CN105509120A - 多分区温室的加热装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多分区温室的加热装置及控制方法，包括：热源、供水干管、回水干管、循环水泵、散热设备、直通电磁阀、四通电磁阀、温度传感器，所述供水水管上设有循环水泵，在温室各分区内通过四通电磁阀或直通电磁阀将各分区供、回水管连接起来，形成加热循环。多分区温室的加热装置通过四通电磁阀与直通电磁阀的组合，实现了多分区温室的加热，节省了人力、物力，简化了多分区温室加热装置的空间布局，降低了温室加热循环水泵运行的能耗，并从设计上确保了加热装置自动控制实现容易、设备运行安全稳定。该加热装置尤其适合应用于分区较多、单个分区面积较小的自控型温室。

Description

多分区温室的加热装置及控制方法

技术领域

本发明涉及温室自动控制供暖装备，尤其涉及多分区温室的加热装置及控制方法。

背景技术

目前，多分区温室的加热装置有的采用双级泵暖通系统，把热源循环泵与管网循环泵分开，设计一级、二级输送管网，每个加热分区设置循环水泵、四通电磁阀，通过四通电磁阀连接各分区供、回水管，这种设计造成较高的建设成本，且在温室较多分区、单个分区面积较小的情况下，四通电磁阀、循环水泵，以及两者之间的供、回水管的布置，占用大量的空间，布局设计困难；有的采用一组循环水泵的单级泵暖通系统，每个分区设置直通电磁阀，这种设计减少了循环水泵及供、回水管的数量，但要求通过变频系统或通过旁通管上设置的电磁阀调节主供、回水管上的压差，这样也带来了该种设计在建设成本上的增加；另外，因温室加热供暖装置中，供、回水干管间的压差较小，这种暖通系统在温室上使用，自动控制实现困难；并且，通过旁通管上设置的电磁阀调节主供、回水管上的压差进行调节，造成管道内压力、供热介质流量与流速的瞬间骤变，对循环水泵、热源、电磁阀等设备的影响，造成设备运行不稳定、故障率较高。

发明内容

为了克服现有的多分区温室的加热装置设计上的不足，本发明提供一种多分区温室的加热装置，在温室各分区内通过四通电磁阀或直通电磁阀将供、回水管连接起来，形成加热循环。通过四通电磁阀，不仅调节了设置该阀的温室分区的温度与热量，还在各分区不加温期间，提供了供、回水干管间的旁通流量，并且可通过四通电磁阀设置的数量，灵活调节供、回水干管间的压差。该加热装置不仅实现了多分区温室的加热，减少了循环水泵的使用数量，减少了每个温室分区至循环水泵供、回水干管的数量，还从设计上确保了加热装置自动控制实现容易、设备运行安全稳定。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种多分区温室的加热装置，包括：热源、供水干管、第一蝶阀、循环水泵、压力表、排气阀、第一管道水温传感器、止回阀、第二蝶阀、若干直通单元、若干四通单元、回水干管、稳压罐、控制器；其中，所述热源分别与供水干管的一端和回水干管的一端相连，供水干管的另一端封堵，回水干管的另一端与稳压罐相连；在所述供水干管上依次设置第一蝶阀、循环水泵、压力表、排气阀、第一管道水温传感器、止回阀和第二蝶阀；在供水干管和回水干管之间设置若干直通单元和若干四通单元；

所述直通单元包括第三蝶阀、第一散热设备、第四蝶阀、第二管道水温传感器、直通电磁阀、第五蝶阀和第一室内气温传感器；其中所述第三蝶阀、第一散热设备、第四蝶阀、第二管道水温传感器、直通电磁阀、第五蝶阀依次相连；第三蝶阀与供水干管相连，第五蝶阀与回水干管相连；

所述四通单元包括第六蝶阀、第七蝶阀、第二散热设备、第八蝶阀、第三管道水温传感器、四通电磁阀、第九蝶阀和第二室内气温传感器；其中，所述第六蝶阀的一端与供水干管相连，另一端与四通电磁阀的第一阀口相连；四通电磁阀的第二阀口与第七蝶阀的一端相连；第七蝶阀的另一端与第二散热设备相连；第八蝶阀的一端与第二散热设备相连，第八蝶阀的另一端与四通电磁阀的第三阀口相连；在第八蝶阀和四通电磁阀之间设置第三管道水温传感器；四通电磁阀的第四阀口与第九蝶阀的一端相连，第九蝶阀的另一端与回水干管相连；

