CN111503719B - 一种智能供暖系统的室内温度调节方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能供暖系统的室内温度调节方法和装置。通过将时间周期划分为工作时间段和非工作时间段，并获取在不同的时间段内的平均传热系数K，根据平均传热系数K计算在非工作时间段内的升温开始时间点，以及在工作时间段内降温开始时间点，最后在得到的时间点开始调节控制阀的开度进行升温或降温，使得在工作时间段开始时室内温度达到舒适温度，在非工作时间段内温度达到最佳经济温度。所以，采用本发明提供技术方案，实现了分时段、分场景、分天气控制，从而保证可以在工作时间段内保持舒适温度，在非工作时间段内保持耗能最低，实现了高舒适度和低能耗的统一。

Description

一种智能供暖系统的室内温度调节方法和装置

技术领域

本发明公开了一种智能供暖系统的室内温度调节方法和装置。

背景技术

冬天，我国北方天气寒冷，人们主要采用供暖系统来取暖。

目前，供暖系统主要采用如下两种方式来调节室温：一种是在无控制系统的情况下，手动控制阀门开度，调节进水量的大小，进而调节室内温度；另一种是在有控制系统的情况下，通过手动打开供暖系统，然后供暖系统启动工作，运行一段时间后达到设定的舒适温度，通过升温达到舒适温度后，测量室内温度，并将测量的室内温度与设定的室内温度进行对比，如果测量温度高于设定温度时(一般范围为1℃)，将进水阀门全闭，如果测量温度低于设定温度时(一般范围为1℃)，将进水阀门全开。

但是，由于供暖系统的滞后性，人们刚进入室内打开供暖系统后，其升温需要一定的时间，这段时间内由于室内温度较低，舒适度较低。另外，温度的调节是通过对比设定温度与测量温度之后开关进水阀门的方式实现的，当控制系统对进水阀门进行开合的控制后，还需要经过一段时间室内温度才会发生改变，而在改变之前的这段时间内，室内温度会持续升高或降低。

因此，采用上述控制方式，室内的舒适度不高，而且由于温度调节速度滞后无形中增加了能量消耗，不符合节能的要求。

发明内容

本发明一方面提供了一种智能供暖系统的室内温度调节方法，用于温度控制器中，所述方法包括：

实时采集室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄、管路内循环水的流量Q；

将一个时间周期划分为非工作时间和工作时间；

在同一时间周期内，所述方法包括：

在预设的非工作时间内，若室内温度T₂等于最低经济温度T_j，则获取在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，并根据平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间起点t_工作，计算开始升温的时间点t_升；若t_升＞t_i，则维持进水阀门不变，若t_升≤t_i，则增加进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_i至t_工作时间内从T_j升温到T_c；

在预设的工作时间内，获取在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，同时调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作；

在预设的非工作时间内，根据在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间终点t_非工作，计算降温结束的时间点t_降；在工作时间终点t_非工作前减小进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j；调节进水阀门开度，控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃。

优选地，所述获取平均传热系数K，包括：

在预先构建的平均传热系数数据库中，根据室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄，获取对应的平均传热系数K。

优选地，所述获取平均传热系数K，采用如下公式计算：

式中，

i为j、k；

T_1,i、T_2,i、T_3,i、T_4,i、K_i分别为第i时刻的室外温度、室内温度、进水管温度、回水管温度和平均传热系数，T_2,i+1为第i+1时刻的室内温度，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，C_空气为空气的比热，ρ_空气为空气的密度，V_房间为室内体积，n为[t_i，t_i+1]时间内的采样点个数。

优选地，所述开始升温的时间点t_升，采用如下公式计算：

T＝99.9％T_C，

t_升＝t_工作-τ1；

式中，

τ1为升温时长，K为t_升≤t_i时在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数，C_空气为空气的比热，ρ_空气为空气的密度，V_房间为室内体积，T为升温过程中的室内温度，a为升温变化系数。

优选地，所述降温结束的时间点t_降，采用如下公式计算：

T＝1.001T_j，

t_降＝t_非工作+τ2；

式中，

τ2为降温时长，K为t_k+1趋近t_非工作时在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数，C_空气为空气的比热，ρ_空气为空气的密度，V_房间为室内体积，T为降温过程中的室内温度，b为降温变化系数。

