CN111315043A - 一种电热转换控制的节能供热装置及节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电热转换控制的节能供热装置及节能方法，包括储能控制系统、电热膜供暖系统和供暖控制系统，所述储能控制系统通过光伏转换效应将太阳能转换成热能，完成蓄电池的充电和对供暖余热能量的存储；所述电热膜供热系统在所述供暖控制系统的调控下，调整供热的传递函数进行最大利用率的优化，通过夹层电热膜对房屋进行稳定地供暖。本发明在原有供暖装置的基础上增加了太阳能的使用，对供暖过程中需要的余热存储和电池充放电过程进行了有效地处理，从而加强了供暖装置的使用效率，完成了最大化的能量利用，提高了供暖装置的经济效益和节能作用。

Description

一种电热转换控制的节能供热装置及节能方法

本专利为分案申请，原申请的信息如下，名称：一种电热转换控制的节能供热装置及节能方法，申请号：2019103701097，申请日：2019/5/6 。

技术领域

本发明涉及一种电热控制技术，尤其是一种一种电热转换控制的节能供热装置。

背景技术

除了在我国北方因为天气原因不得不大规模使用暖气装置，也是因为相比于空调，供热装置直接加热室内空气，而不是以气流干扰的形式进行热能传递，这种方式对于使用者来说，舒适度更高，因此对供暖供热装置的不断升级和研究已然成为了现在的制造商们的一个关注重点。

目前市面上使用的供热装置，为了改善空气的质量问题，比如雾霾天气，大多数都在进行从天然气到电能的转换。这种方式对空气污染较少，而且有利于改善能源的使用结构，促进环保的整体效果。但是，这种单一的电能使用方式就意味着电能的大量消耗，从经济效果上来说还有很多可以改善的空间。

如果可以进一步使用太阳能、风能等自然能源，就可以进一步降低供热供暖的能量利用；同时，对供暖方式进行进一步的使用计算，也可以加强对暖气的合理化使用，从而使得供热供暖装置的使用能够最大地消耗供暖余热，加强能源的使用效率。

发明内容

发明目的：提供一种电热转换控制的节能供热装置，以解决上述问题。

技术方案：一种电热转换控制的节能供热装置，包括储能控制系统、电热膜供暖系统和供暖控制系统；

所述储能控制系统，其特征在于，包括一种电热转换控制电路，可以分成电池保护模块、光伏充电模块和放电模块，可以利用太阳能完成对蓄电池的充放电控制，同时对供暖装置的余热进行能量再利用，提高能量的利用效率；

所述电热膜供暖系统，在房间的墙壁夹层中添加以电热膜为主要材料的发热材料，完成对整个房间的供暖；

所述供暖控制系统，通过计算对应的房间热能的传递函数，根据模型建立过程，对传递函数进行修正，从而控制供暖装置的具体供暖温度，达到供暖效果舒适和经济效益最大化的双重需求；

所述电池保护模块，包括集成芯片JP1、集成芯片U1、整流器SCR1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电感L1、电感L2、电容C1、电池BT1和电池BT2，所述集成芯片JP1的第一引脚分别与所述电感L1的一端、所述电阻R5的一端、所述集成芯片JP1的第四引脚连接，所述电感L1的另一端分别与所述电阻R5的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述集成芯片JP1的第二引脚与所述集成芯片JP1的第五引脚均与电压信号VSS连接，所述集成芯片JP1的第三引脚与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端、所述电容C1的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述电容C1的另一端、所述集成芯片U1的第一引脚、所述集成芯片U1的第六引脚连接，所述电阻R3的另一端与所述集成芯片U1的第七引脚连接，所述电阻R4的另一端分别与所述集成芯片U1的第四引脚、所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端与所述集成芯片U1的第三引脚连接，所述集成芯片U1的第八引脚与所述整流器SCR1的正极连接，所述整流器SCR1的负极与所述电池BT1的负极连接，所述整流器SCR1的参考端分别与所述电池BT1的正极、所述电池BT2的负极连接，所述电池BT2的正极与所述集成芯片U1的第五引脚连接；

