一种生活热水温度控制系统的制作方法

1.本发明属于新能源及节能技术领域，具体涉及一种生活热水温度控制系统。


背景技术：

2.利用发电站废热进行生活热水供应，能够解决部分区域生活热水的需求，提高发电站中的能量利用率，减少带有余热的废水排放，降低对环境的影响。在生活热水供应系统中，由于末端生活热水负荷的动态性变化，需要对生活热水供水温度进行实时调整，以保证生活热水温度的稳定。目前生活热水温度的调整以定时设定出水温度为主，而定时设定出水温度依赖于经验，不能很好地匹配末端用户对生活热水的实际需求，造成一定的水温波动问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种生活热水温度控制系统，用以解决现有生活热水温度调整方式因是定时设定而导致不能准确匹配末端用户的生活热水实际需求的问题。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.第一方面，提供了一种生活热水温度控制系统，包括有水温控制器、流量采集器和阀门控制器，其中，所述水温控制器包括有主控模块和第一无线通讯模块，所述主控模块有线通信连接所述第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块分别无线通信连接所述流量采集器和所述阀门控制器；
6.所述流量采集器，用于实时采集生活热水供应系统的补水流量，并通过所述第一无线通讯模块将所述补水流量实时传送至所述主控模块；
7.所述主控模块，用于根据实时获取到的所述补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，并通过所述第一无线通讯模块将所述控制指令实时传送至所述阀门控制器，其中，所述流量控制阀位于一次侧废热管道上，所述一次侧废热管道用于通过换热方式调整所述生活热水供应系统的二次侧生活热水温度；
8.所述阀门控制器，用于在接收到所述控制指令后，根据该控制指令实时控制所述流量控制阀的阀门开度，以便实时调整所述二次侧生活热水温度。
9.基于上述发明内容，提供了一种基于补水流量来控制生活热水温度的新方案，即包括有水温控制器、流量采集器和阀门控制器，其中，所述水温控制器包括有通信相连的主控模块和第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块分别无线通信连接所述流量采集器和所述阀门控制器，所述主控模块用于根据实时获取到的且生活热水供应系统的补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，并通过所述第一无线通讯模块将所述控制指令实时传送至所述阀门控制器，以便所述阀门控制器根据该控制指令实时控制所述流量控制阀的阀门开度，实现实时调整所述二次侧生活热水温度的目的，如此通过实时监测补水流量来调整一次侧废热管道上阀门的开度，可自动调整生活热水温度，准确匹配末端用户的生活热水实际需求，确保了生活热水供水温度的稳定，十分方便快捷，
便于实际应用和推广。
10.在一个可能的设计中，还包括有云服务器，所述水温控制器还包括有无线通信连接所述云服务器且有线通信连接所述主控模块的第二无线通讯模块；
11.根据实时获取到的所述补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，包括：通过所述第二无线通讯模块将实时获取到的所述补水流量实时上传至所述云服务器，并在收到由所述云服务器反馈的、与所述补水流量正相关的且流量控制阀的阀门开度目标值后，根据所述阀门开度目标值生成用于正相关地实时调整所述流量控制阀的阀门开度的控制指令，其中，所述流量控制阀位于一次侧废热管道上，所述一次侧废热管道用于通过换热方式调整所述生活热水供应系统的二次侧生活热水温度；
12.所述云服务器，用于在收到实时上传的所述补水流量后，同步获取所述生活热水供应系统的所在区域的天气数据，以及还获取本地存储的所述生活热水供应系统的热水负荷历史数据，然后根据所述补水流量、所述天气数据和所述热水负荷历史数据，实时确定所述阀门开度目标值，最后通过所述第二无线通讯模块将所述阀门开度目标值实时反馈给所述主控模块。
13.在一个可能的设计中，根据所述补水流量、所述天气数据和所述热水负荷历史数据，实时确定所述阀门开度目标值，包括：
