应用于单管制换热系统的目标区域温度控制方法及装置

技术领域

本发明属于环境温度控制技术领域，涉及一种应用于单管制换热系统的目标区域温度控制方法及装置。

背景技术

现有的用于环境温度控制的换热系统包括供热系统和供冷系统，对于应用于多个独立目标区域环境温度控制的换热系统，所述换热系统的多个换热装置(例如暖气片等换热器)通常分别设置在多个目标区域，用于独立调节所在目标区域的温度。所述多个换热装置之间通过管道串联设置，所述换热系统的载能流体通常采用高温或低温的液体(例如水)或气体(例如空气)等流体，作为释放热能以供暖或吸收热量以供冷的媒介，所述载能流体通过管道依次流经所述多个串联设置的换热装置。

以单管制供热系统为例，其属于一种典型的上文所述的换热系统，作为载能流体的供暖水依次穿过某一楼层用户的房间进入与他上下相邻的另一用户的同位置房间，并依次传递到末端。实践中常见的供热系统，其供水管道从建筑的最高层穿越到最底层；对于楼层较高的建筑，还可划分为高区、低区或者更多分区(例如高区、中区和低区)独立供热，其中每个分区又形成一个独立的上下贯穿的单管制单向供热系统。

在单管制供热系统中，由于热水经过前端用户后，经暖气片加热室内的空气，导致热水温度下降，当它流入下一户后，水温相比于初始状态还会继续下降。经过多户之后，水温就会下降更多，导致后端或末端住户得到的水温更低，暖气片温度也就更低，从而无法保证室温达到预设温度。如果通过提高初始温度的方法来提高后端或末端住户的室温，这又将导致前端或首端用户的室温过高，同时也导致前端用户供热能量严重浪费。也就是说，由于该供热系统中的前端与后端暖气片始终存在温差，从而导致所对应房间的实际温度始终存在温差而无法实现一致，因此便无法使全部房间同时达到最佳温度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种应用于单管制换热系统中，能够均衡前端与后端目标区域温差的目标区域温度控制方法及装置。

为实现该发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种应用于单管制换热系统的目标区域温度控制方法，应用于包括一个载能流体方向调节器及多个换热装置的换热系统中，其中，所述多个换热装置分别设置在多个目标区域，用于独立调节所在目标区域的温度；所述多个换热装置之间通过管道串联设置，且两端通过管道连接在所述载能流体方向调节器的输出端；所述载能流体方向调节器的输入端用于连接所述换热系统外部供应来的载能流体；所述载能流体方向调节器用于控制所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向，所述载能流体通过管道依次流经所述多个换热装置；所述方法包括如下步骤：

判断当前是否满足改变载能流体流动方向的条件；

若满足所述条件，改变载能流体流动方向。

进一步，所述改变载能流体流动方向的条件为：所述载能流体流动方向持续时间达到或超过第一时间阈值T01。

进一步，所述第一时间阈值T01大于单次循环时长T02。

进一步，所述确定第一时间阈值T01的方法为：获取室外温度tw；确定第一时间阈值T01为：T01＝T0+A(tw-t1)·T0；其中，A为常数，取值范围为0.02＜A＜0.2；T0为标准时间长度；t1为第一基准温度值。

进一步，所述判断是否满足改变载能流体流动方向的条件为：判断以下不等式是否成立：ts-tm≥t2；其中，ts、tm分别为当前首端和末端目标区域的实际温度值；t2为第二温度基准值。

进一步，所述获得当前首端和末端目标区域的实际温度值的方法为：通过设置在所述首端和末端目标区域的温度传感器，获得所述当前首端和末端目标区域的实际温度值。

进一步，记所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向为第一流动方向和第二流动方向，其特征在于，所述改变载能流体流动方向的条件为：当前所述流动方向为第一流动方向时，所述载能流体按照第一流动方向持续时间达到或超过第三时间阈值T03；或者，当前所述流动方向为第二流动方向时，所述载能流体按照第二流动方向持续时间达到或超过第四时间阈值T04；其中，所述第三时间阈值T03不等于所述第四时间阈值T04。

进一步，所述改变载能流体流动方向的方法为：通过所述载能流体方向调节器，改变所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向。

