CN114811946B - 一种壁挂炉及供暖控制方法 - Google Patents

一种壁挂炉及供暖控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种壁挂炉及供暖控制方法，其特征在于，它包括壳体、风机、供暖出水探头、燃气比例阀、电动三通阀、控制器、洗浴出水探头、洗浴进水探头、供暖变频水泵、水流传感器、洗浴直流水泵、分段电磁阀、燃烧器、主换热器、板式换热器，主换热器的输入端连接有供暖回水管道，主换热器的输出端连接有供暖出水管道，板式换热器连接有冷水进水管道、洗浴出水管道，洗浴直流水泵和水流传感器、洗浴进水探头分别设置在冷水进水管道上，洗浴出水探头设置在洗浴出水管道上。本发明结构简单，自适应采暖需求，提升采暖舒适性。

Description

一种壁挂炉及供暖控制方法
技术领域
本发明涉及壁挂炉技术领域，更具体的是涉及一种壁挂炉及供暖控制方法。
背景技术
当前主流的壁挂炉供暖控制方式是通过控制燃烧负荷，达到用户设定的供暖出水目标温度。如中国专利申请号为201910207185.6，一种燃气采暖热水炉快速采暖控制方法，其特征在于，在燃气采暖热水炉的操作显示器上设置快速采暖按键，当用户按下该快速采暖按键时，燃气采暖热水炉启动供暖，并通过控制器判断燃气采暖热水炉供暖运行是否正常，若正常，则提升燃气采暖热水炉热负荷至出水温度，出水温度＝设定温度+k≤设计的最高温度；当检测到供暖回水温度达到设定温度-设定温差时，控制器控制燃气采暖热水炉按设定温度运行；k为固定值，存储在控制器中。此专利能提高用户散热末端的散热功率，从而使房间温度迅速升高，达到所需温度，在达到效果后自动回到常规模式运行；该发明能够加快供暖效率且操作便捷，增加了燃气采暖热水炉在使用中的舒适性和便捷性。但缺点是当前控制方案仅靠供暖出水温度不能直接反应房间采暖的热需求，且无法识别房间处于初次启动采暖的冷态还是长期采暖后熄火间隙的热态，不利于控制燃烧负荷输出的大小与快慢，以更好地适应房间热需求。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种操作方便，能自动识别房间采暖初始状态，自适应采暖需求，提升采暖舒适性的壁挂炉。
本发明的另一目的是提供一种壁挂炉的供暖控制方法。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种壁挂炉，其特征在于，它包括壳体、风机、供暖出水探头、燃气比例阀、电动三通阀、控制器、洗浴出水探头、洗浴进水探头、供暖变频水泵、水流传感器、洗浴直流水泵、分段电磁阀、燃烧器、主换热器、板式换热器，主换热器的输入端连接有供暖回水管道，主换热器的输出端连接有供暖出水管道，板式换热器连接有冷水进水管道、洗浴出水管道，洗浴直流水泵和水流传感器、洗浴进水探头分别设置在冷水进水管道上，洗浴出水探头设置在洗浴出水管道上。
电动三通阀设置在供暖出水管道上，电动三通阀通过其阀体及板式换热器与供暖回水管道连接。
供暖回水探头设置在供暖回水管道上，用于检测供暖回水温度，该温度信号是房间换热后的直接效果，比供暖出水温度更加反映房间的采暖需求。
燃烧器与主换热器对应，燃烧器连接有燃气管路，燃气比例阀设置在燃气管路上，控制器连接控制燃气比例阀，分段电磁阀设置在燃烧器上，用于支持多分段燃烧，可将锅炉最小燃烧负荷降至2-3kW，配合供暖变频水泵及洗浴直流水泵对水流量的控制，可达到维持精确恒温的目的。
作为上述方案的进一步说明，壳体内设置有燃烧室和换热室，主换热器和燃烧器设置在燃烧室内，板式换热器设置在换热室内，燃烧室与壳体之间有间隔腔体，容空气进入。
