采暖炉控制系统及采暖炉控制方法与流程

1.本技术涉及采暖炉控制技术领域，尤其涉及一种采暖炉控制系统和一种采暖炉控制方法。


背景技术：

2.现有采暖炉(例如，燃气壁挂炉)的运行控制通常有两种方式，一种是采暖炉运行/停止控制方式，另一种是采暖炉调制控制方式。
3.在采暖炉运行/停止控制方式中，每个房间的控制器可以通过打开/关闭循环水管的阀门来打开/关闭采暖需求，同时也会使与采暖炉连接的干接点闭合/断开。当所有房间的控制器都关闭采暖需求而使相应的干接点都断开时，在采暖炉一侧将会产生停止信号而使采暖炉停止运行。如果有任何一个房间的控制器的采暖需求打开，即相应的干接点闭合，则采暖炉将开始运行。这样，通过采暖炉的运行/停止来满足采暖需求。然而，在这种控制方式中，采暖炉总是以设定的功率(通常是最大功率)运行，导致能源(例如，燃气)的浪费。
4.在采暖炉调制控制方式中，每个房间的控制器也可以通过打开/关闭循环水管的阀门来单独地调节房间的采暖需求，而采暖炉控制器可以根据控制逻辑和算法对采暖炉的进行调制来调节采暖炉的出水温度，以在满足采暖需求的同时节省能源。然而，在这种控制方式中，采暖炉控制器和房间控制器单独地工作，使采暖炉控制器并不能精确地判断真正的采暖需求来自哪个房间以及量化采暖需求。另外，当每个房间都已经达到预期温度且所有阀门都已经关闭时，采暖炉并不会停止运行，而是仍然保持加热，这样很可能导致出现温度过高的危险，且可能使采暖炉发生故障，更不用说会造成能源的极大浪费。
5.因此，需要改进采暖炉控制系统和采暖炉控制方法，以便能够精确地分析单个房间的采暖需求，智能地提供更高的舒适度，且节省能源和延长设备寿命。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种改进的采暖炉控制系统和一种采暖炉控制方法，以克服现有技术中存在的问题。
7.为此，根据本技术的一方面，提供了一种采暖炉控制系统，其与采暖炉以通信的方式连接，所述采暖炉控制系统包括：
8.主控制器，其被配置成能够根据温度控制协议来调制所述采暖炉的运行；
9.至少一个副控制器，其被配置成感测周围环境的实际温度和接收用户的设定温度；
10.阀门控制器，其被配置成控制所述采暖炉和采暖设备之间的阀门组件中的阀门的关闭和打开；
11.其中，所述主控制器与所述至少一个副控制器和所述阀门控制器以通信的方式连接，并根据周期性地从所述至少一个副控制器接收的所述实际温度和所述设定温度向所述阀门控制器发送打开和关闭所述阀门组件中的阀门的指令。
12.根据本技术的另一方面，提供了一种采暖炉控制方法，所述采暖炉与上述的采暖炉控制系统以通信的方式连接，其中所述方法包括：
13.通过所述采暖炉控制系统的主控制器周期性地接收来自所述采暖炉控制系统的至少一个副控制器的实际温度和设定温度，并向所述采暖炉控制系统的阀门控制器发送打开和关闭位于所述采暖炉和采暖设备之间的阀门组件中的阀门的指令。
14.本技术的采暖炉控制系统和采暖炉控制方法，可以提高采暖炉的效率，减少能源消耗，延长设备寿命，节省费用。
附图说明
15.下面将参照附图对本技术的示例性实施例进行详细描述，应当理解，下面描述的实施例仅用于解释本技术，而不对本技术的范围进行限制，在附图中：
16.图1是根据本技术的实施例的采暖炉控制系统与采暖炉和相关附件所形成的采暖系统的示意图；
17.图2示意性地示出了图1所示的采暖系统的工作过程；
18.图3示意性地示出了图1所示的采暖系统的各种温度变化的模拟结果；
19.图4示意性地示出了图1所示的采暖炉控制系统如何判断采暖需求；
20.图5是根据本技术的实施例的采暖炉控制方法的示意性流程图。
具体实施方式
