CN207279979U - 一种电暖通锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电暖通锅炉，属于建筑电暖设备技术领域。该电暖通锅炉，包括：加热管组，该加热管组包括若干相互独立的电加热管，电加热管加热循环的热媒介质，热媒介质被电加热管加热并运输热能；继电器组，该继电器组包括若干继电器，各继电器分别与电加热管对应电连接，并控制对应电加热管通断电；第一传感器，该第一传感器测量室外环境温度；第二传感器，该第二传感器测量被加热后的热媒介质的实时温度；控制器，该控制器根据室外环境温度设定热媒介质的控温阈值，该控制器根据热媒介质的实时温度控制电加热管的投入数量以调节热媒介质的升温速度。能够根据室外温度动态调节加热锅炉热媒介质温度的装置及方法，降低室内温度随室外温度变化的情况。

Description

一种电暖通锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种电暖通锅炉，属于建筑电暖设备技术领域。

背景技术

电暖通锅炉也叫电取暖炉、电采暖锅炉或电热水锅炉，是一种将电能转化成热能并通过热媒介质(水、油等，以下简称介质)在采暖管道中循环并对室内空气进行加热以满足供暖需求的采暖设备，电功率从几千瓦到几百千瓦不等。

传统的电暖通锅炉一般使用机械式继电器对电加热管电流通断进行统一控制。机械式继电器存在开关动作慢、噪声大、动作频繁是易损坏等问题，在用于控制电暖通锅炉时造成故障率高的问题；并且使用机械式继电器，由于其开关噪声较大，特别是晚上较安静时，影响用户的休息。

此外，由于普通电暖设备采用统一控制通断电的方式，控制器根据设定的室内温度，选定介质的控温阈值，控温阈值包括温度的设定上线和下限值；当温度未达到设定高温时，将所有电加热管投入进行加热；当温度达到设定高温时，关闭所有电加热管进行放热。这种简单的控制方法，没有考虑影响供暖效果多种影响因素，如：建筑保温效果、管道保暖层的保温效果、循环介质流失、室外环境温度等诸多因素的影响，导致热利用率较低。

此外，由于传统电暖通锅炉在设定好被控高温点和低温点后，在整个供暖周期内高温点和低温点都会保持不变。当室外环境温 度变化时，建筑室内温度将会出现较大波动，导致设备能耗增加，并且容易造成室内人体的不舒适感等问题。比如：假设室外环境温度为0℃，同时假设热媒介质在分别为50℃和44℃时关闭或启动电加热管，此时室内温度由热媒介质加热至20℃。当室外环境温度升高到10℃后，由于室内温度与室外环境温度温差减小，向环境辐射的热量减少，照样以50℃和44℃时设定电加热管的关闭或启动，将会导致室内温度达到23℃甚至更高；室外环境温度降低时则与之相反，致使室内温度随室外温度变化而变化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，解决上述问题，设计了本实用新型，提供一种能够根据室外温度动态调节加热锅炉热媒介质温度的装置及方法，降低室内温度随室外温度变化的情况。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型公开了一种电暖通锅炉，包括：

加热管组，该加热管组包括若干相互独立的电加热管，电加热管加热循环的热媒介质，热媒介质被电加热管加热并运输热能；

继电器组，该继电器组包括若干继电器，各继电器分别与电加热管对应电连接，并控制对应电加热管通断电；

第一传感器，该第一传感器测量室外环境温度；

第二传感器，该第二传感器测量被加热后的热媒介质的实时温度；

控制器，该控制器根据室外环境温度设定热媒介质的控温阈值，该控制器根据热媒介质的实时温度控制电加热管的投入数量以调节热媒介质的升温速度。

该结构中，由于控制器能够通过第一传感器检测室外温度，从而能够采用控制器进行动态调节热媒介质温度控制，降低室外环境温度对室内温度的影响，此外，由于第二传感器直接作用于被 加热的热媒介质而不是测量环境温度，是为了保证提高该温度反馈中的敏捷度，进一步降低室内温度的波动。

作为优选附加特征为，所述继电器为固态继电器。利用固态继电器可以开速通、断的性质，可以较频繁的开合继电器进行精确升温控制。由于本专利设计的控制算法需要较频繁的调整介质节能升温曲线，如果使用机械式继电器极易损坏。利用固态继电器开合无噪音，降低因继电器快速频繁通道引起的噪声。

