淺談太陽能熱利用工程控制系統(tǒng)

太陽能熱利用工程控制系統(tǒng)是太陽能熱利用行業(yè)的重要組成部分。太陽能熱利用行業(yè)發(fā)展到新世紀(jì)之后，逐步出現(xiàn)了集中安裝大面積太陽能集熱陣列的市場需求，區(qū)別于上世紀(jì)末的家用單體熱水器較為單一的市場特點，這種需求推開了行業(yè)發(fā)展的另一扇重要的大門，那就是區(qū)別于家用產(chǎn)品的系統(tǒng)及系統(tǒng)集成的重要方向。隨著熱利用系統(tǒng)及系統(tǒng)集成的發(fā)展，太陽能熱利用的工程控制系統(tǒng)逐步發(fā)展起來，并反過來促進(jìn)了系統(tǒng)本身及市場的發(fā)展，從而使得太陽能熱利用工程越來越多，單體工程越來越大，工程質(zhì)量越來越可靠，有中國特色的太陽能熱利用工程的競爭力越來越強。 　　太陽能熱利用工程控制系統(tǒng)是控制并轉(zhuǎn)移太陽能集熱器收集的太陽能量到熱利用工程蓄熱或換熱部分的過程，并實現(xiàn)蓄熱或換熱后的能量按需求達(dá)到用戶端的具有判斷與運算能力的智能設(shè)備及其集成。太陽能熱利用工程控制系統(tǒng)的根本作用是實現(xiàn)收集并儲存與轉(zhuǎn)移太陽能量的過程。 　　工程控制系統(tǒng)發(fā)展歷史與概況 　　早期的太陽能熱利用工程較少，上世紀(jì)八十年代在北京市就有以平板集熱器為集熱單元的工程案例，這些案例以自然循環(huán)集熱為主，筆者見過的案例是在以汽油桶改造的水箱頂部安裝的熱電偶測量為溫度傳感器，采用儀器儀表行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)測溫模塊，顯示水箱的溫度。許多系統(tǒng)冬季放水不運行。 　　在上世紀(jì)九十年代，尤其是全玻璃真空管的集熱形式出現(xiàn)后，熱利用工程的應(yīng)用和數(shù)量在北京、山東、江蘇、安徽、河北得到了發(fā)展。其中北京市的兩個熱利用工程中出現(xiàn)了主動溫差循環(huán)的控制運行方式，水箱和太陽集熱器不是處于同一水平面，從而需要測量和控制水箱的水位的控制需求。特別需要提的是由于價格的原因，太陽能熱利用工程從一開始就是以開式水箱為主，這種特點至今在行業(yè)的發(fā)展中占主流的地位。 　　在上述兩個階段期間的太陽能熱水工程的主控制單元，均采用市場銷售的標(biāo)準(zhǔn)儀器儀表組裝成電氣控制柜，市場上沒有專門針對太陽能工程設(shè)計的控制系統(tǒng)，因此需要優(yōu)秀的電工來組裝并考慮現(xiàn)場特點改造，系統(tǒng)的運行功能增加了，比如出現(xiàn)了防凍循環(huán)功能，從而推動了太陽能工程的全年使用，并適應(yīng)了當(dāng)時社會集中澡堂的需求，客觀上在促進(jìn)了太陽能熱利用工程的發(fā)展的同時，故障點較多，安裝人員素質(zhì)也制約了更廣泛的工程普及工作。 　　市場總是在一定的階段，發(fā)育到一定的程度，才會促進(jìn)新思想、新模式、新技術(shù)的冒出，源于人群的發(fā)展和經(jīng)濟本身的規(guī)律。到九十年代末期，家用太陽能市場的快速發(fā)展，家用控制器的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售、售后形成了體系和較大的生產(chǎn)量，從而推動了專門針對太陽能工程設(shè)計的控制系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)，并豐富了功能。 　　到目前，國內(nèi)外都出現(xiàn)了專門設(shè)計和生產(chǎn)及銷售太陽能熱利用工程控制系統(tǒng)的公司，未來的發(fā)展機會和趨勢隨著太陽能運用的廣度和深度進(jìn)一步擴大。不斷總結(jié)和提高工程技術(shù)，適應(yīng)太陽能與建筑結(jié)合的趨勢，控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)將越來越大。必須提醒的是，我們從事行業(yè)的同志，應(yīng)該綜合對太陽能工程的理解和對電子及電力電子等技術(shù)的理解，創(chuàng)新發(fā)展這個交叉學(xué)科，從而更好更快地發(fā)展這個太陽能熱利用行業(yè)中的新型子行業(yè)。 　　工程控制系統(tǒng)的重要性 　　1.工程控制系統(tǒng)具有伴生性。它和太陽能熱利用工程是相互依存的。今天的太陽能熱利用工程控制不僅僅是太陽能系統(tǒng)本身的控制和運行問題，已經(jīng)變成了集成太陽能控制的同時，要解決滿足管網(wǎng)、機房設(shè)備間、用戶末端等要求的綜合性需求；已經(jīng)變成了不分太陽能集熱的主輔爭論，而是滿足綜合電能、燃?xì)狻⒖諝庠?