專利名稱：遠距離閥門控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種閥門控制方法，特別涉及一種遠距離閥門控制方法。
背景技術：
近年來大量空調(diào)工程采用水箱蓄能技術，甚至部分中央空調(diào)系統(tǒng)采用地熱與蓄能 相結(jié)合的方案。將熱泵設備與淺層地下資源如土壤、地下水、地表水進行換熱，在夏季夜間 利用低谷電制冰，白天供冷；在冬季夜間利用低谷電和地熱蓄熱，白天供熱并進行制熱并提 供熱源。這種系統(tǒng)是對高低品位能源的充分利用，最大限度地發(fā)揮了兩種品位能源的優(yōu)勢， 大大優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)。兩種不同方式的空調(diào)系統(tǒng)，使各自的優(yōu)點得到了充分利用，地源熱 泵利用可再生能源——淺層地下資源，既提高了設備的運行效率，又保護了環(huán)境；外融冰方 式可以大大提高蓄冰槽的融冰速率，能夠更好的滿足低溫送風的要求和空調(diào)系統(tǒng)制冷機避 高峰運行。從而提高空調(diào)品質(zhì)、節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)初投資、節(jié)省蓄冰空調(diào)系統(tǒng)運行費用。但是 對于上述的中央空調(diào)系統(tǒng)而言，其工況不僅僅是常見的冬、夏季節(jié)兩種，而是在夏季可以具 有夜間蓄冰工況、蓄能水箱及地源熱泵同時運行的空調(diào)工況、蓄能水箱單獨運行的空調(diào)工 況等等；冬季具有夜間蓄熱工況、蓄能水箱及地源熱泵同時供熱工況、蓄能水箱單獨供熱 工況、蓄能水箱和電鍋爐同時供熱工況、電鍋爐和地源熱泵同時供熱工況、電鍋爐邊蓄能邊 供熱工況等等。而上述繁雜的工況轉(zhuǎn)換需要閥門的整體控制，而且其工況的切換往往是隨蓄能水 箱、地埋管、地源熱泵內(nèi)液體的溫度靈活調(diào)整，而且由于存在蓄能水箱、地埋管，其輸出的熱 量會隨水箱蓄能、地熱的不足而改變，這樣就需要針對其溫度改變精確調(diào)整閥門的開度。但 是蓄能水箱中的介質(zhì)通常為水，地源熱泵及地埋管中的液體介質(zhì)通常采用載冷劑，這樣大 大的增加了閥門控制的難度。而且隨著上述中央空調(diào)結(jié)構(gòu)組成的增加，其管網(wǎng)水力更容易 出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，進而造成系統(tǒng)能源的浪費和設備運行故障率增加，根據(jù)水壓調(diào)整閥門開 度的難度也大大增加。所以上述的中央空調(diào)系統(tǒng)中，閥門的控制比目前常見的中央空調(diào)系統(tǒng)其難度要高 出很多。目前尚沒有在地熱和水箱蓄能結(jié)合的中央空調(diào)系統(tǒng)中出現(xiàn)具有智能動態(tài)平衡與節(jié) 流控制的閥門方法。

發(fā)明內(nèi)容
本閥門的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種遠距離閥門控制方法， 該方法用于蓄能結(jié)合地熱的中央空調(diào)系統(tǒng)種，通過采用可編程的、具有高級數(shù)學函數(shù)計算 功能的控制器、電動執(zhí)行器和多個閥門，使中央空調(diào)具有多模式自動切換控制、動態(tài)流量平 衡控制、房間恒溫控制的功能。本閥門目的實現(xiàn)由以下技術方案完成
一種遠距離閥門控制方法，該方法涉及一種通過電動執(zhí)行器控制閥門啟閉的裝置，該 裝置由控制器、電動執(zhí)行器、閥門組成，其特征在于該方法具有如下步驟a)于被控對象處設置至少二個用于測量被控對象參數(shù)的傳感器，將所述傳感器與所述 控制器連接組成星形拓撲結(jié)構(gòu)；
