本發明涉及一種單管順流式熱水供暖系統，具體涉及一種設有自動三通閥的單管順流式系統及其控制方法，屬于供熱系統技術領域。

背景技術：

單管順流式供暖系統，即單管順流式熱水供暖系統，因其形式簡單、施工方便、造價低，曾在國內被一般建筑廣泛采用。單管順流式熱水供暖系統的特點是立管中全部的水量順次流過各層散熱器。因此其最嚴重的缺陷是不能進行局部調節，極易出現垂直失調現象，即上、下層冷熱不均的現象(上層熱用戶室溫明顯高于下層熱用戶室溫)，當出現垂直失調時，為保證冷端熱用戶的溫度，只能加大熱負荷或采用大流量小溫差運行方式運行，此時熱端會出現過熱現象，通常冷熱端相差溫度最高可達6-10℃，增大了系統阻力，使得循環泵電耗增加，造成能源的極大浪費。

技術實現要素：

本發明是為了解決現有的單管順流式供暖系統因垂直失調導致的上、下層冷熱不均的問題，進而提供了一種設有自動三通閥的單管順流式供暖系統及其控制方法。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種設有自動三通閥的單管順流式供暖系統，它包括換熱器、第一至第四管路，第一管路的一端與下層用戶的供熱管連通，第四管路的一端與上層用戶的供熱管連通，第二管路的一端與第三管路的一端通過換熱器連通，第一管路的另一端與第二管路的另一端連接，第四管路的另一端與第三管路的另一端連接，第二管路上還設置有循環泵，

它還包括第五管路、第六管路、第一三通閥及第二三通閥，第一管路的另一端、第六管路的一端以及第二管路的另一端通過第二三通閥連接，第三管路的另一端、第四管路的另一端以及第五管路的一端通過第一三通閥連接，第六管路的另一端通過三通管連通在第四管路上，第五管路的另一端通過三通管連通在第一管路上，其中，第一管路、第二管路、換熱器、第三管路以及第四管路依次連通形成正供管路，第四管路、第六管路、第二管路、換熱器、第三管路、第五管路以及第一管路依次連通形成反供管路。(通常正供指的是供熱機組為上供下回的方式，反供指的是供熱機組為下供上回的方式。)

所述設有自動三通閥的單管順流式供暖系統的控制方法，它包括如下步驟：

步驟一：對試驗機組供熱建筑物進行統計，選擇由該機組通過單管供熱系統供熱的、所有存在垂直失調的大循環用戶都進行測溫；

步驟二：機組正供或反供運行一段時間，當站內機組供回水溫度及壓力均維持穩定狀態后，并且在切換供熱方式之前，對建筑物末端立管相對應的末端用戶進行測溫，并記錄在測溫記錄表中，其中，機組為正供時，末端用戶為底層用戶；機組為反供時，末端用戶為頂層用戶；

步驟三：待步驟二中測溫完畢后，對試驗機組供熱方式進行切換，并記錄時間，待站內機組供回水溫度及壓力均維持穩定狀態后，對切換供熱方式之前的建筑物末端立管相對應的末端用戶進行測溫，并記錄在測溫記錄表中；

步驟四：若步驟三中，對建筑物末端立管相對末端用戶的測溫結果，符合測溫用戶當地相關條例規定的供熱期間供熱用戶室內溫度的下限值x，則將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后，末端用戶由原室溫到下限值x所經歷的時間單獨記錄下來；

若步驟三中，對建筑物末端立管相對末端用戶的測溫結果低于下限值x，則在下一次相同切換時減小測溫間隔，然后重復步驟二及步驟三，直到對切換供熱方式后的末端用戶測溫后，得到的溫度值符合下限值x，此時將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后所經歷的時間單獨記錄下來；

若步驟三中，對建筑物末端立管相對末端用戶的測溫結果高于下限值x，則將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后，末端用戶由原室溫到符合測溫用戶當地相關條例規定的供熱期間供熱用戶室內溫度所經歷的時間單獨記錄下來，或者在下一次相同切換時增大測溫間隔，然后重復步驟二及步驟三，直到對切換供熱方式后的末端用戶測溫后，得到的溫度值符合下限值x，此時將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后所經歷的時間單獨記錄下來；

