一种阀门控制方法及阀门与流程

本发明涉及供暖技术领域，具体涉及一种阀门控制方法及阀门。

背景技术：

目前我国的供暖系统在庭院管网侧水力失衡严重，造成供热量分配不均，有的房间温度过低，低于16℃，有的房间过高，达到26℃，这种情况不仅使用户的舒适度差，而且温度过低容易造成感冒，危及用户的身体健康，温度过高则会造成能源浪费。为了避免供热能源浪费，很多城市实施了按热量计费的热价制度，强制新建供热系统均安装分户热计量表，以实现按热量收费。然而，虽然安装了大量热计量表，但是按热量收费几乎没有得到实施，造成大量的热量表资源的闲置和投资的浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种阀门控制方法及阀门，能够根据不同用户对室内温度的需求，自动控制阀门的开度以控制供热量。

第一方面，本发明实施例提供一种阀门控制方法，用于控制供暖系统中的阀门，所述方法包括：

获取气象参数、建筑围护结构参数和期望的温度目标；

根据气象参数、建筑围护结构参数和期望的温度目标预测采暖热负荷；

获取供热功率；

根据所述供热功率和所述采暖热负荷确定阀门开度控制参数；

根据所述阀门开度控制参数控制所述阀门的开度。

优选地，所述气象参数包括水平面太阳辐射强度和室外空气温度，所述建筑围护结构参数包括窗户的遮阳系数，所述采暖热负荷由以下公式计算获得：

q＝a(ti-to)²+b(ti-to)+c-rs；

其中，q是所述阀门的所控用户的采暖热负荷；a、b和c是采暖热负荷预定的回归系数；ti是所述阀门的所控用户期望达到的室内目标温度；to是室外空气温度；r是窗户的遮阳系数；s是水平面太阳辐射强度。

优选地，所述获取供热功率包括：

根据热量表读取供热功率。

优选地，根据所述供热功率和所述采暖热负荷确定阀门开度控制参数具体为：

根据所述供热功率和所述采暖热负荷的差值确定阀门开度控制参数。

优选地，所述阀门开度控制参数与所述供热功率和所述采暖热负荷的关系为：

其中，v为阀门开度或者通断时间比；k为预定的比例放大系数；qp为所述采暖热负荷；qm为所述供热功率；ti为预定的积分时间常数；td为预定的微分时间常数；τ为控制过程开始时刻到当前时刻经历的时长。

第二方面，本发明实施例提供一种阀门，包括：

阀体，具有进水口、出水口以及连通所述进水口和出水口的通道；

第一阀芯；设置于所述通道的第一侧；

第二阀芯，设置于所述通道的第二侧；

电动执行装置，与所述第一阀芯连接，所述电动执行装置被配置为驱动所述第一阀芯以调节所述第一阀芯的开度；

调节旋钮，与所述第二阀芯连接，用于调节所述第二阀芯的开度；以及

刻度盘，被配置为指示所述第二阀芯的开度；

控制器，所述控制器配置为执行如下步骤控制所述第一阀芯的开度：

接收气象参数、建筑围护结构参数和期望的温度目标；

根据气象参数、建筑围护结构参数和期望的温度目标预测采暖热负荷；

获取供热功率；

根据所述供热功率和所述采暖热负荷确定阀门开度控制参数；

根据所述阀门开度控制参数控制所述第一阀芯的开度。

优选地，所述气象参数包括水平面太阳辐射强度和室外空气温度，所述建筑围护结构参数包括窗户的遮阳系数；

所述控制器被配置为通过以下公式获得所述采暖热负荷：

q＝a(ti-to)²+b(ti-to)+c-rs；

其中，q是所述阀门的所控用户的采暖热负荷；a、b和c是采暖热负荷预定的回归系数；ti是所述阀门的所控用户期望达到的室内目标温度；to是室外空气温度；r是窗户的遮阳系数；s是水平面太阳辐射强度。

优选地，所述控制器被配置为根据热量表的测量值获取所述供热功率。

优选地，所述控制器被配置为根据所述供热功率和所述采暖热负荷的差值确定阀门开度控制参数；其中，所述阀门开度控制参数与所述供热功率和所述采暖热负荷的关系为：

其中，v为阀门开度或者通断时间比；k为预定的比例放大系数；qp为所述采暖热负荷；qm为所述供热功率；ti为预定的积分时间常数；td为预定的微分时间常数；τ为控制过程开始时刻到当前时刻经历的时长。