所述光伏充电模块，包括集成芯片U2、运算放大器AR1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C8、三极管Q1、三极管Q2、复合管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、可调电阻RV1、电桥RB1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R19和电阻R20，所述电阻R14的一端与所述集成芯片U1的第二引脚连接，所述电容C4的一端分别与所述MOS管Q4的G极、所述电阻R13的一端、电压信号VSS、所述二极管D2的正极连接，所述MOS管Q4的D极与所述电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述MOS管Q4的S极分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R11的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述集成芯片U2的第八引脚连接，所述电阻R11的另一端与所述集成芯片U2的第六引脚连接，所述电容C4的另一端与所述电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述集成芯片U2的第七引脚连接，所述二极管D2的负极与所述集成芯片U2的第五引脚连接，所述电阻R13的另一端与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极与所述集成芯片U2的第四引脚连接，所述集成芯片U2的第三引脚与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述集成芯片U2的第一引脚均接地，所述电阻R15的一端与所述集成芯片U2的第二引脚连接，所述电阻R15的另一端与所述MOS管Q5的G极连接，所述MOS管Q5的D极与所述电桥RB1的第一引脚连接，所述电桥RB1的第二引脚与所述集成芯片U2的第九引脚连接，所述集成芯片U2的第十四引脚断路，所述电桥RB1的第三引脚分别与所述可调电阻RV1的第一引脚、所述可调电阻RV1的第三引脚、所述复合管Q3的集电极连接，所述复合管Q3的基极分别与所述电阻R8的一端、所述电容C2的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与所述集成芯片U2的第十引脚、所述电容C2的另一端连接，所述复合管Q3的发射极与所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与所述二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极与所述集成芯片U2的第十一引脚连接，所述三极管Q1的发射极分别与所述电阻R14的另一端、所述三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的基极与所述电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端分别与所述可调电阻RV1的第二引脚、所述电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端与所述运算放大器AR1的第三引脚连接，所述三极管Q2的集电极分别与所述运算放大器AR1的第二引脚、所述电阻R19的一端、所述电容C8的一端连接，所述电阻R19的另一端与所述运算放大器AR1的第六引脚连接，所述运算放大器AR1的第一引脚与所述运算放大器AR1的第四引脚、所述运算放大器AR1的第五引脚、所述运算放大器AR1的第七引脚、所述运算放大器AR1的第八引脚均为断路；

所述放电模块，包括集成芯片U3、变压器T1、延时开关K1、二极管D4、三极管Q6、三极管Q7、电感L3、电感L4、电容C6、电容C7、保险丝F1、电铃LS1、可调电阻RV2、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R21、电阻R22和电阻R23，所述MOS管Q5的S极分别与所述二极管D4的正极、所述电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端分别与所述电阻R17的一端、所述电容C6的一端连接，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R17的另一端与电压信号VSS连接，所述二极管D4的负极与所述变压器T1的第一引脚连接，所述变压器T1的第二引脚与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端与电压信号VDD连接，所述变压器T1的第三引脚与所述三极管Q6的集电极连接，所述电桥RB1的第四引脚与所述三极管Q6的基极连接，所述三极管Q6的发射极与所述电感L4的一端连接，所述电感L4的另一端与所述集成芯片U3的第五引脚连接，所述变压器T1的第四引脚分别与所述电感L3的一端、所述电容C7的一端连接，所述电感L3的另一端接地，所述电容C7的另一端与所述集成芯片U3的第一引脚连接，所述集成芯片U3的第八引脚接地，所述集成芯片U3的第四引脚与所述电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端分别与所述集成芯片U3的第十六引脚、电压信号Vin连接，所述集成芯片U3的第七引脚与所述电阻R22的一端连接，所述电阻R22的另一端与所述延时开关K1的第一引脚连接，所述集成芯片U3的第九引脚与所述延时开关K1的第二引脚连接，所述电容C8的另一端与所述集成芯片U3的第十二引脚连接，所述集成芯片U3的第十四引脚与电压信号Vout连接，所述集成芯片U3的第二引脚与所述集成芯片U3的第三引脚、所述集成芯片U3的第六引脚、所述集成芯片U3的第十引脚、所述集成芯片U3的第十一引脚、所述集成芯片U3的第十三引脚、所述集成芯片U3的第十五引脚均为断路，所述延时开关K1的第三引脚与所述可调电阻RV2的第二引脚连接，所述可调电阻RV2的第一引脚分别与所述可调电阻RV2的第三引脚、所述三极管Q7的集电极、所述保险丝F1的一端、所述电铃LS1的一端连接，所述延时开关K1的第四引脚与所述电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端与所述三极管Q7的基极连接，所述三极管Q7的发射极与所述电铃LS1的另一端、所述保险丝F1的另一端均接地。