步驟五：通過步驟二至步驟四，可以得到試驗機組正供變為反供時，頂層用戶由原室溫到室溫為下限值x經歷的時間，以及試驗機構由反供變為正供后，底層用戶由原室溫到室溫為x經歷的時間，同時，再利用步驟二至步驟四，將該試驗機組供熱的所有大循環用戶室溫變到下限值x所需要的時間估算并記錄下來，取所有時間的最小值作為機組進行切換的時間；

步驟六：確定機組切換時間后，按照所確定的機組切換時間，在切換供熱方式前、后分別對同一立管用戶的室內溫度進行采集，并得到數據，通過分析數據驗證機組切換時間的準確性。

進一步地，步驟六中，對同一立管用戶的室內溫度進行采集后得到的數據中，每個測溫用戶家至少兩個測溫點，并且切換供熱方式后測溫點位置與切換供熱方式前的測溫點位置相同。

進一步地，步驟六中，在機組切換供熱方式前、后對同一立管用戶的室內溫度進行采集時，切換供熱方式后測溫點位置與切換供熱方式前的測溫點位置相同。

本發明與現有技術相比具有以下效果：

本發明在機組供水管及回水管上分別加裝即能自動化控制又能手動控制的三通閥，當系統出現上、下層冷熱不均現象時，通過控制三通閥將原供水管切換成回水管，同時將原回水管切換成供水管，運行一定時間后再切換成原供熱方式，實現原冷端溫度升高，原熱端溫度不會過熱，最終使得同一立管用戶的上、下層用戶日平均溫度更接近，有效解決了現有的單管順流式供暖系統因垂直失調導致的上、下層冷熱不均的問題。采用本發明的設有自動三通閥的單管順流式系統及其控制方法后，可將冷熱端(或上下層)之間的溫差縮小至1-3℃，大大降低了運行的耗電量。

附圖說明

圖1為本發明的的系統在正供時結構示意圖；

圖2為本發明的系統在反供時的結構示意圖；

圖3為三通閥的控制電路控制部分示意圖；

圖4為三通閥的控制電路電源部分示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1～圖2說明本實施方式，一種設有自動三通閥的單管順流式供暖系統，它包括換熱器1、第一至第四管路，第一管路2的一端與下層用戶的供熱管連通，第四管路4的一端與上層用戶的供熱管連通，第二管路3的一端與第三管路10的一端通過換熱器1連通，第一管路2的另一端與第二管路2的另一端連接，第四管路4的另一端與第三管路10的另一端連接，第二管路3上還設置有循環泵5，

它還包括第五管路6、第六管路7、第一三通閥8及第二三通閥9，第一管路2的另一端、第六管路7的一端以及第二管路3的另一端通過第二三通閥9連接，第三管路10的另一端、第五管路6的一端以及第四管路4的另一端通過第一三通閥8連接，第六管路7的另一端通過三通管連通在第四管路4上，第五管路6的另一端通過三通管連通在第一管路2上，其中，第一管路2、第二管路3、換熱器、第三管路10以及第四管路4依次連通形成正供管路，第四管路4、第六管路7、第二管路3、換熱器、第三管路10、第五管路6以及第一管路2依次連通形成反供管路。

以上供下回單管順流式系統垂直失調為例：正供時(機組原有運行方式)，立管中全部的水量自上而下順次流過各層散熱器，使得上層散熱器溫度高，因此出現上層熱用戶室溫明顯高于下層的現象；此時應用三通閥將系統切換成反供(原供水管作為回水管，原回水管作為供水管)，立管中全部的水量自下而上順次流過各層散熱器，使得下層用戶得熱量增加，散熱器升高；由于熱負荷有較大的時滯性，利用時間繼電器控制電動三通閥，設置固定時間間隔自動切換運行方式，實現正反供循環交替運行，使單管順流式系統上、下層溫度均衡。

