校園智能可調(diào)控供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)物搭建

◇寶雞文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 李聯(lián)鑫 馬晨陽(yáng) 劉昱鑠 冀浩楠 史旭斌 李 卓

目前，國(guó)內(nèi)校園供暖普遍采用不可再生能源進(jìn)行供暖，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示每一年冬天在進(jìn)行供暖時(shí)消耗的煤炭占據(jù)開(kāi)采量的30%，由于校園供暖在不同時(shí)段的需要差異較大，為進(jìn)一步優(yōu)化校園集中供暖的效率和熱量分配的合理性，本文設(shè)計(jì)出了校園智能供暖可調(diào)控供暖系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠根據(jù)不同時(shí)段的供暖差異，對(duì)某一片區(qū)的供暖溫度進(jìn)行智能調(diào)控。此外，本系統(tǒng)可以根據(jù)管道壓力檢測(cè)以及反饋可監(jiān)測(cè)管道的堵塞，并提示維修人員及時(shí)對(duì)相應(yīng)管道疏通維修。利用此系統(tǒng)可以解決勞動(dòng)力，可以減少資金的浪費(fèi)，節(jié)約成本。

由于校園各個(gè)場(chǎng)所在不同時(shí)段所需要供暖差異較大，為了進(jìn)一步優(yōu)化校園集中供暖的效率和熱量分配的合理性[1]，設(shè)計(jì)智能供暖系統(tǒng)對(duì)能源的節(jié)約、改善生活環(huán)境等方面意義重大。調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前校園的供暖系統(tǒng)常常存在以下問(wèn)題：①由于校園宿舍、圖書館、辦公室和實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所在不同時(shí)段的需要差異較大，校園集中供暖系統(tǒng)存在熱源分配不科學(xué)、不合理；②目前校園集中供暖系統(tǒng)智能化程度較低、不能對(duì)不同區(qū)域的溫度高低，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；③校園集中供暖系統(tǒng)沒(méi)有管道堵塞檢測(cè)，當(dāng)管道堵塞后，如果檢修人員不能進(jìn)行及時(shí)檢修，管路容易堵塞和爆裂，經(jīng)濟(jì)損失較大。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)校園智能可調(diào)控供暖系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠根據(jù)不同時(shí)段的供暖差異，對(duì)某一片區(qū)的供暖溫度進(jìn)行智能調(diào)控，可以根據(jù)管道壓力檢測(cè)以及反饋可監(jiān)測(cè)管道的堵塞，并提示維修人員及時(shí)對(duì)相應(yīng)管道疏通維修；利用此系統(tǒng)解決勞動(dòng)力，減少資金的浪費(fèi)，節(jié)約成本。

1 智能供暖系統(tǒng)工作原理

校園智能可調(diào)控供暖系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)圖如圖1，圖中，供水開(kāi)關(guān)泵1為主開(kāi)關(guān)，用于整體熱水通和斷，B1、B2、B3和C1、C2、C3用于檢測(cè)熱水的流量和壓力，節(jié)流閥A1、A2、A3用于在供熱需求不同的情況下，調(diào)節(jié)熱水供應(yīng)的流量大??；鍋爐房2用于儲(chǔ)存熱水以及對(duì)回流水的重新加熱。

圖1 校園智能可調(diào)控供暖系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

中央控制單元5用于處理檢測(cè)到的參數(shù)，并根據(jù)反饋數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)是否正常工作出判斷，并對(duì)各片區(qū)供熱溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及對(duì)管道壓力的檢測(cè)；顯示屏6用來(lái)顯示管道壓力參數(shù)和各片區(qū)供熱溫度，并對(duì)管道壓力超過(guò)閥值時(shí)進(jìn)行預(yù)警提示；通信模塊8用于在管道壓力過(guò)大情況下，將壓力信息傳送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。

正常工作工況：集中供熱的熱水經(jīng)過(guò)輸入泵1，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥、壓力傳感器和溫度傳感器檢查點(diǎn)，通過(guò)節(jié)流閥A1、A2、A3輸入供熱片區(qū)。節(jié)流閥根據(jù)不同時(shí)段不同片區(qū)學(xué)生人流量調(diào)節(jié)供水流量[2]，例如圖書館供水時(shí)間段為6:00～23:00節(jié)流閥加大供水流量達(dá)到額定供熱溫度，在23:00～6:00無(wú)人流量，節(jié)流閥減少熱水供應(yīng)防止管道凍住。