根据本发明的一个方面，所述电容C1分别连接所述集成芯片U1的第一引脚和所述集成芯片U1的第七引脚支路，保护电池电压并对其进行监控。

根据本发明的一个方面，所述整流器SCR1的参考端与所述电池BT1的正极和所述电池BT2的负极的连接交点相连接，从而方式因误动作对外电池产生的强行供电，避免对电池的损坏。

根据本发明的一个方面，电压信号VSS为恒定电压输入，保证在给电池充电的过程中不会出现过充的现象。

根据本发明的一个方面，随着充电池电压的上升，充电支路上的电流将减小，所述二极管D1为发光二极管，在这个过程中由发光状态逐渐熄灭，对电池的充电状况进行指示；所述二极管D2和所述二极管D3是光敏二极管，可以利用光伏效应将太阳能进一步转换成充电所用的电能。

根据本发明的一个方面，所述保险丝F1与所述电铃LS1并联组成对放电支路的控制端，为了保证放电过程中仍然保留适当的电量从而增加电池的使用寿命，利用所述保险丝F1对电流的输出量进行把控，当电流输出量过多时，所述保险丝F1断开，所述电铃LS1被接通并发出警报声。

基于上述节能供热装置的节能方法，包括构建热量传递函数，根据已经存储室内温度的记录，结合房屋内部热量传递的公式，对现有正在进行的热量存储情况进行公式计算，从而实时地反应出现有供暖的最佳运行模式，具体步骤为：

步骤1、建立热量传递函数；

步骤11、室内热量传递函数的建立主要依据电热膜对屋内空气进行热量传送和室内空气对室外空气进行热量传输的热量差，设定室内热量为Q，室内常温热量为E1，J1为电热膜传递热量，k1是传递热量损耗系数，J2是室内向室外传递热量，k2是向室外传递热量过程中墙壁的阻隔系数，a为损耗热量的室内留存系数，则室内热量的计算公式为：

Q=E1+J1（1-k2）-J2（1-k1）+∑a*k1 ，

步骤12、进一步得到热量传递函数，具体为：

H=Q/E1，

H=1+ J1（1-k2）/E1-J2（1-k1）/E1+1/E1(∑a*k1) ;

步骤2、结合现有的温度记录，对传递函数进行调整;

步骤21、计算使用供暖装置的房间的空间大小，记作V1；

步骤22、根据供暖经验公式，将房屋的空间大小V1与已供暖的总量Q1、现有供暖温度T1这三种数据结合之后，得到供暖稳定系数M，M的计算公式为：

M=Q1/V1+V1*T1/Q1 ；

步骤23、完成传递函数的最终公式，具体为：

H={1+ J1（1-k2）/E1-J2（1-k1）/E1+1/E1(∑a*k1)}*M；

步骤3、根据现有的热量存储模式，选择对应的供暖模式；根据实际的数据情况，计算得出传递函数H的大小，这是现有房屋的热量保存能力的大小表征，当H位于0-5之间的时候，表示热量保存能力较弱；H在5-10之间的时候，表示热量保存能力适中；H大于10的时候，表示热量保存能力很强。

根据本发明的一个方面，所述传递函数H的大小的计算过程始终与供暖装置所使用的空间大小有紧密联系，对现有的供暖温度设定进行自动化正负两摄氏度内调节，保证室内的体感温度与手动设定值始终保持稳定重合，同时对多余热量进行有效利用。

根据本发明的一个方面，所述温度调控方式始终以PID控制为核心步骤，从而保证温度重合较高的必要需求得以满足，对温度曲线进行实时有效地监控和管理。

有益效果：本发明能够解决现有的技术中供暖装置耗能较高的技术难点，通过使用太阳能转化电路结构，利用太阳能对供暖电池进行充放电的控制，利用太阳能和室内剩余热量反馈给供暖装置，加强热量的利用率；针对使用太阳能和热量余量的双路能量存储方式带来的温度测量精准问题，进一步使用对热能传递函数进行修正的方法，加强温度的实时调整。

附图说明

图1是本发明的系统功能框架图。

图2是本发明的电热转换控制电路的原理图。

图3是本发明的房屋内部能量流动示意图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种电热转换控制的节能供热装置，包括储能控制系统、电热膜供暖系统和供暖控制系统；

所述储能控制系统，其特征在于，包括一种电热转换控制电路，可以分成电池保护模块、光伏充电模块和放电模块，可以利用太阳能完成对蓄电池的充放电控制，同时对供暖装置的余热进行能量再利用，提高能量的利用效率；