具體實施方式二：結合圖1～圖4說明本實施方式，具體實施方式一中所述設有自動三通閥的單管順流式供暖系統的控制方法，它包括如下步驟：

步驟一：對試驗機組供熱建筑物進行統計，選擇由該機組通過單管供熱系統供熱的、所有存在垂直失調的大循環用戶都進行測溫；

步驟二：機組正供或反供運行一段時間，當站內機組供回水溫度及壓力均維持穩定狀態后，并且在切換供熱方式之前，對建筑物末端立管相對應的末端用戶進行測溫，并記錄在測溫記錄表中，其中，機組為正供時，末端用戶為底層用戶；機組為反供時，末端用戶為頂層用戶；

步驟三：待步驟二中測溫完畢后，對試驗機組供熱方式進行切換，并記錄時間，待站內機組供回水溫度及壓力均維持穩定狀態后，對切換供熱方式之前的建筑物末端立管相對應的末端用戶進行測溫，并記錄在測溫記錄表中；

此時，若切換供熱方式之前為正供，則此步驟當中切換后的供熱方式為反供，所測量的末端用戶為底層用戶；若切換供熱方式之前為反供，則此步驟當中切換后的供熱方式為正供，所測量的末端用戶為頂層用戶，以保證切換供熱方式前后所進行測溫的位置相同。本步驟中，機組從切換供熱方式開始，到對末端用戶進行測溫，這兩個動作之間所經歷的時間為但不限于1小時，所述的1小時是本領域技術人員在實際操作過程中得出的經驗值，若以此時間為準對供熱方式進行切換后，得到的末端用戶溫度低于各省市地區的相關條列規定的供熱用戶室內溫度的下限值，則可以再根據后序步驟對切換時間進行適當的調整。

步驟四：若步驟三中，對建筑物末端立管相對末端用戶的測溫結果，符合測溫用戶當地相關條例規定的供熱期間供熱用戶室內溫度的下限值x，則將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后，末端用戶由原室溫到下限值x所經歷的時間單獨記錄下來；黑龍江省城市供熱管理條例第三十二條中規定，在供熱期內，供熱單位應當保證居民臥室、起居室(廳)溫度全天不低于18℃。

若步驟三中，對建筑物末端立管相對末端用戶的測溫結果低于下限值x，則在下一次相同切換時減小測溫間隔，然后重復步驟二及步驟三，直到對切換供熱方式后的末端用戶測溫后，得到的溫度值符合下限值x，此時將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后所經歷的時間單獨記錄下來；

如原來切換供熱方式的時間間隔為1小時，但在按照1小時為切換供熱方式的間隔時間為基準切換供熱方式后，所測得的用戶室內溫度不能達到測溫用戶當地相關條例規定的供熱期間供熱用戶室內溫度的下限值，則適當減小間隔時間，如將1小時改為0.5小時，再重復步驟二及步驟三，直到對切換供熱方式后的末端用戶測溫后，得到的溫度值符合下限值x，此時將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后所經歷的時間單獨記錄下來。所經歷的時間不需要從計算中精確得出，它是一個大致估算出來的時間值，如以半小時或十分鐘為單位，通過室溫變化來估算出供熱方式切換的時間。

若步驟三中，對建筑物末端立管相對末端用戶的測溫結果高于下限值x，則將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后，末端用戶由原室溫到符合測溫用戶當地相關條例規定的供熱期間供熱用戶室內溫度所經歷的時間單獨記錄下來，或者在下一次相同切換時增大測溫間隔，然后重復步驟二及步驟三，直到對切換供熱方式后的末端用戶測溫后，得到的溫度值符合下限值x，此時將試驗機組在切換供熱方式前以及切換供熱方式后所經歷的時間單獨記錄下來；

此時，若測溫結果高于測溫用戶當地相關條例規定的供熱期間供熱用戶室內溫度的下限值，即測溫用戶的室內溫度絕對符合規定，可以不必對切換時間進行更改，但從節能方面考慮，也可以適當增大測溫間隔，即延長供熱方式的切換時間，只要能保證末端用戶的室內溫度符合規定即可。

