CN110056931A - 一种水系统供暖的室内温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水系统供暖的室内温度控制方法。步骤一，获取室内供暖装置的过程测量值，包括供水温度、回水温度、流速，以及室内供暖装置的功率；步骤二，根据过程测量值，并结合环境因素计算室温软测量值，从而获得室温值；步骤三，根据室温软测量值和室温设定值计算控制输出值；步骤四，根据控制输出值调整室内供暖装置的功率。本发明不依托室温传感器、实现水系统供暖室温控制的可靠方法；改善室温测量的稳定性，提升控制效果；低成本的水系统供暖室温控制；可实现测量装置和室温控制装置一体化，从而提高可靠性。

Description

一种水系统供暖的室内温度控制方法

技术领域

本发明所述的一种水系统供暖的室内温度控制方法，涉及采用水系统供暖或供冷的室温控制领域，特别涉及区域集中供暖或供冷系统中，无法有效测量室内温度，但需要室内温度控制的应用领域。本发明可内嵌在平衡热量表、热量表、冷量表等水系统供暖末端信息设备中，也可应用于和这些末端信息设备有数据连接的监控计算机、数据处理设备中。

背景技术

水系统供暖是一种采用水作为热能输送介质的供暖或供冷系统，是目前建筑物供暖或供冷的重要形式，在我国冬季城镇区域供暖中大多采用水系统供暖。城镇区域供暖是一种区域性的大规模供暖系统，一个中心热源可以为众多的热用户提供供暖服务，中心热源通过供水管将高温水不断送入每个热用户室内供暖装置，如暖气片、地暖管、风机盘管等，和室内的空气热交换后成为低温水，再由回水管返回至中心热源，这样不断的循环达到热能输送的目的。中心热源是某个区域内的供暖热源，典型的如分布于一个住宅小区的热力站，热力站的供热管道连接着小区热用户的供水管和回水管，使得热能不断送入到小区内的每个热用户。

为了监控每个热用户的供暖状态，在进入室内的供水管和回水管上通常安装有供热信息终端设备，如热量表、冷量表、平衡热量表、控制阀、通断阀等，用于测量每个热用户室内供暖装置的供水温度、回水温度、流速，以及流速的控制等。供暖信息终端是一种具有远程通讯接口的供暖信息采集和控制的智能设备，一般具有供水管和回水管的水温采集、水的流速采集等功能，有些还具有水的流速控制、供热能耗采集等功能。供水温度是指进入热用户室内供暖装置的高温水的温度，由安装在供水管的温度传感器测量。回水温度是指流经室内供暖装置后的低温水的温度，由安装在回水管的温度传感器测量。流速是指流经室内供暖装置的水的流速，由安装在供水管或回水管的流速传感器测量。这些传感器一般集成在供热信息终端设备内，测量到的供水温度、回水温度、流速等参数通常称为过程测量值。供热信息终端设备通常安装在建筑物的专用井道内，不需要进入热用户的室内进行安装，因此安装和维护都比较方便。

在城镇区域供暖中，采用统一的管道输送到每栋楼，再分支到每个热用户，由于每个热用户管道和设备存在着差异性，使得进入每个热用户的热能是不均衡，导致每个热用户的室温差异很大，这种供暖方式既不舒适也不节能。在城镇区域供暖系统中，热用户的室温管理是由热能提供方按相关规范执行的，热用户一般不自行调控，因此，为了达到供暖节能和室内温度舒适，室内温度通常被要求控制在相关规范规定的室温值内。为了获取每个热用户的室内温度，行业内获取室内温度的方法通常是在室内安装室温传感器，并由通讯系统将室温值传输至热能提供方的控制系统，最终由控制装置来调整每个热用户的供热功率。室温传感器安装在每个热用户的室内，因此需要入户安装和维护，安装成功率低、安装和维护成本高、容易受周围环境和人为因素的影响，存在室温数据获取成功率低、数据不可靠的问题。

软测量技术是把自动控制理论与生产过程知识有机的结合起来，应用计算机技术对难以测量或者暂时不能测量的重要变量，选择另外一些容易测量的变量，通过构成某种数学关系来推断或者估计，以软件来替代硬件的功能。采用软测量技术获取室内温度，不需要在室内安装室温传感器，可内置在供热信息终端设备等计算机系统中，室温数据获取可靠性高、成本低，能解决上述安装室温传感器存在的问题。软测量技术主要由辅助变量的选择、数据采集与处理、软测量模型几部分组成。水系统供暖的室温软测量技术，是通过选择室内供暖装置的供水温度、回水温度、流速等过程测量值，并结合环境因素等辅助变量，由供暖信息终端等计算机系统采集和处理，根据室温软测量模型计算出室内温度的一项间接获取室内温度的技术。为了有别于室温传感器的所测得的室温值，室温软测量技术所获得的室温值通常被称为室温软测量值。

