一种自动调温的水暖系统
阅读说明：本技术 一种自动调温的水暖系统 (Automatic temperature-adjusting water heating system ) 是由 张晓菊 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及供暖设施领域,公开了一种自动调温的水暖系统,包括供水回路和散热设备,供水回路包括进水管道和出水管道,每条出水管道均与一个散热设备连通,还包括流量调节模块、温度检测模块、控制模块和供电模块,流量调节模块调节供水回路内的热水流量,温度检测模块检测室内温度,控制模块同时与温度检测模块和流量调节模块电连接以接收温度检测模块发出的检测信号并向流量调节模块发送控制信号,供电模块同时为控制模块、温度检测模块和流量调节模块提供电能。解决了手动调节进水阀门的繁琐操作和温度调控滞后性的问题。本发明使得室内的温度可稳定的保持在人体的舒适范围,具备自动控温、精确控温、高效节能等优点。(The invention relates to the field of heating facilities, and discloses an automatic temperature-adjusting water heating system which comprises a water supply loop and heat dissipation equipment, wherein the water supply loop comprises water inlet pipelines and water outlet pipelines, each water outlet pipeline is communicated with one heat dissipation equipment, the automatic temperature-adjusting water heating system also comprises a flow adjusting module, a temperature detecting module, a control module and a power supply module, the flow adjusting module adjusts the flow of hot water in the water supply loop, the temperature detecting module detects the indoor temperature, the control module is simultaneously and electrically connected with the temperature detecting module and the flow adjusting module to receive a detection signal sent by the temperature detecting module and send a control signal to the flow adjusting module, and the power supply module simultaneously provides electric energy for the control module, the temperature detecting module and the flow adjusting module. The problems of complicated operation of manually adjusting the water inlet valve and temperature regulation and control hysteresis are solved. The invention can stably keep the indoor temperature in the comfortable range of human body, and has the advantages of automatic temperature control, accurate temperature control, high efficiency, energy saving and the like.)
技术领域
本发明涉及供暖设施领域，尤其涉及一种自动调温的水暖系统。
背景技术
我国高纬度的北方地区进入冬季后气温骤降，具有温度低、寒风大，空气干燥的特点，尤其黄河以北地区，人们为了抵御冬季的彻骨严寒，保障正常的生活和生产的需要，必须采用一些室内加热手段。在广大农村地区，村名们一般选择在室内火炉烧煤达到取暖目的，但这种取暖方式对环境污染较为严重，且因燃烧不充分时常发生煤气中毒甚至火灾的事故，给群众的生命财产安全造成极大的损失。
因此出现了一种水暖器代替火炉作为安全且环保的取暖设备，水暖器的原理是将热水循环通入到散热片中使热量散发出来，从而对散热片所处的空间实现加热和保温。但无论是生活办公还是畜牧养殖，人体以及其他生物体对环境温度的剧烈变化都很敏感。因此对于这种供暖方式，如何调节室内温度使得室内温度不论外界温度如何变化而总能维持在一个人体或其他生物体可接受的范围内就显得尤为重要。
