CN108518730A - 一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统及自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统及自适应控制方法，该系统采集环境气温、用户终端的热水温度和流量，用户终端的出水温度和流量，实现用户终端控制和水箱端控制，不断地根据现场的实际使用情况自适应学习，自适应每个用户个体用水习惯，在节水节能的前提下自动匹配每个用户合适的热水流量和热水温度，使用户终端的供热水流量、水箱端的蓄水温度和蓄水量形成随环境气温变化并自适应的动态量，实现最优控制。

Description

一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统及自适应控制 方法

技术领域

本发明涉及一种集中供热水系统及控制方法，特别是一种节能集中供热水系统及自适应控制方法。

背景技术

高校、酒店、医院等许多公共场所一般采用集中供热水系统，集中供热水系统的运行原理是：冷水通过管道进入热水机加热到一定的温度后，输送至储水箱中存储，等存储到一定量，通过循环水泵输送给终端用户，目前的供水温度一般是人为预先设定好的固定值(通常是55℃)，这种集中供热水系统通常存在的问题是：在春夏季节，往往因水温过高需加入大量冷水以调节水温，热水供过于求，许多热水最后没有使用完白白浪费，而秋冬季节，热水又供不应求，较晚使用的用户则发现水不够热甚至是冷水，为此，供应方在秋冬季节会额外增加热水储备量或热水机长期运作以保证用户满意度，这直接导致能源浪费且设备的寿命缩短。

究其原因，一是用户节能意识薄弱，用户终端冷热水的流量配比没有数据监控，用户都习惯于在最大的冷热水流量下配比适合的温水，这也大大的浪费热水水量，从而导致加热系统的能耗大；二是加热系统加热的热水温度和输出热水流量这两个指标没有智能择优控制，通常是每天加热到固定温度，输出流量不加节制，从而导致加热系统能耗大。

综上所述，目前的集中供热水系统普遍存在以下弊端：

1、用户侧热水流量监控不到位；

2、热水机的加热目标温度不能自动调节；

3、没有智能控制，系统全年处于全功率工作状态，工作时间长，导致设备老化快，寿命短，易出故障；

4、系统耗能耗水大，不够节能环保；

5、控制系统不能自适应于用户的用水习惯，做到按需供水。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种能够自适应用户用水习惯完成对用户端流量和水温以及水箱端蓄水量按需供应的基于大气温度控制的节能集中供热水系统自适应控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统，该系统包括控制系统，在用户终端的供热水管上安装有电动节水阀和热水流量温度模块，在混水阀后的出水管上安装有出水流量温度模块，所述控制系统与热水流量温度模块和出水流量温度模块无线通信，在蓄水箱内设置有水箱温度检测模块和水箱液位检测模块。

所述热水流量温度模块包括管壳和固定在所述管壳外壁的电路板，所述管壳内安装有固定支架，所述固定支架上安装有叶轮和温度传感器，所述叶轮的轴上安装有流量传感器和水流发电机，所述温度传感器、流量传感器和水流发电机与所述电路板通过导线连接。

一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统自适应控制方法，该方法是采集环境气温、用户终端的热水温度和流量，用户终端的出水温度和流量，实现用户终端控制和水箱端控制，用户终端控制是给每个用户建立用水特征表，按照该用户的用水特征表为其提供热水流量，并在每次洗浴结束后自适应更新修正该用户的用水特征表；水箱端控制是根据所有用户的用水特征表，控制蓄水箱的蓄水温度和蓄水量，使用户终端的供热水流量、水箱端的蓄水温度和蓄水量形成随环境气温变化并自适应的动态量。

该方法包括建立用水特征表模块、用户终端热水流量控制与自适应模块、水箱端蓄水温度控制与自适应模块和水箱端蓄水量控制与自适应模块；所述建立用水特征表模块用于给每个用户建立用水特征表，用水特征表记录的数据包括气温T_气及与气温T_气对应的热水调控流量 Q_{控(X℃)_N}、热水使用流量Q_{测(X℃)_N}、终端流量均值Q_{终测均_N}、终端水温均值T_{终测均(X℃)_N}和洗浴时间均值天t_{均_N}；初次使用时，调用系统预设的初始化函数，初始化用户的用水特征表，用户每洗浴一次，系统就自适应更新修正一次该用户的用水特征表的数据。

所述用户终端热水流量控制与自适应模块包括用户终端热水流量控制模块和用户终端热水流量自适应模块；所述用户终端热水流量控制模块用于用户洗浴时，控制系统读取环境气温T_气，通过查询该用户的用水特征表，按流量Q_{控(X℃)_N}给该用户提供热水；所述用户终端热水流量自适应模块用于在出水流量稳定后，记录该用户本次的热水使用流量Q_{测(X℃)_N}、终端流量Q_{终测_N}、终端水温值T_{终测(X℃)_N}，在该用户洗浴结束后，计算该用户的终端流量均值Q_{终测均_N}、终端水温均值T _{终测均(X℃)_N}，并自适应更新修正该用户的用水特征表；

T_冷水为当前冷水温度；

q为热水流量自适应单次自增修正值；

q’为热水流量自适应单次自减修正值；

T_阈值为用户洗浴温差容忍阈值；

Q_阈值为用户洗浴流量容差阈值；

Q_冷水MAX为冷水最大流量值；

Q_{控(X℃)_N(MAX)}为X℃环境温度下调控流量上限值；

Q_控均(X℃)为X℃环境温度下所有用户热水调控流量均值；

ΔQ为调节裕量；

所述终端流量均值Q_{终测均_N}的计算公式如下：

设用户N第i次热水流量采样值为Q_{终测_N(i)}，和为S_QN(i)，灵敏度为M_Q，则：

Q_{终测均_N(i)}＝Q_{终测_N(i)}(i＝1)；

S_QN(i-1)＝Q_{终测均_N(i-1)}×M_Q(i≥2)；

S_QN(i)＝S_QN(i-1)-Q_{终测均_N(i-1)}+Q_{终测_N(i)}(i≥2)；

Q_{终测均_N(i)}＝S_QN(i)/M_Q；

终端水温均值T_{终测均(X℃)_N}的计算公式如下：

设用户N第i次出水温度采样值为T_{终测(X℃)_N(i)}，和为S_TN(i)，灵敏度为M_T，则：

T_{终测均(X℃)_N(i)}＝T_{终测(X℃)_N(i)}(i＝1)；

S_TN(i-1)＝T_{终测(X℃)_N(i-1)}×M_T(i≥2)；

S_TN(i)＝S_TN(i-1)-T_{终测均(X℃)_N(i-1)}+T_{终测(X℃)_N(i)}(i≥2)；

T_{终测均(X℃)_N(i)}＝S_TN(i)/M_T；

启用自适应更新修正方法的条件如下：

如果T_气＞T_冷水，系统认为冷水温度异常，不进行自适应更新修正；

如果T_气＜T_冷水，若T_热水(X℃)-T_测＞ΔT_(X℃)，系统认为热水加热温度修正值有误或传感器异常，修正T裕量或报故，若T_热水(X℃)-T_测≤ΔT_(X℃)，系统认为冷热条件正常，可进行自适应更新修正；

