本發(fā)明涉及供暖設(shè)備領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種電地暖系統(tǒng)及方法，該供暖系統(tǒng)是采用碳纖維發(fā)熱線為發(fā)熱元件，利用電壓調(diào)節(jié)的智能限溫碳纖維發(fā)熱線電地暖系統(tǒng)。該供暖系統(tǒng)適用于新建和既有建筑改造的住宅，特別適用于非連續(xù)性采暖需求的建筑以及非采暖地區(qū)的建筑。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)集中供熱大力鼓勵(lì)和發(fā)展，供熱面積不斷增加。集中供暖在推廣和實(shí)施的同時(shí)，以燃煤為主的采暖鍋爐排放的大量粉塵、二氧化硫等污染物也正日益威脅著人們的健康。而且，集中供暖過(guò)程中管網(wǎng)水力失調(diào)現(xiàn)象的出現(xiàn)，在很大程度上會(huì)降低供熱管網(wǎng)的輸送效率，產(chǎn)生供暖冷熱不均等各種不良效果。因此，多能源耦合高效清潔供暖技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注。以碳纖維發(fā)熱線作為發(fā)熱體的遠(yuǎn)紅外電供暖系統(tǒng)，以電力為能源，具有分布式、能源互補(bǔ)的特征,可基于氣象條件及用戶需求在時(shí)間和空間兩個(gè)維度上進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。但是在運(yùn)行時(shí)，空間維度的負(fù)荷調(diào)節(jié)存在很多問(wèn)題，主要包括：碳纖維發(fā)熱線電地暖是以單組供暖元件為單位進(jìn)行鋪設(shè)。每組供暖單元包括發(fā)熱元件碳纖維發(fā)熱線與t型接頭。在與溫控器接線時(shí)，鋪設(shè)人員匯總幾個(gè)t型接頭與溫控器進(jìn)行連接。溫控器控制多組碳纖維發(fā)熱線的通斷，不能對(duì)某組碳纖維發(fā)熱線的通斷進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域精確供熱。當(dāng)有局部供暖需求時(shí)，溫控器控制的多組碳纖維發(fā)熱線均會(huì)接通。這會(huì)出現(xiàn)不需供暖的區(qū)域也進(jìn)行供熱的現(xiàn)象，導(dǎo)致額外增加耗電量。但是需要供暖的區(qū)域可能由于沒(méi)有打開(kāi)相應(yīng)溫控器開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致供暖效果不佳，因此用戶的熱舒適性會(huì)受到影響。

目前，針對(duì)碳纖維電供暖系統(tǒng)的控制方式，徐飛等在專利cn105509131a提出一種碳纖維地暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)的溫控器與供電用的電源相連，通過(guò)通斷電源進(jìn)行溫度控制；劉海生等在專利cn205860187u中闡述了一種復(fù)合太陽(yáng)能遠(yuǎn)紅外碳纖維智能電熱供暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)智能溫度控制器，實(shí)現(xiàn)智能電熱供暖系統(tǒng)與電系統(tǒng)的通斷連接，達(dá)到溫度智能控制；黃大榮等在專利cn102425818a中介紹了一種智能薄膜型自限溫電地暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用溫控器采集的信號(hào)來(lái)調(diào)整碳纖維地暖的供熱板塊的運(yùn)行與關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)溫度智能控制；孔小彬在專利cn204460451u構(gòu)建了一種安全節(jié)能的碳纖維電地暖溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的電源引線與溫控開(kāi)關(guān)相連，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的智能控制；楊冬至在專利cn104359144a和cn104359143a中均提出利用碳晶發(fā)熱膠片進(jìn)行發(fā)熱的供熱系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)通過(guò)利用彈性溫控系統(tǒng)與溫度探頭相連獲得的溫度信息，指導(dǎo)電源的自動(dòng)通斷，實(shí)現(xiàn)智能控溫；譚廣富在專利cn105890022a中提供了一種蓄能碳纖維電供暖系統(tǒng)。該供暖系統(tǒng)包括絕熱層、碳纖維發(fā)熱體、蓄能體、恒溫控制體以及勻熱保護(hù)層，碳纖維發(fā)熱體與蓄能體連接,蓄能體與儲(chǔ)能熱源連接，其中恒溫控制體與蓄能體連接，并且恒溫控制體對(duì)該系統(tǒng)的供熱進(jìn)行控制；專利cn205481274u是利用溫度傳感模塊的信息，指導(dǎo)溫控開(kāi)關(guān)的開(kāi)合實(shí)現(xiàn)智能控溫。