所述循环水泵、第一管道水温传感器、第二管道水温传感器、第三管道水温传感器、直通电磁阀、四通电磁阀、第一室内气温传感器和第二室内气温传感器均与控制器相连。

进一步的，所述四通单元的数量和直通单元的数量的比值大于等于1:4，小于等于1:2。

进一步的，所述四通单元的数量和直通单元的数量的比值的优选为1:3。

一种利用权利要求1所述的多分区温室的加热装置的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤一、控制器接收气象站传递来的室外气候信息，该信息包括室外温度、风速以及太阳辐照度；在控制器上设定各分区室内加温温度；

步骤二、第二管道水温传感器、第三管道水温传感器、第一室内气温传感器和第二室内气温传感器将检测到的温度信号传递给控制器，控制器根据设定的各分区室内加温温度、接收到的温度信号以及室外气候信息计算各分区的期望室内气温，如果期望室内气温高于室内传感器检测到的当前室内气温，则控制器控制循环水泵与热源停止工作；反之，控制器控制循环水泵与热源启动工作；

步骤三、当控制器控制循环水泵与热源启动工作时，管道温度的计算如下：用当前分区室内实际测得的气温t₂(n)与5分钟前室内气温t₂(n-1)的差|t₂(n-1)-t₂(n)|来衡量分区室内气温变化快慢；

设定阈值δ,当|t₂(n-1)-t₂(n)|>δ时,采用比例调节法计算后5分钟的管道温度T(n+1)，即有：

T(n+1)＝T+k_p×[t₁(n+2)-t₂(n)]+T_o+T_f+T_l

式中T为设定管道的标准温度；t₁(n+2)为10分钟后的室内期望气温；k_p为比例系数；T_o为室外温度，T_f为风速，T_l为太阳辐照度对计算管道温度的影响值；

当|t₂(n-1)-t₂(n)|<δ,且|t₂(n)-t₁(n+2)|>δ₁时，通过积分，消除稳态误差，则后5分钟的管道温度T(n+1)为：

T(n+1)＝T(n)+T_i， $T_i=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&delta;}}_i& t\left(n\right)>t_2\left(n\right)\\ -{\mathrm{\&delta;}}_i& t\left(n\right)<t_2\left(n\right)\end{array}\right.$

式中δ_i为正值积分系数,t(n)为设定的室内气温的加热温度，δ₁为设定的另一个阈值，当前室内实际气温与5分钟前室内实际气温之差的绝对值小于δ，并且当前室内实际气温与10分钟后室内期望温度之差的绝对值大于δ₁时,进行积分调节,调节强度由δ_i决定；

步骤四、通过步骤三得到各分区管道温度，控制器调节直通电磁阀105和/或四通电磁阀116的开启比例，调节进入各温室分区的供热介质的流量，从而调节各分区内加热管道温度，使温室各分区内温度达到要求。

本发明的有益效果是：与双级泵系统相比，多分区温室的加热装置，减少了循环水泵的使用数量，减少了每个温室分区至循环水泵供、回水干管的数量，简化了多分区温室加热装置的空间布局，降低了温室加热运行的能耗；与单级泵相比，从设计上确保了加热装置自动控制实现容易、设备运行安全稳定。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图中，热源1、供水干管2、第一蝶阀3、循环水泵4、压力表5、排气阀6、第一管道水温传感器7、止回阀8、第二蝶阀9、若干直通单元10、若干四通单元11、回水干管12、稳压罐13、第三蝶阀101、第一散热设备102、第四蝶阀103、第二管道水温传感器104、直通电磁阀105、第五蝶阀106、第六蝶阀111、第七蝶阀112、第二散热设备113、第八蝶阀114、第三管道水温传感器115、四通电磁阀116、第九蝶阀117。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步的说明；

如图1所示，多分区温室的加热装置，包括：热源1、供水干管2、第一蝶阀3、循环水泵4、压力表5、排气阀6、第一管道水温传感器7、止回阀8、第二蝶阀9、若干直通单元10、若干四通单元11、回水干管12、稳压罐13、控制器(图中未示出)；其中，热源1分别与供水干管2的一端和回水干管12的一端相连，供水干管2的另一端封堵，回水干管12的另一端与稳压罐13相连；在所述供水干管2依次设置第一蝶阀3、循环水泵4、压力表5、排气阀6、第一管道水温传感器7、止回阀8和第二蝶阀9；在供水干管2和回水干管12之间设置若干直通单元10和若干四通单元11；

