CN108489027A - 一种对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，该系统包括系统主控器，以及分别与系统主控器连接的室外热泵系统、温控中心、室外温度传感器、室内温湿度传感器、对流空调末端和辐射空调末端。运行时，系统主控器将探测温度与设定温度进行对比，在温差较大时运行对流空调末端来快速调节室内空气温度，在温差小于一定数值后关闭或减弱对流空调末端，以运行辐射空调末端来增加舒适性。

Description

一种对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种暖通控制方法，尤其是一种对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，属于暖通控制技术领域。

背景技术

传统暖通系统的换热方式主要有辐射换热和对流换热。其中，辐射换热通过辐射面与人体、家具及围护结构其余表面的辐射热交换完成热传递，例如顶板辐射空调、地板辐射空调等；对流换热则通过空气传递热能而完成热传递，例如风机盘管、低温散热器等末端设备。采用单一辐射或对流换热方式的暖通系统在国内已有广泛应用。单一辐射暖通系统虽然具有温度分布均匀、热感舒适、安静无声等特点，但同时具有热惰性差、空气换热速度慢、工程造价高等缺点；单一对流型暖通系统虽然具有空气换热速度快、造价适中等特点，但同时具有温度分布不均匀、体感不舒适、易产生噪声、吹风感强且供热工况下系统运行初期吹冷风等缺点。

现有技术的对流和辐射暖通系统的控制方式存在明显的缺陷，其对流和辐射控制模式较为简单：在供热工况下，对流空调末端几乎不参与供热，单一的水箱供水温度导致过量供热，辐射末端存在的热惰性大使得室内温控器无法精准控制室温，导致供热工况下室内舒适性不佳和能源浪费问题。在供冷工况下，则依赖对流空调末端进行供冷，且无法更好地实现室内除湿，无法实现辐射空调末端补充供冷，导致供冷工况下舒适性不佳和能源浪费问题。此外，依赖对流空调末端供冷还导致了吹风感强和噪声大等问题。

发明内容

本发明针对上述提出的技术问题，提出一种调试方便且精度高的对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，兼顾暖通系统室内温度调节的舒适性和系统运行的低功耗节能性。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：提供一种对流和辐射自适应供给暖通控制方法，利用系统主控器对上述对流和辐射自适应供给暖通系统的各个循环管路的阀门进行智能控制，进而对上述各个循环管路中的水的温度进行智能控制，上述控制方法包括如下步骤：

A、室外热泵系统控制：上述暖通系统开机，系统主控器向室外热泵主机发出开机指令，根据设定的供热/供冷运行模式和参数，室外热泵主机按照预定的控制程序开始工作，将热水或冷水传输至缓冲水箱进行储存；系统主控器获取缓冲水箱传感器采集的水箱的当前回水温度，并和设定温度进行比对，判断温差是否达到设定的关机温差；若是，热泵主机自动关机，若否，热泵主机保持开机；在后续运行过程中，热泵主机根据温差数据自动切换启闭状态。

B、对流空调系统末端控制：当室外热泵系统开机达到设定时间后，室内温湿度传感器采集当前温度和湿度数据，联网风盘控制器控制风盘风机采用不同的风速运行，室内温差越大则风速越高，室内温差越小则风速越低直至风盘风机关闭，最终使得所在区域达到高舒适度；其中，在供冷工况下，在达到设定的除湿温差时，风机盘管自动进入除湿模式。

C、温控中心开机：当室外热泵系统开机达到设定时间后，系统主控器向温控中心发出开机指令，温控中心的循环泵、调节阀和分集水器管路的控制阀开始工作，进入步骤D。

步骤C中，供冷工况下，温控中心开机还需同时满足被控制区域的相对湿度（或绝对湿度）达到设定湿度。

D、温控中心调节：温控中心的调节阀接收来自缓冲水箱的供水和来自辐射末端汇集的回水，根据各个区域的室内温湿度传感器反馈的当前温度和湿度数据，系统主控器实时地驱动调节阀执行器控制调节阀的开度，使得抽取的不同温度的水箱供水和辐射末端回水进行一定比例混合，最终得到具有适合温度的温控中心出水，多余回水通过循环管路重新回到水箱。

