CN105605669A - 一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法 - Google Patents

一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，包括如下步骤：（1）设定电采暖温度曲线；（2）设定电采暖运行模式：分别设定为舒适模式、节能模式和经济模式；（3）电采暖温度智能控制系统设计：该系统包括温度传感器、智能插座和网关，用户可根据对舒适度、用电能效的不同偏好来选择不同的运行模式，从而兼容舒适度和用电能效。在此基础上，提出面向温度曲线的电采暖系统智能控制方法，基于智能插座和网关，实现电采暖远程启停，从而实现供暖温度的自动控制。

Description

一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法
技术领域
本发明涉及电采暖的温度优化技术领域，具体涉及一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法。
背景技术
传统的集中供暖方式存在铺设成本较高、污染严重、传输过程中存在热损失等问题。相比之下，电采暖设备则具有成本低廉、清洁、灵活等优点。此外，传统的集中供暖方式难以实现不同房间、不同区域供暖量的灵活控制，对用户而言其供暖温度不可控。相比之下，电采暖可通过智能插座等装置实现远程自动启停，进而可灵活控制供暖温度。电采暖的供暖温度一方面影响用户体验，温度过高或过低，均不利于使用舒适度；另一方面影响能效，温度设定过高，将大大增加耗电量，从而降低其经济性。现有电采暖系统往往采用用户设定或恒定温度的控制模式，无法兼顾用户体验与用电能效。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，采用一种分时段设定温度的控制方法，不同时段结合不同的外界环境和用户活动，设定不同的控制温度，以实现不同条件下用户舒适度的优化。此外针对用户体验和用电能效这两者之间的矛盾，提出多种运行模式下的温度设定方法，不同模式下对舒适度和用电能效的侧重不同。用户可根据对舒适度、用电能效的不同偏好来选择不同的运行模式，从而兼容舒适度和用电能效。在此基础上，提出面向温度曲线的电采暖系统智能控制方法，基于智能插座和网关，实现电采暖远程启停，从而实现供暖温度的自动控制，可以有效解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）设定电采暖温度曲线：以15分钟为间隔，将一天24小时划分为96个时段，每个时段t设定一个温度的上限Tmax(t)和下限Tmin(t)，其中Tmax(t)>Tmin(t)，则该时段温度的设定值可表示为[Tmin(t),Tmax(t)]；所有96个时段的温度设定值构成一条温度曲线，该曲线由温度上限曲线和温度下限曲线构成；对于时刻t,电采暖的控制策略为：分析房间实时温度数据T(t),若T(t)>Tmax(t)且此时电采暖处于启动状态,则关闭电采暖，此时房间进入降温过程；若T(t)<Tmin(t)且此时电采暖处于关闭状态，则启动电采暖，此时房间进入加热过程。
（2）设定电采暖运行模式：首先根据人体对温度所感知的舒适度，设定基准温度曲线，基准温度曲线的温度上限的调整范围为16℃-21℃，温度下限的调整范围为14℃-19℃，基准温度曲线各时段温度随外界温度的变化而变化，基准温度曲线由系统默认或者由用户个性化设置，在此基础上，根据用户对舒适度、用电能效的不同偏好，分别设定为舒适模式、节能模式和经济模式；
（3）电采暖温度智能控制系统设计：该系统包括温度传感器、智能插座和网关，所述温度传感器在一个房间采用至少一个温度传感器，用于监测室内温度；以社区或者楼宇为单位，配置一个外部传感器，用于监测室外温度，温度传感器通过智能家电网络将数据传至网关；温度传感器通过智能家电网络与智能插座相连，所述智能插座传送电采暖设备的运行状态，并接受网关下发的控制指令，控制电采暖设备的启停；所述网关用于收集温度传感器的数据；内部集成控制策略，统计、处理上传的数据，并通过控制插座通断来自动启停电采暖设备，所述网关通过以太网连接有云端服务器。