所述直通单元10包括第三蝶阀101、第一散热设备102、第四蝶阀103、第二管道水温传感器104、直通电磁阀105、第五蝶阀106和第一室内气温传感器107；其中所述第三蝶阀101、第一散热设备102、第四蝶阀103、第二管道水温传感器104、直通电磁阀105、第五蝶阀106依次相连；第三蝶阀101与供水干管2相连，第五蝶阀106与回水干管12相连；

所述四通单元11包括第六蝶阀111、第七蝶阀112、第二散热设备113、第八蝶阀114、第三管道水温传感器115、四通电磁阀116、第九蝶阀117和第二室内气温传感器108；其中，所述第六蝶阀111的一端与供水干管2相连，另一端与四通电磁阀116的第一阀口相连；四通电磁阀116的第二阀口与第七蝶阀112的一端相连；第七蝶阀112的另一端与第二散热设备113相连；第八蝶阀114的一端与第二散热设备113相连，第八蝶阀114的另一端与四通电磁阀116的第三阀口相连；在第八蝶阀114和四通电磁阀116之间设置第三管道水温传感器115；四通电磁阀116的第四阀口与第九蝶阀117的一端相连，第九蝶阀117的另一端与回水干管12相连；

所述循环水泵4、第一管道水温传感器7、第二管道水温传感器104、第三管道水温传感器115、直通电磁阀105、四通电磁阀116、第一室内气温传感器107和第二室内气温传感器108均与控制器相连。所述控制器可以采用Priva公司Connext型号的产品，但不限于此。

所述直通单元10和四通单元11安装在温室的各个分区中，所述四通单元11的数量和直通单元10的数量的比值大于等于1:4，小于等于1:2，优选为1:3。

热源1通过供热介质，经过供水干管2传送到循环水泵4，循环水泵4将供热介质通过供水干管2，传送到温室每个分区的散热设备上，经过散热设备后的供热介质通过直通电磁阀或四通电磁阀，经回水干管12至热源1，形成加热循环。当温室各分区需要进行加温时，控制器控制四通电磁阀和直通电磁阀开启，供热介质经热源1、供水干管2、循环水泵4、散热设备15、直通电磁阀12或四通电磁阀19、回水干管22后返回到达热源1，形成温室分区内加热循环；当温室各分区不需要进行加温时，计算机控制四通电磁阀和直通电磁阀关闭，供热介质经热源1、供水干管2、循环水泵4、四通电磁阀19、回水干管22后返回到达热源1，形成温室分区外循环。

由于温室内温度受到室外温度、风速、太阳辐照因子的影响，因此，采用带前馈的比例积分进行加热装置的控制算法：设定各分区室内加温温度,并根据室外气侯，计算各区期望室内气温、管道温度,进而调节各分区直通电磁阀和四通电磁阀开启的比例，使温室内温度达到控制要求。具体包括以下步骤：

步骤一、控制器与气象站相连，控制器接收气象站传递来的室外气候信息，该信息包括室外温度、风速以及太阳辐照度；在控制器上设定各分区室内加温温度；

步骤二、第二管道水温传感器104、第三管道水温传感器115、第一室内气温传感器107和第二室内气温传感器108将检测到的温度信号传递给控制器，控制器根据设定的各分区室内加温温度、接收到的温度信号以及室外气候信息计算各分区的期望室内气温，如果期望室内气温高于室内传感器检测到的当前室内气温，则控制器控制循环水泵4与热源1停止工作；反之，控制器控制循环水泵4与热源1启动工作；

步骤三、当控制器控制循环水泵4与热源1启动工作时，管道温度的计算如下：用当前分区室内实际测得的气温t₂(n)与5分钟前室内气温t₂(n-1)的差|t₂(n-1)-t₂(n)|来衡量分区室内气温变化快慢；

设定阈值δ,当|t₂(n-1)-t₂(n)|>δ时,采用比例调节法计算后5分钟的管道温度T(n+1)，即有：

T(n+1)＝T+k_p×[t₁(n+2)-t₂(n)]+T_o+T_f+T_l

式中T为设定管道的标准温度；t₁(n+2)为10分钟后的室内期望气温；k_p为比例系数；T_o为室外温度，T_f为风速，T_l为太阳辐照度对计算管道温度的影响值；

