CN102620347A - 利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及供暖控制方法，具体是一种利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法。本发明解决了现有供暖循环泵变频控制方法流量误差大、节能率损失大、循环泵控制系统震荡、流量控制滞后、影响供暖质量、以及忽略了利用太阳辐射对二次供暖系统进行进一步深化节能的问题。利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，该方法是采用如下步骤实现的：a.建筑物室外温度的采集；b.供暖循环泵的最大转数的确定；c.供暖循环泵的最小转数的确定；d.二次供暖管网的供暖循环泵运行转数的确定。本发明有效利用了太阳辐射对二次供暖系统进行了进一步深化节能，适用于供暖控制。
Description
技术领域
本发明涉及供暖控制方法，具体是一种利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法。
背景技术
集中供暖系统主要由一、二次供暖系统组成。采用集中供暖系统进行供暖时，二次供暖系统通常根据供暖范围内的建筑物室外温度对二次供暖管网的供回水温度和循环流量进行调节，以保证建筑物室内温度的恒定。二次供暖系统的供回水温度的调节主要是通过控制一次侧电动调节阀调节换热量来实现的，循环流量的调节主要是通过控制供暖循环泵的输出流量来实现的。目前，针对供暖循环泵的输出流量的调节主要采用以下几种方法：一、用建筑物室外温度以及所在地区的供暖水温曲线与实际供回水温度进行对比，进行修正供暖循环泵的压差设定值的控制方法。此种控制方法的缺点在于：由于压力传感器误差，会造成流量误差大（最大可达10%）和节能率损失大（最大可达27%）。二、用建筑物室外温度以及所在地区的供暖水温曲线与实际供回水温度进行对比，进行供暖循环泵的输出流量调节的控制方法。此种控制方法的缺点在于：如信号由供水温度提供，会造成循环泵控制系统震荡；如信号由回水温度提供，则会引起流量控制滞后及造成建筑物室内温度过高或过低。三、用建筑物室外温度计算出所在地区集中供暖系统在标准供暖温度下的流量或二次供暖管网的系统压差，以此控制循环泵的输出流量。此种控制方法的缺点在于：不根据供暖温度进行流量修正，而一味强调循环泵节能，从而影响供暖质量。上述三种控制方法存在的共同缺点则在于：在进行建筑物室外温度的采集时，忽略了太阳辐射的影响（通常在建筑物室外温度相同的条件下，晴天时的建筑物室内温度会比阴天时的建筑物室内温度高出1-4℃），因此不利于节能。综上分析，现有供暖循环泵变频控制方法由于自身原理所限，除了存在流量误差大、节能率损失大、循环泵控制系统震荡、流量控制滞后、以及影响供暖质量的问题外，还忽略了利用太阳辐射对二次供暖系统的进一步深化节能。为了解决现有供暖循环泵变频控制方法存在的上述问题，有必要发明一种全新的供暖循环泵变频控制方法。
发明内容
本发明为了解决现有供暖循环泵变频控制方法流量误差大、节能率损失大、循环泵控制系统震荡、流量控制滞后、影响供暖质量、以及忽略了利用太阳辐射对二次供暖系统进行进一步深化节能的问题，提供了一种利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，该方法是采用如下步骤实现的：a.建筑物室外温度的采集：根据二次供暖管网供暖范围内的建筑物的窗墙面积比制作带有小窗的模拟保温小室，并保证模拟保温小室的窗墙面积比等于供暖建筑物的窗墙面积比；将模拟保温小室置于建筑物的阳面，并在模拟保温小室内放置室外温度传感器；通过室外温度传感器采集模拟保温小室内的温度，并将模拟保温小室内的温度确定为建筑物的室外温度；在采集过程中，模拟保温小室内的温度与建筑物的室内温度同步变化，模拟保温小室内的温度高于模拟保温小室外的温度，模拟保温小室的内、外温度之差即为建筑物室外温度的太阳辐射补偿量；b.