CN107477652A - 采暖系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种采暖系统及其控制方法，该采暖系统包括热泵机组，以及设置于房间内的采暖末端，所述采暖末端与所述热泵机组通过水管连接，所述热泵机组包括控制器，所述控制器的输出端电性连接有压缩机，所述控制器的输入端电性连接有温控器，所述温控器设置于房间内；所述温控器采集房间内的温度计算形成温度信号，该温度信号传递至控制器，控制器控制压缩机的运行频率，以控制水管内水温。采暖系统的控制方法为基于上述采暖系统。该发明将采集房间内温度作为控制目标，进一步调控供水水温，避免了房间负荷和水温变化的不对称，从而降低了控制用户运行的费用。

Description

采暖系统及其控制方法
技术领域
本发明属于采暖领域，尤其涉及一种通过室内温度调节供水温度的采暖系统。
背景技术
近年来，随着农村地区燃煤锅炉的改造，通过使用清洁能源，包括空气能热泵来提供热源，旨在解决困扰多年的环境污染问题。但是，通过上述改造，增加了运行费用成本，其原因主要由以下几个问题导致：
(1)热泵机组的控制目标是水温，而非房间温度，这样会造成房间负荷和水温变化的不对称，进而造成控制用户运行费用增加。
(2)农村使用的采暖末端90％是暖气片，暖气片传热方式为自然对流和辐射，该种方式换热系数小；同时因为采暖改造，供回水温度由60～80℃变更为40～50℃，而采暖末端数量基本不会增加，导致暖气片的散热面积小，对水温变化慢；其他10％的采暖末端，采用地暖盘管和风机盘管形式：地暖盘管的传热方式为辐射和自然对流，换热系数也较小，但因换热面积大，水温变化居中；而风机盘管其主要传热方式为强制对流，换热系数较大，虽然换热面积较小，但总体的AK(其中，A代表换热面积，K代表换热系数)值较大，对水温变化最快，如果使用同一套参数控制，其易导致压缩机停机、开机时间与房间温度变化不匹配。
而房间空气温度的变化由微分方程Q＝-CM(dTin(t)/dt)确定，换热量为Q＝AK[Tin(t)-Tc]kW，其中，表示房间降温过程的时间；A为换热面积，K为换热系数，Tin为房间温度，Tc为冷凝温度，M为房间的空气热容量，C空气比热容。但是因为不同水系统的传热末端，AK值不同，使用同样的参数控制系统来进行控制，会产生超调或者波动，导致用户的使用效果受到影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种采暖系统及其控制方法，该发明将采集房间内温度作为控制目标，进一步调控供水水温，避免了房间负荷和水温变化的不对称，从而降低了控制用户运行的费用。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种采暖系统，包括热泵机组，以及设置于房间内的采暖末端，所述采暖末端与所述热泵机组通过水管连接，所述热泵机组包括控制器，所述控制器的输出端电性连接有压缩机，所述控制器的输入端电性连接有温控器，所述温控器设置于房间内；所述温控器采集房间内的温度计算形成温度信号，该温度信号传递至控制器，控制器控制压缩机的运行频率，以控制水管内水温。
作为本发明的进一步优化，所述控制器包括可采集温控器中温度信号的采集模块，可根据预设公式计算压缩机运行频率的计算模块，以及可根据计算模块计算后数值控制压缩机运行的控制模块，其中，所述采集模块电性连接所述计算模块，所述计算模块电性连接所述控制模块。
作为本发明的进一步优化，所述热泵机组包括与所述采暖末端连接的室内机组，以及连接于所述室内机组的室外机组，所述控制器包括设置于所述室内机组的室内控制器，以及设置于所述室外机组的室外控制器，其中，所述室内控制器电性连接所述室外控制器，所述室内控制器连接所述温控器，所述室外控制器连接所述压缩机。
作为本发明的进一步优化，所述室内控制器包括所述采集模块以及所述计算模块，所述室外控制器包括所述控制模块。
作为本发明的进一步优化，所述采暖末端为暖气片、地暖盘管或者风机盘管中至少一种。
作为本发明的进一步优化，所述温控器对应于设置有所述采暖末端的房间设置有多个。
一种采暖系统的控制方法，基于任一实施例所述的采暖系统，包括以下步骤：
S0：启动采暖系统的制热模式；
S1：设定温控器的设定温度Test，并实时采集房间内温度Tin；
S2：判断设定温度Test是否大于房间内温度Tin，如是，则控制热泵机组停止运行，反之，则执行S3步骤；
S3：控制热泵机组运行；
S4：判断热泵机组是否达到采暖末端的调节周期T，如是，则返回步骤S2；反之，则返回步骤S3。
作为本发明的进一步优化，在步骤S3中，具体包括以下步骤：温控器将采集的房间内温度Tin与参考温度Test求差形成差值温度ΔTin，该差值温度ΔTin传递至控制器，控制器根据差值温度ΔTin计算并控制压缩机运行频率，进而控制与热泵机组连接的水管内水温为期望水温Twin。
