浅谈采暖系统中室温自动控制系统

摘要：为了人类的生存与发展，节能如今已经成为人类最重要的事。在许多领域中都有潜在节能的价值。经调查发现目前的采暖系统中存在着许多热能分配不合理的现象，从而导致过量供热现象，浪费了许多能源。为了达到更好的节能效果，完善采暖系统势在必行。文章针对目前采暖系统的现状，对室温采集，数据传输，流量控制，室温自动调节做出了初步的探索，并以节能为目的对采暖系统的改造提出一些思路。

关键词：节能 室温控制 自动控制

引 言

我国目前正在加快脚步向城市化建设发展，按照现在的发展状况以及建筑能耗，我们每年在采暖上需要增加1.4亿吨标煤。与发达国家相比，我们的采暖能耗是他们3～4倍，平均每年每平方米采暖需要消耗30.5kg标煤。环境与节能已经成为全球最重视的问题，而对于我们正处于发展中的国家来说更应该重视。在国家及地方各类节能标准颁布以来，相应的民用建筑供暖热计量系统也已被广泛的采用，但仅仅靠居民自觉去节约能源是远远不够的。为了节能，我们需要对现有系统进行改造。

一、现有系统存在的问题

1.1室温不可控

1.由于管路距离、房间朝向、空置房、户间传热等因素，在供给同等流量的时候，不同房间得到温度不同，现有系统里的阀门无法线性调节流量，为了保证居民室温都达到标准温度，供暖公司必须保证对热量需求高的房间达到标准温度，这样就会导致许多房间过量供热，浪费大量的热能。

2.目前系统无法调节空置房的温度，为了防止房屋管路冻损，只好采用满负荷供暖，这样的供暖完全用于管路而非用户，热量浪费极大。

1.2锅炉房无法知道居民室内温度

热量都是由锅炉房通过管路传输到各个热用户，其中锅炉房的出水压力以及温度决定着运送热量的多少，由于现有系统无法把居民室内温度传送到锅炉房，锅炉房自然无法通过居民的室温来调节出水温度及压力，为了达到居民的采暖标准，只好过量供热，这样不仅会浪费大量的热量，而且过热的房间也会引起居民的不满。

1.3用户无法自己选择供暖标准

目前全国部分城市已经陆续实行热计量收费，这对于节能来说本是一件好事，但是热计量收费的实质应该是用户根据自己的热需求去选择自己的供热方式，以此节省热量，但现有的采暖系统用户无法精确的选择自己的供暖标准，无法控制自己想要的室温，只能凭借关闭锁闭阀的时间去节能，这样对热用户来说比较不合理。

二、改进方案

2.1加装电动角度阀以及温度控制器

1. 电动角度阀

加装电动角度阀，这样可以精确的控制入户的流量，保证室温可以细致调节。通过阀体的开关角度，控制着入户水流量的大小，相比与开关锁闭阀来说这样更合理。

2.温度控制器

（1）温度控制器主要实现功能

测量室内温度并且控制电动角度阀，通过与热计量表的通信来控制电动角度阀角度进而合理的控制入户的流量，最终达到精确控制室温的效果。

（2）温度控制器主要原理

1）测温电路

选用ATmega16芯片，利用π型滤波电路与电敏电阻组成测温电路。

ATmega16是基于增强AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。它拥整套先进的指令和时钟周期指令执行时间，数据吞吐率可达到1MIPS/MHz，可以有效的减缓系统的功耗与系统处理速度两者的矛盾。ATmega16拥有比较全面编程软件以及系统开发工具，其中涵盖宏汇编、C语言编译器、程序调试器、软件仿真器、评估板。选用这种芯片成本并不高，而且足以实现所需的功能[1]。

2）温度控制器与热计量表的通信

由ATmega16芯片通过MAX485与热计量表连接，并通过一串数据协议完成与热计量表的通信，这样就可以把通过热计量表测量的流量传输到温度控制器。MAX485属于一类芯片接口，它的接口芯片为RS-485芯片，MAX485的传输速率最高可达2.5Mbps，因为它的驱动器摆率不受限制。它还有有短路电流限制功能，短路时可以即时通过热关断电路将此驱动器的输出置为高阻状态。在两种状态下这些收发器吸取的电源电流范围为120μA～500μA，一种是满载状态、一种是驱动器禁用的空载状态。在输入为开路时，接收器可以通过它的失效保护特性保证逻辑高电平输出[3]。此外它还具有抗干扰性能。工作环境均在5V单电源下。

3）温度控制器与阀门控制

由ATmega16通过继电器与阀门正反转线路连接，分别控制阀门的正反转，由于阀门转动成匀速圆周运动，所以通过转动时间可以控制阀门开关角度。这样就可以实现弱电控制强电，仅仅用温度控制器就可以控制流量。

2.2加装通信模块

为了实现与锅炉房内工控机数据通信，需要在温度控制器内加装无线通信模块，可以通过ZigBee或wifi与锅炉房工控机进行数据通信。个人比较倾向于ZigBee，用ZigBee建立无线网络，可工作在三个频段上，包括915 MHz（美国流行）、868MHz（欧洲流行）和2.14GHz（全球流行），分别具有最高40kbit/s、20kbit/s和250kbit/s的传输速率，它的传输距离范围在10-75m内，可以根据环境增加[3]。ZigBee具有如下特点：1.功耗低，发射功率低至1mw，采用了休眠模式，两节5号电池大约可以维持6个月至两年；2.稳定安全；3.成本低；4.延时短， 通信延时和从休眠状态激活的延时比较短，典型的搜索设备延时30ms，活动设备信道接入的延时为15ms， 休眠激活的延时是15ms。

2.3加装按键

在温度控制器上加装按键，使热用户可以自己调节想要的供暖方式，在温度控制器上设定3种供暖方式，分别为有人状态、无人状态、防冻状态。热用户也可以根据自己想要的温度去设定。

三、总结

为了在供暖领域上取得更好的节能效果和更好的服务与热用户，我们需要对现有的采暖系统进行改造。加装温度控制器以及电动角度阀，通过温度控制器与热计量表以及电动角度阀之间的通信来控制室温在设定数值小范围内浮动，防止过量供热，并可达到很好的室温控制效果。通过温度控制器将热用户的室内温度传输到锅炉房，使锅炉房可以根据目前的采暖负荷调节出水温度，这样可以大大提升采暖系统的供暖效率，达到显著的节能效果。热用户可以通过温度控制器上的按键选择自己想要的供暖方式，这样既保证对热用户的供暖质量，又可以使热用户养成主动节能的习惯。

参考文献

[1] 沈文. AVR 单片机 C 语言开发入门指导.清华大学出版社，2005： 127 - 128.

[2] 谭浩强. C程序设计（第三版）.清华大学出版社，2005

[3] 蒋建辉. Zigbee 网络的设计与实现[D].江苏：苏州大学，2006.