專利名稱：中央熱能設(shè)施的熱計(jì)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于估計(jì)在用于生成和供應(yīng)熱能的中央設(shè)施的多個(gè)熱交換器與用戶綜合體(complex)之間交換的熱能的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中存在也被稱為直接熱量計(jì)(heat meter)、直接熱費(fèi)計(jì)(direct heating cost meter)或者溫度計(jì)(therm meter)的熱量計(jì)或測(cè)量器件，其在所有情況下都需要對(duì)經(jīng)過每個(gè)加熱單元(或者加熱單元組)的載熱流體(heat carrier fluid)的流量或者同一流體在加熱單元(或者組)的入口和出口之間的溫度差的直接瞬時(shí)測(cè)量結(jié)果。因此這些計(jì)量器件由以下部件構(gòu)成
兩個(gè)溫度傳感器 流量傳感器
用于加工和采樣來自這三個(gè)傳感器的信號(hào)并且對(duì)這些進(jìn)行處理的電子系統(tǒng) 用于存儲(chǔ)熱測(cè)量結(jié)果的存儲(chǔ)器 測(cè)量結(jié)果顯示部件，以及 如果必要的話，用于發(fā)送測(cè)量的數(shù)據(jù)的部件。從傳感器(一個(gè)流量傳感器和兩個(gè)溫度傳感器)接收的數(shù)據(jù)由熱量計(jì)的電子系統(tǒng)來收集和存儲(chǔ)，并且隨后關(guān)于時(shí)間進(jìn)行積分以得到它們的能量數(shù)據(jù)元素。該數(shù)據(jù)元素可以顯示在器件的顯示單元(如果存在的話)上，和/或可以保存到其內(nèi)部存儲(chǔ)器和/或發(fā)送到普通的遠(yuǎn)程控制單元。該類型的熱計(jì)量器件僅對(duì)于具有所謂的載熱流體的“水平”、“環(huán)”或 “區(qū)域”供應(yīng)的加熱設(shè)施而言在經(jīng)濟(jì)上是有利的。該類型的系統(tǒng)需要在每個(gè)起居單元(accommodation unit)中的內(nèi)部供應(yīng)環(huán) (supply ring)(或者有限數(shù)量的環(huán))，該內(nèi)部供應(yīng)環(huán)服務(wù)于起居單元的所有加熱單元并且連接到來自主供應(yīng)的單個(gè)分支點(diǎn)。在該情況下，由單個(gè)起居單元的所有加熱單元所供應(yīng)的能量可以由用于起居單元的每個(gè)內(nèi)部環(huán)的單個(gè)直接計(jì)量表來計(jì)量。相似地，在該情況下可以通過經(jīng)過在來自主供應(yīng)的分支附近插入用于供應(yīng)環(huán)的電磁閥來控制載熱流體的流動(dòng)，調(diào)節(jié)溫度。另一方面，如果供應(yīng)系統(tǒng)是豎管(riser)或者豎直類型的，其中單個(gè)起居單元的每個(gè)加熱單元連接到豎直地延伸經(jīng)過整個(gè)建筑物的主供應(yīng)的不同管道，則直接熱計(jì)量系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)方面是昂貴的，因?yàn)槊總€(gè)加熱單元都需要分立的熱量計(jì)并且因此需要帶有其電子系統(tǒng)的分立的傳感器組(兩個(gè)溫度傳感器和一個(gè)流量傳感器)。該后面的方案因此會(huì)需要高度侵入性的安裝工作，會(huì)承擔(dān)與加熱單元的數(shù)量成比例地增加的費(fèi)用，并且會(huì)對(duì)起居單元的外觀具有顯著的影響。進(jìn)一步的缺點(diǎn)來自于以下事實(shí)流量傳感器的整體尺寸超過了在加熱單元和嵌入有載熱流體遞送和返回管道的墻壁之間可用的空間；此外，流量傳感器需要附加的上游和下游直管道延伸(pipe rim)以限制流體中的會(huì)降低測(cè)量結(jié)果精度的紊流發(fā)展。 因此，出于物理原因，流量傳感器通常無法安裝在每個(gè)加熱單元處。此外，取決于由任何給定的流量傳感器所使用的物理原理，它可能具有其他缺點(diǎn)。例如，如果流體具有高的懸浮雜質(zhì)含量(這正是在加熱設(shè)施中所使用的流體中的情況)，則機(jī)械流量傳感器的性能隨著時(shí)間而降低。諸如電磁或者超聲波傳感器的其他類型的流量傳感器需要太多的能量用于其電源并且太昂貴。因此，盡管直接熱量計(jì)是用于測(cè)量所傳遞的熱量的理想器件，但是在過去，它們從未被用于計(jì)量在豎管類型的中央加熱系統(tǒng)與其用戶之間交換的熱量。另一類型的用于計(jì)量由中央加熱或冷卻設(shè)施所服務(wù)的用戶的消耗的系統(tǒng)使用熱費(fèi)分配表(heat cost allocator).熱費(fèi)分配表是已存在了幾十年并且被設(shè)計(jì)為解決計(jì)量豎直(豎管)設(shè)施的熱量的問題的器件。操作原理是基于
-由安裝在加熱單元的前表面上的熱費(fèi)分配表測(cè)量加熱單元的平均溫度； -(如果必要的話)直接測(cè)量在熱單元和建筑物的整個(gè)供應(yīng)設(shè)施之間交換的總熱能； -加熱單元的簡化模型，以及
