碳纤维供热节能系统及其控制方法与流程

本发明涉及供热节能领域，尤其涉及一种碳纤维供热节能系统及其控制方法。

背景技术：

随着经济的发展，人民生活水平的提高，社会对电能的需求不断的增长，特别是各大电网的峰谷差日趋增大，由于夜间用电量少，造成了电力的大量损失，各地政府纷纷出台各类谷电价格政策，通过改变低谷时段电价吸引用户在低谷时段用电，既减少了电力损失又降低了高峰时段的电力负荷，从而实现了削峰填谷、调峰扩容的目的。因此使用电能供暖能够对谷电的充分利用，既能减少电力的损失，又能实现经济的供暖。

在传统的集中供暖中，采用统一管道进行供暖，由于房屋结构的差异，导致其热量分布不均。在同一栋楼内，边户、顶户等由于散热较快，供暖温度经常不达标，而中间户、阳面户等已温度过高，经常出现开窗放热的现象，因而导致能源的大量浪费。

因此，如果更好的实现节能供暖，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种碳纤维供热节能系统及其控制方法。

本发明提供了一种碳纤维供热节能系统，包括与当地气象网站连接的服务器、碳纤维采集器、室外温度传感器、碳纤维供热节能单元，其中，所述服务器与所述碳纤维采集器连接，所述碳纤维采集器分别与所述室外温度传感器、碳纤维供热节能单元连接，所述碳纤维供热节能单元包括碳纤维控制器和碳纤维发热线，所述碳纤维采集器与所述碳纤维控制器连接，所述碳纤维控制器与所述碳纤维发热线连接，所述碳纤维发热线包括从下至上层叠设置的绝热层、反射层、接地网、碳纤维发热线主体、蓄热层和面层。

作为本发明的进一步改进，所述碳纤维控制器通过继电器与所述碳纤维发热线连接，所述碳纤维控制器采集室内的温度，并根据设定的参量，通过所述继电器控制所述碳纤维发热线的接通和断开。

作为本发明的进一步改进，所述碳纤维供热节能系统还包括用户端，所述用户端通过互联网与所述服务器连接，用户通过所述用户端管理、设定、调整参量，并通过互联网发送给所述服务器，用户可通过所述用户端在所述服务器上查询采集到的数据、故障信息及计算分析决策的信息。

作为本发明的进一步改进，所述碳纤维采集器通过lora无线通信单元分别与所述室外温度传感器、碳纤维控制器进行通信，所述碳纤维采集器与所述碳纤维控制器之间的通信采用呼叫应答的方式，所述碳纤维采集器与所述室外温度传感器之间的通信采用呼叫应答的方式。

作为本发明的进一步改进，所述碳纤维采集器与所述服务器采用移动网络进行通信，所述碳纤维采集器将所述服务器下发的命令下达到所述碳纤维控制器或所述室外温度传感器，并将所述碳纤维控制器或所述室外温度传感器采集到的数据上传给所述服务器。

作为本发明的进一步改进，所述服务器定时在当地气象网站上获取其后24小时的气象数据，用于气候补偿运算；所述服务器对采集的数据及设定的参数根据建立的供暖模型进行运算、分析，并决策出控制方案通过所述碳纤维控制器下发给所述碳纤维控制器。

本发明还提供了一种碳纤维供热节能系统的控制方法，通过如上述所述的碳纤维供热节能系统进行以下过程：

设蓄热层各参量如下：

蓄热层厚度为l，单位为m；

蓄热层密度为ρ，单位为kg/m³；

蓄热层比热容为h，单位为kj/kg.℃；

蓄热层面积为s，单位为㎡；

蓄热层温度温升为δt，单位为℃；

蓄热层的蓄热量为δq，单位为kj；

设碳纤维加热线设计功率为p，单位w/㎡；

蓄热所需时间为t，单位h；

蓄热量计算方法：δq＝ρ×s×l×h×δt……(1)

蓄热所需时间：t＝δq/(p×s×3600)……(2)