所述舒适模式是以用户体验最佳为目标，在同等室温条件下，当外界温度较低时，室内温度下降速度较快，为了满足用户的良好体验、避免室温降低到令人不适的程度，室外温度较低时应适当提高温度上下限，温度下限提高后，当室温低于温度下限时，电采暖装置开启，此时温度下限略高于令人不适的温度值，从而保证在温度达到此值之前，使室内温度逐渐上升到令人舒适的温度区间，同时，为了避免上下限值相差过小，电采暖设备频繁开关，温度上限也适当提高，具体调整方法为：在温度基值基础上，外界温度每降低一度，温度上下限值提高一度，若温度上限值已经达到21℃，温度下限已经达到19℃，则无论外界温度减低多少，温度限值保持不变；若外界温度升高，则温度限值也相应降低，外界气温每升高一度，温度上下限则降低一度，但温度上限不低于20.5℃，温度下限不低于18.5℃。
所述节能模式为在保证基本用户体验的同时，兼顾节能的目标，在外界温度较低时，人的适宜体感温度会有所降低，室温适当提高便可保证基本的用户体验，若温度上下限不变，室温依旧维持在较高水平，则对用户体验的提升并不明显，反而造成了电能的浪费，所以在本模式下，外界温度较低时，适当降低温度上限和温度下限；外界温度较高时，保持原有温度上下限，具体调整方法为：在基准温度曲线基础上，室外温度较温度基值每降低一度，则温度上下限分别降低一度，温度上限不低于16℃时；温度下限不低于14℃，室外温度升高时，温度上下限值也相应升高，室外温度每升高一度，温度上下限升高一度，但温度上下限值分别不高于21℃、19℃。
所述经济模式为在考虑峰谷电价或分时电价的基础上，以降低电费为目标来优化设定温度曲线，在电价较低的时段，启用舒适模式，以提高用户体验，在电价较高的时段，启用节能模式，适当降低舒适度的情况下大幅减少用电量，降低电费，提高电采暖运行经济性。
电采暖温度智能控制系统的工作方式：通过温度传感器测量得到温度数据后，会将温度数据上传至网关，网关内存有预先设定的温度上下限，将实时温度数据与设定上下限比较，若室温高于设定上限，则网关下达指令，插座断开，关闭电采暖设备；若插座已断开，室温低于设定温度下限，则网关控制插座闭合，启动电采暖设备。
本发明的有益效果：
本发明采用温度设定曲线来表征不同时段的温度上下限，可根据不同的外界环境和用户活动，动态设定不同的控制温度，提高了电采暖运行的灵活性，可满足不同用户的需求。配置了包括基准温度、舒适模式、节能模式、经济模式在内的四种运行模式，可兼顾用户体验和用电能效。基于智能插座、温度传感器和网关的智能控制系统可实现电采暖在不同运行模式下不同时段温度的自动控制，避免了需手动调节温度的问题，提升了电采暖运行的智能化水平。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明基准温度曲线下电采暖设备运行示意图。
图3为本发明节能模式下电采暖设备运行示意图。
图4为本发明舒适模式下电采暖设备运行示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
电采暖设备通过智能插座连接至电源，每一个房间内部配备一个温度传感器，用于监测室温；每一个楼宇外部配备一个温度传感器，用于监测外部温度；温度传感器以1s的时间间隔将实时温度数据上传至网关。每层楼配置一个网关，作为本地控制中心。通过云端服务器，将每个房间的温度曲线、温度设定模式下载至网管，由网关根据房间实测温度和当前时刻温度限值，制定控制策略，并下发控制指令至插座，并由插座根据控制指令控制电采暖设备的启停。
如图1所示，该系统具体工作方式：包括温度传感器、智能插座和网关，所述温度传感器在一个房间采用至少一个温度传感器，用于监测室内温度；以社区或者楼宇为单位，配置一个外部传感器，用于监测室外温度，温度传感器通过智能家电网络将数据传至网关；温度传感器通过智能家电网络与智能插座相连，所述智能插座传送电采暖设备的运行状态，并接受网关下发的控制指令，控制电采暖设备的启停；所述网关用于收集温度传感器的数据；内部集成控制策略，统计、处理上传的数据，并通过控制插座通断来自动启停电采暖设备；通过温度传感器测量得到温度数据后，会将温度数据通过智能家电网络上传至网关，网关内存有预先设定的温度上下限，将实时温度数据与设定上下限比较，若室温高于设定上限，则网关下达指令，插座断开，关闭电采暖设备；若插座已断开，室温低于设定温度下限，则网关控制插座闭合，启动电采暖设备。
