專利名稱：集中供熱系統(tǒng)供水溫度氣候補償算法和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種集中供熱系統(tǒng)氣候補償算法和控制方法，具體是涉及ー種可根據(jù)室外氣象參數(shù)變化和采暖用戶的用熱規(guī)律，依據(jù)特定的補償算法和控制方法，自動控制供熱系統(tǒng)的質(zhì)調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)，以滿足采暖熱用戶的室內(nèi)溫度達標的用熱需求，本發(fā)明適用于區(qū)域集中供熱氣候補償系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前采暖系統(tǒng)的控制相對比較簡單，甚至由人工控制，管理相對粗放，這樣會造成末端采暖用戶不熱或者過熱，影響采暖用戶熱舒適性。實際上，用戶需熱量受室外溫度、太陽輻射、風向和風速等因素影響而時刻變化。要保證在室外溫度變化的條件下，維持室內(nèi)溫 度符合用戶需求，就要求采暖系統(tǒng)的水流量和供水溫度在整個采暖期間根據(jù)室外氣候條件的變化而變化，以使用戶散熱設(shè)備的放熱量與用戶熱負荷需求量相適應(yīng)，防止用戶室內(nèi)溫度過高或過低，實現(xiàn)按需供熱的目的。氣候補償系統(tǒng)則是ー種根據(jù)冬季室外氣候的變化和熱用戶在不同時間段的室內(nèi)溫度要求，按照預(yù)設(shè)供水溫度曲線控制供熱系統(tǒng)的熱出力，實現(xiàn)按需供熱、節(jié)約能源的專用系統(tǒng)。本發(fā)明就是在保證供熱質(zhì)量的條件下為實時調(diào)節(jié)供水溫度與目標溫度相一致，實現(xiàn)按需供熱、節(jié)約能源的效果。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的問題本發(fā)明的目的是提供一種供熱系統(tǒng)用戶供水溫度的氣候補償算法和控制方法，以解決室外氣候因素變化引起供熱系統(tǒng)實際供熱量與用戶需求量之間不匹配的問題。( ニ)氣候補償系統(tǒng)的補償算法本發(fā)明的補償算法是通過半經(jīng)驗公式計算用戶供水溫度，并對計算供水溫度進行不同形式的修正，即分時段修正、天氣(睛天和風雪天)修正和節(jié)假日修正，(I)計算供水溫度不同室外溫度段對應(yīng)不同的計算公式，ti+*= [t起始-k2X (_8)]_{[t室外-(-8)] XkJ ;其中 Ii1 = I. 2, k2 = I (公式 I)t計算=t起始+Ii1 Xt室外;其中Ii1 = I. 2(公式2)t 計算=t 起始+Ii3Xt3i* ;其中 k3 = O. 8(公式 3)t 計算=(t -k3 X 8) - [ (t -8) X k4];其中 k4 = 0· 3 (公式 4)⑤當t室外く _8°C,計算溫度t計算采用公式I計算；⑥當-8°C< t室外く 0°C,計算溫度t計算采用公式2計算；⑦當0°C< t室外く _8°C,計算溫度t計算采用公式3計算；⑧當t室外> 8°C,計算溫度t計算采用公式4計算。(2)分時段修正Λ :分時增益是氣候補償算法的特點之一，即將一天分成若干時間段(最多24段)，每個時段對計算供水溫度分別進行修正。
ti = +(公式 5)(3)天氣修正At天氣:天氣修正分為睛天修正和風雪修正兩種，主要考慮光照強度、風速和雨雪等影響。睛天修正值為負，風雪修正值為正，修正值的大小可調(diào)，一般不超過5で。1^ = 1^+At 天氣 (公式6)(4)節(jié)假日修正Atis日學校、辦公樓等 在節(jié)假日期間無人值守情況下，可將供水溫度降至防凍溫度，以降低能源消耗。t3 = t2+At假曰 (公式 7)(5)典型用戶室內(nèi)溫度反饋修正:供熱系統(tǒng)運行的優(yōu)劣直接反映在末端用戶，選取典型用戶室溫作為熱用戶反饋，對供水溫度進行修正，確保用戶的熱舒適，保證供熱質(zhì)量。t4 = t3+ Λ t 用戶 (公式 8)(6)目標溫度t :通過半經(jīng)驗公式計算的供水溫度經(jīng)過修正后獲得的溫度為目標供水溫度。t目標=t4 = t計算+ Δ t分時+ Δ t天氣+ Δ t假日+ Δ t用戶(公式9)(三)氣候補償系統(tǒng)的控制方法氣候補償系統(tǒng)的供水溫度控制方法，包括供水管路、回水管路、供水溫度傳感器、回水溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器、室外溫度傳感器、供水管路上設(shè)置的三通電動調(diào)節(jié)閥，三通閥通過執(zhí)行器控制，三通閥的執(zhí)行開度根據(jù)目標供水溫度和實際供水溫度的差值進行PID調(diào)節(jié)。其控制步驟為(I)采用溫度傳感器分別采集室內(nèi)溫度、室外溫度、供水溫度和回水溫度；(2)依據(jù)采集溫度和設(shè)定溫度，利用上述補償算法，在氣候補償控制器中計算得到目標供水溫度，并將目標溫度與實際供水溫度進行差值比較；(3)氣候補償控制器通過對目標供水溫度與實際供水溫度差值A(chǔ)t'比較，采用PID回路算法，控制電動三通閥執(zhí)行器的開度，以達到改變供水流量，調(diào)節(jié)供水溫度的目的。