订手段 的系统，更是侵犯了用户的利益，会导致新的供热纠纷。这些做法，都达不到节能的目的。 ( 5 ) 即使是照搬采用欧洲供热模式的系统，从实际示范工程的情况看，不仅成本高，而且由于我 国供热系统参数与欧洲不同、水质差等原因，导致运行效果也不理想。某些试验工程出现很多不正常 现象i 温控阀不能：j ：作，频繁地开关甚至产生噪音或始终常开而室内温度不足：热量表工作在额定流 量之外，洲量不准确；热力和水力失调，供热冷热不均；设备可靠性差、堵塞或泄漏现象严重等。 除上述不足以外，采用恒温阀分室调节价格较贵，特别是用进口热量表及恒温阀，其造价将超出 用户的经济承受能力，不利于推广。而且这种控制方式具体操作也不方便，不符合我国居民一般的生 活习惯，要政变室温，必须分别对每个散热器恒温阀进行手动调节，更无法实现夜间室温的自动调节。 因此，适台国内应_ i = f j 的供热系统形式、运行条件、关键设备仪表均需要深入研究，以符合热网现 有条l l ： i i 适应经济性要求。 1 2 2 新型供热计量控制系统简介i ”1 基于前面提到的这些问题，参照和吸收目前独立式采暖系统的控制方式和风机盘管中央空调系统 的运行模式河北1 ：业大学齐承英教授课题组研究提出了一种新型智能供热计量控制系统( 以f 简称 新系统) ，如图1 1 所示。 温控器 楼 图1 1新型供热计量控制系统结构示意图 f i g u r e1 1 s t il l c t l i r eo fn e wh e a t i n gm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m 系统的基本结构为：楼内主立管为取管异程，每户一环，入户供热给水管上装设热计量表，户内 为水平单管顺流、或水平双管系统，户内不装设散热器恒温阀；热计量表为设计的新型热量表，其基 本结构由室内温控器通过导线连接表本体组成，表本体包括流量传感器、温度传感器和i 电动球阀( 两 通域三通) 。室内温控器可采川机械屯子式或可编群电子式，根据设定的室内湍度发出通、断信号，通 过连接导线控制i b 动球闷( 两通域二通) 的肩、俐状态，进而控制供热运行。 其控制方式是：根据需要，当家中无人时可将室温控制器的设定温度凋低( 例如1 0 c ) ，家中有 人或需要时，可：舟室温控制器的设定湍度调高( 例如18 c ) ，室温控制器通过感温元件洲得室内温度， 4 河北工业大学硕士学位论文 再与设定温度比较而发出通断信号给热量表，热量表检测到该信号后自动控制电动球阀的启、闭，实 现供热控制。 该调仃控制模式与温控阀调节模式不同之处，在于：温控阀调节模式是靠节流实现供热流体的变 流量调1 ，；该阔节控制模式是靠电动( 电磁) 阀的启、闭频率不同实现供热流体的交流量调节。 与现有系统比较新系统具有以| 、优点： ( 1 ) 延行可靠，使川方便。1 l 业级电动球阀可靠胜可达1 0 1 0 0 万次；室内只要一个宝温控制器。 根据需要i 殳定方便，就象人走关蜘一样，符台我国居民的适州习惯。据分析，根据我国居民的居住特 点，实现户内有人、无人情况的不同供热温度控制，比分室控制供热温度，更具有节能、节费的意义。 ( 2 ) 系统成本低，经济性好。一个室温控制器取代了多个恒温阀、一个工业级电动球阀也仅需6 o 元左，“、特别是户内系统可以采用最简单的单管顺流系统。施1 i 费用大大降低。 ( 3 ) 适用于我国供热系统水质羞的特点。供热状态控制采用的是通、断型控制模式，不象恒温阀 那样是n 流控制，易堵塞。可控制电动球阀遇阻力自动反转，适应差水质，无堵塞。 ( 4 ) 对供热系统参数无特殊要求，适用于有计量无计量共网运行。没有节流调= i ，阻力要求低， 可以节省运行电费。 ( 5 ) 设计方法和程序与目前系统i 殳计基本相同，变1 _ 况简单，大火减少设计人员j ：作鼙。 ( 6 ) 户内系统简单，可采_ l j 单管顺流系统，不会有水力火调和热力失调。便于管路布置、美观， 目1 ，省投资。 可以说新系统是一种适合我国国情的供热计量控制系统。 1 3 本课题的意义、研究方法及研究内容 1 3 1 本课题的意义 新系统的洞1 ，方式与传统供热阑1 ，方式孑然不同与现在正推行的欧洲模式也不同，冈此需要对 其变f ：况动态特性做进一步研究，才能将其应用丁实际。 