步骤D中，当调节阀开度增大时，水箱供水比例增加，辐射末端回水比例减少；反之则水箱供水比例减少，辐射末端回水比例增加。调节阀当前开度的数值由系统主控器通过PID模糊控制算法计算。

步骤D中，当室内温差达到预设温差，则当前的控制过程完成，反之，则执行PID模糊控制算法实时调节调节阀当前的开度。

E、分集水器调节：分集水器为每个区域分配一到多路供水支路，热水（冷水）进入各个区域的辐射末端各支路。当某个区域的室内温度达到设定温度时，系统主控器驱动该区域对应的分水器控制阀关闭；反之，则分水器控制阀打开。

步骤E中，分集水器包括分水器和集水器，分水器向各辐射末端管路输入来自温控中心的出水，集水器汇集来自各个区域的辐射末端管路的回水。

步骤D和步骤E中，系统主控器实时监控室内温度湿度数据和辐射末端温度数据，通过温控中心和分集水器上的热力驱动器的工作，最终使得所有区域的室内温度达到设定温度，获得最佳的舒适体感。因各个区域具体情况不同，各个区域的室内温度在调节过程中将逐个达到设定温度。

步骤D和步骤E中，在供冷工况下，系统主控器还需根据各个区域的室内温湿度传感器反馈的当前温度和湿度数据，不断计算室内的露点温度，使得温控中心和分集水器始终给辐射末端提供高于露点温度的出水，避免辐射面结露风险。

步骤A、步骤D和步骤E中，温控中心的循环泵、调节阀以及水箱和分集水器的控制阀的运行会略微提前开始。上述提前的时间值，可以是暖通系统在出厂前通过特定实验条件和实验方法获得并写入到系统主控器中的数值，也可以是使用一段时间后系统自动采集并分析获得的、适应该应用场景的经验数值或预测数值。

本发明的系统主控器能接收各个区域的室内温湿度传感器实时采集的温度和湿度数据，与预设数据（或与各个区域的实时数据）进行对比，进而发送控制指令驱动上述阀门执行器调整调节阀（或控制阀）的开度。整个控制过程可同步自动完成，且相对于人工操作等方式来说，时效性强、调试精度高、更加智能。系统主控器通过设置于各个区域的操作面板或遥控器以及手机终端、PC端等方式人工输入控制命令，系统主控器也能通过设置上述暖通系统的预设参数自动执行控制命令。

本申请的方案中对流和辐射自适应供给暖通系统主要由系统主控器、室外热泵主机、温控中心、室外温度传感器、室内温湿度传感器、对流空调末端和辐射空调末端组成。运行时，系统主控器将探测温度与设定温度进行对比，在温差较大时运行对流空调末端来快速调节室内空气温度，在温差小于一定数值后关闭或减弱对流空调末端，以运行辐射空调末端来增加舒适性。特别是在供冷工况下，通过该控制方法让对流空调末端在更多时间处于除湿状态，有效地降低了室内湿度以及对流空调噪声，同时提高了辐射末端的辐射换热强度，使其承载更多的辐射制冷负荷量，以提高室内供冷的辐射占比，上述措施显著地提高了夏季室内的舒适度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

⑴本系统将对流空调末端纳入联网控制，系统主控器根据室内温湿度的变化情况，实时地调控风机盘管和辐射空调末端的运行，使得风机盘管在调节室内温度之余能够更好地兼顾室内除湿。

⑵本系统实现各个不同区域的舒适度独立控制，一个主控器可控制一至多个温控中心等子系统，并根据需求实时调节能源供给，实现了多温区和多种供水温度，多区域的露点温度都能实现智能控制，实现各个区域不结露的辐射制冷需求，使得室内达到最佳的舒适体感，本系统既能保证不同热（冷）舒适度独立控制，实现室内环境的高舒适度，同时也有效提高节能效果。

⑶本系统在传统的利用风机盘管对流传热基础上增加了辅助的辐射末端供冷，使得室内供冷时的辐射占比得到较大改善，尤其是夏季供冷时室内温湿度更加舒适宜人，在夏季时按供冷工况运行，温控中心出水为低于室温的动态水温；在冬季按供热工况运行，温控中心出水高于室温的动态水温；同时，通过实时监控辐射末端的工作强度，使得室内达到最佳的舒适体感。