以補償算法計算的目標供水溫度t目#為目標值，實際供水溫度t為過程值運行PID回路算法計算比較，PID運算程序輸出6400 32000的模擬量，代表執(zhí)行器開度O 100%，輸出模擬量轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的4 20mA電流信號來控制電動三通調(diào)節(jié)閥的開度，實現(xiàn)智能自動控制。同時也可采用手動模式控制，通過PID回路算法中的手動給定值參數(shù)，即O. O至I. O之間的無量綱量Mx，代表執(zhí)行器開度的O 100%，將無量綱量Mx轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的4 20mA信號后傳給執(zhí)行器，通過執(zhí)行器動作來調(diào)節(jié)電動三通閥開度，該手動控制模式一般用于調(diào)試過程。(四)有益效果本發(fā)明的技術(shù)方案通過半經(jīng)驗的補償算法計算目標供水溫度，并通過PID控制電動三通調(diào)節(jié)閥開度，使實際供水溫度與目標溫度相一致，達到按需供熱、節(jié)約能源之目的。


圖I為本發(fā)明補償算法控制流程圖；圖2為本發(fā)明氣候補償控制系統(tǒng)在供熱系統(tǒng)中的實施示意圖。
具體實施例方式以下附圖用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖I為本發(fā)明補償算法控制流程圖，如圖所示，供水溫度計算公式根據(jù)室外溫度選取，根據(jù)室外溫度的高低，將室外溫度分為t<-8°C、-8°C<t<0°C、(TC<t<8t^Pt彡8°C共四段，不同溫度段對應(yīng)不同的計算公式(公式I 4)，將采集溫度和設(shè)定溫度值代入上述公式即可求得供水溫度值，同時對計算供水溫度依據(jù)分時段、天氣和節(jié)假日不同進行溫度修正，修正后的溫度為目標供水溫度，通過PID控制調(diào)節(jié)電動三通閥的開度，使實際供水溫度逐步接近目標供水溫度，井隨目標溫度變化而變化。同時在供暖用戶采集典型用戶室內(nèi)溫度，并目標溫度進ー步反饋修正，通過PID智能控制，實現(xiàn)了按需供熱、節(jié)約能源的目的。圖2為氣候補償控制系統(tǒng)在供熱系統(tǒng)中的實施示意圖，如圖所示，氣候補償控制、裝置主要包括室外氣象站1，用于通過測量獲取室外氣象參數(shù)；室內(nèi)溫度采集單元2，用于采集典型用戶室內(nèi)溫度；供回水溫度采集單元3，設(shè)于換熱站用戶供水管上，用于獲取系統(tǒng)的供水溫度測量值Teg ;補償計算單元4，利用供水溫度隨室外氣象參數(shù)及用戶室內(nèi)溫度變化的氣候補償曲線，根據(jù)獲取的室外氣象參數(shù)Tw以及用戶室內(nèi)溫度T。計算得到供水溫度計算值Tw并對計算值進行分時段、天氣和節(jié)假日修正，求得目標供水溫度Tmb ;溫度比較單元5，根據(jù)比較判斷供水溫度測量值Teg是否大于目標供水溫度Tmb，如果是，通過PLC控制単元8控制電動三通閥的開度，改變供水溫度，直至供水溫度測量值Teg與目標供水溫度Tmb一致；數(shù)據(jù)存儲単元6，對采集到的室內(nèi)、外溫度，供、回水溫度具有存儲功能，可隨時查看歷史數(shù)據(jù)；顯示單元7，128*64分辨率液晶顯示屏,顯示各種參數(shù)和工作狀態(tài)；PLC控制單元8，對目標供水溫度Tmb和實際供水溫度Teg進行PID控制運算，輸出的模擬量信號通過PLC控制單元8控制電動三通閥9的開度，實現(xiàn)供水流量的調(diào)節(jié)。本實施例的系統(tǒng)中，補償控制系統(tǒng)還可以包括用戶網(wǎng)回水溫度采集單元5，設(shè)于換熱站用戶網(wǎng)回水管7上，用于獲取用戶網(wǎng)回水溫度測量值Τ 。則此時溫度比較單元4可以通過比較判斷供、回水溫度測量值TfTdl或供、回水溫度測量值的平均值Tca是否大于供暖溫度計算值Tf Lh或計算平均值T>。上述氣候補償控制系統(tǒng)中的用戶網(wǎng)供回水溫度測量單元3可以取供水和回水中的ー個或兩個參數(shù)，具體設(shè)置情況可視溫度比較單元4所需溫度參數(shù)而定。一般情況下，僅設(shè)供水溫度采集單元，本發(fā)明亦以用戶網(wǎng)供水溫度為計算對象。上述本發(fā)明實施例中，室外氣象參數(shù)除溫度外，還可包括以下若干項光照強度、風速或雨量，由所有這些參數(shù)確定系統(tǒng)供水溫度的計算值，實現(xiàn)系統(tǒng)供水溫度整整意義上的氣候補償；同時室外氣象參數(shù)的獲取途徑可以有多種包括現(xiàn)場采集、由氣象局傳送等其他任意方式獲得。以上為本發(fā)明的最佳實施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見的想到ー些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.