太陽能熱利用信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

【摘要】：隨著全球氣候變化和人類化石燃料資源的大量消耗，可再生能源的開發(fā)與利用引起了世界各國的普遍重視。有效控制溫室氣體排放，合理控制能源消費(fèi)總量，提高能源利用效率，加快低碳技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用成為迫切需要。太陽能作為一種清潔可再生能源，其開發(fā)和利用對于經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。上海市臨港地區(qū)是上海市的八個(gè)低碳實(shí)踐區(qū)試點(diǎn)之一，上海海洋大學(xué)是臨港低碳實(shí)踐區(qū)的低碳校園試點(diǎn)。節(jié)能減排是高校建設(shè)節(jié)約型校園的重要內(nèi)容，是推行低碳生活理念的重要措施。應(yīng)用信息技術(shù)分析自身能源利用情況、特點(diǎn)、存在問題等，可為低碳校園建設(shè)提供數(shù)據(jù)、手段等參考。 太陽能熱利用由于受到季節(jié)、氣候、晝夜、地理緯度和海拔等因素的影響，對太陽能熱利用系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行并真正體現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)性提出了較高的要求。本文針對太陽能熱利用系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與控制問題，應(yīng)用傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了前端數(shù)據(jù)的采集、傳輸與控制。數(shù)據(jù)中心采用表示層/業(yè)務(wù)層/數(shù)據(jù)層三層混合體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，解決了數(shù)據(jù)的存儲、管理與結(jié)果展示的問題。在太陽能熱水系統(tǒng)熱性能分析方面，從太陽能熱利用基本理論出發(fā)，推導(dǎo)出了太陽能熱水系統(tǒng)最小補(bǔ)充熱量的數(shù)學(xué)模型。最后給出了基于GIS的太陽能熱利用信息監(jiān)管平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。 本文采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了太陽能熱利用信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、通信傳輸及系統(tǒng)監(jiān)控。在太陽能熱水系統(tǒng)中安置太陽輻照度傳感器、水溫傳感器、水位傳感器、氣體流量傳感器、環(huán)境溫度傳感器等，并根據(jù)各傳感器需求選擇不同的方式與數(shù)據(jù)采集器連接，然后借助移動通信網(wǎng)絡(luò)和無線微波傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后反饋給控制系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)警條件時(shí)，系統(tǒng)將自動發(fā)送報(bào)警信息給用戶。通過以上實(shí)驗(yàn)手段，實(shí)現(xiàn)了對太陽能熱利用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、預(yù)警以及對水位、水溫、集熱器傾角等系統(tǒng)參數(shù)的自動控制。 本文根據(jù)太陽能熱利用基本原理，推導(dǎo)出了系統(tǒng)最小補(bǔ)充熱量的數(shù)學(xué)計(jì)算模型。通過分析時(shí)間因素的對太陽赤緯、集熱面上太陽輻照度變化的影響，環(huán)境溫度、集熱器進(jìn)口水溫對集熱器效率、系統(tǒng)最大集熱量的影響，以及系統(tǒng)水位、水溫等負(fù)荷情況對系統(tǒng)實(shí)際集熱量的影響，得出系統(tǒng)的輔助能源消耗量與系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立太陽能熱利用系統(tǒng)最小補(bǔ)充熱量計(jì)算模型。通過該數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)可以對系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，增加對太陽能資源的利用量，使輔助能源的消耗量減至最少，達(dá)到節(jié)能減排的目的。 本文采用混合編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了基于GIS的太陽能熱利用信息監(jiān)管平臺系統(tǒng)。將該平臺系統(tǒng)劃分為管理信息子系統(tǒng)、地理信息子系統(tǒng)和輔助決策子系統(tǒng)，分別對應(yīng)著關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理、矢量地圖操作與數(shù)據(jù)分析處理。然后，綜合運(yùn)用ArcGIS、MATLAB、VC++、SQL Server等多款應(yīng)用軟件，充分發(fā)揮各軟件的優(yōu)勢，完成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、功能模塊和圖形用戶界面的設(shè)計(jì)。最終，實(shí)現(xiàn)了GIS與MIS的耦合，有效地完成了數(shù)據(jù)的存儲與管理、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算及結(jié)果的展示。 本文運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對太陽能熱利用系統(tǒng)的監(jiān)控，提出了太陽能熱利用系統(tǒng)最小補(bǔ)充熱量計(jì)算模型，給出了基于GIS的太陽能熱利用監(jiān)管平臺軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 最小補(bǔ)充熱量 物聯(lián)網(wǎng) 地理信息系統(tǒng) 監(jiān)控平臺