由于室温软测量技术是由辅助变量，经过计算来获取室温值的，因此，室温软测量模型的精度尤为重要。获取高精度的室温软测量模型，可以通过进一步研究辅助变量和室温的关系，提升室温软测量模型的精度，另一方面，采用可靠的室温传感器所获取的室温值，修正室温软测量模型参数也是更直接的一个办法。由于室温软测量模型不需要实时修正，在实际应用中，采用人工入户取样的方式获取可靠的室温值，用于室温软测量模型修正是可行的办法。另外，对于同一类型的建筑，并不是每个热用户的室温软测量模型都需要修正，仅仅对其中典型热用户取样也可以达到模型修正目的。

在获取室温软测量值后，实现室温控制相对而言就变得非常容易。水系统供暖的室内温度控制，是通过调节室内供暖装置的供水温度或流速，从而改变室内供暖装置和室内空气的热交换功率值来实现的。对于城镇区域供暖而言，热源提供给每个室内供暖装置的供水温度是统一的，因此就某个室内供暖装置而言，只能通过调整流速来调整热交换功率值，实现室内温度的控制。通常情况下会采用控制阀、通断阀、回温控制阀、流速控制阀等控制装置来实现流速的调整，这些装置往往集成在供热信息终端设备中。控制装置是指按某个控制指令要求，如某个过程测量值或者过程测量值的组合值作为控制指令要求，执行阀门自动调节，能实现室内供暖装置流速控制的装置。控制装置一般采用恒定流速控制，也可以采用阀门通和断交替方式工作的平均流速控制，也可以将平均流速控制和恒定流速控制相结合的控制方式。供热信息终端设备同时集成室温软测量方法，则可以实现室温测量和控制一体化，极大提高了系统的可靠性。

现有技术下，一般通过室内安装室温传感器或室温控制器，并由通讯网络将室温采样值传输至控制计算机或控制阀，调节室内供暖装置的流速，从而调节室内温度。对于住宅而言，室内和室外分属不同的管辖权，实际应用中，入户安装室温传感器或室温控制器，需要征得热用户的同意，存在安装成功率低的问题。另外，室温传感器或室温控制器需要安装在室内某个测温位置，而供热信息终端设备则安装在室外的入户供热管路上，因此，室温传感器或室温控制器必须通过通讯网络和供热信息终端设备进行数据通讯。由于建筑物结构的不确定性，这种方式容易导致通讯故障。另外，室内的室温传感器或室温控制器容易受到人为因素的影响，比如测温位置被移动、遗失或损坏等，导致室温数据不可靠。以上这些问题，导致现有技术中，室温传感器或室温控制器存在入户安装难、通讯可靠性低、测温数据不可靠等一系列问题。

现有技术下，室温传感器或室温控制器所测得的室内温度，只是对室内某个典型位置点的室温测量，需要排除周围热源、冷源、气流的影响，才能正确获取室内温度。但在实际应用中，开窗、开门、阳光、电器发热等因素，都会影响传感器的室温测量，因此，这种对室内某个典型位置点进行室温测量方式，所测得的温度容易受到外界因素的干扰，从而导致现有技术的室内温度测量不稳定，造成室温控制效果不佳。

综上所述，现有技术的水系统供暖的室内温度控制方法存在以下问题：

1) 室内安装室温传感器，存在入户安装难、通讯可靠性低、测温数据不可靠的问题，导致现有技术难以实施；

2) 对室内某个典型位置点的室温测量方式，容易受到外界因素的干扰，从而导致现有技术的室温测量不稳定，造成室温控制效果不佳；

3) 室内安装室温传感器或室温控制器，增加了系统的成本；

4) 室温采集和控制分别由两个不同位置的部件组成，导致可靠性下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水系统供暖的室内温度控制方法，解决现有技术室内安装室温传感器的方法难以实施、室温控制效果不佳以及成本高的问题，特别是解决需要入户安装才能测温、室温测量和控制分离导致的可靠性问题。

一种水系统供暖的室内温度控制方法，步骤一，获取室内供暖装置的过程测量值，包括供水温度、回水温度、流速，以及室内供暖装置的功率；步骤二，根据过程测量值，并结合环境因素计算室温软测量值，从而获得室温值；步骤三，根据室温软测量值和室温设定值计算控制输出值；步骤四，根据控制输出值调整室内供暖装置的功率。

