CN114440299B - 一种多能源联用的换向阀控制方式 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地热、恒温循环系统技术领域，特指一种多能源联用的换向阀控制系统，包括有循环水路、主能源水路与辅助能源水路，主能源水路上设有主能源换向阀，辅助能源水路上设有辅助能源换向阀，控制方法依次包括有以下步骤：步骤a、启动控制系统；步骤b、判断是否需要执行；步骤c、控制主能源换向阀的阀门开度；步骤e、控制辅助能源换向阀的阀门开度；本发明主能源水路使用优先于辅助能源水路，通过将实际功率与设定功率相比，借助PID程序控制主能源换向阀或辅助能源换向阀的阀门开度，以控制主能源水路以及辅助能源水路进行热交换，促使实际功能能够与设定功率相同，进而循环水路内的水温能够达到恒温。
Description
技术领域：
本发明属于地热、恒温循环系统技术领域，特指一种多能源联用的换向阀控制方式。
背景技术：
在全球能源指令下，要求低碳排放、利用各种绿色能源，例如太阳能、氢能等，而这些能源都是独立存在着，并且按排放等级以及经济性原则，缺少一套智能控制系统将其联用在一起。
其中，在我国北方的地暖系统中，主要是由集中供热或太阳能供热等低能耗能源以温度不高于60℃的热水为热媒，通过流入室内循环水路中的加热管中并循环流动，以加热地板，进而以辐射和对流的传热方式向室内进行供热。而上述的低能耗能源是否进行供热是根据外界的温度而定，即当外界温度大于指定阈值时，就会停止供热或供热不足，使得居民有温度落差。这在秋高气爽的秋季中，外界温度会在指定阈值上下浮动，导致低能耗能源的频繁中断供热，使得循环水路内的温度时高时低，温度落差而引起居民的不适，严重影响到居民的生活质量和舒适性。
与此同时，我国南方夏天酷热，每户家庭中都单独配装有新风系统或恒温系统，借助制冷机中的制冷液在循环水路中的换热流动，为室内提供制冷；但如何利用例如太阳能的清洁、低碳能源作为优先使用的能源，在其制冷不足的情况下，再使用市电作为辅助能源。保证用户使用要求的前提下，如何经济的使用能源，尽量低碳、减排。
发明内容：
本发明的目的是提供一种多能源联用的换向阀控制方式，其既能够供热又能够制冷，借助主能源水路与辅助能源水路共同为循环水路进行热交换，通过PID程序控制主能源换向阀或辅助能源换向阀的阀门开度，在循环水路供热缺乏时、合理控制主能源水路以及辅助能源水路进行热交换，进而使得循环水路内的水温能够达到恒温。
本发明是这样实现的：
一种多能源联用的换向阀控制方式，包括有循环水路、以及能与循环水路进行热交换的主能源水路与辅助能源水路，主能源水路上设有能导通或阻断主能源水路与循环水路进行热交换的主能源换向阀，辅助能源水路上设有能导通或阻断辅助能源水路与循环水路进行热交换的辅助能源换向阀，循环水路上设有循环水泵，循环水路的回水端处水温为T1、循环水路的出水端处水温为T2、循环水路与主能源水路热交换后的水温为T3、主能源水路的换热前水温为T4、辅助能源水路的换热前水温为T5、主能源水路的换热后水温为T6、辅助能源水路的换热后水温为T7、循环水路内的流量为L系、主能源水路内的换热流量为L主、辅助能源水路内的换热流量为L辅，控制方法依次包括有以下步骤：
步骤a、设定循环水路的额定回水水温为T1设、循环水路的额定出水水温为T2设，稳定运行时间为tp，启动控制系统、并进入下一步骤；
步骤b、分别计算此时的所需功率Q需、主能源消耗功率Q主以及辅助能源消耗功率Q辅，其Q需＝Q设定-Q实际，Q设定＝(T2设-T1设)*L系，Q实际＝Q主+Q辅，Q主＝(T3-T1)*L系＝(T4-T6)*L主，Q辅＝(T2-T3)*L系＝(T5-T7)*L辅，并判断Q需的大小：
b1、当Q需≤0时，则保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并退出控制系统；
b2、当Q需＞0时，进入步骤c；
步骤c、判断主能源换向阀的阀门开度是否完全导通：
c1、当主能源换向阀的阀门没有完全打开时，进入步骤d；
c2、当主能源换向阀的阀门完全打开时，控制辅助能源换向阀导通辅助能源水路与循环水路进行热交换，并进入步骤e；