21.下面结合示例详细描述本技术的优选实施例。在本技术的实施例中，以燃气壁挂炉的控制系统为例对本技术进行描述。但是，本领域技术人员应当理解，这些示例性实施例并不意味着对本技术形成任何限制。本技术的采暖炉控制系统和采暖炉控制方法也可以应用于其它形式的采暖炉，例如，电能采暖炉等。
22.在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互组合。在附图中，为简要起见，省略了其它的部件或步骤，但这并不表明本技术的采暖炉控制系统不可包括其它部件，也不表明本技术的采暖炉控制方法不可包括其它步骤。应当理解，附图中部件的尺寸、比例关系以及部件或步骤的数目均不作为对本技术的限制。
23.图1示意性地示出了根据本技术的实施例的采暖炉控制系统与采暖炉和相关附件所形成的采暖系统的示意图，这大致是通常采用的分户式住宅采暖系统。如图1所示，本技术的采暖炉控制系统与采暖炉10以通信的方式连接，例如，通过比如ot通信协议的有线连接或比如wifi、zigbee、蓝牙、868mhz rf的无线连接。采暖炉10可以例如是燃气壁挂炉，其包括燃气供应管路、燃烧装置、水循环管路、泵、风机、传感器和控制装置等。当然，采暖炉10也可以采用其它的能源且可以包括不同的构件，在此不再赘述。
24.采暖炉10设有与出水管路11连通的出水端口以及与回水管路12连通的回水端口，出水管路11和回水管路12与阀门组件70连通，并经过阀门组件70与采暖设备连通并形成循环回路。采暖设备可以是散热片50，也可以是地板采暖系统60。阀门组件70被配置成关闭和打开在采暖炉10和采暖设备之间连接的循环管路，且可包括多个阀门，每个阀门控制通向相应房间内的采暖设备的管路。
25.本技术的采暖炉控制系统包括主控制器20、至少一个副控制器30、40 和阀门控制
器80。主控制器20被配置成能够根据温度控制协议(例如，开放式供热协议open thermal protocol)来调制采暖炉10的运行，且通常安装在客厅或起居室内。在图1中示出了两个副控制器30、40，其被配置成感测周围环境的实际温度和接收用户的设定温度。当然，也可以设置更多个副控制器。具体而言，通常，每个房间可以安装一个副控制器，例如，安装在卧室内。应指出的是，在本技术的实施例中，副控制器并不直接控制阀门的打开和关闭，而是感测相应房间内的实际温度和接收用户的设定温度。阀门控制器80被配置成关闭和打开阀门组件70中的阀门。在本技术的实施例中，主控制器20与至少一个副控制器30、40以及阀门控制器 80以通信的方式连接，并根据周期性地从至少一个副控制器30、40接收的实际温度和设定温度向阀门控制器80发送打开和关闭阀门组件70中的阀门的指令。这样，阀门控制器80可以打开和关闭通向相应房间的管路的阀门。如上所述且在图1中示意性地示出，主控制器20、副控制器30、40 和阀门控制器80之间的连接可以是有线连接，也可以是无线连接。
26.如图2所示，主控制器20可以周期性地通过线路l30、l40从副控制器30、40获取温度信息，并根据控制逻辑判断每个房间的采暖需求，然后可以通过线路c80向阀门控制器80发送指令，使阀门控制器80可以直接关闭和打开与副控制器30、40相对应的阀门。具体而言，当一个房间的实际温度达到设定温度或高于设定温度之上的某一阈值时，主控制器20可以判断出该房间的采暖需求关闭，然后可以向阀门控制器80发送关闭阀门的指令，反之，当一个房间的实际温度低于设定温度或低于设定温度之下的某一阈值时，主控制器20可以向阀门控制器80发送打开阀门的指令。因此，本技术的采暖炉控制系统可以精确地判断出哪个房间存在采暖需求，并相应地关闭和打开阀门。由于本技术的副控制器并不直接控制对应阀门的关闭和打开，而是由阀门控制器来集中控制，因此不需要从各个副控制器到相应阀门的控制线路，这样可以节省线路的布置和维护费用。
