CN101995071B - 远距离阀门控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀门控制方法，特别涉及一种远距离阀门控制方法。该方法用于蓄能结合地热的中央空调系统种，通过采用可编程的、具有高级数学函数计算功能的控制器、电动执行器和多个阀门，并采集空调系统中各处受控对象的参数信息，使中央空调具有多模式自动切换控制、动态流量平衡控制、房间恒温控制的功能。本发明的优点是：本发明技术方法可应用于具有蓄能水箱的中央空调系统中，尤其适用于蓄能地热结合的中央空调系统中。本发明利用可编程的控制器动态独立控制多个阀门的从而直接实现动态流量的自动平衡，进而实现中央空调的房间恒温控制。采用本阀门控制方法时，用户端的气温浮动值比现有阀门控制方案气温浮动值小40-90%，中央空调系统综合能耗比现有阀门控制方案节省8％-33％。

Description

远距离阀门控制方法

技术领域

本发明涉及一种阀门控制方法，特别涉及一种远距离阀门控制方法。

背景技术

近年来大量空调工程采用水箱蓄能技术，甚至部分中央空调系统采用地热与蓄能相结合的方案。将热泵设备与浅层地下资源如土壤、地下水、地表水进行换热，在夏季夜间利用低谷电制冰，白天供冷；在冬季夜间利用低谷电和地热蓄热，白天供热并进行制热并提供热源。这种系统是对高低品位能源的充分利用，最大限度地发挥了两种品位能源的优势，大大优化了能源结构。两种不同方式的空调系统，使各自的优点得到了充分利用，地源热泵利用可再生能源——浅层地下资源，既提高了设备的运行效率，又保护了环境；外融冰方式可以大大提高蓄冰槽的融冰速率，能够更好的满足低温送风的要求和空调系统制冷机避高峰运行。从而提高空调品质、节省空调系统初投资、节省蓄冰空调系统运行费用。但是对于上述的中央空调系统而言，其工况不仅仅是常见的冬、夏季节两种，而是在夏季可以具有：夜间蓄冰工况、蓄能水箱及地源热泵同时运行的空调工况、蓄能水箱单独运行的空调工况等等；冬季具有：夜间蓄热工况、蓄能水箱及地源热泵同时供热工况、蓄能水箱单独供热工况、蓄能水箱和电锅炉同时供热工况、电锅炉和地源热泵同时供热工况、电锅炉边蓄能边供热工况等等。

而上述繁杂的工况转换需要阀门的整体控制，而且其工况的切换往往是随蓄能水箱、地埋管、地源热泵内液体的温度灵活调整，而且由于存在蓄能水箱、地埋管，其输出的热量会随水箱蓄能、地热的不足而改变，这样就需要针对其温度改变精确调整阀门的开度。但是蓄能水箱中的介质通常为水，地源热泵及地埋管中的液体介质通常采用载冷剂，这样大大的增加了阀门控制的难度。而且随着上述中央空调结构组成的增加，其管网水力更容易出现不平衡现象，进而造成系统能源的浪费和设备运行故障率增加，根据水压调整阀门开度的难度也大大增加。

所以上述的中央空调系统中，阀门的控制比目前常见的中央空调系统其难度要高出很多。目前尚没有在地热和水箱蓄能结合的中央空调系统中出现具有智能动态平衡与节流控制的阀门方法。

发明内容

本阀门的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种远距离阀门控制方法，该方法用于蓄能结合地热的中央空调系统种，通过采用可编程的、具有高级数学函数计算功能的控制器、电动执行器和多个阀门，使中央空调具有多模式自动切换控制、动态流量平衡控制、房间恒温控制的功能。

