CN102721104A - 集中供热系统供水温度气候补偿算法和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集中供热系统的供水温度气候补偿算法和控制方法，包括不同室外温度段的计算公式、不同时间段的水温修正、不同天气(晴天和风雪天)下水温修正、节假日期间的水温修正，还包括气候补偿器电动三通阀的控制方法，即根据室外温度和用户供水温度变化计算理论用户供水温度，并对理论值进行修正成目标供水温度值，将实际用户供水温度与目标供水温度值进行比较，结合供热末端用户室内温度高低，采用智能PID控制方法，调节电动三通阀至最佳工作状态，使热源输出的实际供水温度符合目标供水温度值，达到实际供水温度与室外温度的紧密结合，以保证供热系统热用户的用热需求，实现最大化节能运行的目的。

Description

集中供热系统供水温度气候补偿算法和控制方法

技术领域

本发明涉及一种集中供热系统气候补偿算法和控制方法，具体是涉及一种可根据室外气象参数变化和采暖用户的用热规律，依据特定的补偿算法和控制方法，自动控制供热系统的质调节和量调节，以满足采暖热用户的室内温度达标的用热需求，本发明适用于区域集中供热气候补偿系统。 

背景技术

目前采暖系统的控制相对比较简单，甚至由人工控制，管理相对粗放，这样会造成末端采暖用户不热或者过热，影响采暖用户热舒适性。实际上，用户需热量受室外温度、太阳辐射、风向和风速等因素影响而时刻变化。要保证在室外温度变化的条件下，维持室内温度符合用户需求，就要求采暖系统的水流量和供水温度在整个采暖期间根据室外气候条件的变化而变化，以使用户散热设备的放热量与用户热负荷需求量相适应，防止用户室内温度过高或过低，实现按需供热的目的。 

气候补偿系统则是一种根据冬季室外气候的变化和热用户在不同时间段的室内温度要求，按照预设供水温度曲线控制供热系统的热出力，实现按需供热、节约能源的专用系统。本发明就是在保证供热质量的条件下为实时调节供水温度与目标温度相一致，实现按需供热、节约能源的效果。 

发明内容

(一)要解决的问题 

本发明的目的是提供一种供热系统用户供水温度的气候补偿算法和控制方法，以解决室外气候因素变化引起供热系统实际供热量与用户需求量之间不匹配的问题。 

(二)气候补偿系统的补偿算法 

本发明的补偿算法是通过半经验公式计算用户供水温度，并对计算供水温度进行不同形式的修正，即分时段修正、天气(晴天和风雪天)修正和节假日修正， 

(1)计算供水温度：不同室外温度段对应不同的计算公式，t_计算＝[t_起始-k₂×(-8)]-{[t_室外-(-8)]×k₁}；其中k₁＝1.2，k₂＝1(公式1)

t_计算＝t_起始+k₁×t_室外；其中k₁＝1.2(公式2)

t_计算＝t_起始+k₃×t_室外；其中k₃＝0.8(公式3)

t_计算＝(t_起始-k₃×8)-[(t_室外-8)×k₄]；其中k₄＝0.3(公式4)

⑤当t_室外＜-8℃，计算温度t_计算采用公式1计算； 

⑥当-8℃＜t_室外＜0℃，计算温度t_计算采用公式2计算； 

⑦当0℃＜t_室外＜-8℃，计算温度t_计算采用公式3计算； 

⑧当t室外＞8℃，计算温度t计算采用公式4计算。 

(2)分时段修正Δt_分时：分时增益是气候补偿算法的特点之一，即将一天分成若干时间段(最多24段)，每个时段对计算供水温度分别进行修正。 

t₁＝t_计算+Δt_分时    (公式5)

(3)天气修正Δt_天气：天气修正分为晴天修正和风雪修正两种，主要考虑光照强度、风速和雨雪等影响。晴天修正值为负，风雪修正值为正，修正值的大小可调，一般不超过5℃。 

t₂＝t₁+Δt_天气    (公式6)

(4)节假日修正Δt_假日：学校、办公楼等在节假日期间无人值守情况下，可将供水温度降至防冻温度，以降低能源消耗。 

t₃＝t₂+Δt_假日    (公式7)

(5)典型用户室内温度反馈修正Δt_用户：供热系统运行的优劣直接反映在末端用户，选取典型用户室温作为热用户反馈，对供水温度进行修正，确保用户的热舒适，保证供热质量。 

t₄＝t₃+Δt_用户    (公式8) 

