本發(fā)明涉及供暖設(shè)備領(lǐng)域，具體的說，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，隨著我國城鎮(zhèn)集中供熱大力鼓勵和發(fā)展，供熱面積不斷增加。集中供暖在推廣和實施的同時，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，集中供暖過程中管網(wǎng)水力失調(diào)現(xiàn)象的出現(xiàn)，在很大程度上會降低供熱管網(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)越來越受到關(guān)注。以碳纖維發(fā)熱線作為發(fā)熱體的遠紅外電供暖系統(tǒng)，以電力為能源，具有分布式、能源互補的特征,可基于氣象條件及用戶需求在時間和空間兩個維度上進行負荷調(diào)節(jié)。但是在運行時，空間維度的負荷調(diào)節(jié)存在很多問題，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，鋪設(shè)人員匯總幾個t型接頭與溫控器進行連接。溫控器控制多組碳纖維發(fā)熱線的通斷，不能對某組碳纖維發(fā)熱線的通斷進行控制從而實現(xiàn)區(qū)域精確供熱。當有局部供暖需求時，溫控器控制的多組碳纖維發(fā)熱線均會接通。這會出現(xiàn)不需供暖的區(qū)域也進行供熱的現(xiàn)象，導致額外增加耗電量。但是需要供暖的區(qū)域可能由于沒有打開相應(yīng)溫控器開關(guān)，導致供暖效果不佳，因此用戶的熱舒適性會受到影響。

目前，針對碳纖維電供暖系統(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，通過通斷電源進行溫度控制；劉海生等在專利cn205860187u中闡述了一種復合太陽能遠紅外碳纖維智能電熱供暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過智能溫度控制器，實現(xiàn)智能電熱供暖系統(tǒng)與電系統(tǒng)的通斷連接，達到溫度智能控制；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來調(diào)整碳纖維地暖的供熱板塊的運行與關(guān)閉，從而實現(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關(guān)相連，實現(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)熱膠片進行發(fā)熱的供熱系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)通過利用彈性溫控系統(tǒng)與溫度探頭相連獲得的溫度信息，指導電源的自動通斷，實現(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層，碳纖維發(fā)熱體與蓄能體連接,蓄能體與儲能熱源連接，其中恒溫控制體與蓄能體連接，并且恒溫控制體對該系統(tǒng)的供熱進行控制；專利cn205481274u是利用溫度傳感模塊的信息，指導溫控開關(guān)的開合實現(xiàn)智能控溫。

就目前的成果來看，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，均沒有提到利用電壓調(diào)節(jié)控制溫度的方式。

技術(shù)實現(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)明通過電壓調(diào)節(jié)的方式實現(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，實現(xiàn)利用電壓對室內(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)基于人機交互單元和自動調(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)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(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、自動調(diào)壓溫度控制單元和人機交互單元，所述電熱單元由碳纖維發(fā)熱線構(gòu)成，所述自動調(diào)壓溫度控制單元和人機交互單元使用同一通信協(xié)議以實現(xiàn)相互信號傳輸；所述人機交互單元由設(shè)置模塊、信號處理模塊、顯示模塊和輸出模塊組成，人機交互單元實現(xiàn)用戶初始值的設(shè)定、室內(nèi)溫度的顯示和設(shè)置、溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號的處理及電壓信號的輸出功能；

所述自動調(diào)壓溫度控制單元由溫度采集模塊、電位計、電壓放大器、自動調(diào)壓執(zhí)行裝置和調(diào)壓器組成；自動調(diào)壓溫度控制單元通過單片機技術(shù)，以完成實際溫度的采集、實際溫度和設(shè)置溫度的對比及信號轉(zhuǎn)換功能；

所述自動調(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)行機構(gòu)用于驅(qū)動調(diào)壓器進行調(diào)壓。