14.根据所述补水流量和补水流量与阀门开度的已知正相关关系，实时确定与所述补水流量正相关的且所述流量控制阀的第一阀门开度目标值；
15.根据所述天气数据和天气数据与阀门开度的已知逻辑关系，实时确定所述流量控制阀的第二阀门开度目标值；
16.根据所述热水负荷历史数据，先统计得到各个历史同期时段的阀门开度，然后将与当前时段同期的历史同期时段的阀门开度作为所述流量控制阀的第三阀门开度目标值；
17.根据所述第一阀门开度目标值、所述第二阀门开度目标值和所述第三阀门开度目标值，按照如下公式实时计算得到所述阀门开度目标值x：
18.x＝κ1*x1+κ2*x2+κ3*x319.式中，x1表示所述第一阀门开度目标值，x2表示所述第二阀门开度目标值，x3表示所述第三阀门开度目标值，κ1、κ2和κ3分别表示与所述第一阀门开度目标值、所述第二阀门开度目标值和所述第三阀门开度目标值一一对应的预设权重系数且有κ1+κ2+κ3＝1。
20.在一个可能的设计中，所述第二无线通讯模块采用型号为stm8l151g的无线自组网模块。
21.在一个可能的设计中，所述第一无线通讯模块采用型号为stm8l151g的无线自组网模块。
22.在一个可能的设计中，还包括有上位机，所述水温控制器还包括有分别有线通信连接所述上位机和所述主控模块的通用接口模块。
23.在一个可能的设计中，所述通用接口模块采用rs485通讯接口和/或m-bus通讯接口。
24.在一个可能的设计中，所述水温控制器还包括有电源模块，其中，所述电源模块包括有电池和用于提供不同输出电压的多路开关式稳压器；
25.所述多路开关式稳压器的电压输出端分别电连接所述主控模块和所述第一无线
通讯模块的供电输入端。
26.在一个可能的设计中，还包括有温度采集器，所述水温控制器还包括有显示模块，其中，所述温度采集器通过所述第一无线通讯模块无线通信连接所述主控模块，所述显示模块有线通信连接所述主控模块；
27.所述温度采集器，用于实时采集所述二次侧生活热水温度，并通过所述第一无线通讯模块将所述二次侧生活热水温度实时传送至所述主控模块；
28.所述主控模块，还用于将实时收到的所述二次侧生活热水温度传送至所述显示模块进行实时展示。
29.在一个可能的设计中，所述主控模块采用型号为stm32的单片机芯片及其外围电路。
30.上述方案的有益效果：
31.(1)本发明创造性提供了一种基于补水流量来控制生活热水温度的新方案，即包括有水温控制器、流量采集器和阀门控制器，其中，所述水温控制器包括有通信相连的主控模块和第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块分别无线通信连接所述流量采集器和所述阀门控制器，所述主控模块用于根据实时获取到的且生活热水供应系统的补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，并通过所述第一无线通讯模块将所述控制指令实时传送至所述阀门控制器，以便所述阀门控制器根据该控制指令实时控制所述流量控制阀的阀门开度，实现实时调整所述二次侧生活热水温度的目的，如此通过实时监测补水流量来调整一次侧废热管道上阀门的开度，可自动调整生活热水温度，准确匹配末端用户的生活热水实际需求，确保了生活热水供水温度的稳定，十分方便快捷；
32.(2)可结合天气状况、历史数据和实测补水流量等因素，实现对所述流量控制阀的阀门开度进行智能控制并节能的目的。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。
34.图1为本技术实施例提供的生活热水温度控制系统的结构示意图。
具体实施方式
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
36.应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的
示例实施例的范围。
37.应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a、单独存在b或者同时存在a和b等三种情况；又例如，a、b和/或c，可以表示存在a、b和c中的任意一种或他们的任意组合；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a或者同时存在a和b等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