燃烧室连接有烟管，风机设置在烟管的一端，加快烟气排放速度；烟管设有外层进气通道和内层排烟通道，内层排烟通道与燃烧室连通，用于排烟，外层进气通道与间隔腔体连通，用于进气，使得燃烧器的燃气能够充分燃烧，提高热效率。
进一步地，供暖出水管道设置有温控器，温控器与控制器连接。
一种壁挂炉的供暖控制方法，其特征在于，它包括如下步骤。
A1、控制器根据供暖回水探头的温度信号，判断当前采暖状态：检测到供暖点火需求后的5秒内，平均供暖回水温度＜25度，定义为冷态启动，否则为热态启动。
A2、冷态启动时，进入供暖速热模式；以min(80,出水设定值+m)为供暖出水实际目标温度值燃烧，直至熄火或者稳定燃烧15分钟。
若稳定燃烧15分钟，出水实际目标温度值以每分钟减n度的速率递减，直至实际供暖出水温度稳定在出水设定值。
若熄火，以上一供暖出水实际目标温度值-n燃烧，直至熄火或稳定燃烧15分钟，循环控制直至实际供暖出水温度稳定在出水设定值。
m、n值的大小，根据壁挂炉功率大小调节。
A3、热态启动时，进入回水温度控制模式。
A4、供暖速热模式下，控制供暖变频水泵，使供暖循环总流量不小于1m3/h，若系统水阻力过大，无法达到流量要求，则控制供暖变频水泵工作在最高转速状态；回水温度控制模式下，控制器、燃气比例阀、供暖变频水泵、分段电磁阀匹配维持供暖出水、供暖回水及与房间温度的动态平衡。
进一步地，进入回水温度控制模式时，首先定义三个目标温度值：用户设定温度值Setpoint，基础目标温度值BaseTarget和实际目标温度值UsingTarget，定义系数N=(Ts-Tb)/(Ts-18)，其中Ts为供暖出水温度，Tb为供暖回水温度。
a. BaseTarget、UsingTarget在上电时初始化为Setpoint，系数N初始化为255。
b. Setpoint被调整时，BaseTarget同步调整相同值，但受温度上下限限制，系数N也重新初始化为255。
c. 非供暖燃烧时，BaseTarget不变，除非满足条件b。
d. 供暖燃烧时，BaseTarget每30分钟调整一次。30分钟到时，若N=255，则计算系数256*(Ts-Tb)/(Ts-18)作为N的值；若N!=255，则计算系数256*(Ts-Tb)/(Ts-18)与N的差值diff=256*(Ts-Tb)/(Ts-18)-N。根据差值diff修正BaseTarget (除法向下取整)。
BaseTarget(新值) = BaseTarget(旧值)+(diff+2)/4。
e. 供暖燃烧时，UsingTarget根据回水期望值进行计算，1分钟更新一次。
回水期望值=(BaseTarget*2+21)/3（除法向下取整）。
f. 比例控制是判断回水期望值和回水温度实际值之差，取比例系数为1。
比例输出=1*(回水期望值-回水温度实际值)。
g. 得出实际目标温度值UsingTarget。
UsingTarget=BaseTarget+比例输出。
实际目标温度值UsingTarget是使用基础目标温度值BaseTarget计算回水期望值，然后采用比例控制方式计算实际目标温度值UsingTarget，再控制以实际目标温度燃烧，使得在加热初期房间温度低、回水温度也较低时具有较大的目标温度，从而提升房间加热速度。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是。
1、本发明相比常规壁挂炉，新增供暖回水探头，用于检测供暖回水温度，该温度信号是房间换热后的直接效果，比供暖出水温度更加反映房间的采暖需求，提升采暖舒适性。
2、供暖变频水泵替换常规定速循环泵，其工作输入信号为制造商规定频率范围内的方波信号，且同步输出固定频率的方波反馈信号，其占空比与流量成比例特性，便于在不同采暖状态下控制供暖循环水流量。
