采用电热地膜的楼宇室内温度控制系统研究

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1、采用电热地膜的楼宇室内温度控制系统研究第1章绪论1.1课题研究的背景及意义能源与环境问题一直是一个困扰我国乃至世界各国的重要问题，因为它严重阻碍着各个国家经济发展[1]。在目前，我国在煤炭资源上的消耗量占所有不可再生能源中的比例已达到了66%[2]。可见，我国是煤炭能源的消耗大国，煤炭的直接燃烧是我国煤炭资源消耗的主要方式，每年消耗的煤炭量占世界煤炭总消耗量的27%以上，同时也因为直接燃烧而导致环境污染、能源利用率低等各种问题[3]。当前，我国北方地区的供暖绝大部分依然使用燃煤加热的形式。这种传统的集中式供

2、暖的弊端已经日益显现出来：不管用户是否需要，暖气从始至终始终开启着，不但造成能源的浪费而且每年用户需要交纳高额的暖气费；无法自动调节空间内的温度，温度过热时用户只能被动的去打开窗降温；由于散热不均匀，长期生活在较高温度的环境中，容易疲乏，口干舌燥且易流鼻血，不利于人的身体健康[4]。由于北方地区采暖时间较长，东北三省采暖时间甚至超过半年之久，华北地区的采暖也有4个月左右[5]。因此只是供暖煤炭资源的消耗量就几乎占到了总煤炭资源消耗量的50%。考虑到节能环保问题，包括我国在内的世界各国都在不断的探索，寻求采用

3、新型供暖方式替代传统燃煤式供暖。其中，用电取暖代替燃煤采暖已成为了各国主要的研究方向[6]。电热膜利用红外线辐射加热方式的新型高科技的产品。它采用了现代宇航技术而不断研发出的采暖材料[7]。它的出现得到了我国的重视，我国政府一方面不断加大电热膜的研发，一方面积极推广电热膜的应用，创建新型的供暖方式。由于电热地膜使用清洁能源电能，无污染，能源转换率高。同时电热地膜铺设于地板下，不占据房间内的空间，而且可以随时启动与停止。种种优点使得电热地膜被国家发展改革委员会列为国家高新技术产业化推进项目[8]。电热地膜的研

4、发及应用，以新型电热地膜供暖取代原有燃煤型集中式供暖，对加快我国社会生产的转型，建设资源节约型、环境友好型社会具有十分重要的意义。.........1.2电热地膜的发展现状及前景电热地膜是由金属载流条、可导电的油墨以及耐压绝缘和防水套组成。它是一类半透明聚酯型的薄膜，在通电之后可以散发热量[9]。其在柔韧性方面、防水抗拉方面以及转换效率方面具有较大的优点。电热地膜作为发热元件，工作时可以以红外线波的方式向外辐射能量。其可以运用室内的屋面、地板、墙壁等比较密实物品本身拥有红外线的原理，彼此互相作用而发出热量，

5、进而实现屋内气温的缓慢升高[10]。因为电热地膜内部是纯电阻，除少量的损失外，其余的电能全被转换成热能，它转换的效率十分高[11]。电热地膜上层为饰面层，通过该层以热辐射的方式进行对周围空气加热。电热地膜下层为绝缘层，通过该层能够阻止能量向下侧的散失[12]。国外早在二十世纪七十年代就开始研究并生产电热地膜，由于日本初级能源的极度匮乏而海上电力资源的充足，同时由于日本生活中习惯打坐，所以日本最早大面积应用电热地膜供暖并制定了电热地膜的相关规程。二十世纪九十年代末电热膜产品及技术也不断被引入我国[13]。最初

6、是从美国引进的无机非金属基电热膜，从东北到华北该电热膜被广泛的应用在东北及华北等地区。然而所有的应用多数很不理想，经过不断的研究发展、应用实践及总结改进。现今，我国电热膜的产业不断发展壮大。不管是电热膜的研究开发水平，还是现已存在的电热膜的类型、生产工艺及产品质量都已名列世界前茅。我国已成为世界电热膜的生产与应用的大国，电热地膜依靠其众多的优点，已成为不同类型供暖的主要组成部分。.........第2章系统总体结构及硬件设计2.1系统总体结构本论文研究的采用电热地膜的楼宇室内温度控制系统可以自动控制室内温度

7、，能够保证系统运行的稳定性，始终把温度控制在人体适宜范围内。在系统的运行过程中，用户可以通过人机界面随时关闭与开启温度控制系统，并可以手动调节温度的高低，简单、可靠、方便使用。本论文电热地膜室内温度控制系统的研究选择模糊PID的控制方式对房间内气温调整，触摸屏可以实时监控房间内温度在设定值范围之内，其运行成本较低，而且更为人性化、智能化。在采用电热地膜的楼宇室内温度控制系统中，主要由触摸屏、PLC、单片机、模拟量采集电路、可控硅调压器、温度传感器、电热地膜加热器等组成。PLC温度控制系统在温度采集上通常有两

8、种设计方案，一种是温度传感器采集的模拟信号，经A/D转换成数字量输入到PLC；另一种是温度传感器与温度传感单元进行相连，然后温度传感单元再与PLC进行连接。本电热地膜室内温度控制系统的研究选用第一种控制方案，如图2-1所示为室内温度控制系统的结构框图。因为系统要对多个房间进行温度控制，需要多个模拟量输入通道，本系统按16路模拟量采集通道进行设计，即可对16个房间进行温度控制。系统依靠温度传感器对室内温度进行实时数