采用节能模式时，可有效节约电能。以上海某高校三间学生宿舍为例，三间宿舍距离较近，采用同一外界温度传感器，采用不同温控模式。房间面积约15㎡，常住人口为2人，配置电采暖设备为碳晶电暖器，额定功率为750W，时间为早九点到晚九点三十分。配置能效插座3个、温度传感器4个、网关三个。图2、图3、图4分别为基准温度、节能模式、舒适模式下的运行曲线。由图1可以看出，在基准温度曲线下，保证室内温度始终处于令人舒适的状态；由图2，节能模式下，随着外界气温下降，温度限值也随之变化，室内温度略有下降，电采暖设备总开启时间约为舒适模式的约10%，耗电量相比舒适模式下降约10%。图3为舒适模式，随着温度下降，温度限值随之上升，室内温度相应较高，电采暖设备总开启时间较长。
可由用户选择执行哪种模式，或者选择采用基准模式：
舒适模式：以用户体验最佳为目标，在同等室温条件下，当外界温度较低时，室内温度下降速度较快，为了满足用户的良好体验、避免室温降低到令人不适的程度，室外温度较低时应适当提高温度上下限，温度下限提高后，当室温低于温度下限时，电采暖装置开启，此时温度下限略高于令人不适的温度值，从而保证在温度达到此值之前，使室内温度逐渐上升到令人舒适的温度区间，同时，为了避免上下限值相差过小，电采暖设备频繁开关，温度上限也适当提高，具体调整方法为：在温度基值基础上，外界温度每降低一度，温度上下限值提高一度，若温度上限值已经达到21℃，温度下限已经达到19℃，则无论外界温度减低多少，温度限值保持不变；若外界温度升高，则温度限值也相应降低，外界气温每升高一度，温度上下限则降低一度，但温度上限不低于20.5℃，温度下限不低于18.5℃。
节能模式：在保证基本用户体验的同时，兼顾节能的目标，在外界温度较低时，人的适宜体感温度会有所降低，室温适当提高便可保证基本的用户体验，若温度上下限不变，室温依旧维持在较高水平，则对用户体验的提升并不明显，反而造成了电能的浪费，所以在本模式下，外界温度较低时，适当降低温度上限和温度下限；外界温度较高时，保持原有温度上下限，具体调整方法为：在基准温度曲线基础上，室外温度较温度基值每降低一度，则温度上下限分别降低一度，温度上限不低于16℃时；温度下限不低于14℃，室外温度升高时，温度上下限值也相应升高，室外温度每升高一度，温度上下限升高一度，但温度上下限值分别不高于21℃、19℃。
经济模式：在考虑峰谷电价或分时电价的基础上，以降低电费为目标来优化设定温度曲线，在电价较低的时段，启用舒适模式，以提高用户体验，在电价较高的时段，启用节能模式，适当降低舒适度的情况下大幅减少用电量，降低电费，提高电采暖运行经济性。
基于上述，本发明的优点在于，本发明采用温度设定曲线来表征不同时段的温度上下限，可根据不同的外界环境和用户活动，动态设定不同的控制温度，提高了电采暖运行的灵活性，可满足不同用户的需求。配置了包括基准温度、舒适模式、节能模式、经济模式在内的四种运行模式，可兼顾用户体验和用电能效。基于智能插座、温度传感器和网关的智能控制系统可实现电采暖在不同运行模式下不同时段温度的自动控制，避免了需手动调节温度的问题，提升了电采暖运行的智能化水平。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）设定电采暖温度曲线：以15分钟为间隔，将一天24小时划分为96个时段，每个时段t设定一个温度的上限Tmax(t)和下限Tmin(t)，其中Tmax(t)>Tmin(t)，则该时段温度的设定值可表示为[Tmin(t),Tmax(t)]；所有96个时段的温度设定值构成一条温度曲线，该曲线由温度上限曲线和温度下限曲线构成；
（2）设定电采暖运行模式：首先根据人体对温度所感知的舒适度，设定基准温度曲线，基准温度曲线各时段温度随外界温度的变化而变化，基准温度曲线由系统默认或者由用户个性化设置，在此基础上，根据用户对舒适度、用电能效的不同偏好，分别设定为舒适模式、节能模式和经济模式；