当|t₂(n-1)-t₂(n)|<δ,且|t₂(n)-t₁(n+2)|>δ₁时，通过积分，消除稳态误差，则后5分钟的管道温度T(n+1)为：

T(n+1)＝T(n)+T_i， $T_i=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&delta;}}_i& x\left(n\right)>t_2\left(n\right)\\ -{\mathrm{\&delta;}}_i& t\left(n\right)<t_2\left(n\right)\end{array}\right.$

式中δ_i为正值积分系数,t(n)为设定的室内气温的加热温度，δ₁为设定的另一个阈值，当前室内实际气温与5分钟前室内实际气温之差的绝对值小于δ，并且当前室内实际气温与10分钟后室内期望温度之差的绝对值大于δ₁时,进行积分调节,调节强度由δ_i决定。

步骤四、通过步骤三得到各分区管道温度，控制器调节直通电磁阀105和/或四通电磁阀116的开启比例，调节进入各温室分区的供热介质的流量，从而调节各分区内加热管道温度，使温室各分区内温度达到要求。

具体实施时，四通电磁阀优先设置于耗热量较大的温室分区，一般设置在面积较大的分区或边际分区，这样可以提高循环水泵的所提供的加热有效流量，从而降低了温室加热循环水泵运行的能耗。

多分区温室的加热装置设计时，应保证供热介质较大的流量，较小的流速，因此可采用截面积较大的管道，使得供、回水干管间的压力差也较小，对于面积较小的分区，供热介质的循环流量也较小，单个直通电磁阀的开启与关闭对供、回水干管间的压差影响较小，可忽略不计。当温室分区较多时，可通过增加四通电磁阀的数量，调节供、回水干管间的压差，并减少压差变化对四通电磁阀、直通电磁阀、循环水泵的影响，确保多分区温室加热装置的稳定运行。

四通电磁阀与直通电磁阀组合使用的优点在于当温室各分区处于不需要加热时，直通电磁阀与四通电磁阀关闭，此时不用设置旁通管道，而通过四通电磁阀在温室分区外，供、回水干管间形成一个供热介质的循环，并且可通过设置的四通电磁阀的数量，调节供回水干管间的压差，确保了循环水泵、热源和电磁阀等设备的稳定运行；通过四通阀可以确保供、回水干管有较稳定的介质流量和流速，相比于单级泵系统设置的旁通直通电磁阀，避免了供热介质流量与流速的瞬间骤变，对循环水泵、热源、电磁阀等设备的影响，确保加热装置的稳定运行；设计上多数采用直通电磁阀，相比全部使用四通电磁阀，不仅可以大幅降低建设的成本，而且可以避免四通电磁阀关闭后供、回水干管间形成的无效流量对其他需加温分区供热介质循环效率的影响，提高了循环水泵的所提供的供热介质的加热有效流量，降低了温室加热循环水泵运行的能耗。四通电磁阀优先设置于耗热量较大温室分区，可延长该温室分区内加热循环的时间，提高循环水泵的所提供的加热有效流量，从而降低了温室加热循环水泵运行的能耗。

Claims (4)

1.一种多分区温室的加热装置，其特征在于，包括：热源(1)、供水干管(2)、第一蝶阀(3)、循环水泵(4)、压力表(5)、排气阀(6)、第一管道水温传感器(7)、止回阀(8)、第二蝶阀(9)、若干直通单元(10)、若干四通单元(11)、回水干管(12)、稳压罐(13)、控制器等；其中，所述热源(1)分别与供水干管(2)的一端和回水干管(12)的一端相连，供水干管(2)的另一端封堵，回水干管(12)的另一端与稳压罐(13)相连；在所述供水干管(2)上依次设置第一蝶阀(3)、循环水泵(4)、压力表(5)、排气阀(6)、第一管道水温传感器(7)、止回阀(8)和第二蝶阀(9)；在供水干管(2)和回水干管(12)之间设置若干直通单元(10)和若干四通单元(11)；