-(如果必要的話)測(cè)量每個(gè)加熱單元工作所處的環(huán)境的平均溫度。盡管熱費(fèi)分配表是最廣泛類型的系統(tǒng)，但是它們承受有各種缺點(diǎn)，包括如下事實(shí) 它們必須以表示單元的平均溫度的特定位置被安裝到每個(gè)加熱單元的前表面。此外，它們的易接近性使得它們可以易于被竄改，并且費(fèi)用分配的精度隨著與每個(gè)各個(gè)熱費(fèi)分配表相關(guān)聯(lián)的加熱單元的工作條件的變化增加而降低。這個(gè)普遍使用的已知技術(shù)的其他缺點(diǎn)來自于以下事實(shí)在存在位于加熱單元以及安裝于其上的熱費(fèi)分配表前方的家具或者物體時(shí)， 熱費(fèi)分配的精度變得降低。最終，公知的是描述其上安裝有熱費(fèi)分配表的加熱單元的模型的、對(duì)用于計(jì)量目的的熱費(fèi)分配表的配置所需的參數(shù)并不總是已知的，因?yàn)閮H有某個(gè)百分比的加熱單元由系統(tǒng)的制造者在氣候試驗(yàn)室(climatic test chamber)中基于熱費(fèi)分配表的適當(dāng)測(cè)量結(jié)果所識(shí)別。如果在加熱單元中載熱流體的流動(dòng)例如由于在其閥處或者在其下端處沉淀的沉積物而被部分地阻擋，則這些參數(shù)也可能隨著各年以未知方式變化。更不精確并且因此使用得更不廣泛的另一方法可以應(yīng)用于區(qū)域供應(yīng)設(shè)施和豎管設(shè)施。在該方法中，每個(gè)起居單元的加熱消耗的分配是僅僅基于使用的時(shí)間段。然而，由于載熱流體在其沿著供應(yīng)線路的流動(dòng)中出現(xiàn)壓力損失(也稱為壓頭(head)損失)和熱損失，這沒有考慮到很多在實(shí)際中使得不可能具有流入載熱流體(incoming heat carrier fluid) 對(duì)于任何給定使用狀態(tài)的相等的流量和溫度的物理因素。此外，在每個(gè)起居單元中的加熱單元的類型和尺寸可能例如因?yàn)橹亟ǘS著時(shí)間被修改，并且可能在一個(gè)起居單元與下一個(gè)起居單元之間不再一致。另一計(jì)量策略是基于對(duì)間接物理量的測(cè)量結(jié)果，諸如要計(jì)量其對(duì)熱能的吸收或釋放的起居單元中的環(huán)境的那些間接物理量。下面給出一些相關(guān)專利文獻(xiàn)的簡要描述。根據(jù)德國專利DE 30 12沈7，通過使用起居單元和熱常數(shù)(傳遞率)之間的近似關(guān)系(vicinity)以及劃分墻壁的表面的拓?fù)渲R(shí)來估計(jì)在加熱設(shè)施和每個(gè)起居單元之間交換的熱能，以便計(jì)算由較熱單元從較冷單元的“熱量減損”。該技術(shù)基本上是基于每個(gè)加熱的環(huán)境的內(nèi)部溫度、分立的元件(墻壁、地板、門和窗框以及房頂)的熱常數(shù)以及外部溫度的知識(shí)。根據(jù)對(duì)起居單元的內(nèi)部環(huán)境的影響以及用戶綜合體的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)來估計(jì)由加熱設(shè)施所釋放的熱能。該類型的系統(tǒng)承受有大量缺點(diǎn)，包括需要位于起居單元中的高數(shù)量的傳感器； 在該方法與較小數(shù)量的環(huán)境溫度傳感器一起使用的情況下(經(jīng)常就是這樣)，計(jì)量的精度降低。這是因?yàn)樵谄鹁訂卧沫h(huán)境內(nèi)部的空氣溫度可以例如由于在地板與溫度傳感器所在的天花板之間的高度或者與位于建筑物外部而非內(nèi)部分區(qū)的圍墻、與加熱單元或與窗戶相鄰而在一個(gè)房間與下一個(gè)房間之間以及在同一個(gè)房間內(nèi)極大地變化。EP 0 844 468使用了根據(jù)每個(gè)所監(jiān)控的環(huán)境中存在的空氣體積的知識(shí)并且根據(jù)在每個(gè)環(huán)境中所測(cè)量的連續(xù)最小溫度和最大溫度之間的溫度差(例如由于加熱單元從“切斷”狀態(tài)改變到“接通”狀態(tài)所在的時(shí)間段)來得出熱消耗以便保持溫度在所想要的值的區(qū)域中的想法。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是該方法不僅承受有與前面情況中相同的、與一致地表示了各種起居單元中的內(nèi)部平均溫度的溫度測(cè)量結(jié)果有關(guān)的嚴(yán)重問題，導(dǎo)致計(jì)量精度的降低，而且還具有忽略了在其中加熱單元被帶入其正常工作狀態(tài)的時(shí)間段期間損失到外部環(huán)境的熱能的缺陷，換言之，為了在從先前的較低溫度進(jìn)行加熱的短暫時(shí)間段之后保持內(nèi)部溫度在所想要的水平的區(qū)域中的目的并且為了僅僅補(bǔ)償?shù)酵獠康臒釗p失的目的，因此僅僅考慮到提升內(nèi)部空氣溫度所需的能量。WO 03/60448描述了一種用于根據(jù)所選擇的熱舒適度等級(jí)來將熱費(fèi)分配到公寓的不同房間的方法。該方法基于在房間內(nèi)部的周圍溫度、房間的體積以及外部周圍溫度的知識(shí)來工作，從而做出基于度日(degree-day)的校正。具體地，假設(shè)從建筑物的內(nèi)部環(huán)境傳遞到外部環(huán)境的能量等于由加熱設(shè)施所釋放的能量，則該方法通過(部分地)對(duì)內(nèi)部環(huán)境建模并且測(cè)量周圍溫度來估計(jì)該能量。所述方法具有如下缺陷其假設(shè)在建筑物內(nèi)部的環(huán)境和外部環(huán)境之間交換的熱能等于在內(nèi)部與加熱設(shè)施交換的熱能，并且錯(cuò)誤地假設(shè)在起居單元內(nèi)部和外部之間交換的熱能可以僅僅根據(jù)內(nèi)部體積并根據(jù)熱舒適度來推出，所述熱舒適度定義為在起居單元中不考慮熱傳遞率所達(dá)到的溫度。這意味著，如果存在具有相同體積的公寓，但是它們之一例如由于較老的門和窗框或者不同的外部暴露而具有較大損失，則在該公寓達(dá)到與其他公寓相同的平均溫度(熱舒適度等級(jí))的情況下，會(huì)記錄相同的消耗。因此，矛盾的是，該方法并未獎(jiǎng)勵(lì)針對(duì)節(jié)能(例如通過在更好的墻壁或者框架絕緣上進(jìn)行投入或者通過限制開窗戶的時(shí)間來實(shí)現(xiàn))的用戶行為，因?yàn)檫@被能量計(jì)量所忽略。