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地暖控制分析与地暖控制整合发展之路

2009/05/10

 

地暖控制分析与地暖控制整合发展之路

浏览次数:125 日期:2009年5月10日 12:33
 
 我国的采暖改革经过这短短几年的发展,今天的地面低温辐射采暖(以下简称地暖)方式以其舒适、健康、节能的优势而广为用户所接受,由于低温辐射能以比对流采暖方式低2℃-3℃的室内温度而取得对等效果,节能舒适效果明显,现在一个不可阻挡的家居安装地暖的浪潮从寒冷的北方向阴冷潮湿的长江流域推进。在地暖业的发展同时,也带动了国内的相关行业蓬勃发展,各相关行业发展又进一步推动了地暖业的新发展,现在虽然存有恶性价格竞争、有劣质的产品出现,但也有种种良性循环正在促使地暖业向更加高的层次演变和推进。
专业从事地暖控制的柯耐弗(okonoff)已经从单一各种控制元件研发生产发展到今天,成了系统集成供应商和提供整体解决方案的企业。柯耐弗(okonoff)在国内率先发展具有知识自主产权的地暖专用室内温度控制器、现场控制器DDC及上层大型集中控制器DCS、新型智能分集水器、各类电动阀、调节阀、合流阀、动态平衡阀、智能混水系统、家居智能集中控制系统等高端产品线,公司产品线以符合工况为前提,从安全性和产品可靠性着手,努力做好产品的每一细节来满足客户需求,由于柯耐弗具有多年积累地暖系统控制的工况数据和经验,经过多年的艰苦努力,现已具备能够为大型工程项目提供配套和整体控制系统的能力。
目前市场上普遍存在的所用地暖控制器都是一般简单的机械温控器和温度加时序的电子控制器局面,简单控制器其控制方法过于简单,无法完成复杂、精确的控制任务,追其原因无非是恶性的价格竞争和生产企业研发能力低下所致,在此状况下柯耐弗(okonoff)在细节上做好普通产品并进行优化的同时,投入大量的人力物力研发下一代的产品。今天我介绍一套柯耐弗研发的“智能混水系统”和“家居采暖、空调、通风智能控制系统及生活水系统”的方案与大家一起探讨和切磋。
1.柯耐弗的KECHS280系列混水系统介绍:
我们先从地暖的供热水切入谈谈地暖控制及柯耐弗的混水系统,地暖和普通散热器采暖的原理不同,地暖是以低温辐射方式来完成室内取暖目的,要求水温较较低,平均40℃就可以满足要求。而散热器是以空气对流形式来提高室内温度,要求水温较高,平均70℃。而不管是以集中供热还是家庭锅炉提供热能,都存在供水水温过高情况,直接使用于地暖会导致地板毁坏、地面蓄热过大、室内温度无法精确控制、室内环境舒适度差和浪费能源的情况发生,如家庭锅炉要降低供水温度来满足地暖对水温的要求,由于锅炉的流量限制必定产生能效比降低且供热量不够的现象,采用地暖回水降温的混水装置成为必须考虑的选择。地暖控制必须把重点从原先的室温控制方式(是个误区)转向供水温度控制方式转移,只有把水温进行精确的控制才能满足地暖需求,地暖水系统又是一个低压差大流量的运行系统,加大流量和降低流阻成了做好混水系统的首先要考虑的问题,混水系统并于室温控制进行协调(内容很多,以后单独进行阐述),才能真正做到节能和舒适。
采用专用的低流阻三通合流阀与DDC控制器结合,利用合流阀的供水和回水两端可以同时进行比例调节的原理,加上DDC的PID(其中P为比例、I为积分、D为微分)比例积分调节控制功能,可以避免目前市面上的普通混水降温装置的控温不精确(机械式温包膨胀和热力驱动器的反应时间过慢,普通控制器无PID调节功能)和流阻大(使用截止阀的合流比例不受控和而且流阻很大)、产品呆板固化的致命缺陷。KECHS280系列有多种型号功能产品,装置具有模块式可现场装配、左右进水现场装配转换方向、出水管与回水管距离可调等等,原先市面上的混水降温装置的困难均已顺利解决。系统有简单混水温度控制加保护型和智能型的泵速可控型号等等,混水系统含有多种功能性的保护,除普通的高温保护等外,还有水泵防堵、合流阀防堵功能等,可以与柯耐弗新型智能分水器相配合使用,效果非常理想。