27.另外，主控制器20还可以根据所判断出的来自副控制器30、40(对应于各个房间)的采暖需求，通过线路l10调制采暖炉10的运行，例如，调整采暖炉10的设定出水温度。根据不同的采暖需求，采暖炉10可以在设定出水温度默认值的基础上被调制为不同的设定出水温度，而根据不同的采暖设备，采暖炉的设定出水温度默认值可以不同，例如，在采暖设备是散热片50时，设定出水温度默认值可以设为50度，而在采暖设备是地板采暖系统60时，设定出水温度默认值可以设为60度。关于设定出水温度的调制将在下面的段落中进一步详细描述。
28.应指出的是，在图2中所示的线路l10、l30、l40和c80既可以是有线线路，也可以是无线线路。主控制器20与副控制器30、40之间的信息传递可以是一个轮询的过程，即主控制器20按照设定的周期向副控制器 30、40发送关于房间实际温度和设定温度的询问信息，而副控制器30、40 则返回带有房间实际温度和设定温度的应答信息。每个周期可以是1分钟、 2分钟或其它可设定的数值。
29.根据本技术的一个实施例，在每一个周期中，当来自至少一个副控制器30、40中的每一个的采暖需求关闭时，主控制器20并不立即发出关闭采暖炉10的命令，而是计算并调制采暖炉10的设定出水温度，使得设定出水温度被调制为小于采暖炉10的当前出水温度的温度。这样，避免房间的温度快速下降，避免采暖炉10频繁启动且节约能源。采暖炉10的调制可以有两种模式，例如，舒适模式和经济模式，当然也可以有更多的模式，且可以由用户设定。在舒适模式下，设定出水温度tset可以被调制为比采暖炉10的当前出水温度tw小2度
的温度，即tset＝tw-2，而在经济模式下，设定出水温度tset可以被调制为比采暖炉10的当前出水温度tw小4 度的温度，即tset＝tw-4。当经过一定数量的调制周期之后，如果来自至少一个副控制器30、40的每一个的采暖需求仍然关闭，则主控制器20发送指令使采暖炉10停止运行。这样，可以使采暖炉10的设定出水温度tset 在非常小的范围内以振荡的方式缓慢地下降，从而避免采暖炉10频繁启动且节约能源。
30.根据本技术的另一实施例，在每一个周期中，当来自至少一个副控制器30、40中的任一个的采暖需求打开时，主控制器20计算并调制采暖炉 10的设定出水温度tset，使得设定出水温度tset被调制为高于采暖炉10 的设定出水温度默认值tdef的温度。这样，可以更快地制热。设定出水温度tset可以被调制为采暖炉10的设定出水温度默认值tdef与一个增加温度δt的和，该增加温度δt可以是固定值，也可以根据调制模式而选择不同的值。例如，增加温度δt可以是从至少一个副控制器30、40的实际温度和设定温度的差值中选取的。例如，假设有3个房间，每个房间安装1 个副控制器，主控制器20可以得到3个房间的实际温度和设定温度的差值δt1、δt2、δt3(正值)和3个房间的采暖需求d1、d2、d3(用on/off 来表示)，在舒适模式下，设定出水温度tset可以被调制为采暖炉10的当前设定出水温度默认值tdef与以上三个差值中的最大差值max(δt1，δt2，δt3)的和，而在经济模式下，设定出水温度tset可以被调制为采暖炉10 的当前设定出水温度默认值tdef与以上三个差值中的最小差值min(δt1，δt2，δt3)的和。
31.以上论述了在采暖需求完全关闭和存在至少一个采暖需求时如何调制采暖炉10的设定出水温度tset的过程。在调制过程中与各种采暖需求相对应的设定出水温度tset的计算方式在下表1中列出。
32.表1
[0033][0034]