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

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際室內(nèi)溫度t2；

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

(3)判斷u1與u2是否相符，不相符則通過電位計輸出壓差信號δu；

(4)壓差信號δu經(jīng)過電壓放大器作用于所述自動調(diào)壓執(zhí)行裝置，驅(qū)動所述調(diào)壓器進行調(diào)壓，調(diào)壓后延時t時間再次采集室內(nèi)溫度，進入下一個循環(huán)，直至達到δu＝0，最終實現(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)方案所帶來的有益效果是：

1.通過本發(fā)明熱電暖系統(tǒng)，熱用戶可按照需求對單組碳纖維發(fā)熱線的通斷進行控制可以緩解現(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)置加熱電壓進行供熱。

3.人機交互單元與自動調(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)部熱點溫度不超過其內(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。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是人機交互單元工作流程圖。

圖3是自動調(diào)壓溫度控制單元原理圖。

圖4自動調(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。

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

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

如圖1本實施例利用電壓調(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、自動調(diào)壓溫度控制單元2以及人機交互單元3組成。電熱單元由碳纖維發(fā)熱線構(gòu)成，自動調(diào)壓溫度控制單元與人機交互單元規(guī)定使用同一通信協(xié)議，從而實現(xiàn)相互信號傳輸。本實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是人機交互單元的工作流程圖，人機交換單云包括開關(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，溫度信號轉(zhuǎn)為電壓信號的處理以及電壓信號的輸出功能。用戶可以通過設(shè)定啟動初始值，包括啟動電壓、所需碳纖維發(fā)熱線組的通斷以及延遲時間。并且通過處理模塊，將信號傳輸?shù)阶詣诱{(diào)壓溫度控制單元。

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

如圖4是自動調(diào)壓執(zhí)行裝置7的控制流程圖。自動調(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)行機構(gòu)。采用單片機技術(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，輸入到單片機當中。碳纖維發(fā)熱線組集成控制模塊用來控制單組碳纖維發(fā)熱線的通斷。執(zhí)行機構(gòu)用來驅(qū)動調(diào)壓器進行調(diào)壓。

其控制思路：將輸入的壓差信號δu，通過信號處理模塊，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，進行增加(或減小)對應(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，求得對應(yīng)電壓值。與當前調(diào)壓器8電壓值對比，得出δu信號作用于執(zhí)行機構(gòu)，從而驅(qū)動調(diào)壓器8調(diào)壓。并且為保證使用安全性，調(diào)壓器8內(nèi)部熱點溫度不超過其內(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際室內(nèi)溫度t2，通過信號轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妷盒盘杣1、u2，進行判斷，若u1與u2不相符，則電位計輸出壓差信號δu，之后經(jīng)過電壓放大器，作用于自動調(diào)壓執(zhí)行裝置，驅(qū)動調(diào)壓器進行調(diào)壓，調(diào)壓后延時5分鐘再次采集室內(nèi)溫度，進入下一個循環(huán)，直至達到δu＝0，從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。

進一步的，本實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12.5m，24k碳纖維發(fā)熱線材料測試。通過從0v、30v、60v、90v、120v、140v、160v、180v、200v、220v的加壓過程，測試各電壓下碳纖維發(fā)熱線達到穩(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)定啟動初始值，包括啟動電壓值、所需供熱區(qū)域碳纖維發(fā)熱線組以及延遲時間。

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

當室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時，即u1<u2，電位計輸出壓差信號δu，傳遞到電壓放大器6。壓差信號通過電壓放大器6作用于自動調(diào)壓執(zhí)行裝置7，其中數(shù)據(jù)模塊cpu根據(jù)信號的讀入驅(qū)動執(zhí)行機構(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。

當室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時，即u1>u2，電位計輸出壓差信號δu，傳遞到電壓放大器6。壓差信號通過電壓放大器6作用于自動調(diào)壓執(zhí)行裝置，其中數(shù)據(jù)模塊cpu根據(jù)信號的讀入驅(qū)動執(zhí)行機構(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)過程中，采用單片機技術(shù)，利用預(yù)埋在變壓器中的熱電偶來檢測及變壓器繞組的溫升，若達到溫升限制，則斷電保護。

本發(fā)明并不限于上文描述的實施方式。以上對具體實施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實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)明的保護范圍之內(nèi)。