CN111412515A - 一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统及方法。解决谷电时段用电效率低而峰电时段使用过多电力导致的用电成本升高，控制方法复杂导致操作不便的问题。系统包括蓄热器、散热器和水温控制单元，水温控制单元：在谷电时段控制电热单元对回水加热，将电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，并根据回水温度情况选择进行分流操作；在峰电时段关闭电热单元，根据回水温度情况进行分流操作，在回水温度低于设定的回水温度阈值时，控制电热单元对回水加热，将回水温度恒定在第二蓄热温度。本发明在谷电时段控制电热器对回水进行加热，加热后的热水存储在蓄热器内，存储的热量供白天峰电时段使用，峰电时按需加热，减少了用电成本。

Description

一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统及方法

技术领域

本发明涉及供暖技术领域，尤其涉及一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统及方法。

背景技术

在供暖技术领域，传统的供暖煤锅炉严重污染环境，而电能清洁无污染，因此国家倡导“煤改电”，故使用电加热的供暖系统应运而生。

因为电能需求的不均衡性和电能没法大规模直接储存，使晚间谷电利用不足造成浪费，因此国家以低价谷电引导大家“错峰用电”，现阶段造成电力供应紧张的主要原因是高峰负荷过高，电网峰谷负荷差很大，在高峰时受电源供应、电网输送能力的限制造成用电高峰期间的电力供应缺口。采取错峰用电一是降低了高峰用电负荷，保障电网在高峰时期的安全运行；二是通过错峰用电将高峰负荷部分转移到低谷时期，将周期性波动的电网负荷变得更为均衡，有利于提高发供电设备的利用率，减少发供电设备的建设投人，优化电力资源配置；三是通过错峰用电提高电力供应整体的效率与效益，节约能源，最终将用电成本降低，对用电企业、对社会经济发展都具有重大意义，在这个大背景下利用谷电蓄热的供暖系统顺势而生。

但是，现在市场上的谷电蓄热产品主要用于集中式楼宇供暖，需要专门的供暖锅炉房，主要采用的是100KW以上的大功率加热设备，而分散式户用平房供暖主要还是在厨房或杂房内安装小型煤锅炉，现有谷电蓄热供暖系统则因为以下原因没法走进平房散户的卧室和厅房：电热设备功率大耗电量高，整个系统占用面积大、操作复杂。

因此，现在市场上，平房散户供暖急需一种替代家用供暖小型煤锅炉的智能家电式供暖系统。

例如，一种在中国专利文献上公开的“供暖系统”，其公告号CN104428594A，包括供暖机、热泵、燃烧器加热装置、供暖用水循环通路、热敏电阻和控制装置，提供了一种具有热泵单元和燃烧器单元这两种热源的供暖系统，该供暖系统能够适当地进行供暖动作，其实现节约用电及用电成本的效果是利用不同工作功率的热源切换工作来达到，但是即使是切换热源工作，设备依然得全天运行，在严寒天气热泵都需要浪费多余的电来用于外机化霜，并且在化霜期间热泵是不能给室内供暖的，所以就节约用电、用电成本、供暖效果而言依然无法达到最佳效果。

发明内容

本发明主要解决原有技术中谷电时段用电效率低而峰电时段使用过多电力导致的用电成本升高，控制方法复杂导致操作不便的问题，提供一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案解决：一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统，包括用于储存热水的蓄热器、散热器和水温控制单元，蓄热器中设有相变蓄热介质和检测其温度的第三温度检测单元，相变蓄热介质中浸泡有换热管，换热管两端形成蓄热器的进水口和出水口，出水口通过出水管道连接散热器输入端，散热器输出端通过回水管道与进水口连接，回水管道上设置有电热单元，电热单元的输出端上设置有检测电热单元出水温度的第一温度检测单元，电热单元进水口一侧的回水管道与出水管道之间连接有分流管道，分流管道上设置有分流阀门，在散热器输出端连接有检测回水温度的第二温度检测单元，电热单元、第一温度检测单元、第二温度检测单元、第三温度检测单元均与水温控制单元连接；

水温控制单元：在谷电时段控制电热单元对回水加热，将电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，并根据回水温度情况选择进行分流操作；在峰电时段关闭电热单元，根据回水温度情况进行分流操作，在回水温度低于设定的回水温度阈值时，控制电热单元对回水加热，将回水温度恒定在第二蓄热温度。