作为优选附加特征为，加热管组的电加热管和继电器组的继电器对应电连接，各继电器的输入端共同连接开关，开关通过控制器电连接到电源上；继电器的控制端分别于控制器电连接。由于当固态继电器被击穿后电加热管回路导通，设备在停止运行状态下也可能存在较大电流，易造成事故，因此采用开关对继电器进行保护。

作为优选附加特征为，在开关上还设有脱扣器，脱扣器的控制端电连接至控制器上；该控制器为PLC。采用脱扣器进一步保护固态继电器，通过PLC监测设备进行环境监测，简化本结构的控制设备，实现大电流控制和设备的自动化。

作为优选附加特征为，还包括互感器组，互感器组包括若干互感器，各互感器分别与电加热管对应电连接，加热器组通过互感器组电连接回电源。互感器组连接设备总电源输入端(R、S、T三相)，可以测量设备总电流变化，根据该变化值可以判断故障的加热组或固态继电器，以保护设备。

本实用新型还公开了一种电暖通锅炉的动态控温方法，包括以下步骤：

步骤1：测量室外环境温度，并测量用于与室内空气进行热交换的热媒介质被加热后的实时温度；

步骤2：控制器根据用户设定的热媒介质温度和室外环境温度选取预设的热媒介质的控温阈值；

步骤3：控制器根据室外环境温度选定预设的热媒介质节能升 温曲线，并根据节能升温曲线与热媒介质实时温度调整用于热媒介质加热的电加热管的加热功率。

该方法中，测量室外温度的目的是，根据室外温度，控制器可以对热媒介质的温度进行调节，比如：当用户对环境温度的要求值为20℃时，当室外温度为0℃时，控制器设定热媒介质的温度为44℃-50℃，当温度问50℃时关闭电加热管，当温度为44℃时打开部分或全部电加热管；当室外温度为10℃时，控制器设定热媒介质的温度为40℃-45℃。此外，由于直接测量热媒介质刚被加热后的温度，从而能够提高温度反馈的精确性和效率。

作为优选附加特征为，步骤2中，用户设定的室内温度与热媒介质的控温阈值的变化方向相同，室外环境温度与热媒介质的控温阈值的变化方向相反；步骤3中，室外环境温度与电加热管投入数量变化方向相反。由于利用温度差越大，放热速度越快的原理，通过降低温差的方式，降低室内热量逸散速度，进而减少电加热管输出的热量。

作为优选附加特征为，热媒介质由若干独立的电加热管分别加热，通过调整电加热管投入数量以改变加热功率；当热媒介质温度达到控温阈值后，电加热管的加热周期为T，下一周期T中电加热管的投入数量公式为：

公式中：

δ₁为前一加热周期T所投入的电加热管数量；

δ₂为本加热周期T所投入的电加热管数量；

Δc₁为前一加热周期T的温度变化值；

Δc₂为本加热周期T的温度变化值；

Δc_e为控制器根据节能升温曲线与热媒介质实时温度的差值计算得出的期望升温值；所述节能升温曲线为控制器根据当前室外环境温度选定的预设的多个节能升温曲线之一；

热媒介质温度达到控温阈值后的第一个加热周期时，δ₁和Δc₁分别为设定值，δ₁的设定值一般为全部电加热管数量的一半，Δc₁为投入一半电加热管数量的条件下的理论温差变化值。

以上公式中，δ₁和δ₂分别为正在加热周期之前两个周期的电加热管数量，通过加热数量及温度变化与期望温度及前一温差值变化的比较，从而确定下一周期电加热管的数量，从而提高温度控制的精确性，优化节能节能升温曲线，实现节能；δ₁、δ₂、Δc₁、Δc₂为控制器记录或计算获得，而Δc_e为控制器内预设的对应数值，根据室外环境温度检测和当前热媒介质温度值记性确定，比如：室外环境温度为0℃，当前热媒介质的温度为43℃，则选定Δc_e为0.5或0.7℃。