38.实施例：
39.如图1所示，本实施例第一方面提供的所述生活热水温度控制系统，包括但不限于有水温控制器、流量采集器和阀门控制器，其中，所述水温控制器包括但不限于有主控模块和第一无线通讯模块，所述主控模块有线通信连接所述第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块分别无线通信连接所述流量采集器和所述阀门控制器；所述流量采集器，用于实时采集生活热水供应系统的补水流量，并通过所述第一无线通讯模块将所述补水流量实时传送至所述主控模块；所述主控模块，用于根据实时获取到的所述补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，并通过所述第一无线通讯模块将所述控制指令实时传送至所述阀门控制器，其中，所述流量控制阀位于一次侧废热管道上，所述一次侧废热管道用于通过换热方式调整所述生活热水供应系统的二次侧生活热水温度；所述阀门控制器，用于在接收到所述控制指令后，根据该控制指令实时控制所述流量控制阀的阀门开度，以便实时调整所述二次侧生活热水温度。
40.如图1所示，在所述生活热水温度控制系统的具体结构中，所述主控模块为所述水温控制器的核心，其硬件结构可以但不限于具体采用型号为stm32的单片机芯片及其外围电路来实现。所述第一无线通讯模块可具体采用型号为stm8l151g的无线自组网模块，以便安装使用，实现无线数据传输目的。所述流量采集器具体可通过读取位于所述生活热水供应系统的补水管道上的流量元件(例如流量计)的流量数据来得到所述补水流量，因此所得的所述补水流量可反映末端生活热水的用水需求，进而可以此为控制参数，调整所述流量控制阀的阀门开度，实现通过调节所述一次侧废热管道的供热流量来调节向二次侧生活热水换热的功率并最终对生活热水温度进行调整的目的。由于所述补水流量反映了末端生活热水的用水需求，其数值越大，用水需求越大，所需阀门开度也会越大，反之则相反，因此需要根据实时获取到的所述补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，例如根据所述补水流量和补水流量与阀门开度的已知正相关关系，实时确定与所述补水流量正相关的且所述流量控制阀的阀门开度目标值，然后生成用于将所述流量控制阀的阀门开度调整至该阀门开度目标值的控制指令。此外，所述阀门控制器可具体采用可编程逻辑控制器(programmablelogic controller，plc)来实现，所述流量控制阀可具体采用现有流量阀来实现，所述一次侧废热管道可通过常规换热方式应用到所述生活热水供应系统中。
41.由此基于前述的生活热水温度控制系统，提供了一种基于补水流量来控制生活热水温度的新方案，即包括有水温控制器、流量采集器和阀门控制器，其中，所述水温控制器包括有通信相连的主控模块和第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块分别无线通信连接所述流量采集器和所述阀门控制器，所述主控模块用于根据实时获取到的且生活热水供
应系统的补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，并通过所述第一无线通讯模块将所述控制指令实时传送至所述阀门控制器，以便所述阀门控制器根据该控制指令实时控制所述流量控制阀的阀门开度，实现实时调整所述二次侧生活热水温度的目的，如此通过实时监测补水流量来调整一次侧废热管道上阀门的开度，可自动调整生活热水温度，准确匹配末端用户的生活热水实际需求，确保了生活热水供水温度的稳定，十分方便快捷，便于实际应用和推广。
42.优选的，还包括有云服务器，所述水温控制器还包括有无线通信连接所述云服务器且有线通信连接所述主控模块的第二无线通讯模块；根据实时获取到的所述补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，包括：通过所述第二无线通讯模块将实时获取到的所述补水流量实时上传至所述云服务器，并在收到由所述云服务器反馈的、与所述补水流量正相关的且流量控制阀的阀门开度目标值后，根据所述阀门开度目标值生成用于正相关地实时调整所述流量控制阀的阀门开度的控制指令，其中，所述流量控制阀位于一次侧废热管道上，所述一次侧废热管道用于通过换热方式调整所述生活热水供应系统的二次侧生活热水温度；所述云服务器，用于在收到实时上传的所述补水流量后，同步获取所述生活热水供应系统的所在区域的天气数据，以及还获取本地存储的所述生活热水供应系统的热水负荷历史数据，然后根据所述补水流量、所述天气数据和所述热水负荷历史数据，实时确定所述阀门开度目标值，最后通过所述第二无线通讯模块将所述阀门开度目标值实时反馈给所述主控模块。