一种相变蓄热供暖系统的控制方法与流程

本发明涉及供暖技术领域，具体涉及一种相变蓄热供暖系统的控制方法。

背景技术：

按照发改委要求，要在2017年底前完成全国95％以上存量居民合表用户改造，全面推行居民用电峰谷电价，要求尚未出台居民用电峰谷电价的地区在2015年底前出台政策，由居民用户选择执行。即全国各省市供电局将向工商业及普通居民在每天23点至第二天早晨7点时段提供5折优惠电价，以鼓励夜间电力消费，从而提高各地区电力供应部门的经济效益，优惠夜间电价在全国范围内逐步实施显然已成为大势所趋。

峰谷电价最大的受益方是电采暖，其运行成本由此大幅降低，整个采暖市场随之出现一个全新的局面。电采暖可靠，使用方便，经济，环保，能给住宅提供高质量的温度和舒适性。

目前已有的高温蓄热供暖都是显热蓄热材料依靠温度的变化来进行能量储存的，蓄放热是个变温过程，蓄热密度小，导致蓄热设备体积庞大，效率不高。

而相变蓄热供暖是利用材料在相态(固-液、固-固或液-气)变化时，吸收或放出大量潜热而进行的热量储存或释放，相变过程中材料的温度几乎保持不变。利用中低温相变材料在夜间将谷电储存在相变材料中，白天用于供暖。

中低温相变材料相变潜热大，和水蓄热相比，同样加热到85度，其有效焓值是同体积水的3～6倍，有效热量大部分集中在70～80度之间，非常适合采暖的蓄放热温度，稳定性和寿命长，储能单元可冲放热5000次以上，用于采暖可保证10年以上有效使用寿命，适应大、中、小型采暖用户。

申请号为201520920362.2的专利文件公开了一种谷电相变蓄热供暖系统，包括蓄热系统、供热系统和补水缓冲系统；蓄热系统包括依次相连构成回路的水泵、第一阀门、电锅炉、第二阀门、压力传感器、第一温度传感器、蓄热器、第三阀门、过滤器、第二温度传感器、流量计、第四阀门；供热系统包括依次相连构成回路的蓄热器、第三阀门、过滤器、第二温度传感器、流量计、第四阀门、水泵、第七阀门、第九阀门、暖气片、第十阀门、第八阀门、压力传感器、第一温度传感器；补水缓冲系统包括膨胀水箱、第五阀门、第六阀门；蓄热系统、供热系统、补水缓冲系统中是水介质。在该发明中，其管路及设备布局较为复杂，不便于整个系统及设备的安装；另外在对蓄热器进行蓄热过程中，整个系统不能提供供暖功能，即该系统不利于实现全天候供暖。

申请号为201620099721.7的专利文件公开了一种相变储能设备与双电锅炉联合供暖系统，其要点是：两个阀门、第一电锅炉和第一循环泵设置在第一上水管线上；它还有第二上水管线，第一和第二上水管线并联；相变储能设备和第二循环泵设置在第二上水管线上，所说的相变储能设备是第二电锅炉的给、出水口经过各自的三通与换热管构成内回路，换热管置于保温罐中，在保温罐里充满相变储能材料，在内回路设置内循环泵；两个三通的旁路分别作为相变储能设备的进水口和出水口接在第二上水管线上，在相变储能设备两侧的第二上水管线上各设一个阀门。在该使用新型中，为了解决全天候供暖问题，需设置两个电锅炉，在对蓄热器进行蓄热过程中，一个电锅炉对外部提供供暖，另一个电锅炉则需单独对蓄热器进行蓄热，这无疑增大了整个系统的管路及设备布局的复杂程度，同时也增大了设备的投入成本。

