CN112682841A - 一种电气热综合供暖的室内温度控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气热综合供暖的室内温度控制方法及控制装置，包括采集通讯模块、云端通讯模块、控制通讯模块、操作显示模块、数据存储模块和执行运算模块，根据获得的实时电价、燃气价格、集中供暖价格，通过热源控制方法选用哪种能源形式供热，调节能源供应；根据获得的室外气温、热水出水阀门开度、热水源的量测水温及人工设置的目标水温，根据选择的能源类型确定并控制热水源能源输入功率，调节热水温度；根据设定的目标室温、室温传感器采集的实时温度数据，确定热水出水阀门开度，控制热水流量，调节室内温度。本发明综合应用电、气、热多种能源形式取暖，可有效降低用户取暖成本，减少温室气体排放，提升用户采暖体验。

Description

一种电气热综合供暖的室内温度控制方法及控制装置

技术领域

本发明属于能源控制技术领域，特别是涉及一种电气热综合供暖的室内温度控制方法及控制装置。

背景技术

在高寒地区，比如我国的的东三省、内蒙等地区，严冬季节长，采暖是城镇居民过冬的必备物质条件，并且是一项影响居民正常生活和生产经营的重要民生工程。通常采用集中供暖的形式，以煤炭作为燃料，加热锅炉热水，通过管网输送到居民建筑物，热交换后冷水再回到供热站。集中供暖具有典型的供热面积大、供热范围广等特点。同时可以有效利用火力发电厂、工业企业余热，实现能源的梯级利用。

风力发电作为一种清洁可再生的发电方式，在世界各国的推动下得到了迅速发展。截至2017年底，我国风电累计装机容量已达1.88亿kW。然而，伴随着风电装机容量的大幅提升，也产生了较明显的弃风问题。2017年前三季度，中国累计弃风电量29.55TWh，虽然较2016年同期相比虽有所下降，但部分省份和地区弃风问题仍十分突出。系统调峰能力不足、火电机组灵活性改造完成度不够且参与调峰积极性不高是造成这一问题的主要症结之一。

随着化石燃料的减少和环境问题的加剧，开发利用可再生能源和减少碳排放的呼声越来越高，特别是我国北方地区，进入供暖季后，往往引发严重的雾霾天气，原有的供暖技术已经难以适应新的要求。现有的供暖技术主要存在一下问题：

(1)单一的集中供暖形式，减少了用户的选择性，不能远程调节室内温度，用户不在家时，暖气照常供应，不仅造成能源浪费，还加重了用户费用支出；

(2)用户不能实现多种能源互补，不能发挥价格调节的作用，一方面由于系统调峰能力不足而弃风，另一方面集中供暖造成能源浪费；

(3)没有考虑电、气、热三种供暖能源实时价格因素，难以通过价格工具促进新能源消纳，降低碳排放。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种电气热综合供暖的室内温度控制方法及控制装置，综合考虑电、气、热三种供暖能源实时价格因素，通过价格工具、远程调控，减少能源浪费，降低碳排放。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种电气热综合供暖的室内温度控制方法，包括流量控制、水温控制及热源控制；

热源控制：根据获得的实时电价、燃气价格、集中供暖价格，通过热源控制方法选用哪种能源形式供热，调节能源供应；

水温控制：根据获得的室外气温、热水出水阀门开度、热水源的量测水温及人工设置的目标水温，根据选择的能源类型，确定电功率或燃气阀门开度或热水进水阀门开度，调节热水温度；

流量控制：根据设定的目标室温、室温传感器采集的实时温度数据，确定热水出水阀门开度，控制热水流量，调节室内温度。

优选的，所述流量控制的方法，包括以下步骤：

第1步：从数据存数模块获取当前目标室温T_set和测量室温T_m；

第2步：计算目标室温与测量室温之差，即室温偏差△T：

△T＝T_set-T_m

第3步：判断室温偏差的绝对值|△T|是否小于设定的室温控制允许误差δT_min；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第4步；

第4步：判断室温偏差△T是否大于0；如果是，则跳转到第8步；否则，执行第5步；

第5步：判断当前阀门开度是否最小；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第6步；

第6步：将阀门关小调整开度△V；

第7步：等待预设的温度采集时间△t；然后跳转至第2步。

第8步：判断当前阀门开度是否最大；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第9步；

第9步：将阀门开大调整开度△V；然后跳转至第7步。

优选的，所述水温控制的方法，包括以下步骤：

第1步：从数据存数模块获取当前室外气温T_out、热水阀门开度V_hw、测量水温T_wm、以及人工设置的目标水温T_wset1；

第2步：根据室外气温确定出热水源的目标水温T_wset2；同时，根据热水阀门开度确定出热水源的目标水温T_wset3；

第3步：根据三个目标水温T_wset1、T_wset2、T_wset3，确定最终的目标水温T_wset；如果存在人工设置目标水温，则取T_wset＝T_wset1；如果不存在人工设置目标水温，根据热水阀门开度进行选择，如果热水阀门开度在N1-N2，则按室外气温调节目标水温，取T_wset＝T_wset2；如果热水阀门开度不在N1-N2范围内，则按热水阀门开度调节目标水温，取T_wset＝T_wset3，其中N1、N2为设定的角度；

