CN112594775A - 一种用于空气源供热回水温度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于空气源供热回水温度的控制方法，包括：(1)：采集环境温度、出水流量、回水温度、出水温度；(2)：计算环境温度处理值；(3)：从当前时间往后每1分钟取一次回水温度，取满4组；当前时间减去循环周期的时间向后每1分钟取一次出水温度、环境温度，取满4组；得到4组数据记录；(4)：计算出相关系数；(5)：采集实时环境温度；(6)：设定回水温度设定值；(7)：计算出水温度设定值；(8)：判断出水温度是否大于出水温度设定值，若是，停止一台热泵；若不是，增加一台热泵；返回(5)。本发明提供一种用于空气源供热回水温度的控制方法，能够实现恒温回水控制，达到供热系统节能、舒适运行的目的。

Description

一种用于空气源供热回水温度的控制方法

技术领域

本发明属于供热自动化控制技术领域，特别涉及一种用于空气源供热回水温度的控制方法。

背景技术

空气源热泵制热时，随出水温度升高热泵COP明显降低，如果能够在满足热用户室供热负荷的前提下，尽量维持热泵出水温度在低位值，可以提高系统COP值，达到节能的效果。通常，控制供热系统回水温度能够有效控制热用户室温，维持供热系统回水温度恒定为设置值，可以维持热用户室温为设定值附近，不仅避免了热用户房间温度过高多消耗电能，同时也避免因为供热系统出水温度过高对COP的不良影响。

供热系统回水温度影响因素多，呈非线性复杂关系。供热系统回水温度响应很慢，变化周期很长，通常大于半小时，使得通过传统的自动化调节控制方法很难有效控制供热工艺系统恒定回水温度运行。考虑到当环境温度等工况不变时，对于供热系统和供热对象，在时间相近时(太阳辐射变化不大)，出水温度、回水温度与环境温度之间存在方程式关系，且通过数学方法可以计算得到关系曲线方程式。出水温度可以通过单级或两级PID调节实现精确控制，可通过控制实时变化的出水温度达到恒温回水的目标。

目前市场上最常见的的控制供热系统回水温度的方法是经验法，经验法控制回水温度是通过一天中不同时间段设置不同的出水温度设置值，出水温度通过热泵启停压缩台数和机组数量来达到恒水温出水，从而达到供热系统恒回水温度。这种方法完全依赖人为经验，控制效果较差，往往为了满足所有时刻要求，回水温度往往较需求值较高。另外，回水温度影响因素较多，不仅与时间相关，与当天温度、热用户需热变化等都有直接关系，经验法控制供热系统回水温度并不能满足控制需求，往往造成热能浪费较大，室温过热现象发生。

直接根据回水温度启停热泵台数也是控制供热系统回水温度的方法之一。直接控制法基本做法是当供热时回水温度高于设置值时，停运部分热泵；当供热回水温度低于设置值时。开启一部分空气源热泵。延时设置时间后，若回水温度任然高于设置值再停运部分热泵；回水温度保持在设置范围内，不新启停热泵；若回水温度仍低于设置值，继续启动一部分热泵。由于供热系统延时性强，往往从出水至回水循环周期半小时以上，直接控制法来控制回水温度，并不能达到预想的效果，控制回水温度的效果较差，直接法往往效果不如经验法。另外，也有通过类似PID调节方法通过回水温度差值、变化率、变化趋势等计算控制法、大数据分析计算控制法等，这些方法应用较少，没有获得实际性发展。

发明内容

本发明提供一种用于空气源供热回水温度的控制方法，能够更好的回水温度，实现恒温回水控制，达到供热系统节能、舒适运行的目的。

本发明具体为一种用于空气源供热回水温度的控制方法，所述用于空气源供热回水温度的控制方法包括以下步骤：

步骤(1)：采集环境温度T、出水流量F、回水温度T₂、出水温度T₃；

步骤(2)：计算环境温度处理值T₁＝(T+50)/10；

步骤(3)：从当前时间往后每1分钟取一次所述回水温度，取满4组；当前时间减去循环周期的时间向后每1分钟取一次所述出水温度、所述环境温度，取满4组；得到4组数据记录；