蓄热器中的换热盘管、出水管道、回水管道、散热器共同形成一封闭循环的管路，管路内设有水，换热盘管内的水经过加热后经过出水管道输送至散热器，散热器将热水放热使室温升高达到供暖的效果，经过放热后的回水进入回水管道由水泵输送至电热单元，回水管道上设置的第二温度检测单元检测回水温度，若回水温度高于混流温度阈值，打开分流阀门，将出水管路中的热水分流一部分去与回水管路的回水混流，若低于混流温度阈值，分流阀门关闭，这样能够对换热管的热水温度进行调节，及对供暖温度进行调节，方便用户灵活使用。另外将出水管道中的热水与回水混流形成温水，这样使得电热单元加热温水至热水比加热冷的回水至热水更省时省电。第三温度检测单元设置在蓄热器内，用于检测蓄热器内相变蓄热介质温度。水温控制单元将第一温度检测单元所测得的温度与回水温度比较，控制电热单元是否关闭。在谷电时段，控制电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度是由控制单元用pid算法控制电热单元功率大小来使得电热单元出水温度的实际值趋向第一蓄热温度。在峰电时段，控制回水温度恒定在第二蓄热温度是由控制单元用pid算法控制电热单元功率大小来使得回水温度的实际值趋向第二蓄热温度。

作为优选，第一蓄热温度要大于第二蓄热温度，第一蓄热温度为75-85摄氏度，第二蓄热温度为40-50摄氏度。在谷电时段加热温度更高，使得能够储存足够的热量供白天使用，白天不用峰电进行加热，节约了用电成本。在峰电时段，加热的温度较低，不需要用大量峰电进行加热，且只有在回收温度较低时才由电热单元进行一下加热，采用的是按需加热方式，有效的节省了用电成本。

一种集成智能家电式相变蓄热供暖方法，包括谷电供暖步骤和峰电供暖步骤，

谷电供暖步骤，在谷电时段控制电热单元对回水加热，将电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，并根据回水温度情况选择进行分流操作；

峰电供暖步骤，在峰电时段关闭电热单元，根据回水温度情况进行分流操作，在回水温度低于设定的回水温度阈值时，控制电热单元对回水加热，将回水温度恒定在第二蓄热温度。

本方法尽可能在晚上谷电时段储蓄足够的热量供白天使用，节约了用户的用电成本，通过分流操作能够对供暖温度进行调节，方便用户灵活使用。回水与出水管道中的热水混流成为温水再进入电热单元加热使电热单元保持在一个较低的加热功率工作从而达到省电的效果，电热单元保持恒定的低加热功率工作提高了系统的安全性，也延长了电热设备的使用寿命。本方法在谷电时段通过电热单元控制电热单元出水温度，将其恒定在第一蓄热温度，在峰电时段通过电热单元控制回水温度，将其恒定在第二蓄热温度，本方法在谷电时段和峰电时段是分别调节电热单元出水温度和回水温度，在谷电时段将电热单元出水温度加热至较高的第一蓄热温度，使得能更多的利用谷电对蓄热器进行加热，以储存热量供白天使用。而峰电时段将回水温度加热至第二蓄热温度，通过控制回水温度而不是电热单元出水温度，使得峰电时段无需用峰电进行太多加热，节约了用电成本。

作为优选，所述谷电供暖步骤具体包括：

S11：设定谷电时段的第一蓄热温度、回水温度阈值和混流温度阈值；

S12：水温控制单元判断回水温度是否小于回水温度阈值，若是启动电热单元对回水加热，使得电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，若否电热单元不工作；

S13：水温控制单元比较回水温度和混流温度阈值，判断是否进行分流操作，同时比较相变蓄热介质温度和回水温度，判断是否关闭电热单元。

在谷电时段直接进行加热操作，用户可以设定一个较高的第一蓄热温度，以便蓄热器储存足够的热量供第二天峰电时段内使用，水温控制单元控制电热单元输出功率，使电热单元出水温度保持在设定的第一蓄热温度，从而使供暖效果不会发生突变，稳定的供暖让人感到更加舒适。