⑷本系统利用室内温湿度传感器实时比对室内实际温度和设定温度，并将数据采集给系统主控器，向联网风盘控制器发送开机指令，联网风盘控制器开启风机盘管电动阀，风盘风机根据当前室内温度和湿度数据，采用不同的风速运行，室内温差越大则风速越高，室内温差越小则风速越低直至风盘风机关闭，最终使得所在区域达到高舒适度；其中，在供冷工况下，在达到设定的除湿温差时，风机盘管自动进入除湿模式。

⑸本系统的联网风机盘管控制器自带回风温度和供水温度传感器，可精准获取供水温度，完全规避了传统控制模式下供热前期吹冷风的现象。同时，通过检测回风温度，使室内温度采样更加全面和精准。

⑹本系统能够适时控制风机盘管退出运行，实现室外热泵机组高效运行，水箱供水实现了高低温热水制热，由辐射空调末端承担大部分或全部室内冷热负荷，从而实现了室内制冷制热低噪音和无吹风感。

因此，本系统能够在供热和供冷的两种情况下都很好地实现低能耗与高舒适度的同时体验。

附图说明

图1为本发明实施例1在主要控制流程图。

图2为本发明暖通系统结构示意框图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种对流和辐射自适应供给暖通控制系统，原理结构如图2所示，包括系统主控器13，以及分别与系统主控器13连接的室外热泵系统、温控中心9、室外温度传感器14、室内温湿度传感器15、对流空调末端和辐射空调末端。系统主控器13采集所连接的各传感器的数据，控制室外热泵系统最佳运行状态、控制对流空调末端的供热（供冷）运行状态、控制温控中心9的冷（热）媒质的调温、调整辐射空调末端的辐射强度状态，使整个暖通系统处于最佳状态。

室外热泵系统包括室外热泵主机1、一次侧循环泵2以及缓冲水箱3，室外热泵主机1通过一次侧循环泵2与缓冲水箱3相连，一次侧循环泵2由系统主控器13控制驱动；

温控中心9包括二次循环泵、电动调节阀、电动调节阀执行器21、缓冲水箱供水温度传感器20、出水温度传感器22以及回水温度传感器23；由水箱供水温度传感器20、出水温度传感器22和回水温度传感器23采集温度数据，通过电动调节阀执行器21驱动电动调节阀，对供回水温进行混合，经二次循环泵向辐射空调末端输出符合水温要求的冷热水；

室内温湿度传感器15包括微处理器芯片、操作面板、温度传感器以及湿度传感器，操作面板用于用户进行操作和交互，微处理器芯片处理温度传感器和湿度传感器采集的室内温湿度传感器15所在区域的室内温度和湿度数据以及辐射末端温度数据并与系统主控器13通信连接；

对流空调末端包括水力平衡分配器5、风盘循环泵4、风机盘管6、风盘风机8、风盘电动阀7以及联网风机盘管控制器17，风盘循环泵4将来自缓冲水箱3的供水送至水力平衡分配器5，由水力平衡分配器5将供水经风盘电动阀7分配至设在各区域的风机盘管6，风盘风机8和风盘电动阀7由联网风机盘管控制器17驱动控制，联网风机盘管控制器17采集对流空调末端所在区域的温湿度数据并与主控器13通信连接；

辐射空调末端包括辐射末端12、保温分集水器10和热力驱动器11，保温分集水器10与温控中心9相连，保温分集水器10将来自温控中心9的出水送至辐射末端12，辐射末端12的工作强度由设置在保温分集水器10上的热力驱动器11控制，热力驱动器11与系统主控器13端口连接。

