高校楼宇供暖智能控制系统的工作原理

　　高校是我国教育和科研的重要场所，随着我国高等教育事业的快速发展，北方高校校园供暖面积迅猛增长，不仅造成能源的大量消耗，而且也给校园供暖管理增加了困难，尤其是教学楼、办公楼、实验楼和学生宿舍楼等不同用途的楼宇，显然在不同时段供暖需求不同，如果共用一套供暖系统，楼内缺少有效的调控手段，只能实行同一温度供暖，因而会造成较大能源浪费。在此前提下，本文研制了一套高校楼宇供暖智能控制系统，旨在为校园供暖节能管理提供一种新途径。

　　1 高校楼宇供暖智能控制系统原理

　　该供暖节能控制系统主要由控制器、电动调节阀、温度传感器和局域网集中监控系统组成。温度传感器对进回水管道内水温以及室内外温度进行采集，再由控制器对采集到的温度进行分析和处理并通过局域网集中监控系统上传到监控中心，同时控制器还能根据自身编好的程序自动调节各电动阀门的开度，从而改变进入对应楼宇的供水流量，在保证不供暖需要的楼宇得到及时供暖的同时避免了热能的不必要浪费。监控中心通过控制器上传的信息可以有效的监测各个楼宇的供暖情况，以便在供暖出现故障的情况下能得到及时维修。另外在供暖不能智能开启的时候，监控中心可以手动发出强制开阀命令，是该楼宇阀门全部打开，保证在故障状态下楼宇的正常供暖。

　　2 高校楼宇智能控制系统设计

　　2.1 系统结构

　　系统结构示意图见图1，系统结构特点为：

　　1) 在各个楼宇的每个回水管道中都增设一个电动调节阀，以实现对各个楼宇供暖的单独控制。

　　2) 在每个电动调节阀附近安装室内外温度传感器以及进回水温度传感器，采集各个楼宇的时段供暖情况以便及时控制供暖。

　　3) 在每个电动调节阀附近安装一个控制器对传感器采集的信息进行处理，并结合该楼宇当前时段的供暖需要进行智能调节电动阀开度。

　　4) 将每个控制器通过局域网连接到控制中心，以便随时监控各个楼宇的供暖情况。

　　2.2 控制器的设计

　　控制器中单片机选用AT89C55，可完成供暖系统的温度采集、智能调温、数据存储和显示等控制。在系统中设置了时钟电路，采用芯片PCF8563显示系统日期和时间。为增强系统运行的可靠性和安全性，设置了外部存储器，采用X5045记忆存储元件，保证系统运行参数不会因断电而丢失。为方便现场参数设定和查看，还设置了键盘和液晶显示电路，循环显示供水温度、回水温度、阀门开度、日期和设定参数。其中，最主要的部分是温度采集电路与阀门控制电路这两部分。

　　现场控制器采用温差控制法控制阀门开度。首先单片机读取时钟芯片中的当前时间信息，判断当前时间处于哪一个时段，提取数据存储器中前一天相同时段的阀门开度，将此开度信息输出给电动调节阀门控制电路。然后单片机采集进回水温度计算得到实际温差，比较实际温差与设定温差的大小，若实际温差大于设定温差则说明供水流量不足应增大阀门开度，若实际温差小于设定温差，则说明供水流量过大，应减小阀门开度。根据温差的差值相应增大或减小阀门开度，改变相应的百分比调整进入楼宇的供水流量实现热能的充分利用和供暖效果的最优化。

　　除此之外，考虑到高校供暖的特殊性，在系统的控制流程中加入了一个节假日最低供暖模式。通过读取时钟芯片中的日期，判断当前日期是否处于节假日，如果处于节假日则将阀门开度控制为大于等于一个最小值，在确保管道不会被冻裂的同时最大限度地节能。

　　3 智能控制系统应用效果

　　随机提取安装有本系统教学楼中控制器上传的数据，对本系统的智能控制功能进行评估。为了让读者能更清楚的了解效果，将所得数据绘制成一个曲线图，如图3所示。

　　1) 电动调节阀在22：30全部关闭，闭阀节能。5：00阀门打开对教室供暖，使室内温度在8：00上课时能达到正常供暖要求。中午休息期间进入低温供暖模式，下午14：00以后正常供暖。

　　2) 在室外温度较高的情况下能够自动调节阀门开度，是室内温度保持在18℃左右，使得在气温较高时能适当减小阀门开度，保持正常供暖的前提下有效节约能源。

　　一天需要正常供暖时段室内温度都保持在18℃左右，而阀门开度则根据当前具体情况进行智能调节，在保证正常供暖的前提下，节约大量能源。

　　4 结论

　　通过实测得到，该系统在保证正常供暖的前提下，可节约能源20%。并且该系统具有局域网监测功能，能更好的保证用户的供暖需求，提高用户的供暖质量，具有较大的实用价值。

　　参考文献：

　　[1] 石久胜，王浩，潘洪伟.院校供暖与节能[J].节能技术，2005(5)：28-31

　　[2] 陈小忠，黄宁，赵小霞，等.单片机接口技术实用子程序[M].北京：人民邮电出版社，2005：14-17

　　[3] 宋文绪，杨帆.传感器与监测技术[M].北京：高等教育出版社，2004