为实现该发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种应用于单管制换热系统的目标区域温度控制装置，应用于包括一个载能流体方向调节器及多个换热装置的换热系统中，其中，所述多个换热装置分别设置在多个目标区域，用于独立调节所在目标区域的温度；所述多个换热装置之间通过管道串联设置，且两端通过管道连接在所述载能流体方向调节器的输出端；所述载能流体方向调节器的输入端用于连接所述换热系统外部供应来的载能流体；所述载能流体方向调节器用于控制所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向，所述载能流体通过管道依次流经所述多个换热装置；所述装置包括：判断模块，用于判断当前是否满足改变载能流体流动方向的条件；执行模块，用于当满足所述条件时，控制所述载能流体方向调节器改变所述载能流体的流动方向。

有益效果：本发明通过设置载能流体方向调节器，在满足条件时对所述载能流体在所述单管制换热系统的管道和换热装置中的流动方向进行周期性转换，能够使得位于不同位置的目标区域获得相近的实际温度，克服了传统单管制换热系统采用载能流体单向流动方法时所出现的前端或首端换热效果好、后端或末段换热效果差的弊端。本发明控制方法便捷，装置结构简单，控温调节效果好。

附图说明

图1是实施例1的整体结构示意图；

图2是图1中载能流体方向调节器的整体结构示意图；

图3是实施例2的整体流程示意图；

图4是实施例3的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至4，进一步说明本发明一种应用于单管制换热系统的目标区域温度控制方法及装置的具体实施方式。本发明一种应用于单管制换热系统的目标区域温度控制方法及装置不限于以下实施例的描述。

实施例1：

本实施例给出一种单管制换热系统的具体实施方式。

所述单管制换热系统包括多个分别设置在不同目标区域的换热装置；所述换热装置用于独立调节所在目标区域的温度；所述多个换热装置之间通过管道串联设置，所述换热系统的载能流体经所述管道的一个管口流入管道，依次流经所述多个换热装置后，再经所述管道的另一个管口流出管道；所述单管制换热系统还包括载能流体方向调节器，用于控制所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向。

具体的，如图1所示，所述多个目标区域为N个，分别记为A1-AN；每个目标区域设置一个换热装置(当然也可以设置多个，例如在一个房间内设置多个暖气片，但是在逻辑上所述多个暖气片应当视为一个换热装置)，分别记为L1-LN，所述载能流体的流动方向为：从LN依次流经各换热装置，直至到达L1后流出；所述载能流体可以是供暖或者供冷的液体或气体(例如，可以是暖气片供暖系统中的热水，或者是输送到房间的冷风)。所述多个换热装置通过管道串接后，其两端连接至所述载能流体方向调节器的输出端。所述载能流体方向调节器还设有输入端，用于连接外部供应来的载能流体。显然，所述输入端、输出端均为两个接口，分别用于所述载能流体的流入与流出。所述载能流体方向调节器可以改变所述输出端的流体方向，从而在所述串接的多个换热装置中形成正反两种流动方向。

在本实施例中，所述载能流体方向调节器的输出包括第一输出状态和第二输出状态；两种状态下所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向相反。具体的，以图1所示意的换热系统为例，第一输出状态可以为：所述载能流体先到达换热装置LN，然后从换热装置LN依次流经其它各换热装置，直至到达换热装置L1后流出；第二输出状态可以为：所述载能流体先到达换热装置L1，然后从换热装置L1依次流经其它各换热装置，直至到达换热装置Ln后流出。

在本实施例中，所述单管制换热系统还包括控制器，用于控制所述载能流体方向调节器的输出状态。具体的，所述控制器可以采用计算机结构、嵌入式系统结构、模拟电路结构等，主要用于判断当前是否满足改变载能流体流动方向的条件；若满足所述条件，改变载能流体流动方向。所述条件可以采用计时方式、温度阈值触发方式等实现，具体方法将在实施例2中进行详细阐述。