b)所述傳感器采集被控對象參數(shù)信息并傳輸至控制器，及以所述傳感器采集的參數(shù)信 息為依托，控制器模擬計算出閥門開度ξ，之后所述控制器輸出控制信號至電動執(zhí)行器，電 動執(zhí)行器改變所述閥門開度至ξ ；
c)基于閥門開度改變后傳感器所采集的參數(shù)信息，控制器模擬計算出閥門開度ξ’，之 后所述控制器輸出控制信號至電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器改變所述閥門開度至ξ’ ；
d)重復步驟c)中過程，直至閥門開度與被控對象參數(shù)信息達到平衡。所述方法用于具有蓄能水箱的中央空調(diào)系統(tǒng)。所述方法用于蓄能結(jié)合地熱的中央空調(diào)系統(tǒng)，所述中央空調(diào)系統(tǒng)包括通過管路、 閥門連通的蓄能水箱、地源熱泵、換熱器、地埋管、鍋爐及用戶端。所述蓄能水箱、地源熱泵、換熱器、地埋管、閥門、鍋爐及用戶端既為所述的被控對 象，其中設置于被控對象上的傳感器包括氣溫傳感器，用于監(jiān)測用戶端房間的空氣溫度； 水溫傳感器，用于監(jiān)測閥門、管路、地源熱泵、地埋管及蓄能水箱中的水溫；壓力傳感器，用 于監(jiān)測閥門及管路內(nèi)的水壓；流量傳感器，用于監(jiān)測管路的水流量；液位傳感器，用于監(jiān)測 蓄能水箱中水位；壓差傳感器，用于閥門兩側(cè)入流口和出流口的壓差。所述控制器中設置有參數(shù)表，所述參數(shù)表中設定有閥門兩側(cè)壓差的預設值、管路 壓力預設值。所述控制器中設置有參數(shù)表，所述參數(shù)表中設定有用戶端房間氣溫預設值、蓄能 水箱蓄熱水溫預設值、蓄能水箱蓄冰水溫預設值、地埋管溫度預設值、鍋爐啟動及卸載溫度 預設值、換熱器一次側(cè)及二次側(cè)進出水溫度預設值、地源熱泵中冷凝器、蒸發(fā)器的進出水溫 度預設值。所述控制器中設置有參數(shù)表，所述參數(shù)表中設定有蓄能水箱進出水流量預設值、 蓄能水箱液位預設值、蓄能水箱蓄熱及蓄冰的熱量預設值。該方法還包括于控制器內(nèi)預設工況模式步驟，及以所述工況模式指導所述傳感 器采集被控對象參數(shù)信息，及計算閥門開度；所述的工況模式包括蓄冰工況、蓄熱工況、 空調(diào)工況、供熱工況。步驟b)中還包括基于所采集被控對象參數(shù)信息，確定控制器的工作狀態(tài)為蓄冰 工況、或蓄熱工況、或空調(diào)工況、或供熱工況，及以所選擇工況計算并確定所述閥門開度。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明技術方法可應用于具有蓄能水箱的中央空調(diào)系統(tǒng)中，尤 其適用于蓄能地熱結(jié)合的中央空調(diào)系統(tǒng)中。本發(fā)明利用可編程的控制器動態(tài)獨立控制多個 閥門的從而直接實現(xiàn)動態(tài)流量的自動平衡，進而實現(xiàn)中央空調(diào)的房間恒溫控制。采用本閥 門控制方法時，用戶端的氣溫浮動值比現(xiàn)有閥門控制方案氣溫浮動值小40-90%，中央空調(diào) 系統(tǒng)綜合能耗比現(xiàn)有閥門控制方案節(jié)省8% -33%。


附圖1為本發(fā)明閥門控制流程圖； 附圖2為本發(fā)明中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖通過實施例對本實用新型特征及其它相關特征作進一步詳細說明， 以便于同行業(yè)技術人員的理解
如圖1-2所示，圖中標記分別為地源熱泵1、電熱鍋爐2、蓄能水箱3、換熱器4、載冷劑 泵5、冷熱水泵6、冷卻水循環(huán)泵7、控制器8、冷熱水分水器9、冷熱水集水器10、用戶端空調(diào) 11、地埋管段分水器12、地埋管段集水器13、地埋管14、冷凝器15、蒸發(fā)器16。參見圖1，本發(fā)明中控制方法的流程如下
1、于被控對象處設置至少二個用于測量被控對象參數(shù)的傳感器，將所述傳感器與所述 控制器連接組成星形拓撲結(jié)構(gòu)；