作为本发明的进一步优化，在步骤S3中，具体包括以下步骤：温控器将采集的房间内温度Tin与参考温度Test求差形成差值温度ΔTin，并根据预设关系求出水管中期望水温Twin，该期望水温Twin传递至控制器，控制器根据该期望水温Twin计算并控制压缩机运行频率，进而实现水管内水温达到期望水温Twin。
作为本发明的进一步优化，在步骤S3中，所述温控器内的预设关系为Twin＝k*(dTin(t)/dt)+m*Tin+C，其中Twin为期望水温，k为系数，取值为1～1.2；m为系数，取值为1～1.5；C为常数，取值为15～20；Tin为房间内温度。
本发明提供的采暖系统及其控制方法，因温控器设置于房间内，通过温控器采集房间内温度作为控制目标，进一步调控供水水温，避免了房间负荷和水温变化的不对称，进而降低了控制用户运行的费用；同时，本发明的控制方法，控制器通过温控器测得的房间内温度计算并控制压缩机的频率，进而控制供水温度，避免了房间负荷和水温变化的不对称，同时，本发明的控制方法，根据不同的采暖末端选择不同的运行周期，保证了压缩机停机、开机时间与房间内温度变化的匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明采暖系统第一种实施例的示意图；
图2为本发明采暖系统第二种实施例的示意图；
图3为本发明采暖系统的控制方法的流程示意图；
图4为图3中热泵机组运行的流程示意图。
以上各图中：1、采暖末端；2、冷媒管；3、热泵机组；31、室内机组；32、室外机组；4、控制器；41、室内控制器；42、室外控制器；5、温控器；6、风机盘管；7、暖气片；8、地暖盘管。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，是本发明采暖系统的示意图。本发明的采暖系统，包括热泵机组3，以及设置于房间内的采暖末端1，所述采暖末端1与所述热泵机组3通过水管连接，该水管上设置有水泵与阀门，通过水泵实现采暖末端与水管之间的热交换，通过阀门控制水管的开关。
继续参见图1，所述热泵机3包括控制器4，所述控制器4的输出端电性连接有压缩机，所述控制器4的输入端电性连接有温控器5，所述温控器5设置于房间内，该温控器5可实时采集房间内温度，同时也可通过遥控器等对温度进行设定；所述温控器5采集房间内的温度计算形成温度信号，该温度信号传递至控制器，控制器控制压缩机的运行频率，以控制水管内水温。
本发明中，因温控器设置于房间内，通过温控器采集房间内温度作为控制目标，进一步调控供水水温，避免了房间负荷和水温变化的不对称，进而降低了控制用户运行的费用。
为了实现控制器的控制，所述控制器包括可采集温控器5中温度信号的采集模块，可根据预设公式计算压缩机运行频率的计算模块，以及可根据计算模块计算后数值控制压缩机运行的控制模块，其中，所述采集模块电性连接所述计算模块，所述计算模块电性连接所述控制模块。上述中，所述预设公式一般会有多种，举例为：Δf＝Kp*ΔT+(Kp/Ti)*ΔT*(Tf/60)，其中，ΔT＝Tin(n)-Tin(n-1)；Kp为比例系数，取值一般为1-5；Ti为积分系数，取值一般2-5；Tf为两次计算的时间间隔。其中，上述公式中取值的大小依据使用者的习惯以及采暖末端的其他要求不同而不同，在此不限定。
另外，参见图2，本发明的采暖系统中，所述热泵机组3包括与所述采暖末端1连接的室内机组31，以及连接于所述室内机组31的室外机组32，所述室内机组31与所述室外机组32通过冷媒管2连接，所述控制器4包括设置于所述室内机组31的室内控制器41，以及设置于所述室外机组32的室外控制器42，其中，所述室内控制器41电性连接所述室外控制器42，所述室内控制器41连接所述温控器5，所述室外控制器42连接所述压缩机。进一步的，所述室内控制器41包括所述采集模块以及所述计算模块，所述室外控制器42包括所述控制模块。
在本发明中，所述采暖末端为暖气片6、地暖盘管7或者风机盘管8中至少一种。
另外，本发明中的采暖末端可设置于多个房间内，则温控器5对应于设置有所述采暖末端1的房间设置有多个，通过每个房间设置的温控器，可以集中控制多个房间内的温度，更方便。
本发明中，可为户式采暖系统，也可为商用采暖系统，在此不限定。
参见图3，本发明还提供了一种采暖系统的控制方法，基于上述的采暖系统，包括以下步骤：
S0：启动采暖系统的制热模式；
S1：设定温控器的设定温度Test，并实时采集房间内温度Tin；该设定温度Test为房间内用户所设定；
S2：判断设定温度Test是否大于房间内温度Tin，如是，则控制热泵机组停止运行，反之，则执行S3步骤；
S3：控制热泵机组运行；