例如，總是開著窗戶并因此具有最大消耗的公寓將基于零或者幾乎零花費(fèi)來進(jìn)行計(jì)量，因?yàn)閮?nèi)部溫度將類似于外部溫度。同樣相當(dāng)難以精確地確定公寓或者房間的平均溫度，因?yàn)檫@可以隨著關(guān)于墻壁或者孔的位置或者隨著高度而有時(shí)在很大的程度上變化。盡管指定了傳感器沿著載熱流體供應(yīng)回路來放置，但是這些傳感器用于啟動(dòng)或停止計(jì)量，而不參與熱消耗的估計(jì)。此外，該方法未考慮到加熱瞬態(tài)，換言之，有可能需要在不用局部設(shè)施延長的時(shí)間段之后達(dá)到所想要的溫度，該方法也沒有考慮到將內(nèi)部溫度提升到至外部的損失以上所需的能量消耗。最后，描述了基于“度日”原理的計(jì)量方法的UNI 9019標(biāo)準(zhǔn)也是基于加熱設(shè)施對(duì)在起居單元內(nèi)部的環(huán)境的熱影響的測(cè)量結(jié)果，并且承受有類似的精度問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種用于測(cè)量熱量的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，其可以克服已知技術(shù)的這些缺點(diǎn)和其他缺點(diǎn)并且也可以以簡單經(jīng)濟(jì)的方式來應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明，借助于如所附權(quán)利要求1中所定義的虛擬熱計(jì)量系統(tǒng)以及如所附權(quán)利要求13中所定義的用于估計(jì)在中央熱設(shè)施的多個(gè)熱交換器器件和用戶綜合體之間交換的熱能的方法，實(shí)現(xiàn)了該目標(biāo)和其他目標(biāo)。根據(jù)由本發(fā)明所提出的系統(tǒng)和方法的計(jì)量方法不是基于對(duì)起居單元內(nèi)部的加熱設(shè)施的環(huán)境影響的測(cè)量結(jié)果，也不是基于熱費(fèi)分配表類型的方法。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比， 下面詳細(xì)描述的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法再次利用了直接測(cè)量與每個(gè)熱交換器器件相關(guān)聯(lián)的熱量的原理，因此避免了上述間接方法的所有負(fù)面特征，但是省去了用于每個(gè)加熱單元的熱計(jì)量器件的安裝和使用，因此極大地降低了所安裝的計(jì)量傳感器和器件的數(shù)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)由每個(gè)熱用戶所吸收的熱量的高度精確計(jì)量。特別地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法使得有可能將直接熱計(jì)量的原理應(yīng)用于每個(gè)加熱單元，而無需安裝和使用用于每個(gè)加熱單元的、作為形成直接熱量計(jì)的一些部件的流量傳感器和電子處理系統(tǒng)。出于這些和其他原因，由本發(fā)明所提出的系統(tǒng)和方法例如在將舊的中央加熱設(shè)施轉(zhuǎn)換為用于為終端用戶計(jì)量能量費(fèi)用的功能自主設(shè)施中是特別有用的。


參照附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)以下純粹通過非限制性示例方式給出的詳細(xì)描述而變得清楚，在所述附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的可能示例性實(shí)施例的框圖2是應(yīng)用了圖1的系統(tǒng)的加熱設(shè)施的示例的示意性圖；以及
圖3是通過示例方式示出圖2中所示的加熱設(shè)施的熱和流體動(dòng)力學(xué)模型的框圖。
具體實(shí)施例方式在本說明書中以及在權(quán)利要求書中，將參照由以下定義給出其所指的含義的多個(gè)術(shù)語。用戶綜合體這是與加熱設(shè)施交換熱能的建筑(structure)組的建筑。例如， 該綜合體可以是一個(gè)或多個(gè)各種類型的建筑，諸如住宅建筑物(諸如公寓樓、排屋、平房 (bungalow)等)、商業(yè)建筑物、工業(yè)建筑物或獨(dú)立式建筑物。熱用戶這是特別是為了任何隨后的計(jì)量的目的而要監(jiān)控其熱能消耗的用戶綜合體的一般部分。它可以是起居單元或者一組這樣的單元、起居單元的特定區(qū)域或者子區(qū)域、 起居單元的房間、或者甚至是由設(shè)施的單個(gè)熱交換器所加熱的環(huán)境。中央熱設(shè)施這是意在生成熱能并且經(jīng)由供應(yīng)回路借助于載熱流體來將熱能傳遞到用戶綜合體的熱用戶、或者意在從用戶汲取熱能并且將其釋放到外部環(huán)境中的設(shè)施。該設(shè)施可以是加熱或者冷卻設(shè)施。在本發(fā)明的實(shí)施例的示例中，其將被描述為已知類型的具有用于加熱載熱流體的熱單元(或鍋爐)和用于在閉合供應(yīng)回路中建立該流體的受迫循環(huán)的泵送器件的加熱設(shè)施。熱設(shè)施包括
i)供應(yīng)回路這是形成載熱流體直到設(shè)施的熱交換器連接至的終點(diǎn)的路徑的管道、分支、接頭和閥器件的集合；
ii)熱單元這是用于生成從供應(yīng)回路得到的流動(dòng)載熱流體中熱能的變化的裝置。如果一個(gè)或多個(gè)熱用戶要被加熱，則載熱流體中熱能的變化會(huì)是正的。相反，如果一個(gè)或多個(gè)熱用戶要被冷卻，則載熱流體中熱能的變化會(huì)是負(fù)的。例如，在加熱設(shè)施的情況下，熱單元可以是已知類型的鍋爐；
