專利型集中分散太陽能熱水系統(tǒng)簡析

摘要   本文介紹一種適用于多層、高層住宅的專利型集中-分散太陽能熱水系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用旁通阻尼技術(shù)、多層輔助加熱技術(shù)、低成本遠(yuǎn)程管理技術(shù)和部件集成技術(shù)，24小時(shí)供熱水，管理簡單方便。  　　0  引言 　　專利型集中-分散太陽能熱水系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的，適用于多層、高層住宅的太陽能熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)的太陽能集熱設(shè)備安裝在屋面，與屋面結(jié)合一體；熱媒輸送管道安裝在管道井；儲(chǔ)熱水箱安裝在住宅設(shè)備陽臺(tái)、衛(wèi)生間等部位，較好地實(shí)現(xiàn)了太陽能熱水系統(tǒng)與建筑主體一體化。由于用戶用水和輔助加熱用能每戶獨(dú)立，使用中不需要向用戶收費(fèi)；同時(shí)因太陽能集熱器共用，提高了太陽能集熱系統(tǒng)的使用效率。受到廣大房地產(chǎn)開發(fā)商和用戶的喜愛，也成為了與建筑同步建設(shè)的城鎮(zhèn)住宅太陽能熱水系統(tǒng)的主要形式。 　　1  專利型集中-分散太陽能熱水系統(tǒng) 　　專利型集中-分散太陽能熱水系統(tǒng)由太陽能集熱器組、系統(tǒng)工作站和用戶終端三種集成部件由管道連接而成。 　　系統(tǒng)工作原理: 　　集熱：太陽能集熱器出口溫度T1達(dá)到設(shè)定值（T1≥30℃，）同時(shí)滿足T1- T2≥8℃（T2為熱媒回流管道溫度，在系統(tǒng)工作站內(nèi)），啟動(dòng)循環(huán)泵，熱媒輸入熱媒干管，向各戶輸送太陽能能量。達(dá)不到要求，循環(huán)泵不工作。 　　儲(chǔ)熱：熱媒流入用戶終端后，根據(jù)熱媒溫度（T7)與水箱溫度（T6）進(jìn)行比較，如果T7＞T6（同時(shí)滿足T5＜70℃條件），三通閥開通水箱端，熱媒經(jīng)水箱盤管，回流到熱媒回水管，熱媒通過水箱盤管換熱器將熱量傳遞給水箱儲(chǔ)存。如果T7＜T6，三通閥開通阻尼器端，熱媒經(jīng)阻尼器回流到熱媒回水管。 　　補(bǔ)熱： 17：00（可調(diào)）自動(dòng)監(jiān)測貯水箱內(nèi)水溫（T5），未達(dá)到設(shè)定值（如50℃，可調(diào)），自動(dòng)啟動(dòng)下層電加熱器，達(dá)到設(shè)定溫度自動(dòng)關(guān)閉。上層電輔助加熱器根據(jù)用戶用水需求系統(tǒng)運(yùn)行原理圖(瀏覽器客戶端 )   　　顯示開或關(guān)：要求24h供熱水時(shí)，開啟上部電加熱器，上部電加熱器根據(jù)上部水溫（可設(shè)定，如45℃），水溫低于設(shè)定值，自動(dòng)啟動(dòng)；水溫達(dá)到設(shè)定值，自動(dòng)關(guān)閉；要求定時(shí)供熱水時(shí)，關(guān)閉上部電加熱器。 　　用熱水：打開熱水龍頭，自來水從貯水箱底部壓入，熱水從貯水箱頂部輸出。 圖1系統(tǒng)連接示意  圖2瀏覽器客戶端  　　2  三大創(chuàng)新技術(shù) 　　2.1  旁通阻尼技術(shù)，完美解決“能量倒輸”問題 　　“能量倒輸”：專利型集中-分散太陽能熱水系統(tǒng)中有多個(gè)儲(chǔ)熱水箱，每戶用水的不同，會(huì)使每個(gè)儲(chǔ)熱水箱的溫度出現(xiàn)較大的差別，當(dāng)某個(gè)或幾個(gè)戶用貯水箱的溫度較高，在集熱循環(huán)某個(gè)時(shí)段，由于介質(zhì)溫度低于貯水箱中水溫，傳熱介質(zhì)經(jīng)過換熱器時(shí)將貯水箱的能量帶到集熱循環(huán)系統(tǒng)中，稱“能量倒輸”。 　　