优选地，所述控制室内温度T₂在t_i至t_工作时间内从T_j升温到T_c的过程中，以及控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_c-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_升≤t_i时在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)

式中，Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

优选地，所述在控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j的过程中，以及在控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_j-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_k+1趋近于t_非工作时在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)

式中，Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

优选地，在预设的工作时间内，所述室内舒适温度T_c按照如下方法获取：

获取在[t_k，t_k+1]时间的室内人员数量以及平均传热系数K；

在预先构建的室内舒适温度数据库中，根据室内人员数量、室外温度以及平均传热系数K，获取对应的室内舒适温度T_c。

优选地，所述调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_c-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_升≤t_i时在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)+xQ3

式中，

Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度,x为室内人员数量，Q3为每个人散发到室内的热量；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

本发明另一方面提供了一种智能供暖系统的室内温度调节装置，用于完成上述的方法，所述装置包括：

参数采集模块，用于实时采集室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄、管路内循环水的流量Q；

时间设置模块，用于设置时间周期、非工作时间和工作时间；

平均传热系数K的获取模块，用于在室内温度T₂等于最低经济温度T_j时，获取在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，还用于获取在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K；

开始升温的时间点t_升计算模块，用于根据在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间起点t_工作，计算开始升温的时间点t_升；

降温结束的时间点t_降计算模块，用于根据在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间终点t_非工作，计算降温结束的时间点t_降；

进水阀门开度调节模块，用于t_升＞t_i时，维持进水阀门不变，t_升≤t_i时，增加进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_i至t工_作时间内从T_j升温到T_c；还用于调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作；还用于在工作时间终点t_非工作减小进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j；还用于在预设的非工作时间内，调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃。

附图说明

图1为本发明所述智能供暖系统的室内温度调节方法的实施系统结构示意图；

图2为本发明一个实施例所述室内温度随室内人员作息规律的变化过程示意图；

图3为本发明另一个实施例所述室内温度随室内人员作息规律的变化过程示意图；

图4为本发明所述稳定状态下室内温度随时间的变化(上升)曲线；

图5为本发明所述稳定状态下室内温度随时间的变化(下降)曲线；

图6为本发明一个实施例所述智能模式下全天室内温度变化情况示意图。

图1中，各符号的含义如下：

1温度控制器、2室外温度传感器、3室内温度传感器、4进水温度传感器、5回水温度传感器、6进水流量控制阀、7回水流量传感器、8人数检测器、12回水阀门、13进水管、14回水管、①室外温度信号、②室内温度信号、③回水温度信号、④回水流量信号、⑤人数检测信号、⑥进水温度信号、⑦进水流量控制阀开度控制信号。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

本发明的目的在于克服现有室内温度调节系统存在的不足，诸如供暖调节的滞后、节能与舒适的统一等问题，实现室内温度理想控制调节。本发明提供的技术方案可根据室内人员数量、人员作息规律和天气状况，智能地调节室内温度，实现了建筑物室内温度“分场景”、“分时段”、“分天气”地实时调节，既营造了宜居舒适的室内环境，也实现了节能降耗的目的。

本发明提供的方法可在如下系统环境中实施，该系统的结构可参考图1，包括：温度控制器1，以及分别与所述温度控制器1信号连接的室外温度传感器2、室内温度传感器3、进水温度传感器4、回水温度传感器5、进水流量控制阀6、回水流量传感器7、人数检测器8；所述室外温度传感器2用于检测室外温度并发送至所述温度控制器1，所述室内温度传感器3用于检测室内温度并发送至所述温度控制器1，所述进水温度传感器4用于检测进水温度并发送至所述温度控制器1，所述回水温度传感器5用于检测回水温度并发送至所述温度控制器1，所述进水流量控制阀6用于接收所述温度控制器1下发的指令并调节开度，所述回水流量传感器7用于检测回水流量并发送至所述温度控制器1，所述人数检测器8用于检测室内的人数并发送至所述温度控制器1。

