恒温控制方法在燃热热水器中的研究王巍吉

恒温控制方法在燃热热水器中的研究王巍吉

王巍吉

(中山华帝股份有限公司广东中山528400)

摘要：近年来，随着生活水平的日益提高,人们对美好生活的追求不断提升，用户对燃热热水器出水恒温的要求也在不断提高。因此，恒温控制方法是一种燃气热水器的恒温控制方法，属于燃气热水器领域。该方法为：用户设定目标温度，测量进水温度，燃气比例阀以额定开度输入燃气加热；测量出水温度和水流量对热值增量采样积分求平均值；计算温度积分值及实际温度；实际温度大于目标温度时，比例阀降低开度；测定温度最高点,求取最高点后下降一度的水流量及热量减值；计算加热平衡状态的比例阀开度并用其进行加热；根据偏差值对比例阀开度进行调节。该方法通过利用等效能量转换原理，通过采集出水温度、水流量和控制燃气比例阀开度，使得出水温度接近目标温度，解决了燃气热水器受水压、气压及各个元器件差异，使用时出现出水温度不恒定的问题。

关键词：燃气热水器，节能，控温

1前言

热水器是人们日常生活中常用的家用电器，包括电热水器、燃气热水器和太阳能热水器等不同种类，其中燃气热水器因其能够实现即用即热、加热速度快和可连续使用等优点而得到广泛应用。但是现有燃气热水器受水压、气压及各个元器件差异，使用过程中经常会出现出水温度不能恒定而导致水温忽高忽低的问题，无法做到恒定适合的出水温度，洗浴舒适度降低且安全性能不稳定。

为解决上述问题，本文提供了一种燃气热水器的恒温控制方法，能够实现燃气热水器出水温度恒定，提高舒适度及安全性。

2一种燃气热水器的恒温控制方案设计

一种燃气热水器的恒温控制方法的流程图见图1。比例阀见图2。

该种燃气热水器的恒温控制方法，其特征在于：燃气热水器的燃气比例阀以额定最大开度输出燃气进行燃烧加热时，根据至少连续两次采样周期的出水温度T进水的温差值和水流量Q流量确定热量增值的平均值E6；根据热量增值的平均值E6确定最近至少两次连续采样周期的实际温度T实际；当实际温度T实际≥目标温度T目标时，比例阀以额定最小开度进行加热，直到温度上升到最高点；根据温度下降一度的水流量确定下降一度的热量减值E20；根据热量增值的平均值E6和热量减值E20确定比例阀开度k的每个采样周期的输出能量偏差；最后根据偏差值对比例阀开度进行调节。

燃气热水器的燃气比例阀以额定最大开度输出燃气进行燃烧加热，具体为：进水温度不高于目标温度5摄氏度，即T进水-T目标≤5℃时，采用额定最大开度输出燃气。

根据至少连续两次采样周期的出水温度T出水的温差值和水流量Q流量，确定热量增值的平均值E6，具体为：至少每2秒测量一次出水温度T出水和水流量Q流量；热量增值计算公式为：E=Q流量*（T出水-T出水（前一次））；热量增值的平均值E6的计算范围包括至少3次连续的热量增值。

根据热量增值的平均值E6，确定最近至少两次连续采样周期的实际温度T实际，具体为：温度传感器延时常数至少3秒；由至少3个采样周期的E6和每次采样流量计算温度积分值T15；实际温度T实际等于采样温度T采样加上温度积分值T15，即T实际=T采样+T15。

该方法还包括：当实际温度T实际≥目标温度T目标时，比例阀以额定最小开度进行加热，直到温度上升到最高点；当温度上升到最高点后，燃气比例阀关闭，停止输气。

根据温度下降一度的水流量确定下降一度的热量减值E20，具体为：下降一度的热量减值E20=Q采样*1℃。

根据热量增值的平均值E6和热量减值E20确定比例阀开度k的每个采样周期的输出能量偏差，具体为：设定最大开度燃烧热量为E，最小开度燃烧热量为0.2E。则有下面两式：

图1一种燃气热水器的恒温控制方法的流程图

E*100%-E散热=E6

E*20%-E散热=-E20

由上两式相减可得：E=（E6+E20）/0.8，由第一式可知，E散热=E-E6；单位水流状态下，加热平衡状态的比例阀开度k=E散热/E。

每个采样周期进行控制输出能量偏差计算：

Err=T出水*Q-T目标*Q；

对此偏差值进行PID运算:

Ep=Err当前，Ei=Err当前-Err前一次，Ed=所有Ei累积值，

Epid=Kp*Ep+Ki*Ei+Kd*Ed。

该方法还包括：输出能量偏差计算使用温度控制通用型PID系数Kp=0.8、Ki=0.2、Kd=0.1。

根据偏差值对比例阀开度进行调节，具体为：Epid＞0时,当前状态处于超调，下一个采样周期的比例阀开度k=k-Epid/E；Epid＜0时,比例阀开度k=k+Epid/E；k值设有最大值和最小值。

3补充方案

该方法还包括：当在该控制流程中出现连续2-5s无水流，此控制流程全部清零，进入无水流控制方案。

此控制流程全部清零，进入无水流控制方案，具体为：当目标温度比出水温度高五摄氏度时，即T目标-T出水>5℃，以200mA的电流强度控制燃气比例阀最小开度输出燃气对水流进行加热；当目标温度不高于出水温度2摄氏度时，即T目标-T出水<2℃，则燃气比例阀关闭，停止加热。

4总结

本方法的有益效果是：利用等效能量转换原理，通过采集出水温度，流量和控制燃气比例阀的开度，使得出水温度接近目标温度。考虑温度传感器的延时常数及自适应不同硬件结构差异，使用模糊PID控制方法来控制与目标温度的偏差值，使偏差趋近于0，使出水温度达到稳定值，提供恒温的洗澡水给用户。

参考文献：

[1]吴国经.单片机应用技术[M].北京:中国电力出版社,2004:10

[2]张定学 基于模糊PID控制的小流量水温控制系统设计[期刊论文]-自动化与仪表 2010(12)

[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004