一种区域供热节能技术系统及其控制方法
专利汇可以提供一种区域供热节能技术系统及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种区域供热节能技术系统及其控制方法，结合动 力 设备和与之匹配的换热器及各类 阀 门 等设备进行灵活组合，成为一种既可满足二次热网的供热需求，又可大量减少电力消耗的节能系统；该系统应用于热力站内，可有效提高供热系统的 能源 效率，该系统由动力设备， 水 ?水换热器，阀门，动力输出引擎， 温度 传感器 ， 压力传感器 ，控制装置组成。能够根据供热区域的供热面积，单位供热功率等条件，采用动力设备与换热器 串联 或并联的两种方式进行组合。，下面是一种区域供热节能技术系统及其控制方法专利的具体信息内容。
1.一种区域供热节能技术系统，用于城镇供热系统的一次热网和二次热网之间的热力站处，其特征在于，该系统包括：动力设备，水-水换热器，阀门，动力输出引擎，温度传感器，压力传感器，控制装置；
其中：动力设备(1)基于一次热网的供水和二次热网的回水之间的温差提供动力；换热器设备(2)基于动力设备(1)的出口热水和二次热网的供水温差传递热量；根据一次热网、二次热网供回水温度、压力的变化，调整阀门的开度，从而保证系统工作的性能；换热器设备(2)能够让热水和冷水之间进行充分热量交换；
根据供热区域的供热面积，单位供热功率条件，动力设备与换热器采用串联或并联的方式；动力设备具有蒸发器(a1)，冷凝器(a2)，膨胀机(a3)和工质泵(a4)；
动力设备(1)具有与一次热网的供水管连接的口Rin，与一次热网的回水管连接的口Rout；与二次热网的供水管连接的口Lin，与二次热网的回水管连接的口Lout；在动力设备的内部，口Rin连接蒸发器(1)入口，口Rout连接蒸发器(1)出口；口Lin连接冷凝器(2)入口，口Lout连接冷凝器(2)出口；
根据本地一次热网的供水水温和二次热网的回水水温，确定适合该温度区间的有机工质进行工作；
在动力设备内部，一次热网输出的热量Eorc1，二次热网获得的热量为Eorc2，动力输出功率为Worc，采用能量平衡公式： Eorc1=Eorc2 + Worc （1）；换热器中热水传递的热量为Ehex1，冷水获得的热量为Ehex2，若不考虑换热器的热损失等影响，两者之间的关系为：
Ehex1=Ehex2（4）。
2.根据权利要求1所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：动力设备的膨胀机的机械功输出采用同轴连接方式与一套动力引擎装置相连接，通过该引擎装置带动二次热网的循环水泵工作；动力设备的工质泵提供该设备内工质的循环动力，工质泵采用本地市电供应；其中，正常工作时，工质泵所需的功率远小于动力设备的输出功率，且可以根据应用场合的工况进行配置。
3.根据权利要求1所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：动力设备是可以采用有机朗肯循环动力设备。
4.根据权利要求1所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：在串联方式下，一次热网的供水管在连接动力设备（1）的进口Rin之前安装第一阀门（3）；第一阀门（3）选择可调节开度的球阀或蝶阀；通过调节第一阀门（3）的开度，可控制进入Rin的水流量，在第一阀门（3）之前的一次热网供水管道上，安装第一压力传感器P1和第一温度传感器T1；动力设备（1）的入口Rin连接蒸发器(a1)的热源入口；动力设备(1)的出口Rout连接蒸发器(a1)的热源出口；动力设备(1)的入口Lin连接冷凝器(a2)的冷源入口；动力设备(1)的出口Lout连接冷凝器(a2)的冷源出口；动力设备(1)的接口Rout连接换热器设备(2)的热水入口Rin；换热器设备(2)的热水出口Rout连接一次热网的回水管；在一次热网的回水管上安装第二压力传感器(P2)和第二温度传感器(T2)；