本课题的意义就在_ r ：通过研究学握系统实际运行规律及特性，优化系统结构参数，为系统的实 际麻j t j 奠定基i l i l l 。 1 , 3 2 本课题的研究方法 奉课题采j | 实验研究雨l 理论分析相结合的方法。实验研究主要是研究系统实际远行的动态特性， 掌握系统实际远行规律，找山不足并提出解决办法。理论分析主要是根据传热学、建筑热过程、供热 。烈、三i 糯臼动州1 ，与控制等理论建立系统数学模型，确定电动阀处于关状态时开口度的最优值。此 外，分析散热器住热媒流量发生动态变化i f ；彳的热特性。 1 3 3 本课题的研究内容 由 。新系统是靠电动阀的启、l ：j j 频率不同实现供热流体的变流量调节所以电动阀的启、闭频率 特性是影响控制质量优劣的关键，冈此须做进一步研究掌握其特性。电动阀处于关状态的开口大小也 5 新型供热计量控制系统动态特性研究 影响其幼纷纳频率，瓣要确定一个最傥馕馒其动作次数煅小，节能鼹最大。另外，在这神新的供热调 i $ - 方式i - ，熊彝系统鹣传热特牲彝i 渡量特黢都秘定漉量系统孑然不嗣，也领激进一掺分据。 具体包括以f 儿方甄： ( 】) 实验磷究毅系统的运行特性，得趣电动阀在一天内軎时羧静通断时间及动作频率。我如影响 闪豢及其规律燃。根据实验数据得出室温控制斌蹙。 2 ) 分辑褥出教热器在变i ：撼( 魂动翘运、断) 调节下豹散热特牲。 ( 3 ) 建立新系统控制对藏投其他器部分的数学模型，确定电动阔处于关状态时流避的最优值，i 挠 两确定电动斓阻力系数秘开度笾。 ( 4 ) 根据实验研究及理论分析成果对实际王程应用提出建议。 河北工业大学硕士学位论文 第二章新型供热计量控制系统动态特性实验研究 2 1 实验原理及实验仪器 2 1 1 实验原理及实验仪器 为了掌握新系统的实际运行特性，及时发现系统的缺陷与不足，研究改进与优化的措施而进行了 实验。 实验主要是对新系统的运行参数进行实时测量。测量参数主要有供水温度、出水温度、实验室四 壁及顶棚温度、实验室内温度、实验室外温度、系统流量、电动阀开、芙信号、实验室供热系统的压 差。建立了实验系统，原理图见图2 】。 图2 1实验原理图 f i g u r e2le x p e r i m e n tp r i n c i p l e 实验所需仪器设备有： ( i ) p t l 0 0 0 温度传感器，其配对精度： 0 1 ； ( 2 ) l w g y 型涡轮流量传感器及智能流量累积计算控制仪，其主要性能指标见表2 1 。 表2ll w g y 涡轮流量传感器性能参数 t a b l e2 1p a r a m e t e ro f t h el w g yt u r b i n ef l u xs e n s o r 黼划警限精i辫鲁!鬻差群impadninm p n 最大压力损失 拭本议差限02 蕞奉误差限05 | 基本误差限i ：一。 m p a 上限上限下限f上限! 下限 1 限 4 a 0 0 40 2 5 6401 2 ( 3 )庠力表； ( 4 ) 铜一康铜热电偶( 自制) 7 新型供热计量控制系统动态特性研究 ( 5 ) h p 3 4 9 7 0 a 数据采集开关单元；( h e w l e t t p a c k a r dh p3 4 9 7 0 ad a t aa c q u i s i t i o n s w i t c hu n i t ) ： ( 6 ) 新型供热计量控制装置一套，包括s y r - 2 0 g c y w 型计量与室温控制体化预付费热量 表及电源盒，k l d 微型电动阀，机械及电子式室内温控器( h o n e y w e l l ) ； ( 7 ) 笔记本电脑； ( 8 ) m 1 3 2 型散热器2 2 片； ( 9 ) s h 系列计数器： 实验之前，首先要标定自制的1 0 支铜一康铜的热电偶，确定其修正值的大小，以便在测量中引 j _ | ；。根据i ：作用铜一康铜热电偶检定规科，标准器用二等标准水银温度计( 3 0 3 0 0 ) ，采用比较 法在5 0 1 删超级白动恒温器中进行标定。先将每支热电偶进行编号，然后选择标定温度点。根据实验 要求，热l 毡偶主要川于测量室内及室外温度，所以标定点选2 0 ， 2 5 ，3 0 。按检定规程规定 检定时热电偶的参考端应置于冰点器内，用电子电位差计测量热电偶在检定点温度下产生的热电势。 