iii)泵送器件這可以是用于建立經(jīng)過供應(yīng)回路的載熱流體的受迫循環(huán)的任何裝置；
iv)熱交換器器件這些是用于在供應(yīng)回路中流動(dòng)的載熱流體和熱用戶之間交換熱量 (例如通過對(duì)流或輻射)的各個(gè)元件。這樣的熱交換器器件的示例可以是一般加熱單元(諸如用于加熱在建筑物內(nèi)部的環(huán)境的熱虹吸器)或者風(fēng)機(jī)盤管單元(借助于受迫通風(fēng)來工作并且可用于加熱和冷卻)。參照?qǐng)D1，這示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的可能示例性實(shí)施例的示意性框圖。整個(gè)系統(tǒng)由附圖標(biāo)記10來表示，并且與由中央熱設(shè)施I加熱的用戶綜合體U相關(guān)聯(lián)。在所討論的實(shí)施例中，用戶綜合體U被看作住宅建筑物，而中央熱設(shè)施I被看作加熱設(shè)施。然而，如上述的并且如根據(jù)本說明書對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯然的，本發(fā)明的原理也適用于不同類型的用戶綜合體，包括諸如夏天空調(diào)設(shè)施的冷卻設(shè)施的情況。如圖1中所示，用戶綜合體U包括多個(gè)熱用戶，諸如m個(gè)起居單元Up…、Um，意在從加熱設(shè)施I接收熱量。該加熱設(shè)施I包括
-供應(yīng)回路C，意在具有流經(jīng)它的載熱流體，
-熱單元G，諸如鍋爐，被布置為生成從供應(yīng)回路C得到的載熱流體中熱能的想要的變化，以及
-已知類型的泵送器件P，諸如泵，用于建立經(jīng)過供應(yīng)回路C的受迫循環(huán)。加熱設(shè)施I還包括多個(gè)熱交換器器件，諸如由符號(hào)H1,ρ…，H1,nl，H2^1,…，H2,n2， …，Hnu，…，Hm,表示的…―化個(gè)加熱單元，其中索引m表明起居單元U1、…、Um的總數(shù)，其中第一個(gè)下標(biāo)表示所考慮的起居單元，而第二個(gè)下標(biāo)識(shí)別了在該起居單元內(nèi)的特定加熱單元。加熱單元H1,i，…，Hljnl, H2jl,…，H2jn2,…，Hnu，…，Hm,以如下方式連接到供應(yīng)回路C 這些加熱單元在m個(gè)起居單元U”…、Um之間被分配，并且適于將載熱流體的熱量傳遞到它們所處的環(huán)境。取決于加熱設(shè)施I的類型，各個(gè)起居單元之間的加熱單元Η1Λ，…，Hlinl, Η2Λ，…，H2,η2，…，Hnu，…，Hm,Μ的分配及其類型甚至可以在起居單元內(nèi)變化。加熱單元H1,i，…，Hljnl, H2jl,…，H2jn2,…，Hnu，…，Inm也可以連接到豎管供應(yīng)設(shè)施(也稱為“豎直”供應(yīng)系統(tǒng))或者連接到內(nèi)部環(huán)供應(yīng)設(shè)施(也稱為“水平”供應(yīng)系統(tǒng))。系統(tǒng)10包括多個(gè)控制閥器件，諸如/7TZ…―凡個(gè)電磁閥EV1J…，EV1;Pl, EV2jl, …，EV2,p2，…，EVnu，…，EVm,pm，其中第一個(gè)下標(biāo)表示所考慮的起居單元，而第二個(gè)下標(biāo)識(shí)別了與該起居單元相關(guān)聯(lián)的特定閥元件。電磁閥ρ…，EVljpl, EV2jl,…，EV2jp2, …，EVnu，…，EVm，pm被插入和分配在η個(gè)加熱單元H1;1，…，Hljnl, H2jl,…，H2jll2,…， Hnu，…，Hm, 和供應(yīng)回路C的管道的分支之間。因此根據(jù)各個(gè)電磁閥EV^…，EV1,pl， EV2^1,…，EV2,p2，…，EVnu，…，EVm,pm中每個(gè)電磁閥的致動(dòng)狀態(tài)來控制載熱流體經(jīng)過供應(yīng)回路C和η個(gè)加熱單元H1, i，…，Hljnl, H2jl,…，H2jn2,…，Hnijl,…，Hn^nm的路徑。假設(shè)各個(gè)電磁閥EV1,丨，…，EV1;Pl, EV2jl,…，EV2,p2，…，EVnu，…，EVm，pm被配置為根據(jù)是否想要加熱相關(guān)聯(lián)的加熱單元H1^…，Hljnl, H2jl,…，H2jn2,…，Hnu，…， Hm,M的環(huán)境而處于兩個(gè)工作狀態(tài)(即“打開”和“關(guān)閉”)中。因此供應(yīng)回路C可以假設(shè)2P個(gè)不同的工作配置，針對(duì)每種工作配置為經(jīng)過η個(gè)輻射器H1^…，H1,nl，H2^1,…，H2,η2， …，^u，…，Hm，nJ勺載熱流體定義了特定供應(yīng)路徑。電磁閥EV1,工，…，EV1;Pl, EV2jl,…， EV2,p2,…，EVnu，…，EVm,pm的致動(dòng)可以由用戶手動(dòng)控制，或者由在這提供有周圍溫度傳感器的情況下的每個(gè)各個(gè)電磁閥的電子控制器或由與每個(gè)起居單元U1、…、仏相關(guān)聯(lián)的、負(fù)責(zé)控制各個(gè)起居單元仏、…、Um中的溫度的局部控制單元(諸如已知類型的恒溫器或恒溫器定時(shí)器)來自動(dòng)控制。如在本領(lǐng)域中已知的，在豎管供應(yīng)的情況下，第i個(gè)起居單元Ui的Iii個(gè)加熱單元 Hij …，氏^典型地與 個(gè)相應(yīng)的電磁閥Ei;1，…，EV^i相關(guān)聯(lián)，其中ni=qi。然而，在內(nèi)部環(huán)供應(yīng)中，所有屬于同一起居單元化的叫個(gè)加熱單元Ημ，…，Hi,ni通常與單個(gè)電磁閥EVk相關(guān)聯(lián)，這攔截了來自豎直列的分支到達(dá)所有ni個(gè)加熱單元所連接到的內(nèi)部供應(yīng)環(huán)。