作为优选，峰电供暖步骤具体包括

S21：设定峰电时段的峰电温度阈值、回水温度阈值和混流温度阈值；

S22：第二温度单元检测回水温度，水温控制单元比较回水温度和混流温度阈值判断是否进行分流操作；

S23：在不进行分流操作后，若回水温度在设定时间内仍然低于混流温度阈值，启动电热单元对回水加热，使得回水温度恒定在地热蓄热温度。不进行分流操作即关闭分流阀。

S24：比较相变蓄热介质温度和回水温度，判断是否关闭电热单元。

作为优选，设定的第一蓄热温度大于第二蓄热温度，第一蓄热温度为75-85摄氏度，第二蓄热温度为40-50摄氏度。第一蓄热温度设置的较高，以便蓄热器储存足够的热量供第二天峰电时段内使用，而第二蓄热温度较低使得峰电时段无需将蓄热器内温度加热过高，蓄热器内温度过低时进行加热，系统为按需用电，避免了电力的多余损耗，节约了用户用电成本。

在峰电时段电热单元停止工作，直接使用蓄热器在谷电时段所储存的热量进行供暖，用户根据实际情况设定满足峰电时段供暖需求的第二蓄热温度以及回水温度，利用对回水温度的判断得出蓄热器中的热量不足以满足供暖需求时，再启动电热单元进行加热操作，将水温加热至第二蓄热温度继续供暖，即在峰电时段为按需用电，避免了电力的多余损耗节约了用户用电成本。

作为优选，分流操作的判断过程包括：

判断回水温度是否小于混流温度阈值，若是打开分流阀门，蓄热器的出水与回水相混流，若否关闭分流阀门。

本方案中打开分流阀门，将出水管道中的热水与回水混流形成温水，缩短了电热单元将水加热到设定的谷电温度的时间，减少了电力的损耗达到省电的目的。打开分流阀门，将出水管道中的热水与回水混流形成温水，温水直接送回蓄热器与热水混合中取热，温水与冷水相比不易使蓄热器中的热水温度瞬间下降许多，从而使供暖效果有个较平缓的下降过程，不容易引起人生理上的不适。

作为优选，比较相变蓄热介质温度和回水温度，判断是否关闭电热单元的过程包括：

a.设定目标温度值；

b.实时检测相变蓄热介质温度和回水温度的温差，判断温差是否小于目标温度值，若是关闭电热单元，若否电热单元继续工作。当相变蓄热介质温度达到一定温度时，即与回水温度差值在目标温度值内，则关闭电热单元。

本发明的有益效果是：

1.在谷电时段持续加热并在蓄热器中储存热量，供用户在峰电时进行使用，而在峰电时段只有当水温不足以提供供暖需求时再进行加热，按需进行加热，节约了用户的用电成本；

2.通过分流操作能够对供暖温度进行调节，方便用户灵活使用。

3.分流操作将出水管道中的热水与回水混流形成温水，缩短了电热单元将水加热到设定的谷电温度的时间，减少了电力的损耗，达到省电的目的；分流后热水与回水混流成温水进入蓄热器换热盘管，由相变介质与换热盘管中的水进行热交换，加热速度更快。

附图说明

图1是本发明的一种系统结构图；

图2是本发明的一种操作流程示意图。

图中1. 蓄热器，2.液位检测单元，3.回水管道，4.出水管道，5.电热单元，6.水泵，7.水箱，8.分流阀门，9.水温控制单元，10.散热器，11.第一温度检测单元，12.第二温度检测单元 13-分流管道 14-第三温度检测单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例的一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统及方法，如图1所示，包括用于储存热水的蓄热器1、散热器10和水温控制单元9。蓄热器1中设有相变蓄热介质和检测其温度的第三温度检测单元14，相变蓄热介质中浸泡有换热管，换热管两端形成蓄热器的进水口和出水口，出水口通过出水管道4连接散热器10输入端，散热器输出端通过回水管道3与进水口连接，换热盘管、出水管道、进水管道、散热器共同构成循环的管路，管路中设置水。回收管道回收散热器散热后的水，出水管道将热水由蓄热器送出。回水管道上设置有电热单元5，电热单元的输出端上设置有检测电热单元出水温度的第一温度检测单元11，在散热器输出端连接有检测回水温度的第二温度检测单元12。电热单元进水口一侧的回水管道与出水管道之间连接有分流管道13，分流管道上设置有分流阀门8，当分流阀门打开时对蓄热器出水口热水进行分流，将热水与回水相混流。第一温度检测单元、电热单元、第二温度检测单元、第三温度检测单元均与水温控制单元连接。其中水温控制单元在谷电时段控制电热单元对回水加热，将电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，并根据回水温度情况选择进行分流操作；在峰电时段关闭电热单元，根据回水温度情况进行分流操作，在回水温度低于设定的回水温度阈值时，控制电热单元对回水加热，将回水温度恒定在第二蓄热温度。

