智能楼宇供热节能系统的设计与实现

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摘要：城市热能供应是城市重要基础设施之一，也是能源利用的重要途径。在当今世界能源与资源短缺的情况下，节能成为世界各国共同关注的焦点。文章通过作为我国北方冬季供热特点的研究，探索和设计出智能楼宇中断控制器、楼宇节能供热控制箱、无线温度传感器和无线压力传感器及监控系统软件，成功解决了智能楼宇供热经济、节能、舒适、运行。

关键词：智能楼宇 供热 节能 系统

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0161-01

楼宇采用传统的恒温供热方式已成为造成热能的极大浪费的原因之一。设计研发楼宇供热用控制器、控制系统及监控软件已成为当今集中供热行业势在必行的当务之急。

1 总体设计

系统设计遵循"技术先进成熟、实时快速、安全可靠、经济实用、便于扩展、容易升级"的基本原则，采用计算机远程控制及现地自动控制方式，采用先进、成熟的全开放、分层、全分布系统结构，系统配置和设备选型便于硬件和功能的扩充，并适应计算机技术发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，使系统性能达到国内一流水平，确保软、硬件安全可靠、长期连续运行，以实现"无人值班，少人巡检，实时监控"的目标。

2 系统的构成

系统由智能楼宇终端控制器为核心的楼宇节能供热控制箱、现场执行机构（调节阀）、现场传感器（温度、压力传感器）、热计量仪表（热量表）和监控中心五部分组成。

3 系统的研发

3.1 智能楼宇终端控制器

将智能楼宇监测与楼宇供热应用特点相结合，特别是对公共建筑楼宇供热运行特点进行深入研究，克服国外进口控制器功能局限、操作不便等问题，采用于ARM处理器和FPGA技术开发了智能楼宇终端控制器。

主要采用了以下关键技术：

（1）基于无线传感、个域网通信等先进物联网技术研制，支持多种通信模式和具备多路信号转换功能。该供热控制器具有实时性和处理能力强等特点。（2）控制器采用分体式结构设计，核心处理器为400M ARM处理器，移植linux2.6.30.4系统内核，YAFFS文件系统，TCP/IP数据传输，256M NAND Flash 存储空间。（3）控制器设计中采用FPGA作为底层传感器接口及控制接口，具有局域网接口、USB接口、标准MODE-BUS接口和10米距离频参数设置和采集接口。（4）超大容量数据存储，具有内置PID算法、供热节能调节算法和分时调控算法，具有热量计算功能，底层控制基于逻辑，不依赖于算法，绝无死机可能。（5）控制器集参数采集、调节、控制、报警、通讯、流量计量等功能于一体，能够满足楼宇节能供热控制需求。（6）系统通过计算机应用程序远程检测调整控制器的工作状态和工作模式。控制器可通过无线方式进行参数设计、免编程，应用程序能够远程升级，提高了系统的可维护性，降低了维护难度。（7）控制器集成了GPRS通讯模块，能够实现监控中心的GPRS无线通讯，并设计了标准通讯接口，能够实现ADSL有线宽带通讯和局域网络通讯。

3.2 楼宇节能供热控制箱

针对我国集中供热的现状和管理特点，以自主研发的“智能楼宇控制器”作为核心控制单元，设计 “楼宇节能供热控制箱”。“楼宇节能供热控制箱”自动采集供回水温度、供回水压力、流量计流量、泵阀状态等数据，并通过移动公司GPRS通讯网络上传到监控中心。同时，“楼宇节能供热控制箱”接收监控中心发来根据室外温度、楼宇热负荷变化趋势分析形成预设控制方案，自动控制电动阀的运行。智能楼宇终端控制器、无线温度传感器、无线压力传感器、流量计、温度调节阀各设备之间形成控制闭环，从而实现楼宇供热站点的节能自动运行和无人值守。楼宇供热节能控制系统示意图如图1所示。

3.3 无线温度传感器和无线压力传感器

目前，热力管道内水温、压力监测多采用温度传感器和压力传感器，因为传感器信号电缆经常受到干扰信号的影响而使得温度/压力数据无法正常传递，此外温度传感器信号电缆铺设还要考虑强弱电分开，这也给施工带来不便。本项目采用专利技术研制了无线温度传感器和无线压力传感器。两种传感器结构相似，除传感器分别选用数字温度传感器和压力传感器油芯外，其余电子电路、现地无线通讯电路、锂电池供电等均相同。无线温度/压力传感器具有以下优点：

（1）通过无线网络传输数据，避免干扰，提高系统可靠性；（2）不需要信号电缆，降低施工难度、施工成本和维护难度；金属防水安装护套安装在热水管道上，使用和维护时只需将传感器直接插入其中即可，不必停水作业，非常方便。

3.4 监控软件

智能楼宇监控系统软件才有B/S结构、采用分布式数据库、分布式计算、数据挖掘（Data Mining）、地理信息系统、多媒体、基于Ajax的B/S模式实时信息处理、COMET等技术开发，针对楼宇供热对不同时段的需求，对进入楼宇供热热能监测和控制，实现了楼宇的智能供热、节能调控。

4 结语

该系统的设计和研究对有效提高了供热效率，保障了智能楼宇经济舒适、节能、安全运行，该系统的设计既是对国家节能减排的政策的有力支持，是城市集中供热行业在技术现代化、管理科学化重要标志。该系统的设计对我国北部地区的集中供热的发展起到了积极的推动作用。

参考文献

[1]马月坤，于树利，李志昕，等.智能楼宇终端控制器的设计与实现[J].信息系统工程，2014（12）：17.

[2]马月坤，于树利.基于ARM和无线传感器技术的智能楼宇监控系统[J].数字技术与应用，2014（10）：77.