其中，室外温度传感器安装在室外，室内温度传感器安装在室内，进水温度传感器安装在进水管路上，回水温度传感器安装在的回水管路上，进水流量控制阀安装在进水管路上，回水流量传感器安装在回水管路上，人数检测器安装在室内，具体的，可以安装在室内入口处。

上述结构的工作原理为：

温度控制器分别接收室外温度传感器检测到的室外温度T1、室内温度传感器检测到的室内温度T2、进水温度传感器检测到的进水温度T3、回水温度传感器检测到的回水温度T4、回水流量传感器检测到的管路内循环水的流量Q、人数检测器检测到的室内人数，并对接收到的这些参数进行处理，根据处理结果生成控制指令，并将该控制指令发送至进水流量控制阀，进水流量控制阀根据接收到的控制指令调节控制阀的开度，从而实现进水流量的调节，进而实现供热量的调节。

实施例一

如图2-3，本发明提供了一种智能供暖系统的室内温度调节方法，用于温度控制器中，所述方法包括：

实时采集室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄、管路内循环水的流量Q；

将一个时间周期划分为非工作时间和工作时间；

在同一时间周期内，所述方法包括：

在预设的非工作时间内，若室内温度T₂等于最低经济温度T_j，则获取在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，并根据平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间起点t_工作，计算开始升温的时间点t_升；若t_升＞t_i，则维持进水阀门不变，若t_升≤t_i，则增加进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_i至t_工作时间内从T_j升温到T_c；

在预设的工作时间内，获取在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，同时调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作；

在预设的非工作时间内，根据在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间终点t_非工作，计算降温结束的时间点t_降；在工作时间终点t_非工作前减小进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j；调节进水阀门开度，控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃。

上述方法中，室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄分别可以通过室外温度传感器、室内温度传感器、进水管温度传感器、回水管温度传感器进行检测，并将检测数值发送至温度控制器中。

上述方法在实施过程中，可以预设时间周期，比如将一个时间周期设置为24小时，并将每个时间周期划分为非工作时间和工作时间，可以将一个时间周期划分为一个非工作时间和工作时间，可参考图2，比如，根据通常的作息规律，可以将上午8点至下午5点设置为工作时间，下午5点至次日8点为非工作时间，还可以将一个时间周期划分为多个非工作时间和工作时间，可参考图3，比如将上午8点至12点、下午2点至5点为工作时间，中午12点至下午2点、下午5点至次日8点为非工作时间。

在同一周期的每个工作时间内预设室内舒适温度T_c、每个非工作时间内预设最低经济温度T_j，如果存在多个工作时间或多个非工作时间，则每个工作时间的T_c或非工作时间的T_j可能不同，比如，中午12点至下午2点的非工作时间内T_j可能为15°、下午5点至次日8点的非工作时间内T_j可能为8°。

其中，T_c和T_j均为系统处于稳定状态时的温度。在非工作时间，除了温度为T_j的状态外，还包括升温时间段和降温时间段，其中，通过温度控制器控制进水阀门的开度，在升温时间段内，室内温度可以从T_j升温到T_c，在降温时间段内，室内温度可以从T_c降温到T_j，在稳定状态下，维持室内温度为T_j±0.5℃。在工作时间，通过温度控制器控制进水阀门的开度，维持室内温度为T_c±0.5℃。

本发明实施例中，为了能够保证在工作时间开始时，室内温度就能达到舒适温度T_c，系统可以根据室外天气情况、最低经济温度和工作时长等因素，计算需要升温的时间，从而计算得到升温开始的时间点t_升，然后，从t_升开始打开进水阀门，使室内温度以最快的速度在工作时间开始时上升到舒适温度T_c。

另外，为了能够保证在非工作时间实现能耗最低，可以在T_c±0.5℃的范围内，在工作时间终点前就控制进水阀门的开度减小，达到工作时间终点时，可以控制进水阀门的开度进一步减小，甚至关闭，使温度以最快的速度降低至最低经济温度。