在蓄热器内还设有检测相变蓄热介质液位的液位检测单元2，当相变蓄热介质液位低于设定阈值，则有控制单元发出提醒，用户需要补充相变蓄热介质。

在回水管道上还连接有水箱，该水箱能够使换热盘管、出水管道、进水管道、散热器基本稳定在常压，使它们不会因循环水热胀冷缩而被破坏。

上述系统本控制方法，包括：上水步骤、谷电加热步骤和峰电加热步骤。

谷电供暖步骤，在谷电时段控制电热单元对回水加热，将电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，并根据回水温度情况选择进行分流操作；

峰电供暖步骤，在峰电时段关闭电热单元，根据回水温度情况进行分流操作，在回水温度低于设定的回水温度阈值时，控制电热单元对回水加热，将回水温度恒定在第二蓄热温度。

其中设定的第一蓄热温度大于第二蓄热温度，第一蓄热温度为75-85摄氏度，本实施例中采用80摄氏度，第二蓄热温度为40-50摄氏度，本实施例中采用45摄氏度。

谷电供暖步骤具体包括：

S11：设定谷电时段的第一蓄热温度、回水温度阈值和混流温度阈值；

S12：水温控制单元判断回水温度是否小于回水温度阈值，若是启动电热单元对回水加热，使得电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，若否电热单元不工作；

S13：水温控制单元比较回水温度和混流温度阈值，判断是否进行分流操作，分流操作的判断过程为：判断回水温度是否小于混流温度阈值，若是打开分流阀门，蓄热器的出水与回水相混流，若否关闭分流阀门。

同时水温控制单元比较相变蓄热介质温度和回水温度，判断是否关闭电热单元。具体过程为：设定目标温度值，本实施例中目标温度值设定为3摄氏度；实时检测相变蓄热介质温度和回水温度的温差，判断温差是否小于目标温度值，若是关闭电热单元，若否电热单元继续工作。

峰电供暖步骤具体包括：

S21：设定峰电时段的第二蓄热温度、回水温度阈值和混流温度阈值；

S22：水温控制单元比较回水温度和混流温度阈值判断是否进行分流操作；分流操作的判断过程包括：判断回水温度是否小于混流温度阈值，若是打开分流阀门，蓄热器的出水与回水相混流，若否关闭分流阀门。

S23：在不进行分流操作即关闭分流阀门后，若回水温度在设定时间内低于混流温度阈值，启动电热单元对回水加热，使得回水温度恒定在地热蓄热温度。

S24：比较相变蓄热介质温度和回水温度，判断是否关闭电热单元。具体过程包括：

a.设定目标温度值；

b.实时检测相变蓄热介质温度和回水温度的温差，判断温差是否小于目标温度值，若是关闭电热单元，若否电热单元继续工作。

下面再结合实际操作对方法进行进一步说明，如图2所示，

系统通电，系统包括有显示与操作于一体的显示屏以及电源按键，显示屏位于在壳体表面上，对各种数值和状态进行显示。通电后显示屏亮起，供暖系统开启工作。系统设置有童锁模式，在屏幕亮3秒后自动熄灭，进入黑屏童锁状态。在非童锁状态下长按电源按键3秒后，屏幕进入常亮童锁状态，而短按电源按键可开启或关闭系统。在童锁状态下，再次长按电源按键3秒后解除童锁状态。

系统启动子程序，子程序包括上电自检、系统初始化、引脚功能设定、读取E方内和系统默认参数、读取各传感器和执行器数据、读取网络数据、发送默认显示、设定各温度和阈值数值。

系统还包括对管路内热水进行检测的设备，检测系统是否缺水。在缺水情况下，进行报警，同时停止电热单元加热和停止水泵工作，进入显示和故障报警子流程。在非缺水情况下对调试模式进行检测。另外系统同时进行参数配置和检测更新程序，参数配置包括设置输入日期、时间、谷电时间、第一蓄热温度、第二蓄热温度、回水温度阈值、工作模式、童锁按键输入或网络输入等，然后进入显示和故障报警子流程。

系统检测到处于调试模式，则进行调试程序，进入显示和故障报警子流程。检测到处于非调试模式，确保水泵处于启动状态，然会对供热方式进行判断。

在检测到处于峰电时段或防冻模式或加热棒损坏是的防冻供热模式，本实施例中以检测到峰电加热模式为例，此时进入峰电加热模式，执行峰电供暖步骤。在检测到处于谷电时段，则进入谷电加热模式，执行谷电供暖步骤。在检测到故障或其他停止加热的故障状态，则进入故障工作模式。