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP311.52
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景和意義11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 太陽能熱利用系統(tǒng)概述11-12
• 1.2.2 太陽能熱利用信息技術(shù)研究進(jìn)展12-14
• 1.2.3 太陽能熱利用信息系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀分析14-15
• 1.3 論文的研究內(nèi)容15-16
• 1.4 論文的章節(jié)安排16-17
• 第二章 太陽能熱利用信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思想與總體架構(gòu)17-24
• 2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)17-19
• 2.1.1 應(yīng)用傳感器、無線通信與智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控17-18
• 2.1.2 應(yīng)用數(shù)學(xué)建模方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱性能分析18
• 2.1.3 應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和 GIS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理18-19
• 2.1.4 應(yīng)用混合編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺開發(fā)19
• 2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)思想19-20
• 2.3 系統(tǒng)總體架構(gòu)20-24
• 2.3.1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)21-22
• 2.3.2 軟件體系架構(gòu)22-24
• 第三章 物聯(lián)網(wǎng)與太陽能熱利用信息化24-35
• 3.1 傳感器技術(shù)與系統(tǒng)性能參數(shù)數(shù)據(jù)采集24-29
• 3.1.1 太陽能熱利用系統(tǒng)中的性能參數(shù)傳感器24-27
• 3.1.2 太陽能熱利用系統(tǒng)中的視頻信號采集27
• 3.1.3 太陽能熱利用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集器27-29
• 3.2 物聯(lián)網(wǎng)通信與數(shù)據(jù)傳輸29-32
• 3.2.1 物聯(lián)網(wǎng)通信具體實(shí)現(xiàn)方案29-30
• 3.2.2 數(shù)據(jù)無線傳輸通信設(shè)備介紹30-31
• 3.2.3 傳感器數(shù)據(jù)傳輸解決方案31
• 3.2.4 視頻數(shù)據(jù)無線傳輸解決方案31-32
• 3.3 數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建32-33
• 3.4 基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)控制策略33-35
• 3.4.1 進(jìn)水控制33
• 3.4.2 水溫控制33-34
• 3.4.3 太陽能集熱器傾角控制34-35
• 第四章 太陽能熱利用系統(tǒng)熱性能分析35-50
• 4.1 太陽能熱利用基礎(chǔ)理論35-36
• 4.2 太陽輻射模型的仿真實(shí)現(xiàn)36-42
• 4.2.1 基本輻射參數(shù)的模型實(shí)現(xiàn)36-40
• 4.2.2 Hottel 輻射模型的實(shí)現(xiàn)40-42
• 4.3 太陽能熱水系統(tǒng)最小補(bǔ)充熱量計(jì)算模型42-50
• 4.3.1 熱水系統(tǒng)最小補(bǔ)充熱量的計(jì)算方法42-45
• 4.3.2 上海臨港地區(qū)實(shí)例分析45-50
• 第五章 太陽能熱利用信息監(jiān)管平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)50-62
• 5.1 系統(tǒng)需求分析50-51
• 5.1.1 系統(tǒng)總體目標(biāo)50
• 5.1.2 系統(tǒng)的功能需求50-51
• 5.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)51-55
• 5.2.1 空間數(shù)據(jù)庫51-52
• 5.2.2 屬性數(shù)據(jù)庫52-53
• 5.2.3 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的融合53-55
• 5.3 功能模塊設(shè)計(jì)55-56
• 5.3.1 管理信息子系統(tǒng)55
• 5.3.2 地理信息子系統(tǒng)55-56
• 5.3.3 輔助決策子系統(tǒng)56
• 5.4 圖形用戶界面設(shè)計(jì)56-62
• 5.4.1 管理信息子系統(tǒng)部分運(yùn)行界面的實(shí)現(xiàn)56-58
• 5.4.2 地理信息子系統(tǒng)部分運(yùn)行界面的實(shí)現(xiàn)58-59
• 5.4.3 輔助決策子系統(tǒng)部分運(yùn)行界面的實(shí)現(xiàn)59-62
• 第六章 結(jié)論62-65
• 6.1 內(nèi)容總結(jié)62-63
• 6.2 研究創(chuàng)新與特色63-64
• 6.3 研究展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 附錄69-71
• 研究生期間取得的科研成果69
• 研究生期間參與的科研項(xiàng)目69-71
• 致謝71

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