如果閥器件安裝到每個(gè)加熱單元，則控制動(dòng)作以及因此計(jì)量可以為同一起居單元中的加熱單元的每個(gè)子組被進(jìn)一步獨(dú)立地劃分。例如，Iii個(gè)加熱單元可以被劃分為兩個(gè)組，每個(gè)有χ和y個(gè)元件，使得n^x+y，以為加熱單元Ημ，-,Hi;X的組(例如在白天區(qū)域)和為組 Hi,x+1，…，Hiiy (例如在夜晚區(qū)域)提供分立的溫度控制并因此提供分立的計(jì)量。這也可以在水平供應(yīng)回路的情況下容易地實(shí)現(xiàn)，如果在所考慮的起居單元中存在兩個(gè)供應(yīng)環(huán)，一個(gè)服務(wù)于加熱單元Hi,ρ -, ,,的組而另一個(gè)服務(wù)于組Hi,X+1，-,Hi^y的話；在該情況中，只需要兩個(gè)閥器件，每個(gè)環(huán)有一個(gè)閥器件。在下面將詳細(xì)描述的持續(xù)了時(shí)間段AtTOT的正常工作模式中，加熱設(shè)施I借助于被供應(yīng)有流經(jīng)供應(yīng)回路C的載熱流體的加熱單元H1,ρ…，Hlinl, H2^1,…，H2,n2，…，Hnu， …，Hm,,而將熱能E供應(yīng)給用戶綜合體U。前述總熱能E以熱能E1,…，的相應(yīng)各個(gè)量在各個(gè)起居單元U”…、Um之間分配。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10的目的是得到在加熱熱設(shè)施I和起居單元仏、…、Um之間單獨(dú)交換的熱能的估計(jì)值艮，…，βω。系統(tǒng)10包括多個(gè)主傳感器，這多個(gè)主傳感器被布置用于在前述指定的時(shí)間段 Δ tT0T期間以采樣間隔Δ t測(cè)量表示供應(yīng)回路C的工作的物理量并且供應(yīng)表示關(guān)于每個(gè)這些采樣間隔At的這些數(shù)據(jù)的第一信號(hào)。更具體地，系統(tǒng)10包括至少以下組的主傳感器
-主流量測(cè)量器件12，被布置用于供應(yīng)表示在多個(gè)加熱單元所連接到的供應(yīng)回路C的主遞送部分(_.中流動(dòng)的載熱流體的流量的第一信號(hào)Qman.；
-第一和第二主溫度傳感器14、16，被配置為供應(yīng)分別表示多個(gè)加熱單元所連接到的供應(yīng)回路C的遞送部分Cman.和返回部分CHt.各自中的載熱流體的第一和第二溫度的第二主信號(hào)T_.和i;it.；以及
-第一和第二主壓力傳感器18、20，被布置用于供應(yīng)表示多個(gè)加熱單元所連接到的供應(yīng)回路C的遞送部分Cman.和返回部分CHt.中的載熱流體的第一和第二壓力的第三主信號(hào) Pman.禾口 Prit.。如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯然的，第一和第二主壓力傳感器18、20可以有利地被替換為具有求出壓力Pman.和Pm.之間的差Δρ (換言之，供應(yīng)回路兩端的總壓降)的功能的單個(gè)差分壓力傳感器。此外，如下面所更全面描述的，電磁閥EV1,ρ…，EV1;Pl, EV2jl,…，EV2，p2，…， EVfflil,…，EVm,_被布置用于直接向系統(tǒng)10供應(yīng)表示其各自工作狀態(tài)(換言之，在所討論的示例性實(shí)施例中閥打開或者關(guān)閉)的第四主信號(hào)s =Slil,…，S1,pl, S2^1,…，s2,p2,…， Snu，…，sm,pm。在本說明書的其余部分中，向量s也稱為“工作配置向量”?；诘谒闹餍盘?hào)S =S11,…，Slpl, S2j…，S2; p2,…，Sml，…，Smpm，有可能以明確的方式確定經(jīng)過供應(yīng)回路C的載熱流體的供應(yīng)路徑，因此確定由后者所采取的工作配置。在其他變化實(shí)施例(未示出)中，系統(tǒng)可以提供有與起居單元相關(guān)聯(lián)并且與電磁閥相分離的局部檢測(cè)器或者控制器器件，其方式使得可以設(shè)定和檢測(cè)它們的工作和配置狀態(tài)以供應(yīng)表示這些致動(dòng)狀態(tài)的信號(hào)。例如，如果起居單元提供有控制電磁閥的恒溫器定時(shí)器器件，則這些起居單元可以存儲(chǔ)并且供應(yīng)與致動(dòng)狀態(tài)S1, ρ…，S1;pl, S2; …，S2;p2,…，Sn> …，在每個(gè)采樣時(shí)刻At中的時(shí)間段ΔtTOT期間變化的方式相關(guān)的所有必要的信息。優(yōu)選地，相對(duì)于給予載熱流體的方向，主流量測(cè)量器件12位于緊接在泵P下游的供應(yīng)回路C中。優(yōu)選地，相對(duì)于給予載熱流體的方向，第一主溫度傳感器14位于緊接在熱單元G 上游的供應(yīng)回路C中，而第二主熱傳感器16位于緊接在包括熱單元G和泵P的組下游的供應(yīng)回路C中。優(yōu)選地，相對(duì)于給予載熱流體的方向，第一主壓力傳感器18位于緊接在熱單元G 上游的供應(yīng)回路C中，而第二主壓力傳感器20位于緊接在包括熱單元G、泵P和流量測(cè)量器件12的組下游的供應(yīng)回路C中。系統(tǒng)10還包括控制單元22，其包括用于接收和存儲(chǔ)與由前述主傳感器組以每個(gè)采樣間隔Δ t供應(yīng)的主信號(hào)Q_. ,Tfflan. .Tri, ,Pfflan. ,Prit和s相關(guān)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器模塊23。應(yīng)該注意的是，所選擇的采樣間隔At是合宜地小于加熱設(shè)施的物理行為的特征時(shí)間常數(shù)。