CN108844123B - 分段式智能供暖的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑取暖节能技术领域，是一种分段式智能供暖的方法及系统，该方法包括以下步骤：第一步，建立一分段式智能供暖系统，该系统包括云端服务器、若干PTC半导体电热锅炉、若干子区供暖单元、若干温度控制器和若干用户末端。本发明将待供热区域划分为若干分段供热区，分别通过PTC半导体电热锅炉供暖，解决了远程管网热力损耗、铺设维护成本高的问题，各分段供热区划分为若干个供热子区并分别设置子区供暖单元连接用户末端，通过云端服务器控制子区供暖单元切换供热、实现自动恒温控制，具有施工安装可行性强、供热节能效果好的优点，同时锅炉体积小、噪音小、安全系数高，特别适用于现有多层、高层建筑、别墅或平房的供暖改造。

Description

分段式智能供暖的方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑取暖节能技术领域，是一种分段式智能供暖的方法及系统。

背景技术

数据显示，建筑的运行能耗大约为全社会商品用能的三分之一，是节能潜力最大的用能领域。目前我国北方地区中等以上城市都已建成较完善的集中供热管网，其80%以上建筑都可与城市集中供热管网连接，然而现有集中供热管网存在铺设维护成本高、热能衰减较大、供暖成本大的问题，同时能耗高、排放量大、导致雾霾，供暖不均衡，导致前端热后端冷、高低温用户矛盾，不能按需求、按时段、按区域供热，浪费热能严重。而使用天然气集中供暖，并不能有效降低造成雾霾的氮氧化合物等主要污染物，天然气供暖、天然气热电联产一方面增加了电网峰谷变化、占用了宝贵天然气资源，一方面天然气供暖需要铺设专用管网，铺设维护成本较高、输送危险性较高、监管成本较高。使用清洁能源的其它方式，例如空气能热泵、常压电锅炉等供暖方式又存在占地面积大、热损高、投资大的问题，为了有效缓解冬季弃风弃光现象，我国有些地方特别是北方城市开始试验使用清洁能源集中供暖，但此方法仍存在需要建供热站、使用大锅炉无法分割的问题，以及使用清洁能源的常规电热锅炉无法省去外界供热管网的问题，而采用电壁挂炉，因普通家庭住宅的电路线径负荷有限，还存在电力线径难以匹配、施工使用不便、无法推广的问题。因此，现有节能供热方式在实际使用过程中仍然存在以下不足：现有集中供热排放量大、热能损耗大、建设管理成本高、供暖不均衡、无法按需供热，电壁挂炉等电采暖方式存在线径难匹配、施工使用不便、无法推广的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种分段式智能供暖的方法及系统，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有集中供热存在排放量大、热能损耗大、建设管理成本高、供暖不均衡、无法按需供热，以及电采暖方式存在线径难匹配、施工使用不便、无法推广的问题。

本发明的技术方案之一是这样实现的：一种分段式智能供暖的方法，包括以下步骤：第一步，建立一分段式智能供暖系统，该系统包括云端服务器、若干PTC半导体电热锅炉、若干子区供暖单元、若干温度控制器和若干用户末端；第二步，将待供热区域划分为若干个分段供热区，各分段供热区的实际供热面积小于或等于平米，在各分段供热区内分别设立PTC半导体电热锅炉，各PTC半导体电热锅炉分别连接有用于所属分段供热区的分区供热干管、分区回水干管，将PTC半导体电热锅炉与云端服务器建立通讯连接；第三步，将各分段供热区按供热需求划分为若干个供热子区，各供热子区的供热面积近似相等，在各供热子区分别设置子区供暖单元、温度控制器和若干用户末端，将各子区供暖单元通过供热支管与分区供热干管连接、通过回水支管与分区回水干管连接，将各用户末端与所在供热子区的子区供暖单元连接，将温度控制器与所在供热子区的子区供暖单元建立通讯连接，将子区供暖单元与云端服务器建立通讯连接，通过云端服务器采集温度控制器所测室温数据，控制PTC半导体电热锅炉、子区供暖单元实现按需供暖。

进一步的，第三步包括以下步骤：步骤A，云端服务器包括温变时间规律数据库，温度控制器按预设时间间隔监测所属供热子区的室温数据，并通过相应子区供暖单元输送至云端服务器，云端服务器先控制子区阀门、子区循环泵开启，测得在已知大气温度下，各供热子区的室温上升至某一预设温度的所需时间数据并存入温变时间规律数据库，直至其室温上升至预设温度上限，之后云端服务器控制子区阀门、子区循环泵关闭，测得在已知大气温度下，各供热子区的室温下降至某一预设温度的所需时间数据并存入温变时间规律数据库；步骤B，云端服务器判断当前时间是否为供热子区的工作时间，如为工作时间则进入步骤C，如为非工作时间则进入步骤F；步骤C，云端服务器判断当前子区供暖单元所输送温度数据是否异常，如无异常则进入步骤D，如有异常则进入步骤H；步骤D，云端服务器判断当前PTC半导体电热锅炉的输出功率是否与当前供暖负荷匹配，如输出功率大于或等于当前供暖负荷则进入步骤E，如输出功率小于当前供暖负荷则进入步骤G；步骤E，云端服务器向子区供暖单元发送控制指令，该子区供暖单元的供暖单元云控器使相应子区阀门、子区循环泵持续开启，直至室温上升至预设温度上限，之后进入步骤F；步骤F，云端服务器向子区供暖单元发送控制指令，该子区供暖单元的供暖单元云控器使相应子区阀门、子区循环泵关闭，同时云端服务器向PTC半导体电热锅炉发送控制指令使其减小相应输出功率，直至所述供热子区的室温下降至预设温度下限，之后进入步骤D；步骤G，云端服务器向PTC半导体电热锅炉发送控制指令使其增大相应输出功率，之后进入步骤D；步骤H，云端服务器发送开窗报警或管道故障报警。