二次热网的回水管在连接动力设备(1)的冷水入口Lin之前安装第二阀门（4）；第二阀门（4）也选择可调节开度的球阀或蝶阀，通过调节第二阀门（4）的开度，可控制进入Lin的水流量；在第二阀门（4）之前的管道上，安装第四压力传感器（P4）和第四温度传感器（T4）；动力设备（1）的出口Lout通过管道连接换热器设备（2）的冷水入口Lin；换热器设备（2）的冷水出口Lout连接二次热网的供水管；在二次热网供水管上安装第三压力传感器P3和第三温度传感器（T3）；在动力设备(1)的口Rout与换热器设备（2）的口Rin之间的连接管上安装第五温度传感器（T5）；在动力设备(1)的口Lout与换热器设备（2）的口Lin之间的连接管上安装第六温度传感器（T6）；第一阀门（3）和第二阀门（4）的开度是根据第一、第二、第三、第四压力传感器P1-P4和第一、第二、第三、第四、第五、第六温度传感器T1-T6的值进行调节控制的；第一阀门（3）用于调节来自一次热网的热水流量；第二阀门（4）用于调节来自二次热网的冷水流量；第一阀门（3）与第二阀门（4）的调节目标是动力设备（1）获得足够的热量提供动力输出，且换热器设备（2）处一次热网热水传递足够的热量给二次热网的冷水。
5.根据权利要求4所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：在动力设备1内部，一次热网输出的热量Eorc1，二次热网获得的热量为Eorc2，动力输出功率为Worc，则不考虑到系统与外界环境之间的散热和机械损耗等，采用如式（1）所示的能量平衡公式：
Eorc1=Eorc2 + Worc （1）
其中，
Eorc1=M1Cp(T1-T5) （2）
Eorc2=M2Cp(T4-T6) （3）
式（2），（3）中，M1为一次热网的热水流量，单位t/h；M2为二次热网的冷水流量，单位t/h；T1为第一温度传感器T1测得温度值，单位℃；T4为第四温度传感器T4测得温度值，单位℃；T5为第五温度传感器T5测得温度值，单位℃；T6为第六温度传感器T6测得温度值，单位℃；当要调整输出功率Worc时，可根据热水进口温度T1和冷水进口温度T4来调节第一阀门（3）和第二阀门（4）；调节第一阀门（3）的开度可调节热水流量M1，调节第二阀门（4）的开度可调节冷水流量M2；当需要提高输出功率Worc时，调节第一阀门（3），增加流量M1；此时，动力设备（1）的蒸发器中与有机工质交换的热量Eorc1增加；与此同时，增加流量M2，则冷凝器中与有机工质交换的热量Eorc2也增加；当保持动力设备1的蒸发器和冷凝器的温度稳定时，即式（2）、（3）中的温度T1，T4，T5，T6不发生变化，根据热力学第二定律，动力设备（1）所输出功率Worc提高，反之亦然。
6.根据权利要求4所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：换热器设备（2）能够让热水和冷水之间进行充分热量交换；换热器中热水传递的热量为Ehex1，冷水获得的热量为Ehex2，若不考虑换热器的热损失等影响，两者之间的关系为式（4）：
Ehex1=Ehex2 （4）
其中，
Ehex1=M1Cp(T5-T2) （5）
Ehex2=M2Cp(T6-T3) （6）
式（5），（6）中，M1为一次热网的热水流量，单位t/h；M2为二次热网的冷水流量，单位t/h；T2为第二温度传感器T2测得温度值，单位℃；T5为第五温度传感器T5测得温度值，单位℃；T6为第六温度传感器T6测得温度值，单位℃；T3为第三温度传感器T3测得温度值，单位℃；
换热器设备（2）、的热交换能力取决于换热器内部的结构；在选择热交换器时选择热交换能力大的换热器设备，尽可能提高二次热网的供水温度T3，同时也就尽量降低一次热网的回水温度T2。
7.根据权利要求4所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：在调节阀门时，同时需要注意压力P1-P4的变化，让其始终处于设备承受的最高压力之内；同时，为保持系统水力工况的平衡及节能，还需要尽量减少动力设备（1）和换热器设备（2）的压力损失。