2、在控制器內(nèi)根據(jù)上述的被控對象來預設工況模式步驟，并以工況模式指導所述傳感 器采集被控對象參數(shù)信息、及計算閥門開度。以具有蓄熱、蓄冰功能的空調(diào)系統(tǒng)為例其工 況模式包括蓄冰工況、蓄熱工況、空調(diào)工況、供熱工況。3、傳感器采集被控對象參數(shù)信息并傳輸至控制器，基于所采集被控對象參數(shù)信 息，確定控制器的工作狀態(tài)。之后控制器以所述傳感器采集的參數(shù)信息為依托，模擬計算出 閥門開度ξ，之后所述控制器輸出控制信號至電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器改變所述閥門開度 至ξ。4、基于閥門開度改變后傳感器所采集的參數(shù)信息，控制器模擬計算出閥門開度 I ’，之后所述控制器輸出控制信號至電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器改變所述閥門開度至ξ ’。5、對于被控對象而言，改變閥門開度會影響其狀態(tài)，而其狀態(tài)又在不停改變中，所 以需要不停執(zhí)行步驟4中過程，直至閥門開度與被控對象參數(shù)信息達到平衡。以上所述方法的流程，適用于大型的復雜中央空調(diào)系統(tǒng)，尤其適用于具有蓄能水 箱的中央空調(diào)系統(tǒng)中，乃至蓄能地熱結(jié)合的中央空調(diào)系統(tǒng)中。針對不同的中央空調(diào)系統(tǒng)而 言，其被控對象及傳感器的設置也不同。參見圖2，圖中所示的為一個較復雜的蓄能水箱結(jié)合地源熱泵的中央空調(diào)，圖中未 表示出閥門及傳感器位置，以下結(jié)合其結(jié)構(gòu)的構(gòu)成來描述本方法在其中的應用。中央空調(diào) 系統(tǒng)包括地源熱泵1、電熱鍋爐2、蓄能水箱3、換熱器4、用戶端空調(diào)11及地埋管系統(tǒng)，其中 地源熱泵1包括冷凝器15和蒸發(fā)器16，其中蒸發(fā)器16分別與蓄能水箱3、換熱器4 一次側(cè) 連接，冷凝器15分別與地埋管系統(tǒng)、用戶端空調(diào)11連接，換熱器4的二次側(cè)連接地埋管系 統(tǒng)和用戶端空調(diào)11，地埋管系統(tǒng)由地埋管14與電熱鍋2并聯(lián)連接構(gòu)成，地埋管14和電熱鍋 爐2連接換熱器4 二次側(cè)，同時通過控制閥門，電熱鍋爐2也可與蓄能水箱3構(gòu)成一個并聯(lián) 的水路，其管路內(nèi)液體的流動通過載冷劑泵5、冷熱水泵6、冷卻水循環(huán)泵7的驅(qū)動來實現(xiàn)。對于上述的中央空調(diào)結(jié)構(gòu)
地埋管14埋設在地下，其冬夏季的吸熱量和散熱量不平衡導致地埋管14換熱器的能 效比降低，不僅影響地埋管14的壽命，而且冷熱負荷不平衡會導致地源熱泵1運行不穩(wěn)定。 由此，需要根據(jù)地埋管14出口端及內(nèi)部載冷劑溫度來控制閥門開度。如在冬季，則會啟動 電熱鍋2，并逐步調(diào)節(jié)電熱鍋2和地埋管14熱量供應比例，以最大限度利用地熱、節(jié)省電能； 如在夏季，則可逐步減少地埋管14的閥門開度，直至完全使用地源熱泵1制冷。對于上述 運行策略，則需要根據(jù)地埋管14的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及當?shù)氐刭|(zhì)情況建立冬夏季節(jié)兩種模式下，地 埋管14內(nèi)載冷劑溫度和其能效比以及與電熱鍋2、地源熱泵1之間熱量供應比例的模型公式或者對應曲線，并在控制器8中輸入上述的公式或者曲線關系，以地埋管14內(nèi)及出口端 設置的溫度傳感器來控制閥門開度。同樣的，以蓄能水箱3供熱為例由于水溫大于4°C的水其存在的固有特性，在流 速非常緩慢的情況下水在槽內(nèi)的分布呈現(xiàn)由下至上溫度逐漸升高。