但由于热电偶在测量时与h p 3 4 9 7 0 a 数据采集开关单元连接，数据采集仪具有内置参考端温度补偿器 对参考端温度进行自动补偿，所以检定时，把数据采集仪与热电偶作为一个整体，直接检定数据采集 仪的温度示值求得其修正值即可。热电偶在每一个检定点的修正值见表2 2 。 表2 2热电偶修正值 t a b l e2 2c o r r e c tv a l u eo f t h e r m o c o u p l e 检定点项目标准被检i被检2被捡3被检4被检5被检6被检7被检8被检9被检i o 、r 均值 1 951 9 61 9 61 981 9 92 021 991 991 991 98 2 02 03 l 修证值 o8070 60 50 4o30 4040 405 ，卜均值 2 492 502 5 02 5i2 5j2 532 5l2 5i2 512 5 0 2 5，2 55 0 修_ l ：f 值 0605 05 0 404 02 0 4 0 4 0 40 5 平均值 3 003 0 13 003 0i3 0 l3 033 0 13 0l3 0 13 00 3 03 04 9 修正值 050 4o5040 4o20 40 40 405 2 1 2 实验台结构 图22实验台图片 f i g u r e22p i c t i t r eo f e x p e r i m e n ti n s t r u m e n t k l 薅，； ，。，l l 一- 一誊线； 互_ ) 一n 一一一簿嘲 ；f 徽 爱 电 一一“二? j ；一一i 一 动 渊 一一美薯 i 门 图23 电动阔控制信号示意图 f i 9 2 3c o n t r o ls i g n a lo fe l e c t r o m o t i o nv a l v e 河北工业大学硕士学位论文 实验台结构原理图见图2 1 ，实际实验台装置如图2 2 所示。实验室选择在四楼的一个单独房间， 将原房间两组散热器拆下，组合成单管顺流式系统。在进、回水管路上除热计量表、电动阀外，又安 装了压力表、流量计、p t l 0 0 0 温度传感器。在实验室内四壁和顶棚、走廊、厕所、室外及供回水干管 上分别放置了测温热电偶。铜一康铜热电偶可直接与h p 3 4 9 7 0 a 数据采集，开关单元连接。流量信号的 采集是通过测量流量传感器的脉冲频率即从涡轮流量传感的频率信号线上引出两个端子连接到数据 采集仪上；电动阀开关时间的记录通过测量热量表向电动阀发出的控制信号来获得，由图23 中所示， 当电动阀蓝黑两线间为高电平时是开信号，绿黑两线间为高电平时是关信号，因此从电动f | 9 i | 的蓝，绿 黑接线端引出信号接入数据采集仪就可以记录下动作时间。 2 1 3h p 3 4 9 7 0 a 数据收集，开关单元功能简介 该仪器是由美国h p 公司( h e w l e t t p a c k a r d 6 ) 出品， 外形如图2 4 所示。其技术特征及功能如下i ”i ： 1 模块化结构。仪器可同时使用三个模块，共有8 种开 关控制模块可以让用户选择，以满足其测量的要求。用户可以 只购买当前需要的模块，随着日后使用范围的扩展再继续添置 其它更多的模块。其8 种模块包括： h p 3 4 9 0 i a2 0 一c h a n n e lm u l t i p l e x e r ( 2 0 通道多路传输模块) ： 图2 4 h p 3 4 9 70 a 图片 h p3 4 9 0 2 a1 6 c h a n n e im u l t i p l e x e r ( 1 6 通道多路传输模 f i g2 4p i c t u r eo f h p 3 4 9 7 0 a 块) ： h p3 4 9 0 3 a2 0 c h a n n e la c t u a t oe f 2 0 通道触发继电器模块) ； h p3 4 9 0 4 a4 8m a t r i xs w i t c h ( 4 8 矩阵开关模块) ； h p3 4 9 0 5 a 6 ad u a l3 - c h a n n e lr fm u l t i p l e x e r s ( 4 通道射频多路复用传输模块) ； h p3 4 9 0 7 am u l t i f u n c t i o nm o d u l e ( 多功能模块) ： h p3 4 9 0 8 a4 0 一c h a n n e ls i n g l e - e n d e d m u l t i p l e x e r ( 4 0 通道单路中止多路传输模块) 。 