优选地，所述电动执行装置还被配置为：

接收所述控制器确定的阀门开度控制参数。

本发明实施例提供了一种阀门控制方法及阀门，适于应用于供暖技术领域中，可以根据从热量表获取的供热功率和预测的采暖热负荷的符合程度，自动调节阀门的开度以控制供热量，使室内温度保持在用户预设的温度范围内，可以提高用户的舒适度，节约热量资源，避免能源的浪费。同时，本发明实施例的技术方案不需要在室内设置温度传感器，避免因为室内温度传感器的故障而使自动控制失效的问题。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的阀门控制系统的结构图；

图2是本发明实施例的阀门控制方法的流程图；

图3是本发明实施例的阀门的结构示意图；

附图标记说明：

1-阀体；11-进水口；12-出水口；13-通道；2-第一阀芯；3-第二阀芯；4-电动执行装置；5-调节旋钮；6-刻度盘。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

窗户的遮阳系数,用于表征窗玻璃在无其他遮阳措施情况下对太阳辐射透射得热的减弱程度。其数值为透过窗玻璃的太阳辐射得热与透过3mm厚的普通透明窗玻璃的太阳辐射得热之比值。

太阳辐射强度是表示太阳辐射强弱的物理量，称为太阳辐射强度，单位是w/m²。总太阳辐射强度为太阳直射辐射强度和太阳散射辐射强度之和。

图1是本发明实施例的阀门控制系统的结构图。如图1所示，本实施例的阀门控制系统包括热量表、室外气象参数传感器、处理器、pid控制器和阀门。所述热量表安装在采暖用户的供暖管道上，用于获取供热功率。所述室外气象参数传感器安装在建筑外，包括太阳辐射强度传感器和温度传感器，用于获取气象参数。处理器与室外气象参数传感器连接，接收所述室外气象参数传感器的气象参数，接收本领域技术人员输入的建筑围护结构参数和用户输入的期望的温度目标，计算出采暖热负荷。pid控制器与热量表、处理器和阀门连接，所述阀门为电控阀门，pid控制器接收所述热量表测得的供热功率和处理器计算所得的采暖热负荷，计算出阀门开度控制参数并根据所述阀门开度控制参数控制所述阀门的开度。

pid控制器(proportionintegrationdifferentiation，比例-积分-微分控制器)，由比例单元p、积分单元i和微分单元d组成。pid控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。pid控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，pid控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。

图2是本发明实施例的阀门控制方法的流程图。如图2所示，本发明实施例的阀门控制方法包括以下步骤：

步骤s100、获取气象参数、建筑围护结构参数和期望的温度目标。

所述气象参数包括水平面太阳辐射强度和室外空气温度。所述水平面太阳辐射强度可由设置在建筑外的太阳辐射强度传感器测得。本领域技术人员也可根据中华人民共和国城乡建设环境保护部发布的《jgj35-87建筑气象参数标准》中的《全国主要城市冬、夏季太阳辐射强度表》，或者参考其他关于太阳辐射强度的研究来确定所述水平面太阳辐射强度。所述室外空气温度可在建筑外设置温度传感器来获取，或者从当地气象台获取实时的室外空气温度。

在本实施例中，所述建筑围护结构参数包括窗户的遮阳系数。本领域技术人员可根据用户的建筑的外窗玻璃的实际情况，如玻璃品种、厚度等，通过计算得出。当然，所述建筑围护结构参数还可以包括外墙的传热系数、窗墙面积比等。

所述期望的温度目标根据用户的需求确定。

步骤s200、根据气象参数、建筑围护结构参数和期望的温度目标预测采暖热负荷。

所述采暖热负荷可由下述公式计算得出：

q＝a(ti-to)²+b(ti-to)+c-rs；

其中，q是所述阀门的所控用户的采暖热负荷；a、b和c是采暖热负荷预定的回归系数，根据事先的采暖热负荷计算结果进行拟合得到其数值；ti是所述阀门的所控用户期望达到的室内目标温度；to是室外空气温度；r是窗户的遮阳系数；s是水平面太阳辐射强度。

本领域技术人员也可根据实际情况，根据其他的修正项，如冷风渗透量等，对上述公式进行修正以进行采暖热负荷的计算。

步骤s300、获取供热功率。

所述供热功率由设置在用户采暖管道上的热量表测量得出。

步骤s400、根据所述供热功率和所述采暖热负荷确定阀门开度控制参数。

所述阀门开度控制参数可由pid控制器根据下述公式计算得出：

其中，v为阀门开度或者通断时间比；k为预定的比例放大系数；qp为所述采暖热负荷；qm为所述供热功率；ti为预定的积分时间常数；td为预定的微分时间常数；τ为控制过程开始时刻到当前时刻经历的时长。