3、分段电磁阀支持多分段燃烧，可将锅炉最小燃烧负荷降至2-3kW，配合供暖变频水泵及洗浴直流水泵对水流量的控制，可达到维持精确恒温的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为供暖变频水泵的流量反馈特性示意图。
图3为本发明的控制逻辑图。
附图标记说明：1、壳体 1-1、燃烧室 1-2、换热室 2、风机 3、供暖出水探头 4、燃气比例阀 5、电动三通阀 6、控制器 7、温控器 8、洗浴出水探头 9、洗浴进水探头 10、供暖变频水泵 11、水流传感器 12、洗浴直流水泵 13、分段电磁阀 14、燃烧器 15、主换热器16、板式换热器 17、烟管内层排烟通道 18、烟管外层进气通道 19、供暖回水管道 20、供暖出水管道。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向” 、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-图3所示，本发明是一种壁挂炉，它包括壳体1、风机2、供暖出水探头3、燃气比例阀4、电动三通阀5、控制器6、温控器7、洗浴出水探头8、洗浴进水探头9、供暖变频水泵10、水流传感器11、洗浴直流水泵12、分段电磁阀13、燃烧器14、主换热器15、板式换热器16，壳体内设置有燃烧室1-1和换热室1-2，主换热器和燃烧器设置在燃烧室内，板式换热器设置在换热室内，燃烧室与壳体之间有间隔腔体1-3，容空气进入；燃烧室连接有烟管，风机设置在烟管的一端，加快烟气排放速度；烟管有外层进气通道18和内层排烟通道17，内层排烟通道与燃烧室连通，用于排烟，外层进气通道与间隔腔体连通，用于进气，使得燃烧器的燃气能够充分燃烧，提高热效率。所述烟管外层进气通道18和内层排烟通道17的侧部分别设置多个透气孔，以加快气体扩散的速度。燃烧室的下部设置有进风口，进风口与间隔腔体连通。
主换热器的输入端连接有供暖回水管道19，主换热器的输出端连接有供暖出水管道20，温控器设置在供暖出水管道。控制器连接供暖出水探头、电动三通阀、温控器、洗浴出水探头、洗浴进水探头、供暖变频水泵、水流传感器、洗浴直流水泵、分段电磁阀。板式换热器连接有冷水进水管道、洗浴出水管道，洗浴直流水泵和水流传感器、洗浴进水探头分别设置在冷水进水管道上，洗浴出水探头设置在洗浴出水管道上，电动三通阀设置在供暖出水管道上，电动三通阀通过其阀体及板式换热器与供暖回水管道连接，供暖回水探头设置在供暖回水管道上，用于检测供暖回水温度，该温度信号是房间换热后的直接效果，比供暖出水温度更加反映房间的采暖需求；燃烧器与主换热器对应，燃烧器连接有燃气管路，燃气比例阀设置在燃气管路上，控制器连接控制燃气比例阀，分段电磁阀设置在燃烧器上，用于支持多分段燃烧，可将锅炉最小燃烧负荷降至2-3kW，配合供暖变频水泵及洗浴直流水泵对水流量的控制，可达到维持精确恒温的目的。
如图3所示，本发明的壁挂炉的供暖控制方法，它包括如下步骤。
A1、控制器根据供暖回水探头的温度信号，判断当前采暖状态：检测到供暖点火需求后的5秒内，平均供暖回水温度＜25度，定义为冷态启动，否则为热态启动。
A2、冷态启动时，进入供暖速热模式；以min(80,出水设定值+m)为供暖出水实际目标温度值燃烧，直至熄火或者稳定燃烧15分钟。
若稳定燃烧15分钟，出水实际目标温度值以每分钟减n度的速率递减，直至实际供暖出水温度稳定在出水设定值。
若熄火，以上一供暖出水实际目标温度值-n燃烧，直至熄火或稳定燃烧15分钟，循环控制直至实际供暖出水温度稳定在出水设定值。
m、n值的大小，根据壁挂炉功率大小调节。
A3、热态启动时，进入回水温度控制模式。