步驟五：通過步驟二至步驟四，可以得到試驗機組正供變為反供時，頂層用戶由原室溫到室溫為下限值x經歷的時間，以及試驗機構由反供變為正供后，底層用戶由原室溫到室溫為x經歷的時間，同時，再利用步驟二至步驟四，將該試驗機組供熱的所有大循環用戶室溫變到下限值x所需要的時間估算并記錄下來，取所有時間的最小值作為機組進行切換的時間；

步驟六：確定機組切換時間后，按照所確定的機組切換時間，在切換供熱方式前、后分別對同一立管用戶的室內溫度進行采集，并得到數據，通過分析數據驗證機組切換時間的準確性。

測溫過程中需要使用便攜式溫度計，所測出的溫度記錄在表1所示的測溫記錄表中，填表時需要注意按以下步驟進行：

一、記錄即將測溫用戶所在小區名稱以及單元號，并填入表中；

二、在機組切換供熱方式之前對一單元同一立管所有用戶進行測溫，每一次測溫需要測量每個用戶家中兩個點，并記錄在表中。

三、機組供熱方式切換后，記錄機組切換供熱方式后的運行方式，并記錄切換后恢復運行的時間。

四、機組切換供熱方式一定時間后對之前測溫用戶再進行測溫，測溫點與之前的兩個測溫點相同。

五、每隔一定時間重復步驟四中的測溫，記錄在表中，直至下一次切換供熱方式。

具體實施方式三：結合圖1～圖4說明本實施方式，步驟六中，對同一立管用戶的室內溫度進行采集后得到的數據中，每個測溫用戶家至少兩個測溫點，并且切換供熱方式后測溫點位置與切換供熱方式前的測溫點位置相同。如此設計，保證所采集數據的準確性。其它組成與連接關系與具體實施方式二相同。

具體實施方式四：結合圖1～圖4說明本實施方式，步驟六中，在機組切換供熱方式前、后對同一立管用戶的室內溫度進行采集時，切換供熱方式后測溫點位置與切換供熱方式前的測溫點位置相同。如此設計，切換供熱方式前后所選取的測溫點相同，可以保證最終的機組切換供熱方式時間的準確性。其它組成與連接關系與具體實施方式二或三相同。

具體實施方式五：結合圖1～圖4說明本實施方式，機組切換供熱方式后，每隔一定時間對測溫用戶進行重復測溫并記錄，直到下一次切換供熱方式。如此設計，能夠為最終確定供熱方式的切換時間提供更準確的數據依據。其它組成與連接關系與具體實施方式四相同。

所述第一三通閥8和第二三通閥9通過控制系統控制動作，所述控制系統包括電源部分及控制部分，

所述電源部分通過交流接觸器常開觸頭1km1及1km2分別控制第一三通閥8及第二三通閥9，其中三通閥與交流接觸器常開觸頭之間均通過變壓器連接；

所述控制部分包括自動控制部分及手動控制部分，手動控制部分用于測試系統運行方式的切換時間時使用，也可作為緊急操作方式使用；自動控制部分用于系統正式運行階段使用。其中自動控制部分設置有并聯的中間繼電器ka1、時間繼電器kt1、時間繼電器kt2、交流接觸器2km1、交流接觸器2km2，中間繼電器的常開觸頭ka1、時間繼電器的常開觸頭kt1-1、交流接觸器2km2的常閉觸頭2km2-1以及交流接觸器2km1串聯，中間繼電器的常開觸頭ka1、時間繼電器的常開觸頭kt2-1、交流接觸器2km1的常閉觸頭2km1-1以及交流接觸器2km2串聯，利用交流接觸器和中間繼電器，并配合使用時間繼電器，實現三通閥可自動化控制并按固定時間切換供熱方式的目的。其中交流接觸器2km1和2km2互鎖，以保證電路的正常運行；

手動控制部分設置有按鈕開關sb1和sb2，其中按扭開關sb1與常閉觸頭2km2-1、交流接觸器2km1串聯；按扭開關sb2與常閉觸頭2km1-1、交流接觸器2km2串聯。加裝手動按鈕接入到自動控制電路中，實現三通閥可手動控制并隨時切換的目的。

表1測溫記錄表