與表示供應(yīng)回路C、加熱設(shè)施I和系統(tǒng)10的熱和流體動(dòng)力學(xué)模型M相關(guān)的數(shù)據(jù)初始地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器模塊23中。下面描述熱和流體動(dòng)力學(xué)模型M的識(shí)別和定義的過程和特性?？刂茊卧?2還包括處理器模塊對(duì)，其被配置為從存儲(chǔ)器模塊23 (或者可替選地直接從主傳感器的同一組)獲取所存儲(chǔ)的主信號(hào)Q_.、T_.、THt.、P_.、PHt和s,并且被配置為基于也存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器23中的熱和流體動(dòng)力學(xué)模型M來處理這些主信號(hào)。處理器模塊M因此被布置用于使用對(duì)由每個(gè)加熱單元Hiik所交換的能量的估計(jì)來供應(yīng)表示對(duì)在整個(gè)時(shí)間段Δ tT0T期間在熱設(shè)施I和每個(gè)熱用戶U”…、Uffl之間單獨(dú)交換的實(shí)際熱能E1,…，的估計(jì)的輸出數(shù)據(jù)艮，…，Lfiiik屬于第i個(gè)用戶或起居單元?？蛇x地，處理器模塊M可以包括第一和第二子模塊2 和Mb。第一子模塊2 被布置用于實(shí)施處理主信號(hào)Q_.、Tfflan.、Tri,、Pfflan.、Pri,和S的中間操作，并且被配置為基于熱和流體動(dòng)力學(xué)模型M來供應(yīng)以下第一和第二中間數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.用于估計(jì)在預(yù)定的時(shí)間段(Δ tTOT)期間在用于生成和供應(yīng)熱能的中央熱設(shè)施(I)的多個(gè)熱交換器器件(H1,ρ…，H1-, H2^1,…，H2^…，Hnu，…，Hm,)與用戶綜合體(U) 之間交換的熱能的虛擬熱計(jì)量系統(tǒng)(10)；所述用戶綜合體(U)包括多個(gè)要監(jiān)控的熱用戶(仏、…、Um); 所述中央熱設(shè)施(I)包括-供應(yīng)回路(C)，適于具有通過供應(yīng)回路的載熱流體并且被布置用于選擇性地采取多個(gè)其中為所述載熱流體定義了各自供應(yīng)路徑的工作配置(s)；以及-熱單元(G)，被布置用于生成從供應(yīng)回路C流動(dòng)的載熱流體中的熱能的所想要的變化；-泵送器件(P)，意在創(chuàng)建經(jīng)過所述供應(yīng)回路(C)的所述載熱流體的受迫循環(huán)； -多個(gè)熱交換器器件(Hlil，…，Hlinl, H2^1,…，H2^n2,…，Hnu，…，Hm,),連接到所述供應(yīng)回路(C)，在所述熱用戶(Up…、Um)之間進(jìn)行分配，并且意在選擇性地根據(jù)由所述供應(yīng)回路(C)所采取的工作配置而具有通過多個(gè)熱交換器器件的所述載熱流體，并且適于允許所述載熱流體和所述熱用戶(仏、…、Um)之間的熱量交換； 系統(tǒng)(10)的特征在于其包括 第一傳感器裝置(12、14、16、18、20)，適于與供應(yīng)回路(C)相關(guān)聯(lián)并且被布置用于供應(yīng)對(duì)表示所述時(shí)間段(AtTOT)中所述供應(yīng)回路(C)的工作的物理量進(jìn)行表示的主信號(hào)T T P POn)man. 、 1 man. 、 1 rit. 、 1 man. 、 1 rit. Λ ° y ‘其中所述主信號(hào)(Q_.、Tfflan.、Tri,、Pfflan.、Pri,、s)包括表示以下物理量的信號(hào) -在供應(yīng)回路(C)的主遞送部分(C_.)中流動(dòng)的載熱流體的流量(Q_.)； -分別在供應(yīng)回路(C)的主遞送部分(cman.)和主返回部分(c;it.)中的載熱流體的第一和第二溫度(T_.、Trit.)；-由供應(yīng)回路(C)所采取的工作配置(S)；和-載熱流體在供應(yīng)回路(C)的主遞送部分(C_.)和主返回部分(CHt.)各自之間所具有的壓力差(ΔΡ)， 以及 控制裝置(22)，包括 -存儲(chǔ)器裝置(23 )，被布置用于存儲(chǔ)初始定義并且表示中央熱設(shè)施(I)的熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)，基于表示供應(yīng)回路(C) 和熱交換器器件(H1,i，…，Hljnl, H2jl,…，H2jn2,…，Hnu，…，Ηω，Μ)的工作的物理量來被識(shí)別，在設(shè)施(I)的工作和激勵(lì)的指定條件下被檢測(cè)；以及表示在時(shí)間段(AtTOT)中所述主信號(hào)(9_.、1 .、1^.、？_.、。.、8)的變化的數(shù)據(jù)；以及-處理裝置(24)，被布置用于在其輸入處從所述存儲(chǔ)器裝置(23)接收表示在時(shí)間段 (At101)中的所述主信號(hào)(Q_.、Tman.、Trit.、P_.、Prit.、s)的變化的所述數(shù)據(jù)，并且被配置為根據(jù)熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)來處理所述數(shù)據(jù)并且在其輸出處供應(yīng)表示對(duì)在每個(gè)熱交換器器件(H1;1、…、H1;nl ;H2;1、…、H2，n2 ；…孔，”…、Hm, )與相應(yīng)的熱用戶(U”…、Um)之間單獨(dú)交換的熱能(E1, i，…，E1>nl; E2jl,…，E2jn2;…；Enu，…，Em,^)的估計(jì)的數(shù)據(jù)(β1;1、…、/V/V/V/V/V-ρ .ρ ··· ρ .....ρ ··· P )j^l, nl ，[2，1、 Λ ^2, η2 ，'j^m, ImΛ Λ j^m, nm y °