8.根据权利要求1所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：在并联方式下，一次热网的供水管通过第一阀门（3）和第二阀门（4）分别连接动力设备（1）的热水入口Rin和换热器的热水入口Rin；动力设备（1）的热水出口Rout和换热器设备（2）的热水出口Rout直接连接到一次热网的回水管上；类似的，二次热网的回水管通过第三阀门（5）和第四阀门（6）分别连接动力设备（1）的冷水入口Lin和换热器的冷水入口Lin；动力设备（１）、的冷水出口Lout和换热器设备（2）的冷水出口Lout直接连接到二次热网的回水管上；
在一次热网供水管上安装第一压力传感器P1和第一温度传感器T1；在一次热网回水管上安装第二压力传感器P2和第二温度传感器T2；在二次热网回水管上安装第三压力传感器P3和第三温度传感器T3；在二次热网供水管上安装第四压力传感器P4和第四温度传感器T4；
在并联方式下，来自一次热网的热水流量M1分为两路，分别进入动力设备（1），M1,orc；
和换热器设备（2），M1,hex；第一阀门（3）的开度调节M1,orc，第二阀门（4）的开度调节M1,hex；来自二次热网的冷水流量M2也分为两路，分别进入动力设备（1）（M2,orc）和换热器设备（2），M2,hex；第三阀门（5）的开度调节M2,orc，第四阀门（6）的开度调节M2,hex；第一、第二、第三、第四阀门的开度是根据第一、第二、第三、第四压力传感器P1-P4和第一、第二、第三、第四温度传感器T1-T4的值进行调节控制的；第一阀门（3）与第三阀门（5）的调节目标是动力设备（１）处，有机工质获得足够的热量提供动力输出；第二阀门（4）和第四阀门（6）的调节目标是在换热器设备（2）处，一次热网热水传递足够的热量给二次热网的冷水。
9.根据权利要求8所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：在动力设备（１）内部，一次热网输出的热量Eorc1，二次热网获得的热量为Eorc2，动力输出功率为Worc；则不考虑到系统与外界环境之间的散热和机械损耗，能量平衡方程仍然如式（1）所示，其中Eorc1和Eorc2如下式（7）和（8）所示，
Eorc1=M1,orcCp(T1-T2) （7）
Eorc2=M2,orcCp(T3-T4) （8）
式（7），（8）中，M1,orc为一次热网的热水流量，单位t/h；M2,orc为二次热网的冷水流量，单位t/h；T1为第一温度传感器T1测得温度值，单位℃；T2为第二温度传感器T2测得温度值，单位℃；T3为第三温度传感器T3测得温度值，单位℃；T4为第四温度传感器T4测得温度值，单位℃；
当要调整输出功率Worc时，可根据热水进口温度T1和冷水进口温度T4来调节第一阀门（3）和第三阀门（5）；调节第一阀门（3）的开度可调节热水流量M1,orc，调节第三阀门（5）的开度可调节冷水流量M2,orc；当需要提高输出功率Worc时，调节第一阀门（3），增加流量M1,orc；此时，动力设备1的蒸发器中与有机工质交换的热量Eorc1增加；与此同时，增加流量M2,orc，则冷凝器中与有机工质交换的热量Eorc2也增加；当保持动力设备1的蒸发器和冷凝器的温度稳定时，即式（7）、（8）中的温度T1，T2，T3，T4不发生变化，根据热力学第二定律，动力设备（１）所输出功率Worc提高，反之亦然。
10.根据权利要求8所述的一种区域供热节能技术系统，其特征是：在并联方式下，动力设备（１）的出口Rout处的水温一般较高；为了进一步提高热利用水平，可添加一个换热器装置进一步降低一次热网的回水温度T2；还可将动力设备（１）的出口Rout处的热水接入换热器设备（２）内部热水管的水温相等的位置处，与一次热网热水进行混合；
与并联方式中换热器设备（２）的作用和优选方式类似，这里换热器设备（２）的结构也可以是管壳式，或板翅式换热器；设换热器中热水传递的热量为Ehex1，冷水获得的热量为Ehex2，若不考虑换热器的热损失等影响，两者之间的关系也如式（4）所示；
其中，Ehex1=M1Cp(T1-T2) （9）
Ehex2=M2Cp(T3-T4) （10）
式（9），（10）中，M1,hex为一次热网的热水流量，单位t/h；M2,hex为二次热网的冷水流量，单位t/h；T1为第一温度传感器T1测得温度值，单位℃；T2为第二温度传感器T2测得温度值，单位℃；T3为第三温度传感器T3测得温度值，单位℃；T4为第四温度传感器T4测得温度值，单位℃；