（3）电采暖温度智能控制系统设计：该系统包括温度传感器、智能插座和网关，所述温度传感器在一个房间采用至少一个温度传感器，用于监测室内温度；以社区或者楼宇为单位，配置一个外部传感器，用于监测室外温度，温度传感器通过智能家电网络将数据传至网关；温度传感器通过智能家电网络与智能插座相连，所述智能插座传送电采暖设备的运行状态，并接受网关下发的控制指令，控制电采暖设备的启停；所述网关用于收集温度传感器的数据；内部集成控制策略，统计、处理上传的数据，并通过控制插座通断来自动启停电采暖设备，所述网关通过以太网连接有云端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中，对于时刻t,电采暖的控制策略为：分析房间实时温度数据T(t),若T(t)>Tmax(t)且此时电采暖处于启动状态,则关闭电采暖，此时房间进入降温过程；若T(t)<Tmin(t)且此时电采暖处于关闭状态，则启动电采暖，此时房间进入加热过程。
3.根据权利要求1所述的一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中基准温度曲线的温度上限的调整范围为16℃-21℃，温度下限的调整范围为14℃-19℃。
4.根据权利要求1所述的一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，其特征在于：所述舒适模式是以用户体验最佳为目标，在同等室温条件下，当外界温度较低时，室内温度下降速度较快，为了满足用户的良好体验、避免室温降低到令人不适的程度，室外温度较低时应适当提高温度上下限，温度下限提高后，当室温低于温度下限时，电采暖装置开启，此时温度下限略高于令人不适的温度值，从而保证在温度达到此值之前，使室内温度逐渐上升到令人舒适的温度区间，同时，为了避免上下限值相差过小，电采暖设备频繁开关，温度上限也适当提高，具体调整方法为：在温度基值基础上，外界温度每降低一度，温度上下限值提高一度，若温度上限值已经达到21℃，温度下限已经达到19℃，则无论外界温度减低多少，温度限值保持不变；若外界温度升高，则温度限值也相应降低，外界气温每升高一度，温度上下限则降低一度，但温度上限不低于20.5℃，温度下限不低于18.5℃。
5.根据权利要求1所述的一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，其特征在于：所述节能模式为在保证基本用户体验的同时，兼顾节能的目标，在外界温度较低时，人的适宜体感温度会有所降低，室温适当提高便可保证基本的用户体验，若温度上下限不变，室温依旧维持在较高水平，则对用户体验的提升并不明显，反而造成了电能的浪费，所以在本模式下，外界温度较低时，适当降低温度上限和温度下限；外界温度较高时，保持原有温度上下限，具体调整方法为：在基准温度曲线基础上，室外温度较温度基值每降低一度，则温度上下限分别降低一度，温度上限不低于16℃时；温度下限不低于14℃，室外温度升高时，温度上下限值也相应升高，室外温度每升高一度，温度上下限升高一度，但温度上下限值分别不高于21℃、19℃。
6.根据权利要求1所述的一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，其特征在于：所述经济模式为在考虑峰谷电价或分时电价的基础上，以降低电费为目标来优化设定温度曲线，在电价较低的时段，启用舒适模式，以提高用户体验，在电价较高的时段，启用节能模式，适当降低舒适度的情况下大幅减少用电量，降低电费，提高电采暖运行经济性。
7.根据权利要求1所述的一种电采暖系统的温度优化设定与智能控制方法，其特征在于：所述电采暖温度智能控制系统通过温度传感器测量得到温度数据后，会将温度数据通过智能家电网络上传至网关，网关内存有预先设定的温度上下限，将实时温度数据与设定上下限比较，若室温高于设定上限，则网关下达指令，插座断开，关闭电采暖设备；若插座已断开，室温低于设定温度下限，则网关控制插座闭合，启动电采暖设备。
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