作为优选附加特征为，若δ_e为非整数，则其中一电加热管的投入时间为：

t＝x*10％*T；

公式中：

x为δ_e的小数部分的数值。比如：δ_e为5.3，则x＝3。

作为优选附加特征为，控制器根据当前室外环境温度预设有节能升温曲线，其节能升温曲线包括若干加热周期，该节能升温曲线符合一下规律：

公式中：

T_m为下一加热周期T热媒介质所要达到的目标温度；

T_e为室外环境温度；

T_s为用户设定的室内温度下控制器对应的热媒介质控温阈值的下限值；

γ_r为根据热媒介质与室内空气热量传递的散热常数；

γ_d1为根据室内通风情况设定的散热常数；

γ_d2为根据外墙结构设定的散热常数。

以上散热常数为本电热锅炉更加，室内面积、外墙结构、通风情况等许多造成室内热量逸散的因素，确定的常数；以上常数均能够根据室内环境或地域环境的不同在有限次的试验下获得更优的常数。

本实用新型的有益效果为：

1、本装置能够根据室外温度动态调节加热锅炉热媒介质温度的装置及方法，降低室内温度随室外温度变化的情况；充分考虑了室外环境温度的影响，动态调整热媒介质温度，降低温度波动，提高室内舒适度。

2、此外，由于采用固态继电器，相较于机械式继电器具有开关速度快、静音、寿命长等特点，保障电暖通锅炉的长时间正常使用，故障率低，保障供暖的连续性。

3、本技术通过对电加热管投入数量的控制，进而对节能升温曲线进行控制，充分考虑室外温度对供暖效果影响因素的影响，降低设备运行功耗，节省供暖费用。

附图说明

图1为电暖通锅炉中各部件的连接结构图。

附图标记：1-控制器，2-互感器组，3-加热器组，4-继电器组，5-开关，6-脱扣器，7-第一传感器，8-第二传感器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型记载的一种电暖通锅炉，包括：加热管组、继电器组4、第一传感器7、第二传感器8、控制器1、互感器组2、开关5及脱扣器6。

该加热管组包括若干相互独立的电加热管，电加热管加热循环的热媒介质，热媒介质被电加热管加热并运输热能；加热管组的电加热管和继电器组4的继电器对应电连接。

该继电器组4包括若干继电器，各继电器均为固态继电器，各 继电器分别与电加热管对应电连接，并控制对应电加热管通断电；各继电器的输入端共同连接开关5；开关5通过控制器1电连接到电源上，继电器的控制端分别于控制器1电连接；

互感器组2包括若干互感器，各互感器分别与电加热管对应电连接，加热器组3通过互感器组2电连接回电源；

该第一传感器7安装于室外并用于测量室外环境温度；

该第二传感器8测量被加热后的热媒介质的实时温度；

该脱扣器6设置于开关5上，脱扣器6的控制端电连接至控制器1上；

该控制器1为PLC控制器1，可根据室外环境温度设定热媒介质的控温阈值，该控制器1根据热媒介质的实时温度控制加热状态的电加热管的数量以控制热媒介质的升温速度。

实施例2

本实用新型的一种电暖通锅炉的动态控温方法，包括以下步骤：

步骤1：测量室外环境温度，并测量用于与室内空气进行热交换的热媒介质被加热后的实时温度；

步骤2：控制器根据用户设定的热媒介质温度和室外环境温度选取预设的热媒介质的控温阈值以降低室内温度波动；

步骤3：控制器根据室外环境温度选定预设的热媒介质节能升温曲线，并根据节能升温曲线与热媒介质实时温度调整用于热媒介质加热的电加热管的加热功率。

以上步骤2中，用户设定的室内温度与热媒介质的控温阈值变化方向相同，室外环境温度与热媒介质的控温阈值变化方向相反；步骤3中，室外环境温度与升温速度变化方向相同。

实施例3

基于实施例2的基础上，本实用新型的更详细的电暖通锅炉的 动态控温方法，热媒介质由若干独立的电加热管分别加热，包括以下步骤：

步骤1:控制器1内设定室外环境温度变化范围的阈值，控制器1检测室外环境温度变化超过该范围后，执行以下步骤，比如：室外环境温度变化阈值超过5℃；

步骤2：控制器1通过第一传感器7采集室外温度，当室外环境温度超过设定变化阈值时，控制器1根据室外环境温度重新设定热媒介质的控温阈值，室外温度越高，重设后的热媒介质温度越低；