供暖循环泵的最大转数的确定：根据二次供暖管网的供暖热负荷计算得出二次供暖管网的最大循环流量；分别测量二次供暖管网在两个工况点的运行阻力和循环流量，并根据测得的运行阻力和循环流量制定二次供暖管网的阻力特性曲线；当供暖循环泵在工频运行时，测量二次供暖管网的实际运行阻力；根据测得的实际运行阻力和阻力特性曲线计算得出当供暖循环泵在工频运行时二次供暖管网的实际循环流量；根据二次供暖管网的实际循环流量和最大循环流量确定供暖循环泵的最大转数；c.供暖循环泵的最小转数的确定：测量二次供暖管网在最不利用户处的运行阻力；待二次供暖管网的供暖循环泵降低转数至运行阻力不能满足循环时，将此时供暖循环泵的转数确定为供暖循环泵的最小转数；d.二次供暖管网的供暖循环泵运行转数的确定：根据建筑物的设计室外温度和二次供暖管网的设计供回水温度制定二次供暖管网的供回水温度曲线；根据室外温度传感器采集得到的建筑物室外温度和供回水温度曲线计算得出二次供暖管网的目标供回水温度；根据目标供回水温度和供热公式计算出二次供暖管网的目标循环流量；测量二次供暖管网的实际供回水温度，并将测得的实际供回水温度与目标供回水温度进行比较；当实际供回水温度大于或等于目标供回水温度时，供暖循环泵运行转数应相应减小，供暖热量减少量与供暖循环泵运行转数减少量之比应为正值；当实际供回水温度小于目标供回水温度时，供暖循环泵运行转数应相应增大，供暖热量增加量与供暖循环泵运行转数增加量之比应为正值；根据比较结果控制供暖循环泵的转数，并将转数控制在最大转数与最小转数之间；通过控制供暖循环泵的转数控制供暖循环泵的输出流量，进而控制二次供暖管网的实际循环流量。
本发明所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法基于太阳辐射补偿、供暖流量修正、系统不平衡巡查等技术，有效解决了现有供暖循环泵变频控制方法流量误差大、节能率损失大、循环泵控制系统震荡、流量控制滞后、影响供暖质量、以及忽略了利用太阳辐射对二次供暖系统进行进一步深化节能的问题。实验表明：在建筑物室外温度相同的条件下，采用现有供暖循环泵变频控制方法时供暖循环泵的输出流量明显大于采用本发明所述利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法时供暖循环泵的输出流量，进一步验证本发明所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法的节能效果。
本发明有效解决了现有供暖循环泵变频控制方法流量误差大、节能率损失大、循环泵控制系统震荡、流量控制滞后、影响供暖质量、以及忽略了利用太阳辐射对二次供暖系统进行进一步深化节能的问题，其有效利用了太阳辐射对二次供暖系统进行了进一步深化节能，适用于供暖控制。
具体实施方法
利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，该方法是采用如下步骤实现的：
a.建筑物室外温度的采集：根据二次供暖管网供暖范围内的建筑物的窗墙面积比制作带有小窗的模拟保温小室，并保证模拟保温小室的窗墙面积比等于供暖建筑物的窗墙面积比；将模拟保温小室置于建筑物的阳面，并在模拟保温小室内放置室外温度传感器；通过室外温度传感器采集模拟保温小室内的温度，并将模拟保温小室内的温度确定为建筑物的室外温度；在采集过程中，模拟保温小室内的温度与建筑物的室内温度同步变化，模拟保温小室内的温度高于模拟保温小室外的温度，模拟保温小室的内、外温度之差即为建筑物室外温度的太阳辐射补偿量；