用水特征表自适应更新修正方法如下：

如果检测到Q_{终测均_N}＝0，系统认为用户为首次使用，不做具体调整，仅更新Q_{终测均_N}＝Q_{终测_N}，T_{终测均(X℃)_N}＝T_{终测(X℃)_N}。

如果检测到Q_{终测均_N}≠0，若检测到T_{终测均(X℃)_N}＝0，系统认为用户在当前气温T_气＝X℃下首次使用，不做具体调整，仅更新Q_{终测均_N}＝Q_{终测_N}， T_{终测均(X℃)_N}＝T_{终测(X℃)_N}。若检测到T_{终测均(X℃)_N}≠0，则按以下方法自适应更新修正：

如果Q_{测(X℃)_N}＞Q_{控(X℃)_N},系统认为此时Q_{测(X℃)_N}或节水阀处于异常，不自适应更新修正，并报故障；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}＞T_阈值，若此情况出现的次数超过a次，系统认为用户倾向高温用水，在有调整空间的情况下:则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且|T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}|≤T_阈值，若Q_终测均-Q _终测＞Q_阈值，系统认为热水供给偏少，用户被迫小流量使用，在有调整空间的情况下:则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q；若Q_终测-Q_终测均＞Q_阈值，热水供给偏多，用户因无节制进行大流量使用，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}-q’；同时系统均认为此两种情况的用水流量不是用户实际需求，更新T_{终测均(X℃)_N}不更新Q_{终测均_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且T_{终测均(X℃)_N}-T_{终测(X℃)_N}＞T_阈值，若Q_终测均-Q_终测＞Q_阈值，系统认为热水供给偏少，用户被迫低温小流量使用，在有调整空间的情况下:则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}， Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q，并认为用水流量和流量不是用户实际需求，不更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；若Q_终测-Q_终测均＞Q_阈值，且出现次数超过a次，系统用户倾向低温使用，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}-q’，更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}＞T_阈值，若Q_{终测_N}-Q_{测(X℃)_N}≥Q_冷水MAX，系统认为热水供给偏多，用户被迫高温使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并认为用水流量和流量不是用户实际需求，不更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且|T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}|≤T_阈值，系统认为热水供给偏多，用户主动调小热水使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且T_{终测均(X℃)_N}-T_{终测(X℃)_N}＞T_阈值，若此情况出现的次数超过a次，系统认为用户倾向低温使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

增大Q_{控(X℃)_N}需满足条件：Q_{控(X℃)_N}≤Q_{控(X℃)_N(MAX)}；

Q_{控(X℃)_N(MAX)}计算公式如下：

Q_{控(X℃)_N(MAX)}＝Q_控均(X℃)+ΔQ；

q计算公式如下：

q＝k/(Q_{终测_N}-Q_{测(X℃)_N})(k＞0)；

q’计算公式如下：

q’＝k(Q_{终测_N}-Q_{测(X℃)_N})(k＞0)。

所述水箱端蓄水温度控制与自适应模块用于计算X℃环境温度下蓄水箱的热水温度T_热水(X℃),计算公式如下：

T_热水(X℃)为X℃环境气温下蓄水箱内热水的目标加热温度；

T_{终测均总均(X℃)}为X℃环境气温下所有用户终端的终端水温均值；

T_冷水为当前冷水温度；

Q_控总(X℃)为X℃环境气温下所有用户热水使用总流量(调控下)；

Q_终测总为X℃环境气温下用户终端使用总流量；

ΔT_(X℃)为X℃环境气温下温度补偿值；

T_{测均总均(X℃)}为X℃环境气温下所有用户供热水支路的热水温度均值；

ΔT_(X℃)＝(T_热水(X℃)-T_{测均总均(X℃)})+T_裕量；

注：上式的j表次数，j≥1。

所述水箱端蓄水量控制与自适应模块用于计算X℃环境温度下蓄水箱的热水储存量V，计算公式如下：

t_max＝MAX[t_{均_N}]；

V＝Q_控总(X℃)×t_max；

t_{均_N}为用户在一天24h累计的洗浴时间的均值。

所述用户洗浴时间均值t_{均_N}的计算公式如下：

设用户N第i次洗浴时间采样值为t_N(i)，和为S_tN(i)，灵敏度为M_t，则：

t_{均_N(i)}＝t_N(i)(i＝1)；

S_tN(i-1)＝t_{均_N(i-1)}×M_t(i≥2)；

S_tN(i)＝S_tN(i-1)-t_{均_N(i-1)}+t_N(i)(i≥2)；

t_{均_N(i)}＝S_tN(i)/M_t；

Q_控总(X℃)为X℃环境气温下在系统控制下所有用户终端使用热水总流量；

t_max为所有用户中最大的洗浴时间，取t_{均_N}中的最大值。

本发明的有益效果是：本发明通过采集环境气温、用户终端的热水温度和流量，用户终端的出水温度和流量，不断地根据现场的实际使用情况自适应学习，自适应每个用户个体用水习惯，在节水节能的前提下自动匹配每个用户合适的热水流量和热水温度，使用户终端的供热水流量、水箱端的蓄水温度和蓄水量形成随环境气温变化并自适应的动态量，实现最优控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是热水流量温度模块结构示意图；

图3是热水流量自适应控制逻辑流程图；

图4是人均洗浴热水调控流量气温关系函数图。

具体实施方式

参见图1，一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统，该系统包括控制系统17，在用户终端的供热水管1上安装有电动节水阀2 和热水流量温度模块3，在混水阀4后的出水管5上安装有出水流量温度模块6，所述控制系统17与热水流量温度模块3和出水流量温度模块6之间无线通信，电动节水阀2和控制系统17之间通过导线连接，在蓄水箱14内设置有水箱温度检测模块15(水温传感器)和水箱液位检测模块16(水位传感器)(可参见申请人较早申请的“2017206506054”专利文献)。

热水流量温度模块3的具体结构参见图2，包括管壳7和固定在所述管壳7外壁的电路板11，管壳7内安装有固定支架8，固定支架 8上安装有叶轮9和温度传感器13，叶轮9的轴上安装有流量传感器 10和水流发电机12，在混水阀打开后，水流冲击叶轮9旋转，流量传感器10检测叶轮9的旋转速度就可以换算为水流量，同时叶轮9 的轴带动水流发电机12的转子旋转发电，所述温度传感器13、流量传感器10和水流发电机12与所述电路板11通过导线连接，由水流发电机12给电路板11、温度传感器13和流量传感器10提供工作电源，同时，可以在电路板11上设置蓄电池，水流发电机12的电能储存在蓄电池中，由蓄电池为电路板11、温度传感器13和流量传感器 10提供工作电源，电路板11上设置有无线发射模块，电路板11上的无线发射模块和控制系统1的无线接收模块无线通信实现数据传输；无线发射模块和无线接收模块为现有技术中的常用技术手段。出水流量温度模块6和热水流量温度模块3的结构和工作原理相同。