第4步：计算目标水温与测量水温之差，即水温偏差△T_w：

△T_w＝T_wset-T_wm

第5步：判断水温偏差的绝对值|△T_w|是否小于设定的水温控制允许误差δT_wmin；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第6步；

第6步：判断当前用能类型，如果使用电加热，则调节电锅炉功率；如果使用气加热，则调节热水源燃气进气阀门；如果使用集中供暖的热水，则调节热水源的热水进水阀门；

第7步：等待预设的温度采集时间△t；然后跳转至第4步。

优选的，所述热源控制的方法，包括以下步骤：

第1步：获取实时电价、实时气价、实时热价；

第2步：根据实时电价、实时气价、实时热价折算到同一计量单位和价格元/kWh；

第3步：根据折算后的三个实时价格，选取价格最优的能源类型；

第4步：判断所选择的能源类型是否与当前正在使用的能源类型相同；如果相同，则跳转至第7步；如果不相同，则执行第5步；

第5步：开通所选择的能源开关，同时关闭其他能源类型的开关；

第6步：调用所述水温控制的方法，根据目标水温调节用能量；

第7步：等待预设的温度采集时间△t；然后跳转至第1步。

采用所述电气热综合供暖的室内温度控制方法的控制装置，包括采集通讯模块、云端通讯模块、控制通讯模块、操作显示模块、数据存储模块和执行运算模块；

所述采集通讯模块，获取室内实时温度测量值，与执行运算模块通讯；

所述控制通讯模块分别连接热水源的热水出水阀门、热源选择控制器、水温控制器，分别控制热水出水流量、选择热源类型、控制热水源温度，与执行运算模块通讯；

所述操作显示模块包括用于设置室内温度、热水源温度的输入元件和显示室内温度信息的显示元件，与执行运算模块通讯；

所述数据存储模块用于存储可执行软件编码、设置信息以及存储历史数据，与执行运算模块通讯；

所述云端通讯模块与互联网云端平台通讯，实时获取室外天气温度、获取电气热能源实时价格；与执行运算模块通讯，远程设置室内温度、设置热水源温度；

所述执行运算模块用于运行软件编码、执行室内温度控制，包括流量控制、水温控制和热源控制。

优选的，所述采集通讯模块为温度传感器，与操作显示模块通讯。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的一种电气热综合供暖的室内温度控制方法及控制装置，面向电、气、热综合供暖场景，自动获取电、气、热实时价格，根据实时价格，自动选用最便宜的能源形式，有助于节省供暖费用。

2.本发明建立云-端模式，用户可远程设置室温和水温，室内无人时调低室温及水温，甚至关闭供暖，降低供暖损耗；在回家前，提前开启供暖，或调高室温及水温，保障到家时室内温度舒适。

3.本发明在风电或光电大发时，通过用电取暖，可减少“弃风”、“弃光”，减少化石能源消耗，减少碳排放。

4.本发明适用于居民家庭以及企事业单位的冬季取暖时室内温度控制，综合应用电、气、热多种能源形式取暖，考虑各种能源价格时变性和天气温度的变化，可有效降低用户取暖成本，有助于提高对风电、太阳能等新能源消纳，减少温室气体排放，提升用户采暖体验，为用户参与实时能源交易提供了手段。

附图说明

图1是本发明的控制装置结构示意图；

图2是本发明应用系统示意图；

图3是本发明综合供暖流量控制方法流程图；

图4是本发明综合供暖水温控制方法流程图；

图5是本发明综合供暖热源控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例：本发明一种电气热综合供暖的室内温度控制方法，包括流量控制、水温控制及热源控制；

热源控制：根据获得的实时电价、燃气价格、集中供暖价格，通过热源控制方法选用哪种能源形式供热，调节能源供应；

水温控制：根据获得的室外气温、热水出水阀门开度、热水源的量测水温及人工设置的目标水温，根据选择的能源类型，计算电功率或燃气阀门开度或热水进水阀门开度，调节热水温度；

流量控制：根据设定的目标室温、室温传感器采集的实时温度数据，计算热水出水阀门开度，控制热水流量，调节室内温度。

所述流量控制的方法，包括以下步骤：

第1步：从数据存数模块获取当前目标室温T_set和测量室温T_m；

第2步：计算目标室温与测量室温之差，即室温偏差△T：

△T＝T_set-T_m

第3步：判断室温偏差的绝对值|△T|是否小于设定的室温控制允许误差δT_min；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第4步；