换热器设备（２）的热交换能力取决于换热器内部的结构；
在选择热交换器时选择热交换能力大的换热器设备，尽可能提高二次热网的供水温度T3，同时也就尽量降低一次热网的回水温度T2。
一种区域供热节能技术系统及其控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
根据供热区域的供热面积，单位供热功率条件，动力设备与换热器采用串联或并联的方式；动力设备具有蒸发器a1，冷凝器a2，膨胀机a3和工质泵a4；
动力设备1具有与一次热网的供水管连接的口Rin，与一次热网的回水管连接的口Rout；与二次热网的供水管连接的口Lin，与二次热网的回水管连接的口Lout；在动力设备1的内部，口Rin连接蒸发器1入口，口Rout连接蒸发器1出口；口Lin连接冷凝器2入口，口Lout连接冷凝器2出口；
根据本地一次热网的供水水温和二次热网的回水水温，确定适合该温度区间的有机工质进行工作；
在动力设备内部，一次热网输出的热量Eorc1，二次热网获得的热量为Eorc2，动力输出功率为Worc，采用能量平衡公式： Eorc1=Eorc2 + Worc （1）；
换热器中热水传递的热量为Ehex1，冷水获得的热量为Ehex2，若不考虑换热器的热损失等影响，两者之间的关系为：Ehex1=Ehex2（4）
本发明中，动力设备的膨胀机的机械功输出采用同轴连接方式与一套动力引擎装置相连接，通过该引擎装置带动二次热网的循环水泵工作；动力设备的工质泵提供该设备内工质的循环动力，工质泵采用本地市电供应；其中，正常工作时，工质泵所需的功率远小于动力设备的输出功率，且可以根据应用场合的工况进行配置。
在动力设备1的口Lout与换热器设备2的口Lin之间的连接管上安装第六温度传感器T6；第一阀门3和第二阀门4的开度是根据第一、第二、第三、第四压力传感器P1-P4和第一、第二、第三、第四、第五、第六温度传感器T1-T6的值进行调节控制的。第一阀门3用于调节来自一次热网的热水流量；第二阀门4用于调节来自二次热网的冷水流量。第一阀门3与第二阀门4的调节目标是动力设备1获得足够的热量提供动力输出，且换热器设备2处一次热网热水传递足够的热量给二次热网的冷水。
其中，
Eorc1=M1Cp(T1-T5) （2）
Eorc2=M2Cp(T4-T6) （3）
式（2），（3）中，M1为一次热网的热水流量，单位t/h；M2为二次热网的冷水流量，单位t/h；T1为传感器T1测得温度值，单位℃；T4为传感器T4测得温度值，单位℃；T5为传感器T5测得温度值，单位℃；T6为传感器T6测得温度值，单位℃；当要调整输出功率Worc时，可根据热水进口温度T1和冷水进口温度T4来调节第一阀门3和第二阀门4。调节第一阀门3的开度可调节热水流量M1，调节第二阀门4的开度可调节冷水流量M2。当需要提高输出功率Worc时，调节第一阀门3，增加流量M1。此时，动力设备1的蒸发器中与有机工质交换的热量Eorc1增加。与此同时，增加流量M2，则冷凝器中与有机工质交换的热量Eorc2也增加。当保持动力设备1的蒸发器和冷凝器的温度稳定时，即式（2）、（3）中的温度T1，T4，T5，T6不发生变化。根据热力学第二定律，动力设备1所输出功率Worc提高，反之亦然。
其中，
Ehex1=M1Cp(T5-T2) （5）
Ehex2=M2Cp(T6-T3) （6）
式（5），（6）中，M1为一次热网的热水流量，单位t/h；M2为二次热网的冷水流量，单位t/h；T2为传感器T2测得温度值，单位℃；T5为传感器T5测得温度值，单位℃；T6为传感器T6测得温度值，单位℃；T3为传感器T3测得温度值，单位℃。
在并联方式下，来自一次热网的热水流量M1分为两路，分别进入动力设备1，M1,orc；和换热器设备2，M1,hex。第一阀门3的开度调节M1,orc，第二阀门4的开度调节M1,hex。来自二次热网的冷水流量M2也分为两路，分别进入动力设备1（M2,orc）和换热器设备2，M2,hex。第三阀门（5）的开度调节M2,orc，第四阀门6的开度调节M2,hex；第一、第二、第三、第四阀门的开度是根据第一、第二、第三、第四压力传感器P1-P4和第一、第二、第三、第四温度传感器T1-T4的值进行调节控制的。第一阀门3与第三阀门5的调节目标是动力设备1处，有机工质获得足够的热量提供动力输出；第二阀门4和第四阀门6的调节目标是在换热器设备2处，一次热网热水传递足够的热量给二次热网的冷水。