防“能量倒輸”是專利型集中-分散太陽能熱水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：用戶出現(xiàn)能量倒輸現(xiàn)象，對(duì)于這個(gè)或這些用戶將產(chǎn)生能量損失，出現(xiàn)不公平。 圖3用戶終端  　　旁通阻尼技術(shù)：“旁通”——如果熱媒溫度低，由旁邊通路回流，低溫?zé)崦讲唤?jīng)過水箱盤管，不產(chǎn)生“能量倒輸”。“阻尼”——熱媒由旁邊通路回流時(shí)，增加旁邊通路的阻力，以保證每戶支管流量穩(wěn)定、不出現(xiàn)短路。 　　優(yōu)點(diǎn)：1.不會(huì)產(chǎn)生“能量倒輸”； 　　2.每戶支管流量穩(wěn)定、不會(huì)出現(xiàn)短路或斷路； 　　3.無需外接溫度傳感器。 　　知識(shí)產(chǎn)權(quán)：獲發(fā)明專利，專利號(hào)ZL201110030556.1。 　　2.2  多層輔助加熱技術(shù)，滿足了24h使用熱水需求 　　城鎮(zhèn)用戶熱水需求：家庭熱水使用已不僅僅滿足于洗澡，廚房、洗漱等都需要熱水，熱水供應(yīng)時(shí)間需要24h。 　　全天候太陽能熱水器設(shè)計(jì)思路：白天吸收儲(chǔ)存太陽能熱量，傍晚根據(jù)貯水箱溫度自動(dòng)啟動(dòng)輔助加熱，達(dá)到熱水使用溫度，晚上洗熱水澡。 　　太陽能熱水機(jī)概念：滿足用戶隨時(shí)使用熱水需求，能充分利用太陽能，達(dá)到好的節(jié)能效果。 　　多層輔助加熱技術(shù)：根據(jù)用戶熱水需求調(diào)查分析，大量的熱水需求還是洗澡，洗澡通常在晚上，有部分在早晨；平時(shí)廚房、洗漱等一次性用熱水量并不大。利用貯水箱本身的溫度分層原理，將貯水箱分為兩個(gè)區(qū)，一個(gè)為恒溫?zé)崴畢^(qū)，容量控制在15～30L；其余部分為太陽能儲(chǔ)熱區(qū)，承擔(dān)原來太陽能熱水器的功能，下部再設(shè)置輔助加熱器，為太陽能能量不足的天氣輔助加熱用，滿足洗澡時(shí)大量熱水需求。 　　優(yōu)點(diǎn)：1.滿足家庭24小時(shí)熱水需求；2.在輔助加熱運(yùn)行時(shí)，熱水量達(dá)到設(shè)計(jì)量。 　　知識(shí)產(chǎn)權(quán)：獲發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)用新型專利2項(xiàng)。 　　專利號(hào)：ZL 201110198122.2 　　ZL 201110198125.6 　　ZL 201120249681.7 　　ZL 201120249663.9 圖4水箱熱量循環(huán) 　　2.3  低成本遠(yuǎn)程管理技術(shù)，保證了系統(tǒng)可靠運(yùn)行 　　原理：低成本消息發(fā)布-訂閱機(jī)制的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。智能終端訂閱來自監(jiān)控終端的“命令”消息，做出相應(yīng)的動(dòng)作，如：傳送當(dāng)前狀態(tài)、修改控制參數(shù)、控制某執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作等；監(jiān)控終端（或?yàn)g覽器客戶端）訂閱來自智能終端的“數(shù)據(jù)”消息，接收來自于智能終端發(fā)布的狀態(tài)或參數(shù)信息。 圖5遠(yuǎn)程管理系統(tǒng) 　　智能終端是一個(gè)具備互聯(lián)網(wǎng)接入能力的、數(shù)據(jù)采集能力的和設(shè)備控制能力的單片機(jī)控制器。 　　監(jiān)控終端界面與功能： 圖6 監(jiān)控終端界面 　　 2.3.1系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理功能 　　遠(yuǎn)程顯示：實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)溫度、壓力、水位等檢測數(shù)據(jù)和泵、閥、加熱器等運(yùn)行部件的工作狀態(tài)。 　　