当温度降低至最低经济温度，且室内供热量等于散热量时，室内温度处于稳定状态，则，可以计算该稳定状态下的平均传热系数，并依据该平均传热系数计算升温时间点。

其中，在计算开始升温时间点和降温结束时间点时，使用的平均传热系数为定值，而且，是距离升温开始时间点或降温结束时间点最近时间点的平均传热系数，即在升温或降温开始之前的时间内，可以实时或间隔一定时长获取平均传热系数，最后选择使用升温或降温之前最后一次获得的平均传热系数计算开始升温的时间点t_升、降温结束的时间点t_降，从而保证计算得到的开始升温的时间点t_升、降温结束的时间点t_降在当时的外界温度、进水温度和回水温度等因素下是准确的。

其中，计算平均传热系数K的时间点可以是连续的，也可以是间隔的。如果计算平均传热系数K的时间点是间隔的，则可能在下一个计算时间点计算出的升温时间点t_升在该计算时间点之后，即t_升大于t_j的情况，也可能在下一个计算时间点计算出的升温时间点t_升在该计算时间点之前，即t_升小于t_j的情况。作为一个具体实施例，比如，1：00(按照一天24小时制)测一次K值，并计算出升温时长，比如是300分钟，也就是5个小时，那么3：00开始升温，人们工作开始时间8：00时正好温度可以达到要求。后面2：00又测一次K值，计算发现升温时长为240min，那么4个小时就可以升温到要求的温度，系统4：00开始升温，工作开始时间8：00时正好温度可以达到要求。3：00再测一次，计算发现升温时长为240min，那系统从4：00开始升温了。3：00以后就不再测量K值。如果3：00测出K值并计算得到时长大于等于300分钟，那么系统理论在3:00之前就应该开始升温，则系统马上就开始升温了。根据实际经验，平均传热系数K一般测量一两次，以最近测量的K值为准计算开始升温的时间点。

所以，本发明提供的方法，实现了分时段、分场景、分天气控制，从而保证可以在工作时间段内保持舒适温度，在非工作时间段内保持耗能最低，实现了高舒适度和低能耗的统一。

在本发明的一个实施例中，所述获取平均传热系数K，包括：

在预先构建的平均传热系数数据库中，根据室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄，获取对应的平均传热系数K。

上述方法中，根据历史数据构建平均传热系数数据库，在该平均传热系数数据库中，将室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄以及平均传热系数K对应存储，比如，可以存储不同时间点对应的上述参数值。

在使用过程中，如果用于检测温度的某个温度传感器发生了故障，暂时无法使用，则可以在该平均传热系数数据库中，确定该时间点上，与当前室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄最接近的一组参数值，从而确定当前时间点的平均传热系数K。

在本发明的另一个实施例中，所述获取平均传热系数K，采用如下公式计算：

首先，根据传热学定律，室内向外界散失的热量Q1可以按照如下公式计算：

其中，k为平均传热系数，且可用下式表示：

从式(2)可知平均传热系数k与房间的结构(墙壁厚度δ、墙壁表面积A)和室内外的空气流动状态(h1、h2)有关。

结合式(1)和式(2)可得如下公式：

Q₁＝k(T₂-T₁)………………………………………(3)

系统和室内的人向室内散发的热量Q2为：

Q₂＝C_水ρ_水q(T₃-T₄)+nQ_人…………………………(4)

供暖系统在供暖过程中，可以首先以最大流量对室内进行加热，当室内温度传感器检测到室内温度达到预设值时，则系统控制流量使得室内向室外的散热量和系统的供热量达到平衡。

在温度不变的平衡状态下，可得系统的供热量Q2＝k(T2-T1)。

在室内温度上升的过程中，室内的平衡条件为：

C_水ρ_水Q(T_3,i-T_4,i)-K_i(T_2,i-T_1,i)＝C_空气ρ_空气V_房间(T_2,i+1-T_2,i)……………(5)

根据式(5)可得：

本发明实施例中，所述开始升温的时间点t_升，采用如下公式计算：

T＝99.9％T_C，

t_升＝t_工作-τ1；

其中，升温变化系数a可以根据经验获得,而且可以根据实际情况进行调节。

上述方法中，使用的升温时长的计算公式，可通过如下方法获得。

当供暖系统向室内的散热量Q₂一定时，室内温度由初始温度T₂'最终达到平衡温度T₂的过程中，房间内热源主要为管路热水，且放热量恒定保持为Q₂，同时假设室内各处的温度可以快速趋于均匀一致，则可列方程：