所述第二无线通讯模块同样可具体采用型号为stm8l151g的无线自组网模块，以便安装使用，实现无线数据传输目的。所述云服务器用于结合天气状况、历史数据和实测补水流量等因素，实现对所述流量控制阀的阀门开度进行智能控制并节能的目的。具体的，根据所述补水流量、所述天气数据和所述热水负荷历史数据，实时确定所述阀门开度目标值，包括但不限于有如下步骤s1～s4。
43.s1.根据所述补水流量和补水流量与阀门开度的已知正相关关系，实时确定与所述补水流量正相关的且所述流量控制阀的第一阀门开度目标值。
44.在所述步骤s1中，所述已知正相关关系可以提前基于常规的线性拟合方式(例如最小二乘法等)拟合得到。
45.s2.根据所述天气数据和天气数据与阀门开度的已知逻辑关系，实时确定所述流量控制阀的第二阀门开度目标值。
46.在所述步骤s2中，所述已知逻辑关系可以具体包括：在天气晴朗和日照充足时，适度减小阀门开度，而在阴雨天气时，适度增大阀门开度。
47.s3.根据所述热水负荷历史数据，先统计得到各个历史同期时段的阀门开度，然后将与当前时段同期的历史同期时段的阀门开度作为所述流量控制阀的第三阀门开度目标值。
48.在所述步骤s3中，所述热水负荷历史数据可以具体包含有生活热水季节用量及对应的阀门开度季节平均值、生活热水月用量及对应的阀门开度月平均值、生活热水周用量及对应的阀门开度周平均值、生活热水日用量及对应的阀门开度日平均值和生活热水小时用量及对应的阀门开度小时平均值，等等。如此可以根据当前时段的所处季节、月份、周、日或小时，将历史同期时段的阀门开度季节平均值、阀门开度月平均值、阀门开度周平均值、阀门开度日平均值或阀门开度小时平均值作为所述流量控制阀的第三阀门开度目标值。
49.s4.根据所述第一阀门开度目标值、所述第二阀门开度目标值和所述第三阀门开度目标值，按照如下公式实时计算得到所述阀门开度目标值x：
50.x＝κ1*x1+κ2*x2+κ3*x351.式中，x1表示所述第一阀门开度目标值，x2表示所述第二阀门开度目标值，x3表示所述第三阀门开度目标值，κ1、κ2和κ3分别表示与所述第一阀门开度目标值、所述第二阀门开度目标值和所述第三阀门开度目标值一一对应的预设权重系数且有κ1+κ2+κ3＝1。
52.在所述步骤s4中，κ1、κ2和κ3可分别举例为0.618、0.236和0.146。
53.优选的，还包括有上位机，所述水温控制器还包括有分别有线通信连接所述上位机和所述主控模块的通用接口模块。如图1所示，通过配置所述通用接口模块，可以将所述补水流量和所述阀门开度目标值等信息上报给所述上位机，满足多场景应用需求。具体的，所述通用接口模块可以但不限于采用rs485通讯接口和/或m-bus通讯接口等。
54.优选的，还包括有温度采集器，所述水温控制器还包括有显示模块，其中，所述温度采集器通过所述第一无线通讯模块无线通信连接所述主控模块，所述显示模块有线通信连接所述主控模块；所述温度采集器，用于实时采集所述二次侧生活热水温度，并通过所述第一无线通讯模块将所述二次侧生活热水温度实时传送至所述主控模块；所述主控模块，还用于将实时收到的所述二次侧生活热水温度传送至所述显示模块进行实时展示。所述温度采集器优选布置在所述生活热水供应系统的二次侧生活热水管路的管体介质中，以便将所述管体介质的介质温度作为所述二次侧生活热水温度。所述显示模块优选液晶显示器。
55.进一步优选的，所述温度采集器包括但不限于有插管式铂电阻温度计和贴片式温度计，其中，所述插管式铂电阻温度计用于安装在所述二次侧生活热水管路的管道介质中并测量得到所述管道介质的介质温度，所述贴片式温度计用于安装在所述二次侧生活热水管路的管道壁面上并测量得到所述管道壁面的壁面温度，所述管道壁面与所述管道介质属于所述二次侧生活热水管路中的同一段管道；所述主控模块还用于在通过所述第一无线通讯模块同步获取到所述介质温度和所述壁面温度后，按照如下方式(a)或(b)得到所述二次侧生活热水温度。