在本实施例中，所述载能流体方向调节器的具体结构如图2所示，包括多个通过连通管路交叉连接的通断装置K1、通断装置K2、通断装置K3、通断装置K4；当所述通断装置K1和通断装置K4关闭、所述通断装置K2和通断装置K3打开时，所述载能流体方向调节器的输出为第一输出状态；反之为第二状态。具体的，所述通断装置K1和通断装置K4始终同相、所述通断装置K2和通断装置K3始终同相，且所述通断装置K1、通断装置K4与通断装置K2、通断装置K3始终反向，这样可以保证将来源于系统外部的载能流体以两种完全相反的方向送入本系统的换热装置中。当然，所述载能流体方向调节器的结构并不限于本实施例的记载，只要是能够实现将载能流体以两种相反方向进行调节输出的现有技术中的装置，都应当视为与本实施例相同或相近的技术方案。

在本实施例中，所述通断装置K1、通断装置K2、通断装置K3、通断装置K4为电磁阀结构。在本实施例中，所述控制器用于控制所述通断装置K1、通断装置K2、通断装置K3、通断装置K4的工作状态，从而控制所述载能流体方向调节器的输出状态。具体的，所述控制器的输出为电子信号或电子驱动信号，可以直接对所述电磁阀结构的通断装置K1、通断装置K2、通断装置K3、通断装置K4的开启或关闭进行控制，从而对所述载能流体方向调节器的输出状态进行改变。

在本实施例中，所述单管制换热系统，还包括至少两个温度获取装置，用于采集所述目标区域和/或换热装置的实际温度信号，并发送至所述控制器。具体的，所述温度获取装置可以是两个，用于采集所述目标区域和/或换热装置的实际温度信号。当然，为了更精准的采集环境温度，也可以在多个目标区域设置两个以上的温度获取装置，以减小测量误差。所述控制器获得所述实际温度信号后，用于决策是否改变载能流体的方向。例如，当检测到首端和末端房间内温度或换热装置的温度差别较大，则说明当前温度存在不均衡现象，需要进行载能流体的方向转换。此处所述的首端房间为载能流体首先到达的换热装置对应的房间，末端房间为载能流体最后到达的换热装置对应的房间。此处所定义的“首端”和“末端”是相对的，当所述载能流体的方向转换后，“首端”和“末端”对应的房间将会对调。

在本实施例中，所述温度获取装置设置在所述串联设置的多个换热装置的首端和末端换热装置上，或者所述首端和末端换热装置所在的目标区域。具体的，首端和末端的温差往往是最大的。例如，以图1所示供热系统为例，采用传统的首层(顶层)先供水的情况下，首层温度往往最高，而底层温度最低。因而，在首层和底层设置温度获取装置，可以获得最好的温差采集效果。所述温度获取装置可以设置在换热装置上，也可以设置在换热装置所在的目标区域，可以获得相近的技术效果，因为二者的温度具有相关性。

在本实施例中，所述温度获取装置为电子式温度传感器，所述电子式温度传感器与所述控制器通过信号传输电缆连接。具体的，所述载能流体方向调节器优选安装在一串换热装置的底层(例如地下室)，所述控制器可以与所述载能流体方向调节器就近设置，所述电子式温度传感器与所述控制器通过信号传输电缆连接，以传输温度信号。所述信号传输电缆可以是专用电缆，例如网线、同轴电缆，也可采用电网载波形式，将楼宇内供电线路作为信号传输通道。

在本实施例中，所述温度获取装置内部设有电子式温度传感器，所述温度获取装置通过无线联网方式，将所述电子式温度传感器获取的温度信号传输至所述控制器。具体的，通过采用无线联网方式，可以减少现场布线的工作量，尤其适合已建成楼宇的改造。

本实施例公开的一种单管制换热系统，通过设置载能流体方向调节器对所述载能流体在所述单管制换热系统的管道和换热装置中的流动方向进行双向转换，能够使得位于不同位置的目标区域获得相近的实际温度，克服了传统单管制换热系统采用载能流体单向流动方法时所出现的前端或首端换热效果好、后端或末段换热效果差的弊端。本实施例结构简单、控制过程便捷，控温调节效果好。相比于现有的换热系统，具有不同目标区域温度均衡性好、温度控制精度高、节省能源开支等优点。