一般来说，影响安装有水暖系统的室内环境的温度的主要因素是流入散热片的热水的温度以及热水的流量。为了防止热水在远距离输送过程中的热量散失以及防止用于取暖的热量不足，故流入散热片的热水的温度一般为预设好的一个较高的温度。因此，现有的调节室温的方式为控制热水的流量。具体地，当室内温度较低时，可加大热水进入散热片的流量，从而使得单位时间内从散热片内散发出更多的热量；当室内温度较高时，减小热水进入散热片的流量，从而使得单位时间内从散热片内散发出的热量减少。但这种调节方式需要人为的去手动调节进水阀门，尤其因为中午光照强而室内温度高、夜晚无光照导致温度最低，如此昼夜往复手动调节阀门并不现实，因此部分居民选择在正午温度最高时通过开窗通风实现室内降温，非常不利于节能且冷热交替易导致伤风感冒，因此急需一种可自动调节室温的水暖系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自动调温的水暖系统，避免了手动调节进水阀门的繁琐操作和温度调控的滞后性，使得室内的温度可稳定的保持在人体的舒适范围，具备自动控温、精确控温、高效节能等优点，方便大面积推广应用。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种自动调温的水暖系统，包括供水回路和散热设备，所述供水回路包括进水管道和出水管道，每条所述出水管道均与一个散热设备连通，供暖热水从进水管道流向出水管道，还包括流量调节模块、温度检测模块、控制模块和供电模块，所述流量调节模块设置于供水回路上用于调节供水回路内的热水流量，所述温度检测模块用于检测室内温度，所述控制模块同时与温度检测模块和流量调节模块电连接，所述控制模块接收温度检测模块发出的检测信号并向流量调节模块发送控制信号，所述供电模块同时为控制模块、温度检测模块和流量调节模块提供电能。
通过采用上述技术方案，温度检测模块可实时检测室内的温度，并将温度信息转化为电流信号送入控制模块，控制模块根据温度检测模块传送的信号向流量调节模块发送控制信号，在供水回路上安装的流量调节模块根据控制模块的控制信号调节供水回路内的热水流量，从而实现室温高时自动降低供水回路中的热水流量而在室温低时自动增加供水回路中的热水流量，达到避免手动调节进水阀门并使得室内的温度稳定的保持在人体的舒适范围的效果。
本发明进一步设置为：所述流量调节模块包括主调节阀和副调节阀，所述主调节阀安装于进水管道上用于调节进水流量，每个所述副调节阀安装于一条出水管道上用于调节流入每一个散热设备中的热水流量。
通过采用上述技术方案，由于室内一般分有多个房间安装有多个散热设备，主调节阀可直接调节进水管道中的热水流量，而每一个副调节阀均可单独调节一个散热设备的热水流量，从而精确的控制每一个散热设备所处的房间内的温度，提高了水暖系统的实用性。
本发明进一步设置为：所述主调节阀和副调节阀均选用电动调节阀。
通过采用上述技术方案，电动调节阀可接收来自控制模块实时发出的标准电流控制信号，从而全天候、精确的自动改变阀门开度，达到控制进水流量和流入每一个散热设备中的热水流量的目的，最终实现保障室内的温度恒定的效果。
本发明进一步设置为：所述主调节阀和副调节阀均选用气关式电动调节阀。
通过采用上述技术方案，选用气关式调节阀则可使得调节阀在控制模块故障失去控制信号后主调节阀和副调节阀均处于完全打开的状态，避免了主调节阀和副调节阀失去控制信号后均自动关闭而使得室内温度急剧下降造成严重后果。
本发明进一步设置为：所述控制模块接收温度检测模块发出的检测信号后根据预设温度值计算调节量并向流量调节模块发送控制信号。
通过采用上述技术方案，控制模块通过对比由温度检测模块检测到的当前室内温度以及预设温度值来计算得出流量调节模块对进水流量和流入每一个散热设备中的热水流量的调节量，该调节量的控制信号发送至流量调节模块后对热水流量进行调节。
本发明进一步设置为：所述控制模块的预设温度值可由用户自行调整。
通过采用上述技术方案，预设温度即用户的舒适体感温度。对于不同的人群或不同地域的人群舒适温度并不相同，用户可自行调整预设温度的设置提高用户舒适度的同时避免了能源的浪费。
本发明进一步设置为：所述控制模块选用可编程控制器作为控制仪表。
通过采用上述技术方案，可编程控制器(PLC)具有控制功能丰富、操作方便，扩展模块丰富、集连续控制和逻辑控制于一身的优势，便于实现各种控制规律。
本发明进一步设置为：所述控制模块采用如下公式计算热水流量的调节量：
其中，y为控制器的输出信号，P为比例度，e为设定值与测量值之间的偏差，T1为积分时间的常数，t表示时间，TD为微分时间常数。
通过采用上述技术方案，控制模块所采用的比例积分微分控制规律兼具比例控制、比例积分控制和比例微分控制的优势，即具有控制及时、反应灵敏，消除余差、超前控制改善控制品质提高控制精度的优势。
本发明进一步设置为：所述温度检测模块包括金属热电阻和温度变送器，所述金属热电阻测量室内温度，所述温度变送器接收金属热电阻的输出信号并输出标准数字信号。
通过采用上述技术方案，金属热电阻具有测温精度高、测温范围广、物理化学性能稳定的优点，更加敏感的检测室内温度的变化并输出相应的检测信号。温度变送器接收金属热电阻输出的检测信号并转化为标准信号才能进入控制模块。选用数字式的温度变送器直接输出数字信号，避免了增加额外的数模转化模块，简化了系统结构。
本发明进一步设置为：所述金属热电阻选用铜电阻。
通过采用上述技术方案，在金属热电阻中，铜电阻-50°～150°的测温范围完全满足我国北方地区冬季的室内外温度变化，且由于铜电阻的价格便宜，具有良好的经济性。
综上所述，本发明实现的有益效果如下：
(1)温度检测模块实时检测室内的温度，并将温度信息转化为电流信号送入控制模块，控制模块通过对比由温度检测模块检测到的当前室内温度以及预设温度值来计算得出流量调节模块对供水回路中热水流量的调节量，该调节量的控制信号发送至在供水回路上安装的流量调节模块后对热水流量进行调节，从而实现室温高时自动降低供水回路中的热水流量而在室温低时自动增加供水回路中的热水流量，达到避免手动调节进水阀门并使得室内的温度稳定的保持在人体的舒适范围的效果；