步骤3：当室外环境温度并没有设定变化阈值时，控制器1进入热媒介质升温步骤。

热媒介质升温步骤如下：

步骤1：控制器1根据室外环境温度选定预设的节能升温曲线；

步骤2：控制器1采集热媒介质温度，热媒介质的实时温度低于控温阈值的下限值时，电加热管全部投入，以最大加热功率加热；

步骤3：当热媒介质的实时温度高于控温阈值的下限值时，控制器1判断是否到达升温速率调节的加热周期T；若达到，则前一周期的节能升温曲线与预设节能升温曲线是否相同，若相同，则按照预设节能升温曲线指定的电加热管数量执行；

步骤4：若前一周期的节能升温曲线与预设节能升温曲线不相同，则控制器1计算下一加热周期T需要加热的电加热管数量以调整节能升温曲线。

当热媒介质温度达到控温阈值后，控制器根据室外环境温度旋转节能升温曲线时，控制器计算下一周期需要投入的加热管的数量以控制加热功率，下一加热周期T需要加热的电加热管数量的确定公式为：

公式中：

δ₁为前一加热周期T所投入的电加热管数量；

δ₂为本加热周期T所投入的电加热管数量；

Δc₁为前一加热周期T的温度变化值；

Δc₂为本加热周期T的温度变化值；

Δc_e为控制器根据节能升温曲线与热媒介质实时温度的差值计算得出的期望升温值；所述节能升温曲线为控制器根据当前室外环境温度选定的预设的多个节能升温曲线之一；比如，一个周期完结后，预计升温到45摄氏度，热媒介质的实际温度为44摄氏度，控制器1控制下一周期升温温度加一。

热媒介质温度达到控温阈值后的第一个加热周期时，δ₁和Δc₁分别为设定值，δ₁的设定值一般为全部电加热管数量的一半，Δc₁为投入一半电加热管数量的条件下的理论温差变化值。

在以上公式中，若δ_e为非整数，则其中一电加热管的投入时间为：

t＝x*10％*T；

公式中：x为δ_e的小数部分的数值。

实施例4

实施例3中所述的，控制器1内热媒介质预设的节能升温曲线与建筑保温效果、管道保暖层的保温效果、循环介质流失、室外环境温度等多重原因预设节能升温曲线的逻辑关系为一下符合一下规律，该节能升温曲线可以是两段线或者若干段组成的曲线；其中线1为全部电加热器投入的加热曲线，线2为整个升温周期内的平均节能升温曲线，线3为若干个加热周期组成的预设节能升温曲线，线4位节能升温曲线截止的时限；线2满足以下规律：

公式中：

T_m为下一加热周期T热媒介质所要达到的目标温度；

T_e为室外环境温度；

T_s为用户设定的室内温度下控制器1对应的热媒介质控温阈值的下限值；

γ_r为根据热媒介质与室内空气热量传递的散热常数；

γ_d1为根据室内通风情况设定的散热常数；

γ_d2为根据外墙结构设定的散热常数。

γ_r、γ_d1、γ_d2三个常数，为本电热锅炉更加，室内面积、外墙结构、通风情况等许多造成室内热量逸散的因素，确定的常数；以上常数均能够根据室内环境或地域环境的不同在有限次的试验下获得更优的常数。

上述实施例仅仅是为了清楚的说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电暖通锅炉，其特征在于，包括：

加热管组，该加热管组包括若干相互独立的电加热管，电加热管加热循环的热媒介质，热媒介质被电加热管加热并运输热能；

继电器组，该继电器组包括若干继电器，各继电器分别与电加热管对应电连接，并控制对应电加热管通断电；

第一传感器，该第一传感器测量室外环境温度；

第二传感器，该第二传感器测量被加热后的热媒介质的实时温度；

控制器，该控制器根据室外环境温度设定热媒介质的控温阈值，该控制器根据热媒介质的实时温度控制电加热管的投入数量以调节热媒介质的升温速度。

2.如权利要求1所述的电暖通锅炉，其特征在于，所述继电器为固态继电器。

3.如权利要求2所述的电暖通锅炉，其特征在于，加热管组的电加热管和继电器组的继电器对应电连接，各继电器的输入端共同连接开关，开关通过控制器电连接到电源上；继电器的控制端分别于控制器电连接。

4.如权利要求3所述的电暖通锅炉，其特征在于，在开关上还设有脱扣器，脱扣器的控制端电连接至控制器上；该控制器为PLC。

5.如权利要求1-4之一所述的电暖通锅炉，其特征在于，还包括互感器组，互感器组包括若干互感器，各互感器分别与电加热管对应电连接，加热器组通过互感器组电连接回电源。