56.(a)先在所述同一段管道处于非供热期时，根据同步获取到的所述介质温度和所述壁面温度，确定管道介质温度校正参数，然后在所述同一段管道处于供热期时，使用所述管道介质温度校正参数对实时获取到的所述介质温度进行自动校正，得到实时的且用于作为所述二次侧生活热水温度的介质温度校正值。如此考虑常用于采集供热管道中水温的温度计——插管式铂电阻温度计在长时间使用后会出现测量偏差，进而会对供热系统的控制带来不利影响，为了消除测量偏差，可通过前述技术手段来对插管式铂电阻温度计进行周期性的校正，确保温度监测的准确性。同时还考虑在非供热期间，管道壁面温度与管道质温度基本相等，因此可以根据在非供热期得到的所述介质温度和所述壁面温度来得到可用于在供热期间对所述介质温度进行实时校正用的校正参数，详细的，根据同步获取到的所述介质温度和所述壁面温度，确定管道介质温度校正参数，包括但不限于有按照如下公式计算得到管道介质温度校正参数η：
[0057][0058]
式中，t
noh,wl
表示在非供热期的所述壁面温度，t
noh,md
表示在非供热期的所述介质
温度，如此在使用所述管道介质温度校正参数对实时获取到的所述介质温度进行自动校正时，包括但不限于按照如下公式又计算得到实时的介质温度校正值t
cr,md
：
[0059]
t
cr,md
＝(1+η)*t
h,md
[0060]
式中，t
h,md
表示在供热期的所述介质温度。此外，前述所得的管道介质温度校正参数可服务于下一个供热季，并在下一个非供热期间再次重新确定。
[0061]
(b)先根据所述壁面温度和从所述管道壁面至所述管道内介质的已知传热模型推导得到所述管道介质的介质温度推算值，以及使用管道介质温度修正参数的当前值，对所述介质温度进行自动修正，得到实时的且用于作为所述二次侧生活热水温度的介质温度修正值，然后根据所述介质温度修正值与所述介质温度推算值的比较结果，采用pid算法调节所述管道介质温度修正参数，得到所述管道介质温度修正参数的更新值。如此也可以通过前述技术手段来对插管式铂电阻温度计进行实时校正，确保温度监测的准确性。所述已知传热模型可以具体基于所述插管式铂电阻温度计和所述贴片式温度计的安装位置、所述同一段管道的材质和由内至外的传热方向等信息，通过现有的热工学提前常规地确定。所述pid(即比例proportional、积分integral和微分differential的缩写)算法是一种结合比例、积分和微分三种环节于一体的现有控制算法，它是连续系统中技术最为成熟、应用最为广泛的一种控制算法，该控制算法出现于20世纪30至40年代，适用于对被控对象模型了解不清楚的场合，因此可以根据所述介质温度修正值与所述介质温度推算值的比较结果，采用pid算法调节所述管道介质温度修正参数，得到所述管道介质温度修正参数的更新值。
[0062]
优选的，所述水温控制器还包括有电源模块，其中，所述电源模块包括有电池和用于提供不同输出电压的多路开关式稳压器；所述多路开关式稳压器的电压输出端分别电连接所述主控模块和所述第一无线通讯模块的供电输入端。通过前述电源模块的具体设计，可以提供恒压直流电源，保障整个水温控制器的正常工作。此外，所述多路开关式稳压器的电压输出端还可以分别电连接所述通用接口模块和所述显示模块等的供电输入端。
[0063]
综上，采用本实施例所提供的生活热水温度控制系统，具有如下技术效果：
[0064]
(1)本实施例提供了一种基于补水流量来控制生活热水温度的新方案，即包括有水温控制器、流量采集器和阀门控制器，其中，所述水温控制器包括有通信相连的主控模块和第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块分别无线通信连接所述流量采集器和所述阀门控制器，所述主控模块用于根据实时获取到的且生活热水供应系统的补水流量，生成用于正相关地实时调整流量控制阀的阀门开度的控制指令，并通过所述第一无线通讯模块将所述控制指令实时传送至所述阀门控制器，以便所述阀门控制器根据该控制指令实时控制所述流量控制阀的阀门开度，实现实时调整所述二次侧生活热水温度的目的，如此通过实时监测补水流量来调整一次侧废热管道上阀门的开度，可自动调整生活热水温度，准确匹配末端用户的生活热水实际需求，确保了生活热水供水温度的稳定，十分方便快捷；
[0065]
(2)可结合天气状况、历史数据和实测补水流量等因素，实现对所述流量控制阀的阀门开度进行智能控制并节能的目的。
[0066]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。