所述电热膜供暖系统，在房间的墙壁夹层中添加以电热膜为主要材料的发热材料，完成对整个房间的供暖；

所述供暖控制系统，通过计算对应的房间热能的传递函数，根据模型建立过程，对传递函数进行修正，从而控制供暖装置的具体供暖温度，达到供暖效果舒适和经济效益最大化的双重需求；

所述电池保护模块，包括集成芯片JP1、集成芯片U1、整流器SCR1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电感L1、电感L2、电容C1、电池BT1和电池BT2，所述集成芯片JP1的第一引脚分别与所述电感L1的一端、所述电阻R5的一端、所述集成芯片JP1的第四引脚连接，所述电感L1的另一端分别与所述电阻R5的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述集成芯片JP1的第二引脚与所述集成芯片JP1的第五引脚均与电压信号VSS连接，所述集成芯片JP1的第三引脚与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端、所述电容C1的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述电容C1的另一端、所述集成芯片U1的第一引脚、所述集成芯片U1的第六引脚连接，所述电阻R3的另一端与所述集成芯片U1的第七引脚连接，所述电阻R4的另一端分别与所述集成芯片U1的第四引脚、所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端与所述集成芯片U1的第三引脚连接，所述集成芯片U1的第八引脚与所述整流器SCR1的正极连接，所述整流器SCR1的负极与所述电池BT1的负极连接，所述整流器SCR1的参考端分别与所述电池BT1的正极、所述电池BT2的负极连接，所述电池BT2的正极与所述集成芯片U1的第五引脚连接；

所述光伏充电模块，包括集成芯片U2、运算放大器AR1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C8、三极管Q1、三极管Q2、复合管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、可调电阻RV1、电桥RB1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R19和电阻R20，所述电阻R14的一端与所述集成芯片U1的第二引脚连接，所述电容C4的一端分别与所述MOS管Q4的G极、所述电阻R13的一端、电压信号VSS、所述二极管D2的正极连接，所述MOS管Q4的D极与所述电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述MOS管Q4的S极分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R11的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述集成芯片U2的第八引脚连接，所述电阻R11的另一端与所述集成芯片U2的第六引脚连接，所述电容C4的另一端与所述电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述集成芯片U2的第七引脚连接，所述二极管D2的负极与所述集成芯片U2的第五引脚连接，所述电阻R13的另一端与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极与所述集成芯片U2的第四引脚连接，所述集成芯片U2的第三引脚与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述集成芯片U2的第一引脚均接地，所述电阻R15的一端与所述集成芯片U2的第二引脚连接，所述电阻R15的另一端与所述MOS管Q5的G极连接，所述MOS管Q5的D极与所述电桥RB1的第一引脚连接，所述电桥RB1的第二引脚与所述集成芯片U2的第九引脚连接，所述集成芯片U2的第十四引脚断路，所述电桥RB1的第三引脚分别与所述可调电阻RV1的第一引脚、所述可调电阻RV1的第三引脚、所述复合管Q3的集电极连接，所述复合管Q3的基极分别与所述电阻R8的一端、所述电容C2的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与所述集成芯片U2的第十引脚、所述电容C2的另一端连接，所述复合管Q3的发射极与所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与所述二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极与所述集成芯片U2的第十一引脚连接，所述三极管Q1的发射极分别与所述电阻R14的另一端、所述三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的基极与所述电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端分别与所述可调电阻RV1的第二引脚、所述电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端与所述运算放大器AR1的第三引脚连接，所述三极管Q2的集电极分别与所述运算放大器AR1的第二引脚、所述电阻R19的一端、所述电容C8的一端连接，所述电阻R19的另一端与所述运算放大器AR1的第六引脚连接，所述运算放大器AR1的第一引脚与所述运算放大器AR1的第四引脚、所述运算放大器AR1的第五引脚、所述运算放大器AR1的第七引脚、所述运算放大器AR1的第八引脚均为断路；

