CN101551646B - 一种供暖优化节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动控制技术领域，具体地说是一种供暖优化节能控制方法，其特征在于包括以下步骤：用户根据供暖设备类型，选择相应的供暖曲线模型，根据用户当地室外供暖计算温度，选择适合当地的某一特定供暖曲线，设定分时室温值以及斜坡升温速率，采集室外温度测量值，通过数学模型计算生成出随室外温度实时变化的供水温度的最佳设定值，采集供水温度测量值，与供水温度最佳设定值实时比较，进行PI控制运算，PI输出值实时准确控制电动调节阀的开关，来调节加热量。本发明在保证室温适宜度的前提下，能够有效的提高供水温度的控制精度以及供暖系统的节能效率，并提供更为人性化的人机交流界面，具有操作简便、适用性强、节能效率高等显著的优点。

Description

一种供暖优化节能控制方法

技术领域：

本实用新型涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种应用于热源供暖系统的优化节能控制方法。

背景技术：

随着社会和经济的发展，“节能减排”已成为世界关注的焦点，同时也是我国和谐发展、可持续发展的重点。在众多节能领域中，建筑节能首当其冲。据悉，全国目前供热采暖耗能约占全社会总能耗的10％，北方地区的比例甚至高达20％。对于针对热源供暖系统的自动控制技术而言，目前国外同类产品采用的节能控制方法为：以室外温度为自变量，在采用散热器供暖设备和舒适室温的条件下，计算适应不同地区的若干供暖曲线，嵌入控制器，选择调整以数字符号为标志的、某一地区的供暖曲线，即可求出随当地室外温度变化的供水温度设定值，将该设定值与室外温度测量值作比较，构成闭环随动比例积分控制系统，控制电动调节阀开关，以调节加热量的变化，并间接恒定室内温度的舒适度，还具有分时舒适和低温防冻切换运行模式、室温设定值补偿以及通讯功能。由单片机和外围电路及相应的控制软件组成并实现上述功能。

根据使用效果及研究发现，现有产品存在着严重的局限性，主要在于：第一，供暖曲线单一，现有的产品仅适用于散热器，而不能够适应目前已大量采用的地板辐射供暖以及空调风机盘管供暖设备，对于后者仅采用散热器供暖曲线代替。第二，现有的产品在进行选择和调整适合当地的供暖曲线时操作不便，而且难以准确的进行设定。第三，由于供暖曲线的设定操作不便，且难于准确，因而导致供水温度偏离理想设定值的控制精度偏低，国外同类产品的相关欧洲标准是：供水温度不高于60摄氏度时，精度低于或等于3摄氏度，当供水温度高于60摄氏度时，精度低于或等于5摄氏度，第四，现有的分时升温控制模式采用的阶跃方式易造成电动调节阀动作频繁，且调节幅度大。目前国内同类产品仅仅模仿国外产品的现有控制模式。以上不足均严重制约了节能效果的有效发挥。

发明内容：

本发明为克服现有技术的不足，提出一种能够适用于室内常用散热器、地板辐射、空调风机盘管三类供暖设备的优化节能控制方法及控制器。

本发明采用的技术措施是：

一种供暖优化节能控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：用户根据供暖设备类型，选择相应的供暖曲线模型。

步骤B：根据用户当地室外供暖计算温度，选择适合当地的某一特定供暖曲线。

步骤C：设定分时室温值以及斜坡升温速率。

步骤D：采集室外温度测量值，通过数学模型计算生成出随室外温度实时变化的供水温度的最佳设定值。

步骤E：采集供水温度测量值，与供水温度最佳设定值实时比较，进行PI控制运算。

步骤F：PI输出值实时准确控制电动调节阀的开关，来调节加热量。

本发明中步骤A所述的供暖曲线模型分别为：散热器型、地板辐射型以及空调风机盘管型。

本发明中步骤D所述的数学模型分别为：

散热器型： $t_g^{\′}=t_n+0.5(t_g+t_h-{2t}_n)\·{\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)}^{\frac{1}{1+b}}+0.5(t_g-t_h)\·\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)$