其中，d1、d2和d3分别表示三个房间的采暖需求，on表示采暖需求打开，即房间需要供热，off表示采暖需求关闭，即房间需要停止供热；δt1、δt2和δt3分别表示三个房间的实际温度和设定温度的差值，且是正值；tw是采暖炉的当前出水温度；tdef是采暖炉的设定出水温度默认值； tset是采暖炉的设定出水温度tset。从表1可以看出，在每一个周期中，当所有采暖需求关闭时，主控制器将采暖炉10的设定出水温度tset计算为小于采暖炉10的当前出水温度tw的温度并由此进行调制；且在每一个周期中，当存在至少一个采暖需求时，主控制器20将采暖炉10的设定出水温度tset计算为高于采暖炉10的设定出水温度默认值tdef的温度。当然，根据不同的调制模式，例如舒适模式和经济模式，调制后的设定出水温度 tset可以有不同的具体取值，如前所述。
[0035]
为了避免使采暖炉10的设定出水温度tset超出采暖炉10的工作温度范围，在每一个周期中，当计算出的设定出水温度tset处于采暖炉10的从最低出水温度到最高出水温度的范围之外时，主控制器20将设定出水温度 tset调制为相应的最低出水温度或最高出水温度。例如，在采暖炉的工作温度范围是45℃～80℃的情况下，当计算出的设定出水温度tset小于或者等于45℃时，则主控制器20将设定出水温度tset调制为45℃，而当计算出的设定出水温度tset大于或者等于80℃时，则主控制器20将设定出水温度tset调制为80℃。
[0036]
为了验证上述调制过程，采用包括主控制器和两个副控制器的采暖炉控制系统进行了模拟，模拟结果在图3中示出。如图3所示，在每一个周期中，采暖炉10的设定出水温度tset随着采暖炉10的当前出水温度tw、第一房间内的实际温度t1和第二房间内的实际温度t2的变化而按照前面的表1所列出的计算方式来计算，并由此对采暖炉进行调制。
[0037]
在前面的内容中提到判断一个房间的采暖需求是基于相应的副控制器所感测的实际温度和用户输入的设定温度的比较结果。一般情况下，当实际温度大于或者等于设定温度时，则认为采暖需求关闭，而当实际温度低于设定温度时，则认为采暖需求打开。但是，为了避免采暖需求过于频繁的地变化，往往设定一个阈值x。例如，当来自一个副控制器的实际温度比设定温度大出阈值x时才认为采暖需求关闭，且当来自一个副控制器的实际温度比设定温度小了阈值x时才认为采暖需求打开。
[0038]
为了更准确地判断采暖需求以进一步节约能源，本技术的采暖炉控制系统还包括与至少一个副控制器30、40相对应地设置的用于感测周围环境中是否存在运动的至少一个运动传感器31、41，且主控制器20还可以被配置成根据来自至少一个运动传感器31、41的感测数据，判断来自至少一个副控制器30、40的采暖需求。参照图4，r0表示无人使用房间，r1表示有人使用房间，hd表示采暖需求，t表示房间的实际温度，td表示房间的设定温度，x表示阈值，t表示时间。当一个运动传感器31的感测数据表明存在运动时，即表示有人正在使用相应的房间(r1指示的情况)，则当来自对应的一个副控制器30的实际温度t比设定温度td大出一个阈值 x时主控制器20才将来自副控制器30的采暖需求判断为关闭。反之，当一个运动传感器41的感测数据表明不存在运动时，即表示无人使用相应的房间(r0指示的情况)，则当来自对应的一个副控制器40的实际温度t大于或者等于设定温度td时主控制器20立刻将来自副控制器40的采暖需求判断为关闭。
[0039]
应指出的是，虽然在图1中主控制器20、副控制器30、40和阀门控制器80为单独的部件，但主控制器20可以和一个副控制器成为一体，例如，当主控制器20安装在客厅时，其可以和本应安装在客厅的副控制器成为一体。另外，在图1中运动传感器31、41被示为位于相应的副控制器30、40 上，然而运动传感器31、41也可以是单独的部件。
[0040]
以上参照图1-4描述了本技术的采暖炉控制系统以及与采暖炉和相关附件形成的采暖系统的组成和工作过程，下面参照图5描述本技术的采暖炉控制方法。
[0041]