进一步的，步骤C中，云端服务器包括供暖区域数据库、子区单元数据库、温变分析模块、异常判断模块和云端通讯模块，云端通讯模块接收子区供暖单元所输送温度数据并发送至温变分析模块，温变分析模块访问供暖区域数据库、子区单元数据库、温变时间规律数据库，通过与上一次发送温度数据的时间间隔计算出该供热子区在已知大气温度时下降或上升至预设温度所需的平均时间，异常判断模块对比温变分析模块计算的平均时间与子区供暖单元发送温度数据的时间间隔是否近似相等，如二者近似相等,则判断为温度数据无异常，如子区供暖单元发送的温度上升时间间隔大于温变分析模块计算的平均时间，或者子区供暖单元发送的温度下降时间间隔小于温变分析模块计算的平均时间，则判断为温度数据异常。

进一步的，步骤D中，当前供暖负荷为当前已开启子区阀门的各子区供暖单元的额定功率之和；或/和，步骤E中，云端服务器接收子区供暖单元所输送温度数据并发送至温变分析模块，温变分析模块访问供暖区域数据库、子区单元数据库、温变时间规律数据库，并计算出该供热子区在已知大气温度下室温上升至预设温度所需时间，并将供热时长发送至云端通讯模块，由其向子区供暖单元发出相应控制指令。

进一步的，步骤H中，如同一室外温度下，室温上升时间大于温变时间规律数据库内的温度上升、下降时间数据时，则判断供热子区内出现了开窗或者管道故障；同理，同一室外温度下，如室温下降时间小于温变时间规律数据库内的温度上升、下降时间数据时，则判断供热子区内出现了开窗现象。

本发明的技术方案之二是这样实现的：一种实施上述分段式智能供暖方法的供暖系统，包括云端服务器、PTC半导体电热锅炉和待供热区域，上述待供热区域根据供热面积划分为不少于一个的分段供热区，各分段供热区分别设有PTC半导体电热锅炉、分区供热干管、分区回水干管，PTC半导体电热锅炉通过无线通讯方式与云端服务器相连并能够调节输出功率实现按需供热，PTC半导体电热锅炉的出水口连接有分区供热干管，PTC半导体电热锅炉的回水口连接有分区回水干管，各分段供热区包括不少于两个的供热面积近似相等的供热子区，各供热子区分别设有子区供暖单元、温度控制器和用户末端，子区供暖单元的一端通过供热支管与分区供热干管相连通，子区供暖单元的另一端通过回水支管与分区回水干管相连通，温度控制器通过无线通讯方式与子区供暖单元相连并发送测温数据，子区供暖单元通过无线通讯方式与云端服务器相连并能够转发测温数据，以及接收云端服务器的控制指令并实现是否向用户末端供热。

进一步的，子区供暖单元包括供暖单元云控器、子区阀门、子区循环泵、分集水器，子区供暖单元通过分集水器与所属供热子区的各用户末端相连接，子区阀门位于子区循环泵的进水口前端并与供热支管相连通，子区循环泵的出水口通过分集水器与所述各用户末端的进水口相连通，所述各用户末端的回水口通过分集水器与回水支管相连通，供暖单元云控器分别与子区阀门、子区循环泵的控制端子电连接并能够控制子区阀门启闭及子区循环泵启停，供暖单元云控器通过无线通讯方式与温度控制器相连。

进一步的，PTC半导体电热锅炉与云端服务器之间通过NB-IoT蜂窝通信技术无线连接；或/和，子区供暖单元与云端服务器之间通过NB-IoT蜂窝通信技术无线连接；或/和，温度控制器上设有物联网通讯模块，所述物联网通讯模块通过干电池供电，并能够通过蓝牙通信技术或ZigBee通信技术或lora通信技术向子区供暖单元发送温度信号。

进一步的，PTC半导体电热锅炉包括锅炉云控制器、电磁继电开关、锅炉上管、锅炉下管和若干PTC半导体陶瓷加热管，PTC半导体电热锅炉的内部设有与其出水口连接的锅炉上管，PTC半导体电热锅炉的内部设有与其回水口连接的锅炉下管，锅炉上管、锅炉下管之间连接有若干PTC半导体陶瓷加热管，各PTC半导体陶瓷加热管呈并列均匀布置，各PTC半导体陶瓷加热管的电源端子分别安装有电磁继电开关，锅炉云控制器的输出端子与各电磁继电开关的控制端子电连接，锅炉云控制器通过无线通讯方式与云端服务器相连。

进一步的，PTC半导体电热锅炉通过均压混水罐与分区供热干管、分区回水干管相连，均压混水罐的内部有混水罐内腔，均压混水罐的左端上部、右端上部、左端下部、右端下部依次设有与混水罐内腔相连通的进水接口、出水接口、回水出口、回水进口，进水接口通过锅炉出水泵与PTC半导体电热锅炉的出水口相连接，出水接口与分区供热干管进口相连接，回水出口与PTC半导体电热锅炉的回水口相连接，回水进口并与分区回水干管出口相连接，均压混水罐的下端设有连通混水罐内腔的泄水口并安装有泄水阀。

进一步的，云端服务器包括供暖区域数据库、子区单元数据库、温变时间规律数据库、温变分析模块、异常判断模块和云端通讯模块，云端通讯模块与温变分析模块、异常判断模块相连并能够输送温度数据，温变分析模块与供暖区域数据库、子区单元数据库相连并能够读取相关数据，温变分析模块与温变时间规律数据库相连并能够存入相关温度上升、下降时间数据，异常判断模块与温变分析模块相连并能够判断温度数据有无异常，异常判断模块与云端通讯模块相连并能够发出相关控制指令。