房屋从建筑的位置上可分为顶户、底户、边户、中间户，从方位上可分为阳面和阴面；

顶户为建筑物最顶层的住户，底户为建筑物第一层的住户，边户指建筑物两边有山墙的住户，中间户指除了上述三种户型的其它住户；阳面户型是指有阳台或窗户朝南的墙面，阴面是指有阳台或窗户不朝南的墙面；

设对应每栋房屋对应方位及其各个面的面积分别为：顶面为sn1、底面为sn2、阳面外墙为sn3、阴面外墙为sn4，其对应单位为㎡；由于楼栋内各房屋之间温差较小，在供热模型内影响较小，为了简化建筑模型，户与户之间的中间隔墙忽略不计；

设对应每栋房屋各面对应的耗散功率分别为：顶面为kn1、底面为kn2、阳面外墙为kn3、阴面外墙为kn4，其对应单位为w/㎡.℃；

设室外温度传感器采集到的温度为tp，单位为℃；

设碳纤维控制器采集到室内温度为tn，单位为℃；

对应房屋的耗散功率为：

pn＝(sn1×kn1+sn2×kn2+sn3×kn3+sn4×kn4)×(tn-tp)……(3)

对应房屋一天消耗热量为qn＝∫pndt……(4)

根据采集的用户内人员活动情况分析其活动规律，确定用户的供热时段；

根据当地气象网站发布的第二天的温度曲线作为室外温度，应用公式3和公式4预算第二天需消耗的热量；

结合当地谷电时段，设定用户的蓄热时段；

根据需消耗的热量，应用公式1和公式2计算该用户蓄热时间；

将蓄热时间分成几个时段，均匀分布在设定的用户蓄热时段内；

通过上述过程，根据气象的预报、实时的温度测量、房屋的耗散功率、用户的供暖功率、当地的谷电时段及用户的活动规律，在碳纤维供热系统内建立供热建模，并进行精准的控制，实现节能供暖。

本发明的有益效果是：通过上述方案，可较好的实现节能供暖。

附图说明

图1是本发明一种碳纤维供热节能系统的示意图。

图2是本发明一种碳纤维供热节能系统的碳纤维发热线的示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图2所示，一种碳纤维供热节能系统，包括与当地气象网站106连接的服务器101、碳纤维采集器102、室外温度传感器103、多个碳纤维供热节能单元，其中，所述服务器101与所述碳纤维采集器102连接，所述碳纤维采集器102分别与所述室外温度传感器103、碳纤维供热节能单元连接，所述碳纤维供热节能单元包括碳纤维控制器104和碳纤维发热线105，所述碳纤维采集器102与所述碳纤维控制器104连接，所述碳纤维控制器104与所述碳纤维发热线105连接，所述碳纤维发热线105包括从下至上层叠设置的绝热层1、反射层2、接地网3、碳纤维发热线主体4、蓄热层5和面层6，绝热层1铺设在楼板7上，蓄热层5起蓄热保温作用，碳纤维发热线主体4用于加热，产生热量。

如图1至图2所示，所述碳纤维控制器104通过继电器与所述碳纤维发热线105连接，所述碳纤维控制器104采集室内的温度及人体活动状况，并根据设定的参量，通过所述继电器控制所述碳纤维发热线105的接通和断开。设定的参量包含最高加热室温、最高蓄热温度、加热时段等。

如图1至图2所示，所述碳纤维供热节能系统还包括用户端，所述用户端通过互联网与所述服务器101连接，用户通过所述用户端管理、设定、调整参量，并通过互联网发送给所述服务器101，用户可通过所述用户端在所述服务器101上查询采集到的数据、故障信息及计算分析决策的信息。用户端优选为pc端108和手机app108。

如图1至图2所示，所述碳纤维采集器102通过lora无线通信单元分别与所述室外温度传感器103、碳纤维控制器104进行通信，所述碳纤维采集器102与所述碳纤维控制器104之间的通信采用呼叫应答的方式，所述碳纤维采集器102与所述室外温度传感器103之间的通信采用呼叫应答的方式。碳纤维采集器102可随时采集或设置碳纤维控制器104和室外温度传感器数据106的参数。