步骤d、控制辅助能源换向阀阻断辅助能源水路与循环水路的热交换、以及关闭外界室温开关，计算此时主能源水路内的换热流量，即L主＝((T3-T1)*L系)/(T4-T6)，由PID程序控制主能源换向阀的阀门开度以调节L主的大小，保持稳定运行tp之后，计算并判断此时Q实际＝(T2-T1)*L系的大小与Q主＝(T4-T6)*L主的大小：
d1、当Q实际＜Q设定时，重新进入步骤c；
d2、当Q实际≥Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并重新进入步骤b；
步骤e、判断辅助能源换向阀的阀门开度是否完全导通：
e1、当辅助阀门换向阀没有完全打开时，进入步骤f；
e2、当辅助阀门换向阀完全打开时，判断此时Q实际与Q设定之间的大小：
e2-1、当Q实际≥Q设定时，重新进入步骤b；
e2-2、当Q实际＜Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，系统显示主/辅助能源不足，并退出控制系统；
步骤f、计算此时辅助能源水路内的换热流量，即L辅＝((T2-T3)*L系)/(T5-T7)，由PID程序控制辅助能源换向阀的阀门开度以调节L辅的大小，保持稳定运行tp之后，计算并判断此时Q实际＝(T2-T1)*L系的大小与Q辅＝(T5-T7)*L辅的大小：
f1、当Q实际＜Q设定时，重新进入步骤e；
f2、当Q实际≥Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并退出控制系统。
在上述的一种多能源联用的换向阀控制方式中，所述步骤c中的c2还包括有计算并获得此时的L主＝((T3-T1)*L系)/(T4-T6)、Q主＝(T4-T6)*L主以及Q实际＝(T2-T1)*L系。
在上述的一种多能源联用的换向阀控制方式中，所述步骤e中的e2还包括有计算并获得此时的L辅＝((T2-T3)*L系)/(T5-T7)。
在上述的一种多能源联用的换向阀控制方式中，所述T1设为27-33℃，T2设为57-63℃，tp为15-30s。
本发明相比现有技术突出的优点是：
本发明主能源水路使用优先于辅助能源水路，通过将实际功率与设定功率相比，借助PID程序控制主能源换向阀或辅助能源换向阀的阀门开度，以控制主能源水路以及辅助能源水路进行热交换，促使实际功能能够与设定功率相同，进而循环水路内的水温能够达到恒温。
附图说明：
图1是本发明的控制方法逻辑图；
图2是本发明应用于控制系统中的逻辑图。
具体实施方式：
下面以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-2：
一种多能源联用的换向阀控制方式，包括有循环水路、以及能与循环水路进行热交换的主能源水路与辅助能源水路，主能源水路上设有能导通或阻断主能源水路与循环水路进行热交换的主能源换向阀，辅助能源水路上设有能导通或阻断辅助能源水路与循环水路进行热交换的辅助能源换向阀，循环水路上设有循环水泵，循环水路的回水端处水温为T1、循环水路的出水端处水温为T2、循环水路与主能源水路热交换后的水温为T3、主能源水路的换热前水温为T4、辅助能源水路的换热前水温为T5、主能源水路的换热后水温为T6、辅助能源水路的换热后水温为T7、循环水路内的流量为L系、主能源水路内的换热流量为L主、辅助能源水路内的换热流量为L辅，
即本发明主能源水路使用优先于辅助能源水路，通过将实际功率与设定功率相比，借助PID程序控制主能源换向阀或辅助能源换向阀的阀门开度，以控制主能源水路以及辅助能源水路进行热交换，促使实际功能能够与设定功率相同，进而循环水路内的水温能够达到恒温。
控制方法依次包括有以下步骤：
步骤a、设定循环水路的额定回水水温为T1设、循环水路的额定出水水温为T2设，稳定运行时间为tp，启动控制系统、并进入下一步骤；
其中，所述T1设为27-33℃，T2设为57-63℃，tp为15-30s。
为了能够判断是否需要改变主能源换向阀或辅助能源换向阀的阀门开度。
步骤b、分别计算此时的所需功率Q需、主能源消耗功率Q主以及辅助能源消耗功率Q辅，其Q需＝Q设定-Q实际，Q设定＝(T2设-T1设)*L系，Q实际＝Q主+Q辅，Q主＝(T3-T1)*L系＝(T4-T6)*L主，Q辅＝(T2-T3)*L系＝(T5-T7)*L辅，并判断Q需的大小：
b1、当Q需≤0时，则保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并退出控制系统；