b.供暖循环泵的最大转数的确定：根据二次供暖管网的供暖热负荷计算得出二次供暖管网的最大循环流量；分别测量二次供暖管网在两个工况点的运行阻力和循环流量，并根据测得的运行阻力和循环流量制定二次供暖管网的阻力特性曲线；当供暖循环泵在工频运行时，测量二次供暖管网的实际运行阻力；根据测得的实际运行阻力和阻力特性曲线计算得出当供暖循环泵在工频运行时二次供暖管网的实际循环流量；根据二次供暖管网的实际循环流量和最大循环流量确定供暖循环泵的最大转数；
c.供暖循环泵的最小转数的确定：测量二次供暖管网在最不利用户处的运行阻力；待二次供暖管网的供暖循环泵降低转数至运行阻力不能满足循环时，将此时供暖循环泵的转数确定为供暖循环泵的最小转数；
d.二次供暖管网的供暖循环泵运行转数的确定：根据建筑物的设计室外温度和二次供暖管网的设计供回水温度制定二次供暖管网的供回水温度曲线；根据室外温度传感器采集得到的建筑物室外温度和供回水温度曲线计算得出二次供暖管网的目标供回水温度；根据目标供回水温度和供热公式计算出二次供暖管网的目标循环流量；测量二次供暖管网的实际供回水温度，并将测得的实际供回水温度与目标供回水温度进行比较；当实际供回水温度大于或等于目标供回水温度时，供暖循环泵运行转数应相应减小，供暖热量减少量与供暖循环泵运行转数减少量之比应为正值；当实际供回水温度小于目标供回水温度时，供暖循环泵运行转数应相应增大，供暖热量增加量与供暖循环泵运行转数增加量之比应为正值；根据比较结果控制供暖循环泵的转数，并将转数控制在最大转数与最小转数之间；通过控制供暖循环泵的转数控制供暖循环泵的输出流量，进而控制二次供暖管网的实际循环流量。
所述步骤b中，二次供暖管网的供暖热负荷由如下供热公式得出：Q=F×q×(tn-tw)/（tno-two）；式中：Q为供暖热负荷，q 为建筑物热指标，F为供暖面积，tn为室内实际温度，tw为室外实际温度，tno为室内设计温度，two为室外设计温度；二次供暖管网的供暖热负荷与二次供暖管网的循环流量之间关系如下：Q=cq∆t；式中：Q为供暖热负荷，q为循环流量，∆t为供回水温差，c为水的比热容；二次供暖管网的最大循环流量为室内实际温度为室内设计温度、室外实际温度为室外设计温度、供回水温差为设计最大供回水温差时的循环流量；二次供暖管网的阻力特性曲线公式如下：h=kq2 +δp；式中：h为二次供暖管网的运行阻力，k为二次供暖管网的管道特性系数，q为二次供暖管网的循环流量，δp为二次供暖管网的工作压力系数；供暖循环泵的最大转数与供暖循环泵工频转数之比等于二次供暖管网的最大循环流量与实际循环流量之比。
所述步骤d中，二次供暖管网的供回水温度曲线公式如下：th=k1tw+k2；tg=k3tw+k4；式中：th为二次供暖管网的回水温度；tg为二次供暖管网的供水温度；tw为建筑物的室外温度；k1、k2、k3、k4为系数；供暖循环泵的转数与供暖循环泵的输出流量成正比；供暖热量增加（或减少）量与供暖循环泵运行转数增加（或减少）量之比公式如下：（δ∆Q/δt）：（δn/δt）≧0；式中：δ∆Q/δt为供暖热量增加量，此时供暖热量即为供暖热负荷；δn/δt为供暖循环泵运行转数增加量。
所述步骤b-c中，二次供暖管网的运行阻力是通过安装在二次供暖管网上的供回水压力传感器进行测量的；所述步骤d中，二次供暖管网的供回水温度是通过安装在二次供暖管网上的供回水温度传感器进行测量的；供暖循环泵的转数是通过PLC和安装在供暖循环泵上的变频器进行控制的；所述步骤a-d中，室外温度传感器、供回水压力传感器、供回水温度传感器、变频器均与PLC连接。
