CN112665006B - 一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制方法与系统。设置多种传感器，将室内温度、室外温度、加热器温度、气象温度以及气象预测温度相结合，考虑了气象温度和实际室外温度的误差，考虑了加热器向室内散热的时间差，考虑了加热器向室内散热的效率，综合考虑后计算接下来一小时的加热曲线，从而更加精准的对室内温度进行控制；结合时室外湿度对于热扩散的影响，在进行温度控制时将下一小时的湿度与上一小时的平均湿度的差值作为修正系数，并结合经验进行修正，使得温度控制更加精准，只有基于准确的温度控制才能进行准确的能耗预测。

Description

一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制方法与系统

技术领域

本发明涉及供暖系统领域，尤其涉及一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制方法与系统。

背景技术

碳纤维电暖器是采用高新材料-碳纤维发热线为发热体，设计研制的全新型的电暖器。带有温控器，遥控器具有加热、取暖之功能，还有辐射较高的远红外线，倡导绿色环保、高效节能、安全方便，热效率高，发热快，控制精准。

申请号CN201720200290.3公开了调节供暖二次网气候补偿系统，包括气候补偿器主机，气候补偿器主机分别连接有室内温度传感器、室外温度传感器、气象数据接收器、二次混水供水温度传感器、二次回水温度传感器和电动三通阀；二次混水供水温度传感器安装在二次混水供水管路上，二次回水温度传感器安装在二次回水管路上，二次混水供水管路与二次回水管路共同连接有供暖管路换热器；供暖管路换热器连接有热源，热源通过线路分别连接有控制器、太阳能发电装置和风力发电装置，控制器与气象数据接收器连接。解决了存在的供暖能耗高、热水管网实施调节困难的问题。

申请号CN202010420972.1提供了一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制方法，获取参数，获取室内平均温度随时间的变化情况，获取传导功率随时间的变化情况，获取围护结构在热传递时存储的热能，获取一天通过热传导从室内传到室外的热量。本发明还提供了一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制系统。本发明的有益效果是：可以较好的获取热能消耗，为精准预控性供暖提供依据。但是由于各个住户的住房环境不同，使用习惯不同，仅仅根据模型预测还是存在不准确的情况。

发明内容

针对上述内容，为解决上述问题，提供一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制系统，包括室内温度传感器、碳纤维加热器、碳纤维加热控制器、气候数据获取模块、气候补偿计算模块、供暖协调控制器、室外温度传感器和室外湿度传感器；

供暖协调控制器连接碳纤维加热控制器、气候数据获取模块、气候补偿计算模块、室外温度传感器和室外湿度传感器；碳纤维加热控制器连接碳纤维加热器和多个室内温度传感器；

室内温度传感器将获取的室内温度数据发送给碳纤维加热控制器，碳纤维加热控制器将室内温度数据发送给供暖协调控制器；碳纤维加热器将碳纤维加热器的表面温度数据发送给碳纤维加热控制器，碳纤维加热控制器将碳纤维加热器的表面温度数据发送给供暖协调控制器；室外温度传感器和室外湿度传感器将室外的温度数据和室外的湿度数据发送给供暖协调控制器；

气候数据获取模块从气象台获取当前温度和湿度数据并记录，同时获取未来一段时间内的温度和湿度随时间的变化曲线；

气候补偿计算模块根据室内温度数据、室外温度数据、室外湿度数据、纤维加热器的表面温度数据、记录的气象温度和湿度数据以及未来一段时间的气象温度和湿度数据计算未来一段时间碳纤维加热器的加热温度变化曲线；

供暖协调控制器根据未来一段时间碳纤维加热器的加热温度变化曲线控制碳纤维加热器进行供暖加热。

室内温度传感器的数量为多个，分布于房间内的不同位置，碳纤维加热控制器将同一个碳纤维加热控制器对应的多个室内温度传感器的获取的温度的平均值发送给供暖协调控制器。

碳纤维加热控制器的数量为多个，每一户家庭设置一个碳纤维加热控制器，每一个小区设置一个供暖协调控制器；每一个碳纤维加热控制器在其上级的供暖协调控制器具有对应的编码。

一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制方法，使用基于气候补偿的碳纤维电供暖控制系统。

室内温度传感器采集的上一小时的温度数据记为T1(t)，室外温度传感器采集的上一小时的温度数据记为T2(t)，室外湿度传感器采集的上一小时的湿度数据记为H(t)，上一小时的碳纤维加热器的表面温度数据记为T3(t),记录的上一小时的气象温度数据记为T4(t)，记录的上一小时的湿度数据记为H2(t)，未来一小时的气象温度数据记为T5(t)，未来一小时的气象温度数据记为H3(t)，其中t表示时间，取值范围为1~60 min；