就目前的成果來(lái)看，很多專利提出的溫度控制方式是發(fā)熱元件的通斷調(diào)節(jié)，但是，均沒(méi)有提到利用電壓調(diào)節(jié)控制溫度的方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用電壓調(diào)節(jié)的碳纖維發(fā)熱線電地暖系統(tǒng)及方法，本發(fā)明通過(guò)電壓調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)碳纖維發(fā)熱線的溫控調(diào)節(jié)，利用碳纖維發(fā)熱線溫度與通電電壓關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)利用電壓對(duì)室內(nèi)供熱的智能調(diào)控，滿足非連續(xù)性采暖的建筑以及非采暖地區(qū)的供熱需求，從而改善供暖舒適性。本系統(tǒng)基于人機(jī)交互單元和自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置等控制模塊可以很方便的應(yīng)用于新建和既有建筑改造的住宅。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種利用電壓調(diào)節(jié)的碳纖維發(fā)熱線電地暖系統(tǒng)，包括電熱單元、自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元和人機(jī)交互單元，所述電熱單元由碳纖維發(fā)熱線構(gòu)成，所述自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元和人機(jī)交互單元使用同一通信協(xié)議以實(shí)現(xiàn)相互信號(hào)傳輸；所述人機(jī)交互單元由設(shè)置模塊、信號(hào)處理模塊、顯示模塊和輸出模塊組成，人機(jī)交互單元實(shí)現(xiàn)用戶初始值的設(shè)定、室內(nèi)溫度的顯示和設(shè)置、溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的處理及電壓信號(hào)的輸出功能；

所述自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元由溫度采集模塊、電位計(jì)、電壓放大器、自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置和調(diào)壓器組成；自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元通過(guò)單片機(jī)技術(shù)，以完成實(shí)際溫度的采集、實(shí)際溫度和設(shè)置溫度的對(duì)比及信號(hào)轉(zhuǎn)換功能；

所述自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置包括：數(shù)據(jù)模塊cpu、碳纖維發(fā)熱線組通斷集成控制模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述碳纖維發(fā)熱線組通斷集成控制模塊用于控制單組碳纖維發(fā)熱線的通斷，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓。

所述數(shù)據(jù)模塊cpu中存儲(chǔ)有碳纖維發(fā)熱線發(fā)熱溫度與輸入電壓關(guān)系式，所述關(guān)系式通過(guò)在不同電壓下測(cè)量碳纖維發(fā)熱線溫度值，繪制溫度—電壓曲線并擬合測(cè)量后得到。

所述調(diào)壓器內(nèi)放置有熱電偶。

所述碳纖維發(fā)熱線通過(guò)t型接頭相互連接。

一種利用電壓調(diào)節(jié)的碳纖維發(fā)熱線電地暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

(1)熱用戶設(shè)定所需室內(nèi)溫度t1，所述溫度采集模塊采集實(shí)際室內(nèi)溫度t2；

(2)通過(guò)信號(hào)處理模塊分別將室內(nèi)溫度t1和實(shí)際室內(nèi)溫度t2轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)u1和u2；

(3)判斷u1與u2是否相符，不相符則通過(guò)電位計(jì)輸出壓差信號(hào)δu；

(4)壓差信號(hào)δu經(jīng)過(guò)電壓放大器作用于所述自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置，驅(qū)動(dòng)所述調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓，調(diào)壓后延時(shí)t時(shí)間再次采集室內(nèi)溫度，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，直至達(dá)到δu＝0，最終實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。

步驟(4)中t取3-7min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：

1.通過(guò)本發(fā)明熱電暖系統(tǒng)，熱用戶可按照需求對(duì)單組碳纖維發(fā)熱線的通斷進(jìn)行控制可以緩解現(xiàn)有技術(shù)多組碳纖維發(fā)熱線通斷調(diào)節(jié)額外增加的耗電量。