进一步的，用户末端为地暖盘管或暖气片或供暖风机盘管。

进一步的，PTC半导体电热锅炉的最大功率为60KW；或/和，分段供热区的总面积小于或等于1200平米。

本发明将待供热区域划分为若干分段供热区，分别通过PTC半导体电热锅炉供暖，解决了远程管网热力损耗、铺设维护成本高的问题，各分段供热区划分为若干个供热子区并分别设置子区供暖单元连接用户末端，通过云端服务器控制子区供暖单元切换供热、实现自动恒温控制，具有施工安装可行性强、供热节能效果好的优点，同时锅炉体积小、噪音小、安全系数高，特别适用于现有多层、高层建筑、别墅或平房的供暖改造。

附图说明

本发明的具体结构由以下的附图和实施例给出：

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是附图1中的云端服务器的组成原理示意图；

图3是附图1中的PTC半导体电热锅炉的内部结构示意图；

图4是附图1中的子区供暖单元的放大结构示意图。

图例：1、云端服务器，2、PTC半导体电热锅炉，3、子区供暖单元，4、温度控制器，5、用户末端，6、供热子区，7、分区供热干管，8、分区回水干管，9、供热支管，10、回水支管，11、供暖区域数据库，12、子区单元数据库，13、温变时间规律数据库，14、温变分析模块，15、异常判断模块，16、云端通讯模块，17、供暖单元云控器，18、子区阀门，19、子区循环泵，20、分集水器，21、均压混水罐21，22、进水接口，23、出水接口，24、回水出口，25、回水进口，26、锅炉云控制器，27、电磁继电开关，28、PTC半导体陶瓷加热管，29、水表间，30、分户房间，31、锅炉上管，32、锅炉下管，33、锅炉出水泵。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

实施例一：如图1所示，该分段式智能供暖的方法，包括以下步骤：第一步，建立一分段式智能供暖系统，该系统包括云端服务器1、若干PTC半导体电热锅炉2、若干子区供暖单元3、若干温度控制器4和若干用户末端5；第二步，将待供热区域划分为若干个分段供热区，各分段供热区的实际供热面积小于或等于1200平米，在各分段供热区内分别设立PTC半导体电热锅炉2，各PTC半导体电热锅炉2分别连接有用于所属分段供热区的分区供热干管7、分区回水干管8，将PTC半导体电热锅炉2与云端服务器1建立通讯连接；第三步，将各分段供热区按供热需求划分为若干个供热子区6，各供热子区6的供热面积近似相等，在各供热子区6分别设置子区供暖单元3、温度控制器4和若干用户末端5，将各子区供暖单元3通过供热支管9与分区供热干管7连接、通过回水支管10与分区回水干管8连接，将各用户末端5与所在供热子区6的子区供暖单元3连接，将温度控制器4与所在供热子区6的子区供暖单元3建立通讯连接，将子区供暖单元3与云端服务器1建立通讯连接，通过云端服务器1采集温度控制器4所测室温数据，控制PTC半导体电热锅炉2、子区供暖单元3实现按需供暖。本发明特别适用于现有集中供暖区域的已有供暖设施改造，通过不再使用集中供暖的远程外部管网、改造使用建筑物内的已有管线，以便缩短供热及回水管路、降低耗水量，不但消除了连接集中供暖锅炉房与换热站间的外网管道的散热损失，解决了远程管网较长、损耗热量、腐蚀管路、破坏水质的问题，而且节省了外部管网的维护成本、便于热量计量；此外，本发明还适用于无供暖区域中供暖设施的增设，由于省去了现有集中供暖的外部管网系统，具有铺设周期短、施工成本低的优点。本发明创造性地通过将待供热区域划分为若干个分段供热区，例如总供暖面积为5000平米的建筑，可以分割为5个1000平米的分段供热区，分别设置5台PTC半导体电热锅炉进行供暖，通过分段供热省去了现有集中供热的远程管网，经实际测试，单台PTC半导体电热锅炉的供热面积最好为1200平米以内，若实际供热面积过小会造成能源浪费，若实际供热面积过大，锅炉总功率会相应较高、不易控制，将大功率的锅炉转化为较小功率的PTC半导体电热锅炉，显著提高了锅炉的安全系数，从根本上解决了远程管网造成的热力损耗，更加便于维护检修，降低了人员管理成本，可操作性好，而采用电热锅炉，比起现有的天然气壁挂炉，电能输送更加安全方便、易于监管监测。如图1所示，各分段供热区分别设立独立的PTC半导体电热锅炉2进行分段式智能供暖，每个分段供热区又划分为若干个供热子区6，各供热子区6分别设置子区供暖单元3、温度控制器4和若干用户末端5，通过云端服务器1控制子区供暖单元3切换供热、配合温度控制器4测温，能够实现自动恒温控制，可以分区控制调节温度。更重要的是，PTC半导体电热锅炉2的体积较小，约为1米高、0.8米宽，仅利用较小空间例如多层建筑的地下室，即可实现供暖设备的安置，从而节省了集中供暖锅炉房、换热站的建设用地。而现有的电热壁挂炉等电采暖方式，其功率通常为6-8KW，因功率较大、无法配适老建筑内已有的4-5KW设计线径，供电线路若装有2KW的空调设备会造成负载过重，易造成跳闸、甚至引起供电线路老化燃烧、安全性较差，导致无法推行应用，本发明通过集中配电箱中预设的动力电缆供电，能够解决大多数用户家庭已有电缆额定功率小、线径匹配难的问题，施工安装可行性强、供热节能效果好，同时供热锅炉的体积较小、噪音较小、安全系数较高，因此适用于现有多层、高层建筑、别墅或平房的供暖改造。

