关于高校楼宇供暖分区分温控制系统.doc

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北京市中级专业技术资格评审申报论文第-8-页

申报论文

（中级）

题目：

关于高校楼宇供暖分区分温

控制系统

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申报专业：

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摘要

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宋体；字号：

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1.5倍行距）2008年相关统计数据显示，我国建筑能耗占全国能源消耗总量的30%，其中采暖空调约占全部建筑能耗的65%。

由此可见，建筑为耗能大户，为了经济和社会的可持续发展，必须把建筑节能放在重要位置。

我国冬季需集体供暖的高等院校众多，耗费资金巨大，部分高校每年供暖所消耗的能源费已占到全校总体能源经费的50%。

目前，我国一些高等院校冬季供暖未根据各种建筑使用的不同情况、室外温度在一天内的变化情况进行调控。

为此，笔者结合北京某高校实际情况，对高等院校冬季供暖能源消耗的基本状况进行了分析。

高等院校楼宇按供暖特点可分为三类:

第一类是教学楼、办公楼、图书馆"体育馆、实验楼等，称为公共楼宇，其特点是白天使用，夜间基本无使用。

第二类是学生公寓楼，这类楼宇的特点是学生开学期间使用，而寒假期间基本不使用。

第三类是学校职工及家属住宅楼，住宅楼的特点是供暖期内任何时候都必须保证供暖达标。

高等院校冬季供暖的浪费现象主要表现在:

第一类楼宇夜间没人使用也供暖，造成能源浪费；第二类楼宇在寒假封闭期间照常供暖，从而造成能源浪费；第三类楼宇的建设年代不同，管道有粗有细，暖气片的组数有多有少，有的家属楼离换热站较近，有的离换热站较远，房间的保温效果也不同，为了保证所有的住宅楼供暖达标，致使一些楼宇供暖过热。

根据以上三种类型楼宇的特点，笔者认为应该对高等院校集中供暖系统进行分时、分温、平衡控制的自动化改造，建立节能供暖系统及监管体系。

改造后的节能供暖系统要实现按需供暖、均衡供暖、达标供暖，以达到节约能源、减少资金浪费的目的。

采取集中监控，运行人员在监控中心对供暖系统的运行情况实行实时监控，通过对下位机的参数设置，优化系统的运行，使供暖系统的管理科学化、信息化。

关键词：

校园热力网，节能，供热调节，分区分温控制

目录

摘要 ………………………………………………………………….…..….........Ⅱ

绪论……………………………………………………………………………….1

一、高校楼宇供暖节能控制系统原理……………………………..………………2

二、高校楼宇供暖节能控制系统设计……….……………………………………..3

2.1系统结构.……………………………………………………………………3

2.2现场控制器设计.……………………………………………………………4

结论………………….……………………………………………………………..7

参考文献……………….……………………………………………………………..8

附录………………….……………………………………………………………..6

-8-

绪论

1课题的背景

随着社会经济的持续快速发展和社会的高度文明，环境和能源紧张的态势也日益显现，节能减排的压力越来越大。

这一矛盾已成为世界各国共同关注的焦点。

在我国的东北、华北、西北等地区，建筑耗能在总能耗的比例中非常巨大。

大部分民用建筑和工业企业都装设了集中供热系统和供暖设备，供热工程是能源的消耗大户，供热工程的排放物也直接或者间接地影响着生态环境。

各大院校一直把建设节约型校园作为当前的重要任务之一，不断结合学校自身实际情况，在创建节约型校园的过程中注重从管理节能、观念节能和科技节能入手，降低办学成本，提高办学效益，为促进学校长期良性快速发展创造条件。