如前所述，所述采暖炉与本技术的采暖炉控制系统以通信的方式连接。在步骤s1，采暖系统启动，然后进入周期性地调制的过程。在步骤s2，通过采暖炉控制系统的主控制器20接收来自至少一个副控制器30、40的实际温度和设定温度，并向阀门控制器80发送打开和关闭位于采暖炉10和采暖设备之间的阀门组件70中的阀门的指令。通过接收的实际温度和设定温度，主控制器20可以判断来自至少一个副控制器30、40的采暖需求，并调制采暖炉10的运行。
[0042]
如果来自至少一个副控制器30、40中的每一个的采暖需求关闭，则执行步骤s3，判断调制模式是舒适模式还是经济模式，然后根据判断结果执行步骤s4，即经济模式，主控制器20将采暖炉10的设定出水温度tset计算为比采暖炉10的当前出水温度tw小4度的温度，或者执行步骤s5，即，舒适模式，主控制器20将采暖炉10的设定出水温度tset计算为比采暖炉 10的当前出水温度tw小2度的温度。
[0043]
如果来自至少一个副控制器30、40中的任一个的采暖需求打开，则执行步骤s6，计算来自至少一个副控制器30、40的实际温度和设定温度的差值，然后执行步骤s4，判断调制模式是舒适模式还是经济模式，然后根据判断结果执行步骤s8，即经济模式，主控制器20将采暖炉10的设定出水温度tset计算为采暖炉10的设定出水温度默认值tdef与所述至少一个副控制器30、40的实际温度和设定温度的差值中的最小差值的和，或者执行步骤s9，即舒适模式，主控制器20将采暖炉10的设定出水温度tset计算为采暖炉10的设定出水温度默认值tdef与所述至少一个副控制器30、 40的实际温度和设定温度的差值中的最大差值的和。
[0044]
在计算出采暖炉的设定出水温度tset之后，执行步骤s10，判断计算出的设定出水温度tset是否大于或者等于采暖炉的最大工作温度，如果大于或者等于，则执行步骤s11，将采暖炉的设定出水温度tset确定为采暖炉的最大工作温度，并执行步骤s14；反之如果小于，则执行步骤s12，判断计算出的设定出水温度tset是否小于或者等于采暖炉的最小工作温度，如果小于或者等于，则执行步骤s13，将采暖炉的设定出水温度tset确定为采暖炉的最小工作温度，反之如果大于，则执行步骤s14。
[0045]
在步骤s14，主控制器按照所确定的采暖炉的设定出水温度tset对采暖炉进行调制，然后延迟一定的时间，例如，1分钟，返回到步骤s2，以开始下一个周期的调制。
[0046]
当经过一定数量的调制周期之后，如果来自至少一个副控制器30、40 的每一个的采暖需求仍然关闭，则主控制器20发送指令使采暖炉10停止运行。
[0047]
在以上描述的采暖炉控制方法中，当仅采用一种调制模式时，可以省略对调制模式进行判断的步骤。
[0048]
本技术的采暖炉控制系统和采暖炉控制方法，通过主控制器和副控制器可以精确地分析每个房间的采暖需求，并通过主控制器来控制阀门的关闭和打开，可以根据判断结果智能地、自动地调制采暖炉的运行，减轻出水温度和房间温度的波动，从而可以提供更高的舒适度，提高采暖炉的效率，减少能源消耗、延长设备寿命和节省费用。
[0049]
以上结合具体实施例对本技术进行了详细描述。例如，在优选实施例中以燃气壁挂炉的采暖炉控制系统为例对本技术进行了描述，但是，在采用其它能源(例如，电能)的其它形式的采暖炉中都可获得应用。
[0050]
以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本技术的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本技术的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本技术的范围。