解之得

结合如下公式：

可得：

上式表述的温度变化过程可用图4表示。图4展示了在稳定状态下室内温度随时间的变化(上升)曲线。

当平衡温度T₂为Tc，初始温度T₂＇为T_j时，室内散热量和系统供热量达到平衡状态，即Q2＝k(T2-T1)，根据式(7)可得：

当T接近99.9％的T_C时，默认室内温度达到舒适温度T_C。令T＝99.9％T_C时，(9)式可得：

本发明实施例中，所述降温结束的时间点t_降，采用如下公式计算：

T＝1.001T_j，

t_降＝t_非工作+τ2；

其中，降温变化系数b可以根据经验获得,而且可以根据实际情况进行调节。

上述方法中，使用的降温时长的计算公式，可通过如下方法获得。

流量阀在某一开度下系统的放热量为Q2，且该值不足以维持室内的当前温度T2’，使室内温度由T2’逐渐降低，最终达到Q2下的平衡温度T2。假设室内各处温度在室温降低过程中可以快速趋于均匀一致，而热量的散失主要以室内外传热为主，则可以得到室内温度随时间的变化关系为：

解之得：

当流量阀处于完全闭合状态时，进回水管路中的流量为0，室内不再具有内热源，即Q2＝0。此时，则室内温度随时间的变化关系为

上式表述的温度变化过程可用图5表示。图5展示了在稳定状态下室内温度随时间的变化(下降)曲线。

当平衡温度T₂为T_j，初始温度T₂＇为Tc时，室内散热量和系统供热量达到平衡状态，即Q2＝k(T2-T1)，根据式(11)可得：

当T接近100.1％的T_j时，默认室内温度达到最低经济温度T_j。将T＝1.001Tj代入式(13)可得：

本发明实施例中，所述控制室内温度T₂在t_i至t_工作时间内从T_j升温到T_c的过程中，以及控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_c-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_升≤t_i时在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)

式中，Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

本发明的一个实施例中，所述在控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j的过程中，以及在控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_j-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_k+1趋近于t_非工作时在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)

式中，Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

在本发明的一个优选实施例中，在预设的工作时间内，所述室内舒适温度T_c按照如下方法获取：

获取在[t_k，t_k+1]时间的室内人员数量以及平均传热系数K；

在预先构建的室内舒适温度数据库中，根据室内人员数量、室外温度以及平均传热系数K，获取对应的室内舒适温度T_c。

上述方法中，可以根据历史数据构建室内舒适温度数据库，在该室内舒适温度数据库中，将室内人员数量、室外温度、平均传热系数K以及室内舒适温度T_c对应存储，比如，可以存储不同时间点对应的上述参数值。

在使用过程中，如果用于检测温度或检测室内人员数量的某个传感器发生了故障，暂时无法使用，则可以在该室内舒适温度数据库中，确定该时间点上，与当前室内人员数量、室外温度、平均传热系数K最接近的一组参数值，从而确定当前时间点的室内舒适温度T_c。

本发明实施例中，所述调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_c-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_升≤t_i时在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)+xQ3

式中，

Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度,x为室内人员数量，Q3为每个人散发到室内的热量；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

上述方法中，除了考虑供暖系统向室内供热外，还考虑了室内人员向室内散发的热量，所以，采用上述方法对室内温度进行调控会更加精确。

实施例二

本发明还提供了一种智能供暖系统的室内温度调节装置，用于完成上述温度调节的方法，所述装置包括：

参数采集模块，用于实时采集室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄、管路内循环水的流量Q；

时间设置模块，用于设置时间周期、非工作时间和工作时间；

平均传热系数K的获取模块，用于在室内温度T₂等于最低经济温度T_j时，获取在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，还用于获取在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K；

开始升温的时间点t_升计算模块，用于根据在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间起点t_工作，计算开始升温的时间点t_升；