气候补偿计算模块计算上一小时的室内外温差曲线C(t)=T2(t)-T1(t)；

气候补偿计算模块获取上一小时的室内外温差曲线C(t)的波峰时间位置t1，然后获取上一小时的碳纤维加热器的表面温度数据记为T3(t)的波峰数据t2；然后计算热扩散延时dt=t1-t2；

之后气候数据获取模块获取未来dt+60min气象温度数据和气象湿度数据

气候补偿计算模块计算温度预报准确率

，

气候补偿计算模块计算湿度预报准确率

；

气候补偿计算模块计算热扩散率

；

气候补偿计算模块计算上一小时的平均湿度

设未来一小时室内的气温的设置温度为恒定值T0；

气候补偿计算模块计算未来一小时碳纤维加热器的加热温度变化曲线：

；

其中α为湿度补偿系数，为一常数，根据经验设置；H3(t)为未来一小时的气象温度数据，为相对湿度，由百分比表示；

供暖协调控制器获取前一小时内碳纤维加热器消耗的电能E1，然后计算碳纤维加 热器的热能效率

，之后计算将来一小时的碳纤维加热器能耗

。

供暖协调控制器和气候补偿计算模块均在每小时的零分进行计算和预测，并控制加热器执行加热计划。

本发明的有益效果为：

由于室外的温度在一个小时内的变化比较缓慢，而室内碳纤维加热器的加热速率快，因此选择将室内外温差和加热器与室外温差的比值计算得到热扩散效率；并且由于碳纤维的加热速率比较快，因此其热扩散延时相对于1小时的时间来说进行积分时是可以不考虑的，因此本发明在进行积分计算时忽略了热扩散延时；但是由于在进行加热器的控制时必须考虑该延时，因此在进行加热温度变化曲线的计算时考虑了该延时，使得控制更加精确。

本发明设置多种传感器，将室内温度、室外温度、加热器温度、气象温度以及气象预测温度相结合，考虑了气象温度和实际室外温度的误差，考虑了加热器向室内散热的时间差，考虑了加热器向室内散热的效率，综合考虑后计算接下来一小时的加热曲线，从而更加精准的对室内温度进行控制；

结合时室外湿度对于热扩散的影响，在进行温度控制时将下一小时的湿度与上一小时的平均湿度的差值作为修正系数，并结合经验进行修正，使得温度控制更加精准，只有基于准确的温度控制才能进行准确的能耗预测。

附图说明

被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。

图1为本发明整体结构示意图。

具体实施方式

本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。

实施例1：

一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制系统，包括室内温度传感器、碳纤维加热器、碳纤维加热控制器、气候数据获取模块、气候补偿计算模块、供暖协调控制器、室外温度传感器和室外湿度传感器；

供暖协调控制器连接碳纤维加热控制器、气候数据获取模块、气候补偿计算模块、室外温度传感器和室外湿度传感器；碳纤维加热控制器连接碳纤维加热器和多个室内温度传感器；

室内温度传感器将获取的室内温度数据发送给碳纤维加热控制器，碳纤维加热控制器将室内温度数据发送给供暖协调控制器；碳纤维加热器将碳纤维加热器的表面温度数据发送给碳纤维加热控制器，碳纤维加热控制器将碳纤维加热器的表面温度数据发送给供暖协调控制器；室外温度传感器和室外湿度传感器将室外的温度数据和室外的湿度数据发送给供暖协调控制器；

气候数据获取模块从气象台获取当前温度和湿度数据并记录，同时获取未来一段时间内的温度和湿度随时间的变化曲线；

气候补偿计算模块根据室内温度数据、室外温度数据、室外湿度数据、纤维加热器的表面温度数据、记录的气象温度和湿度数据以及未来一段时间的气象温度和湿度数据计算未来一段时间碳纤维加热器的加热温度变化曲线；

供暖协调控制器根据未来一段时间碳纤维加热器的加热温度变化曲线控制碳纤维加热器进行供暖加热。

室内温度传感器的数量为多个，分布于房间内的不同位置，碳纤维加热控制器将同一个碳纤维加热控制器对应的多个室内温度传感器的获取的温度的平均值发送给供暖协调控制器。

碳纤维加热控制器的数量为多个，每一户家庭设置一个碳纤维加热控制器，每一个小区设置一个供暖协调控制器；每一个碳纤维加热控制器在其上级的供暖协调控制器具有对应的编码。

实施例2：

一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制方法，使用基于气候补偿的碳纤维电供暖控制系统。

室内温度传感器采集的上一小时的温度数据记为T1(t)，室外温度传感器采集的上一小时的温度数据记为T2(t)，室外湿度传感器采集的上一小时的湿度数据记为H(t)，上一小时的碳纤维加热器的表面温度数据记为T3(t),记录的上一小时的气象温度数据记为T4(t)，记录的上一小时的湿度数据记为H2(t)，未来一小时的气象温度数据记为T5(t)，未来一小时的气象温度数据记为H3(t)，其中t表示时间，取值范围为1~60 min；