采用平衡热量表来获取过程测量值，所述的平衡热量表内置供回水温度传感器、流量传感器和控制阀，并具备远程通讯功能。

所述的环境因素包括气象参数和建筑物参数，根据环境因素得到建筑物的热阻，并根据供热功率得到室内外温差，然后结合环境因素的室外温度计算出室内温度值，从而实现了室温软测量，得到了室温软测量值，室温控制算法将室温软测量值和室温设定值相比较，得到温差值，根据温差值得到需要增加或减少的功率值。

所述的室温控制算法，将室温软测量值和室温设定值相比较，得到温差值，得到需要增加或减少的功率值，根据输出值驱动控制装置改变阀门的开度，从而改变进入室内供暖装置的流速，达到控制室温的目的。

所述的气象参数包括室外气温、日照、风力、风向、雨水；所述的建筑物参数包括建筑物坐落位置、楼层、朝向、面积、层高、保温特性。

本发明提供了一种不依托室温传感器、实现水系统供暖室温控制的可靠方法。本发明一种水系统供暖的室内温度控制方法，依托室温软测量技术，通过测量热用户室内供暖装置的过程测量值，结合环境因素来间接获取室内温度软测量值，本办法不直接测量室内温度，避免了采用现有技术依托室温传感器实现室温控制存在的问题，从而实现了室温的可靠控制。本发明的方法可内置在每个热用户的供暖信息终端中，也可分置在供暖信息终端和与之联网通讯的计算机中，通过供暖信息终端采集室内供暖装置的过程测量值，可以包括供水温度、回水温度、流速、功率等，并结合环境因素，由室温软测量模型计算出室温软测量值，室温控制算法将室温软测量值和室温设定值比较，计算出热用户供热功率调整的控制输出值，控制装置依据控制输出值调整室内供暖装置的流速，从而调整室温，控制装置可以是供暖信息终端的内置控制阀，或者安装在供水管或回水管上独立的控制阀、通断阀等。本发明一种水系统供暖的室内温度控制方法，无须使用室温传感器，避免了现有技术采用室温传感器，入户难、安装成功低的问题。本发明可内置在供暖信息终端内，室温数据的获得无需通讯，避免了现有技术室温传感器通讯可靠性低的问题。本发明不使用室温传感器，并且室温软测量模型需要的过程测量值可以由供暖信息终端直接获取，并且供暖信息终端不安装在室内，不容易受到人为因素的影响，可以相对可靠的获取，从而避免了现有技术室温传感器测温数据不可靠的问题。

本发明提供了一种针对水系统供暖室温控制，改善室温测量的稳定性，提升控制效果的方法。本发明采用的室温软测量技术，是通过选择室内供暖装置的供水温度、回水温度、流速等过程测量值，并结合环境因素作为辅助变量，由室温软测量模型计算出室内温度。由于供水温度、回水温度、流速等过程测量值作为软测量模型的辅助变量，不容易受到室内的热源、冷源、气流的影响，因此本发明的室温测量方法具有更好的稳定性，从而提升了室温的控制效果。而现有技术的室温传感器，测得的室温来自室内某典型位置，容易受到室内的热源、冷源、气流等各种因素的影响，从而容易造成室温控制异常。和现有技术比较，本发明采用的过程测量值具有更高的稳定性，从而提升了室温的控制效果。

本发明提供了一种低成本的水系统供暖室温控制方法。本发明采用室温软测量技术，利用供暖信息终端的过程测量值获取室温软测量值，不仅无须室温传感器，而且免除了室温传感器的安装和维护成本，降低了水系统供暖室温控制的成本。现有的供暖信息终端，包括热量表、热能表、冷量表、平衡热量表等，一般安装在热用户室外的供水管和回水管上，能对热用户的室内供暖装置采集过程测量值，包括供水温度、回水温度、流速等，在这些供暖信息终端中内置本发明，并不会明显提升这些设备的成本。

本发明可实现室温测量装置和室温控制装置一体化，从而提高可靠性的方法。供暖信息终端不仅可以采集室内供暖装置的过程测量值，也可以内置控制阀、通断阀等控制装置，如内置控制阀的热量表、平衡热量表等设备。将本发明内置在供暖信息终端内，由室温软测量模型计算室温软测量值，并由室温控制算法实现室温控制，实现了室温测量和控制的一体化，从而提高了室温控制的可靠性。现有技术采用室温测量装置和室温控制装置分置的方法，容易导致室温数据传输的不可靠，从而降低了室温控制的可靠性。