降温结束的时间点t_降计算模块，用于根据在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间终点t_非工作，计算降温结束的时间点t_降；

进水阀门开度调节模块，用于t_升＞t_i时，维持进水阀门不变，t_升≤t_i时，增加进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_i至t_工作时间内从T_j升温到T_c；还用于调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作；还用于在工作时间终点t_非工作减小进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j；还用于在预设的非工作时间内，调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃。

该装置的工作原理和实现的效果可参见实施例一中的描述，在此不再赘述。

作为一个具体实施例，比如，某公司办公室，室内人员的工作时段为8:00am～5:00pm，其余时段办公室内没有人。图6表示智能模式下全天室内温度变化情况，从图6可见室内温度大体分成三个主要阶段。

其中，第一阶段是系统的持续加热阶段，室内温度随着系统的不断放热逐渐提高，最终接近人员工作所需的舒适环境温度TC。这样既可以保证人员上岗后室内温度达到工作所需的舒适温度，也实现了非工作时间节能的目的，避免室内无人时能量的浪费。TC可以是根据系统中存储得历史TC的平均值，也可是根据实际情况设定的值。当系统将室内温度降至最低经济温度Tj后(Tj的确定方式可如TC)，在该阶段控制温度变化的过程为：

首先以实时测量的最新K值，计算室内达到TC时的稳态传热条件，即得到满足室内热平衡要求的系统散热量Q1，随后计算以该热量开始加热使室内温度达到TC的时长τ1。

根据采集到的数据，计算得到时长τ1<8(小时)，所以，从(8-τ1)时刻系统会以恒定Q1对系统进行加热，以实现在8:00am时室内温度达到舒适温度TC的效果。

系统的散热量由进回水管温度差和管路内的流量决定，而系统的流量由可变流量控制阀K1的开度决定，因此在第一阶段，系统会实时计算每一个时刻的系统散热量Q1i，如果散热量较理论值小，则会适当增大控制电流，以提高流量阀K1的升程。反之则减小控制电流。

第二阶段为室内舒适温度TC的动态调节阶段，在该阶段系统会定时段地检测室内人员的数量及室外温度，并调用系统数据库，确定在该人员数量和室外温度下的室内最佳舒适温度TC，进而调节系统的散热量，使得室内温度满足人员舒适性要求。

第三阶段为室内温度的降温过程。由于室内没有人员，系统会适当关小甚至关闭流量控制阀，实现系统的散热量稳定在Q1＝K(Tj-T1)，实现室内温度逐渐降到经济温度Tj，并以该散热量维持室内温度，然后计算室内温度从舒适温度TC降到经济温度Tj的时长τ2。

在该具体实施例中，根据作息规律表可知，要求第一阶段的加热时长τ1<8(小时)，同时第三阶段的降温时长τ2<7(小时)。

利用本发明实施例提供的方法，根据空气的特性参数、常规房间的传热系数、冬日北方室外的最低温度(263K)等进行计算，可得第一阶段和第三阶段的时长τ1在0.6h以内、τ2在4小时以内，该时长满足上述作息规律下的升温时长和降温时长的要求。因此最低经济温度Tj可以默认为环境温度，第三阶段流量控制阀可以完全关闭，所以在人员下班到上班约14h内不存在热量消耗，因此节能性是可观的。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，用于温度控制器中，所述方法包括：

实时采集室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄、管路内循环水的流量Q；

将一个时间周期划分为非工作时间和工作时间；

在同一时间周期内，所述方法包括：

在预设的非工作时间内，若室内温度T₂等于最低经济温度T_j，则获取在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，并根据平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间起点t_工作，计算开始升温的时间点t_升；若t_升＞t_i，则维持进水阀门不变，若t_升≤t_i，则增加进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_i至t_工作时间内从T_j升温到T_c；

在预设的工作时间内，获取在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，同时调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作；

根据在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间终点t_非工作，计算降温结束的时间点t_降；在工作时间终点t_非工作前减小进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j；调节进水阀门开度，控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃。

2.如权利要求1所述的智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，所述获取平均传热系数K，包括：

在预先构建的平均传热系数数据库中，根据室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄，获取对应的平均传热系数K。