技术实现要素：

本发明为了充分利用谷电进行供暖，同时解决现有技术中的的缺陷，提出了一种相变蓄热供暖系统的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种相变蓄热供暖系统的控制方法，所述相变蓄热供暖系统包括供热循环系统、负载循环系统，供热循环系统与负载循环系统通过换热装置进行换热；所述供热循环系统包括电热锅炉、供热循环动力装置、相变蓄热热库、分流管，所述电热锅炉、供热循环动力装置、相变蓄热热库、换热装置依次通过供热循环管路连接；分流管设置在供热循环管路上，并与换热装置并联；所述换热装置的出水管与分流管的连接处设置有分流调节器；

所述相变蓄热供暖系统还包括中央处理器，存储器以及检测装置；中央处理器分别与电热锅炉、热库、检测装置以及存储器相连接；电热锅炉和热库分别连接有检测装置；

所述分流调节器为电动三通阀，所述控制方法包括以下几个步骤：

s41：建立不同室外温度情况下的二次侧供水温度的对应表格，转s42;

s42：通过采集室外温度来查询得到其二次侧供水温度的目标基准值，转s43;

s43：通过时间以及目标场所对基准值进行修正，转s44;

s44：供热后通过用户反馈对最终的目标值进行修正，转s45;

s45：计算目标值与当前值的差值，转s46;

s46：判断差值是否小于调节阈值,判断结果为是，转s47;

s47：电动三通阀的阀门开度不调节，即输出保持不动.

优选的，步骤s46中，判断的结果为否时，执行以下操作步骤：

s48：将差值乘一个比例系数，作为需要调节的量，转s49;

s49：判断该量绝对值是否大于电动三通阀的阀门设置的最大限值，判断结果为是，转s50;

s50：将最大限值的数值加上当前实际值作为最终的输出数值。

进一步的，步骤s49中，判断的结果为否时，将调节量加上当前实际值作为最终的输出数值。

有益效果：

本发明通过采集室外温度并结合二次侧供水温度的目标基准值，通过时间以及目标场所对基准值进行修正并根据用户反馈来对电动三通阀的阀门开度进行控制，通过阀门开度来调节给用户的供暖量，给用户提供比较舒适的供暖温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述的一种相变蓄热供暖系统的结构示意图。

图2是本发明所述的一种相变蓄热供暖系统的另一种结构示意图。

图3是本发明所述的一种相变蓄热供暖系统的供热循环系统及换热装置的结构示意图。

图4是本发明所述的一种相变蓄热供暖系统的负载循环系统及换热装置的结构示意图。

图5是本发明所述相变蓄热供暖系统结构框图。

图6是本发明所述电热锅炉的控制方法的流程图。

图7是本发明所述电热锅炉的控制方法的又一流程图。

图8是本发明所述电热锅炉的输出功率控制方法的流程图。

图9是本发明所述水泵功率的控制方法的流程图。

图10是本发明所述三通阀调节控制方法的流程图。

附图标记

1、电热锅炉；2、供热循环动力装置；21、电路检测装置；3、相变蓄热热库；31、旁路管；32、热库进口压力检测装置；33、热库进水温度检测装置；34、热库内部温度检测装置；35、供热进水温度检测装置；36、热库进水阀；37、热库出水阀；38、旁路管阀门；4、分流管；5、分流调节器；51、混合水温度检测装置；6、流量计；7、补水装置；8、换热装置；81、供热回水温度检测装置；82、供热回水压力检测装置；83、负载出水温度检测装置；84、负载回水温度检测装置；9、负载循环动力装置；10、采暖装置。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案作进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种相变蓄热供暖系统，包括供热循环系统、负载循环系统，供热循环系统与负载循环系统通过换热装置8进行换热；供热循环系统包括电热锅炉1、供热循环动力装置2、相变蓄热热库3、分流管4，所述电热锅炉1、供热循环动力装置2、相变蓄热热库3、换热装置8依次通过供热循环管路连接；分流管4设置在供热循环管路上，并与换热装置8并联；所述换热装置8的出水管与分流管4的连接处设置有分流调节器5。