据调查表明(在广东环境保护工程职业学院内发1000份调查问卷)，一般用户洗浴时热水的使用流量和温度与气温有关，一般规律是：流量、水温与气温均成反比。对个体而言，热水使用流量和温度的具体要求因人而异，普遍对流量不敏感而对温度敏感，因此通常调节的目的是冷热水混合后的洗浴水温(体感适宜水温集中在30℃—45℃之间)，而洗浴的总流量则与气温关联不大，体现为个人习惯，相对固定(热水55℃)使用流量多集中于2L/min—3.5L/min。调查统计结果还显示，用户的洗浴时间相对固定(大多数集中在10min—15min 之间)。调查同时表明用户的普遍节水意识不强，通常是允许的情况下将水阀开到最大的情况进行洗浴。

基于以上调查结果，本发明提供一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统自适应控制方法，该方法是采集环境气温、用户终端的热水温度和流量，用户终端的出水温度和流量，实现用户终端控制和水箱端控制，用户终端控制是给每个用户建立用水特征表，按照该用户的用水特征表为其提供热水流量(控制电动节水阀2的开度)，并在每次洗浴结束后自适应更新修正该用户的用水特征表；水箱端控制是根据所有用户的用水特征表，控制蓄水箱的蓄水温度和蓄水量，使用户终端的供热水流量、水箱端的蓄水温度和蓄水量形成随环境气温变化并自适应的动态量。

本发明的方法包括建立用水特征表模块、用户终端热水流量控制与自适应模块、水箱端蓄水温度控制与自适应模块和水箱端蓄水量控制与自适应模块等。

调查结果显示，因个体差异较大，通常洗浴时使用的热水流量与气温没有统一的函数关系。为了使系统对用户热水流量的供给能够逼近个人习惯，满足个体差异化要求，可以在控制系统上对应每个用户 (1—N)建立对应的N个用水特征表格(参见表1:用户N用水特征表)，实质就是通过自适应的方式，找到系统对于用户的热水调控流量Q_控与气温T_气的映射关系：Q_控＝f_Q(T_气)，确立后，控制系统对个体热水流量的供给基于此映射进行控制，建立用水特征表模块用于给每个用户建立用水特征表，用水特征表记录的数据包括气温T_气及与气温T_气对应的热水调控流量Q_{控(X℃)_N}、热水使用流量Q_{测(X℃)_N}、终端流量均值Q_{终测均_N}、终端水温均值T_{终测均(X℃)_N}以及用户洗浴时间均值t _{均_N}；初次使用时，调用系统预设的初始化函数(调查统计得到，初始化函数为：Q_调控＝-0.0472T_气+3.142，具体参见图3)，初始化用户的用水特征表，用户每洗浴一次，系统就自适应更新修正一次该用户对应的用水特征表的数据。

表1：用户用水特征表

注：1、下角标N代表第N个用户；

2、实际上，普遍存在多个人使用同一个浴室进行洗浴，如果用一个浴室代表一个用户N，则该方法适应结果可能会是这个浴室用户中间的某个“折中值”。如果要进行精准控制，则可以通过在用水终端设置IC卡等方法进行识别具体用户，根据具体使用环境和控制要求进行设置。

上表参数定义如下：

环境气温T_气：室外环境温度(安装在室外的温度传感器获取，水箱端和用户终端的距离不会太远，环境气温传感器安装在控制系统处，系统认为控制系统处的环境气温T_气和用户所处的环境气温T_气是相同的；若实际使用情况控制系统处的环境气温T_气和用户所处的环境气温T_气相差较大，亦可将温度传感器安装至室内)，本实例以 0.5℃为控制精度(精度可调，理论精度越高，控制越精准，但数据的计算和存储量越大)，最小值为当地最低气温，最大值为当地最高气温(安装系统时设置，数据可从当地气象局的历史记录获取)。当检测到环境温度介于控制精度区间时，取区间下限值，如测得气温 15.7℃，按15.5℃计算控制。

热水调控流量Q_{控_N}：系统根据气温X℃(T_气＝X℃)提供给每个用户供热水支路的热水输出流量Q_{控(X℃)_N}，控制系统通过电动节水阀实现热水流量调控。

热水使用流量Q_{测_N}：气温X℃(T_气＝X℃)下，用户调节混水阀后实际使用的热水流量Q_{测(X℃)_N}，由热水流量温度模块3采集(流量稳定时获得T_{终测(X℃)_N}后采集)，Q_{测(X℃)_N}无需掉电保持。

终端流量均值Q_{终测均_N}：系统在用户用水期间，由出水流量温度模块6对用户终端流量Q_{终测_N}进行采样(流量稳定时获得T_{终测(X℃)_N}后采集)，并在洗浴结束后算出平均值Q_{终测均_N}。正常情况下，用户洗浴习惯用水的总水量基本不随气温变化，此均值可作为该用户洗浴用水量的日常需求值。

终端水温均值T_{终测均_N}：气温X℃(T_气＝X℃)下，用户调节混水阀后实际使用出水温度均值T_{终测均(X℃)_N}，由出水流量温度模块6采集T _{终测(X℃)_N}，系统持续比较该用户当前时刻与上一时刻的水温，若温度持续g秒稳定(g可调)，则获取该值为T_{终测(X℃)_N}，并在洗浴结束后算出平均值T_{终测均(X℃)_N}。

所述用户终端热水流量控制与自适应模块包括用户终端热水流量控制模块和用户终端热水流量自适应模块；所述用户终端热水流量控制模块用于用户洗浴时，控制系统读取环境气温T_气，通过查询该用户的用水特征表，按流量Q_{控(X℃)_N}给该用户提供热水；所述用户终端热水流量自适应模块用于在出水流量稳定后，记录该用户本次的热水使用流量Q_{测(X℃)_N}、终端流量Q_{终测_N}、终端水温值T_{终测(X℃)_N}，在该用户洗浴结束后，计算该用户的终端流量均值Q_{终测均_N}、终端水温均值T _{终测均(X℃)_N}。

为了减少计算量和节省内存空间，可使用队列平均值的改进算法求均值，终端流量均值Q_{终测均_N}的计算公式如下：

设用户N第i次热水流量采样值为Q_{终测_N(i)}，和为S_QN(i)，灵敏度为M_Q，则：

Q_{终测均_N(i)}＝Q_{终测_N(i)}(i＝1)；

S_QN(i-1)＝Q_{终测均_N(i-1)}×M_Q(i≥2)；

S_QN(i)＝S_QN(i-1)-Q_{终测均_N(i-1)}+Q_{终测_N(i)}(i≥2)；

Q_{终测均_N(i)}＝S_QN(i)/M_Q。

Q_{终测_N(i-i)}从系统的记录中读取；Q_{终测均_N(i-1)}从用户N的用水特征表中读取，M_Q为大于0的任意值，M_Q取值越大则更新慢，但稳定性越强 (本实施中M_Q＝2)。由于用户调节目的是冷热水混合后的洗浴水温，且达到适应水温后一般不再做调整。根据实际情况，每次洗浴时，Q_{测_N(i)}的采样可以在终端水温稳定后(标识为已取得T_{终测(X℃)_N}值)采样一次。