2.利用電壓調(diào)節(jié)的方式，用戶可按照加熱需求設(shè)置加熱電壓進(jìn)行供熱。

3.人機(jī)交互單元與自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元配合的智能限溫，可提高現(xiàn)有技術(shù)多組碳纖維發(fā)熱線通斷調(diào)節(jié)時(shí)溫升速率，可以改善用戶熱舒適性。

4.本發(fā)明調(diào)壓器內(nèi)部熱點(diǎn)溫度不超過(guò)其內(nèi)部絕緣材料的許用溫度，在調(diào)壓器中放入有熱電偶，采集內(nèi)部熱點(diǎn)溫度，從而保證調(diào)壓器的熱壽命，提高調(diào)壓器的安全可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是人機(jī)交互單元工作流程圖。

圖3是自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元原理圖。

圖4自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置的控制流程圖。

圖5利用電壓調(diào)節(jié)的溫度控制流程圖。

圖6碳纖維發(fā)熱線發(fā)熱溫度-輸入電壓關(guān)系曲線。

附圖標(biāo)記：1-電熱單元，2-自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元，3-人機(jī)交互單元，4-溫度采集模塊，5-電位計(jì)，6-電壓放大器，7-自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置，8-調(diào)壓器

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

如圖1本實(shí)施例利用電壓調(diào)節(jié)的碳纖維發(fā)熱線電地暖系統(tǒng)，本系統(tǒng)由電熱單元1、自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元2以及人機(jī)交互單元3組成。電熱單元由碳纖維發(fā)熱線構(gòu)成，自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元與人機(jī)交互單元規(guī)定使用同一通信協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)相互信號(hào)傳輸。本實(shí)施例中電熱單元采用碳纖維發(fā)熱線與t型接頭組合的碳纖維發(fā)熱線電熱元件。

如圖2是人機(jī)交互單元的工作流程圖，人機(jī)交換單云包括開(kāi)關(guān)模塊、顯示模塊，設(shè)置模塊，處理模塊、輸出模塊等，設(shè)置模塊與顯示模塊主要是由lcd屏幕控制單元與遙控器相互配合完成信息的設(shè)置。該單元實(shí)現(xiàn)用戶所需初始值的設(shè)定、室內(nèi)溫度的顯示及設(shè)置，溫度信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)的處理以及電壓信號(hào)的輸出功能。用戶可以通過(guò)設(shè)定啟動(dòng)初始值，包括啟動(dòng)電壓、所需碳纖維發(fā)熱線組的通斷以及延遲時(shí)間。并且通過(guò)處理模塊，將信號(hào)傳輸?shù)阶詣?dòng)調(diào)壓溫度控制單元。

如圖3是自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度控制單元2的原理圖。自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元包括溫度采集模塊4、電位計(jì)5、電壓放大器6、自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置7、調(diào)壓器8，本實(shí)施例中溫度采集模塊4采用熱電偶裝置。其中自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元信號(hào)輸入端與微電腦顯示單元的輸出端進(jìn)行接口對(duì)接，完成信號(hào)的傳遞功能。碳纖維發(fā)熱線通過(guò)t型接頭與自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元2的開(kāi)關(guān)接口對(duì)接。該單元通過(guò)單片機(jī)技術(shù)，完成實(shí)際溫度的采集、實(shí)際溫度與設(shè)置溫度的對(duì)比及信號(hào)轉(zhuǎn)換等。

如圖4是自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置7的控制流程圖。自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置7包括：數(shù)據(jù)模塊cpu、碳纖維發(fā)熱線組通斷集成控制模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用單片機(jī)技術(shù)將碳纖維發(fā)熱線發(fā)熱溫度與輸入電壓關(guān)系式讀寫到模塊中。具體方式為：在不同電壓下，測(cè)量碳纖維發(fā)熱線溫度值，繪制溫度—電壓曲線并且擬合兩者函數(shù)關(guān)系式，輸入到單片機(jī)當(dāng)中。碳纖維發(fā)熱線組集成控制模塊用來(lái)控制單組碳纖維發(fā)熱線的通斷。執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓。