所述放电模块，包括集成芯片U3、变压器T1、延时开关K1、二极管D4、三极管Q6、三极管Q7、电感L3、电感L4、电容C6、电容C7、保险丝F1、电铃LS1、可调电阻RV2、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R21、电阻R22和电阻R23，所述MOS管Q5的S极分别与所述二极管D4的正极、所述电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端分别与所述电阻R17的一端、所述电容C6的一端连接，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R17的另一端与电压信号VSS连接，所述二极管D4的负极与所述变压器T1的第一引脚连接，所述变压器T1的第二引脚与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端与电压信号VDD连接，所述变压器T1的第三引脚与所述三极管Q6的集电极连接，所述电桥RB1的第四引脚与所述三极管Q6的基极连接，所述三极管Q6的发射极与所述电感L4的一端连接，所述电感L4的另一端与所述集成芯片U3的第五引脚连接，所述变压器T1的第四引脚分别与所述电感L3的一端、所述电容C7的一端连接，所述电感L3的另一端接地，所述电容C7的另一端与所述集成芯片U3的第一引脚连接，所述集成芯片U3的第八引脚接地，所述集成芯片U3的第四引脚与所述电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端分别与所述集成芯片U3的第十六引脚、电压信号Vin连接，所述集成芯片U3的第七引脚与所述电阻R22的一端连接，所述电阻R22的另一端与所述延时开关K1的第一引脚连接，所述集成芯片U3的第九引脚与所述延时开关K1的第二引脚连接，所述电容C8的另一端与所述集成芯片U3的第十二引脚连接，所述集成芯片U3的第十四引脚与电压信号Vout连接，所述集成芯片U3的第二引脚与所述集成芯片U3的第三引脚、所述集成芯片U3的第六引脚、所述集成芯片U3的第十引脚、所述集成芯片U3的第十一引脚、所述集成芯片U3的第十三引脚、所述集成芯片U3的第十五引脚均为断路，所述延时开关K1的第三引脚与所述可调电阻RV2的第二引脚连接，所述可调电阻RV2的第一引脚分别与所述可调电阻RV2的第三引脚、所述三极管Q7的集电极、所述保险丝F1的一端、所述电铃LS1的一端连接，所述延时开关K1的第四引脚与所述电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端与所述三极管Q7的基极连接，所述三极管Q7的发射极与所述电铃LS1的另一端、所述保险丝F1的另一端均接地。

在进一步的实施例中，所述电容C1分别连接所述集成芯片U1的第一引脚和所述集成芯片U1的第七引脚支路，保护电池电压并对其进行监控。

在更进一步的实施例中，所述电容C1的充电过程中，可以给所述集成芯片U1的第七引脚稳定输入小电流，保证所述集成芯片U1的持续运行；所述电容C1的放电过程中，可以稳定地给所述集成芯片U1的第一引脚和所述集成芯片U1的第六引脚输入电流，使得电池内部保护电路可以工作在稳定的工作电流环境中。

在进一步的实施例中，所述整流器SCR1的参考端与所述电池BT1的正极和所述电池BT2的负极的连接交点相连接，从而方式因误动作对外电池产生的强行供电，避免对电池的损坏。

在更进一步的实施例中，在所述可调电阻RV1的调节下，所述复合管Q3的集电极进行电流调节，从而控制蓄电池充电的电流大小；所述复合管Q3通过与所述三极管Q1和所述三极管Q2组成的对称支路连接，保证蓄电池充电过程中不出现过流现象，对称分散充电电流。

在进一步的实施例中，电压信号VSS为恒定电压输入，保证在给电池充电的过程中不会出现过充的现象。

在进一步的实施例中，随着充电池电压的上升，充电支路上的电流将减小，所述二极管D1为发光二极管，在这个过程中由发光状态逐渐熄灭，对电池的充电状况进行指示；所述二极管D2和所述二极管D3是光敏二极管，可以利用光伏效应将太阳能进一步转换成充电所用的电能。

在更进一步的实施例中，所述MOS管Q5的基极进行光伏效应转换电荷的电荷积累，在所述电桥RB1的控制下，与放电支路变压前的控制电压下，流经所述电阻R16上的电流进行比对，保证充放电方程的统一性，不会因为对流引起充电过程或者放电过程产生故障。

在进一步的实施例中，所述保险丝F1与所述电铃LS1并联组成对放电支路的控制端，为了保证放电过程中仍然保留适当的电量从而增加电池的使用寿命，利用所述保险丝F1对电流的输出量进行把控，当电流输出量过多时，所述保险丝F1断开，所述电铃LS1被接通并发出警报声。

在更进一步的实施例中，所述延时开关K1通过对电流的延时输出，保证在出现过流现象的时候仍然保持电路的稳定运行，提前进行延时分流，为测量出过流情况后进行电流调整提供时间，保持电路运行的稳定性和安全性。

一种热量传递函数建模方法，根据已经存储室内温度的记录，结合房屋内部热量传递的公式，对现有正在进行的热量存储情况进行公式计算，从而实时地反应出现有供暖的最佳运行模式，具体步骤为：