由于用户即使在同一气温X℃(T_气＝X℃)下，每次洗浴用水温度也可能存在一定差异，为了使该值更逼近用户惯用水温和保证系统控制稳定，系统在同一气温取值T_{终测(X℃)_N}会持续与前记录值计算均值，并记录为T_{终测均(X℃)_N}。

为了减少计算量和节省内存空间，算法与Q_{终测均_N}一致，终端水温均值T_{终测均(X℃)_N}的计算公式如下：

设用户N第i次出水温度采样值为T_{终测(X℃)_N(i)}，和为S_TN(i)，灵敏度为M_T，则：

T_{终测均(X℃)_N(i)}＝T_{终测(X℃)_N(i)}(i＝1)；

S_TN(i-1)＝T_{终测均(X℃)_N(i-1)}×M_T(i≥2)；

S_TN(i)＝S_TN(i-1)-T_{终测均(X℃)_N(i-1)}+T_{终测(X℃)_N(i)}(i≥2)；

T_{终测均(X℃)_N(i)}＝S_TN(i)/M_T。

T_{终测(X℃)_N(i-1)}从用户N的用水特征表中读取，M_T为大于0的任意值， M_T取值越大则更新慢，但稳定性越强(本实施例中，M_T＝2),根据实际使用情况，用户一般在前期可能会来回调节水阀，达到适应水温后不再做调整，此时可采集温度，每一次洗浴时，系统持续比较该用户当前时刻与上一时刻的水温，若温度持续g秒稳定(g可调，本实施例中g＝45s，则获取该值为T_{终测(X℃)_N(i)}。

参见图3，启用自适应更新修正方法的条件如下：

如果T_气＞T_冷水，系统认为冷水温度异常(冷水温度通常略高于环境温度)，不进行自适应更新修正；

如果T_气＜T_冷水，若T_热水(X℃)-T_测＞ΔT_(X℃)，系统认为热水加热温度修正值有误或传感器异常，修正T裕量或报故，若T_热水(X℃)-T_测≤ΔT_(X℃)，系统认为冷热条件正常，可进行自适应更新修正；

用水特征表自适应更新修正方法如下：

如果检测到Q_{终测均_N}＝0，系统认为用户为首次使用，不做具体调整，仅更新Q_{终测均_N}＝Q_{终测_N}，T_{终测均(X℃)_N}＝T_{终测(X℃)_N}。

如果检测到Q_{终测均_N}≠0，若检测到T_{终测均(X℃)_N}＝0，系统认为用户在当前气温T_气＝X℃下首次使用，不做具体调整，仅更新Q_{终测均_N}＝Q_{终测_N}， T_{终测均(X℃)_N}＝T_{终测(X℃)_N}。若检测到T_{终测均(X℃)_N}≠0，则按以下方法自适应更新修正：

如果Q_{测(X℃)_N}＞Q_{控(X℃)_N},系统认为此时Q_{测(X℃)_N}或节水阀处于异常，不自适应更新修正，并报故障；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}＞T_阈值，若此情况出现的次数超过a次(a的数值可调，在本实施例中a＝3)，系统认为用户倾向高温用水，在有调整空间的情况下：则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且|T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}|≤T_阈值，若Q_终测均-Q _终测＞Q_阈值，系统认为热水供给偏少，用户被迫小流量使用，在有调整空间的情况下:则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q；若Q_终测-Q_终测均＞Q_阈值，热水供给偏多，用户因无节制进行大流量使用，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}-q’；同时系统均认为此两种情况的用水流量不是用户实际需求，更新T_{终测均(X℃)_N}不更新Q_{终测均_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且T_{终测均(X℃)_N}-T_{终测(X℃)_N}＞T_阈值，若Q_终测均-Q_终测＞Q_阈值，系统认为热水供给偏少，用户被迫低温小流量使用，在有调整空间的情况下:则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}， Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q，并认为用水流量和流量不是用户实际需求，不更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；若Q_终测-Q_终测均＞Q_阈值，且出现次数超过a次(a 的数值可调，在本实施例中a＝3)，系统用户倾向低温使用，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}-q’，更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}＞T_阈值，若Q_{终测_N}-Q_{测(X℃)_N}≥Q_冷水MAX，系统认为热水供给偏多，用户被迫高温使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并认为用水流量和流量不是用户实际需求，不更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且|T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}|≤T_阈值，系统认为热水供给偏多，用户主动调小热水使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且T_{终测均(X℃)_N}-T_{终测(X℃)_N}＞T_阈值，若此情况出现的次数超过a次(a的数值可调，在本实施例中a＝3)，系统认为用户倾向低温使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

增大Q_{控(X℃)_N}需满足条件：Q_{控(X℃)_N}≤Q_{控(X℃)_N(MAX)}；

Q_{控(X℃)_N(MAX)}计算公式如下：

Q_{控(X℃)_N(MAX)}＝Q_控均(X℃)+ΔQ；

q为热水流量自适应单次自增修正值，是与当前冷水用量Q_{冷(X℃)_A} (Q_{冷(X℃)_A}＝Q_{终测_A}-Q_{测(X℃)_A})成反比的量：q＝k/Q_{冷_A}，k>0。

q’为热水流量自适应单次自减修正值，是与当前冷水用量Q_{冷(X℃)_A}(Q_{冷(X℃)_A}＝Q_{终测_A}-Q_{测(X℃)_A})成正比的量：q＝kQ_{冷_A}，k>0。

k为大于0任意数，值可调，理论k越大，系统反应越迅速，但过大系统容易出现超调，不稳定(本实施例中，k＝0.05；本实例只引入比例调节，实际应用若为得到更优控制，亦可采用PID控制)。

ΔT_(X℃)为X℃环境气温下温度补偿值，是为了补偿蓄水箱流出的热水到用户终端存在热量损失(详见水箱端蓄水温度控制与自适应模块的描述)。

T_冷水为当前冷水温度；可由蓄水箱端的温度检测模块15获取。系统在蓄水箱加满设定的水量后，在加热前先采集此时进水的冷水温度T_冷水。

冷水温度T_冷水它是一个受气候条件、土壤环境等共同作用的参数。鉴于大量环境温度和冷水温度规律性分析，对于大多数地区，冷水温度均略高与环境温度，至于高出多少度，受纬度和气候影响：越是高纬度，越是内陆地区，差值越大。因此，若检测出T_气<T_冷水，视冷水温度正常，系统启用自适应功能；如若检测出T_气>T_冷水，系统认为此时冷水温度偏低，用户的调节动作可能异于日常，启动自适应功能会影响正常使用数据的收录和学习，因此不启用自适应功能。

T_阈值为X℃环境温度下用户洗浴温差容忍阈值，值可调(本实施例中，T_阈值＝1.5℃)，用于系统检验在气温X℃(T_气＝X℃)下用户终端用水温度是否异常。若用户终端实测用水温度与用户记录表记录温度均值相差在死区范围内，即│T_{终均测(X℃)_N}-T_{终测(X℃)_N}│≤T_阈值，则系统认为此时该用户用水温度正常；若用户终端实测用水温度低于用户记录表记录均值超过此值，即T_{终均测(X℃)_N}-T_{终测(X℃)_N}>T_阈值，则系统认为此时该用户用水温度偏低；若用户终端实测用水温度高于用户记录表记录均值超过此值，即T_{终测(X℃)_N}-T_{终均测(X℃)_N}>T_阈值，则系统认为此时该用户用水温度偏高。理论上，阈值越小，系统敏感度越高，但控制也越不稳定。