所述直通单元(10)包括第三蝶阀(101)、第一散热设备(102)、第四蝶阀(103)、第二管道水温传感器(104)、直通电磁阀(105)、第五蝶阀(106)和第一室内气温传感器(107)；其中所述第三蝶阀(101)、第一散热设备(102)、第四蝶阀(103)、第二管道水温传感器(104)、直通电磁阀(105)、第五蝶阀(106)依次相连；第三蝶阀(101)与供水干管(2)相连，第五蝶阀(106)与回水干管(12)相连；

所述四通单元(11)包括第六蝶阀(111)、第七蝶阀(112)、第二散热设备(113)、第八蝶阀(114)、第三管道水温传感器(115)、四通电磁阀(116)、第九蝶阀(117)和第二室内气温传感器(108)；其中，所述第六蝶阀(111)的一端与供水干管(2)相连，另一端与四通电磁阀(116)的第一阀口相连；四通电磁阀(116)的第二阀口与第七蝶阀(112)的一端相连；第七蝶阀(112)的另一端与第二散热设备(113)相连；第八蝶阀(114)的一端与第二散热设备(113)相连，第八蝶阀(114)的另一端与四通电磁阀(116)的第三阀口相连；在第八蝶阀(114)和四通电磁阀(116)之间设置第三管道水温传感器(115)；四通电磁阀(116)的第四阀口与第九蝶阀(117)的一端相连，第九蝶阀(117)的另一端与回水干管(12)相连；

所述循环水泵(4)、第一管道水温传感器(7)、第二管道水温传感器(104)、第三管道水温传感器(115)、直通电磁阀(105)、四通电磁阀(116)、第一室内气温传感器(107)和第二室内气温传感器(108)均与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的多分区温室的加热装置，其特征在于，所述四通单元(11)的数量和直通单元(10)的数量的比值大于等于1:4，小于等于1:2。

3.根据权利要求1或2所述的多分区温室的加热装置，其特征在于，所述四通单元(11)的数量和直通单元(10)的数量的比值的优选为1:3。

4.一种利用权利要求1所述的多分区温室的加热装置的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、控制器接收气象站传递来的室外气候信息，该信息包括室外温度、风速以及太阳辐照度；在控制器上设定各分区室内加温温度；

步骤二、第二管道水温传感器(104)、第三管道水温传感器(115)、第一室内气温传感器(107)和第二室内气温传感器(108)将检测到的温度信号传递给控制器，控制器根据设定的各分区室内加温温度、接收到的温度信号以及室外气候信息计算各分区的期望室内气温，如果期望室内气温高于室内传感器检测到的当前室内气温，则控制器控制循环水泵(4)与热源(1)停止工作；反之，控制器控制循环水泵(4)与热源(1)启动工作；

步骤三、当控制器控制循环水泵(4)与热源(1)启动工作时，管道温度的计算如下：用当前分区室内实际测得的气温t₂(n)与5分钟前室内气温t₂(n-1)的差|t₂(n-1)-t₂(n)|来衡量分区室内气温变化快慢；

设定阈值δ,当|t₂(n-1)-t₂(n)|>δ时,采用比例调节法计算后5分钟的管道温度T(n+1)，即有：

T(n+1)＝T+k_p×[t₁(n+2)-t₂(n)]+T_o+T_f+T_l

式中T为设定管道的标准温度；t₁(n+2)为10分钟后的室内期望气温；k_p为比例系数；T_o为室外温度，T_f为风速，T_l为太阳辐照度对计算管道温度的影响值；

当|t₂(n-1)-t₂(n)|<δ,且|t₂(n)-t₁(n+2)|>δ₁时，通过积分，消除稳态误差，则后5分钟的管道温度T(n+1)为：

T(n+1)＝T(n)+T_i， $T_i=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&delta;}}_i& t\left(n\right)>t_2\left(n\right)\\ -{\mathrm{\&delta;}}_i& t\left(n\right)<t_2\left(n\right)\end{array}\right.$

式中δ_i为正值积分系数,t(n)为设定的室内气温的加热温度，δ₁为设定的另一个阈值，当前室内实际气温与5分钟前室内实际气温之差的绝对值小于δ，并且当前室内实际气温与10分钟后室内期望温度之差的绝对值大于δ₁时,进行积分调节,调节强度由δ_i决定；

步骤四、通过步骤三得到各分区管道温度，控制器调节直通电磁阀(105)和/或四通电磁阀(116)的开启比例，调节进入各温室分区的供热介质的流量，从而调节各分区内加热管道温度，使温室各分区内温度达到要求。