其中，供热循环系统作为热源系统，通过换热装置8将热量传递到负载循环系统中，由负载循环系统向用户供暖。在负载循环系统内设置有负载循环管路，在负载循环管路上设置有负载循环动力装置9和用户的采暖装置10。

通常情况下，供热循环系统的供热循环管路内和负载循环系统的负载循环管路内，均由水介质来作为载热介质。

所述相变蓄热热库3内部设置有相变材料，相变材料通过相变蓄热热库3内的换热管与供热循环管路中的循环水进行换热，具体的，相变材料包括结晶水合盐、金属及合金类、石蜡类、非石蜡有机类、陶瓷基复合材料中的一种或多种。

另外，根据电网中谷电、平电和峰电的电价分布情况，该系统的基本工作状况为：

在谷电过程或者平电补热过程中，电热锅炉1对供热循环管路中的循环水进行加热，一方面，被加热的循环水通过换热装置8向负载循环系统供热；另一方面，由于分流管4和分流调节器5的设置，这使得电热锅炉1、相变蓄热热库3与分流管4之间构成一个储能循环，部分被加热的循环水未流经换热装置8供热，而通过分流管4进行储能循环，为相变材料的储能过程提供一个较高热量的储能环境，从而实现相变材料通过与循环水换热并连续地进行储能的过程。从而实现相变材料储能与循环水换热并行进行。

在峰电过程或者平电非补热过程中，关闭电热锅炉1，通过相变蓄热热库3中相变材料存储的能量对循环水进行加热，从而实现供热循环系统向负载循环系统的供热，达到了全天侯供暖；同时，由于分流管4和分流调节器5的设置，便于控制流经换热装置8的水流量，即在使用相变蓄热热库3供热的过程中，便于控制供热循环系统向负载循环系统提供的热量值，平稳地为负载循环系统供热，确保供给用户的暖气维持在一个较为稳定的温度范围。

在该系统中，充分利用了电网中谷电、峰电的电价政策，不仅实现了全天候供暖，而且也有利于电网削峰填谷，同时降低了供暖成本。

实施例2

参照图2-3，所述供热循环动力装置2具有多级输出动力，设置在电热锅炉1和相变蓄热热库3之间，供热循环动力装置2包括至少两个以并联方式接入供热循环管路的泵组件。该结构通过设置具有多级输出动力的供热循环动力装置2，可根据不同电价时段以及外部温度情况，来调节供热循环动力装置2输出的总动力，提供与系统需求相匹配的循环动力，不仅有利于降低供暖系统的运行成本，而且在电热锅炉1加热的过程中，防止了因循环不及时，热量在电热锅炉1积攒导致爆锅情况的发生。

同时，在对供热循环动力装置2中任一个泵组件进行维修时，为了确保系统的运行，在供热循环动力装置2的任一个泵组件的进水口和出水口处均设置有阀门。

所述供热循环系统中至少包括一个电热锅炉1，任一个电热锅炉1均与补水装置7连接，以便于向供热循环系统中补水。

所述相变蓄热热库3在进水口处设置有热库进水阀36，相变蓄热热库3在出水口处设置有热库出水阀37。供热循环系统还包括旁路管31，所述旁路管31设置在供热循环管路上，并与相变蓄热热库3、热库进水阀36、热库出水阀37并联，旁路管31上设置有旁路管阀门38。该旁路管31及相关结构的设置，确保了在对相变蓄热热库3维修时，供暖系统可以正常运行。

供热循环系统还包括分流管4，所述分流管4设置在供热循环管路上，并与换热装置8并联。所述换热装置8的出水口与分流管4的连接处设置有分流调节器5，所述分流调节器5分别于供热循环管路和分流管4连通，用于调节流经分流管4和流经换热装置8的水流量。分流管4的设置，不仅有利于控制供热循环系统通过换热装置8向负载循环系统供给的热量，而且确保相变蓄热热库3在电价高峰时段可以平稳地为负载循环系统供热。而分流调节器5具体为电动三通阀，这使得在分流管4和换热装置8的出口处不必分别单独设置调节阀，减少了整个系统的组件数量，便于调控供热循环管路在分流管4和换热装置8处的流量分配，同时在电热锅炉1加热的过程中，通过调节分流调节器5，增大经过换热装置8的循环水流量，也在一定程度上防止了电热锅炉爆锅情况的发生。