实施例2：

本实施例提供一种应用于单管制换热系统的目标区域温度控制方法，可以应用于如实施例1所述的单管制换热系统中。示例性的，所述换热系统包括一个载能流体方向调节器及多个换热装置的换热系统中，其中，所述多个换热装置分别设置在多个目标区域，用于独立调节所在目标区域的温度；所述多个换热装置之间通过管道串联设置，且两端通过管道连接在所述载能流体方向调节器的输出端；所述载能流体方向调节器的输入端用于连接所述换热系统外部供应来的载能流体；所述载能流体方向调节器用于控制所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向，所述载能流体通过管道依次流经所述多个换热装置。

如图3所示，所述应用于单管制换热系统的目标区域温度控制方法包括如下步骤：S1：判断当前是否满足改变载能流体流动方向的条件；S2：若满足所述条件，改变载能流体流动方向。示例性的，所述步骤S1以计算机程序的方式在实施例1中所述控制器中运行，可采用循环运行的方式，例如每1秒进行一次条件判定，当满足判定条件时，则执行步骤S2；执行所述步骤S2的方法可以是通过所述控制器向所述载能流体方向调节器发出指令，由所述载能流体方向调节器改变所述载能流体在多个换热装置中的流动方向。

在本实施例中，所述改变载能流体流动方向的条件为：所述载能流体流动方向持续时间达到或超过第一时间阈值T01。作为一种最为便捷有效的条件判定方式，可以设置第一时间阈值T01，例如1小时。当所述载能流体维持一个流动方向持续时间达到或超过1小时后，则改变所述载能流体在多个换热装置中的流动方向。如此循环往复，实现载能流体流动方向的自动切换。

在本实施例中，所述第一时间阈值T01大于单次循环时长T02。具体的，所示单次循环时长是指载能流体在系统中循环一周所需要的时间。示例性的一个计算方法如下：系统中载能流体的流量速度为40升/分钟，6层楼一组共计6个暖气片及管道的总容积为200升，则单次循环时长T02为200/40＝5分钟，即载能流体从进入系统到流出系统的单次时长约为5分钟。所述第一时间阈值T01的值应远大于单次循环时长T02，例如大于单次循环时长T02的5-10倍。其目的在于，若第一时间阈值T01的值小于单次循环时长T02，则有一部分载能流体将会在多个换热装置中往返运动，导致系统整体换热能力降低。

在本实施例中，所述确定第一时间阈值T01的方法为：S1.1：获取室外温度tw；S1.2：确定第一时间阈值T01为：T01＝T0+A(tw-t1)·T0；其中，A为常数，取值范围为0.02＜A＜0.2；T0为标准时间长度；t1为第一基准温度值。示例性的，设置第一基准温度值t1＝0℃，A取值为常数0.05；当室外温度较低，tw＝-10℃时，计算T01＝0.5T0；当室外温度较高，为10℃时，计算T01＝1.5T0。该计算方法对应的物理解释为：室外较为寒冷时，换热系统首端和末端房间的温差较大，此时需要缩短改变载能流体流动方向的周期时长，从而缩小换热系统首端和末端目标区域温差；室外较为温暖时，换热系统首端和末端目标区域的温差较小，此时不需要缩短或者可以增加改变载能流体流动方向的周期时长，可以在不太影响换热系统首端和末端房间温差的情况下，减少改变载能流体流动方向的次数。

在本实施例中，所述判断是否满足改变载能流体流动方向的条件为：判断以下不等式是否成立：ts-tm≥t2；其中，ts、tm分别为当前首端和末端目标区域的实际温度值；t2为第二温度基准值。采用本判定方法作为判断是否满足改变载能流体流动方向的条件，其原理是根据目标区域的实际温度作为判定条件，当首端和末端目标区域的实际温度值出现较大差别时，说明换热系统的控温结果已经出现不均衡现象，需要进行换向。示例性的，所述第二温度基准值t2的取值可以为1-5℃，例如2℃。需要说明的是，若采用本方法计算获得的第一时间阈值T01小于单次循环时长T02的1-5倍，则应设定第一时间阈值T01的最小值为单次循环时长T02的1-5倍，例如3倍。当然，本实施例中所述“ts、tm分别为当前首端和末端目标区域的实际温度值”，并非限定所述ts、tm只能为首端第一个和末端最后一个目标区域的实际温度值，也可以是首端第二个和末端倒数第二个或第三个目标区域的实际温度值，乃至是首末两端附近的管道的实际温度值，乃至是所述流体方向调节器的输出端的进口和出口载能流体的实际温度值等，都可以用于指示“所述当前首端和末端目标区域的实际温度值”，因而都应当纳入本实施例记载的范围。