A4、供暖速热模式下，控制供暖变频水泵，使供暖循环总流量不小于1m3/h，若系统水阻力过大，无法达到流量要求，则控制供暖变频水泵工作在最高转速状态；回水温度控制模式下，控制器、燃气比例阀、供暖变频水泵、分段电磁阀匹配维持供暖出水、供暖回水及与房间温度的动态平衡。
进一步地，进入回水温度控制模式时，首先定义三个目标温度值：用户设定温度值Setpoint，基础目标温度值BaseTarget和实际目标温度值UsingTarget，定义系数N=(Ts-Tb)/(Ts-18)，其中Ts为供暖出水温度，Tb为供暖回水温度。
a. BaseTarget、UsingTarget在上电时初始化为Setpoint，系数N初始化为255。
b. Setpoint被调整时，BaseTarget同步调整相同值，但受温度上下限限制，系数N也重新初始化为255。
c. 非供暖燃烧时，BaseTarget不变，除非满足条件b。
d. 供暖燃烧时，BaseTarget每30分钟调整一次。30分钟到时，若N=255，则计算系数256*(Ts-Tb)/(Ts-18)作为N的值；若N!=255，则计算系数256*(Ts-Tb)/(Ts-18)与N的差值diff=256*(Ts-Tb)/(Ts-18)-N。根据差值diff修正BaseTarget (除法向下取整)。
BaseTarget(新值) = BaseTarget(旧值)+(diff+2)/4。
e. 供暖燃烧时，UsingTarget根据回水期望值进行计算，1分钟更新一次。
回水期望值=(BaseTarget*2+21)/3（除法向下取整）。
f. 比例控制是判断回水期望值和回水温度实际值之差，取比例系数为1。
比例输出=1*(回水期望值-回水温度实际值)。
g. 得出实际目标温度值UsingTarget。
UsingTarget=BaseTarget+比例输出。
实际目标温度值UsingTarget是使用基础目标温度值BaseTarget计算回水期望值，然后采用比例控制方式计算实际目标温度值UsingTarget，再控制以实际目标温度燃烧，使得在加热初期房间温度低、回水温度也较低时具有较大的目标温度，从而提升房间加热速度。
本发明与现有技术相比，自动识别房间采暖初始状态，自适应采暖需求，提升采暖舒适性；供暖变频水泵无级调速，大流量快速采暖，小流量节能降噪。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种壁挂炉的供暖控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
A1、控制器根据供暖回水探头的温度信号，判断当前采暖状态：检测到供暖点火需求后的5秒内，平均供暖回水温度＜25度，定义为冷态启动，否则为热态启动；
A2、冷态启动时，进入供暖速热模式；以min(80,出水设定值+m)为供暖出水实际目标温度值燃烧，直至熄火或者稳定燃烧15分钟：
若稳定燃烧15分钟，出水实际目标温度值以每分钟减n度的速率递减，直至实际供暖出水温度稳定在出水设定值；
若熄火，以上一供暖出水实际目标温度值-n燃烧，直至熄火或稳定燃烧15分钟，循环控制直至实际供暖出水温度稳定在出水设定值；
m、n值的大小，根据壁挂炉功率大小调节；
A3、热态启动时，进入回水温度控制模式；
A4、供暖速热模式下，控制供暖变频水泵，使供暖循环总流量不小于1m3/h，若系统水阻力过大，无法达到流量要求，则控制供暖变频水泵工作在最高转速状态；回水温度控制模式下，控制器、燃气比例阀、供暖变频水泵、分段电磁阀匹配维持供暖出水、供暖回水及与房间温度的动态平衡；
进入回水温度控制模式时，首先定义三个目标温度值：用户设定温度值Setpoint，基础目标温度值BaseTarget和实际目标温度值UsingTarget，定义系数N=(Ts-Tb)/(Ts-18)，其中Ts为供暖出水温度，Tb为供暖回水温度；