步骤(4)：根据T₃＝(a×T₁ ³+b×T₁ ²+c×T₁+d)/F+T₂计算出系数a、b、c、d；

步骤(5)：采集实时所述环境温度；

步骤(6)：设定回水温度设定值；

步骤(7)：计算出所述出水温度设定值T₄＝(a×T₁ ³+b×T₁ ²+c×T₁+d)/F+T₂；

步骤(8)：判断所述出水温度T₃是否大于所述出水温度设定值T₄，若是，停止一台热泵，返回步骤(5)；若不是，增加一台所述热泵，返回步骤(5)。

所述系数a、b、c、d的计算过程为：

所述出水流量F一般不变，

计Y＝(T₃-T₂)F，X＝T₁，则有Y＝a·X³+b·X²+c·X+d；

步骤(3)中得到的4组数据记录为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，(x₄,y₄)；

式1-1减式1-2，式1-2减式1-3，式1-3减式1-4，去d得：

去c求解得：

去b求解得：

继续计算出所述系数b、c、d。

与现有技术相比，有益效果是：及时响应环境温度变化，计算出需要维持恒定回水温度为设定值的出水温度值，根据计算的出水温度自动调节，使得回水温度基本恒定在设定值附近，通过改变热泵启停台数或启停压缩机台数较容易控制系统出水温度，响应较及时，对回水温度控制较理想。

附图说明

图1为本发明一种用于空气源供热回水温度的控制方法的工作流程图。

图2为实施例1中，实际连续运行时控制的出水温度和回水温度趋势图。

图3为实施例1中，实际间断运行时控制的出水温度和回水温度趋势图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种用于空气源供热回水温度的控制方法的具体实施方式做详细阐述。

空气源供热系统在满足供热需求的前提下，为了达到节能的效果，避免前端和高层热用户室温过高，末端用户室温过低等不良情况发生，应该维持供热系统回水温度稳定在设定范围内或恒温回水。但是，供热系统响应慢，循环周期过长，一般周期在半小时以上，通过现有的自动化控制方法不能实现理想的恒温回水供热；不同工况下回水温度与出水温度没有固定的关系方程式来表示。对比对回水温度的控制，出水温度较易实现精准的控制，但是出水温度并不能直接有效反映系统供热性能。本发明，同工况自动生成的关系方程式计算出水温度，通过实时控制出水温度值，实现恒温回水控制，达到供热系统节能、舒适运行的目的。

供热系统实时供热量影响因素较复杂，与供热系统工况、环境温度、光照强度、风力、需热用户数量变化等因素有关，我们假设相近时间段内光照、风力、热用户变化等因素绝大部分情况下变化较小，供热系统出水温度、回水温度、环境温度存在方程式关系，只要找出环境温度变化与供热量关系，即可由设定的回水温度、环境温度计算确定出水温度，通过控制出水温度维持供热系统回水恒温为设定值，关系方程式为T₃＝(a×T₁ ³+b×T₁ ²+c×T₁+d)/F+T₂，T₃为出水温度，T₁＝(T+50)/10为环境温度处理值；T₂为回水温度；F为出水流量，一般不变；T为环境温度；a、b、c、d为不同工况下待求解数。

如图1所示，本发明的用于空气源供热回水温度的控制方法包括以下步骤：

步骤(1)：采集环境温度T、出水流量F、回水温度T₂、出水温度T₃；

步骤(2)：计算环境温度处理值T₁＝(T+50)/10；

步骤(3)：从当前时间往后每1分钟取一次所述回水温度，取满4组；当前时间减去循环周期的时间向后每1分钟取一次所述出水温度、所述环境温度，取满4组；得到4组数据记录；