如图1—2所示，第三步包括以下步骤：步骤A，云端服务器1包括温变时间规律数据库13，温度控制器4按预设时间间隔监测所属供热子区6的室温数据，并通过相应子区供暖单元3输送至云端服务器1，云端服务器1先控制子区阀门18、子区循环泵19开启，测得在已知大气温度下，各供热子区6的室温上升至某一预设温度的所需时间数据并存入温变时间规律数据库13，直至其室温上升至预设温度上限，之后云端服务器1控制子区阀门18、子区循环泵19关闭，测得在已知大气温度下，各供热子区6的室温下降至某一预设温度的所需时间数据并存入温变时间规律数据库13；步骤B，云端服务器1判断当前时间是否为供热子区6的工作时间，如为工作时间则进入步骤C，如为非工作时间则进入步骤F；步骤C，云端服务器1判断当前子区供暖单元3所输送温度数据是否异常，如无异常则进入步骤D，如有异常则进入步骤H；步骤D，云端服务器1判断当前PTC半导体电热锅炉2的输出功率是否与当前供暖负荷匹配，如输出功率大于或等于当前供暖负荷则进入步骤E，如输出功率小于当前供暖负荷则进入步骤G；步骤E，云端服务器1向子区供暖单元3发送控制指令，该子区供暖单元3的供暖单元云控器17使相应子区阀门18、子区循环泵19持续开启，直至室温上升至预设温度上限，之后进入步骤F；步骤F，云端服务器1向子区供暖单元3发送控制指令，该子区供暖单元3的供暖单元云控器17使相应子区阀门18、子区循环泵19关闭，同时云端服务器1向PTC半导体电热锅炉2发送控制指令使其减小相应输出功率，直至所述供热子区6的室温下降至预设温度下限，之后进入步骤D；步骤G，云端服务器1向PTC半导体电热锅炉2发送控制指令使其增大相应输出功率，之后进入步骤D；步骤H，云端服务器1发送开窗报警或管道故障报警。例如，距离PTC半导体电热锅炉2较近的供热子区6内的用户会先达到预设温度上限，当对应温度控制器4将所测温度数据通过子区供暖单元3发送云端服务器1后，云端服务器1立刻指令与相应的子区阀门18、子区循环泵19关闭、停止供热；依此类推，由近到远的各个供热子区6依次达到预设温度上限；各子区供暖单元3依次将其子区阀门18关闭的数据上报到云端服务器1，云端服务器1将温度监测数据、子区阀门18调节数据存入云端服务器1的子区单元数据库12，再与当前室外大气温度关联，得出供暖区域的供热负荷与大气温度的关系，温变分析模块14配合异常判断模块15，控制PTC半导体电热锅炉2调节输出功率实现按需供热：云端服务器1根据温度下降或者上升的准确时间向子区供暖单元3发出控制指令，由其供暖单元云控器17控制相应子区阀门18、子区循环泵19，使所在供热子区6在未来某个时间达到某个预设温度，从而实现了自动恒温控制，并通过步骤B能够实现非工作时间自动低温供暖。

如图1—2所示，步骤C中，云端服务器1包括供暖区域数据库11、子区单元数据库12、温变分析模块14、异常判断模块15和云端通讯模块16，云端通讯模块16接收子区供暖单元3所输送温度数据并发送至温变分析模块14，温变分析模块14访问供暖区域数据库11、子区单元数据库12、温变时间规律数据库13，通过与上一次发送温度数据的时间间隔计算出该供热子区6在已知大气温度时下降或上升至预设温度所需的平均时间，异常判断模块15对比温变分析模块14计算的平均时间与子区供暖单元3发送温度数据的时间间隔是否近似相等，如二者近似相等,则判断为温度数据无异常，如子区供暖单元3发送的温度上升时间间隔大于温变分析模块14计算的平均时间，或者子区供暖单元3发送的温度下降时间间隔小于温变分析模块14计算的平均时间，则判断为温度数据异常。

如图1—2所示，步骤D中，当前供暖负荷为当前已开启子区阀门18的各子区供暖单元3的额定功率之和；或/和，步骤E中，云端服务器1接收子区供暖单元3所输送温度数据并发送至温变分析模块14，温变分析模块14访问供暖区域数据库11、子区单元数据库12、温变时间规律数据库13，并计算出该供热子区6在已知大气温度下室温上升至预设温度所需时间，并将供热时长发送至云端通讯模块16，由其向子区供暖单元3发出相应控制指令。此外，还可以通过温变分析模块14设定相关算法，加入多个相关变量，例如是否需要供热，结合管道长度、室外温度等参数，按实际测试数据修正相关参数，建立数学模型，得到较为准确的加热至预设温度需要的热量及时间。

如图1—2所示，步骤H中，如同一室外温度下，室温上升时间大于温变时间规律数据库13内的温度上升、下降时间数据时，则判断供热子区6内出现了开窗或者管道故障；同理，同一室外温度下，如室温下降时间小于温变时间规律数据库13内的温度上升、下降时间数据时，则判断供热子区6内出现了开窗现象。