b2、当Q需＞0时，进入步骤c；
步骤c、判断主能源换向阀的阀门开度是否完全导通：
c1、当主能源换向阀的阀门没有完全打开时，进入步骤d；
c2、当主能源换向阀的阀门完全打开时，控制辅助能源换向阀导通辅助能源水路与循环水路进行热交换，并进入步骤e；
即优先依靠主能源水路进行供热，在主能源换向阀的阀门完全打开导通时，先将辅助能源换向阀的阀门闭合。
步骤d、控制辅助能源换向阀阻断辅助能源水路与循环水路的热交换、以及关闭外界室温开关，计算此时主能源水路内的换热流量，即L主＝((T3-T1)*L系)/(T4-T6)，由PID程序控制主能源换向阀的阀门开度以调节L主的大小，保持稳定运行tp之后，计算并判断此时Q实际＝(T2-T1)*L系的大小与Q主＝(T4-T6)*L主的大小：
d1、当Q实际＜Q设定时，重新进入步骤c；
d2、当Q实际≥Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并重新进入步骤b；
相对应的，当主能源换向阀的阀门完全打开导通后，通过开启辅助能源换向阀的阀门，以使得主能源水路与辅助能源水路能够一同为循环水路供热。
步骤e、判断辅助能源换向阀的阀门开度是否完全导通：
e1、当辅助阀门换向阀没有完全打开时，进入步骤f；
e2、当辅助阀门换向阀完全打开时，计算并获得此时的L辅＝((T2-T3)*L系)/(T5-T7)，判断此时Q实际与Q设定之间的大小：
e2-1、当Q实际≥Q设定时，重新进入步骤b；
e2-2、当Q实际＜Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，系统显示主/辅助能源不足，并退出控制系统；即当主能源换向阀与辅助能源换向阀的阀门均完全打开导通后，依旧无法使实际功率达到设定功率时，则说明主能源水路与辅助能源水路都缺乏充足的热能。
步骤f、计算此时辅助能源水路内的换热流量，即L辅＝((T2-T3)*L系)/(T5-T7)，由PID程序控制辅助能源换向阀的阀门开度以调节L辅的大小，保持稳定运行tp之后，计算并判断此时Q实际＝(T2-T1)*L系的大小与Q辅＝(T5-T7)*L辅的大小：
f1、当Q实际＜Q设定时，重新进入步骤e；
f2、当Q实际≥Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并退出控制系统。
与此同时，在本实施例中，本发明换向阀控制系统应用于整机的控制系统中的步骤L的L1中，其中，整机的控制系统包括有以下步骤：
步骤A、设定循环水路的额定回水水温为T1设、循环水路的额度出水水温为T2设、额定等待时间为t等、额定稳定时间为t稳，启动控制系统、并进入下一步骤；其中，控制系统中的T1设与T2设的设定数值与本发明的T1设与T2设的设定数值相同，而t等为15-30s，t稳为15-30s。
步骤B、循环水路内系统进水，借助温度传感器检测此时循环水路内的实际水温，并判断实际水温的大小：
B1、当实际水温≤0℃时，系统显示低温保护且进入待机状态或循环水泵不供电，重新进入步骤B；
B2、当实际水温＞0℃时，进入下一步骤；
设定循环水路的最低水压为P额，循环水路通过补水阀进行补水、且额定补水间隔时间为t补；其中，P额为0.8-1.5bar，t补为24-72h。
步骤C、借助压力传感器检测此时循环水路内的实际水压，并判断实际水压是否达到P额：
C1、当实际水压≥P额时，进入下一步骤；
C2、当实际水压＜P额时，判断上一次补水间隔时间是否超过t补：
C2-1、当上一次补水时间≥t补时，关闭补水阀、并系统发出漏水报警；
C2-2、当上一次补水时间＜t补时，打开补水阀，判断L的大小：
C2-2-1、当L＝0时，关闭补水阀、并系统发出漏水报警；
C2-2-2、当L＞0时，保持补水阀打开进行补水、并持续t等之后，借助压力传感器检测此时循环水路内的实际水压是否增加：
C2-2-2-1、若水压没有增加，则关闭补水阀、并系统发出漏水报警；
C2-2-2-2、若水压有增加，则重新进入步骤B；
步骤D、判断T4与T1之间、以及T5与T3之间的大小：
D1、当T4＞T1且T5＞T3时，系统显示无能源警报，并进入步骤D中的D1-1；
D1-1、关闭循环水泵，重新进入步骤D；
D2、当T4＜T1或T5＜T3时：进入下一步骤；
步骤E、单独判断T5与T3的大小：