Q_阈值为用户洗浴温差容忍阈值，值可调(本实施例中，Q_阈值＝0.75L/min)，用于系统检验在用户终端用水流量是否异常。若用户终端实测用水流量与用户记录表流量记录均值相差在死区范围内，即│Q_{终均测_N}-Q_{终测_N}│≤Q_阈值，则系统认为此时该用户用水流量正常；若用户终端实测用水流量低于用户记录表记录均值超过此值，即Q_{终均测_N}-Q_{终测_N}>Q_阈值，则系统认为此时该用户用水流量偏小；若用户终端实测用水流量高于用户记录表记录均值超过此值，即Q_{终测_N}-Q_{终均测_N}>Q_阈值，则系统认为此时该用户用水流量偏大。理论上，阈值越小，系统敏感度越高，但控制也越不稳定。

Q_冷水MAX为冷水最大流量值，可根据当地实际供水情况设置，用于系统检测用户的冷水使用量是否达到最大，判断热水的供应量。

Q_控均(X℃)是X℃环境温度下所有用户热水调控流量均值，由于调查结果显示用户普遍节水意识不强，系统不能无限制的自适应于用户用水习惯，为了保证一定的节水量，系统对于每个用户(1—N)都会根据对应气温X℃(T_气＝X℃)下用户特征表上的热水调控流量Q_{控(X℃)_N}，算出所有用户整体在气温(T_气＝X℃)下的热水调控流量均值Q_控均(X℃)。

Q_{控(X℃)_N(MAX)}为X℃环境温度下调控流量上限值，系统根据Q_控均(X℃)设置所有用户(1—N)的调控流量上限值Q_{控(X℃)_N(MAX)}，若用户热水调控流量Q_{控(X℃)_N}>Q_{控(X℃)_N(MAX)}，为了保证节水量，即使系统习得提供热水小于用户的需求量，也不再自适应增加供应的热水量。

ΔQ为调节裕量，值可调，值越小对用户的热水使用量限制亦越大，节能量也相应的越大。

所述水箱端蓄水温度控制与自适应模块用于计算X℃环境温度下蓄水箱的热水温度T_热水(X℃),供热水的温度即为蓄水箱的水温加热目标值，控制基于系统整体使用情况而不针对用户个体习惯，用户个体洗浴温度通过终端自行调节。基于此，系统可根据使用场合自适应获得的用户用水特征表的数据为基础，对蓄水箱的加热温度进行调控，并保证适当的设计裕量。

调查同样表明，用户使用热水的温度与气温不存在简单的线性关系，而上述自适应获得的用户用水特征表已经蕴含用户整体使用的个性数据，可基于用户用水特征表的数据，推导蓄水箱的热水加热温度 T_热水与气温T_气的映射关系：T_热水＝f_T(T_气)，控制系统对热水加热温度目标值的控制将基于此映射进行。

T_热水(X℃)计算公式如下：

实际通过用户的用水特征表的数据，可以找到系统终端所有用户用水水温均值T_{终测均总均}、系统热水使用总流量Q_测总与气温T_气的映射关系：T_{终测均总均}＝f_{T终测均总均}(T_气)和Q_测总＝f_Q测总(T_气)。个体用户的洗浴水温是在终端自行通过调节冷热水流量混合决定的，设在气温X℃下，供应热水温度为T_热水(X℃)，冷水水温为T_冷水(X℃)，水的比热容为C，Q_测总(X℃)为X℃下热水使用总量，Q_终测总为洗浴用水总量，因此Q_终测总-Q_测总(X℃)为X℃下冷水使用总量，T_冷水为冷水温度，则以下式子成立：

C(T_热水(X℃)-T_{终测均总均(X℃)})Q_测总(X℃)＝C(T_{终测均总均(X℃)}-T_冷水(X℃))(Q_终测总-Q_测总(X℃)) ；

可导出：

其中：

T_热水(X℃)为X℃环境气温下蓄水箱内热水的目标加热温度，实际反馈值由蓄水箱内的温度传感器采集获得。

T_{终测均总均(X℃)}为X℃环境气温下所有用户终端的终端水温均值，由系统取所有用户(1—N)在气温(T_气＝X℃)下用水特征表记录的终端水温均值T_{终测均(X℃)_N}计算平均值获得，N取值为T_{终测均(X℃)_N}有记录的用户总量，若某户从未使用系统进行洗浴，即测得T_{终测均(X℃)_N}＝0，则不计入N内(若检测到有新用户用水，即存在T_{终测均(X℃)_N}＝0的用户端用水，蓄水箱会自动补水ΔV，并加热至设定温度)。

Q_测总为X℃环境气温下所有用户供热水支路的热水使用总流量。

Q_终测总为用户终端使用总流量，由系统取所有用户(1—N)用水特征表记录的终端流量均值Q_{终测均_N}计算总量获得。

考虑蓄水箱流出的热水到用户终端存在热量损失，本次加热温度应加上前次计算的热量损失温度差，其值可由用户供热水支路的热水温度T_测均的均值(流量温度传感器模块3采集后求均值)和热水加热温度T_热水求差获得。考虑一定的设计裕量T_裕量(可调，值越小对用户的限制亦越大，节能量也相应的越大)，则可设置温度补偿ΔT为：

ΔT_(X℃)＝(T_热水(X℃)-T_{测均总均(X℃)})+T_裕量；

注：N取值为T_{终测均(X℃)_N}有记录的用户总量，若某户从未使用系统进行洗浴，T_{终测均(X℃)_N}＝0，则不计入N内。

同时考虑，系统确定本次蓄水箱加热温度，实际是为后续的用户的热水供应做准备，本次洗浴用户具体的热水使用总量在加热时是未知的，但总量受控于Q_控总(X℃)的值，且存在Q_测总(X℃)≤Q_控总(X℃)。实际上用户热水使用总量Q_测(X℃)的历史数据就是通过自适应修正方法记录于特征表中的Q_控(X℃)中，鉴于此，在实际控制运算中，在计算公式中，令：

综合上述，热水加热温度T_热水与气温T_气的映射关系T_热水＝f_T(T_气) 已找出，对于任意气温T_气，系统供热水温度控制按下式进行：

其中，上式的j表次数，且j≥1。即当前热水加热温度值除了根据当前用户用水特征表计算所得值外，还需加上前一次使用后记录的温度补偿值ΔT。当j＝1时，表示首次使用，此时T_热水和T_测均总均皆为 0，即此时ΔT＝T_阈值。

所述水箱端蓄水量控制与自适应模块用于计算X℃环境温度下蓄水箱的热水储存量V。为了实现控制系统蓄水箱的蓄水量的控制，在用户用水特征表的数据得到的系统控制下的热水使用总流量Q_控总(X℃)，还需要获得用户洗浴时间t_N。

