壁挂炉供暖系统优化（壁挂炉联合供热系统设计）
壁挂炉供暖系统优化（壁挂炉联合供热系统设计）关键部件4）地暖供热。温度传感器测量地暖回水温度，得到与换热水箱的温度差，如果达到系统预设的温差进行水循环，利用太阳能为地暖水加热，达到供热目的；如果没达到预设温差，仍使用天然气加热保证居民取暖需求。1）冷热水循环换热。太阳能与壁挂炉2系统中分别加装1个太阳能水泵，由单片机控制，通过温度传感器感应温度差，控制系统工作状态，使冷热水进行循环与换热。2）居民生活用水。太阳能水箱为储热水箱，外接阀门提供生活用水，开启阀门时循环系统关闭，保证热水供应。3）太阳能供热。太阳能加热储水箱下层的水，再通过冷热水之间密度的差异使冷热水循环，储水箱出口连接换热水箱，达到采暖供热的目的。
中国资源比较丰富，大力发展应用太阳能可以解决中国日益发展的资源短缺、环境污染等问题，而燃气壁挂炉的分户采暖方式污染小、花费少、能源利用率高，将2种系统结合，可以做到扬长避短，既满足用户需求又能达到节能减排的效果。
系统总体组成及功能
针对居民住房结构，系统方案如图1。总系统由核心控制系统、循环换热系统、加热系统等组成。对于已铺设管道或住房面积大的用户，可以在系统中增加直径0.5m、高1.5m的换热水箱，起到2种加热系统换热的作用。
系统功能
1）冷热水循环换热。太阳能与壁挂炉2系统中分别加装1个太阳能水泵，由单片机控制，通过温度传感器感应温度差，控制系统工作状态，使冷热水进行循环与换热。
2）居民生活用水。太阳能水箱为储热水箱，外接阀门提供生活用水，开启阀门时循环系统关闭，保证热水供应。
3）太阳能供热。太阳能加热储水箱下层的水，再通过冷热水之间密度的差异使冷热水循环，储水箱出口连接换热水箱，达到采暖供热的目的。
4）地暖供热。温度传感器测量地暖回水温度，得到与换热水箱的温度差，如果达到系统预设的温差进行水循环，利用太阳能为地暖水加热，达到供热目的；如果没达到预设温差，仍使用天然气加热保证居民取暖需求。
关键部件
控制系统除去单片机，主要涉及3种器件。温度传感器选用DS18B20防水传感器，数字量输入，有体积小、量程大、精度高等特点。循环水泵与电磁阀均由单片机控制开启与关闭，水泵工作电压为直流电24V，电磁阀工作电压为直流电12V，均为数字量输出。表1为系统需要的器件数量及其信号类型。
系统工作原理
系统由单片机控制，包括读取温度值、计算温差、选择工作状态和显示。下面是程序的流程：
读取太阳能水箱出水口、换热水箱出水口、地暖回水口温度，设为T1、T2、T3。T1与T2的温差为ΔT1，T2与T3的温差为ΔT2。令2水箱换热水泵为1号泵，换热水箱和壁挂炉间为2号泵。控制冷水从换热水箱和地暖流回太阳能水箱和壁挂炉的电磁阀分别为1号阀和2号阀，它们同时开启或关闭，3号阀为换热水箱和地暖之间的电磁阀。系统开启后温度传感器和LED屏先初始化，之后1号泵开启2min，2号泵开启1min，使管路中的水循环，读取温度与阀门状态并在LED屏显示，完成初始化。
进入主程序，根据ΔT1和ΔT2决定工作方式。当ΔT1＜2℃时，设这种状态标志位为0，将1号泵关闭，读取温度差ΔT2，若ΔT2＜1℃，将2号泵关闭，1、2号阀断开，3号阀闭合，工作20min后读取温度值再进行循环。这种工作状态下换热水箱不足以为地暖供热，3号阀切断太阳能和地热的循环，壁挂炉单独供热。若ΔT2＞1℃，2号泵开启，1、2号阀闭合，3号阀断开，读取温度值直到ΔT2＜1℃跳出循环。此状态下换热水箱与地暖换热。
当ΔT1＞8℃时，设这种状态标志位为1，开启1号泵。之后根据ΔT2决定工作方式，与上述第1种情况一致。当2℃＜ΔT1＜8℃时，首先判断标志位，工作方式与标志位相同的情况一致。系统根据ΔT1判断工作状态，选择主程序，根据标志位控制1号泵状态，根据 ΔT2来选择工作方式，达到节能目的。