在本实施例中，该系统的管路及设备布局合理，结构简洁明了，整套系统的设备投入较低，安装方便，同时也增强了整套系统的安全性能。

实施例3

为了实现整套系统的智能化调控，需要在所述系统中设置多个检测装置，具体为：

在换热装置8的出水口和分流调节器5之间的供热循环管路上依次设置有供热回水温度检测装置81、供热回水压力检测装置82和流量计6，用于测定供热循环系统中，经过换热装置8换热后的循环水温度、压力以及流量；

在分流调节器5和电热锅炉1之间的供热循环管路上设置有混合水温度检测装置51，用于测定经过换热装置8换热后的循环水和经过分流管4的循环水混合后的混合水温度；

供热循环动力装置2的出水口处设置有热库进口压力检测装置32、热库进水温度检测装置33，用于测定经供热循环动力装置2泵出的水的压力、温度；

在供热循环管路上，换热装置8的进水口处设置有供热进水温度检测装置35，用于测定供热循环系统中，经过换热装置8换热前的循环水温度；

所述相变蓄热热库3中设置有热库内部温度检测装置34，用于测定相变蓄热热库3的内部温度；

在供热循环动力装置2上设置有电路检测装置21，用于测定为供热循环动力装置2供电的电路信息；

在负载循环系统上，换热装置8的出水口处设置有负载出水温度检测装置83，用于测定在负载循环系统中，经过换热装置8换热后的循环水温度；

换热装置8的进水口处设置有负载回水温度检测装置84，用于测定在负载循环系统中，经过换热装置8换热前的循环水温度。

由于在该系统中，整个谷电过程中，全部由电热锅炉1提供热量；而在整个峰电过程中，全部由相变蓄热热库3提供热量。故此，由于外部供暖环境的不同，为了避免在峰电过程中相变蓄热热库3所提供的热量不足，同时进一步确保该系统能够提供全天候的供暖功能，就需要制定一个平电时的智能化补热过程。

实施例4

参照图5-7，本实施例与实施例1-3的不同之处在于，所述相变蓄热供暖系统还包括中央处理器，存储器以及检测装置；中央处理器分别与电热锅炉、热库、检测装置以及存储器相连接；电热锅炉和热库分别连接有检测装置。所述检测装置可以是用于检测温度的温度计，用于检测流量的流量计或流量表。

所述检测装置还可以是用于检测锅炉放热多少的热量表。

一种相变蓄热供暖系统的控制方法，通过预估剩余热量是否能满足用户供暖的需求控制电热锅炉是否启动完成热库的储能蓄热。所述控制方法包括以下几个方面：

第一，热库在约定的谷电时间进行蓄电储能，优选的，约定的谷电时间为前一天的23点到当日的7点，热库完成蓄电储能后，可以设定早晨热库处于充满或接近充满的状态，一天当中的任意时刻，热库呈现充满或接近充满的状态时，能容纳的总热量是一定的，根据热量表放出多少热量，基本上就可以计算得知还剩下多少热量，我们基本上可以根据当前的温度情况还有我们原有的消耗的经验数据还有热量表前面消耗的功率数据来计算，在今天约定的谷电过程之前还需要多少热量，剩余的和还需要的热量比，可以得知热库中剩余的热量是否能够满足用户的使用，当前温度是指室外环境温度，结合时间以前的经验数据，热量表的功率参数，计算差值，室外环境温度完全是动态的数据可以通过温度计测得。比如，现在是下午1点，进行预估到晚上11点还需要6万兆焦的热量，但是现在只剩下5万兆焦的热量了，所以使用的策略为：在下午3-4点的平电时段，给电热锅炉充电对热库进行热量补充，通过预估开一个泵开两个电锅炉把剩余热量补上，加入新的热量后能用到晚上11点，完全的动态的预估还需要多少热量。现在煤用锅炉或者普通的电锅炉，都是人为来控制的，靠经验，看末端温度够不够，不够灵活。本发明所述的控制方法为24小时实时监控，自动选择补偿策略，在便宜时段来进行热量补偿。