由于洗浴时间因人而异，而蓄水箱的蓄水量是针对整体而言，为了保证系统有足够的设计裕量，宜取所有用户(1—N)最大的洗浴时间t_max作为控制参数。因此，基于系统控制下的热水使用总流量Q_控总(X℃)，结合用户洗浴时间最大值t_max，系统可计算出蓄水箱蓄水量V，并进行控制，计算X℃环境温度下蓄水箱的热水储存量V公式如下：

t_max＝MAX[t_{均_N}]；

V＝Q_控总(X℃)×t_max；

t_{均_N}为用户洗浴时间均值。当出水流量温度模块6检测到有水流，系统启动计时，直至出水流量温度模块6检测到水流停止，取此次持续时间t_N，若用户一天内有多次用水记录，则t_N在24h内进行累计(如某用户在一天24h内第一次用水2min，第二次用水5min，之后不再用水，则最后系统记录该用户洗浴时间为2+5＝7min)。最后计算出均值t_{均_N}记录到用户特征表中。

为了减少计算量和节省内存空间，算法与Q_{终测均_N}一致，用户的洗浴时间均值t_{均_N}的计算公式如下：

设用户N第i次洗浴时间采样值为t_N(i)，和为S_tN(i)，灵敏度为M_t，则：

t_{均_N(i)}＝t_N(i)(i＝1)；

S_tN(i-1)＝t_{均_N(i-1)}×M_t(i≥2)；

S_tN(i)＝S_tN(i-1)-t_{均_N(i-1)}+t_N(i)(i≥2)；

t_{均_N(i)}＝S_tN(i)/M_t。

M_t为大于0的任意值，M_t取值越大则更新慢，但稳定性越强(本实施例中，M_t＝2)。

Q_控总(X℃)为X℃环境气温下在系统控制下所有用户终端使用热水总流量；

t_max为所有用户中最大的洗浴时间，取t_N中的最大值；

本发明的控制方法举例说明如下：

1、系统初始化

未使用前，基于节水节能的目的，根据调查数据归纳的初始化函数即人均洗浴热水调控流量气温关系函数(供应热水为55℃)Q_调控＝-0.0472T_气+3.142(参见图4)，对每个用户(1—N)的用水特征表的数据进行初始化，对用户A初始化后的用水特征表如下(参见表2：初始化后的用户A水特征表，初始化前的表格内容参见表1)。

表2：初始化后的用户A用水特征表

在第一次使用前，系统没有数据，对应用户A热水调控流量Q_{控_A}按既定初始化函数设定。用户A终端流量均值Q_{终测均_A}和用户A终端水温均值T_{终测均_A}以及用户洗浴时间均值t_{均_A},因为没有采集到用户A 的历史数据，所以值为均为0。

2、系统日后对用户A的热水流量控制与自适应

(1)、假设用户A首次使用测得气温为16℃，由于系统未有此温度下用户A的洗浴记录，系统按用水特征表按Q_{控(16℃)_A}＝2.6568L/min 的流量给A供热水。若A通过混水阀调节洗浴水温，最后没有关小热水流量且持续用水流量3.5L/min，温度42℃的水完成洗浴，洗浴持续10min。系统测得Q_{终测均_A}＝0L/min，用户为首次使用，则系统记录下Q_{测(16℃)_A}＝2.6568L/min，Q_{终测均_A}＝3.5L/min，T_{终测均(16℃)_A}＝42℃，t_{均_A}＝600s，并刷新A的用水特征表如下，第一次刷新后的用户A用水特征表参见表3：

表3：第一次刷新后的用户A的用水特征表

(2)、用户A第二次洗浴，系统测得气温亦为16℃，按初始值 2.6568L/min的流量供热水。用户A觉得水温较高，在调节水温时通过混水阀调小热水，完成调节后最后测得用户A持续用热水流量 2.4568L/min，总流量4.0L/min，温度41℃的水完成洗浴，洗浴总共持续9.5min。因为存在Q_测(16℃)<Q_控(16℃)，且存在│T_{终测均(16℃)_A}-T_{终测(16℃)_A}│＝(42-41)℃≤T_阈值＝1.5℃，系统认为热水供给偏多，用户主动调小热水使用，修正Q_{控(16℃)_A}＝2.4568L/min，作为下次此温度下的热水流量调控值，并通过以下均值算法(取M_Q、M_T、M_t为2)，修正Q _{终测均_A}、T_{终均测(16℃)_A}和t_{均_A}。

Q_{终测均_A}：

S_QA(1)＝Q_{终测均_A(1)}×M_Q＝3.5×2＝7L/min；

Q_{终测均_A}＝S_QA(2)/M_Q＝7.5/2＝3.75L/min；

T_{终均测(16℃)_A}：

S_TA(1)＝T_{终测均_A(1)}×M_T＝42×2＝84℃；

T_{终测均_A}＝S_TA(2)/M_T＝83/2＝41.5℃；

t_{均_A}：

S_tA(1)＝t_{均_A(1)}×M_t＝600×2＝1200s；

S_tA(2)＝S_tA(1)-t_{均_A(1)}+t_{_A(2)}＝1200-600+570＝1170s；

t_{均_A}＝S_tA(2)/M_t＝1170/2＝585s；

通过以上的计算可知，修正后的Q_{终测均_A}＝3.75L/min，T_{终测均(16℃)_A}＝41.5℃,t_{均_A}＝585s，第2次刷新用户A的用水特征表如表4(参见表4：第2次刷新后的用户A的用水特征表)。

表4：第二次刷新后的用户A的用水特征表

(3)、用户A第三次用水，此时温度为15℃，系统按用户A用水特征表记录，向用户A提供流量2.7040L/min的热水，用户A完成调节后，测得持续用热水流量2.7040L/min，总流量3.75L/min，温度43℃的水完成洗浴，洗浴持续9.75min。因为测得T_{终测均(15℃)_A}＝0，系统未有该温度下的历史记录，为该温度下的首次使用，记录T_{终均测(15℃)_A}＝43℃，且上述均值计算公式得到Q_{终测均_A}和t_{_均A}值不变，所以第 3次刷新用户A的用水特征表如表5(参见表5：第3次刷新后的用户A的用水特征表)。

表5：第三次刷新后的用户A的用水特征表

(4)、用户A第四次洗浴，此时气温为15℃，系统按用户A用水特征表记录，向用户A提供流量2.7040L/min的热水，用户A完成调节后，测得持续用热水流量2.7040L/min，总流量2.9L/min，温度 43℃的水完成洗浴，洗浴持续9min。基于用户调节的目的是冷热水混合后的洗浴水温，而洗浴的总流量相对固定的规律：系统测得Q_{测(15℃)_A}＝Q_{控(15℃)_A}，且比较15℃下的终端水温均值T_{终测均(X℃)_A}和目前的终端水温T_{终测(X℃)_A}，存在│T_{终测均(15℃)_A}-T_{终测(15℃)_A}│<T_阈值，说明当前用户调节的水温正常；但检测到Q_{终测均_A}-Q_{终测_A}＝(3.75-2.9) L/min＝0.85L/min>Q_阈值＝0.75L/min，说明用户A关小混水阀使用较小的流量进行洗浴，用水存在异常，用户可能处于被迫使用小流量进行洗浴。因此系统认为15℃时热水供给低于用户A的需求量，同时测得Q_{控(15℃)_A}＝2.704L/min<Q_{控(15℃)_N(MAX)}，存在调整空间，启动自适应功能调整：