气候补偿计算模块计算上一小时的室内外温差曲线C(t)=T2(t)-T1(t)；

气候补偿计算模块获取上一小时的室内外温差曲线C(t)的波峰时间位置t1，然后获取上一小时的碳纤维加热器的表面温度数据记为T3(t)的波峰数据t2；然后计算热扩散延时dt=t1-t2；

之后气候数据获取模块获取未来dt+60min气象温度数据和气象湿度数据

气候补偿计算模块计算温度预报准确率

，

气候补偿计算模块计算湿度预报准确率

；

气候补偿计算模块计算热扩散率

；

气候补偿计算模块计算上一小时的平均湿度

设未来一小时室内的气温的设置温度为恒定值T0；

气候补偿计算模块计算未来一小时碳纤维加热器的加热温度变化曲线：

；

其中α为湿度补偿系数，为一常数，根据经验设置；H3(t)为未来一小时的气象温度数据，为相对湿度，由百分比表示；

供暖协调控制器获取前一小时内碳纤维加热器消耗的电能E1，然后计算碳纤维加 热器的热能效率

，之后计算将来一小时的碳纤维加热器能耗

。

供暖协调控制器和气候补偿计算模块均在每小时的零分进行计算和预测，并控制加热器执行加热计划。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制方法，其特征在于使用一种基于气候补偿的碳纤维电供暖控制系统，控制系统包括室内温度传感器、碳纤维加热器、碳纤维加热控制器、气候数据获取模块、气候补偿计算模块、供暖协调控制器、室外温度传感器和室外湿度传感器；

供暖协调控制器连接碳纤维加热控制器、气候数据获取模块、气候补偿计算模块、室外温度传感器和室外湿度传感器；碳纤维加热控制器连接碳纤维加热器和多个室内温度传感器；

室内温度传感器将获取的室内温度数据发送给碳纤维加热控制器，碳纤维加热控制器将室内温度数据发送给供暖协调控制器；碳纤维加热器将碳纤维加热器的表面温度数据发送给碳纤维加热控制器，碳纤维加热控制器将碳纤维加热器的表面温度数据发送给供暖协调控制器；室外温度传感器和室外湿度传感器将室外的温度数据和室外的湿度数据发送给供暖协调控制器；

气候数据获取模块从气象台获取当前温度和湿度数据并记录，同时获取未来一段时间内的温度和湿度随时间的变化曲线；

气候补偿计算模块根据室内温度数据、室外温度数据、室外湿度数据、纤维加热器的表面温度数据、记录的气象温度和湿度数据以及未来一段时间的气象温度和湿度数据计算未来一段时间碳纤维加热器的加热温度变化曲线；

供暖协调控制器根据未来一段时间碳纤维加热器的加热温度变化曲线控制碳纤维加热器进行供暖加热；

室内温度传感器的数量为多个，分布于房间内的不同位置，碳纤维加热控制器将同一个碳纤维加热控制器对应的多个室内温度传感器的获取的温度的平均值发送给供暖协调控制器；

碳纤维加热控制器的数量为多个，每一户家庭设置一个碳纤维加热控制器，每一个小区设置一个供暖协调控制器；每一个碳纤维加热控制器在其上级的供暖协调控制器具有对应的编码；

具体方法为：

室内温度传感器采集的上一小时的温度数据记为T1(t)，室外温度传感器采集的上一小时的温度数据记为T2(t)，室外湿度传感器采集的上一小时的湿度数据记为H(t)，上一小时的碳纤维加热器的表面温度数据记为T3(t),记录的上一小时的气象温度数据记为T4(t)，记录的上一小时的湿度数据记为H2(t)，未来一小时的气象温度数据记为T5(t)，未来一小时的气象温度数据记为H3(t)，其中t表示时间，取值范围为1～60min；

气候补偿计算模块计算上一小时的室内外温差曲线C(t)＝T2(t)-T1(t)；

气候补偿计算模块获取上一小时的室内外温差曲线C(t)的波峰时间位置t1，然后获取上一小时的碳纤维加热器的表面温度数据记为T3(t)的波峰数据t2；然后计算热扩散延时dt＝t1-t2；

之后气候数据获取模块获取未来dt+60min气象温度数据和气象湿度数据

气候补偿计算模块计算温度预报准确率

气候补偿计算模块计算湿度预报准确率

气候补偿计算模块计算热扩散率

气候补偿计算模块计算上一小时的平均湿度

设未来一小时室内的气温的设置温度为恒定值T0；

气候补偿计算模块计算未来一小时碳纤维加热器的加热温度变化曲线：

其中α为湿度补偿系数，为一常数，根据经验设置；H3(t)为未来一小时的气象温度数据，为相对湿度，由百分比表示；

供暖协调控制器获取前一小时内碳纤维加热器消耗的电能E1，然后计算碳纤维加热器的热能效率

之后计算将来一小时的碳纤维加热器能耗

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