遠(yuǎn)程操作：遠(yuǎn)程設(shè)置、調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)臨時(shí)需要遠(yuǎn)程手動(dòng)操作系統(tǒng)。 　　運(yùn)行數(shù)據(jù)查閱：當(dāng)天或更長時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù)查閱。 　　2.3.2故障診斷功能 　　故障診斷功能：根據(jù)運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備工況及其需要信息的采集，能自動(dòng)診斷系統(tǒng)各種故障。 　　故障信息傳達(dá)：發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，將故障信息及其維修方案告訴維修人員，故障和修復(fù)情況通報(bào)給用戶。 　　優(yōu)點(diǎn)：1.低成本：遠(yuǎn)程系統(tǒng)增加費(fèi)用約為工程總額1%；2.高可靠：單片機(jī)控制器，耐高溫，耐高電壓沖擊，網(wǎng)絡(luò)故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；3.遠(yuǎn)程故障診斷，將故障信息和維修方案自動(dòng)發(fā)送給維修人員，降低維修難度、提高維修速度。 　　知識(shí)產(chǎn)權(quán)：獲軟件著作權(quán)，2012SR012072《浙新能源太陽能熱水工程嵌入式智能控制系統(tǒng)軟件V1.0》 　　3  部件集成創(chuàng)新 　　3.1  集分系統(tǒng)用戶終端 　　集分系統(tǒng)用戶終端包含了貯水箱、用戶控制器、旁通阻尼器，將三個(gè)部件集成一體。 　　集分系統(tǒng)用戶終端功能： 　　1.將介質(zhì)輸入的太陽能熱量換入水中并加以儲(chǔ)存； 　　2.防止水中熱量進(jìn)入循環(huán)介質(zhì)； 　　3.智能啟動(dòng)輔助加熱，滿足用熱水要求，節(jié)省輔助加熱能量。 　　優(yōu)點(diǎn)：安裝方便、美觀。 圖7用戶終端結(jié)構(gòu)示意圖                                       圖8用戶終端產(chǎn)品  　　3.2  集分系統(tǒng)工作站 　　集分系統(tǒng)工作站將集熱循環(huán)泵組、熱媒補(bǔ)充系統(tǒng)、帶遠(yuǎn)程管理的系統(tǒng)控制器等集成為一體。 　　集分系統(tǒng)工作站功能： 　　1.集熱循環(huán) 　　2.防凍運(yùn)行 　　3.防過熱運(yùn)行 　　4.介質(zhì)自動(dòng)補(bǔ)充 　　5.遠(yuǎn)程管理   　　優(yōu)點(diǎn)：1.安裝方便；2.安裝質(zhì)量有保證，故障少；3.維修方便；4.泵工作壽命長，并能遠(yuǎn)程制定工作泵。                 圖9系統(tǒng)工作站安裝實(shí)景 　　4  結(jié)束語 　　采用旁通阻尼技術(shù)，簡便、有效地解決了“能量倒輸”問題；采用熱水機(jī)概念設(shè)計(jì)，滿足了24h供應(yīng)熱水的用戶需求；運(yùn)用低成本遠(yuǎn)程管理技術(shù)，實(shí)行了遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程故障診斷。通過旁通阻尼器、用戶控制器和貯水箱集成用戶終端，系統(tǒng)控制器、循環(huán)泵組、補(bǔ)液系統(tǒng)集成為系統(tǒng)工作站，使集中-分散太陽能熱水系統(tǒng)簡化為集熱器、系統(tǒng)工作站、用戶終端簡單連接。