a. BaseTarget、UsingTarget在上电时初始化为Setpoint，系数N初始化为255；
b. Setpoint被调整时，BaseTarget同步调整相同值，但受温度上下限限制，系数N也重新初始化为255；
c. 非供暖燃烧时，BaseTarget不变，除非满足条件b；
d. 供暖燃烧时，BaseTarget每30分钟调整一次；30分钟到时，若N=255，则计算系数256*(Ts-Tb)/(Ts-18)作为N的值；若N!=255，则计算系数256*(Ts-Tb)/(Ts-18)与N的差值diff=256*(Ts-Tb)/(Ts-18)-N；根据差值diff修正BaseTarget ，除法向下取整：
BaseTarget(新值) = BaseTarget(旧值)+(diff+2)/4
e. 供暖燃烧时，UsingTarget根据回水期望值进行计算，1分钟更新一次：
回水期望值=(BaseTarget*2+21)/3，除法向下取整；
f. 比例控制是判断回水期望值和回水温度实际值之差，取比例系数为1：
比例输出=1*(回水期望值-回水温度实际值)
g. 得出实际目标温度值UsingTarget
UsingTarget=BaseTarget+比例输出
实际目标温度值UsingTarget是使用基础目标温度值BaseTarget计算回水期望值，然后采用比例控制方式计算实际目标温度值UsingTarget，再控制以实际目标温度燃烧；
壁挂炉包括壳体、风机、供暖出水探头、燃气比例阀、电动三通阀、控制器、洗浴出水探头、洗浴进水探头、供暖变频水泵、水流传感器、洗浴直流水泵、分段电磁阀、燃烧器、主换热器、板式换热器，主换热器的输入端连接有供暖回水管道，主换热器的输出端连接有供暖出水管道，板式换热器连接有冷水进水管道、洗浴出水管道，洗浴直流水泵和水流传感器、洗浴进水探头分别设置在冷水进水管道上，洗浴出水探头设置在洗浴出水管道上，
电动三通阀设置在供暖出水管道上，电动三通阀通过其阀体及板式换热器与供暖回水管道连接；
供暖回水探头设置在供暖回水管道上，用于检测供暖回水温度，该温度信号是房间换热后的直接效果；
燃烧器与主换热器对应，燃烧器连接有燃气管路，燃气比例阀设置在燃气管路上，控制器连接控制燃气比例阀，分段电磁阀设置在燃烧器上，用于支持多分段燃烧，配合供暖变频水泵及洗浴直流水泵对水流量的控制。
2.根据权利要求1所述的壁挂炉的供暖控制方法，其特征在于，壳体内设置有燃烧室和换热室，主换热器和燃烧器设置在燃烧室内，板式换热器设置在换热室内，燃烧室与壳体之间有间隔腔体，容空气进入；
燃烧室连接有烟管，风机设置在烟管的一端；烟管有外层进气通道和内层排烟通道，内层排烟通道与燃烧室连通，用于排烟，外层进气通道与间隔腔体连通，用于进气。
3.根据权利要求1所述的壁挂炉的供暖控制方法，其特征在于，供暖出水管道设置有温控器，温控器与控制器连接。
4.根据权利要求1所述的壁挂炉的供暖控制方法，其特征在于，控制器连接供暖出水探头、电动三通阀、洗浴出水探头、洗浴进水探头、供暖变频水泵、水流传感器、洗浴直流水泵、分段电磁阀。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08145463A (ja) * 1994-11-22 1996-06-07 Gastar Corp 風呂釜の制御方法
CN111141033A (zh) * 2018-11-05 2020-05-12 宁波方太厨具有限公司 一种壁挂炉的燃烧控制方法及应用该方法的壁挂炉

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