本阀门目的实现由以下技术方案完成：

一种远距离阀门控制方法，该方法涉及一种通过电动执行器控制阀门启闭的装置，该装置由控制器、电动执行器、阀门组成，其特征在于该方法具有如下步骤：

a）于被控对象处设置至少二个用于测量被控对象参数的传感器，将所述传感器与所述控制器连接组成星形拓扑结构；

b）所述传感器采集被控对象参数信息并传输至控制器，及以所述传感器采集的参数信息为依托，控制器模拟计算出阀门开度ξ，之后所述控制器输出控制信号至电动执行器，电动执行器改变所述阀门开度至ξ；

c）基于阀门开度改变后传感器所采集的参数信息，控制器模拟计算出阀门开度ξ'，之后所述控制器输出控制信号至电动执行器，电动执行器改变所述阀门开度至ξ'；

d）重复步骤c）中过程，直至阀门开度与被控对象参数信息达到平衡。

所述方法用于具有蓄能水箱的中央空调系统。

所述方法用于蓄能结合地热的中央空调系统，所述中央空调系统包括通过管路、阀门连通的蓄能水箱、地源热泵、换热器、地埋管、锅炉及用户端。

所述蓄能水箱、地源热泵、换热器、地埋管、阀门、锅炉及用户端既为所述的被控对象，其中设置于被控对象上的传感器包括：气温传感器，用于监测用户端房间的空气温度；水温传感器，用于监测阀门、管路、地源热泵、地埋管及蓄能水箱中的水温；压力传感器，用于监测阀门及管路内的水压；流量传感器，用于监测管路的水流量；液位传感器，用于监测蓄能水箱中水位；压差传感器，用于阀门两侧入流口和出流口的压差。

所述控制器中设置有参数表，所述参数表中设定有：阀门两侧压差的预设值、管路压力预设值。

所述控制器中设置有参数表，所述参数表中设定有：用户端房间气温预设值、蓄能水箱蓄热水温预设值、蓄能水箱蓄冰水温预设值、地埋管温度预设值、锅炉启动及卸载温度预设值、换热器一次侧及二次侧进出水温度预设值、地源热泵中冷凝器、蒸发器的进出水温度预设值。

所述控制器中设置有参数表，所述参数表中设定有：蓄能水箱进出水流量预设值、蓄能水箱液位预设值、蓄能水箱蓄热及蓄冰的热量预设值。

该方法还包括：于控制器内预设工况模式步骤，及以所述工况模式指导所述传感器采集被控对象参数信息，及计算阀门开度；所述的工况模式包括：蓄冰工况、蓄热工况、空调工况、供热工况。

步骤b）中还包括：基于所采集被控对象参数信息，确定控制器的工作状态为蓄冰工况、或蓄热工况、或空调工况、或供热工况，及以所选择工况计算并确定所述阀门开度。

本发明的优点是：本发明技术方法可应用于具有蓄能水箱的中央空调系统中，尤其适用于蓄能地热结合的中央空调系统中。本发明利用可编程的控制器动态独立控制多个阀门的从而直接实现动态流量的自动平衡，进而实现中央空调的房间恒温控制。采用本阀门控制方法时，用户端的气温浮动值比现有阀门控制方案气温浮动值小40-90%，中央空调系统综合能耗比现有阀门控制方案节省8％-33％。 

附图说明

附图1为本发明阀门控制流程图；

附图2为本发明中央空调系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-2所示，图中标记分别为：地源热泵1、电热锅炉2、蓄能水箱3、换热器4、载冷剂泵5、冷热水泵6、冷却水循环泵7、控制器8、冷热水分水器9、冷热水集水器10、用户端空调11、地埋管段分水器12、地埋管段集水器13、地埋管14、冷凝器15、蒸发器16。

参见图1，本发明中控制方法的流程如下： 

1、于被控对象处设置至少二个用于测量被控对象参数的传感器，将所述传感器与所述控制器连接组成星形拓扑结构；

2、在控制器内根据上述的被控对象来预设工况模式步骤，并以工况模式指导所述传感器采集被控对象参数信息、及计算阀门开度。以具有蓄热、蓄冰功能的空调系统为例：其工况模式包括：蓄冰工况、蓄热工况、空调工况、供热工况。