報(bào)警工況：當(dāng)供熱片區(qū)輸出端管道發(fā)生故障時(shí)，壓力傳感器將壓力信息傳送給中央控制單元5，并且由處理器控制相應(yīng)片區(qū)輸入端節(jié)流閥關(guān)閉停止供水，此時(shí)，中央控制單元5控制系統(tǒng)報(bào)警，在顯示屏6上提示相應(yīng)片區(qū)輸出端管道堵塞，維修人員及時(shí)維修[3]。另外，壓力檢測(cè)傳感器C1、C2、C3和溫度檢測(cè)傳感器B1、B2、B3的檢測(cè)參數(shù)，實(shí)時(shí)通過(guò)中央控制單元5的處理，將參數(shù)在顯示屏6上面顯示。

2 實(shí)物搭建

如圖2所示，本文選擇AT89類型的單片機(jī)，其消耗電能非常低并且運(yùn)行速度較快，作為中央控制單元5用來(lái)控制供水開(kāi)關(guān)泵1，從而控制整體熱水的通和斷。

表1 壓力傳感器參數(shù)

兩通節(jié)流閥7連接輸水軟管，用以控制水流的開(kāi)或關(guān)，繼而控制水流的不同流向[4]，用以供給給不同的供暖區(qū)3。壓力檢測(cè)傳感器、溫度檢測(cè)傳感器8的檢測(cè)參數(shù)，實(shí)時(shí)通過(guò)中央控制單元5的處理，將參數(shù)在顯示屏6上面顯示。方便工作人員能及時(shí)對(duì)問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行處理。

圖3 實(shí)物模型

表2 溫度傳感器參數(shù)

當(dāng)采集到信息通過(guò)總線傳輸?shù)街悄軠囟葌鞲衅鲀?nèi)部時(shí)，在輸出時(shí)其和控制器需要通過(guò)一根數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接[5]。中央控制單元5測(cè)量參數(shù)對(duì)系統(tǒng)是否正常工作出判斷，壓力傳感器8選取的類型為高溫高壓下的傳感器，類型為PT125，主要是因?yàn)槠淠軌驅(qū)τ跔t膛內(nèi)的氣壓進(jìn)行采集，該傳感器常常能夠?qū)τ诟邷氐难b置內(nèi)的壓力進(jìn)行精準(zhǔn)控制以及測(cè)量[6]。

3 部分控制程序代碼

（1）程序的定義部分代碼[7-8]。

（2）電磁閥開(kāi)關(guān)代碼。

4 結(jié)論

本文為優(yōu)化校園集中供暖的效率和熱量分配的合理性，設(shè)計(jì)一種智能供暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)集智能化和自動(dòng)化，熱水合理分配的優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)投入使用后，將改善校園各片區(qū)供暖不均衡問(wèn)題，提高使用率較高的片區(qū)熱水供應(yīng)，提高片區(qū)溫度。此外，本系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：①本系統(tǒng)能夠?qū)ρh(huán)熱水的壓力、流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示：通過(guò)中央控制臺(tái)可以反映各個(gè)片區(qū)室內(nèi)溫度，同時(shí)查看流過(guò)系統(tǒng)的熱水某一時(shí)刻點(diǎn)的壓力以及通過(guò)某一時(shí)間段溫度情況和流量數(shù)據(jù)來(lái)科學(xué)合理的計(jì)算該段的供暖量，從而解決了片區(qū)供暖不科學(xué)不合理的問(wèn)題；②本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能化：中央控制臺(tái)通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)壓力和流量數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，并對(duì)各個(gè)室內(nèi)溫度的高低進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度，中央控制臺(tái)將自動(dòng)提升該片區(qū)水流速度，提高室內(nèi)溫度；③本供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)有壓力檢測(cè)：防止管路堵塞壓力過(guò)大而斷裂，一旦管路堵塞，管路壓力超過(guò)設(shè)定值，室內(nèi)輸入端電磁閥將自動(dòng)關(guān)閉，起到保護(hù)管道作用。