具体实施时，通过下述实验，可进一步验证本发明所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法的节能效果：某换热站，供暖面积为130000m2，建筑物热指标为60w/m2。建筑物的设计室内温度为18℃，设计室外温度为-12℃。换热站服务范围（即二次供暖管网供暖范围）内建筑物的平均窗墙面积比为0.35，即模拟保温小室的窗墙面积比为0.35。模拟保温小室材料为厚0.4mm的无花镀锌铁皮，外加厚30mm的石棉板。测量二次供暖管网在两个工况点的运行阻力和循环流量分别为（405.84 m3/h，41.2m）、（486m3/h，34m）。二次供暖管网的阻力特性曲线为：h=-1.007×10-4q2+57.786。根据阻力特性曲线计算得出：当供暖循环泵在工频运行时，二次供暖管网的实际运行阻力为41.2m，二次供暖管网的实际循环流量为405.84m3/h。建筑物的设计室外温度为12℃时，二次供暖管网的设计回水温度为40℃，设计供回水温差为10℃；建筑物的设计室外温度为-12℃时，二次供暖管网的设计回水温度为50℃，设计供回水温差为20℃；二次供暖管网的供回水温度曲线为：th=-0.4167tw+45 ； tg=-0.833tw+60。供热公式为：Q=130000×60×(18-tw)/（18+12），供暖热负荷与二次供暖管网的循环流量之间关系式为：Q=1000/0.86q∆t。由此得出二次供暖管网的供暖热负荷为7800000w，二次供暖管网的最大循环流量为335.4m3/h。供暖循环泵的最大频率（等效于最大转数）为41.32HZ。供暖循环泵的最小频率（等效于最小转数）为28HZ。当建筑物室外温度为-7℃时，目标回水温度为47.1℃，当实测回水温度低于此值时，供暖循环泵转数将增加，供暖热量增加量与转数增加量满足（δ∆Q/δt）：（δn/δt）≧0时，供暖循环泵转数将继续增加（流量增加加强了换热器换热）；当供暖热量增加量与转数增加量不满足（δ∆Q/δt）：（δn/δt）≧0时，供暖循环泵转数将不再增加；反之同理。若采用现有供暖循环泵变频控制方法，供暖循环泵的输出频率（等效于转数）为38.45HZ。若采用本发明所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，则供暖循环泵的输出频率（等效于转数）为37.10±1.5HZ，由此验证了本发明所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法的节能效果。
Claims (5)
1.一种利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
a.建筑物室外温度的采集：根据二次供暖管网供暖范围内的建筑物的窗墙面积比制作带有小窗的模拟保温小室，并保证模拟保温小室的窗墙面积比等于供暖建筑物的窗墙面积比；将模拟保温小室置于建筑物的阳面，并在模拟保温小室内放置室外温度传感器；通过室外温度传感器采集模拟保温小室内的温度，并将模拟保温小室内的温度确定为建筑物的室外温度；在采集过程中，模拟保温小室内的温度与建筑物的室内温度同步变化，模拟保温小室内的温度高于模拟保温小室外的温度，模拟保温小室的内、外温度之差即为建筑物室外温度的太阳辐射补偿量；
b.供暖循环泵的最大转数的确定：根据二次供暖管网的供暖热负荷计算得出二次供暖管网的最大循环流量；分别测量二次供暖管网在两个工况点的运行阻力和循环流量，并根据测得的运行阻力和循环流量制定二次供暖管网的阻力特性曲线；当供暖循环泵在工频运行时，测量二次供暖管网的实际运行阻力；根据测得的实际运行阻力和阻力特性曲线计算得出当供暖循环泵在工频运行时二次供暖管网的实际循环流量；根据二次供暖管网的实际循环流量和最大循环流量确定供暖循环泵的最大转数；
c.供暖循环泵的最小转数的确定：测量二次供暖管网在最不利用户处的运行阻力；待二次供暖管网的供暖循环泵降低转数至运行阻力不能满足循环时，将此时供暖循环泵的转数确定为供暖循环泵的最小转数；