第4步：判断室温偏差△T是否大于0；如果是，则跳转到第8步；否则，执行第5步；

第5步：判断当前阀门开度是否最小；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第6步；

第6步：将阀门关小调整开度△V，所述△V是根据温度差△T＝T_set-T_m来确定的，温度差大，△V的设定就大，温度差小，△V的设定就小；本例△V满足：

Vmax:阀门最大开度，

△V:阀门需要变动角度，

k：系数取值范围(0.8-1.2)，可根据需要选取；

第7步：等待预设的温度采集时间△t，然后跳转至第2步；所述预设的温度采集时间△t是人为设置的，可以是30分钟，也可以是1小时，根据实际情况认为设定。

第8步：判断当前阀门开度是否最大；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第9步；

第9步：将阀门开大调整开度△V；然后跳转至第7步。

所述水温控制的方法，包括以下步骤：

第1步：从数据存数模块获取当前室外气温T_out、热水阀门开度V_hw、测量水温T_wm、以及人工设置的目标水温T_wset1；

第2步：根据室外气温确定出热水源的目标水温T_wset2；同时，根据热水阀门开度确定出热水源的目标水温T_wset3；

第3步：根据三个目标水温T_wset1、T_wset2、T_wset3，确定最终的目标水温T_wset；如果存在人工设置目标水温，则取T_wset＝T_wset1；如果不存在人工设置目标水温，根据热水阀门开度进行选择，如果热水阀门开度在N1-N2，则按室外气温调节目标水温，取T_wset＝T_wset2；如果热水阀门开度不在N1-N2范围内，则按热水阀门开度调节目标水温，取T_wset＝T_wset3，其中N1、N2为设定的角度；

第4步：计算目标水温与测量水温之差，即水温偏差△T_w：

△T_w＝T_wset-T_wm

第5步：判断水温偏差的绝对值|△T_w|是否小于设定的水温控制允许误差δT_wmin；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第6步；

第6步：判断当前用能类型，如果使用电加热，则调节电锅炉功率；如果使用气加热，则调节热水源燃气进气阀门；如果使用集中供暖的热水，则调节热水源的热水进水阀门；

第7步：等待预设的温度采集时间△t(△t是人为设置的，可以是30分钟，也可以是1小时，根据实际需求设定)；然后跳转至第4步。

所述热源控制的方法，包括以下步骤：

第1步：获取实时电价、实时气价、实时热价；

第2步：根据实时电价、实时气价、实时热价折算到同一计量单位和价格元/kWh；

第3步：根据折算后的三个实时价格，选取价格最优的能源类型；

第4步：判断所选择的能源类型是否与当前正在使用的能源类型相同；如果相同，则跳转至第7步；如果不相同，则执行第5步；

第5步：开通所选择的能源开关，同时关闭其他能源类型的开关；

第6步：调用所述水温控制的方法，根据目标水温调节用能量；

第7步：等待预设的温度采集时间△t；然后跳转至第1步。

本发明一种电气热综合供暖的室内温度控制装置，包括采集通讯模块、云端通讯模块、控制通讯模块、操作显示模块、数据存储模块和执行运算模块；

所述采集通讯模块，获取室内实时温度测量值，与执行运算模块通讯；

所述控制通讯模块分别连接热水源的热水出水阀门、热源选择控制器、水温控制器，分别控制热水出水流量、选择热源类型、控制热水源温度，与执行运算模块通讯；使用时，向热水源的热源选择控制器下发指令，选择电、燃气、集中供暖之一导通，选择使用三者中的某一种能源类型；向热水源的水温控制器下发指令，设置热水源的水温；

所述操作显示模块包括用于设置室内温度、热水源温度的输入元件和显示室内温度信息的显示元件，可输入室内控制目标温度、热水源控制目标温度，可显示室内当前温度，与执行运算模块通讯；

所述数据存储模块用于存储可执行软件编码、设置信息以及存储历史数据，包括室内当前温度、室内控制目标温度、热水源控制目标温度、室外天气温度、电、燃气、集中供暖价格等当前值以及历史值，与执行运算模块通讯；

所述云端通讯模块与互联网云端平台通讯，实时获取室外天气温度、获取电气热能源实时价格；与执行运算模块通讯，远程设置室内温度、设置热水源温度；

所述执行运算模块用于运行软件编码、执行室内温度控制，包括流量控制、水温控制和热源控制；与云端通讯模块、操作显示模块、控制通讯模块、采集通讯模块、数据存储模块分别进行通讯，从这些模块获取数据或者向这些模块发送数据或指令。

本例所述采集通讯模块为温度传感器，与操作显示模块通讯。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电气热综合供暖的室内温度控制方法，其特征在于：包括流量控制、水温控制及热源控制；