辐射末端12的一端与分集水器10的分水器一端连接，辐射末端12的另一端与分集水器10的集水器一端连接；分集水器10的一端支路上连接有热力驱动器11。

系统主控器13包括微处理器芯片、固化在芯片内的软件及其他部件，微处理器芯片采用STM32或PLC通用芯片，固化在芯片内的软件包括嵌入式实时操作系统、应用程序、应用程序编程接口API、实时数据库等；系统主控器13与各温度湿度传感器、各阀门执行器、其他主要设备以及常用外设（新风、除湿、加湿设备等）之间采用RS485有线连接，与云端服务器之间采用WIFI通信连接；系统主控器13是整个对流和辐射自适应供给暖通控制系统的控制中心，用于指挥各子系统协调工作，可控制一至多个温控中心，保证整个系统按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理；室内温湿度传感器15内的微处理芯片采用STM32或PLC通用芯片，将采集获得的温湿度信息实时传输给系统主控器13，温度传感器可接入辐射末端温度传感器；联网风盘控制器17内设有实时控制模块，根据采集温湿度信息实时控制风盘风机8转速和风盘电动阀7的启闭，温控中心9内的电动调节阀为电动三通调节阀；风盘电动阀7通常为电动二通阀。

图1为本实施例的主要控制流程图，具体过程如下：

一、控制准备：

A1、室外热泵系统控制：上述暖通系统开机，系统主控器向热泵主机发出开机指令，根据设定的供热运行模式和参数，热泵主机按照预定的控制程序开始工作，将热水（或冷水）传输至缓冲水箱进行储存；

A2、系统主控器获取缓冲水箱传感器采集的水箱的当前回水温度，并和设定温度进行比对，判断温差是否达到设定的关机温差；若是，执行步骤A4 ；若否，执行步骤A3；

A3、热泵主机保持开机，继续为水箱供热（供冷）；

A4、热泵主机自动关机。

B1、对流空调系统末端控制：室外热泵系统开机达到设定时间后，对流空调系统末端开机，根据设定的供热（供冷）运行模式和参数，联网风盘控制器按照预定的控制程序控制风机盘管运行；

B2、根据室内温湿度传感器采集的当前温度和湿度数据，联网风盘控制器控制风盘风机采用不同的风速运行，室内温差越大则风速越高，室内温差越小则风速越低直至风盘风机关闭，最终使得所在区域达到高舒适度；其中，在供冷工况下，在达到设定的除湿温差时，风机盘管自动进入除湿模式。

二、主要的控制过程：

C1、温控中心开机：判断室外热泵系统是否达到设定运行时间，若是，执行步骤C2；若否，执行步骤C3；

其中，供冷工况下，还需同时满足被控制区域的相对湿度（或绝对湿度）达到设定湿度，通常为相对湿度低于72%（或绝对湿度低于17.5gram/kg）；

C2、系统主控器向温控中心发出开机指令，温控中心的循环泵、调节阀和分集水器管路的控制阀开始工作，进入步骤D1；

C3、温控中心待机。

D1、温控中心调节：系统主控器根据各个区域的室内温湿度传感器反馈的当前室内温湿度数据，计算各个区域的室内温差，当室内温差达到预设温差时，则执行步骤D3，反之，则执行步骤D2；

D2、执行PID模糊控制算法控制调节阀开度。

其中，当调节阀开度增大，水箱供水比例增加，辐射末端回水比例减少；当调节阀开度减小，水箱供水比例减少，温控中心回水比例增加。通常调节阀开度的数值在0-1之间取值；

D3、当前的控制过程完成；

D4、温控中心的出水通往分集水器的分水器一端。

E1、分集水器调节：分集水器为每个区域分配一到多路供水支路，热水（冷水）进入各个区域的辐射末端各支路。系统主控器获取各个区域的室内温湿度传感器采集的当前室内温度和湿度数据，以第一区域为例：当第一区域的室内温度达到设定温度时，进入步骤E2；反之进入步骤E3；其他区域以与第一区域同样的控制方法独立地控制各自区域的室内温度；

E2、关闭该区域对应的分水器控制阀；

E3、打开该区域对应的分水器控制阀。

上述步骤D和步骤E同时进行，系统主控器实时监控室内温度湿度和辐射末端温度数据，通过温控中心和分集水器上的热力驱动器的工作，最终使得所有区域温度达到设定温度，获得最佳的舒适体感。因各个区域具体情况不同，各个区域的室内温度在调节过程中将逐个达到设定温度。