步骤1、建立热量传递函数；

步骤11、室内热量传递函数的建立主要依据电热膜对屋内空气进行热量传送和室内空气对室外空气进行热量传输的热量差，设定室内热量为Q，室内常温热量为E1，J1为电热膜传递热量，k1是传递热量损耗系数，J2是室内向室外传递热量，k2是向室外传递热量过程中墙壁的阻隔系数，a为损耗热量的室内留存系数，则室内热量的计算公式为：

Q=E1+J1（1-k2）-J2（1-k1）+∑a*k1 ，

步骤12、进一步得到热量传递函数，具体为：

H=Q/E1，

H=1+ J1（1-k2）/E1-J2（1-k1）/E1+1/E1(∑a*k1) ;

步骤2、结合现有的温度记录，对传递函数进行调整;

步骤21、计算使用供暖装置的房间的空间大小，记作V1；

步骤22、根据供暖经验公式，将房屋的空间大小V1与已供暖的总量Q1、现有供暖温度T1这三种数据结合之后，得到供暖稳定系数M，M的计算公式为：

M=Q1/V1+V1*T1/Q1 ；

步骤23、完成传递函数的最终公式，具体为：

H={1+ J1（1-k2）/E1-J2（1-k1）/E1+1/E1(∑a*k1)}*M；

步骤3、根据现有的热量存储模式，选择对应的供暖模式；根据实际的数据情况，计算得出传递函数H的大小，这是现有房屋的热量保存能力的大小表征，当H位于0-5之间的时候，表示热量保存能力较弱；H在5-10之间的时候，表示热量保存能力适中；H大于10的时候，表示热量保存能力很强。

在更进一步的实施例中，如果出现计算出的传递函数H的大小为4，则可以对室内进行持续地暖气供应；如果在预期时间后需要停止暖气的供应，可以通过当下传递函数H的数值，计算暖气的剩余热量可用时间，从而进一步实现提前断掉供暖仍然保持所需室温的要求。

在进一步的实施例中，所述传递函数H的大小的计算过程始终与供暖装置所使用的空间大小有紧密联系，对现有的供暖温度设定进行自动化正负两摄氏度内调节，保证室内的体感温度与手动设定值始终保持稳定重合，同时对多余热量进行有效利用。

在进一步的实施例中，所述温度调控方式始终以PID控制为核心步骤，从而保证温度重合较高的必要需求得以满足，对温度曲线进行实时有效地监控和管理。

总之，本发明具有以下优点：通过利用光伏效应对太阳能进行利用，节省在蓄电池的电量存储和放电过程中的能量使用；同时，对房间内部的供暖热量余量进行测量和计算，加强对这一部分能量的再利用；实时修正供暖房间内部的热量传递函数，保证体感温度和设定温度的稳定重合，整体装置能量利用率很高，节能效应和经济效益优越。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种电热转换控制的节能供热装置，包括储能控制系统、电热膜供暖系统和供暖控制系统；

所述储能控制系统，其特征在于，包括一种电热转换控制电路，可以分成电池保护模块、光伏充电模块和放电模块，可以利用太阳能完成对蓄电池的充放电控制，同时对供暖装置的余热进行能量再利用，提高能量的利用效率；

所述电热膜供暖系统，在房间的墙壁夹层中添加以电热膜为主要材料的发热材料，完成对整个房间的供暖；

所述供暖控制系统，通过计算对应的房间热能的传递函数，根据模型建立过程，对传递函数进行修正，从而控制供暖装置的具体供暖量和供暖时间，达到供暖效果舒适和经济效益最大化的双重需求；

所述电池保护模块，包括集成芯片JP1、集成芯片U1、整流器SCR1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电感L1、电感L2、电容C1、电池BT1和电池BT2，所述集成芯片JP1的第一引脚分别与所述电感L1的一端、所述电阻R5的一端、所述集成芯片JP1的第四引脚连接，所述电感L1的另一端分别与所述电阻R5的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述集成芯片JP1的第二引脚与所述集成芯片JP1的第五引脚均与电压信号VSS连接，所述集成芯片JP1的第三引脚与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端、所述电容C1的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述电容C1的另一端、所述集成芯片U1的第一引脚、所述集成芯片U1的第六引脚连接，所述电阻R3的另一端与所述集成芯片U1的第七引脚连接，所述电阻R4的另一端分别与所述集成芯片U1的第四引脚、所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端与所述集成芯片U1的第三引脚连接，所述集成芯片U1的第八引脚与所述整流器SCR1的正极连接，所述整流器SCR1的负极与所述电池BT1的负极连接，所述整流器SCR1的参考端分别与所述电池BT1的正极、所述电池BT2的负极连接，所述电池BT2的正极与所述集成芯片U1的第五引脚连接；