d.二次供暖管网的供暖循环泵运行转数的确定：根据建筑物的设计室外温度和二次供暖管网的设计供回水温度制定二次供暖管网的供回水温度曲线；根据室外温度传感器采集得到的建筑物室外温度和供回水温度曲线计算得出二次供暖管网的目标供回水温度；根据目标供回水温度和供热公式计算出二次供暖管网的目标循环流量；测量二次供暖管网的实际供回水温度，并将测得的实际供回水温度与目标供回水温度进行比较；当实际供回水温度大于或等于目标供回水温度时，供暖循环泵运行转数应相应减小，供暖热量减少量与供暖循环泵运行转数减少量之比应为正值；当实际供回水温度小于目标供回水温度时，供暖循环泵运行转数应相应增大，供暖热量增加量与供暖循环泵运行转数增加量之比应为正值；根据比较结果控制供暖循环泵的转数，并将转数控制在最大转数与最小转数之间；通过控制供暖循环泵的转数控制供暖循环泵的输出流量，进而控制二次供暖管网的实际循环流量。
2.根据权利要求1所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，其特征在于：所述步骤b中，二次供暖管网的供暖热负荷由如下供热公式得出：Q=F×q×(tn-tw)/（tno-two）；式中：Q为供暖热负荷，q 为建筑物热指标，F为供暖面积，tn为室内实际温度，tw为室外实际温度，tno为室内设计温度，two为室外设计温度；二次供暖管网的供暖热负荷与二次供暖管网的循环流量之间关系如下：Q=cq∆t；式中：Q为供暖热负荷，q为循环流量，∆t为供回水温差，c为水的比热容；二次供暖管网的最大循环流量为室内实际温度为室内设计温度、室外实际温度为室外设计温度、供回水温差为设计最大供回水温差时的循环流量；二次供暖管网的阻力特性曲线公式如下：h=kq2 +δp；式中：h为二次供暖管网的运行阻力，k为二次供暖管网的管道特性系数，q为二次供暖管网的循环流量，δp为二次供暖管网的工作压力系数；供暖循环泵的最大转数与供暖循环泵工频转数之比等于二次供暖管网的最大循环流量与实际循环流量之比。
3.根据权利要求1或2所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，其特征在于：所述步骤d中，二次供暖管网的供回水温度曲线公式如下：th=k1tw+k2；tg=k3tw+k4；式中：th为二次供暖管网的回水温度；tg为二次供暖管网的供水温度；tw为建筑物的室外温度；k1、k2、k3、k4为系数；供暖循环泵的转数与供暖循环泵的输出流量成正比；供暖热量增加或减少量与供暖循环泵运行转数增加或减少量之比公式如下：（δ∆Q/δt）：（δn/δt）≧0；式中：δ∆Q/δt为供暖热量增加或减少量，此时供暖热量即为供暖热负荷；δn/δt为供暖循环泵运行转数增加或减少量。
4.根据权利要求1或2所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，其特征在于：所述步骤b-c中，二次供暖管网的运行阻力是通过安装在二次供暖管网上的供回水压力传感器进行测量的；所述步骤d中，二次供暖管网的供回水温度是通过安装在二次供暖管网上的供回水温度传感器进行测量的；供暖循环泵的转数是通过PLC和安装在供暖循环泵上的变频器进行控制的；所述步骤a-d中，室外温度传感器、供回水压力传感器、供回水温度传感器、变频器均与PLC连接。
5.根据权利要求3所述的利用太阳辐射补偿的供暖循环泵控制方法，其特征在于：所述步骤b-c中，二次供暖管网的运行阻力是通过安装在二次供暖管网上的供回水压力传感器进行测量的；所述步骤d中，二次供暖管网的供回水温度是通过安装在二次供暖管网上的供回水温度传感器进行测量的；供暖循环泵的转数是通过PLC和安装在供暖循环泵上的变频器进行控制的；所述步骤a-d中，室外温度传感器、供回水压力传感器、供回水温度传感器、变频器均与PLC连接。
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