我们下一代在研制的混水系统将更加符合水力平衡要求、流量更大、功能更强、安装更方便,而且无任何泄漏风险。
2.家居采暖、空调、通风智能控制系统及生活水系统:
楼宇控制系统上的内容很多完全可以进行小型化,并且向家居进行移植来提高人居环境质量,柯耐弗的自主产权的DDC、DCS的研制与应用为该家居集中控制系统的成功使用奠定了基础。我们推出的该系统可以根据用户的具体要求进行批量定制,它的控制范围包括了地暖控制、空调制冷运行控制、室内新风控制、照明、安防以及家庭生活水系统的控制。 系统工作原理如下:
(1)首先系统将自动判断外界气温和用户的设定值,决定系统以制冷或制热模式运行;
(2)制热时,DDC要根据外界气温和换热罐的设定温度的判断和通信信号,决定启动或关闭相对应的制热设备;
(3)制热时,DDC要换热罐的设定温度和相对应的制热设备的判断和通信信号,决定是否启动或关闭补充加热;
(4)系统的地暖与生活用水采取隔离措施,提高生活用水质量;
(5)储热换热罐输出热水由变频泵承担向系统总供水管输送热水的任务,变频器按照DCS传送过来的指令信号变频调速运行水泵,随时改变供水量,满足系统的需求;
(6)混水系统接总供水管输送热水后,按照地暖热水温度设定值进行混水后输向分水器再分流至各组地暖管,进行地面供热;现场控制器DDC以PID方式控制三通合流阀的旋转角度,稳定控制混水温度设定值;
(7)新风系统根据用户要求可以采取定时换新风或以二氧化碳传感器检测值的变化,确定是否开启;
(8)夏季制冷为防止出现地面结露,根据传感器收到室内湿度参数,以设定好的露点运行,一旦超标就启动除湿机对室内环境及时进行除湿保湿运行;
(9)系统节能控制方案中的措施:
节能措施一:热能判别:围绕着舒适与节能的目的,DDC在本系统中将发挥出其强大的功能,采暖时,系统自动采集太阳能换热后的热水温度信号、外界气温情况,决定是否对系统进行补充热能,在晴朗天气下尽量利用太阳能热能,一旦出现光照获取热能不足,系统将自动判别并自动选择热泵或锅炉补充热能方式 ,太阳能预热水的目的是100%利用太阳能,热能不足时,利用热泵的能效1:4的高效机理,尽量以热泵方式补充热能,在热泵能效比不经济时才开启锅炉。以此达到最大限度的节能,如果环境条件允许而采用地源热泵,热泵将更加充分发挥其节能效果。
节能措施二:低温辐射节能:围绕着地板辐射采暖和生活热水两不误的特点,系统采用混水系统对地面供水温度进行调节,充分利用采暖回水的余温,适当混入锅炉热水达到地暖供水温度的需求。依据气温变化和室内对热能的需求,随时改变供水温度,同时满足对经济性和舒适的要求。同时根据房间的开启数量调整水泵的转速来改变供热水的流量,达到水力平衡的目的。围绕低温辐射要求,为达到舒适和进一步节能的目的,在满足地暖需求的前提下,不断降低供水温度,解决地坪面蓄热过大的问题。
节能措施三:各个房间温控器可以做到周编程和夜间启动睡眠功能,适合人们的起居、上班工作、规律的外出和休息时间安排,适当减低地表面温度和空间温度或关闭室内保温状态,达到节能的目的又利于睡眠。
节能措施四:DDC在本系统充分发挥多点采集、控制、通信的功能,实时监控各个房间的工况中的数据变化,实时调整通风量控制方案,同时对外排的空气进行能量回收,尽量减少能量的外泄,达到舒适与节能的完美结合。接下来我们浅谈一下舒适控制方案。
(10)舒适控制方案中的措施:
