[发明专利]对大热容量系统的控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制热对流系统的方法，在该系统中，流体与媒介交换热能。本发明还涉及根据该方法控制的热交换器、对流散热器或被供暖地面。具体地说，本发明涉及一种控制具有大热容量、因而具有大时间常数的热对流系统的方法。

背景技术

本发明可应用于控制流体与媒介在其中交换热能的任何类型的系统，本发明可在大时间常数的系统中提供相当大的效益。作为这样的系统的例子，本发明的以下描述主要集中在地面供暖系统。或者，本发明也可用于控制冰上运动场、游泳池或任何其它具有大时间常数的系统的温度。

地面供暖在民用供暖中越来越普遍。一般而言，这种系统包括管道，该管道使水在接收部和输送部之间的回路中循环，在接收部中，加入具有热能的水，在输送部中，热能首先被输送到地面，然后被输送到环境空间。接收部一般连接至常规供暖系统的一部分，或者形成常规供暖系统的一部分，该部分例如是燃油或燃气集中采暖锅炉，而输送部一般嵌入到具有大热容量的混凝土地面或类似的沉重地面结构中，这种大的热容量因此导致供暖系统的大时间常数。

有多种方式用于控制现有地面供暖系统的热对流。常规方式是被循环的水以固定速度和固定供给温度流动。在回路中接入用于控制流过地面的水量的阀门。在更先进的系统中，地面包括与其它供暖系统隔绝的回路，并且能够控制进入地面的水的温度。在其它系统中，管道被分为具有阀的多个单独的段，这些阀能独立控制通过这些段的水流。通常，根据观察到的环境空间的实际温度和期望温度之间的温差起动所述控制动作。

由于热惯性，系统设定对地面温度起作用需要相对较长的时间，甚至这种设定对环境温度(即房间温度)起作用需要更长的时间。因此，系统难以控制。结果，暴露于变化的气候条件下的环境往往经受变化的温度。因此，这种系统导致过高的供暖费用和令人不满意的气候条件。

地面供暖逐渐应用于由如木材之类的对温度变化大和高温敏感的材料制成的地面。因此，实施控制必须具有更多的警惕，许多现有系统因而在相对较低的水温下运行，例如在30摄氏度范围内运行。然而，这进一步导致更长的时间常数，并且通常导致无法抵抗突发的气候变化。其它具有较大时间常数的供暖和冷却系统，如与游泳池的供暖或冰上运动场的冷却有关的系统也存在类似问题。

发明内容

本发明的目的是改进现有的热对流系统，特别是具有大惯性的系统，例如用于提供改进的舒适度、较小的温度变化和改进的经济性的如地面供暖系统之类的系统。因此，在第一方面中，本发明提供一种方法，其中，通过将流体进入媒介时的入口温度和流体离开媒介时的出口温度之间的多个差值相加而确定引入的热量。温度在一固定时间段内用固定的采样时间采样。向所讨论的系统提供在固定时间段上确定的媒介温度变化和定义引入热量和温度变化之间比率的控制常数，即，该比率定义了导致媒介温度单位上升(例如上升1摄氏度)的温度差的总和，即，当以固定采样时间采样时入口温度和出口温度之间的温度差的和。固定采样时间规定在该固定时间段内以固定频率、例如每秒、每10秒或每分钟测量温度。所述固定时间段可以是1-10分钟或甚至100分钟的时间段。

借助比率，可仅通过测量水的入口温度和出口温度获得媒介的具体温度，而不用等待媒介温度升高。因此，可对媒介温度进行控制而不存在由媒介本身的大热惯性引起的缺点。作为例子，可要求地面具有一定温度。一旦地面制成，可通过如权利要求1所述步骤执行的初始试验确定具体地面的比率。可如权利要求2所述地执行地面供暖的后续连续控制，即，测量实际地面温度并确定达到期望温度所需的温度变化。在通过初始试验期间使用的固定采样时间确定入口温度和出口温度的同时，水开始流过地面。借助该比率，可确定导致期望的温度变化的合计温度差的值。比如，所述期望变化是温度上升4摄氏度，并且所述比率规定1秒采样时间有2500的合计温度差，以获得温度上升1度。因此，4度需要合计温度差10000。当热水在地面供暖系统中循环时，每1秒都进行入口温度和出口温度的采样，并将这些差值累加直到达到10000为止。此时，取消水的循环，并且所传送的热能被扩散到地面中，因此，在一段时间后应获得期望的温度上升4度。