在本实施例中，所述获得当前首端和末端目标区域的实际温度值的方法为：通过设置在所述首端和末端目标区域的温度传感器，获得所述当前首端和末端目标区域的实际温度值。具体原理和结构参见实施例1中相关内容。

在本实施例中，记所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向为第一流动方向和第二流动方向，则所述改变载能流体流动方向的条件为：当前所述流动方向为第一流动方向时，所述载能流体按照第一流动方向持续时间达到或超过第三时间阈值T03；或者，当前所述流动方向为第二流动方向时，所述载能流体按照第二流动方向持续时间达到或超过第四时间阈值T04；其中，所述第三时间阈值T03不等于所述第四时间阈值T04。

具体的，本实施例可以作为采用第一时间阈值T01作为固定流向切换时长的一种优化方案。由于不同目标区域受到楼层、房间结构等差异化影响，不同房间的散热(或吸热)速率不同，例如通常顶层的散热速率要比底层快一些。若采用第一时间阈值T01等时间切换流向的技术方案，其结果将是顶层比底层的最终温度要低一些。因此，本实施例作出进一步的优化，为两种流动方向设置不同的持续时间，对散热(或吸热)速率较高的目标区域增加其有利控温调节方向的补偿，即增加该方向的持续时长。示例性的，例如设置先流经顶层方向的持续时长即第三时间阈值T03为2小时，设置先流经底层方向的持续时长即第四时间阈值T04为2.5小时。这样可以获得更有的温度均衡效果。所述第三时间阈值T03和第四时间阈值T04可以根据经验值直接确定，也可以根据实际运行结果进行反复调试最终获得。

在本实施例中，所述改变载能流体流动方向的方法为：通过所述载能流体方向调节器，改变所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向。具体的，通过控制器控制所述载能流体方向调节器改变所述载能流体的流动方向的原理和过程，请参加实施例1相关内容。

实施例3：

本实施例给出一种应用于单管制换热系统的目标区域温度控制装置。

所述应用于单管制换热系统的目标区域温度控制装置应用于包括一个载能流体方向调节器及多个换热装置的换热系统中。其中，所述多个换热装置分别设置在多个目标区域，用于独立调节所在目标区域的温度；所述多个换热装置之间通过管道串联设置，且两端通过管道连接在所述载能流体方向调节器的输出端；所述载能流体方向调节器的输入端用于连接所述换热系统外部供应来的载能流体；所述载能流体方向调节器用于控制所述载能流体在所述管道和换热装置中的流动方向，所述载能流体通过管道依次流经所述多个换热装置。

如图4所示，所述应用于单管制换热系统的目标区域温度控制装置包括：判断模块401，用于判断当前是否满足改变载能流体流动方向的条件；执行模块402，用于当满足所述条件时，控制所述载能流体方向调节器改变所述载能流体的流动方向。

具体的，所述应用于单管制换热系统的目标区域温度控制装置的物理形态可以是实施例1中所述的控制器。所述应用于单管制换热系统的目标区域温度控制装置的所述判断模块401和所述执行模块402在运行时，执行实施例2所述方法，本实施例不再赘述。

本实施例2和3公开的一种应用于单管制换热系统的目标区域温度控制方法及装置，通过设置载能流体方向调节器，在满足条件时对所述载能流体在所述单管制换热系统的管道和换热装置中的流动方向进行周期性转换，能够使得位于不同位置的目标区域获得相近的实际温度，克服了传统单管制换热系统采用载能流体单向流动方法时所出现的前端或首端换热效果好、后端或末段换热效果差的弊端。本发明控制方法便捷，装置结构简单，，相比于现有的温度控制方法，具有不同目标区域温度均衡性好、温度控制精度高、节省能源开支等优点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。