Q_{控(15℃)_A}＝(2.7040+q)L/min；

q＝k/Q_{终测_A}-Q_{测(X℃)_A}＝0.05/(2.9-2.7040)L/min＝0.2551L/min；

所以修正后Q_{控(15℃)_A}＝(2.7040+0.2551)L/min＝2.9591L/min作为下次此温度下的热水流量调控值。同时认为此次的Q_{终测_A}为异常值，不用于修正Q_{终测均_A}，Q_{终测均_A}保持不变。同时按上述均值计算公式算得 t_{均_A}＝562.5s，并计算均值得到T_{终测均(38℃)_A}＝43℃，第4次刷新用户A 的用水特征表(参见表6：第4次刷新后的用户A的用水特征表)。

表6：第四次刷新后的用户A的用水特征表

由上可见，随着用户A的使用次数和使用情况的增多，系统对应用户A的用水特征表将越来越逼近用户A的洗浴习惯，使得系统的调控越来越符合用户A的要求。同时系统增加用户热水供应的条件相对苛刻，而减少用户热水供应的条件较多和容易满足，符合控制方法节能节水的设计初衷。

3、系统日后对水箱端的蓄水温度控制与自适应

假设系统在只收集了用户A用水特征表6的数据的基础上，对水箱端的蓄水温度控制，根据以下控制算法：

ΔT_(X℃)＝(T_热水(X℃)-T_{测均总均(X℃)})+T_裕量；

假设此时环境温度为T_气＝15℃，且此刻冷水温度T_冷水＝T_气，由用户A用水特征表6的数据可知：此时由于整个系统只有用户A一个人的数据，因此T_{终测均总均(15℃)}＝T_{终测均(15℃)}＝43℃，Q_终侧总＝Q_{终侧均_A}＝3.75L/min,Q _{控总(15℃)}＝2.9591L/min,T_裕量＝1.5℃，假设热水输送没有热量损失，即ΔT＝1.5℃，可算得：

基于表6，系统在环境温度为15℃时，将控制水箱端的蓄水加热温度为50.48℃。

4、系统日后对水箱端的蓄水量控制与自适应

假设系统在只收集了用户A用水特征表6的数据的基础上，对水箱端的蓄水量控制，根据以下控制算法：

t_max＝MAX[t_{均_N}]；

V＝Q_控总(X℃)×t_max；

假设此时环境温度为T_气＝15℃，由于整个系统只有用户A一个人的数据，因此由用户A用水特征表6的数据可知：

t_max＝526.5s＝8.775min；

Q_{控总(15℃)}＝2.9591L/min；

则：V＝2.9591×8.775＝25.9661L。

基于表6，系统在环境温度为15℃时，将控制水箱端的蓄水量为 25.9661L。

本发明通过采集环境气温、用户终端的热水温度和流量，用户终端的出水温度和流量，不断地根据现场的实际使用情况自适应学习，自适应每个用户个体用水习惯，在节水节能的前提下自动匹配每个用户合适的热水流量和热水温度，使用户终端的供热水流量、水箱端的蓄水温度和蓄水量形成随环境气温变化并自适应的动态量，实现最优控制。

Claims (7)

1.一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统，其特征在于该系统包括控制系统(17)，在用户终端的供热水管(1)上安装有电动节水阀(2)和热水流量温度模块(3)，在混水阀(4)后的出水管(5)上安装有出水流量温度模块(6)，所述控制系统(17)与热水流量温度模块(3)和出水流量温度模块(6)无线通信，在蓄水箱(14)内设置有水箱温度检测模块(15)和水箱液位检测模块(16)。

2.根据权利要求1所述的基于大气温度控制的节能集中供热水系统，其特征在于所述热水流量温度模块(3)包括管壳(7)和固定在所述管壳(7)外壁的电路板(11)，所述管壳(7)内安装有固定支架(8)，所述固定支架(8)上安装有叶轮(9)和温度传感器(13)，所述叶轮(9)的轴上安装有流量传感器(10)和水流发电机(12)，所述温度传感器(13)、流量传感器(10)和水流发电机(12)与所述电路板(11)通过导线连接。

3.一种基于大气温度控制的节能集中供热水系统自适应控制方法，其特征在于该方法是采集环境气温、用户终端的热水温度和流量，用户终端的出水温度和流量，实现用户终端控制和水箱端控制，用户终端控制是给每个用户建立用水特征表，按照该用户的用水特征表为其提供热水流量，并在每次洗浴结束后自适应更新修正该用户的用水特征表；水箱端控制是根据所有用户的用水特征表，控制蓄水箱的蓄水温度和蓄水量，使用户终端的供热水流量、水箱端的蓄水温度和蓄水量形成随环境气温变化并自适应的动态量。

4.根据权利要求3所述的基于大气温度控制的节能集中供热水系统自适应控制方法，其特征在于该方法包括建立用水特征表模块、用户终端热水流量控制与自适应模块、水箱端蓄水温度控制与自适应模块和水箱端蓄水量控制与自适应模块；所述建立用水特征表模块用于给每个用户建立用水特征表，用水特征表记录的数据包括气温T_气及与气温T_气对应的热水调控流量Q_{控(X℃)_N}、热水使用流量Q_{测(X℃)_N}、终端流量均值Q_{终测均_N}、终端水温均值T_{终测均(X℃)_N}和洗浴时间均值天t_{均_N}；初次使用时，调用系统预设的初始化函数，初始化用户的用水特征表，用户每洗浴一次，系统就自适应更新修正一次该用户的用水特征表的数据。

5.根据权利要求4所述的基于大气温度控制的节能集中供热水系统自适应控制方法，其特征在于所述用户终端热水流量控制与自适应模块包括用户终端热水流量控制模块和用户终端热水流量自适应模块；所述用户终端热水流量控制模块用于用户洗浴时，控制系统读取环境气温T_气，通过查询该用户的用水特征表，按流量Q_{控(X℃)_N}给该用户提供热水；所述用户终端热水流量自适应模块用于在出水流量稳定后，记录该用户本次的热水使用流量Q_{测(X℃)_N}、终端流量Q_{终测_N}、终端水温值T_{终测(X℃)_N}，在该用户洗浴结束后，计算该用户的终端流量均值Q_{终测均_N}、终端水温均值T_{终测均(X℃)_N}，并自适应更新修正该用户的用水特征表；