现有技术的水系统供暖的室内温度控制方法，采用在热用户的室内安装室温传感器，热用户室内供暖装置的供回水管道上安装控制装置，室温传感器将室温数据通过通讯网络发送给控制装置，从而构成城镇区域供暖的室温控制方法。现有技术，未见有采用室内供暖装置的过程测量值，由室温软测量模型计算室温值，同时通过室温控制算法实现控制室温的方法。

综上所述，与现有方法相比，本发明具有以下优点：

1）不依托室温传感器、实现水系统供暖室温控制的可靠方法；

2）改善室温测量的稳定性，提升控制效果；

3）低成本的水系统供暖室温控制；

4）室温测量装置和室温控制装置一体化，从而提高可靠性。

附图说明

图1是本发明的一种实施例图；

图中，室内供暖装置1、平衡热量表2、环境因素3、室温软测量模型4、室温软测量值5、室温设定值6、室温控制算法7、阀位步进值8、控制阀9、流量传感器10、流速11、供温传感器12、供水温度13、回温传感器14、回水温度15、功率16。

图2是本发明的另一种实施例图；

图中，室内供暖装置1、热量表2、环境因素3、室温软测量模型4、室温软测量值5、室温设定值6、室温控制算法7、阀位值8、控制阀9、流量传感器10、流速11、供温传感器12、供水温度13、回温传感器14、回水温度15、功率16、计算机17。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例1

参见图1，为本发明一种水系统供暖的室内温度控制方法的一种实施方案。包括步骤一，平衡热量表2获取室内供暖装置1的过程测量值，包括由流量传感器10测量室内供暖装置1的流速11、由供温传感器12测量室内供暖装置1的供水温度13、由回温传感器14测量室内供暖装置1的回水温度15，并根据过程测量值计算室内供暖装置1的功率16；步骤二，由室温软测量模型4根据流速11、供水温度13、回水温度15和功率16，并结合环境因素3计算出室温软测量值5，其中环境因素3由通讯方式载入平衡热量表2；步骤三，室温控制算法7根据室温软测量值5和室温设定值6计算阀位步进值8，其中室温设定值6由通讯方式载入平衡热量表2；步骤四，阀位步进值8输出给控制阀9实现阀位的动作，从而改变流经室内供暖装置1的流速和功率，达到控制室温的目的。

在城镇区域供暖中，热源的供水管和回水管连接着室内供暖装置的供水管和回水管，在热用户室外一般设有专用管道井，用于安装供暖信息终端。供暖信息终端位于每个热用户入户端的供水管和回水管上，并在供水管和回水管上放置有温度传感器、流速传感器和控制阀，用于采集供水温度、回水温度和流速等过程测量值，以及流速的控制，并由理论公式计算出功率。

本实施例采用平衡热量表2作为供暖信息终端，安装在室内供暖装置1的供水管和回水管上。平衡热量表2是一种内置流量传感器10、供温传感器12、回温传感器14和控制阀9，并具备远程通讯能力的智能仪表。平衡热量表2内置供热功率计算公式，能根据测量的流速11、供水温度13、回水温度15，计算出供热的功率16。同时，平衡热量表2还内置有室温软测量模型4和室温控制算法7。

平衡热量表2采集室内供暖装置1的流速11、供水温度13、回水温度15等过程测量值，并计算出功率16。平衡热量表2内置有室温软测量模型4，由于建筑物的外墙结构和材料是固定的，因此可以根据理论计算或者实测值获取建筑物的热阻，由于供热功率和建筑物的散热功率相等，因此根据热传导的基本原理，当热阻不变时，散热功率和温差呈正比，因此可以根据供热功率计算出建筑物的室内外温差。环境因素3包括室外气温、风力、建筑物坐落位置、朝向等信息，这些信息由通讯方式下发给平衡热量表2。平衡热量表2根据环境因素3计算出建筑物的热阻，并根据供热功率计算室内外温差，然后结合环境因素3的室外温度计算出室内温度值，从而实现了室温软测量，得到了室温软测量值5。

平衡热量表2的室温控制算法7，将室温软测量值5和室温设定值6相比较，得到温差值，由于建筑物的热阻是固定的，因此根据温差值可以计算出需要增加或减少的功率值。为了达到功率值的调整，平衡热量表2根据当前的供水温度13、回水温度15的温差，计算出需要增加或减少的流速，从而得到需要调整的流速值，而流速和阀门的开度是相关的，从而计算出阀位步进值8。并根据阀位步进值8驱动控制阀9改变阀门的开度，从而改变进入室内供暖装置1的流速，达到控制室温的目的。

