研究太陽能熱水系統(tǒng)效益與遠(yuǎn)程控制

摘要:本文以云南某公司太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合為例，介紹了太陽能熱水系統(tǒng)的工程概況和集熱器面積。使用計(jì)算費(fèi)用法，通過對二氧化碳、二氧化硫、粉塵等的減排量來分析該系統(tǒng)的環(huán)境效益。從該項(xiàng)目的項(xiàng)目費(fèi)效比、投資回收年限、年節(jié)約費(fèi)用量等來分析該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。使用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)監(jiān)控太陽能熱水系統(tǒng)。結(jié)果表明該系統(tǒng)有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)準(zhǔn)確反映太陽能熱水系統(tǒng)運(yùn)行情況，方便操作，為今后建筑與太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝提供參考。 　　0引言 　　建筑能耗約占社會(huì)總能耗三成，其中熱水供應(yīng)是建筑的第四大能耗。太陽能以其節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢逐漸被人們認(rèn)可，與建筑相結(jié)合將成為今后節(jié)能建筑的必經(jīng)之路。太陽能與建筑相結(jié)合的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益是系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理的關(guān)鍵考慮因數(shù)，武漢理工大學(xué)的胡韞頻等用綜合能源價(jià)格法研究武漢地區(qū)太陽能熱水工程經(jīng)濟(jì)性，得出3類系統(tǒng)優(yōu)劣結(jié)果：太陽能熱水系統(tǒng)>燃?xì)鉄崴到y(tǒng)>電熱水系統(tǒng)。中科院祁冰等在我國5個(gè)典型城市用f-CHART方法研究太陽能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。環(huán)境效益是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的基礎(chǔ)，上海理工大學(xué)的于國清通過計(jì)算其他化石能源的污染物排放量來研究太陽能熱水系統(tǒng)的環(huán)境效益。 　　黃海耀用生命周期評價(jià)法（LCA）來研究太陽能熱水器的環(huán)境效益，對清潔生產(chǎn)以及環(huán)境管理有著很好的指導(dǎo)作用。但是全面介紹環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益的文獻(xiàn)尚未見到，本文使用計(jì)算費(fèi)用法來分析該企業(yè)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。 　　隨著計(jì)算機(jī)與控制技術(shù)快速發(fā)展，為了實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況，提高系統(tǒng)效率，太陽能熱水系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制結(jié)合必將成為趨勢。但是相關(guān)報(bào)道較少，本文根據(jù)云南某公司的實(shí)際案例，將遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)與太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合，并將上位機(jī)等控制器置于一樓機(jī)房，實(shí)時(shí)監(jiān)控。 　　1工程概況 　　公司地處太陽能資源豐富的云南省昆明市，每日需要5t70℃熱水。該熱水系統(tǒng)是由太陽能集熱器、儲(chǔ)熱水箱、輔助熱源、補(bǔ)水箱、水泵、控制器等構(gòu)成，如圖1所示： 圖1工程概況Fig.1Engineering situation 　　2集熱器面積及經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益分析 　　2.1熱負(fù)荷估算及集熱器面積計(jì)算 　　系統(tǒng)為直接式系統(tǒng)，該公司每日需要5 噸70℃熱水，據(jù)系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算公式： 　　2.2環(huán)境效益 　　2.2.1全年節(jié)能量或全年常規(guī)能源替代量 　　式中Qco2：二氧化碳減排量T/a；Qso2：二氧化硫減排量T/a；QFC：粉塵減排量T/a；Q：標(biāo)準(zhǔn)煤節(jié)約量Tce/a；本工程二氧化碳減排量是45.74T/a，粉塵減排量是0.19 T/a，二氧化硫減排量是0.37T/a. 　　2.3經(jīng)濟(jì)效益分析 　　通過項(xiàng)目費(fèi)效比、回收年限分析該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，太陽能系統(tǒng)投資概算為：17.5萬元. 　　2.3.1項(xiàng)目費(fèi)效比 　　項(xiàng)目費(fèi)效比為太陽能系統(tǒng)投資額與系統(tǒng)壽命期內(nèi)節(jié)約的能源之比，則該計(jì)算公式如下： 　　即式中n:投資回收年限，年；R:當(dāng)?shù)赜秒妰r(jià)格0.5 元/kW·h，則得投資回收年限n是3.6年。 　　柴油熱值按國標(biāo)0號(hào)柴油熱值42.6MJ/kg計(jì)算，系統(tǒng)全年的熱量Qc是352885.58MJ，約節(jié)約柴油用量8.3t，柴油價(jià)格按7.5元/kg計(jì)，投資回收年限n約為3年。