热源控制：根据获得的实时电价、燃气价格、集中供暖价格，通过热源控制方法选用哪种能源形式供热，调节能源供应；

水温控制：根据获得的室外气温、热水出水阀门开度、热水源的量测水温及人工设置的目标水温，根据选择的能源类型，确定电功率或燃气阀门开度或热水进水阀门开度，调节热水温度；

流量控制：根据设定的目标室温、室温传感器采集的实时温度数据，确定热水出水阀门开度，控制热水流量，调节室内温度。

2.根据权利要求1所述电气热综合供暖的室内温度控制方法，其特征在于：所述流量控制的方法，包括以下步骤：

第1步：从数据存数模块获取当前目标室温T_set和测量室温T_m；

第2步：计算目标室温与测量室温之差，即室温偏差△T：

△T＝T_set-T_m

第3步：判断室温偏差的绝对值|△T|是否小于设定的室温控制允许误差δT_min；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第4步；

第4步：判断室温偏差△T是否大于0；如果是，则跳转到第8步；否则，执行第5步；

第5步：判断当前阀门开度是否最小；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第6步；

第6步：将阀门关小调整开度△V；

第7步：等待预设的温度采集时间△t；然后跳转至第2步。

第8步：判断当前阀门开度是否最大；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第9步；

第9步：将阀门开大调整开度△V；然后跳转至第7步。

3.根据权利要求1所述电气热综合供暖的室内温度控制方法，其特征在于：所述水温控制的方法，包括以下步骤：

第1步：从数据存数模块获取当前室外气温T_out、热水阀门开度V_hw、测量水温T_wm、以及人工设置的目标水温T_wset1；

第2步：根据室外气温确定出热水源的目标水温T_wset2；同时，根据热水阀门开度确定出热水源的目标水温T_wset3；

第3步：根据三个目标水温T_wset1、T_wset2、T_wset3，确定最终的目标水温T_wset；如果存在人工设置目标水温，则取T_wset＝T_wset1；如果不存在人工设置目标水温，根据热水阀门开度进行选择，如果热水阀门开度在N1-N2，则按室外气温调节目标水温，取T_wset＝T_wset2；如果热水阀门开度不在N1-N2范围内，则按热水阀门开度调节目标水温，取T_wset＝T_wset3，其中N1、N2为设定的角度；

第4步：计算目标水温与测量水温之差，即水温偏差△T_w：

△T_w＝T_wset-T_wm

第5步：判断水温偏差的绝对值|△T_w|是否小于设定的水温控制允许误差δT_wmin；如果是，则跳转到第7步；否则，执行第6步；

第6步：判断当前用能类型，如果使用电加热，则调节电锅炉功率；如果使用气加热，则调节热水源燃气进气阀门；如果使用集中供暖的热水，则调节热水源的热水进水阀门；

第7步：等待预设的温度采集时间△t；然后跳转至第4步。

4.根据权利要求1所述电气热综合供暖的室内温度控制方法，其特征在于：所述热源控制的方法，包括以下步骤：

第1步：获取实时电价、实时气价、实时热价；

第2步：根据实时电价、实时气价、实时热价折算到同一计量单位和价格元/kWh；

第3步：根据折算后的三个实时价格，选取价格最优的能源类型；

第4步：判断所选择的能源类型是否与当前正在使用的能源类型相同；如果相同，则跳转至第7步；如果不相同，则执行第5步；

第5步：开通所选择的能源开关，同时关闭其他能源类型的开关；

第6步：调用所述水温控制的方法，根据目标水温调节用能量；

第7步：等待预设的温度采集时间△t；然后跳转至第1步。

5.采用如权利要求1所述电气热综合供暖的室内温度控制方法的控制装置，其特征在于：包括采集通讯模块、云端通讯模块、控制通讯模块、操作显示模块、数据存储模块和执行运算模块；

所述采集通讯模块，获取室内实时温度测量值，与执行运算模块通讯；

所述控制通讯模块分别连接热水源的热水出水阀门、热源选择控制器、水温控制器，分别控制热水出水流量、选择热源类型、控制热水源温度，与执行运算模块通讯；

所述操作显示模块包括用于设置室内温度、热水源温度的输入元件和显示室内温度信息的显示元件，与执行运算模块通讯；

所述数据存储模块用于存储可执行软件编码、设置信息以及存储历史数据，与执行运算模块通讯；

所述云端通讯模块与互联网云端平台通讯，实时获取室外天气温度、获取电气热能源实时价格；与执行运算模块通讯，远程设置室内温度、设置热水源温度；

所述执行运算模块用于运行软件编码、执行室内温度控制，包括流量控制、水温控制和热源控制。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于：所述采集通讯模块为温度传感器，与操作显示模块通讯。

Images