(6)目标温度t_目标：通过半经验公式计算的供水温度经过修正后获得的温度为目标供水温度。 

t_目标＝t₄＝t_计算+Δt_分时+Δt_天气+Δt_假日+Δt_用户(公式9)

(三)气候补偿系统的控制方法 

气候补偿系统的供水温度控制方法，包括供水管路、回水管路、供水温度传感器、回水温度传感器、室内温度传感器、室外温度传感器、供水管路上设置的三通电动调节阀，三通阀通过执行器控制，三通阀的执行开度根据目标供水温度和实际供水温度的差值进行PID调节。其控制步骤为： 

(1)采用温度传感器分别采集室内温度、室外温度、供水温度和回水温度； 

(2)依据采集温度和设定温度，利用上述补偿算法，在气候补偿控制器中计算得到目标供水温度，并将目标温度与实际供水温度进行差值比较； 

(3)气候补偿控制器通过对目标供水温度与实际供水温度差值Δt′比较，采用PID回路算法，控制电动三通阀执行器的开度，以达到改变供水流量，调节供水温度的目的。 

以补偿算法计算的目标供水温度t_目标为目标值，实际供水温度t_实际为过程值运行PID回路算法计算比较，PID运算程序输出6400～32000的模拟量，代表执行器开度0～100％，输出模拟量转化成对应的4～20mA电流信号来控制电动三通调节阀的开度，实现智能自动控制。同时也可采用手动模式控制，通过PID回路算法中的手动给定值参数，即0.0至1.0之间的无量纲量Mx，代表执行器开度的0～100％，将无量纲量Mx转换成相应的4～20mA信号后传给执行器，通过执行器动作来调节电动三通阀开度，该手动控制模式一般用于调试过程。 

(四)有益效果 

本发明的技术方案通过半经验的补偿算法计算目标供水温度，并通过PID控制电动三通调节阀开度，使实际供水温度与目标温度相一致，达到按需供热、节约能源之目的。 

附图说明

图1为本发明补偿算法控制流程图； 

图2为本发明气候补偿控制系统在供热系统中的实施示意图。 

具体实施方式

以下附图用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

图1为本发明补偿算法控制流程图，如图所示，供水温度计算公式根据室外温度选取，根据室外温度的高低，将室外温度分为t＜-8℃、-8℃≤t＜0℃、0℃≤t＜8℃和t≥8℃共四段，不同温度段对应不同的计算公式(公式1～4)，将采集温度和设定温度值代入上述公式即可求得供水温度值，同时对计算供水温度依据分时段、天气和节假日不同进行温度修正，修正后的温度为目标供水温度，通过PID控制调节电动三通阀的开度，使实际供水温度逐步接近目标供水温度，并随目标温度变化而变化。同时在供暖用户采集典型用户室内温度，并目标温度进一步反馈修正，通过PID智能控制，实现了按需供热、节约能源的目的。 

图2为气候补偿控制系统在供热系统中的实施示意图，如图所示，气候补偿控制装置主要包括：室外气象站1，用于通过测量获取室外气象参数；室内温度采集单元2，用于采集典型用户室内温度；供回水温度采集单元3，设于换热站用户供水管上，用于获取系统的供水温度测量值T_cg；补偿计算单元4，利用供水温度随室外气象参数及用户室内温度变化的气候补偿曲线，根据获取的室外气象参数T_w以及用户室内温度T_o计算得到供水温度计算值T_jg，并对计算值进行分时段、天气和节假日修正，求得目标供水温度T_mb；温度比较单元5，根据比较判断供水温度测量值T_cg是否大于目标供水温度T_mb，如果是，通过PLC控制单元8控制电动三通阀的开度，改变供水温度，直至供水温度测量值T_cg与目标供水温度T_mb一致；数据存储单元6，对采集到的室内、外温度，供、回水温度具有存储功能，可随时查看历史数据；显示单元7，128*64分辨率液晶显示屏，显示各种参数和工作状态；PLC控制单元8，对目标供水温度T_mb和实际供水温度T_cg进行PID控制运算，输出的模拟量信号通过PLC控制单元8控制电动三通阀9的开度，实现供水流量的 调节。 