舒适措施一:低温辐射采暖的控制目的就是控制地表面的温度,也就是控制供水温度(在制冷时尤为重要,防止地面温度过低而结露)与人居对舒适的要求非常一致,严格控制供水温度不但可以满足低温辐射要求又可满足人们舒适需求。为居住者提供非常适合人体健康舒适的匀称的上低下高温度分布场;
舒适措施二:在炎热湿度大的夏天,制冷以地面辐射、室内机制冷除湿的双重功能进行运行,由于采用冷水系统,不易产生室内失水份太多,所以远比直接氟系统舒适,再者地面的略低温度使人们在家居环境下如同在山边的小溪涉水的感觉。
舒适措施三:系统借助DDC通信功能,实时收集和把握各个区域空间的空气质量情况及时对各个区域进行新风量的控制和负离子量的释放调整,达到人在居室享受森林般的空气品质。
舒适措施四:借助空气质量传感器的信号,及时开启或关闭空气负离子发生器的工作,调整室内空气的品质,使人居环境如同在大海边的享受感觉;
舒适措施五:当你工作或出差回家时,家中浴缸、厨房家电等已经按照设定时间开始工作,比保姆还及时地为你注满合适温度的泡澡水、做好米饭等优质服务;
舒适措施六:柯耐弗凭借长期在工艺空调方面的控制技术积累,利用各种空气参数传感器采集的空气湿度信号,及时调整加湿机的运行或室内机除湿运行,按照居住者对环境的湿度意愿进行设定和控制,在冬季非常干燥或夏季潮湿的外部环境下,创造出高质量的家居人工环境和满意的舒适度,使健康人感觉到更舒适,为身体欠佳者有个更好的康复环境。
(11)联网措施:
以新颖的人机对话界面和控制模式,采用Modbos-RTU标准协议,将DDC与PC电脑、以太网LAN进行联网,通过网关继而进入互联网,实现PC远程设定与舒适度控制;
(12)通过协议或直接连接来接受安防产品的安防设定参数,处理安防报警和做出相关输出动作(按照具体要求);
(13)按照用户对家居不同区域的照明设定值,自动处理家居的照明开启关闭与调节照明度;
(14)通过协议或直接连接来接受其它家电产品的设定参数,处理厨房家电和家庭多媒体的输入和输出做出相关动作(按照具体要求)。
  3.地暖横向整合思路:
我们先从智能化家庭说起,所谓家庭智能化多数就是把家居中的多媒体、、照明、安防门禁等统一进行管理和控制,这几年随着国内中产阶级人群和年轻一代的知识的快速增长,为了安全、舒适、视听享受、节能和有规律的生活,先进的智能化家庭系统越来越成为他们的追求目标。目前最先进的家庭智能化方案也无非就是加了室内温度控制,既然他们搞家居智能想涉足人工环境控制,而我们专业从事人工环境的控制企业,又有自主开发和生产DDC、DCS等复杂控制器的能力,那为什么我们还不涉足智能家居这一块呢,只有这样做后才会把智能家居做得更人性化、更舒适、更节能。
前面我介绍的柯耐弗“家居采暖、空调、通风智能控制系统及生活水系统”就是一种对其他行业产品的一种整合思路方案,我们觉得单单做好地暖控制或其它单一系统还是不符合家居人工环境的舒适度的最高要求,创造理想的人居环境品质就必须整合更多的产品控制,当然会比家庭中的其他电器控制要复杂,为了顺应家居整体节能化、舒适化、智能化程度不断提高时代潮流,只有把其他可以与地暖控制进行连控的产品一起进行组合直接或间接地进行统一控制,如家居环境中的通风、多媒体、照明、安防门禁、生活用水等等都是相对简单模拟信号和数字量的信号的控制,而我们专业人工环境控制是牵涉到多种需要处理的模拟及数字量的控制,既然已经做好空调和地暖控制了,再整合这些产品一起进来控制也就不是很困难的事情了,只要做好上层控制产品(如DDC、DCS和PC软件),完全可以把这些家居中产品整合过来,让我们大家一起努力把地暖产业继续做大、做广、做强的,使我们的行业产品和系统在家居设计中成为主导、优先的系统。
愿我们的地暖事业不断发展和壮大,美好的明天就在前面!

 

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