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，第一傳感器裝置(12、14、16、18、20)被布置用于僅檢測(cè)所述主信號(hào)(Q_.、Tfflan.、Tri,、Pfflan.、Prit.、s )，并且處理裝置(24 )被布置用于僅根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)(Q_.、T_.、i;it.、P_.、PHt.、s)來供應(yīng)所述輸出數(shù)據(jù)(艮“、…、E1,nl ；E2,^…、P .....P · · · P ^n2，'j^m, Im ΛΛ j^m, nm y °
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，第一傳感器裝置(12、14、16、18、20)附加地包括輔助傳感器裝置，所述輔助傳感器裝置被設(shè)計(jì)用來檢測(cè)表示與在供應(yīng)回路(C)外部的元件和部件相關(guān)的進(jìn)一步物理量的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，附加地包括以使得控制經(jīng)過所述熱交換器器件 (H1;1,…，Hljnl, H2jl,…，H2jn2,…，Hnu，…，Hm,)的載熱流體流動(dòng)的方式插入在所述供應(yīng)回路(C)和所述熱交換器器件(H1,ρ…，Hlinl, Η2Λ，…，H2^n2,…，Hnu，…，Hfflinm) 之間的多個(gè)閥器件(EV1,丨，…，EV1;Pl, EV2jl,…，EV2jp2,…，EVnu，…，EVm，pm)；所述工作配置由所述閥器件(EV1,丨，…，EV1;Pl, EV2jl,…，EV2jp2,…，EVnu，…，EVm，pm)的致動(dòng)狀態(tài)所確定。
5.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，附加地包括被布置用于初始識(shí)別所述熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)并且將所述熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)供應(yīng)給所述存儲(chǔ)器裝置(23)的識(shí)別裝置(28)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，第一傳感器裝置(12、14、16、18、20)附加地包括從屬傳感器裝置，所述從屬傳感器裝置被布置用于向識(shí)別裝置(28)供應(yīng)對(duì)表示在后者的其他中間部分中的所述供應(yīng)回路(C)的工作的物理量進(jìn)行表示的從屬信號(hào)，所述識(shí)別裝置 (28)被配置用于_設(shè)定供應(yīng)回路(C)中預(yù)定的工作和激勵(lì)配置(s)的序列；并且-通過根據(jù)在設(shè)施(I)中設(shè)定的工作配置(s)和激勵(lì)配置的所述序列來檢測(cè)所述主信號(hào)、Tfflan.、Tri,、Pfflan.、Pri,、S (t)和所述從屬信號(hào)的變化，識(shí)別所述初始定義的熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)。
7.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，能夠針對(duì)所述設(shè)施(I)可移除地安裝所述從屬傳感器。
8.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，附加地包括用于將在供應(yīng)回路(C)中流動(dòng)的載熱流體的熱能和/或動(dòng)能轉(zhuǎn)換為意在局部地向所述系統(tǒng)的至少一個(gè)元件供應(yīng)功率的電能的轉(zhuǎn)換器裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)換器裝置包括用于將載熱流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的微渦輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)換器裝置包括磁流體動(dòng)力學(xué)或者磁流體力學(xué)轉(zhuǎn)換單元，由此通過添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)添加劑而使得載熱流體導(dǎo)電。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)換器裝置包括用于將能夠從載熱流體或者從熱交換器元件的表面提取的熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)換器裝置包括用于除了在時(shí)間上可變的泵P 所生成的差分壓力之外創(chuàng)建供應(yīng)回路(C)的內(nèi)部壓力相對(duì)于外部環(huán)境的壓力在時(shí)間上共同且均勻的變化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)沿著與要供應(yīng)的元件相關(guān)聯(lián)的供應(yīng)回路(C)定位的換能器器件，這些器件適于將所述壓力變化轉(zhuǎn)換為電能。