实施例二：如图1—2所示，该分段式智能供暖系统包括云端服务器1、PTC半导体电热锅炉2和待供热区域，上述待供热区域根据供热面积划分为不少于一个的分段供热区，各分段供热区分别设有PTC半导体电热锅炉2、分区供热干管7、分区回水干管8，PTC半导体电热锅炉2通过无线通讯方式与云端服务器1相连并能够调节输出功率实现按需供热，PTC半导体电热锅炉2的出水口连接有分区供热干管7，PTC半导体电热锅炉2的回水口连接有分区回水干管8，各分段供热区包括不少于两个的供热面积近似相等的供热子区6，各供热子区6分别设有子区供暖单元3、温度控制器4和用户末端5，子区供暖单元3的一端通过供热支管9与分区供热干管7相连通，子区供暖单元3的另一端通过回水支管10与分区回水干管8相连通，温度控制器4通过无线通讯方式与子区供暖单元3相连并发送测温数据，子区供暖单元3通过无线通讯方式与云端服务器1相连并能够转发测温数据，以及接收云端服务器1的控制指令并实现是否向用户末端5供热。现有锅炉需要设立集中供热站通过换热器向用户末端供热，功率无法做到及时调整，无法判断用户的实际需求，不论是否需要用热都会供热，造成了热能的浪费。本发明通过供暖单元云控器17实时与云端服务器1通讯，能够实时匹配用户末端5负荷和PTC半导体电热锅炉2的实际功率，实现智能供暖。例如，每户家庭建筑面积约为100平米，10户家庭的总供热面积为1000平米，配备总供热负荷为60KW的一台PTC半导体电热锅炉2，每户家庭需供热6KW，如第一户家庭温度已达到设定温度值，供暖单元云控器17通知云端服务器1后，PTC半导体电热锅炉2的供热降为54 KW，当第二户家庭室温达到设定温度值后，云端服务器1使PTC半导体电热锅炉2的供热降为48KW，如果10户家庭全部室温达到设定温度值后，云端服务器1使PTC半导体电热锅炉2停止供热，当其中一户家庭室温低于设定温度下限值、需要供热时，云端服务器1使PTC半导体电热锅炉2开始以6KW供热。

如图1、2、4所示，子区供暖单元3包括供暖单元云控器17、子区阀门18、子区循环泵19、分集水器20，子区供暖单元3通过分集水器20与所属供热子区6的各用户末端5相连接，子区阀门18位于子区循环泵19的进水口前端并与供热支管9相连通，子区循环泵19的出水口通过分集水器20与所述各用户末端5的进水口相连通，所述各用户末端5的回水口通过分集水器20与回水支管10相连通，供暖单元云控器17分别与子区阀门18、子区循环泵19的控制端子电连接并能够控制子区阀门18启闭及子区循环泵19启停，供暖单元云控器17通过无线通讯方式与温度控制器4相连。实际使用时，可以将子区供暖单元3安装在靠近入户门处或水表间29内，每户家庭为一个供热子区6，每户家庭的各个分户房间30可以分别设置温度控制器4，在分集水器20通往各个分户房间30的用户末端5进口处安装电控阀，通过温度控制器4控制电控阀实现单个房间的智能控温；当需要供热时，子区阀门18开启并启动子区循环泵19，向各用户末端5供热，当达到设定温度时，子区阀门18关闭、子区循环泵19停止，并且通知云端服务器1此供热子区6不需供热，同时实时上传云端服务器1此供热子区6达到设定温度需要的热负荷。供暖单元云控器17采集温度控制器4测得的室温信号，以及子区阀门18的通断信号，发送给子区循环泵19使其工作，实时判断用户末端5的负荷，即用了多少，还要用多少，通过计算得到供热时间，上报云端服务器1，同时发送此供热子区6的栋号、楼层、名牌、ID地址等属性。温度控制器4能够实时监测温度信号且发送给子区供暖单元3，子区供暖单元3的供暖单元云控器17能够将相关温度数据转发给云端服务器1，并能够接收云端服务器1或温度控制器4的控制指令并发送给相应的子区阀门18、子区循环泵19。温度控制器4最好为能够实现用户手动控制和智能分析自动控制两种控制方式的智能温度控制器，其直接能够发出指令控制子区供暖单元3是否向用户末端5供热，以便于根据应用环境需求进行自行选择、方便灵活，能够实现实时动态监测、控制方便快捷，实现对所属供热子区6内的温度控制。

如图1、3所示，PTC半导体电热锅炉2包括锅炉云控制器26、电磁继电开关27、锅炉上管31、锅炉下管32和若干PTC半导体陶瓷加热管28，PTC半导体电热锅炉2的内部设有与其出水口连接的锅炉上管31，PTC半导体电热锅炉2的内部设有与其回水口连接的锅炉下管32，锅炉上管31、锅炉下管32之间连接有若干PTC半导体陶瓷加热管28，各PTC半导体陶瓷加热管28呈并列均匀布置，各PTC半导体陶瓷加热管28的电源端子分别安装有电磁继电开关27，锅炉云控制器26的输出端子与各电磁继电开关27的控制端子电连接，锅炉云控制器26通过无线通讯方式与云端服务器1相连。PTC半导体电热锅炉2为现有公知技术，其加热元件为恒温加热PTC热敏电阻，其加电后自热升温、阻值进入跃变区使PTC热敏电阻表面温度保持恒定值而具有恒温发热特性，恒温加热PTC热敏电阻因其自身材质的物理特性而具有变频功能，还有自然寿命长、热转换率高、受电源电压影响极小的优点，PTC半导体电热锅炉2有体积小、能耗小、即热性好、热效率高、安全性好的特点，以及无隔热水泡、无噪音、无辐射、无水垢的优点，能耗是传统电热管能耗的一半，热效率可达98%，通过水电分离，能够有效避免触电危险，当控制器故障或加热器内部无水时，自身阻值会急剧上升而自动切断电源。锅炉云控制器26能够接收云端服务器1的控制指令并使实现按需供热，并且输出功率可调，例如PTC半导体电热锅炉2内部包含10个PTC半导体陶瓷加热管28，每个加热管为6KW，当满负荷运行时其输出功率为60KW，通过一台PTC半导体电热锅炉2可以向10户家庭供热，供热初期时设备满负荷运行、实际输出功率为60KW，当供热2小时后，距离PTC半导体电热锅炉2最近的第一户家庭室温达到设定温度，云端服务器1向锅炉云控制器26发出控制指令，其中一个电磁继电开关27断开使相应加热管断电，PTC半导体电热锅炉2的输出功率降低为54KW，同时对应第一户家庭的子区阀门18关闭、子区循环泵19停止工作。