其中，在供冷工况下，需满足所有区域的辐射面温度高于露点温度的条件下进行制冷，系统主控器根据各个区域的温湿度数据，不断计算露点温度，使得温控中心和分集水器始终给辐射末端提供高于露点温度的出水，最终使得所有区域都没有结露风险。

其中，温控中心的循环泵、调节阀以及缓冲水箱和分集水器的控制阀的运行会提前开始。上述提前的运行时间，为暖通系统在出厂前通过特定实验条件和实验方法获得并写入到系统主控器中的数值，或者使用一段时间后系统自动采集并分析获得的、适应该应用场景的经验数值或预测数值。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，该系统包括系统主控器，以及分别与系统主控器连接的室外热泵系统、温控中心、室外温度传感器、室内温湿度传感器、对流空调末端和辐射空调末端，其特征在于该系统控制方法包括如下步骤：

A、室外热泵系统控制：暖通系统开机，系统主控器向室外热泵主机发出开机指令，根据设定的供热/供冷运行模式和参数，室外热泵主机按照预定的控制程序开始工作，将热水或冷水传输至缓冲水箱进行储存；系统主控器获取缓冲水箱传感器采集的水箱的当前回水温度，并和设定温度进行比对，判断温差是否达到设定的关机温差；若是，热泵主机自动关机，若否，热泵主机保持开机；在后续运行过程中，热泵主机根据温差数据自动切换启闭状态；

B、对流空调系统末端控制：室外热泵系统开机达到设定时间后，室内温湿度传感器采集当前温度和湿度数据，将获取的室内温度与设定温度的差值作为室内温差，由计算差值控制调整对流空调末端的工作状态；

C、温控中心开机：当室外热泵系统开机达到设定时间后，系统主控器向温控中心发出开机指令，温控中心的循环泵、调节阀和分集水器管路的控制阀开始工作；

D、温控中心调节：温控中心的调节阀接收来自缓冲水箱的供水和来自辐射末端汇集的回水，根据各个区域的室内温湿度传感器反馈的当前温度和湿度数据，系统主控器实时地驱动调节阀执行器控制调节阀的开度，使得抽取的不同温度的水箱供水和辐射末端回水进行一定比例混合，最终得到具有适合温度的温控中心出水；

E、分集水器调节：分集水器为每个区域分配一到多路供水支路，热水（冷水）进入各个区域的辐射末端各支路；

当某个区域当前的室内温差达到设定温度时，系统主控器驱动该区域对应的分水器控制阀关闭；反之，则分水器控制阀打开。

2.如权利要求1的对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，其特征在于：步骤A、步骤D和步骤E中，温控中心的循环泵、调节阀以及缓冲水箱和分集水器的控制阀的运行会提前开始。

3.如权利要求1的对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，系统主控器向联网风盘控制器发送开机指令，根据当前室内温度和湿度数据，联网风盘控制器控制风盘风机采用不同的风速运行，室内温差越大则风速越高，室内温差越小则风速越低直至风盘风机关闭，最终使得所在区域达到高舒适度；其中，在供冷工况下，在达到设定的除湿温差时，风机盘管自动进入除湿模式。

4.如权利要求1的对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，其特征在于：步骤D和步骤E可同时进行，系统主控器实时监控室内温度湿度和辐射末端温度数据，通过温控中心和分集水器上的热力驱动器的工作，使得所有区域的室内温度达到设定温度，获得最佳的舒适体感。

5.如权利要求1的对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，其特征在于：步骤D和步骤E中，在供冷工况下，系统主控器实时计算室内的露点温度，使得温控中心和分集水器始终给辐射末端提供高于露点温度的出水，避免辐射面结露风险。

6.如权利要求1的对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，其特征在于：分集水器包括分水器和集水器，分水器向各辐射末端管路输入来自温控中心的出水，集水器汇集来自各个区域的辐射末端管路的回水。

7.如权利要求2的对流和辐射自适应供给暖通系统的控制方法，其特征在于：温控中心的循环泵、调节阀以及水箱和分集水器的控制阀提前的运行时间，为暖通系统在出厂前通过特定实验条件和实验方法获得并写入到系统主控器中的数值，或者使用一段时间后系统自动采集并分析获得的、适应该应用场景的经验数值或预测数值。