(2)主调节阀和副调节阀均选用气关式电动调节阀可接收来自控制模块实时发出的标准电流控制信号，从而全天候、精确的自动改变阀门开度，达到控制进水流量和流入每一个散热设备中的热水流量的目的；而选用气关式调节阀则可使得调节阀在控制模块故障失去控制信号后主调节阀和副调节阀均处于完全打开的状态，避免了主调节阀和副调节阀失去控制信号后均自动关闭而使得室内温度急剧下降造成严重后果；
(3)控制模块采用比例积分微分控制规律兼具比例控制、比例积分控制和比例微分控制的优势，即具有控制及时、反应灵敏，消除余差、超前控制改善控制品质提高控制精度的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为自动调温的水暖系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1所示，一种自动调温的水暖系统，包括供水回路和散热设备。供水回路包括一条进水管道和多条出水管道，在本实施例中，仅有两条出水管道。每条出水管道均与一个散热设备连通，供暖热水从进水管道流向出水管道，再进入散热设备，从而实现对室内的加热效果。
本发明中的自动调温的水暖系统还包括流量调节模块、温度检测模块、控制模块和供电模块。
流量调节模块设置于供水回路上用于调节供水回路内的热水流量。流量调节模块包括一个主调节阀和多个副调节阀，主调节阀安装于进水管道上用于调节进水管道中的热水流量。而每个副调节阀安装于一条出水管道上用于调节流入每一个散热设备中的热水流量，从而精确的控制每一个散热设备所处的房间内的温度，提高了水暖系统的实用性。
在本实施例中，主调节阀和副调节阀均选用气关式电动调节阀。电动调节阀可接收来自控制模块实时发出的标准电流控制信号，从而全天候、精确的自动改变阀门开度，达到控制进水流量和流入每一个散热设备中的热水流量的目的；而选用气关式调节阀则可使得调节阀在控制模块故障失去控制信号后主调节阀和副调节阀均处于完全打开的状态，避免了主调节阀和副调节阀失去控制信号后均自动关闭而使得室内温度急剧下降造成严重后果。
温度检测模块用于检测室内温度，温度检测模块包括金属热电阻和温度变送器。
金属热电阻用于测量室内温度，金属热电阻具有测温精度高、测温范围广、物理化学性能稳定的优点，更加敏感的检测室内温度的变化并输出相应的检测信号。在本实施例中，金属热电阻选用铜电阻，铜电阻-50°～150°的测温范围完全满足我国北方地区冬季的室内外温度变化，且铜电阻的价格较为便宜，具有良好的经济性。
温度变送器接收金属热电阻的输出信号并转化为标准信号才能进入控制模块。本实施例选用数字式的温度变送器可直接输出标准数字信号，避免了增加额外的数模转化模块，简化了系统结构。
控制模块同时与温度检测模块和流量调节模块电连接，控制模块接收温度检测模块发出的检测信号后根据预设温度值计算调节量并向流量调节模块发送控制信号。
控制模块通过对比由温度检测模块检测到的当前室内温度以及预设的温度值来计算得出流量调节模块对进水流量和流入每一个散热设备中的热水流量的调节量，该调节量的控制信号发送至流量调节模块后对热水流量进行调节。预设温度，即用户的舒适体感温度，由于不同的人群或不同地域的人群舒适温度并不相同，故控制模块的预设温度值可由用户自行调整。同时，本发明还支持用户将预设温度设定为一定范围，例如23°～28°，从而提高用户舒适度的同时避免了能源的浪费。
在本实施例中，控制模块可选用为可编程控制器作为控制仪表。
可编程控制器(Programmable Logic Controller，即PLC)除了可用于开关量逻辑控制外，还配有PID模块，具有控制功能丰富、操作方便，扩展模块丰富、集连续控制和逻辑控制于一身的优势，便于实现各种控制规律。
控制模块采用如下公式计算热水流量的调节量：
其中，y为控制器的输出信号，P为比例度，e为设定值与测量值之间的偏差，T1为积分时间的常数，t表示时间，TD为微分时间常数。
比例控制的特点是控制及时、反应灵敏，偏差越大控制力度越大，但控制的结果存在余差；比例积分控制的特点是可提高系统的控制精度消除余差，但存在控制动作缓慢、不能及时控制的问题；比例微分控制能起到超前控制的作用，能在偏差很小时提前增大控制作用，改善控制品质，特别适用于本发明中具有大滞后特性的温度参数。因此，本发明中的自动调温的水暖系统采用比例积分微分控制规律，控制作用输出为比例、积分和微分三部分输出之和，兼具比例控制、比例积分控制和比例微分控制的优势，即具有控制及时、反应灵敏，消除余差、超前控制改善控制品质提高控制精度的优势。
供电模块同时为控制模块、温度检测模块和流量调节模块提供电能。具体地，供电模块将市电转化为可供控制模块、温度检测模块和流量调节模块直接使用的二次电源，同时供电模块还包括蓄电设备，用于在短时停电时继续为系统提供电能，提高了本自动调温的水暖系统的实用性。
上述实施例的实施原理为：
温度检测模块可实时检测室内的温度，并将温度信息转化为电流信号送入控制模块，控制模块根据温度检测模块传送的信号向流量调节模块发送控制信号，在供水回路上安装的流量调节模块根据控制模块的控制信号调节供水回路内的热水流量，从而实现室温高时自动降低供水回路中的热水流量而在室温低时自动增加供水回路中的热水流量，达到避免手动调节进水阀门并使得室内的温度稳定的保持在人体的舒适范围的效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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