具体的流程如下：

s1：在谷电的时间通过电热锅炉对热库进行蓄热，在峰电的时间热库进行放热，计算电热锅炉的剩余热量qs，转s2;

s2：预估当前时间到谷电开始时间所需要的热量qx，转s3;

s3：判断qs是否小于qx，判断结果为是，转s4，判断结果为否，转s1;

s4：立即启动电热锅炉对热库进行储能或者在低电价时间段对热库进行储能。

其中，qx=a*q2*(t*60-t)/t*60；

qs=q0+e1-q1；

a：温度系数，根据当天室外最低温度得到；t为白天理论上单独使用热库的供暖时间；

t1：热库进水温度；t2：热库出水温度；t3：板换一次回水温度；t4：混合水温度；v1：热量表瞬时流量；v2：总管道流量；e1：热库充热热值；q0：热库到谷电结束时候的热量；q1：从谷电结束到当前消耗的热量；q2：从谷电结束到下一个谷电开始理论所需要的热量；qs：计算的热库剩余热量；qx：当前时间到谷电开始时间所需要的热量；qf：充热停止阀值；a：温度系数，根据当天室外最低温度得到；t：从早上七点到当前时间的分钟值。在这个实施例中，t的单位是小时，根据现有的电价正常，优选的，选取晚上23点至第二天早晨7点，作为谷电时间，为热库储能蓄热，热库白天供热时间为16小时，t为16。

v2=v1*(t2-t3)/(t2-t4)；当t1>t2时，e1=∑v2(t1-t2)。

在这个实施例中，优选的，步骤s5中，当qs-qx大于qf，停止运转电热锅炉，热库蓄热结束。

所述的低电价时间段对热库进行储能的具体方法如下：

s6:将当前时间之后的所有的平价时段按照电价从低到高进行排序后作为一个指针队列，将指针头指向电价最低的那个数据；根据最低电价找出对应的时间段，转s7;

s7：根据当前时间、室外温度、以及热量表的功率参数预估到电价最低的时间段还需要多少热量q4，转s8;

s8：判断q2是否大于q4，判断结果为是，转s9，判断结果为否，将队列的指针头移向下一个电价最低的那个数据作为最低电价，根据最低电价找出对应的时间段，转s6;

s9：电价最低的时间段里启动电热锅炉对热库进行储能蓄热。

实施例5

参照图8，一种相变蓄热供暖系统中电热锅炉的输出功率控制方法。

电热锅炉在谷电的时候对热库进行储能蓄热，为了防止水汽化，电热锅炉中水的温度上限设为93或95摄氏度，电热锅炉的最高功率为1000kw，在电热锅炉加热过程中，温度快速升高或降低，在较短的时间内会引起电热锅炉反复起停，电热锅炉容易损坏，系统也极其不稳定。

基于以上原因，电热锅炉的功率需要进行调节，根据数据控制锅炉的输出功率。这样系统可以做到平稳运行。电锅炉设备不会反复启动，能够达到系统运行的工况相对稳定，电热锅炉可以指定功率，可以指定多组加热阀，比如一组加热阀为200kw，输出功率1000kw就需要5组加热阀，指定输出功率800kw时需要4组加热阀，这样系统比较稳定。具体的电热锅炉的输出功率需要通过加热时间、预期温度与现有温度的差值进行计算。