E1、当T5＜T3时，控制辅助能源换向阀阻断辅助能源水路与循环水路进行热交换、以及关闭外界室温开关，并进入下一步骤；
E2、当T5＞T3时，判断T2与T2设之间的大小：
E2-1、当T2＞T2设时，控制辅助能源换向阀阻断辅助能源水路与循环水路进行热交换、以及关闭外界室温开关，并进入下一步骤；
E2-2、当T2＜T2设时，控制辅助能源换向阀导通辅助能源水路与循环水路进行热交换，并进入下一步骤；
步骤F、单独判断T4与T1的大小：
F1、当T4＞T1时，控制主能源换向阀导通主能源水路与循环水路进行热交换，并进入下一步骤；
F2、当T4＜T1时，控制主能源换向阀阻断主能源水路与循环水路进行热交换，并进入下一步骤；
设定循环水泵额定停机时间为t停、额定回差温度为T差，借助压力传感器检测循环水路出水端处的水压为P出、循环水路回水端处的水压为P回，其中，所述t停为5-15min，T差为3-7℃。
步骤G、判断循环水泵停机时间是否超过t停：
G1、当循环水泵停机时间＞t停时，进入步骤I；
G2、当循环水泵停机时间≤t停时，判断T1与T1设之间的大小：
G2-1、当T1≥T1设时，判断辅助能源换向阀是否导通辅助能源水路与循环水路进行热交换：
G2-1-1、当辅助能源换向阀阻断辅助能源水路与循环水路进行热交换时，控制主换向阀阻断主能源水路与循环水路进行热交换，并进入步骤D中的D1-1；
G2-1-2、当辅助能源换向阀导通辅助能源水路与循环水路进行热交换时，控制辅助能源换向阀阻断辅助能源水路与循环水路进行热交换、以及关闭外界室温开关，并进入步骤F；
G2-2、当T1<T1设时，判断T1设-T差与T1之间的大小：
G2-2-1、当T1设-T差>T1时，关闭循环水泵，同时循环水泵开始停机计时，重新进入步骤G；
G2-2-2、当T1设-T差≤T1时，进入下一步骤；
步骤H、检测循环水泵的工作状态：
H1、当循环水泵处于启动状态时，判断L的大小：
H1-1、当L＝0时，关闭循环水泵，同时循环水泵开始停机计时，重新进入步骤G；
H1-2、当L>0时，进入步骤J；
H2、当循环水泵处于停机状态时，进入下一步骤；
步骤I、判断P出与P回之间的大小：
I1、当P出≠P回时，关闭循环水泵，同时循环水泵开始停机计时，重新进入步骤G；
I2、若P出＝P回，则进入下一步骤；
步骤J、循环水泵为变频泵，保持循环水泵以最大输出功率PWM运行，并进入下一步骤；
设定所述循环水泵的最小保护流量为Lmin，其中，所述Lmin为2.5-3.5L/min。
步骤K、水泵停止时间清零，判断L与Lmin之间的大小：
K1、当L＜Lmin时：
K1-1、若在24h内、流量偏小次数N＞30，则循环水泵停止工作，并且系统发出流量偏小报警；即检测出循环水路内存在堵塞问题。
K1-2、若在24h内、流量偏小次数N≤30，则流量偏小次数N＝N+1，并且循环水泵停止工作并保持t等之后、重新进入步骤D；
K2、当L≥Lmin时，流量偏小次数N归零、并且进入下一步骤；
步骤L、循环水泵持续运行t稳之后，计算实际功率与设定功率之间的比值，其中，功率的计算涉及到固定系数，而在实际功率与设定功率的比值下相抵消，即Q实际：Q设定＝(T2-T1)*L：(T2设-T1设)*L，并判断Q实际与Q设定的大小：
L1、当Q实际＜Q设定时，运行本发明的换向阀控制系统，并重新进入步骤D；
L2、当Q实际≥Q设定时，调节循环水泵的输出功率PWM、以达到实际要求水流，直至实际功率＝设定功率，并重新返回步骤K。
或
步骤J、循环水泵不是变频泵，保持循环水泵以正常功率运行，并进入下一步骤；
步骤K、水泵停止时间清零，判断L与Lmin之间的大小：
K1、当L＜Lmin时：
K1-1、若在24h内、流量偏小次数N＞30，则循环水泵停止工作，并且系统发出流量偏小报警；
K1-2、若在24h内、流量偏小次数N≤30，则流量偏小次数N＝N+1，并且循环水泵停止工作并保持t等之后、重新进入步骤D；
K2、当L≥Lmin时，流量偏小次数N归零、并且进入下一步骤；
步骤L、循环水泵持续运行t稳之后，计算实际功率与设定功率之间的比值，即Q实际：Q设定＝(T2-T1)*L：(T2设-T1设)*L，并判断Q实际与Q设定的大小：
L1、当Q实际＜Q设定时，运行本发明的换向阀控制系统，并重新进入步骤D；