故此，蓄熱時電熱鍋2 進水溫度一定是緩慢上升的過程，電熱鍋2出水溫度也趨于上升，同樣蓄熱水箱3出水也會 存在類似的問題。故此，蓄熱水箱3蓄熱、蓄冰量的供應，其輸出的出水溫度并不是一個平 直的直線，這時為使得用戶端的溫度平衡，就需要靈活控制系統(tǒng)閥門的開度。對于用戶端空調(diào)11而言，也需要根據(jù)其水流量、負荷、水壓力及時調(diào)整閥門開度。綜上所述，對于蓄能地熱結(jié)合的中央空調(diào)系統(tǒng)中，由于蓄能、地熱兩個因素，其運 行過程存在有規(guī)律的溫度變量，這樣的溫度變量進而導致管路及組件中水壓、熱平衡、負荷 等條件的改變，從而使得系統(tǒng)處于一個非常復雜的動態(tài)變化中。這時，為靈活調(diào)整管路各處 壓力、流量、動態(tài)的平衡用戶端的輸出溫度，需要不停的根據(jù)系統(tǒng)中各處的變量進行閥門開 度的調(diào)制。為實現(xiàn)上述的目的
本文中的傳感器包括氣溫傳感器，用于監(jiān)測用戶端房間的空氣溫度；水溫傳感器，用 于監(jiān)測閥門、管路、地源熱泵、地埋管及蓄能水箱中的水溫；壓力傳感器，用于監(jiān)測閥門及 管路內(nèi)的水壓；流量傳感器，用于監(jiān)測管路的水流量；液位傳感器，用于監(jiān)測蓄能水箱中水 位；壓差傳感器，用于閥門兩側(cè)入流口和出流口的壓差?？刂破髦性O置有參數(shù)表，參數(shù)表中設定有閥門兩側(cè)壓差的預設值、管路壓力預設 值；用戶端房間氣溫預設值、蓄能水箱蓄熱水溫預設值、蓄能水箱蓄冰水溫預設值、地埋管 溫度預設值、鍋爐啟動及卸載溫度預設值、換熱器一次側(cè)及二次側(cè)進出水溫度預設值、地源 熱泵中冷凝器、蒸發(fā)器的進出水溫度預設值；蓄能水箱進出水流量預設值、蓄能水箱液位預 設值、蓄能水箱蓄熱及蓄冰的熱量預設值。雖然以上已經(jīng)參照附圖對按照本發(fā)明目的的構(gòu)思做了詳細說明，但本領域普通技 術人員可以認識到，在沒有脫離權(quán)利要求限定范圍的前提條件下，上述實施例中提及的傳 感器的種類及參數(shù)表中的預設值，應根據(jù)應用環(huán)境及空調(diào)種類的不同靈活調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種遠距離閥門控制方法，該方法涉及一種通過電動執(zhí)行器控制閥門啟閉的裝置， 該裝置由控制器、電動執(zhí)行器、閥門組成，其特征在于該方法具有如下步驟(1)于被控對象處設置至少二個用于測量被控對象參數(shù)的傳感器，將所述傳感器與所 述控制器連接組成星形拓撲結(jié)構(gòu)；(2)所述傳感器采集被控對象參數(shù)信息并傳輸至控制器，及以所述傳感器采集的參數(shù) 信息為依托，控制器模擬計算出閥門開度ξ，之后所述控制器輸出控制信號至電動執(zhí)行器， 電動執(zhí)行器改變所述閥門開度至ξ ；(3)基于閥門開度改變后傳感器所采集的參數(shù)信息，控制器模擬計算出閥門開度ξ'， 之后所述控制器輸出控制信號至電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器改變所述閥門開度至ξ’ ；(4)重復步驟(3)中過程，直至閥門開度與被控對象參數(shù)信息達到平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠距離閥門控制方法，其特征在于所述方法用于具有 蓄能水箱的中央空調(diào)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠距離閥門控制方法，其特征在于所述方法用于蓄能 結(jié)合地熱的中央空調(diào)系統(tǒng)，所述中央空調(diào)系統(tǒng)包括通過管路、閥門連通的蓄能水箱、地源熱 泵、換熱器、地埋管、鍋爐及用戶端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種遠距離閥門控制方法，其特征在于所述蓄能水箱、地 