高等学校集教学、科研和生活于一体，既是人口的高密度区，同时更是重要的能源消耗大户。

特别是近几年来，高校规模的不断扩张使能源消耗更是呈快速上涨趋势。

而在全国范围内打造节约型社会的今天，提倡高校节能，打造节约型校园势在必行。

2课题研究的目的及意义

校园热力网有着集中供热共同特点，同时又有着自己独特的地方。

校园建筑涉及面比较广、数量大、形式也多样且多为集中供暖。

可以说校园热力网涵盖了集中供热的基本问题。

为了解决这种问题，对校园热力网的研究是很有理论意义和现实意义的。

我国冬季需集体供暖的高等院校众多，耗费资金巨大，部分高校每年供暖所消耗的能源费已占到全校总体能源经费的50%。

对高校的供暖系统进行改造，实现按需供暖、均衡供暖、达标供暖，以达到节约能源、减少资金浪费的目的。

一、高校楼宇供暖节能控制系统原理

该供暖节能控制系统主要由控制器、电动调节阀和温度传感器组成。

由控制器对采集到的温度进行分析和处理，在此基础上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，使得近端用户与远端用户供暖需求难以协调的问题得到有效解决。

不仅保证了室内温度能够控制在一个合适的范围内，而且避免了热能的不必要浪费。

该供暖节能控制系统要求能够实现供暖温度的调节，其调节原理如下。

由式（1-1）可知!

当液体吸收或放出的热量一定时，液体体积越大，液体的温度变化就越小；反之!

，体体积越小，液体的温度变化就越大。

（1-1）

式中，为液体吸收或放出的热量；为液体的比热容；为液体质量;为液体密度为液体积；为液体温度变化。

式（1-1）对于供暖系统而言，当供暖释放的热量一定时，供水流量越大，供回水温差越小；反之，供水流量越小，供回水温差越大。

而供水流量是由电

动阀门控制的，当阀门开度为100%时，供水流量最大，当阀门开度变小时，供水流量相应地减小。

因此，通过检测供回水温差，便可知道当前供水流量偏大还是偏小，再对应地增大或减小阀门开度就可以增加或减少供水流量，实现对供热量的控制。

二、高校楼宇供暖节能控制系统设计

2.1系统结构

系统示意图见图2-1，系统结构特点为：

图2-1高校楼宇供暖节能控制系统示意图

1）在每座供暖楼宇中增设一个电动调节阀，以实现对每座楼宇供水流量的单独控制%从而克服水平失调现象。

2）在每座楼宇中安装4个温度传感器，用以检测室内、外温度及供回、水温度，从而控制阀门开度，确保室温稳定。

3）在每座楼宇中安装一个现场控制器，对采集的信息进行分析并产生阀门控制信息，实现系统的智能控制。

2.2现场控制器设计

图2-2为楼宇供暖现场控制器结构框图。

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PCF8563芯片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。

图2-2现场控制器框图

现场控制器采用温差控制法控制阀门开度，使用DS18b20数字温度传感器检测温度。

其流程如图2-3所示：

图2-3阀门控制流程图

首先，单片机读取PCF8563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。

电动调节阀门由4-20mA电流控制，所以单片机发出的数字信号需要由转换电路变成电流信号。

数字信号由单片机P1.0口进入数模转换器TLV5620变成模拟信号,模拟信号再由AD694芯片把电压信号转变4-20mA的电流信号并输出给电动调节阀门,从而实现单片机对电动调节阀门的控制。

然后，单片机与DS18b20通信得到当前的供回水温度，在单片机内部对两个温度进行差值计算得到实际温差，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输出的控制电流大小，从而使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。

结论

该节能系统在保证正常供暖情况下，可实现供暖节能。

据2010年教育部统计结果，全国约有2300所高校，假设北方有供暖需求的高校有1000所，每一所高校都能够实现的节能，则总的节能效益是不言而喻的。

并且，该节能系统不仅没有以牺牲用户的供暖需求为代价实现节能目的，反而保证了供暖温度的稳定性，提高了用户的供暖质量，具有极大的实用价值。

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

[2]魏立峰，王宝兴.单片机原理与应用技术[J].北京:

北京大学出版社,2006

[3]宋文绪,杨帆。

传感器与检测技术[J].北京:

高等教育出版社,2004

[4]叶丹,齐国生.基于单片机的自适应温度控制系统[J].传感器技术,2005