实施例2

参见图2，为本发明一种水系统供暖的室内温度控制方法的另一种实施方案。包括步骤一，热量表2获取室内供暖装置1的过程测量值，包括由流量传感器10测量室内供暖装置1的流速11、由供温传感器12测量室内供暖装置1的供水温度13、由回温传感器14测量室内供暖装置1的回水温度15，并根据过程测量值计算室内供暖装置1的功率16；步骤二，热量表2将过程测量值通过通讯网络传输给计算机17；步骤三，计算机17内置的室温软测量模型4，根据过程测量值并结合环境因素3计算出室温软测量值5；步骤四，计算机17内置的室温控制算法7根据室温软测量值5和室温设定值6计算阀位值8；步骤五，计算机17将阀位值8通过通讯网络输出给控制阀9；步骤六，控制阀9根据阀位值8实现阀位的动作，从而改变流经室内供暖装置1的流速和功率，达到控制室温的目的。

本实施例采用热量表2和控制阀9作为供暖信息终端，安装在室内供暖装置1的供水管和回水管上。热量表2是一种内置流量传感器10、供温传感器12、回温传感器14，并具备网络通讯能力的智能仪表。热量表2内置供热功率计算公式，能根据测量的流速11、供水温度13、回水温度15，计算出供热的功率16。控制阀9是具有网络通讯能力的流量控制设备，能根据计算机17的阀位值指令实现流速的控制。计算机17内置室温软测量模型4和室温控制算法7，并采用人工或自动方式输入环境因素3和室温设定值6，如室外气温、日照、风力、风向、雨水等气象信息由互联网自动获取，建筑物坐落位置、楼层、朝向、面积、层高、保温特性等建筑物参数，以及室温设定值6由人工录入。

本实施例，室温软测量模型可内置在供暖信息终端中，而供暖信息终端具备网络通讯能力，室温软测量模型作为一种算法，可以全部或部分置于网络上的计算机中，同样具备室温软测量能力。这种室温软测量模型分布式布置的方式，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，室温控制算法内置在供暖信息终端中，而供暖信息终端一般具备网络通讯能力，室温控制算法作为一种算法，可以全部或部分置于网络上的计算机中，同样具备室温控制算法的能力。这种室温控制算法分布式布置的方式，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，控制阀采用阀门位置控制下的流速控制方式，也可以采用通断流速控制方式，以及组合流速控制的方式，这些均为本发明所指的流速控制。这种采用不同控制方式以及组合控制的方式，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，室温控制算法的输出为阀位值，只是阀门控制的一种方式，其他如阀门步进值、回水温度设定值、以及过程测量值的参数组合等，都可以作为控制阀的设定值。这种采用单一参数或组合参数作为设定值的方式，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，环境因素采用通讯方式下载至平衡热量表，而环境因素采用内置方式，或者由附加的装置直接采集的方式，均为环境因素的获取方式，并不影响本专利的权利。这种采用不同方式获取环境因素的方式，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，所列举的环境因素仅仅是部分辅助变量，凡是和室温相关的变量都可以作为环境因素而成为室温软测量模型的辅助变量。这种引入更多辅助变量的方法，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水系统供暖的室内温度控制方法，其特征在于：步骤一，获取室内供暖装置的过程测量值，包括供水温度、回水温度、流速，以及室内供暖装置的功率；步骤二，根据过程测量值，并结合环境因素计算室温软测量值，从而获得室温值；步骤三，根据室温软测量值和室温设定值计算控制输出值；步骤四，根据控制输出值调整室内供暖装置的功率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：采用平衡热量表来获取过程测量值，所述的平衡热量表内置供回水温度传感器、流量传感器和控制阀，并具备远程通讯功能。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的环境因素包括气象参数和建筑物参数，根据环境因素得到建筑物的热阻，并根据供热功率得到室内外温差，然后结合环境因素的室外温度计算出室内温度值，从而实现了室温软测量，得到了室温软测量值，室温控制算法将室温软测量值和室温设定值相比较，得到温差值，根据温差值得到需要增加或减少的功率值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的室温控制算法，将室温软测量值和室温设定值相比较，得到温差值，得到需要增加或减少的功率值，根据输出值驱动控制装置改变阀门的开度，从而改变进入室内供暖装置的流速，达到控制室温的目的。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的气象参数包括室外气温、日照、风力、风向、雨水；所述的建筑物参数包括建筑物坐落位置、楼层、朝向、面积、层高、保温特性。