L2、当Q实际≥Q设定时，则重新进入步骤D。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一，并非以此限制本发明的实施范围，故：凡依本发明的形状、结构、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多能源联用的换向阀控制方式，其特征在于：包括有循环水路、以及能与循环水路进行热交换的主能源水路与辅助能源水路，主能源水路上设有能导通或阻断主能源水路与循环水路进行热交换的主能源换向阀，辅助能源水路上设有能导通或阻断辅助能源水路与循环水路进行热交换的辅助能源换向阀，循环水路上设有循环水泵，循环水路的回水端处水温为T1、循环水路的出水端处水温为T2、循环水路与主能源水路热交换后的水温为T3、主能源水路的换热前水温为T4、辅助能源水路的换热前水温为T5、主能源水路的换热后水温为T6、辅助能源水路的换热后水温为T7、循环水路内的流量为L系、主能源水路内的换热流量为L主、辅助能源水路内的换热流量为L辅，控制方法依次包括有以下步骤：
步骤a、设定循环水路的额定回水水温为T1设、循环水路的额定出水水温为T2设，稳定运行时间为tp，启动控制系统、并进入下一步骤；
步骤b、分别计算此时的所需功率Q需、主能源消耗功率Q主以及辅助能源消耗功率Q辅，其Q需＝Q设定-Q实际，Q设定＝(T2设-T1设)*L系，Q实际＝Q主+Q辅，Q主＝(T3-T1)*L系＝(T4-T6)*L主，Q辅＝(T2-T3)*L系＝(T5-T7)*L辅，并判断Q需的大小：
b1、当Q需≤0时，则保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并退出控制系统；
b2、当Q需＞0时，进入步骤c；
步骤c、判断主能源换向阀的阀门开度是否完全导通：
c1、当主能源换向阀的阀门没有完全打开时，进入步骤d；
c2、当主能源换向阀的阀门完全打开时，控制辅助能源换向阀导通辅助能源水路与循环水路进行热交换，并进入步骤e；
步骤d、控制辅助能源换向阀阻断辅助能源水路与循环水路的热交换、以及关闭外界室温开关，计算此时主能源水路内的换热流量，即L主＝((T3-T1)*L系)/(T4-T6)，由PID程序控制主能源换向阀的阀门开度以调节L主的大小，保持稳定运行tp之后，计算并判断此时Q实际＝(T2-T1)*L系的大小与Q主＝(T4-T6)*L主的大小：
d1、当Q实际＜Q设定时，重新进入步骤c；
d2、当Q实际≥Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并重新进入步骤b；
步骤e、判断辅助能源换向阀的阀门开度是否完全导通：
e1、当辅助阀门换向阀没有完全打开时，进入步骤f；
e2、当辅助阀门换向阀完全打开时，判断此时Q实际与Q设定之间的大小：
e2-1、当Q实际≥Q设定时，重新进入步骤b；
e2-2、当Q实际＜Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，系统显示主/辅助能源不足，并退出控制系统；
步骤f、计算此时辅助能源水路内的换热流量，即L辅＝((T2-T3)*L系)/(T5-T7)，由PID程序控制辅助能源换向阀的阀门开度以调节L辅的大小，保持稳定运行tp之后，计算并判断此时Q实际＝(T2-T1)*L系的大小与Q辅＝(T5-T7)*L辅的大小：
f1、当Q实际＜Q设定时，重新进入步骤e；
f2、当Q实际≥Q设定时，保持主能源换向阀以及辅助能源换向阀的阀门开度状态，并退出控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种多能源联用的换向阀控制方式，其特征在于：所述步骤c中的c2还包括有计算并获得此时的L主＝((T3-T1)*L系)/(T4-T6)、Q主＝(T4-T6)*L主以及Q实际＝(T2-T1)*L系。
3.根据权利要求1所述的一种多能源联用的换向阀控制方式，其特征在于：所述步骤e中的e2还包括有计算并获得此时的L辅＝((T2-T3)*L系)/(T5-T7)。
4.根据权利要求1所述的一种多能源联用的换向阀控制方式，其特征在于：所述T1设为27-33℃，T2设为57-63℃，tp为15-30s。
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