S4：判断热泵机组是否达到采暖末端的调节周期Tf，如是，则返回步骤S2；反之，则返回步骤S3。
上述中，因采暖末端可为暖气片、地暖盘管或风机盘管三种不同的形式，而每种形式其调节周期Tf(即两次计算的时间间隔)均不同，则热泵机组运行的周期也不行。具体如下表：
本发明的控制方法，根据不同的采暖末端，选择不同的调节周期进行调节，保证了压缩机停机、开机时间与房间内温度变化的匹配，避免了房间内温度的波动或超调，提高了用户的使用感受。
进一步，如图4所示，在步骤S3中，具体包括以下步骤：温控器将采集的房间内温度Tin与参考温度Test求差形成差值温度ΔTin，该差值温度ΔTin传递至控制器，控制器根据差值温度ΔTin计算并控制压缩机运行频率，进而控制与热泵机组连接的水管内水温为期望水温Twin。
另外，本发明也可采用在温控器内求水温的方式进行控制，具体的，在步骤S3中，具体包括以下步骤：温控器将采集的房间内温度Tin与参考温度Test求差形成差值温度ΔTin，并根据预设关系求出水管中期望水温Twin，该期望水温Twin传递至控制器，控制器根据该期望水温Twin计算并控制压缩机运行频率，进而实现水管内水温达到期望水温Twin。
上述中，在步骤S3中，所述温控器内的预设关系为Twin＝k*(dTin(t)/dt)+m*Tin+C，其中Twin为期望水温，k为系数，取值为1～1.2；m为系数，取值为1～1.5；C为常数，取值为15～20；Tin为房间内温度。在该公式中，所述各系数的取值也取决于不同的采暖末端以及采暖要求，其数值具体不限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种采暖系统，包括热泵机组，以及设置于房间内的采暖末端，所述采暖末端与所述热泵机组通过水管连接，其特征在于：所述热泵机组包括控制器，所述控制器的输出端电性连接有压缩机，所述控制器的输入端电性连接有温控器，所述温控器设置于房间内；所述温控器采集房间内的温度并计算形成温度信号，该温度信号传递至控制器，控制器控制压缩机的运行频率，以控制水管内水温。
2.根据权利要求1所述的采暖系统，其特征在于：所述控制器包括可采集温控器中温度信号的采集模块，可根据预设公式计算压缩机运行频率的计算模块，以及可根据计算模块计算后数值控制压缩机运行的控制模块，其中，所述采集模块电性连接所述计算模块，所述计算模块电性连接所述控制模块。
3.根据权利要求2所述的采暖系统，其特征在于：所述热泵机组包括与所述采暖末端连接的室内机组，以及连接于所述室内机组的室外机组，所述控制器包括设置于所述室内机组的室内控制器，以及设置于所述室外机组的室外控制器，其中，所述室内控制器电性连接所述室外控制器，所述室内控制器连接所述温控器，所述室外控制器连接所述压缩机。
4.根据权利要求3所述的采暖系统，其特征在于：所述室内控制器包括所述采集模块以及所述计算模块，所述室外控制器包括所述控制模块。
5.根据权利要求1所述的采暖系统，其特征在于：所述采暖末端为暖气片、地暖盘管或者风机盘管中至少一种。
6.根据权利要求1所述的采暖系统，其特征在于：所述温控器对应于设置有所述采暖末端的房间设置有多个。
7.一种采暖系统的控制方法，基于权利要求1-6中任一项所述的采暖系统，其特征在于：包括以下步骤：
S0：启动采暖系统的制热模式；
S1：设定温控器的设定温度Test，并实时采集房间内温度Tin；
S2：判断设定温度Test是否大于房间内温度Tin，如是，则控制热泵机组停止运行，反之，则执行S3步骤；
S3：控制热泵机组运行；
S4：判断热泵机组是否达到采暖末端的调节周期T，如是，则返回步骤S2；反之，则返回步骤S3。
8.根据权利要求7所述采暖系统的控制方法，其特征在于：在步骤S3中，具体包括以下步骤：温控器将采集的房间内温度Tin与参考温度Test求差形成差值温度ΔTin，该差值温度ΔTin传递至控制器，控制器根据差值温度ΔTin计算并控制压缩机运行频率，进而控制与热泵机组连接的水管内水温为期望水温Twin。
9.根据权利要求7所述采暖系统的控制方法，其特征在于：在步骤S3中，具体包括以下步骤：温控器将采集的房间内温度Tin与参考温度Test求差形成差值温度ΔTin，并根据预设关系求出水管中期望水温Twin，该期望水温Twin传递至控制器，控制器根据该期望水温Twin计算并控制压缩机运行频率，进而实现水管内水温达到期望水温Twin。
10.根据权利要求9所述采暖系统的控制方法，其特征在于，在步骤S3中，所述温控器内的预设关系为Twin＝k*(dTin(t)/dt)+m*Tin+C，其中Twin为期望水温，k取值为1～1.2；m取值为1～1.5；C为常数，取值为15～20；Tin为房间内温度。
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