步骤(4)：根据T₃＝(a×T₁ ³+b×T₁ ²+c×T₁+d)/F+T₂计算出系数a、b、c、d；

步骤(5)：采集实时所述环境温度；

步骤(6)：设定回水温度设定值；

步骤(7)：计算出所述出水温度设定值T₄＝(a×T₁ ³+b×T₁ ²+c×T₁+d)/F+T₂；

步骤(8)：判断所述出水温度T₃是否大于所述出水温度设定值T₄，若是，停止一台热泵，返回步骤(5)；若不是，增加一台所述热泵，返回步骤(5)。

所述系数a、b、c、d的计算过程为：

所述出水流量F一般不变，

计Y＝(T₃-T₂)F，X＝T₁，则有Y＝a·X³+b·X²+c·X+d；

假设水流速和供热一个循环管长已知，可计算出水循环一周的时间，此值可以根据实际工况设置，也可以根据实际工况估算，循环周期用于出水温度、环境温度取值时间点；

步骤(3)中得到的4组数据记录为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，(x₄,y₄)；

式1-1减式1-2，式1-2减式1-3，式1-3减式1-4，去d得：

去c求解得：

去b求解得：

继续计算出所述系数b、c、d。

实施例1，某供热站30套空气源热泵，供热面积约9万平方米。自动化控制逻辑中采用变出口温度控制恒定回水温度的控制方法，循环水出水后大约30分钟反馈到回水温度变化，水循环周期30分钟左右，流量不变。计某时间为取出水温度值、环境温度值、30分钟后回水温度值，每10秒钟取1个数值，取4组数值，通过数学自动求解方程式，某时间30分钟40秒后生成方程式记录为：

T₃＝-0.013T₁ ³-0.171T₁ ²-3.210T₁+18.570+T₂，

此时环境温度为-19℃，T₁＝(50-19)/10＝3.1，

回水温度设置值为40℃，T₂＝40，

T₃＝-0.013×3.1³-0.171×3.1²-3.210×3.1+18.570+T₂＝46.6，

输出出口温度设置值为44.6℃；

40秒后生成方程式：

T₃＝-0.013T₁ ³-0.171T₁ ²-3.210T₁+18.570+T₂，

此时环境温度-18.6℃，T3＝46.5℃。

如图2所示，实际连续运行时控制的出水温度和回水温度趋势图，通过改变出口温度，回水温度基本保持恒温。

如图3所示，实际间断运行时控制的出水温度和回水温度趋势图，通过改变出口温度，满1运行周期后，回水温度基本保持恒温。

最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (2)

1.一种用于空气源供热回水温度的控制方法，其特征在于，所述用于空气源供热回水温度的控制方法包括以下步骤：

步骤(1)：采集环境温度T、出水流量F、回水温度T₂、出水温度T₃；

步骤(2)：计算环境温度处理值T₁＝(T+50)/10；

步骤(3)：从当前时间往后每1分钟取一次所述回水温度，取满4组；当前时间减去循环周期的时间向后每1分钟取一次所述出水温度、所述环境温度，取满4组；得到4组数据记录；

步骤(4)：根据T₃＝(a×T₁ ³+b×T₁ ²+c×T₁+d)/F+T₂计算出系数a、b、c、d；

步骤(5)：采集实时所述环境温度；

步骤(6)：设定回水温度设定值；

步骤(7)：计算出所述出水温度设定值T₄＝(a×T₁ ³+b×T₁ ²+c×T₁+d)/F+T₂；

步骤(8)：判断所述出水温度T₃是否大于所述出水温度设定值T₄，若是，停止一台热泵，返回步骤(5)；若不是，增加一台所述热泵，返回步骤(5)。

2.根据权利要求1所述的一种用于空气源供热回水温度的控制方法，其特征在于，所述系数a、b、c、d的计算过程为：

所述出水流量F一般不变，

计Y＝(T₃-T₂)F，X＝T₁，则有Y＝a·X³+b·X²+c·X+d；

步骤(3)中得到的4组数据记录为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，(x₄,y₄)；

式1-1减式1-2，式1-2减式1-3，式1-3减式1-4，去d得：

去c求解得：

去b求解得：

继续计算出所述系数b、c、d。

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