控制装置结构设计与搭建
结构设计方面，控制装置是整个系统的核心。通过设计一个小型一体化的装置，可以降低安装成本，减少用户线路改造，提高市场竞争力，所以它的设计尤为重要。控制装置包括：直流稳压电源、电路板、单片机、继电器、显示屏、传感器、按键开关以及一些连接管件。
分2层设计装置，上层为电气部分，下层为管件部分，中间用透明有机玻璃板隔开，将控制核心封装在上层防水防电，又可以监控下层工作状态。
首先按设计图确认各器件和底座尺寸，确保器件间距离能保证数据线布线且互不干扰，用UG绘制控制装置模拟图。图2为下层设计，白色、黑色、黄色部分分别代表电磁阀、水泵和连接管件，三通管代表温度传感器。下层底座四角处安装固定高7.5cm的支架。
接下来是上层的模拟，为方便用户观察LED屏和控制开关，将电路板固定在上层的中心，再根据电路板和安装板尺寸确定电源安放位置。其他器件均焊接在电路板上。图3为上层模拟图，白色部分为电源，绿色部分为电路板，电路板上的蓝色、灰色、黑色部分分别是继电器、开关按钮与LED屏。最后将上下2层相连接，设计完成如图4。
设计完成后，系统搭建按照设计的模拟图组装装置，控制装置安装在35cm×23cm的铝制底座上，器件安装时注意方向和密封性，留好导线布线空间，作好防水防电工作。上层安装时，在电源与电路板间的底座上切1个缺口，通过缺口将上层数据线连至下层，上下2层组合封装装入安全箱内即完成安装如图5。
电路模块设计根据对系统功能和程序流程的分析，电路工作原理如图6。单片机是控制装置的核心，传感器、显示屏、继电器都与之相连。此外还包括程序烧制电路、电源电路以及手动按键开关。
在单片机选型问题上，ATmega16拥有一整套编程与开发工具，功能强大。同时其抗干扰能力强，功耗低，基于系统功能的需要，选用它作为控制核心。本系统所有输入信号都是数字量输入，所以单片机最小系统不需要AD转换电路。电源电路选用三端稳压集成电路LM7805作为稳压输入。LM7805集成稳压器的3个引脚为输入、输出、GND。“05”代表可输出电压为 5V、1A的稳定电压。在实际应用中，需加装散热器保证工作温度。显示电路选用5V供电的OCMJ8×15B中文液晶，可以同时显示汉字、ASCII码等，具有功耗低、占用空间小的优点。它的接口协议为REQ和BUSY握手方式，其中REQ表示请求指令，BUSY表示应答指令。当BUSY=1时，不接受用户指令；当BUSY=0时，等待接收用户指令。测温电路选用DS18B20防水传感器，由5V电源供电。DS18B20是单总线温度传感器，温度值的读取方式为9位二进制。系统使用5V外部供电，DQ引脚接4.7KΩ的上拉电阻。温度传感器数据采集电路如图7，系统需要3个温度传感器，它们的DQ引脚分别与ATmega16的不同引脚连接。
接口和按键电路方面，系统采用的是JZC-32F超小型中功率继电器来控制外接负载工作，1N4007起到续流的作用。TLP521是可控制的光电藕合器件，有良好的隔离作用。通过在电路中添加TLP521，能提高电路安全，减小噪声干扰。系统中同时添加按键用来手动控制。图8为水泵与电磁阀的接口电路。系统不仅需要硬件，还需要软件才能运行，这就需要编译和调试程序。基本功能：
1）测量各个电磁阀和水泵的开关状态。
2）持续记录各个传感器的数值，自动分析比较数值大小从而切换不同的功能。
3）输出测量的数值到显示屏上。
测试结果
在完成系统设计和封装后，对控制装置进行了实验测试。人为控制T1、T2、T3温度值，使ΔT1与ΔT2按照程序流程运行控制装置，观察系统运行状态，运行监测图如图9。
部分实验数据如表2，该联合供热系统具有小型化、一体化的优点。根据测试结果，控制装置符合流程的要求，能够根据温差自动切换2种供热模式，无需手动实现。2种系统联合供热，达到了设计目的，在满足用户供热需求的同时可减少能源的消耗。