如图1所示，PTC半导体电热锅炉2通过均压混水罐21与分区供热干管7、分区回水干管8相连，均压混水罐21的内部有混水罐内腔，均压混水罐21的左端上部、右端上部、左端下部、右端下部依次设有与混水罐内腔相连通的进水接口22、出水接口23、回水出口24、回水进口25，进水接口22通过锅炉出水泵33与PTC半导体电热锅炉2的出水口相连接，出水接口23与分区供热干管7进口相连接，回水出口24与PTC半导体电热锅炉2的回水口相连接，回水进口25并与分区回水干管8出口相连接，均压混水罐21的下端设有连通混水罐内腔的泄水口并安装有泄水阀。锅炉出水泵33的功率较小，负责将PTC半导体电热锅炉2的出水口处的热水泵至均压混水罐21内，当用户末端5匹配的功率不同时，PTC半导体电热锅炉2与分区供热干管7、分区回水干管8间的水压差较大，水压的波动容易损坏管网、造成安全隐患，通过均压混水罐21能够均衡PTC半导体电热锅炉2与分区供热干管7、分区回水干管8间的水压，使得均压混水罐21右侧的管网流量变化不会对PTC半导体电热锅炉2造成不利影响。

如图1—2所示，PTC半导体电热锅炉2与云端服务器1之间通过NB-IoT蜂窝通信技术无线连接；或/和，子区供暖单元3与云端服务器1之间通过NB-IoT蜂窝通信技术无线连接；或/和，温度控制器4上设有物联网通讯模块，所述物联网通讯模块通过干电池供电，并能够通过蓝牙通信技术或ZigBee通信技术或lora通信技术向子区供暖单元3发送温度信号。通过物联网技术实现温度控制器4、供暖单元云控器17和云端服务器1结合，云端服务器1通过NB-IoT蜂窝通信技术与供暖单元云控器17、锅炉云控制器26无线通讯。NB-IoT蜂窝通信技术具有低功耗、长距离、穿透能力强的特点，温度控制器4具有交互功能，通过Web端或手机端能够进行策略控制，设定何时需要加热、希望达到的最佳温度等，从而实现按需设定室内温度。

如图2所示，云端服务器1包括供暖区域数据库11、子区单元数据库12、温变时间规律数据库13、温变分析模块14、异常判断模块15和云端通讯模块16，云端通讯模块16与温变分析模块14、异常判断模块15相连并能够输送温度数据，温变分析模块14与供暖区域数据库11、子区单元数据库12相连并能够读取相关数据，温变分析模块14与温变时间规律数据库13相连并能够存入相关温度上升、下降时间数据，异常判断模块15与温变分析模块14相连并能够判断温度数据有无异常，异常判断模块15与云端通讯模块16相连并能够发出相关控制指令。

如图1—2所示，用户末端5为地暖盘管或暖气片或供暖风机盘管。地暖盘管以温度不高于60℃的热水为热媒，埋置于地面以下填充层中，通过热水在地暖盘管内循环流动，加热整个地板，通过地面以辐射和对流的热传递方式向室内供热，热量由下而上均匀辐射散热，房间同一层面温差较小，较为节能舒适，但因其埋藏于地板之下，安装维修较为麻烦。暖气片主要以对流方式向室内供热，维修容易、更换方便，设置安装位置较为随意，升温速度较快，但存在暖气片周围的温度较高，舒适感相对稍差，所需供水温度较高，占用房间的水平空间，影响家具摆放等缺点。采用供暖风机盘管供热，在初冬时制热效果较好，但随着气温下降，采暖效果会相对变差，并且相对耗电。此外，用户末端5还可以为现有公知的其它类型的采暖散热器，例如插片散热器、板式散热器及柱型散热器，插片散热器散热面积大、升温快，板式散热器周围空间升温较快，适用于面积较大的空间，面积较小的空间例如卫生间，可以选择壁挂式的柱型散热器，以节省室内空间，采暖散热器的散热量要与居室热负荷相当以满足取暖需求。

如图1—2所示，PTC半导体电热锅炉2的最大功率为60KW；或/和，分段供热区的总面积小于或等于1200平米。现有锅炉体积较大、占用空间较大，而使用60KW 以内的PTC半导体电热锅炉2，不但外形体积小、噪声小、易于安装放置，而且施工及维护难度极低。根据实际调查，我国居民实际每户家庭建筑面积多为100平米至120平米以下，10户家庭的总供热面积为1200平米，可以划分为一个分段供热区，每户为一个供热子区6；对于实际每户家庭建筑面积为200平米的，5户家庭的总供热面积为1000平米，可以划分为一个分段供热区，每户为一个供热子区6，这样能够显著降低管网输送能耗，现有集中供热需要通过大功率的泵输送热水，噪音较大，但通过本发明使用的子区循环泵19，其噪音仅为20分贝，远低于现有集中供热的水泵噪音，能够较好地满足使用者的需求。

上述说明仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (11)