所述光伏充电模块，包括集成芯片U2、运算放大器AR1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C8、三极管Q1、三极管Q2、复合管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、可调电阻RV1、电桥RB1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R19和电阻R20，所述电阻R14的一端与所述集成芯片U1的第二引脚连接，所述电容C4的一端分别与所述MOS管Q4的G极、所述电阻R13的一端、电压信号VSS、所述二极管D2的正极连接，所述MOS管Q4的D极与所述电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述MOS管Q4的S极分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R11的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述集成芯片U2的第八引脚连接，所述电阻R11的另一端与所述集成芯片U2的第六引脚连接，所述电容C4的另一端与所述电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述集成芯片U2的第七引脚连接，所述二极管D2的负极与所述集成芯片U2的第五引脚连接，所述电阻R13的另一端与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极与所述集成芯片U2的第四引脚连接，所述集成芯片U2的第三引脚与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述集成芯片U2的第一引脚均接地，所述电阻R15的一端与所述集成芯片U2的第二引脚连接，所述电阻R15的另一端与所述MOS管Q5的G极连接，所述MOS管Q5的D极与所述电桥RB1的第一引脚连接，所述电桥RB1的第二引脚与所述集成芯片U2的第九引脚连接，所述集成芯片U2的第十四引脚断路，所述电桥RB1的第三引脚分别与所述可调电阻RV1的第一引脚、所述可调电阻RV1的第三引脚、所述复合管Q3的集电极连接，所述复合管Q3的基极分别与所述电阻R8的一端、所述电容C2的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与所述集成芯片U2的第十引脚、所述电容C2的另一端连接，所述复合管Q3的发射极与所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与所述二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极与所述集成芯片U2的第十一引脚连接，所述三极管Q1的发射极分别与所述电阻R14的另一端、所述三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的基极与所述电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端分别与所述可调电阻RV1的第二引脚、所述电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端与所述运算放大器AR1的第三引脚连接，所述三极管Q2的集电极分别与所述运算放大器AR1的第二引脚、所述电阻R19的一端、所述电容C8的一端连接，所述电阻R19的另一端与所述运算放大器AR1的第六引脚连接，所述运算放大器AR1的第一引脚与所述运算放大器AR1的第四引脚、所述运算放大器AR1的第五引脚、所述运算放大器AR1的第七引脚、所述运算放大器AR1的第八引脚均为断路；

所述放电模块，包括集成芯片U3、变压器T1、延时开关K1、二极管D4、三极管Q6、三极管Q7、电感L3、电感L4、电容C6、电容C7、保险丝F1、电铃LS1、可调电阻RV2、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R21、电阻R22和电阻R23，所述MOS管Q5的S极分别与所述二极管D4的正极、所述电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端分别与所述电阻R17的一端、所述电容C6的一端连接，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R17的另一端与电压信号VSS连接，所述二极管D4的负极与所述变压器T1的第一引脚连接，所述变压器T1的第二引脚与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端与电压信号VDD连接，所述变压器T1的第三引脚与所述三极管Q6的集电极连接，所述电桥RB1的第四引脚与所述三极管Q6的基极连接，所述三极管Q6的发射极与所述电感L4的一端连接，所述电感L4的另一端与所述集成芯片U3的第五引脚连接，所述变压器T1的第四引脚分别与所述电感L3的一端、所述电容C7的一端连接，所述电感L3的另一端接地，所述电容C7的另一端与所述集成芯片U3的第一引脚连接，所述集成芯片U3的第八引脚接地，所述集成芯片U3的第四引脚与所述电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端分别与所述集成芯片U3的第十六引脚、电压信号Vin连接，所述集成芯片U3的第七引脚与所述电阻R22的一端连接，所述电阻R22的另一端与所述延时开关K1的第一引脚连接，所述集成芯片U3的第九引脚与所述延时开关K1的第二引脚连接，所述电容C8的另一端与所述集成芯片U3的第十二引脚连接，所述集成芯片U3的第十四引脚与电压信号Vout连接，所述集成芯片U3的第二引脚与所述集成芯片U3的第三引脚、所述集成芯片U3的第六引脚、所述集成芯片U3的第十引脚、所述集成芯片U3的第十一引脚、所述集成芯片U3的第十三引脚、所述集成芯片U3的第十五引脚均为断路，所述延时开关K1的第三引脚与所述可调电阻RV2的第二引脚连接，所述可调电阻RV2的第一引脚分别与所述可调电阻RV2的第三引脚、所述三极管Q7的集电极、所述保险丝F1的一端、所述电铃LS1的一端连接，所述延时开关K1的第四引脚与所述电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端与所述三极管Q7的基极连接，所述三极管Q7的发射极与所述电铃LS1的另一端、所述保险丝F1的另一端均接地；

