王 睿 閆 東 薛光楠 秦景坤

（華北電力大學(xué)〈北京〉控制與計算機(jī)工程學(xué)院，中國 北京102206）

1 項目背景及意義

在我國，夏季絕大多數(shù)地區(qū)溫度偏高。對于各種高溫、悶熱、空氣污濁、粉塵較大的工作車間，可以通過水簾墻通風(fēng)降溫改善其環(huán)境，使室溫迅速降到30度以下，從而營造舒適環(huán)境，提高生產(chǎn)和工作效率。但是這種降溫方式仍然存在調(diào)節(jié)的局限性，例如，對于不同的溫度要求不能準(zhǔn)確的進(jìn)行調(diào)控，必須人為進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)節(jié)。我們以此為出發(fā)點(diǎn)，大膽的進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，考慮加入一些自動檢測與控制裝置，完善該系統(tǒng)的功能，使其更加智能化與人性化。

2 項目設(shè)計方案

2.1 工作原理

降溫主體采用新一代高分子材料與空間交聯(lián)技術(shù)而成的濕簾，這種化學(xué)材料蒸發(fā)比表面大，借助負(fù)壓風(fēng)機(jī)促進(jìn)空氣流通，使空氣在流經(jīng)濕簾時通過加速水的蒸發(fā)而帶走熱量達(dá)到降溫的效果。此外，主體內(nèi)部裝有溫度傳感器，可進(jìn)行溫度實(shí)時監(jiān)測，并通過單片機(jī)對溫度傳感器數(shù)據(jù)的分析處理來控制電磁閥和負(fù)壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行與中斷，實(shí)現(xiàn)智能降溫控溫。通過溫度傳感器還能針對不同的溫度區(qū)間進(jìn)行設(shè)置，命令電磁閥的工作區(qū)間，實(shí)現(xiàn)智能的溫度調(diào)控，達(dá)到所需要的溫度。這種系統(tǒng)相比于原有的單一濕簾降溫系統(tǒng)，能夠循環(huán)利用水資源，智能化降溫。同時功耗所用的電由太陽能電池板獲得，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降溫。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 降溫部分

采用濕簾,一種特殊的化學(xué)材質(zhì)，當(dāng)有水從內(nèi)部流過，其自身獨(dú)特的角度設(shè)計可以增大蒸發(fā)面積，利于水分蒸發(fā)，未蒸發(fā)完的水則通過管道循環(huán)到蓄水池。利用負(fù)壓風(fēng)機(jī)，使室內(nèi)外產(chǎn)生負(fù)壓差，有利于空氣流動，加速水分蒸發(fā)，帶走熱量。濕簾與風(fēng)機(jī)在空間內(nèi)安裝位置相對，可保證降溫速率達(dá)到最大。

圖1 濕簾風(fēng)機(jī)空間模擬結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 自動控制部分

1）通過單片機(jī)控制電磁繼電器的開啟，從而控制電磁閥和負(fù)壓風(fēng)機(jī)的開啟，最終控制水流的通過。

2）利用DS18B20溫度傳感器實(shí)時檢測空間溫度，并顯示于液晶屏幕上。當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度時，電磁繼電器吸合，電磁閥開啟，負(fù)壓風(fēng)機(jī)開啟，水通過水管流過濕簾，蒸發(fā)降溫；當(dāng)溫度降到設(shè)定溫度時，利用溫度傳感器檢測到的溫度信號，完成降溫并保持,使整個系統(tǒng)工作處于動態(tài)平衡。

3）進(jìn)行溫度的分級調(diào)節(jié)控制，程序預(yù)先設(shè)定分級溫度參數(shù)值，根據(jù)實(shí)際溫度智能降溫。

圖2 自動控制原理方框圖

2.2.3 自動循環(huán)供水部分

蓄水池中的水經(jīng)濕簾上部水管流經(jīng)濕簾，未蒸發(fā)的水經(jīng)下方水槽流入廢水凈化箱，并經(jīng)由抽水泵將水抽至蓄水箱，從而實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。

