新型城市家庭智能供暖控制器

張娜　何鋆淼

人口持續(xù)增長與能源日益短缺的矛盾一直都是現(xiàn)代社會面臨的一大難題，這一問題在人口眾多、人均資源嚴重不足的中國尤為突出。眾所周知，中國經濟高速發(fā)展，成就令世界矚目，而能源卻成了制約經濟發(fā)展的瓶頸，是中國不得不面對的一個嚴峻挑戰(zhàn)。到目前為止，我國供暖方式仍以集中供熱為主，且我國采暖能耗占全國建筑總能耗的55%以上，在北京等華北城市，采暖能耗約占建筑能耗的75—80%左右。這也揭示了目前中國在能源控制和利用上所暴露出來的問題，能源浪費現(xiàn)象至今仍普遍存在。我國絕大多數(shù)城市城鎮(zhèn)地區(qū)現(xiàn)行收費按面積收取， 耗能多少與用戶利益無關， 室溫過高開窗放熱， 過低就投拆或增加能源消耗，因此改變收費方式，通過耗能多少來收取費用不僅公平合理，而且還能提高人們的節(jié)能意識，更好的國家響應節(jié)能減排的號召。

【關鍵詞】城市 能源 智能控制 分戶熱計量模型

我國現(xiàn)有供熱采暖系統(tǒng)的設計多為上供下回單管順流或單管順流帶跨越管的供暖方式， 不具備用熱計量，室溫無法自動調節(jié)以及諸多方面的社會問題，致使單位面積供熱能耗高于發(fā)達國家的2到3倍。為了改善人們生活的居住條件， 合理有效地利用能源，減少溫室氣體排放， 保護人類生存環(huán)境， 供熱系統(tǒng)節(jié)能已勢在必行。基于我國仍處于火力發(fā)電為主體的現(xiàn)狀，我們從用戶端入手，設計可調節(jié)閥門，通過控制水流量等方式進而控制室內溫度及供暖設備的總耗能。同時改進樓內管網(wǎng)系統(tǒng)形式，真正實現(xiàn)按熱量計量，分戶可調。

1 項目內容

本項目針對冬季暖氣的使用提出優(yōu)化方案，利用在用戶端加入的一個監(jiān)測控制設備實時監(jiān)控室內溫度、暖氣內水流流速、設備熱消耗總量，還可通過設置室內人員的生活習慣以及離家和返回時間，調整溫度變化范圍和時間，通過調節(jié)近出水閥的開合大小來調節(jié)水流流量，進而實現(xiàn)對室內溫度的控制。

模型將使用溫度傳感器、流量監(jiān)測器、飛思卡爾單片機、二通區(qū)域控制閥及GPRS信號傳輸設備實現(xiàn)溫度及流量信號的采集、處理和傳輸，并進而推算設備的熱消耗，使用戶能及時了解到室內溫度狀況，并能允許制定適合自己的暖氣使用計劃，即根據(jù)自己的出行時間和自身對溫度的需求合理調節(jié)溫度。該方案打破我國現(xiàn)有的以建筑面積為標準的收費模式，嘗試使用一戶一表、以耗能多少為標準的收費模式。同時我們還會采用GPRS設備將用戶所在區(qū)域的熱消耗總量加以統(tǒng)計，上報至熱電廠，為供熱系統(tǒng)改善能源使用效率提供依據(jù)。

2 主要技術方案

（1）設計一套行之有效的智能控溫供暖控制器，實現(xiàn)溫度信號的采集，暖通系統(tǒng)流量檢測、室內人員檢測與生活計劃設置，以及閥門開度流量控制。我們擬采用防水型溫度傳感器和流量變送器，并配以高精度的信號處理模塊和單片機對采集信號進行處理和控制；

（2）為實現(xiàn)對處理好的溫度信號進行分析，我們將使用飛思卡爾單片機進行編程，將水溫與室溫比較并擬合出二者關系函數(shù)，隨后將處理完的數(shù)據(jù)通過顯示屏輸出某水溫下相應室溫值，以便于用戶查看和控制供暖量；

（3）設置觸摸屏進行人機交互，顯示供熱情況及設置家庭成員供暖需求。具體就是：可以根據(jù)個人習慣設置室內溫度，全部成員離家后設置標記，設置返回時間，有智能控制器區(qū)別進行室內供暖調節(jié)。

（4）使用戶能對暖氣進出水量進行控制，我們擬用CodeWarrior、VC++6.0等編程工具對飛思卡爾單片機編程，使用戶既能實時地對自己的供熱情況有所了解，又能自由地控制暖氣的溫度，對于城市中絕大多數(shù)上班族而言全天1/3的時間都可將室溫調至較低水平，以便減少室內的熱量浪費；

（5）模擬通過GPRS裝置將各用戶端的溫度及能耗信息傳遞到各分控室，由各分控室將數(shù)據(jù)整合發(fā)往供熱公司，使其適時調整供熱計劃，最終達到合理利用資源、減少能源浪費的目的。

3 智能供暖系統(tǒng)的運行特點

（1）利用溫度及流量傳感器檢測暖氣溫度及水流量，智能控制水流大小并計算熱損耗總量，既節(jié)約能源又對原有供熱體系進行改革，根據(jù)冬季內用戶的耗能總量收費，既合理又減少人們供暖費用的支出。

（2）利用控制電路實現(xiàn)人性化室內溫度的控制，使用戶能更便捷的實現(xiàn)對溫度的掌控，可以根據(jù)自身需要合理節(jié)能。

（3）控制器記錄和判斷室內人員生活規(guī)律，根據(jù)用戶習慣和返回時間提前智能調節(jié)控制供暖量，達到節(jié)能的同時提高城市生活質量的目的。

（4）利用信號傳輸系統(tǒng)將實時監(jiān)控信號傳遞給熱電廠，實現(xiàn)提供者與用戶之間的信息交換，從根本上減少資源使用，即利用反饋調節(jié)進一步改進供熱系統(tǒng)。

4 結論

黨的十八大提出，在經濟建設上我們以科學發(fā)展為主題，以加快轉變經濟發(fā)展方式為主線，堅持走中國特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化道路，把我國經濟發(fā)展活力和競爭力提高到新的水平。節(jié)能減排、開發(fā)利用新能源、減少污染不是國家的個人問題，是每一個城鎮(zhèn)、每一個企業(yè)和每一個人民的共同問題。我們的研究項目是針對現(xiàn)有供暖設備的一種改進與完善。該項目的意義在于用戶端的耗能可調節(jié)，在人們上班或外出旅游期間可大幅度降低屋內熱量損耗，并將調節(jié)信息反饋到熱量輸出端（供熱公司），進而減少煤、天然氣等不可再生資源的消耗。同時用戶端的能耗信息也會被記錄下來，最終通過某一區(qū)域內各用戶的耗能比例收取相應費用，從經濟層面加強人們的節(jié)能意識。符合我國科學發(fā)展和新型工業(yè)的理念。

參考文獻

[1]武涌，丁研，孫金穎.北方采暖地區(qū)既有居住建筑供熱計量及節(jié)能改造工作現(xiàn)狀及未來工作重點[J].暖通空調，2010（11）.

[2]張沈生，孫曉兵，傅卓林.國外供暖方式現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].工業(yè)技術經濟，2006（07）.

[3]戚仁廣.供熱計量改革：現(xiàn)狀·反思·創(chuàng)新[J].建設科技，2011（08）.

作者單位

華北電力大學電力工程系 河北省保定市 071003endprint