式中：

t_n——室内空气计算温度，单位为℃，取t_n＝20℃。

t_w——室外供暖计算温度，单位为℃。

t′_w——实际室外温度，单位为℃。

t′_g——实际供水温度，单位为℃。

t_g——室外供暖计算温度下的供水温度，单位为℃，取t_g＝80℃。

t_h——室外供暖计算温度下的回水温度，单位为℃，取t_h＝60℃。

b——散热器指数值，取b＝0.3。

地板辐射型： $t_g^{\′}=t_n+(t_g-t_n)\·\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)$

式中各变量含义同上，取t_g＝50℃，t_h＝40℃。

空调风机盘管型：

${t_g}^{\′}=t_g-(t_s-t_g)\·[1-0.0167(t_s-t_g)-\sqrt{{[1-0.0167(t_s-t_g)]}^2-2\ln \left(\frac{t_n-{t_w}^{\′}}{t_n-t_w}\right)}]$

式中：

t_s——进风湿球温度，单位是℃，t_n＝20℃、相对湿度50％时，查焓湿图得t_s＝13.8℃。

式中其余各变量含义同上，取t_g＝60℃，t_h＝50℃。

本发明中步骤C中分时斜坡升温速率的计算公式为：

$k=\frac{T_s-T_d}{t}$

式中：

k——升温速率，单位为℃/分。

T_s——舒适时段室温设定值，单位为℃。

T_d——低温时段室温设定值，单位为℃。

t——斜坡升温时间，可调范围为1-60分。

本发明在保证室温适宜度的前提下，能够有效的提高供水温度的控制精度以及供暖系统的节能效率，并提供更加人性化的人机交流界面，具有操作简便、适用性强、节能效率高等显著的优点。

具体实施方式：

一种供暖优化节能控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：用户根据供暖设备类型，选择相应的供暖曲线模型。

步骤B：根据用户当地室外供暖计算温度，选择适合当地的某一特定供暖曲线。

步骤C：设定分时室温值以及斜坡升温速率。

步骤D：采集室外温度测量值，通过数学模型计算生成出随室外温度实时变化的供水温度的最佳设定值。

步骤E：采集供水温度测量值，与供水温度最佳设定值实时比较，进行PI控制运算。

步骤F：PI输出值实时准确控制电动调节阀的开关，来调节加热量。

本发明中步骤A所述的供暖曲线模型分别为：散热器型、地板辐射型以及空调风机盘管型。

本发明中步骤D所述的数学模型分别为：

散热器型： $t_g^{\′}=t_n+0.5(t_g+t_h-{2t}_n)\·{\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)}^{\frac{1}{1+b}}+0.5(t_g-t_h)\·\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)$

式中：

t_n——室内空气计算温度，单位为℃，取t_n＝20℃。

t_w——室外供暖计算温度，单位为℃。

t′_w——实际室外温度，单位为℃。

t′_g——实际供水温度，单位为℃。

t_g——室外供暖计算温度下的供水温度，单位为℃，取t_g＝80℃。

t_h——室外供暖计算温度下的回水温度，单位为℃，取t_h＝60℃。

b——散热器指数值，取b＝0.3。

地板辐射型： $t_g^{\′}=t_n+(t_g-t_n)\·\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)$

式中各变量含义同上，取t_g＝50℃，t_h＝40℃。

空调风机盘管型：

${t_g}^{\′}=t_g-(t_s-t_g)\·[1-0.0167(t_s-t_g)-\sqrt{{[1-0.0167(t_s-t_g)]}^2-2\ln \left(\frac{t_n-{t_w}^{\′}}{t_n-t_w}\right)}]$