圖3 水循環(huán)示意圖

3 項目特色

3.1 結(jié)構(gòu)特色實(shí)用性強(qiáng)

系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，以濕簾和風(fēng)機(jī)為主要降溫設(shè)備，整體結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備價格低廉，易維護(hù)。利用水分蒸發(fā)來吸熱，與傳統(tǒng)用空調(diào)降溫的方式相比，它的安裝成本是空調(diào)的五分之一。對于養(yǎng)殖場、溫室和大型封閉廠房應(yīng)用濕簾降溫會更方便，也更節(jié)能?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用的地點(diǎn)做相應(yīng)的設(shè)計，調(diào)節(jié)風(fēng)速，十分靈活。

3.2 系統(tǒng)的可控性更好

使用單片機(jī)控制降溫，針對不同的需要可以設(shè)定對應(yīng)的預(yù)設(shè)溫度，當(dāng)傳感器測出室溫高于設(shè)定值時，整個降溫系統(tǒng)將開始工作，使室內(nèi)溫度迅速達(dá)到預(yù)設(shè)值，然后停止。這種控制設(shè)施使溫度能穩(wěn)定在適合的范圍內(nèi)。應(yīng)用單片機(jī)還可以顯示不同時刻的室內(nèi)溫度、室外溫度。單片機(jī)控制精度高，程序可修改，有很大的適用范圍。

3.3 通風(fēng)透氣

在養(yǎng)殖場和其他容易產(chǎn)生熱氣、廢氣和異味的地方，使用水簾和風(fēng)機(jī)配合讓室內(nèi)空氣流動性大大增強(qiáng)，在實(shí)現(xiàn)降溫的同時也能實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換氣，使室內(nèi)空氣保持新鮮；水簾和風(fēng)機(jī)配合使用，使水不斷蒸發(fā)，會產(chǎn)生大量的負(fù)氧離子，能調(diào)節(jié)情緒、緩解疲勞。這是一般空調(diào)難以實(shí)現(xiàn)的，另外濕簾系統(tǒng)會使室內(nèi)的濕度增大，對北方干燥的環(huán)境有更好的改善作用。

3.4 高效節(jié)能清潔可循環(huán)

濕簾降溫系統(tǒng)依靠水分蒸發(fā)帶走熱量，水是一種清潔可反復(fù)利用的物質(zhì)，而空調(diào)中的氟利昂是會導(dǎo)致臭氧空洞的，且需要不斷添加。系統(tǒng)運(yùn)行需要消耗的電能只是空調(diào)消耗的十分之一，但降溫效果并不亞于空調(diào)，而且它更適合人員密度大的地方。應(yīng)用于廠房廚房等地時，空調(diào)需要的完全密封的環(huán)境很難實(shí)現(xiàn)，而水簾和風(fēng)機(jī)卻可實(shí)現(xiàn)對這些地方的較快降溫，并讓溫度穩(wěn)定一定的值。

3.5 安裝特點(diǎn)

風(fēng)機(jī)和水簾的選擇需要根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計，水簾根據(jù)需要嵌在墻體內(nèi)或裝在室內(nèi)，風(fēng)機(jī)的位置在水簾對角上。系統(tǒng)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，可靈活應(yīng)用于各種場合，且不占用很大空間。

4 創(chuàng)新點(diǎn)及展望

（1）向市場方向完善實(shí)物，使這套降溫裝置系統(tǒng)化，將設(shè)計方案進(jìn)行推廣，提高針對工廠的實(shí)用性和可行性，使這種自降溫系統(tǒng)早日批量化生產(chǎn)，適用于大型生產(chǎn)車間。

（2）優(yōu)化降溫自動控制算法，使降溫更加智能化。

（3）完善供水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計，提高水的利用率。

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