2 可对多种物理量参数进行测鼙。h p 3 4 9 7 0 a 可对多种物理参数进行测量，包括温度、电阻、频 率和电流。凡是通过变位器送来的电信号都可测量，嵌入的自动量程数字多用表可直接测1 1 种不同的 物理量而不需外部信号凋理电路，独到的独立设计能力对任一通道进行灵活的独立设置，并能快速便 捷的设置仪器的状态。h p 3 4 9 7 0 a 具有强大的测量功能。内置数字万用表具有6 坛何分辨率和o0 0 4 的基本【u 流电压1 精度。仪器灵活的模块化设置可使通道数从2 0 直至1 2 0 个，可选川m x + b 的标定 函数对任何通道进行公式编辑平标度转换。 3 功能强人的随机附带软件。b e n c h l i n k 数据记录软件提供了m i c r o s o f tw i n d o w s 界面以进行测 试设置和实时数据显示、分析。此应用软件适用于p c 机上对测量结果进行采集和分析。可以设置条 形幽、x y 散点幽、柱形图、报警灯等多种图形，可在动态显示数据同时绘出各通道的曲线图，以及 通道之间的关系曲线。并可将所采集数据保存为文本格式或m i c l o s o f ie x c e l 的m s v 文件，以作进一步 分析或将其归纳到测试结果或报告中去。 9 新型供热计量控制系统动态特性研究 4 多种报警方式。报警同样以每个通道作为基础的，送入上限、下限或上下限。h p 3 4 9 7 0 a 将每 个读数与极限值相比较，并对任何超出极限值的测量予以标记。用户可连结外部报警装置达到报警效 果。 5 便捷的通道扫描时间控制。h p 3 4 9 7 0 a 能自动构建一个扫描列表。它包括全部经配置的输入并 按通道标号升序，通过手动面板战发送软州：命令，操作者可按给定的时间间隔殴置h p 3 4 9 7 0 a 的自动 通道扫描实时时钟，从而控制扫描时间。 6 输入状态监视。专门显示工作方式可监视所选的输入通道，即使在扫描过程中，也能用新的 读数连续显示。这时专注输入通道以及测试前排除系统故障是很有用的。 7 非易失性存储器增加了使用的方便性和可移植性。所有的读数都自动地加注时间标签并存储 在具有5 0 0 0 0 个凄数的非易失性存储器中，其存储能力可以保存一周以上的有价值数据( 以2 0 通道， 每5 分钟浏览一次计算) 。即使在关机后，此存储器也能保存数据，因此可使用h p 3 4 9 7 0 a 进行远地数 据采集并在以后将其载入至p c 机。如果仪器直接连接p c 则数据不断存入p c 的存储器，可实现连续 记录，不受仪器内部存储器限制。 2 2 实验过程 2 2 1 仪器远程连结方法 仪器与计算机的物理连接是实现远程控制仪器的重要环节。幽2 5 表示的是p c 与h p 3 4 9 7 0 a 以 及测点之间的连接示意图。 c o 吓d m o n n 。：n f o p ， 跏一1 馨耄篓“ 衍旧n e ec , a l i et i p3 4 9 y o a掰。0 u k s c z 目i r o j l e ”r 州5 幽25p c 与h p 3 49 7o a 之间的连接 f i g25c o n n e c t i o no fp ca n dh p 3 4 9 7 0 a 本仪器后面板提供两种连接的接口：r s 2 3 2 ( 串口连接) 年h p i b ( i e e e - 4 8 8t 业总线接口) 。r s 2 3 2 串口迎接方式是一种既经济、方便，同时义能满足我们测量要求的连接方式，所以选j _ | ；jr s 2 3 2 串口通 信作为仪器与p c 问数据通信方式，实现在p c 机远程控制h p 3 4 9 7 0 a 数据采集系统。 使i l p c 机远群控制数据采集仪时席注意采取抗干扰措施，除在信号线与仪器接口处进行处理外， 还要设置适当的数据传输速率。在本实验中，曾出现仪器在计算机房调试一切正常，而连接到实验室 斤不能输山数据的故障，经过反复排查最厉找出原因，由于实验室离马路较近，经常过汽车，并且鸣 1 0 河北工业大学硕士学位论文 笛声不断噪声干扰较