其控制思路：將輸入的壓差信號(hào)δu，通過(guò)信號(hào)處理模塊，轉(zhuǎn)換為室內(nèi)溫升(或溫降)δt＝t1-t2。在采集的碳纖維發(fā)熱線溫度基礎(chǔ)上，進(jìn)行增加(或減小)對(duì)應(yīng)溫度值δt后，根據(jù)碳纖維發(fā)熱線發(fā)熱溫度—輸入電壓之間的關(guān)系式，求得對(duì)應(yīng)電壓值。與當(dāng)前調(diào)壓器8電壓值對(duì)比，得出δu信號(hào)作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)調(diào)壓器8調(diào)壓。并且為保證使用安全性，調(diào)壓器8內(nèi)部熱點(diǎn)溫度不超過(guò)其內(nèi)部絕緣材料的許用溫度，在調(diào)壓器8繞組中放入熱電偶，采集內(nèi)部熱點(diǎn)溫度，從而保證調(diào)壓器的熱壽命，提高調(diào)壓器的安全可靠性。

本發(fā)明系統(tǒng)的整體控制思路可如圖5所示：針對(duì)某加熱區(qū)域，熱用戶設(shè)定所需室內(nèi)溫度t1，溫度采集模塊采集實(shí)際室內(nèi)溫度t2，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妷盒盘?hào)u1、u2，進(jìn)行判斷，若u1與u2不相符，則電位計(jì)輸出壓差信號(hào)δu，之后經(jīng)過(guò)電壓放大器，作用于自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置，驅(qū)動(dòng)調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓，調(diào)壓后延時(shí)5分鐘再次采集室內(nèi)溫度，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，直至達(dá)到δu＝0，從而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例為確定碳纖維發(fā)熱線發(fā)熱溫度—輸入電壓關(guān)系，選用長(zhǎng)12.5m，24k碳纖維發(fā)熱線材料測(cè)試。通過(guò)從0v、30v、60v、90v、120v、140v、160v、180v、200v、220v的加壓過(guò)程，測(cè)試各電壓下碳纖維發(fā)熱線達(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱溫度值，從而繪制溫度—電壓曲線圖并且擬合函數(shù)，結(jié)果如圖6。

進(jìn)一步的，如圖5利用電壓調(diào)節(jié)的溫度控制流程圖所示，具體表現(xiàn)在：

用戶可按照加熱需求設(shè)定啟動(dòng)初始值，包括啟動(dòng)電壓值、所需供熱區(qū)域碳纖維發(fā)熱線組以及延遲時(shí)間。

人機(jī)交互單元3將設(shè)置的溫度信號(hào)，經(jīng)處理模塊轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)u1，并且通過(guò)輸出模塊以及信號(hào)傳輸線傳遞到自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元2的輸入端。同時(shí)，自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元2通過(guò)溫度采集模塊采集實(shí)際室內(nèi)溫度值，并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)u2。若u1＝u2，則自動(dòng)調(diào)壓溫度控制單元不動(dòng)作。若u1<u2或(u1>u2)，則進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，即u1<u2，電位計(jì)輸出壓差信號(hào)δu，傳遞到電壓放大器6。壓差信號(hào)通過(guò)電壓放大器6作用于自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置7，其中數(shù)據(jù)模塊cpu根據(jù)信號(hào)的讀入驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變調(diào)壓器電壓8，使電壓降低，改變碳纖維發(fā)熱線溫度，直至室內(nèi)溫度到設(shè)定溫度。

當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，即u1>u2，電位計(jì)輸出壓差信號(hào)δu，傳遞到電壓放大器6。壓差信號(hào)通過(guò)電壓放大器6作用于自動(dòng)調(diào)壓執(zhí)行裝置，其中數(shù)據(jù)模塊cpu根據(jù)信號(hào)的讀入驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變調(diào)壓器電壓，使電壓升高，改變碳纖維發(fā)熱線溫度，直至室內(nèi)溫度到設(shè)定溫度。

在調(diào)節(jié)過(guò)程中，采用單片機(jī)技術(shù)，利用預(yù)埋在變壓器中的熱電偶來(lái)檢測(cè)及變壓器繞組的溫升，若達(dá)到溫升限制，則斷電保護(hù)。

本發(fā)明并不限于上文描述的實(shí)施方式。以上對(duì)具體實(shí)施方式的描述旨在描述和說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。