3.如权利要求1所述的智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，所述获取平均传热系数K，采用如下公式计算：

式中，

i为j、k；

T_1，i、T_2，i、T_3，i、T_4，i、K_i分别为第i时刻的室外温度、室内温度、进水管温度、回水管温度和平均传热系数，T_2，i+1为第i+1时刻的室内温度，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，C_空气为空气的比热，ρ_空气为空气的密度，V_房间为室内体积，n为[t_i，t_i+1]时间内的采样点个数。

4.如权利要求3所述的智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，所述开始升温的时间点t_升，采用如下公式计算：

T＝99.9％T_C，

t_升＝t_工作-τ₁；

式中，

τ₁为升温时长，K为t_升≤t_i时在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数，C_空气为空气的比热，ρ_空气为空气的密度，V_房间为室内体积，T为升温过程中的室内温度，a为升温变化系数。

5.如权利要求3所述的智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，所述降温结束的时间点t_降，采用如下公式计算：

T＝1.001T_j，

t_降＝t_非工作+τ₂；

式中，

τ₂为降温时长，K为t_k+1趋近t_非工作时在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数，C_空气为空气的比热，ρ_空气为空气的密度，V_房间为室内体积，T为降温过程中的室内温度，b为降温变化系数。

6.如权利要求3所述的智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，所述控制室内温度T₂在t_i至t_工作时间内从T_j升温到T_c的过程中，以及控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_c-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_升≤t_i时在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)

式中，Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

7.如权利要求3所述的智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，所述在控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j的过程中，以及在控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_j-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_k+1趋近于t_非工作时在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)

式中，Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

8.如权利要求3所述的智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，在预设的工作时间内，所述室内舒适温度T_c按照如下方法获取：

获取在[t_k，t_k+1]时间的室内人员数量以及平均传热系数K；

在预先构建的室内舒适温度数据库中，根据室内人员数量、室外温度以及平均传热系数K，获取对应的室内舒适温度T_c。

9.如权利要求8所述的智能供暖系统的室内温度调节方法，其特征在于，所述调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作的过程中，采用如下公式计算理论供热量：

Q2＝K(T_c-T₁)，

式中，Q2为智能供暖系统的理论供热量；K为t_升≤t_i时在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数；

采用如下公式计算实际供热量：

Q2’＝C_水ρ_水Q(T₃-T₄)+xQ3

式中，

Q2’为智能供暖系统的实际供热量，C_水为水的比热，ρ_水为水的密度，Q为管路内循环水的流量，T₃、T₄分别为进水管温度和回水管温度，x为室内人员数量，Q3为每个人散发到室内的热量；

若实际供热量Q2’小于理论供热量Q2，则增大控制电流以增大进水阀门的开度，反之，则减小控制电流以减小进水阀门的开度。

10.一种智能供暖系统的室内温度调节装置，其特征在于，用于完成如权利要求1-9任一项所述的方法，所述装置包括：

参数采集模块，用于实时采集室外温度T₁、室内温度T₂、进水管温度T₃、回水管温度T₄、管路内循环水的流量Q；

时间设置模块，用于设置时间周期、非工作时间和工作时间；

平均传热系数K的获取模块，用于在室内温度T₂等于最低经济温度T_j时，获取在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，还用于获取在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K；

开始升温的时间点t_升计算模块，用于根据在[t_j，t_j+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间起点t_工作，计算开始升温的时间点t_升；

降温结束的时间点t_降计算模块，用于根据在[t_k，t_k+1]时间的平均传热系数K，以及室内舒适温度T_c、最低经济温度T_j和工作时间终点t_非工作，计算降温结束的时间点t_降；

进水阀门开度调节模块，用于t_升＞t_i时，维持进水阀门不变，t_升≤t_i时，增加进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_i至t_工作时间内从T_j升温到T_c；还用于调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂为T_c±0.5℃至工作时间终点t_非工作；还用于在工作时间终点t_非工作减小进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_非工作至t_降时间内从T_c降温到T_j；还用于在预设的非工作时间内，调节进水阀门的开度，控制室内温度T₂在t_降至t_升时间内为T_j±0.5℃。

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