表1是該系統(tǒng)的主要參數(shù)以及經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益分析量 　　3遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 　　太陽能熱水系統(tǒng)采用TCP/IP模塊，將系統(tǒng)PLC控制器及柴油、蒸汽、熱水流量積算儀的相關(guān)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過普通網(wǎng)線傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)，上位機(jī)通過組態(tài)軟件轉(zhuǎn)為可視化操作界面。遠(yuǎn)程控制流程如圖2所示： 　　3.1 RS485轉(zhuǎn)TCP/IP模塊說明 　　當(dāng)設(shè)備工作正常時(shí)，工作指示燈（綠燈）、電源指示燈（紅燈）、端口B 指示燈（紅燈）亮；當(dāng)與上位設(shè)備（計(jì)算機(jī)或路由器）連接正常時(shí)，聯(lián)結(jié)指示燈（紅燈）亮，出現(xiàn)燈滅情況，說明線路連接故障，需檢查設(shè)備網(wǎng)線連接，即RJ45 口與路由器或計(jì)算機(jī)RJ45口網(wǎng)線是否松動(dòng)或連接錯(cuò)誤；當(dāng)上位機(jī)與設(shè)備已經(jīng)取得連接，聯(lián)結(jié)建立指示燈（紅燈）亮，出現(xiàn)燈滅情況，說明上位機(jī)與設(shè)備未建立連接； 　　3.2上位機(jī)情況 　　上位計(jì)算機(jī)需承擔(dān)系統(tǒng)操作、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)記錄的工作，計(jì)算機(jī)若需要儲(chǔ)存完整的歷史數(shù)據(jù)，需24小時(shí)開機(jī)，確保數(shù)據(jù)正常記錄。 　　3.2.1計(jì)算機(jī)開機(jī) 　　如圖4所示，計(jì)算機(jī)右側(cè)從上之下分別為wifi數(shù)據(jù)指示燈、電源指示燈、開機(jī)鍵、重啟鍵。若出現(xiàn)斷電情況，需重新開機(jī)。 　　3.2.2啟動(dòng)組態(tài)軟件 　　計(jì)算機(jī)開機(jī)后，打開虛擬串口軟件“vspm虛擬串口”。使用時(shí)需注意：在組態(tài)軟件開啟前啟動(dòng)虛擬串口軟件，在組態(tài)軟件關(guān)閉后關(guān)閉虛擬串口。軟件啟動(dòng)后，界面如圖5所示： 　　軟件默認(rèn)通訊口設(shè)置為COM4，遠(yuǎn)程server 地址為192.168.0.161，端口6023、6022、6021、6020 任意一個(gè)。正常連接時(shí)，“串口寅網(wǎng)絡(luò)（字節(jié)）”及“網(wǎng)絡(luò)寅串口（字節(jié)）”顯示累計(jì)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)量；“最后一次操作”項(xiàng)，顯示軟件最近時(shí)間操作，分別為“沒有TCP/IP 連接”、“TCP/IP 連接已經(jīng)建立”、“設(shè)置串口”、“關(guān)閉串口”、“TCP/IP 連接錯(cuò)誤，重試中”等提示。當(dāng)提示“沒有TCP/IP連接”時(shí)，說明未與RS485轉(zhuǎn)TCP/IP模塊取得連接，需檢查線路連接及查看模塊指示燈是否正常；當(dāng)提示“TCP/IP 連接已經(jīng)建立”時(shí)，說明計(jì)算機(jī)與RS485 轉(zhuǎn)TCP/IP 模塊連接已經(jīng)建立，可以進(jìn)行通訊；當(dāng)組態(tài)軟件啟動(dòng)中，顯示“設(shè)置串口”提示，組態(tài)軟件關(guān)閉后，顯示“關(guān)閉串口”提示；若出現(xiàn)“TCP/IP連接錯(cuò)誤，重試中”說明組態(tài)軟件與設(shè)備通信錯(cuò)誤，軟件自動(dòng)重新連接，這種情況一般出現(xiàn)在組態(tài)啟動(dòng)中，若長時(shí)間處于此狀態(tài)，需重新啟動(dòng)組態(tài)軟件、vspm 虛擬串口及RS485轉(zhuǎn)TCP/IP模塊。 　　在啟動(dòng)vspm 虛擬串口軟件后，點(diǎn)擊圖標(biāo)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，各按鍵功能及說明，如圖6所示； 　　3.3 開閉路 　　在系統(tǒng)使用過程中，若遇到停電或檢修斷電情況，請先檢查系統(tǒng)各個(gè)電動(dòng)閥的開關(guān)狀態(tài)，以防止閥門未關(guān)閉造成系統(tǒng)溢漏。 　　若發(fā)現(xiàn)各電動(dòng)閥未關(guān)閉，需及時(shí)關(guān)閉電動(dòng)閥附近設(shè)置的手動(dòng)截止閥。具體操作流程圖7如下： 　　斷電后重新啟動(dòng)系統(tǒng)，按一下流程圖8進(jìn)行： 　　需要注意的是：系統(tǒng)為全自動(dòng)運(yùn)行，無需人工操作與設(shè)定，我方已經(jīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定參數(shù)，無需再行修改，以免出現(xiàn)系統(tǒng)故障。日常工作只需通過計(jì)算機(jī)查看系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，保證計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)內(nèi)組態(tài)軟件正常運(yùn)行。整套系統(tǒng)需24 小時(shí)運(yùn)行（節(jié)假日、休息日同樣需保持運(yùn)行）。 　　4結(jié)論 　　1系統(tǒng)有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。 　　2太陽能熱水系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)控，遠(yuǎn)程監(jiān)控，更快捷準(zhǔn)確反映系統(tǒng)運(yùn)行情況，方便操作，節(jié)約時(shí)間。