1.一种分段式智能供暖的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立一分段式智能供暖系统，该系统包括云端服务器、若干PTC半导体电热锅炉、若干子区供暖单元、若干温度控制器和若干用户末端；第二步，将待供热区域划分为若干个分段供热区，各分段供热区的实际供热面积小于或等于1200平米，在各分段供热区内分别设立PTC半导体电热锅炉，各PTC半导体电热锅炉分别连接有用于所属分段供热区的分区供热干管、分区回水干管，将PTC半导体电热锅炉与云端服务器建立通讯连接；第三步，将各分段供热区按供热需求划分为若干个供热子区，各供热子区的供热面积近似相等，在各供热子区分别设置子区供暖单元、温度控制器和若干用户末端，将各子区供暖单元通过供热支管与分区供热干管连接、通过回水支管与分区回水干管连接，将各用户末端与所在供热子区的子区供暖单元连接，将温度控制器与所在供热子区的子区供暖单元建立通讯连接，将子区供暖单元与云端服务器建立通讯连接，通过云端服务器采集温度控制器所测室温数据，控制PTC半导体电热锅炉、子区供暖单元实现按需供暖；所述第三步包括以下步骤：步骤A，云端服务器包括温变时间规律数据库，温度控制器按预设时间间隔监测所属供热子区的室温数据，并通过相应子区供暖单元输送至云端服务器，云端服务器先控制子区阀门、子区循环泵开启，测得在已知大气温度下，各供热子区的室温上升至某一预设温度的所需时间数据并存入温变时间规律数据库，直至其室温上升至预设温度上限，之后云端服务器控制子区阀门、子区循环泵关闭，测得在已知大气温度下，各供热子区的室温下降至某一预设温度的所需时间数据并存入温变时间规律数据库；步骤B，云端服务器判断当前时间是否为供热子区的工作时间，如为工作时间则进入步骤C，如为非工作时间则进入步骤F；步骤C，云端服务器判断当前子区供暖单元所输送温度数据是否异常，如无异常则进入步骤D，如有异常则进入步骤H；步骤D，云端服务器判断当前PTC半导体电热锅炉的输出功率是否与当前供暖负荷匹配，如输出功率大于或等于当前供暖负荷则进入步骤E，如输出功率小于当前供暖负荷则进入步骤G；步骤E，云端服务器向子区供暖单元发送控制指令，该子区供暖单元的供暖单元云控器使相应子区阀门、子区循环泵持续开启，直至室温上升至预设温度上限，之后进入步骤F；步骤F，云端服务器向子区供暖单元发送控制指令，该子区供暖单元的供暖单元云控器使相应子区阀门、子区循环泵关闭，同时云端服务器向PTC半导体电热锅炉发送控制指令使其减小相应输出功率，直至所述供热子区的室温下降至预设温度下限，之后进入步骤D；步骤G，云端服务器向PTC半导体电热锅炉发送控制指令使其增大相应输出功率，之后进入步骤D；步骤H，云端服务器发送开窗报警或管道故障报警。

2.如权利要求1所述的分段式智能供暖的方法，其特征在于：步骤C中，云端服务器包括供暖区域数据库、子区单元数据库、温变分析模块、异常判断模块和云端通讯模块，云端通讯模块接收子区供暖单元所输送温度数据并发送至温变分析模块，温变分析模块访问供暖区域数据库、子区单元数据库、温变时间规律数据库，通过与上一次发送温度数据的时间间隔计算出该供热子区在已知大气温度时下降或上升至预设温度所需的平均时间，异常判断模块对比温变分析模块计算的平均时间与子区供暖单元发送温度数据的时间间隔是否相等，如二者相等,则判断为温度数据无异常，如子区供暖单元发送的温度上升时间间隔大于温变分析模块计算的平均时间，或者子区供暖单元发送的温度下降时间间隔小于温变分析模块计算的平均时间，则判断为温度数据异常。

3.如权利要求1所述的分段式智能供暖的方法，其特征在于：步骤D中，当前供暖负荷为当前已开启子区阀门的各子区供暖单元的额定功率之和；或/和，步骤E中，云端服务器接收子区供暖单元所输送温度数据并发送至温变分析模块，温变分析模块访问供暖区域数据库、子区单元数据库、温变时间规律数据库，并计算出该供热子区在已知大气温度下室温上升至预设温度所需时间，并将所需时间作为供热时长发送至云端通讯模块，由其向子区供暖单元发出相应控制指令。

4.如权利要求1所述的分段式智能供暖的方法，其特征在于：步骤H中，如同一室外温度下，室温上升时间大于温变时间规律数据库内的温度上升、下降时间数据时，则判断供热子区内出现了开窗或者管道故障；同理，同一室外温度下，如室温下降时间小于温变时间规律数据库内的温度上升、下降时间数据时，则判断供热子区内出现了开窗现象。

5.如实施如权利要求1或2或3或4所述分段式智能供暖方法的供暖系统，其特征在于：包括云端服务器、PTC半导体电热锅炉和待供热区域，上述待供热区域根据供热面积划分为不少于一个的分段供热区，各分段供热区分别设有PTC半导体电热锅炉、分区供热干管、分区回水干管，PTC半导体电热锅炉通过无线通讯方式与云端服务器相连并能够调节输出功率实现按需供热，PTC半导体电热锅炉的出水口连接有分区供热干管，PTC半导体电热锅炉的回水口连接有分区回水干管，各分段供热区包括不少于两个的供热面积近似相等的供热子区，各供热子区分别设有子区供暖单元、温度控制器和用户末端，子区供暖单元的一端通过供热支管与分区供热干管相连通，子区供暖单元的另一端通过回水支管与分区回水干管相连通，温度控制器通过无线通讯方式与子区供暖单元相连并发送测温数据，子区供暖单元通过无线通讯方式与云端服务器相连并能够转发测温数据，以及接收云端服务器的控制指令并实现是否向用户末端供热。