3、传感器采集被控对象参数信息并传输至控制器，基于所采集被控对象参数信息，确定控制器的工作状态。之后控制器以所述传感器采集的参数信息为依托，模拟计算出阀门开度ξ，之后所述控制器输出控制信号至电动执行器，电动执行器改变所述阀门开度至ξ。

4、基于阀门开度改变后传感器所采集的参数信息，控制器模拟计算出阀门开度ξ'，之后所述控制器输出控制信号至电动执行器，电动执行器改变所述阀门开度至ξ'。

5、对于被控对象而言，改变阀门开度会影响其状态，而其状态又在不停改变中，所以需要不停执行步骤4中过程，直至阀门开度与被控对象参数信息达到平衡。

以上所述方法的流程，适用于大型的复杂中央空调系统，尤其适用于具有蓄能水箱的中央空调系统中，乃至蓄能地热结合的中央空调系统中。针对不同的中央空调系统而言，其被控对象及传感器的设置也不同。

参见图2，图中所示的为一个较复杂的蓄能水箱结合地源热泵的中央空调，图中未表示出阀门及传感器位置，以下结合其结构的构成来描述本方法在其中的应用。中央空调系统包括地源热泵1、电热锅炉2、蓄能水箱3、换热器4、用户端空调11及地埋管系统，其中地源热泵1包括冷凝器15和蒸发器16，其中蒸发器16分别与蓄能水箱3、换热器4一次侧连接，冷凝器15分别与地埋管系统、用户端空调11连接，换热器4的二次侧连接地埋管系统和用户端空调11，地埋管系统由地埋管14与电热锅2并联连接构成，地埋管14和电热锅炉2连接换热器4二次侧，同时通过控制阀门，电热锅炉2也可与蓄能水箱3构成一个并联的水路，其管路内液体的流动通过载冷剂泵5、冷热水泵6、冷却水循环泵7的驱动来实现。

对于上述的中央空调结构：

地埋管14埋设在地下，其冬夏季的吸热量和散热量不平衡导致地埋管14换热器的能效比降低，不仅影响地埋管14的寿命，而且冷热负荷不平衡会导致地源热泵1运行不稳定。由此，需要根据地埋管14出口端及内部载冷剂温度来控制阀门开度。如在冬季，则会启动电热锅2，并逐步调节电热锅2和地埋管14热量供应比例，以最大限度利用地热、节省电能；如在夏季，则可逐步减少地埋管14的阀门开度，直至完全使用地源热泵1制冷。对于上述运行策略，则需要根据地埋管14的结构状态及当地地质情况建立冬夏季节两种模式下，地埋管14内载冷剂温度和其能效比以及与电热锅2、地源热泵1之间热量供应比例的模型公式或者对应曲线，并在控制器8中输入上述的公式或者曲线关系，以地埋管14内及出口端设置的温度传感器来控制阀门开度。

同样的，以蓄能水箱3供热为例：由于水温大于4℃的水其存在的固有特性，在流速非常缓慢的情况下水在槽内的分布呈现由下至上温度逐渐升高。故此，蓄热时电热锅2进水温度一定是缓慢上升的过程，电热锅2出水温度也趋于上升，同样蓄热水箱3出水也会存在类似的问题。故此，蓄热水箱3蓄热、蓄冰量的供应，其输出的出水温度并不是一个平直的直线，这时为使得用户端的温度平衡，就需要灵活控制系统阀门的开度。

对于用户端空调11而言，也需要根据其水流量、负荷、水压力及时调整阀门开度。

综上所述，对于蓄能地热结合的中央空调系统中，由于蓄能、地热两个因素，其运行过程存在有规律的温度变量，这样的温度变量进而导致管路及组件中水压、热平衡、负荷等条件的改变，从而使得系统处于一个非常复杂的动态变化中。这时，为灵活调整管路各处压力、流量、动态的平衡用户端的输出温度，需要不停的根据系统中各处的变量进行阀门开度的调制。为实现上述的目的：

本文中的传感器包括：气温传感器，用于监测用户端房间的空气温度；水温传感器，用于监测阀门、管路、地源热泵、地埋管及蓄能水箱中的水温；压力传感器，用于监测阀门及管路内的水压；流量传感器，用于监测管路的水流量；液位传感器，用于监测蓄能水箱中水位；压差传感器，用于阀门两侧入流口和出流口的压差。