步骤s500、根据所述阀门开度控制参数控制所述阀门的开度。

pid控制器根据计算所得的所述阀门开度控制参数，控制电控阀门的开度。

上述步骤s100至s500，在控制过程开始后循环进行，其周期可由本领域技术人员根据实际情况确定。

应理解，本发明实施例的阀门控制方法并非一定严格按照上述步骤进行，也可做一些适应性的调整，例如步骤s300和步骤s100可同时进行。

图3是本发明实施例的阀门的结构示意图。如图3所示，本实施例的阀门设置在采暖管道上，所述阀门包括阀体1、第一阀芯2、第二阀芯3、电动执行装置4、调节旋钮5、刻度盘6和控制器。阀体1包括进水口11、出水口12以及连通进水口11和出水口12的通道13，第一阀芯2和第二阀芯3分别设置于所述通道13的两侧，当第一阀芯2或第二阀芯3的任意一个或者第一阀芯2和第二阀芯3均处于全关状态时，管道中的流体不能从进水口11到达出水口12。电动执行装置4与第一阀芯2连接，控制器与电动执行装置4连接以控制电动执行装置4改变第一阀芯2的开度。调节旋钮5与第二阀芯3连接，用于调节第二阀芯3的开度，刻度盘6设置于调节旋钮5处，用于指示第二阀芯3的开度。

在本实施例中，所述阀门的形式可以是闸阀、蝶阀或球阀等，本领域技术人员可根据实际需要自行选择。所述第二阀芯3的开度可根据用户所期望的室内温度上限，通过对调节旋钮5的操作进行调节。可选地，也可设置第二电动执行装置与第二阀芯3连接，控制器根据用户输入的室内温度上限，控制第二电动执行装置调节第二阀芯3的开度。所述第二阀芯3也可在第一阀芯2、电动执行装置4或控制器发生故障或进行维修时，由用户或维修人员进行手动调节或关断，以保证使用和维修过程的安全。

所述控制器可以是独立的处理器，也可以是多个处理器的集合。在本实施例中，控制器包括pid控制器，pid控制器与采暖管道中的热量表和所述阀门连接。本领域技术人员可根据上述阀门控制方法流程的步骤s100中的方法以确定气象参数和建筑围护结构参数，并将气象参数输入至控制器中，例如将太阳辐射强度传感器和室外的温度传感器与控制器连接并将相关数据传输至控制器。控制器执行上述方法流程的步骤s200计算出采暖热负荷。

pid控制器根据所述热量表测得的供热功率和控制器计算所得的采暖热负荷，根据下述公式计算得出所述阀门开度控制参数：

其中，v为阀门开度或者通断时间比；k为预定的比例放大系数；qp为所述采暖热负荷；qm为所述供热功率；ti为预定的积分时间常数；td为预定的微分时间常数；τ为控制过程开始时刻到当前时刻经历的时长。

pid控制器根据计算所得的所述阀门开度控制参数控制所述电动执行装置4驱动所述第二阀芯3运动，调节所述第二阀芯3的开度，从而调节采暖管道的供热量，以使室内温度保持在用户设定的温度范围内。

在本实施例中，所述阀门还可自动实现供暖管网的水力平衡调节。所述控制器还被配置为根据管网水力平衡状况，计算阀门的水力平衡阀芯位置，并根据所述水力平衡阀芯位置控制所述第一阀芯2和/或所述第二阀芯3的开度，以实现供暖管网内的水力平衡，使供暖管网能根据各个末端用户的负荷变化而稳定地输送所需要的水量到达用户末端。所述水力平衡阀芯位置可根据如下公式计算得出：

其中，kb是所述阀门的水力平衡阀芯位置；δpv，r是所述阀门的设计工况水流动阻力；δpv是所述阀门的供暖水流动阻力，δpv可由如下公式计算得出：

δpv＝δpmax-δpp

其中，δpmax是供暖管网最不利支路的水循环阻力；δpp是所述阀门所在供暖支路的管道阻力。

本发明实施例提供的一种阀门控制方法及阀门，适于应用于供暖技术领域中，可以根据从热量表获取的供热功率和预测的采暖热负荷的符合程度，自动调节阀门的开度以控制供热量，使室内温度保持在用户预设的温度范围内，可以提高用户的舒适度，节约热量资源，避免能源的浪费。同时，本发明实施例的技术方案不需要在室内设置温度传感器，避免因为室内温度传感器的故障而使自动控制失效的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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。