6.如权利要求5所述的供暖系统，其特征在于：子区供暖单元包括供暖单元云控器、子区阀门、子区循环泵、分集水器，子区供暖单元通过分集水器与所属供热子区的各用户末端相连接，子区阀门位于子区循环泵的进水口前端并与供热支管相连通，子区循环泵的出水口通过分集水器与所述各用户末端的进水口相连通，所述各用户末端的回水口通过分集水器与回水支管相连通，供暖单元云控器分别与子区阀门、子区循环泵的控制端子电连接并能够控制子区阀门启闭及子区循环泵启停，供暖单元云控器通过无线通讯方式与温度控制器相连；或/和，PTC半导体电热锅炉与云端服务器之间通过NB-IoT蜂窝通信技术无线连接；或/和，子区供暖单元与云端服务器之间通过NB-IoT蜂窝通信技术无线连接；或/和，温度控制器上设有物联网通讯模块，所述物联网通讯模块通过干电池供电，并能够通过蓝牙通信技术或ZigBee通信技术或lora通信技术向子区供暖单元发送温度信号。

7.如权利要求5所述的供暖系统，其特征在于：PTC半导体电热锅炉包括锅炉云控制器、电磁继电开关、锅炉上管、锅炉下管和若干PTC半导体陶瓷加热管，PTC半导体电热锅炉的内部设有与其出水口连接的锅炉上管，PTC半导体电热锅炉的内部设有与其回水口连接的锅炉下管，锅炉上管、锅炉下管之间连接有若干PTC半导体陶瓷加热管，各PTC半导体陶瓷加热管呈并列均匀布置，各PTC半导体陶瓷加热管的电源端子分别安装有电磁继电开关，锅炉云控制器的输出端子与各电磁继电开关的控制端子电连接，锅炉云控制器通过无线通讯方式与云端服务器相连；或/和，PTC半导体电热锅炉通过均压混水罐与分区供热干管、分区回水干管相连，均压混水罐的内部有混水罐内腔，均压混水罐的左端上部、右端上部、左端下部、右端下部依次设有与混水罐内腔相连通的进水接口、出水接口、回水出口、回水进口，进水接口通过锅炉出水泵与PTC半导体电热锅炉的出水口相连接，出水接口与分区供热干管进口相连接，回水出口与PTC半导体电热锅炉的回水口相连接，回水进口并与分区回水干管出口相连接，均压混水罐的下端设有连通混水罐内腔的泄水口并安装有泄水阀。

8.如权利要求6所述的供暖系统，其特征在于：PTC半导体电热锅炉包括锅炉云控制器、电磁继电开关、锅炉上管、锅炉下管和若干PTC半导体陶瓷加热管，PTC半导体电热锅炉的内部设有与其出水口连接的锅炉上管，PTC半导体电热锅炉的内部设有与其回水口连接的锅炉下管，锅炉上管、锅炉下管之间连接有若干PTC半导体陶瓷加热管，各PTC半导体陶瓷加热管呈并列均匀布置，各PTC半导体陶瓷加热管的电源端子分别安装有电磁继电开关，锅炉云控制器的输出端子与各电磁继电开关的控制端子电连接，锅炉云控制器通过无线通讯方式与云端服务器相连；或/和，PTC半导体电热锅炉通过均压混水罐与分区供热干管、分区回水干管相连，均压混水罐的内部有混水罐内腔，均压混水罐的左端上部、右端上部、左端下部、右端下部依次设有与混水罐内腔相连通的进水接口、出水接口、回水出口、回水进口，进水接口通过锅炉出水泵与PTC半导体电热锅炉的出水口相连接，出水接口与分区供热干管进口相连接，回水出口与PTC半导体电热锅炉的回水口相连接，回水进口并与分区回水干管出口相连接，均压混水罐的下端设有连通混水罐内腔的泄水口并安装有泄水阀。

9.如权利要求5所述的供暖系统，其特征在于：云端服务器包括供暖区域数据库、子区单元数据库、温变分析模块和云端通讯模块，温变分析模块与供暖区域数据库、子区单元数据库相连，温变分析模块与云端通讯模块相连；或/和，用户末端为地暖盘管或暖气片或供暖风机盘管；或/和，PTC半导体电热锅炉的最大功率为60KW；或/和，分段供热区的总面积小于或等于1200平米。

10.如权利要求6所述的供暖系统，其特征在于：云端服务器包括供暖区域数据库、子区单元数据库、温变分析模块和云端通讯模块，温变分析模块与供暖区域数据库、子区单元数据库相连，温变分析模块与云端通讯模块相连；或/和，用户末端为地暖盘管或暖气片或供暖风机盘管；或/和，PTC半导体电热锅炉的最大功率为60KW；或/和，分段供热区的总面积小于或等于1200平米。

11.如权利要求7或8所述的供暖系统，其特征在于：云端服务器包括供暖区域数据库、子区单元数据库、温变时间规律数据库、温变分析模块、异常判断模块和云端通讯模块，云端通讯模块与温变分析模块、异常判断模块相连并能够输送温度数据，温变分析模块与供暖区域数据库、子区单元数据库相连并能够读取相关数据，温变分析模块与温变时间规律数据库相连并能够存入相关温度上升、下降时间数据，异常判断模块与温变分析模块相连并能够判断温度数据有无异常，异常判断模块与云端通讯模块相连并能够发出相关控制指令；或/和，用户末端为地暖盘管或暖气片或供暖风机盘管；或/和，PTC半导体电热锅炉的最大功率为60KW；或/和，分段供热区的总面积小于或等于1200平米。

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