Eorc2=M2,orcCp(T3-T4) （8）
式（7），（8）中，M1,orc为一次热网的热水流量，单位t/h；M2,orc为二次热网的冷水流量，单位t/h；T1为传感器T1测得温度值，单位℃；T2为传感器T2测得温度值，单位℃；T3为传感器T3测得温度值，单位℃；T4为传感器T4测得温度值，单位℃。
式（9），（10）中，M1,hex为一次热网的热水流量，单位t/h；M2,hex为二次热网的冷水流量，单位t/h；T1为传感器T1测得温度值，单位℃；T2为传感器T2测得温度值，单位℃；T3为传感器T3测得温度值，单位℃；T4为传感器T4测得温度值，单位℃；
换热器设备2的热交换能力取决于换热器内部的结构。在选择热交换器时选择热交换能力大的换热器设备，尽可能提高二次热网的供水温度T3，同时也就尽量降低一次热网的回水温度T2。
具体实施方式
其中，
Eorc1=M1Cp(T1-T5) （2）
Eorc2=M2Cp(T4-T6) （3）
式（2），（3）中，M1为一次热网的热水流量，单位t/h；M2为二次热网的冷水流量，单位t/h；T1为传感器T1测得温度值，单位℃；T4为传感器T4测得温度值，单位℃；T5为传感器T5测得温度值，单位℃；T6为传感器T6测得温度值，单位℃。
其中，
Ehex1=M1Cp(T5-T2) （5）
Ehex2=M2Cp(T6-T3) （6）
式（5），（6）中，M1为一次热网的热水流量，单位t/h；M2为二次热网的冷水流量，单位t/h；T2为传感器T2测得温度值，单位℃；T5为传感器T5测得温度值，单位℃；T6为传感器T6测得温度值，单位℃；T3为传感器T3测得温度值，单位℃。
（2）设备HEX的口Rin处水温为120℃，口Rout处的水温为40℃。设备HEX的口Lin处水温为32.3℃，口Lout处的水温为52.4℃。在设备HEX处，一次热网的输出热量Ehex1为5587kW。二次热网所获得热量Ehex2为5580kW。
E1=Eorc1+Ehex1=6295 kW
二次网输入热量E2为：
E2=Eorc2+Ehex2=6210 kW
该供热区域单位平米所获得的实际供热量为62.1W/m2。该热力站完全可以满足设计
60W/m2的需要。
采用本发明的技术方案，二次热网的循环泵获得了71的动力功率。而一般传统方式采用电动机驱动循环泵。若要获得71kW功率时，设电动机的总效率η为0.7，需要电能Ep为，Ep=71/η=101.4 kW。
Eorc2=M2,orcCp(T3-T4) （8）
式（7），（8）中，M1,orc为一次热网的热水流量，单位t/h；M2,orc为二次热网的冷水流量，单位t/h；T1为传感器T1测得温度值，单位℃；T2为传感器T2测得温度值，单位℃；T3为传感器T3测得温度值，单位℃；T4为传感器T4测得温度值，单位℃。
式（9），（10）中，M1,hex为一次热网的热水流量，t/h；M2,hex为二次热网的冷水流量，t/h；
T1为传感器T1测得温度值，℃；T2为传感器T2测得温度值，℃；T3为传感器T3测得温度值，℃；
T4为传感器T4测得温度值，℃。
E1=Eorc1+Ehex1+Ew1=2636.3kW
二次网输入热量E2为：
E2=Eorc2+Ehex2+Ew2 =2585.68 kW
该供热区域单位平米所获得的实际供热量为Ehex2/32000=53.1W/m2。该热力站完全可
2
以满足设计50W/m的需要。本地生活热水的流量为13.27t/h，也满足需求。
采用本发明的技术方案，二次热网的循环泵获得了21kW的动力功率。而一般传统方式采用电动机驱动循环泵。若要获得21kW功率时，设电动机的总效率η为0.7，需要电能Ep为，Ep=21/η=30kW，由此可知，在实施例2中，若采用本方案可节约电能为Ep-Porc =28.3kW。
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