如图1至图2所示，所述碳纤维采集器102与所述服务器101采用4g进行通信，所述碳纤维采集器102将所述服务器101下发的命令下达到所述碳纤维控制器104或所述室外温度传感器103，并将所述碳纤维控制器104或所述室外温度传感器103采集到的数据上传给所述服务器101。

如图1至图2所示，所述服务器101定时在当地气象网站106上获取其后24小时的气象数据，用于气候补偿运算；所述服务器101对采集的数据及设定的参数根据建立的供暖模型进行运算、分析，并决策出合理的控制方案通过所述碳纤维控制器102下发给所述碳纤维控制器104。

如图1至图2所示，一种碳纤维供热节能系统的控制方法，通过如上述所述的碳纤维供热节能系统进行以下过程：

蓄热层5材质为水泥砂浆或其它蓄热材料，用于储存热量，并用于附着地板。

设蓄热层5各参量如下：

蓄热层厚度为l，单位为m；

蓄热层密度为ρ，单位为kg/m³；

蓄热层比热容为h，单位为kj/kg.℃；

蓄热层面积为s，单位为㎡；

蓄热层温度温升为δt，单位为℃；

蓄热层5的蓄热量为δq，单位为kj；

设碳纤维加热线105设计功率为p，单位w/㎡；

蓄热所需时间为t，单位h；

蓄热量计算方法：δq＝ρ×s×l×h×δt……(1)

蓄热所需时间：t＝δq/(p×s×3600)……(2)

房屋从建筑的位置上可分为顶户、底户、边户、中间户，从方位上可分为阳面和阴面；

顶户为建筑物最顶层的住户，底户为建筑物第一层的住户，边户指建筑物两边有山墙的住户，中间户指除了上述三种户型的其它住户；阳面户型是指有阳台或窗户朝南的墙面，阴面是指有阳台或窗户不朝南的墙面；

设对应每栋房屋对应方位及其各个面的面积分别为：顶面为sn1、底面为sn2、阳面外墙为sn3、阴面外墙为sn4，其对应单位为㎡；由于楼栋内各房屋之间温差较小，在供热模型内影响较小，为了简化建筑模型，户与户之间的中间隔墙忽略不计；

设对应每栋房屋各面对应的耗散功率分别为：顶面为kn1、底面为kn2、阳面外墙为kn3、阴面外墙为kn4，其对应单位为w/㎡.℃；

设室外温度传感器103采集到的温度为tp，单位为℃；

设碳纤维控制器104采集到室内温度为tn，单位为℃；

对应房屋的耗散功率为：

pn＝(sn1×kn1+sn2×kn2+sn3×kn3+sn4×kn4)×(tn-tp)……(3)

对应房屋一天消耗热量为qn＝∫pndt……(4)

根据采集的用户内人员活动情况分析其活动规律，确定用户的供热时段；

根据当地气象网站106发布的第二天的温度曲线作为室外温度，应用公式3和公式4预算第二天需消耗的热量；

结合当地谷电时段，设定用户的蓄热时段；

根据需消耗的热量，应用公式1和公式2计算该用户蓄热时间；

将蓄热时间分成几个时段，均匀分布在设定的用户蓄热时段内；

通过上述过程，根据气象的预报、实时的温度测量、房屋的耗散功率、用户的供暖功率、当地的谷电时段及用户的活动规律，在碳纤维供热系统内建立供热建模，并进行精准的控制，实现节能供暖。

本发明提供的一种碳纤维供热节能系统及其控制方法，主要是根据房屋结构、室外温度、气候预报等进行供热建模，并根据室内温度、蓄热温度、室内人员活动、峰谷电时段等对供暖进行科学合理控制，实现舒适、经济、节能的供暖。

本发明提供的一种碳纤维供热节能系统及其控制方法，能够根据天气及其房屋本身的热能耗散情况等进行舒适、节能的智能供暖系统，是提高现有电供暖高效供暖的改进方案。

本发明提供的一种碳纤维供热节能系统及其控制方法，充分利用了谷电，降低了高峰时期的电力负荷，减少了电力损失，实现了经济供暖。此发明还通过供热模型的建立，对供热用电量实现精确控制，实现了舒适供暖效果、节能供暖的目的。

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。