源熱泵、換熱器、地埋管、閥門、鍋爐及用戶端既為所述的被控對象，其中設置于被控對象 上的傳感器包括氣溫傳感器，用于監(jiān)測用戶端房間的空氣溫度；水溫傳感器，用于監(jiān)測閥 門、管路、地源熱泵、地埋管及蓄能水箱中的水溫；壓力傳感器，用于監(jiān)測閥門及管路內(nèi)的水 壓；流量傳感器，用于監(jiān)測管路的水流量；液位傳感器，用于監(jiān)測蓄能水箱中水位；壓差傳 感器，用于閥門兩側(cè)入流口和出流口的壓差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠距離閥門控制方法，其特征在于所述控制器中設置有 參數(shù)表，所述參數(shù)表中設定有閥門兩側(cè)壓差的預設值、管路壓力預設值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠距離閥門控制方法，其特征在于所述控制器中設置有 參數(shù)表，所述參數(shù)表中設定有用戶端房間氣溫預設值、蓄能水箱蓄熱水溫預設值、蓄能水 箱蓄冰水溫預設值、地埋管溫度預設值、鍋爐啟動及卸載溫度預設值、換熱器一次側(cè)及二次 側(cè)進出水溫度預設值、地源熱泵中冷凝器、蒸發(fā)器的進出水溫度預設值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠距離閥門控制方法，其特征在于所述控制器中設置有 參數(shù)表，所述參數(shù)表中設定有蓄能水箱進出水流量預設值、蓄能水箱液位預設值、蓄能水 箱蓄熱及蓄冰的熱量預設值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠距離閥門控制方法，其特征在于該方法還包括于控 制器內(nèi)預設工況模式步驟，及以所述工況模式指導所述傳感器采集被控對象參數(shù)信息，及 計算閥門開度；所述的工況模式包括蓄冰工況、蓄熱工況、空調(diào)工況、供熱工況。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠距離閥門控制方法，其特征在于步驟b)中還包括 基于所采集被控對象參數(shù)信息，確定控制器的工作狀態(tài)為蓄冰工況、或蓄熱工況、或空調(diào)工 況、或供熱工況，及以所選擇工況計算并確定所述閥門開度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種閥門控制方法，特別涉及一種遠距離閥門控制方法。該方法用于蓄能結(jié)合地熱的中央空調(diào)系統(tǒng)種，通過采用可編程的、具有高級數(shù)學函數(shù)計算功能的控制器、電動執(zhí)行器和多個閥門，并采集空調(diào)系統(tǒng)中各處受控對象的參數(shù)信息，使中央空調(diào)具有多模式自動切換控制、動態(tài)流量平衡控制、房間恒溫控制的功能。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明技術方法可應用于具有蓄能水箱的中央空調(diào)系統(tǒng)中，尤其適用于蓄能地熱結(jié)合的中央空調(diào)系統(tǒng)中。本發(fā)明利用可編程的控制器動態(tài)獨立控制多個閥門的從而直接實現(xiàn)動態(tài)流量的自動平衡，進而實現(xiàn)中央空調(diào)的房間恒溫控制。采用本閥門控制方法時，用戶端的氣溫浮動值比現(xiàn)有閥門控制方案氣溫浮動值小40-90%，中央空調(diào)系統(tǒng)綜合能耗比現(xiàn)有閥門控制方案節(jié)省8％-33％。
文檔編號F24F11/00GK101995071SQ201010245558
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者胥金國, 鄔時高 申請人:上海精普機電科技有限公司