、水地源等多種能源形式的綜合供應(yīng)的系統(tǒng)集成控制。它是與甲方和集成商設(shè)計思想密切相關(guān)，已經(jīng)變成為與太陽能熱利用工程相互依存的同時，又拉動將太陽能熱利用作為客戶可再生能源能量需求的必需配置。 　　2.工程控制系統(tǒng)具有復(fù)雜性。太陽能熱利用工程的應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)用形式和客戶需求是多變的，在大發(fā)展階段，工程控制系統(tǒng)始終在標(biāo)準(zhǔn)化的大趨勢中衍生多變性，不容易標(biāo)準(zhǔn)化。熟悉和了解工程的同志知道，做好控制系統(tǒng)需要建設(shè)隨工程需求變化的體系，不僅要解決產(chǎn)品與系統(tǒng)的售前、售中及售后的適應(yīng)性建設(shè)，還得實現(xiàn)工程思想與產(chǎn)品的一體化；不僅要實現(xiàn)功能還得解決外觀要求；不僅要解決方案還得兼顧經(jīng)濟性要求；在太陽能工程系統(tǒng)集成商利潤降低的今天，發(fā)展工程控制器產(chǎn)業(yè)并做好工程控制系統(tǒng)是復(fù)雜的。 　　3.工程控制系統(tǒng)具有革命性。太陽能熱利用工程需要綜合建筑、結(jié)構(gòu)、機械，熱能、暖通、電子等多學(xué)科的工程技術(shù)，工程控制系統(tǒng)需要綜合多方面的知識并適應(yīng)太陽能工程的大發(fā)展，沒有現(xiàn)成的完備的技術(shù)體系可以復(fù)制，因此具有革命性，并將反過來推動太陽能應(yīng)用的革命性發(fā)展，有中國特色的太陽能工程實踐及太陽能控制系統(tǒng)應(yīng)用對世界太陽能熱利用的發(fā)展和普及具有重要的啟示和推動意義，已經(jīng)并將繼續(xù)擴大它的影響。 　　工程控制系統(tǒng)的未來方向 　　1.從功能要求上來看，未來控制系統(tǒng)的發(fā)展方向是標(biāo)準(zhǔn)化功能。一個行業(yè)的發(fā)展，在初期階段，產(chǎn)品定型是非常困難的。目前太陽能工程的大發(fā)展，太陽能集熱器及系統(tǒng)的運行方式與甲方的需求都是多變的。把太陽能的控制功能高度集成或是將整體產(chǎn)品拆分為不同的標(biāo)準(zhǔn)模塊的博弈，以及在甲方、系統(tǒng)集成商、生產(chǎn)商的需求和產(chǎn)品與經(jīng)濟性的博弈將會在未來的較長一段時間內(nèi)存在。太陽能熱利用工程控制系統(tǒng)的功能標(biāo)準(zhǔn)化還有較長的路要走，但是只有大體上的標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是系統(tǒng)集成商愿意推動設(shè)計師和甲方思想的標(biāo)準(zhǔn)化，才能真正推動系統(tǒng)集成的大發(fā)展，從而推動控制系統(tǒng)的大發(fā)展。 　　2.從未來具有潛力的功能上看，發(fā)展方向是遠(yuǎn)程監(jiān)控與能量計量。太陽能的特點和節(jié)能減排的形勢，決定了太陽能系統(tǒng)需要遠(yuǎn)程監(jiān)控，去提高系統(tǒng)集成商的服務(wù)質(zhì)量，降低系統(tǒng)集成商的維護(hù)成本，從而推動熱利用系統(tǒng)更穩(wěn)定、可靠、長久地為客戶工作，這才是真實的價值。而實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，節(jié)能減排量的計量就有了物理上和物質(zhì)上的基礎(chǔ)。計量節(jié)能減排量將更好更大地推動行業(yè)發(fā)展，客觀上對完善行業(yè)的系統(tǒng)集成隊伍和優(yōu)化提高系統(tǒng)集成水平具有重要意義。只有真實的能量可測量、可核查，才能去推太陽能能量交易的門，這將是控制系統(tǒng)的從業(yè)者未來為太陽能熱利用行業(yè)做的重大支撐作用之一。 　　3.從工程控制器產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，方向是專業(yè)化。目前的存在系統(tǒng)集成商或是熱水器生產(chǎn)商自行設(shè)計、制作和安裝控制系統(tǒng)的情況，也存在控制器生產(chǎn)商為系統(tǒng)集成商設(shè)計、制作控制系統(tǒng)的情況，也就是說目前還是存在混業(yè)經(jīng)營的情況，這是目前發(fā)展階段的表象。歐洲的發(fā)展方向是專業(yè)化，并且出現(xiàn)控制系統(tǒng)品牌化。從較長一段時間看，歐洲的方向是正確的。前提是智能技術(shù)的價格在中國能有經(jīng)濟可能性并且系統(tǒng)集成商的積累和水平的提高。 作者:創(chuàng)意博 鄒懷松