式中：

t_s——进风湿球温度，单位是℃，t_n＝20℃、相对湿度50％时，查焓湿图得t_s＝13.8℃。

式中其余各变量含义同上，取t_g＝60℃，t_h＝50℃。

本发明中步骤C中分时斜坡升温速率的计算公式为：

$k=\frac{T_s-T_d}{t}$

式中：

k——升温速率，单位为℃/分。

T_s——舒适时段室温设定值，单位为℃。

T_d——低温时段室温设定值，单位为℃。

t——斜坡升温时间，可调范围为1-60分。

在使用控制器的过程中，首先由电源进行供电，然后将三种不同类型供暖设备供暖曲线的数学模型写入单片机内。通过温度采集电路，对室外温度、供水温度等信息进行采集，并将该信息转化为数字信号，数字信号经主控电路传送至单片机内，单片机对传入信息进行处理，同时数字信号经控制电路板上的显示电路传送至液晶显示器，通过液晶显示器进行显示，此时，可以根据需要，启动控制电路板上的通讯电路，将数字信号传送至主控中心，从而实现远程的信号采集，而主控中心的命令信息也可以通过通讯电路发往控制器。操作人员使用键盘通过键盘输入电路对用户参数进行设置，进行供暖设备类型的选择，并根据使用手册上录入的室外供暖计算温度选定相应的供暖曲线，设定分时室温值及斜坡升温曲线，同时存储电路对用户参数信息进行存储，选定信息经显示电路在液晶显示器上进行显示，此时，设定阶段结束。控制器中的单片机从时钟电路读取时间，根据时间调用存储电路中的设定参数及实时室外温度测量值进行运算，并生成随室外温度实时变化的供水温度最佳设定值，单片机随后将该供水温度最佳设定值与测量值进行实时比较以及PI控制运算，并将运算所得的控制信息经输出电路输出，来控制电动调节阀的开关，从而达到调节加热量和恒定室温的目的。

本发明在保证室温适宜度的前提下，能够有效的提高供水温度的控制精度以及供暖系统的节能效率，并提供更为人性化的人机交流界面，具有操作简便、适用性强、节能效率高等显著的优点。

Claims (4)

1.一种供暖优化节能控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：用户根据供暖设备类型，从散热器型、地板辐射型以及空调风机盘管型中，选择相应的供暖曲线模型，

步骤B：根据用户当地室外供暖计算温度，选择适合当地的某一特定供暖曲线，

步骤C：设定分时室温值以及斜坡升温速率，

步骤D：采集室外温度测量值，通过步骤A中所选的数学模型计算生成出随室外温度实时变化的供水温度的最佳设定值，

步骤E：采集供水温度测量值，与供水温度最佳设定值实时比较，进行PI控制运算，

步骤F：PI输出值实时准确控制电动调节阀的开关，来调节加热量。

2.根据权利要求1所述的一种供暖优化节能控制方法，其特征在于步骤A所述的供暖曲线模型分别为：散热器型、地板辐射型以及空调风机盘管型。

3.根据权利要求1所述的一种供暖优化节能控制方法，其特征在于步骤D所述的数学模型分别为：

散热器型： $t_g^{\′}=t_n+0.5(t_g+t_h-2t_n)\·{\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)}^{\frac{1}{1+b}}+0.5(t_g-t_h)\·\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)$

式中：

t_n——室内空气计算温度，单位为℃，取t_n＝20℃，

t_w——室外供暖计算温度，单位为℃，

t_w′——实际室外温度，单位为℃，

t_g′——实际供水温度，单位为℃，

t_g——室外供暖计算温度下的供水温度，单位为℃，取t_g＝80℃，

t_h——室外供暖计算温度下的回水温度，单位为℃，取t_h＝60℃，

b——散热器指数值，取b＝0.3，

地板辐射型： $t_g^{\′}=t_n+(t_g-t_n)\·\left(\frac{t_n-t_w^{\′}}{t_n-t_w}\right)$

式中各变量含义同上，取t_g＝50℃，t_h＝40℃，

空调风机盘管型：

${t_g}^{\′}=t_g-(t_s-t_g)\·[1-0.0167(t_s-t_g)-\sqrt{{[1-0.0167(t_s-t_g)]}^2-2\ln \left(\frac{t_n-{t_w}^{\′}}{t_n-t_w}\right)}]$

式中：

t_s——进风湿球温度，单位是℃，t_n＝20℃、相对湿度50％时，查焓湿图得t_s＝13.8℃，

式中其余各变量含义同上，取t_g＝60℃，t_h＝50℃。

4.根据权利要求1所述的一种供暖优化节能控制方法，其特征在于步骤C中分时斜坡升温速率的计算公式为：

$k=\frac{T_s-T_d}{t}$

式中：

k——升温速率，单位为℃/分，

T_s——舒适时段室温设定值，单位为℃，

T_d——低温时段室温设定值，单位为℃，

t——斜坡升温时间，可调范围为1-60分。