13.用于估計(jì)在預(yù)定的時(shí)間段(AtTOT)期間在用于生成和供應(yīng)熱能的中央熱設(shè)施(I) 的多個(gè)熱交換器器件(H1,i，…，H1-, H2^1,…，H2^n2,…，Hnu，…，Hm,)與用戶綜合體 (U)之間交換的熱能的方法；所述用戶綜合體(U)包括多個(gè)要監(jiān)控的熱用戶(Up…、Um); 所述中央熱設(shè)施(I)包括-供應(yīng)回路(C)，適于具有通過供應(yīng)回路的載熱流體并且被布置用于選擇性地采取多個(gè)其中為所述載熱流體定義了各自供應(yīng)路徑的工作配置(s)；以及-熱單元(G)，被布置用于生成從供應(yīng)回路C接收的載熱流體中的熱能的所想要的變化；-泵送器件(P)，意在創(chuàng)建經(jīng)過所述供應(yīng)回路(C)的所述載熱流體的受迫循環(huán)； -多個(gè)熱交換器器件(Hlil，…，Hlinl, H2^1,…，H2^n2,…，Hnu，…，Hm,),連接到所述供應(yīng)回路(C)，在所述熱用戶(Up…、Um)之間進(jìn)行分配，并且意在選擇性地根據(jù)由所述供應(yīng)回路(C)所采取的工作配置而具有通過多個(gè)熱交換器器件的所述載熱流體，并且適于允許所述載熱流體和所述熱用戶(仏、…、Um)之間的熱量交換； 所述方法的特征在于其包括以下工作步驟-基于表示供應(yīng)回路(C)和熱交換器器件(H1;1，…，Hljnl, H2jl,…，H2jn2,…，Hnu， …，Hm, )的工作的物理量，識(shí)別并儲(chǔ)存在設(shè)施(I)的工作和激勵(lì)的指定條件下檢測(cè)的、在結(jié)構(gòu)上和在拓?fù)渖媳硎驹撛O(shè)施(I)的熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)；-在預(yù)定的時(shí)間段(AtTOT)中檢測(cè)表示所述供應(yīng)回路(C)的工作的主信號(hào)(Q_.、T_.、 Trit. 、 Pman. 、 ^rit.、 S)，并且存儲(chǔ)表示所述主信號(hào)(Q_.、Tfflan.、Tri,、Pfflan.、Pri,、S)在時(shí)間段 (AtTOT)中的變化的數(shù)據(jù)，其中所述主信號(hào)(Q_.、Tfflan.、Tri,、Pfflan.、Pri,、s)包括表示以下物理量的信號(hào) -在供應(yīng)回路(C)的主遞送部分(C_.)中流動(dòng)的載熱流體的流量； -分別在供應(yīng)回路(C)的主遞送部分(cman.)和主返回部分(c;it.)中的載熱流體的第一和第二溫度(T_.、Trit.)；-由供應(yīng)回路(C)所采取的工作配置(S)；和-載熱流體在供應(yīng)回路(C)的主遞送部分和主返回部分(CHt.)各自之間所具有的壓力差(ΔΡ);-根據(jù)熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)來處理表示在時(shí)間段(AtTOT)中所述主信號(hào)(Q_.、 Tfflan.、Tri,、Pfflan.、Pri,、s)的變化的所述數(shù)據(jù)，以在輸出處供應(yīng)表示對(duì)在每個(gè)熱交換器器件 (H1,^ ->H1;nl ；H2j1,…、H2，n2 ；…孔，”…、Hm, J與相應(yīng)的熱用戶(U”…、Um)之間單獨(dú)交換的熱能(E1, i，…，E1>nl; E2jl,…，E2jn2;…；Enu，…，Em,^)的估計(jì)的數(shù)據(jù)(61;1、…全文摘要
所描述的是一種虛擬熱計(jì)量系統(tǒng)(10)，其包括多個(gè)傳感器(12、14、16、18、20)，適于與中央熱設(shè)施(I)的供應(yīng)回路(C)相關(guān)聯(lián)并且被布置用于供應(yīng)對(duì)表示在預(yù)定時(shí)間段(ΔtTOT)中所述供應(yīng)回路(C)的工作的物理量進(jìn)行表示的主信號(hào)(Qman.、Tman.、Trit.、Pman.、Prit.、s)；控制裝置(22)，包括-存儲(chǔ)器裝置(23)，被布置用于存儲(chǔ)熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)，其被初始定義并且表示中央熱設(shè)施(I)、基于表示供應(yīng)回路(C)和熱交換器器件(H1,1,…,H1,n1,H2,1,…,H2,n2,…,Hm,1,…,Hm,nm)的工作的物理量來識(shí)別、在設(shè)施(I)的工作和激勵(lì)的指定條件下被檢測(cè)；以及數(shù)據(jù)，表示在時(shí)間段(ΔtTOT)中所述主信號(hào)(Qman.、Tman.、Trit.、Pman.、Prit.、s)的變化；以及-處理裝置(24)，被布置用于在其輸入處接收表示在時(shí)間段(ΔtTOT)中的主信號(hào)(Qman.、Tman.、Trit.、Pman.、Prit.、s)的變化的數(shù)據(jù)，并且被配置為根據(jù)熱和流體動(dòng)力學(xué)模型(M)來處理這些數(shù)據(jù)，并且在其輸出處供應(yīng)表示對(duì)在每個(gè)熱交換器器件(H1,1、…、H1,n1；H2,1、…、H2,n2；…；Hm,1、…、Hm,nm)與相應(yīng)的熱用戶(U1、…、Um)之間單獨(dú)交換的熱能(E1,1,…,E1,n1;E2,1,…,E2,n2;…;Em,1,…,Em,nm)的估計(jì)的數(shù)據(jù)(ê1,1、…、ê1,n1；ê2,1、…、ê2,n2；…；êm,1m、…、êm,nm)。
文檔編號(hào)G01K17/10GK102326062SQ200980157236
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者阿雷斯塔 A., 格雷科 C., 巴里 F., 范多尼 G., 弗龍?zhí)乩?M., 馬索羅 M., 馬蘭 S. 申請(qǐng)人:英根尼亞有限公司