研究太陽能熱水系統(tǒng)效益與遠程控制

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。使用計算費用法，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。從該項目的項目費效比、投資回收年限、年節(jié)約費用量等來分析該系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。使用遠程控制系統(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)濟效益，遠程控制系統(tǒng)準(zhǔn)確反映太陽能熱水系統(tǒng)運行情況，方便操作，為今后建筑與太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)和安裝提供參考。 　　0引言 　　建筑能耗約占社會總能耗三成，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)濟效益是系統(tǒng)設(shè)計是否合理的關(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格法研究武漢地區(qū)太陽能熱水工程經(jīng)濟性，得出3類系統(tǒng)優(yōu)劣結(jié)果：太陽能熱水系統(tǒng)>燃氣熱水系統(tǒng)>電熱水系統(tǒng)。中科院祁冰等在我國5個典型城市用f-CHART方法研究太陽能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟性能。環(huán)境效益是經(jīng)濟、社會效益的基礎(chǔ)，上海理工大學(xué)的于國清通過計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)濟效益的文獻尚未見到，本文使用計算費用法來分析該企業(yè)的環(huán)境和經(jīng)濟效益。 　　隨著計算機與控制技術(shù)快速發(fā)展，為了實時了解系統(tǒng)運行情況，提高系統(tǒng)效率，太陽能熱水系統(tǒng)與遠程控制結(jié)合必將成為趨勢。但是相關(guān)報道較少，本文根據(jù)云南某公司的實際案例，將遠程控制系統(tǒng)與太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合，并將上位機等控制器置于一樓機房，實時監(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、儲熱水箱、輔助熱源、補水箱、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)濟環(huán)境效益分析 　　2.1熱負荷估算及集熱器面積計算 　　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)熱負荷計算公式： 　　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)濟效益分析 　　通過項目費效比、回收年限分析該系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，太陽能系統(tǒng)投資概算為：17.5萬元. 　　2.3.1項目費效比 　　項目費效比為太陽能系統(tǒng)投資額與系統(tǒng)壽命期內(nèi)節(jié)約的能源之比，則該計算公式如下： 　　即式中n:投資回收年限，年；R:當(dāng)?shù)赜秒妰r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號柴油熱值42.6MJ/kg計算，系統(tǒng)全年的熱量Qc是352885.58MJ，約節(jié)約柴油用量8.3t，柴油價格按7.5元/kg計，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)濟效益、環(huán)境效益分析量 　　3遠程控制系統(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)缴衔挥嬎銠C，上位機通過組態(tài)軟件轉(zhuǎn)為可視化操作界面。遠程控制流程如圖2所示： 　　3.1 RS485轉(zhuǎn)TCP/IP模塊說明 　　當(dāng)設(shè)備工作正常時，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（計算機或路由器）連接正常時，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 口與路由器或計算機RJ45口網(wǎng)線是否松動或連接錯誤；當(dāng)上位機與設(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，說明上位機與設(shè)備未建立連接； 　　3.2上位機情況 　　上位計算機需承擔(dān)系統(tǒng)操作、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)記錄的工作，計算機若需要儲存完整的歷史數(shù)據(jù)，需24小時開機，確保數(shù)據(jù)正常記錄。 　　3.2.1計算機開機 　　如圖4所示，計算機右側(cè)從上之下分別為wifi數(shù)據(jù)指示燈、電源指示燈、開機鍵、重啟鍵。若出現(xiàn)斷電情況，需重新開機。 　　3.2.2啟動組態(tài)軟件 　　計算機開機后，打開虛擬串口軟件“vspm虛擬串口”。使用時需注意：在組態(tài)軟件開啟前啟動虛擬串口軟件，在組態(tài)軟件關(guān)閉后關(guān)閉虛擬串口。軟件啟動后，界面如圖5所示： 　　軟件默認通訊口設(shè)置為COM4，遠程server 地址為192.168.0.161，端口6023、6022、6021、6020 任意一個。正常連接時，“串口寅網(wǎng)絡(luò)（字節(jié)）”及“網(wǎng)絡(luò)寅串口（字節(jié)）”顯示累計發(fā)送、接收數(shù)據(jù)量；“最后一次操作”項，顯示軟件最近時間操作，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 連接錯誤，重試中”等提示。當(dāng)提示“沒有TCP/IP連接”時，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，說明計算機與RS485 轉(zhuǎn)TCP/IP 模塊連接已經(jīng)建立，可以進行通訊；當(dāng)組態(tài)軟件啟動中，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連接錯誤，重試中”說明組態(tài)軟件與設(shè)備通信錯誤，軟件自動重新連接，這種情況一般出現(xiàn)在組態(tài)啟動中，若長時間處于此狀態(tài)，需重新啟動組態(tài)軟件、vspm 虛擬串口及RS485轉(zhuǎn)TCP/IP模塊。 　　在啟動vspm 虛擬串口軟件后，點擊圖標(biāo)，啟動組態(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)各個電動閥的開關(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)各電動閥未關(guān)閉，需及時關(guān)閉電動閥附近設(shè)置的手動截止閥。具體操作流程圖7如下： 　　斷電后重新啟動系統(tǒng)，按一下流程圖8進行： 　　需要注意的是：系統(tǒng)為全自動運行，無需人工操作與設(shè)定，我方已經(jīng)根據(jù)實際情況設(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算機查看系統(tǒng)運行是否正常，保證計算機及計算機內(nèi)組態(tài)軟件正常運行。整套系統(tǒng)需24 小時運行（節(jié)假日、休息日同樣需保持運行）。 　　4結(jié)論 　　1系統(tǒng)有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。 　　2太陽能熱水系統(tǒng)與遠程控制系統(tǒng)相結(jié)合，實時監(jiān)控，遠程監(jiān)控，更快捷準(zhǔn)確反映系統(tǒng)運行情況，方便操作，節(jié)約時間。