在检测到上述三种状态之一后，进行判断蓄热介质温度与回水温度温差是否大于设定的目标温度，若是则控制电热单元停止加热，进入显示和故障报警子流程，若否则进入显示和故障报警子流程。

在进行显示和故障报警子流程后，系统进行上传监控数据或接收服务器下发设置，然后进入下一缺水检测周期或是断电后停止工作。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统，其特征在于，包括用于储存热水的蓄热器（1）、散热器（10）和水温控制单元（9），蓄热器（1）中设有相变蓄热介质和检测其温度的第三温度检测单元（14），相变蓄热介质中浸泡有换热盘管，换热管两端形成蓄热器（1）的进水口和出水口，出水口通过出水管道（4）连接散热器（10）输入端，散热器输出端通过回水管道（3）与进水口连接，回水管道上设置有电热单元（5），电热单元的输出端上设置有检测电热单元出水温度的第一温度检测单元（11），电热单元进水口一侧的回水管道与出水管道之间连接有分流管道（13），分流管道上设置有分流阀门（8），在散热器输出端连接有检测回水温度的第二温度检测单元（12），电热单元（5）、第一温度检测单元（11）、第二温度检测单元（12）、第三温度检测单元（14）均与水温控制单元（9）连接；

水温控制单元（9）：在谷电时段控制电热单元对回水加热，将电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，并根据回水温度情况选择进行分流操作；在峰电时段关闭电热单元，根据回水温度情况进行分流操作，在回水温度低于设定的回水温度阈值时，控制电热单元对回水加热，将回水温度恒定在第二蓄热温度。

2.一种集成智能家电式相变蓄热供暖系统，其特征在于：第一蓄热温度要大于第二蓄热温度，第一蓄热温度为75-85摄氏度，第二蓄热温度为40-50摄氏度。

3.一种集成智能家电式相变蓄热供暖方法，采用权利要求1或2中的系统，其特征在于，包括谷电供暖步骤和峰电供暖步骤，

谷电供暖步骤，在谷电时段控制电热单元对回水加热，将电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，并根据回水温度情况选择进行分流操作；

峰电供暖步骤，在峰电时段关闭电热单元，根据回水温度情况进行分流操作，在回水温度低于设定的回水温度阈值时，控制电热单元对回水加热，将回水温度恒定在第二蓄热温度。

4.根据权利要求3所述的一种集成智能家电式相变蓄热供暖方法，其特征在于，所述谷电供暖步骤具体包括：

S11：设定谷电时段的第一蓄热温度、回水温度阈值和混流温度阈值；

S12：水温控制单元判断回水温度是否小于回水温度阈值，若是启动电热单元对回水加热，使得电热单元出水温度恒定在第一蓄热温度，若否电热单元不工作；

S13：水温控制单元比较回水温度和混流温度阈值，判断是否进行分流操作，同时比较相变蓄热介质温度和回水温度，判断是否关闭电热单元。

5.根据权利要求3所述的一种集成智能家电式相变蓄热供暖方法，其特征在于，峰电供暖步骤具体包括

S21：设定峰电时段的第二蓄热温度、回水温度阈值和混流温度阈值；

S22：水温控制单元比较回水温度和混流温度阈值判断是否进行分流操作；

S23：在不进行分流操作后，若回水温度在设定时间内低于混流温度阈值，启动电热单元对回水加热，使得回水温度恒定在地热蓄热温度。

6.S24：比较相变蓄热介质温度和回水温度，判断是否关闭电热单元。

7.根据权利要求3或4或5所述的一种集成智能家电式相变蓄热供暖方法，其特征在于，设定的第一蓄热温度大于第二蓄热温度，第一蓄热温度为75-85摄氏度，第二蓄热温度为40-50摄氏度。

8.根据权利要求3或4或5所述的一种集成智能家电式相变蓄热供暖方法，其特征在于，分流操作的判断过程包括：

判断回水温度是否小于混流温度阈值，若是打开分流阀门，蓄热器的出水与回水相混流，若否关闭分流阀门。

9.根据权利要求4或5所述的一种集成智能家电式相变蓄热供暖方法，其特征在于比较相变蓄热介质温度和回水温度，判断是否关闭电热单元的过程包括：

a.设定目标温度值；

b.实时检测相变蓄热介质温度和回水温度的温差，判断温差是否小于目标温度值，若是关闭电热单元，若否电热单元继续工作。

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