所述电容C1分别连接所述集成芯片U1的第一引脚和所述集成芯片U1的第七引脚支路，保护电池电压并对其进行监控；

所述整流器SCR1的参考端与所述电池BT1的正极和所述电池BT2的负极的连接交点相连接，从而方式因误动作对外电池产生的强行供电，避免对电池的损坏。

2.根据权利要求1所述的一种电热转换控制的节能供热装置，其特征在于，电压信号VSS为恒定电压输入，保证在给电池充电的过程中不会出现过充的现象。

3.根据权利要求1所述的一种电热转换控制的节能供热装置，其特征在于，随着充电池电压的上升，充电支路上的电流将减小，所述二极管D1为发光二极管，在这个过程中由发光状态逐渐熄灭，对电池的充电状况进行指示；所述二极管D2和所述二极管D3是光敏二极管，可以利用光伏效应将太阳能进一步转换成充电所用的电能。

4.根据权利要求1所述的一种电热转换控制的节能供热装置，其特征在于，所述保险丝F1与所述电铃LS1并联组成对放电支路的控制端，为了保证放电过程中仍然保留适当的电量从而增加电池的使用寿命，利用所述保险丝F1对电流的输出量进行把控，当电流输出量过多时，所述保险丝F1断开，所述电铃LS1被接通并发出警报声。

5.一种基于权利要求1至6任一项所述节能供热装置的节能方法，其特征在于

构建热量传递模型，根据已经存储室内温度的记录，结合房屋内部热量传递的公式，对现有正在进行的热量存储情况进行公式计算，从而实时地反应出现有供暖的最佳运行模式，具体步骤为：

步骤1、建立热量传递函数；

步骤11、室内热量传递函数的建立主要依据电热膜对屋内空气进行热量传送和室内空气对室外空气进行热量传输的热量差，设定室内热量为Q，室内常温热量为E1，J1为电热膜传递热量，k1是传递热量损耗系数，J2是室内向室外传递热量，k2是向室外传递热量过程中墙壁的阻隔系数，a为损耗热量的室内留存系数，则室内热量的计算公式为：

Q=E1+J1（1-k2）-J2（1-k1）+∑a*k1 ，

步骤12、进一步得到热量传递函数，具体为：

H=Q/E1，

H=1+ J1（1-k2）/E1-J2（1-k1）/E1+1/E1(∑a*k1) ;

步骤2、结合现有的温度记录，对传递函数进行调整;

步骤21、计算使用供暖装置的房间的空间大小，记作V1；

步骤22、根据供暖经验公式，将房屋的空间大小V1与已供暖的总量Q1、现有供暖温度T1这三种数据结合之后，得到供暖稳定系数M，M的计算公式为：

M=Q1/V1+V1*T1/Q1 ；

步骤23、完成传递函数的最终公式，具体为：

H={1+ J1（1-k2）/E1-J2（1-k1）/E1+1/E1(∑a*k1)}*M；

步骤3、根据现有的热量存储模式，选择对应的供暖模式；根据实际的数据情况，计算得出传递函数H的大小，这是现有房屋的热量保存能力的大小表征，当H位于0-5之间的时候，表示热量保存能力较弱；H在5-10之间的时候，表示热量保存能力适中；H大于10的时候，表示热量保存能力很强。

6.根据权利要求5所述的节能方法，其特征在于，所述传递函数H的大小的计算过程始终与供暖装置所使用的空间大小有紧密联系，对现有的供暖温度设定进行自动化正负两摄氏度内调节，保证室内的体感温度与手动设定值始终保持稳定重合，同时对多余热量进行有效利用；

所述温度调控方式始终以PID控制为核心步骤，从而保证温度重合较高的必要需求得以满足，对温度曲线进行实时有效地监控和管理。

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