本实施例的系统中，补偿控制系统还可以包括用户网回水温度采集单元5，设于换热站用户网回水管7上，用于获取用户网回水温度测量值T_ch。则此时温度比较单元4可以通过比较判断供、回水温度测量值T_cg、T_ch或供、回水温度测量值的平均值T_ca是否大于供暖温度计算值T_jg、T_jh或计算平均值T_ja。上述气候补偿控制系统中的用户网供回水温度测量单元3可以取供水和回水中的一个或两个参数，具体设置情况可视温度比较单元4所需温度参数而定。一般情况下，仅设供水温度采集单元，本发明亦以用户网供水温度为计算对象。 

上述本发明实施例中，室外气象参数除温度外，还可包括以下若干项：光照强度、风速或雨量，由所有这些参数确定系统供水温度的计算值，实现系统供水温度整整意义上的气候补偿；同时室外气象参数的获取途径可以有多种：包括现场采集、由气象局传送等其他任意方式获得。 

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见的想到一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。 

Claims (9)

1.一种集中供热系统的供水温度气候补偿算法和控制方法，包含不同室外温度段的计算供水温度公式、不同时段的修正、天气(晴天和雨雪天)修正、节假日修正方法、典型用户室内温度反馈修正方法和气候补偿器的控制方法，其特征是根据起始供水温度和室外温度，通过本发明的半经验计算公式和修正方法来确定出二次目标供水温度，并通过智能PID控制方法来调节电动三通阀开度，使实际供水温度接近目标供水温度。

2.根据权利要求1所述的不同室外温度段的计算公式，其特征是：

不同室外温度段对应不同的计算供水温度，公式如下：

t_计算＝[t_起始-k₂×(-8)]-{[t_室外-(-8)]×k₁}；其中k₁＝1.2，k₂＝1(公式1)

t_计算＝t_起始+k₁×t_室外；其中k₁＝1.2    (公式2)

t_计算＝t_起始+k₃×t_室外；其中k₃＝0.8    (公式3)

t_计算＝(t_起始-k₃×8)-[(t_室外-8)×k₄]；其中k₄＝0.3(公式4)

式中，t_计算为计算供水温度；t_室外为室外温度；t_起始为起始设定供水温度。

①当t_室外＜-8℃，计算温度t_计算采用公式1计算；

②当-8℃＜t_室外＜0℃，计算温度t_计算采用公式2计算；

③当0℃＜t_室外＜-8℃，计算温度t_计算采用公式3计算；

④当t室外＞8℃，计算温度t_计算采用公式4计算。

3.根据权利要求1所述的分时段温度修正，其特征是将一天分成若干时间段(最多24段)，根据不同的时间段的增益对理论供水温度值进行直接加减修正，分时段修正Δt_分时，分时增益是气候补偿算法的特点之一。

t₁＝t_计算+Δt_分时    (公式5)。

4.根据权利要求1所述的天气修正，其特征是：晴天修正值Δt_天气为负， 风雪修正值Δt_天气为正，修正值的大小可调，一般不超过5℃。

t₂＝t₁+Δt_天气    (公式6)。

5.根据权利要求1所述的节假日修正，其特征是：学校、办公楼等在节假日期间无人值守情况下，可将供水温度降至防冻温度(防冻温度可手动设定)，以降低能源消耗。

t₃＝t₂+Δt_假日    (公式7)。

6.根据权利要求1所述的典型用户室内温度反馈修正Δt_用户，其特征是：供热系统运行的优劣直接反映在末端用户，选取典型用户室温作为热用户反馈，对计算供水温度进行修正，确保最不利用户的供水温度

t₄＝t₃+Δt_用户    (公式8)。

7.根据权利要求1、6所述的典型用户，其特征是供热系统的距热源最远的最不利用户及由于系统设计导致的室温难以达标的用户。

8.根据权利要求1所述的目标温度，其特征包括：通过对计算供水温度经过修正后获得的温度为目标供水温度。

t_目标＝t₄＝t_计算+Δt_分时+Δt_天气+Δt_假日+Δt_用户    (公式9)。

9.根据权利要求1所述的智能PID控制方法，其特征是：将PID中实际供水温度与目标供水温度值进行比较，通过PID运算输出6400～32000模拟量信号，该模拟量信号转化成对应的4～20mA电流输出信号来控制电动三通调节阀的开度，进一步实现实际值无限接近目标值。 

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