具体的控制方法如下：

s11：通过电热锅炉的温度检测装置获取当前水温t;

s12：判断水温是否处于一个离水的沸点较近的状态,判断结果为是，转s13,判断结果为否，转s14;

s13：通过输出的情况和温度的情况，通过电锅炉设置多个加热阀，将电锅炉的指定功率降低，通过开启加热阀的个数控制电锅炉的功率;

s14：电热锅炉持续给水加热，随着时间的增加，电锅炉内水的温度的升高。

实施例6

参照图9，一种水泵功率的控制方法，用于相变蓄热供暖系统。

白天放热的时候，水泵的功率偏大，水泵的大部分在空转，为了节省电量，需要尽可能的来降低水泵空转的流量。水泵有一定的流量，如果全功率50hz运转，可能只有10%的流量是有效地用于换热，90%的流量通过防空管在空转，这个时候如果对于大功率的系统耗电是很大的，一般的水泵为50kw功率，但是白天供暖系统只需要10kw就可以保证正常运转，在这种情况使用50kw功率的水泵，就造成一种能源的浪费。

如果使用的水泵的功率过小，会造成水流的流量过小，热量无法供应出去，水泵功率结合流量参数，另外结合水泵的特性选择一个合理的输出功率，来达到既能把热量供应出去又节能的效果。

相变蓄热供暖系统中水泵，为了系统稳定运行，一般设为两用一备的模式，也就是三个大泵。在白天放热阶段，一般情况下，经过15-16个小时将热库中的热量逐步放出，放热时间较长，需要考虑水泵的降频措施，水泵的降频主要通过变频机来实现。给热库充热时，特别是白天紧急补热，需要在较短时间内对热库进行蓄热，这时需要考虑几个泵一起运行。通过降频可以达到供暖系统节能的目的。

s31：判断热库是否处为蓄热状态，判断结果为是，转s32，转s33;

s32：需要蓄热的热量qz为蓄热时间t9乘以单位时间内的热量q9，即qz=t9*q9;

s33：单位时间内的热量是以通过锅炉加热的热水作为媒介传递的，通过流量参数和水泵的特性选择一个合理的输出功率，通过变频机将水泵的功率降下来;

s34：热库处于放热状态，通过用户反馈温度和和水泵的特性选择一个合理的输出功率。

实施例7

参照图10，一种电动三通阀调节控制方法，用于相变蓄热供暖系统。

现有的供暖系统通过从电热站直接二次供热，对于末端不进行实时监控，本实施例的最终的目标是结合末端的温度直接影响供热系统提供的温度，通过在用户家里放一些温度计或者红外测温器，反馈用户温度，通过综合的计算，控制三通阀的宽度。

电动三通阀可通过调节阀门开度来控制流向两个方向的流量，即通过流量调节实现对供热流量的控制，实现系统的平稳运行，在计算过程中主要依据二次侧供水温度作为调节目标。

先建立不同室外温度情况下的二次侧供水温度的对应表格，即通过采集室外温度来查询得到其二次侧供水温度的目标基准值，然后通过时间对基准值进行修正，所修正的温度值需要根据用户末端所反馈回来的温度数值而定，从而保证调节的温度能达到最终的目标值。

具体为：

s41：建立不同室外温度情况下的二次侧供水温度的对应表格，转s42;

s42：通过采集室外温度来查询得到其二次侧供水温度的目标基准值，转s43;

s43：通过时间以及目标场所对基准值进行修正，转s44;

s44：供热后通过用户反馈对最终的目标值进行修正，转s45;

s45：计算目标值与当前值的差值，转s46;

s46：判断差值是否小于调节阈值,判断结果为是，转s47,判断结果为否，转s48;

s47：电动三通阀的阀门开度不调节，即输出保持不动;

s48：将差值乘一个比例系数，作为需要调节的量，转s49;

s49：判断该量绝对值是否大于电动三通阀的阀门设置的最大限值，判断结果为是，转s50，判断结果为否，转s51;

s50：将最大限值的数值加上当前实际值作为最终的输出数值；

s51：将调节量加上当前实际值作为最终的输出数值。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。