ー種集中供熱系統(tǒng)的供水溫度氣候補償算法和控制方法，包含不同室外溫度段的計算供水溫度公式、不同時段的修正、天氣(睛天和雨雪天)修正、節(jié)假日修正方法、典型用戶室內(nèi)溫度反饋修正方法和氣候補償器的控制方法，其特征是根據(jù)起始供水溫度和室外溫度，通過本發(fā)明的半經(jīng)驗計算公式和修正方法來確定出二次目標供水溫度，并通過智能PID控制方法來調(diào)節(jié)電動三通閥開度，使實際供水溫度接近目標供水溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不同室外溫度段的計算公式，其特征是 不同室外溫度段對應(yīng)不同的計算供水溫度，公式如下t計算=[t起始_k2X (_8)]_{[t室外-(-8)] XkJ ;其中 Ii1 = I. 2, k2 = I (公式 I)t計算=t起始+kj X t室外；其中Ii1 = 1.2 (公式2)t計算=t起始+k3Xt室外；其中k3 = O. 8 (公式3)t 計算=(t iafe _k3 X 8) - [ (t -8) X k4];其中 k4 = O. 3(公式 4) 式中，ti+#為計算供水溫度；1|^為室外溫度ュ^^為起始設(shè)定供水溫度。
①當 |^<_8°C,計算溫度ti+#采用公式I計算； ②當-8°C<t室タ卜< (TC,計算溫度采用公式2計算； ③當0°C<t室タ卜< _8°C,計算溫度采用公式3計算； ④當t室外>8°C,計算溫度采用公式4計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分時段溫度修正，其特征是將一天分成若干時間段(最多24段)，根據(jù)不同的時間段的増益對理論供水溫度值進行直接加減修正，分時段修正分時增益是氣候補償算法的特點之一。
1^ = 1:計算+ At分時 (公式5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天氣修正，其特征是睛天修正值為負，風雪修正值A(chǔ)t天氣為正，修正值的大小可調(diào)，一般不超過5°C。
1^ = 1^+At天氣 (公式6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的節(jié)假日修正，其特征是學校、辦公樓等在節(jié)假日期間無人值守情況下，可將供水溫度降至防凍溫度(防凍溫度可手動設(shè)定)，以降低能源消耗。
t3 = 2+Δ t假曰 (公式7) ο
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的典型用戶室內(nèi)溫度反饋修正，其特征是供熱系統(tǒng)運行的優(yōu)劣直接反映在末端用戶，選取典型用戶室溫作為熱用戶反饋，對計算供水溫度進行修正，確保最不利用戶的供水溫度 t4 = t3+At用戶 (公式8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、6所述的典型用戶，其特征是供熱系統(tǒng)的距熱源最遠的最不利用戶及由于系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)致的室溫難以達標的用戶。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的目標溫度，其特征包括通過對計算供水溫度經(jīng)過修正后獲得的溫度為目標供水溫度。
t目標=t4 = t計算+ Δ t分時+ Δ t天氣+ Δ t假曰+ Δ t用戶 (公式9)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能PID控制方法，其特征是將PID中實際供水溫度與目標供水溫度值進行比較，通過PID運算輸出6400 32000模擬量信號，該模擬量信號轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的4 20mA電流輸出信號來控制電動三通調(diào)節(jié)閥的開度，進ー步實現(xiàn)實際值無限接近目標值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集中供熱系統(tǒng)的供水溫度氣候補償算法和控制方法，包括不同室外溫度段的計算公式、不同時間段的水溫修正、不同天氣(晴天和風雪天)下水溫修正、節(jié)假日期間的水溫修正，還包括氣候補償器電動三通閥的控制方法，即根據(jù)室外溫度和用戶供水溫度變化計算理論用戶供水溫度，并對理論值進行修正成目標供水溫度值，將實際用戶供水溫度與目標供水溫度值進行比較，結(jié)合供熱末端用戶室內(nèi)溫度高低，采用智能PID控制方法，調(diào)節(jié)電動三通閥至最佳工作狀態(tài)，使熱源輸出的實際供水溫度符合目標供水溫度值，達到實際供水溫度與室外溫度的緊密結(jié)合，以保證供熱系統(tǒng)熱用戶的用熱需求，實現(xiàn)最大化節(jié)能運行的目的。
文檔編號F24D19/10GK102721104SQ201210189328
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者丁琦, 張春蕾, 徐振江, 穆連波 申請人:北京金房暖通節(jié)能技術(shù)有限公司