T_冷水为当前冷水温度；

q为热水流量自适应单次自增修正值；

q’为热水流量自适应单次自减修正值；

T_阈值为用户洗浴温差容忍阈值；

Q_阈值为用户洗浴流量容差阈值；

Q_冷水MAX为冷水最大流量值；

Q_{控(X℃)_N(MAX)}为X℃环境温度下调控流量上限值；

Q_控均(X℃)为X℃环境温度下所有用户热水调控流量均值；

ΔQ为调节裕量；

所述终端流量均值Q_{终测均_N}的计算公式如下：

设用户N第i次热水流量采样值为Q_{终测_N(i)}，和为S_QN(i)，灵敏度为M_Q，则：

Q_{终测均_N(i)}＝Q_{终测_N(i)}(i＝1)；

S_QN(i-1)＝Q_{终测均_N(i-1)}×M_Q(i≥2)；

S_QN(i)＝S_QN(i-1)-Q_{终测均_N(i-1)}+Q_{终测_N(i)}(i≥2)；

Q_{终测均_N(i)}＝S_QN(i)/M_Q；

终端水温均值T_{终测均(X℃)_N}的计算公式如下：

设用户N第i次出水温度采样值为T_{终测(X℃)_N(i)}，和为S_TN(i)，灵敏度为M_T，则：

T_{终测均(X℃)_N(i)}＝T_{终测(X℃)_N(i)}(i＝1)；

S_TN(i-1)＝T_{终测(X℃)_N(i-1)}×M_T(i≥2)；

S_TN(i)＝S_TN(i-1)-T_{终测均(X℃)_N(i-1)}+T_{终测(X℃)_N(i)}(i≥2)；

T_{终测均(X℃)_N(i)}＝S_TN(i)/M_T；

启用自适应更新修正方法的条件如下：

如果T_气＞T_冷水，系统认为冷水温度异常，不进行自适应更新修正；

如果T_气＜T_冷水，若T_热水(X℃)-T_测＞ΔT_(X℃)，系统认为热水加热温度修正值有误或传感器异常，修正T裕量或报故，若T_热水(X℃)-T_测≤ΔT_(X℃)，系统认为冷热条件正常，可进行自适应更新修正；

用水特征表自适应更新修正方法如下：

如果检测到Q_{终测均_N}＝0，系统认为用户为首次使用，不做具体调整，仅更新Q_{终测均_N}＝Q_{终测_N}，T_{终测均(X℃)_N}＝T_{终测(X℃)_N}。

如果检测到Q_{终测均_N}≠0，若检测到T_{终测均(X℃)_N}＝0，系统认为用户在当前气温T_气＝X℃下首次使用，不做具体调整，仅更新Q_{终测均_N}＝Q_{终测_N}，T_{终测均(X℃)_N}＝T_{终测(X℃)_N}。若检测到T_{终测均(X℃)_N}≠0，则按以下方法自适应更新修正：

如果Q_{测(X℃)_N}＞Q_{控(X℃)_N},系统认为此时Q_{测(X℃)_N}或节水阀处于异常，不自适应更新修正，并报故障；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}＞T_阈值，若此情况出现的次数超过a次，系统认为用户倾向高温用水，在有调整空间的情况下:则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且|T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}|≤T_阈值，若Q_终测均-Q_终测＞Q_阈值，系统认为热水供给偏少，用户被迫小流量使用，在有调整空间的情况下:则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q；若Q_终测-Q_终测均＞Q_阈值，热水供给偏多，用户因无节制进行大流量使用，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}-q’；同时系统均认为此两种情况的用水流量不是用户实际需求，更新T_{终测均(X℃)_N}不更新Q_{终测均_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＝Q_{控(X℃)_N},且T_{终测均(X℃)_N}-T_{终测(X℃)_N}＞T_阈值，若Q_终测均-Q_终测＞Q_阈值，系统认为热水供给偏少，用户被迫低温小流量使用，在有调整空间的情况下:则Q_{控(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N(MAX)}时，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}+q，并认为用水流量和流量不是用户实际需求，不更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；若Q_终测-Q_终测均＞Q_阈值，且出现次数超过a次，系统用户倾向低温使用，修正Q_{控(X℃)_N}为Q_{控_N(修)}，Q_{控_N(修)}＝Q_{控(X℃)_N}-q’，更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}＞T_阈值，若Q_{终测_N}-Q_{测(X℃)_N}≥Q_冷水MAX，系统认为热水供给偏多，用户被迫高温使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并认为用水流量和流量不是用户实际需求，不更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且|T_{终测(X℃)_N}-T_{终测均(X℃)_N}|≤T_阈值，系统认为热水供给偏多，用户主动调小热水使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

如果Q_{测(X℃)_N}＜Q_{控(X℃)_N},且T_{终测均(X℃)_N}-T_{终测(X℃)_N}＞T_阈值，若此情况出现的次数超过a次，系统认为用户倾向低温使用，修正Q_{控(X℃)_N}＝Q_{测(X℃)_N}，并更新Q_{终测均_N}和T_{终测均(X℃)_N}；

增大Q_{控(X℃)_N}需满足条件：Q_{控(X℃)_N}≤Q_{控(X℃)_N(MAX)}；

Q_{控(X℃)_N(MAX)}计算公式如下：

Q_{控(X℃)_N(MAX)}＝Q_控均(X℃)+ΔQ；

q计算公式如下：

q＝k/(Q_{终测_N}-Q_{测(X℃)_N})(k＞0)；

q’计算公式如下：

q’＝k(Q_{终测_N}-Q_{测(X℃)_N})(k＞0)。

6.根据权利要求5所述的基于大气温度控制的节能集中供热水系统自适应控制方法，其特征在于所述水箱端蓄水温度控制与自适应模块用于计算X℃环境温度下蓄水箱的热水温度T_热水(X℃),计算公式如下：

T_热水(X℃)为X℃环境气温下蓄水箱内热水的目标加热温度；

T_{终测均总均(X℃)}为X℃环境气温下所有用户终端的终端水温均值；

T_冷水为当前冷水温度；

Q_控总(X℃)为X℃环境气温下所有用户热水使用总流量(调控下)；

Q_终测总为X℃环境气温下用户终端使用总流量；

ΔT_(X℃)为X℃环境气温下温度补偿值；

T_{测均总均(X℃)}为X℃环境气温下所有用户供热水支路的热水温度均值；

ΔT_(X℃)＝(T_热水(X℃)-T_{测均总均(X℃)})+T_裕量；

注：上式的j表次数，j≥1。

7.根据权利要求6所述的基于大气温度控制的节能集中供热水系统自适应控制方法，其特征在于所述水箱端蓄水量控制与自适应模块用于计算X℃环境温度下蓄水箱的热水储存量V，计算公式如下：

t_max＝MAX[t_{均_N}]；

V＝Q_控总(X℃)×t_max；

t_{均_N}为用户在一天24h累计的洗浴时间的均值。

所述用户洗浴时间均值t_{均_N}的计算公式如下：

设用户N第i次洗浴时间采样值为t_N(i)，和为S_tN(i)，灵敏度为M_t，则：

t_{均_N(i)}＝t_N(i)(i＝1)；

S_tN(i-1)＝t_{均_N(i-1)}×M_t(i≥2)；

S_tN(i)＝S_tN(i-1)-t_{均_N(i-1)}+t_N(i)(i≥2)；

t_{均_N(i)}＝S_tN(i)/M_t；

Q_控总(X℃)为X℃环境气温下在系统控制下所有用户终端使用热水总流量；

t_max为所有用户中最大的洗浴时间，取t_{均_N}中的最大值。