控制器中设置有参数表，参数表中设定有：阀门两侧压差的预设值、管路压力预设值；用户端房间气温预设值、蓄能水箱蓄热水温预设值、蓄能水箱蓄冰水温预设值、地埋管温度预设值、锅炉启动及卸载温度预设值、换热器一次侧及二次侧进出水温度预设值、地源热泵中冷凝器、蒸发器的进出水温度预设值；蓄能水箱进出水流量预设值、蓄能水箱液位预设值、蓄能水箱蓄热及蓄冰的热量预设值。

虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，上述实施例中提及的传感器的种类及参数表中的预设值，应根据应用环境及空调种类的不同灵活调整。

Claims (6)

1.一种远距离阀门控制方法，该方法涉及一种通过电动执行器控制阀门启闭的装置，该装置由控制器、电动执行器、阀门组成，所述方法用于蓄能结合地热的中央空调系统，所述中央空调系统包括通过管路、阀门连通的蓄能水箱、地源热泵、换热器、地埋管、锅炉及用户端，其特征在于，所述方法具有如下步骤：

（1）于被控对象处设置至少二个用于测量被控对象参数的传感器，将所述传感器与所述控制器连接组成星形拓扑结构，所述蓄能水箱、地源热泵、换热器、地埋管、管路、阀门、锅炉及用户端即为所述的被控对象，其中设置于被控对象上的传感器包括：气温传感器，用于监测用户端房间的空气温度；水温传感器，用于监测阀门、管路、地源热泵和地埋管及蓄能水箱中的水温；压力传感器，用于监测阀门及管路内的水压；流量传感器，用于监测管路的水流量；液位传感器，用于监测蓄能水箱中水位；压差传感器，用于监测阀门两侧入流口和出流口的压差；

（2）所述传感器采集被控对象参数信息并传输至控制器，及以所述传感器采集的参数信息为依托，控制器模拟计算出阀门开度ξ，之后所述控制器输出控制信号至电动执行器，电动执行器改变所述阀门开度至ξ；

（3）基于阀门开度改变后传感器所采集的参数信息，控制器模拟计算出阀门开度ξ'，之后所述控制器输出控制信号至电动执行器，电动执行器改变所述阀门开度至ξ'；

（4）重复步骤（3）中过程，直至阀门开度与被控对象参数信息达到平衡。

2.根据权利要求1所述的一种远距离阀门控制方法，其特征在于所述控制器中设置有参数表，所述参数表中设定有：阀门两侧压差的预设值、管路水压预设值。

3.根据权利要求1所述的一种远距离阀门控制方法，其特征在于所述控制器中设置有参数表，所述参数表中设定有：用户端房间气温预设值、蓄能水箱蓄热水温预设值、蓄能水箱蓄冰水温预设值、地埋管水温预设值、锅炉启动及卸载温度预设值、换热器一次侧及二次侧进出水温度预设值、地源热泵中冷凝器、蒸发器的进出水温度预设值。

4.根据权利要求1所述的一种远距离阀门控制方法，其特征在于所述控制器中设置有参数表，所述参数表中设定有：蓄能水箱进出水流量预设值、蓄能水箱水位预设值、蓄能水箱蓄热及蓄冰的热量预设值。

5.根据权利要求1所述的一种远距离阀门控制方法，其特征在于该方法还包括：于控制器内预设工况模式步骤，及以所述工况模式步骤指导所述传感器采集被控对象参数信息，及计算阀门开度；所述的工况模式包括：蓄冰工况、蓄热工况、空调工况和供热工况。

6.根据权利要求1所述的一种远距离阀门控制方法，其特征在于步骤（2）中还包括：基于所采集被控对象参数信息，确定控制器的工作状态为蓄冰工况、或蓄热工况、或空调工况、或供热工况，及以所选择工况计算并确定所述阀门开度。

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