校园智能可调控供暖系统设计和实物搭建

◇宝鸡文理学院机械工程学院 李联鑫 马晨阳 刘昱铄 冀浩楠 史旭斌 李 卓

目前，国内校园供暖普遍采用不可再生能源进行供暖，相关数据显示每一年冬天在进行供暖时消耗的煤炭占据开采量的30%，由于校园供暖在不同时段的需要差异较大，为进一步优化校园集中供暖的效率和热量分配的合理性，本文设计出了校园智能供暖可调控供暖系统。本系统能够根据不同时段的供暖差异，对某一片区的供暖温度进行智能调控。此外，本系统可以根据管道压力检测以及反馈可监测管道的堵塞，并提示维修人员及时对相应管道疏通维修。利用此系统可以解决劳动力，可以减少资金的浪费，节约成本。

由于校园各个场所在不同时段所需要供暖差异较大，为了进一步优化校园集中供暖的效率和热量分配的合理性[1]，设计智能供暖系统对能源的节约、改善生活环境等方面意义重大。调研发现目前校园的供暖系统常常存在以下问题：①由于校园宿舍、图书馆、办公室和实验室等场所在不同时段的需要差异较大，校园集中供暖系统存在热源分配不科学、不合理；②目前校园集中供暖系统智能化程度较低、不能对不同区域的温度高低，进行实时监控；③校园集中供暖系统没有管道堵塞检测，当管道堵塞后，如果检修人员不能进行及时检修，管路容易堵塞和爆裂，经济损失较大。

针对上述问题，本文设计校园智能可调控供暖系统，本系统能够根据不同时段的供暖差异，对某一片区的供暖温度进行智能调控，可以根据管道压力检测以及反馈可监测管道的堵塞，并提示维修人员及时对相应管道疏通维修；利用此系统解决劳动力，减少资金的浪费，节约成本。

1 智能供暖系统工作原理

校园智能可调控供暖系统控制原理简图如图1，图中，供水开关泵1为主开关，用于整体热水通和断，B1、B2、B3和C1、C2、C3用于检测热水的流量和压力，节流阀A1、A2、A3用于在供热需求不同的情况下，调节热水供应的流量大小；锅炉房2用于储存热水以及对回流水的重新加热。

图1 校园智能可调控供暖系统原理简图

中央控制单元5用于处理检测到的参数，并根据反馈数据对系统是否正常工作出判断，并对各片区供热温度进行调节，以及对管道压力的检测；显示屏6用来显示管道压力参数和各片区供热温度，并对管道压力超过阀值时进行预警提示；通信模块8用于在管道压力过大情况下，将压力信息传送给远程计算机。

正常工作工况：集中供热的热水经过输入泵1，经过节流阀、压力传感器和温度传感器检查点，通过节流阀A1、A2、A3输入供热片区。节流阀根据不同时段不同片区学生人流量调节供水流量[2]，例如图书馆供水时间段为6:00～23:00节流阀加大供水流量达到额定供热温度，在23:00～6:00无人流量，节流阀减少热水供应防止管道冻住。

报警工况：当供热片区输出端管道发生故障时，压力传感器将压力信息传送给中央控制单元5，并且由处理器控制相应片区输入端节流阀关闭停止供水，此时，中央控制单元5控制系统报警，在显示屏6上提示相应片区输出端管道堵塞，维修人员及时维修[3]。另外，压力检测传感器C1、C2、C3和温度检测传感器B1、B2、B3的检测参数，实时通过中央控制单元5的处理，将参数在显示屏6上面显示。

2 实物搭建

如图2所示，本文选择AT89类型的单片机，其消耗电能非常低并且运行速度较快，作为中央控制单元5用来控制供水开关泵1，从而控制整体热水的通和断。

表1 压力传感器参数

两通节流阀7连接输水软管，用以控制水流的开或关，继而控制水流的不同流向[4]，用以供给给不同的供暖区3。压力检测传感器、温度检测传感器8的检测参数，实时通过中央控制单元5的处理，将参数在显示屏6上面显示。方便工作人员能及时对问题区域进行处理。

图3 实物模型

表2 温度传感器参数

当采集到信息通过总线传输到智能温度传感器内部时，在输出时其和控制器需要通过一根数据线进行连接[5]。中央控制单元5测量参数对系统是否正常工作出判断，压力传感器8选取的类型为高温高压下的传感器，类型为PT125，主要是因为其能够对于炉膛内的气压进行采集，该传感器常常能够对于高温的装置内的压力进行精准控制以及测量[6]。

3 部分控制程序代码

（1）程序的定义部分代码[7-8]。

（2）电磁阀开关代码。

4 结论

本文为优化校园集中供暖的效率和热量分配的合理性，设计一种智能供暖系统，该系统集智能化和自动化，热水合理分配的优势，本系统投入使用后，将改善校园各片区供暖不均衡问题，提高使用率较高的片区热水供应，提高片区温度。此外，本系统还具有如下优点：①本系统能够对循环热水的压力、流量进行实时检测和显示：通过中央控制台可以反映各个片区室内温度，同时查看流过系统的热水某一时刻点的压力以及通过某一时间段温度情况和流量数据来科学合理的计算该段的供暖量，从而解决了片区供暖不科学不合理的问题；②本系统可实现智能化：中央控制台通过监测实时压力和流量数据进行智能分析，并对各个室内温度的高低进行实时监控，如果室内温度低于设定温度，中央控制台将自动提升该片区水流速度，提高室内温度；③本供暖系统设计有压力检测：防止管路堵塞压力过大而断裂，一旦管路堵塞，管路压力超过设定值，室内输入端电磁阀将自动关闭，起到保护管道作用。