CN102155759B - 太阳能热水系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能热水系统；平板式太阳能集热器的出口设置有高温探头，并与分液包的进口相连；分液包的出口分别与各单元用户的太阳能热水器循环管的进口相连；太阳能热水器循环管的出口与防冻工质回流管相连；太阳能热水器放置在每个用户内；循环管的出口末端的高端位置设置有循环泵，循环泵的出口设置有压力变送器，压力变送器与平板式太阳能集热器的进口、补液泵的出口、安全阀的进口、电磁阀的进口相连；防冻工质回流管的低端设置有低温探头，并与循环泵的进口相连；循环泵、补液泵、电磁阀、压力变送器、高温探头和低温探头的电控制信号与电气控制盘相连。本发明利用自然的能源，可节60％～80％的常规能源费用。

Description

太阳能热水系统及运行方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能的综合利用，特别是涉及太阳能热水系统及运行方法。
背景技术
人类的生活、生产都要消耗大量能源，没有充足的能源供应，人类无法生存。迄今为止，人类所使用的一次能源——煤，石油、天然气，大部分都是从脚下的地球中采挖得来。然而，地球再大毕竟有限，常规能源总有枯竭耗尽的一天。随着人口的急剧增长，经济的飞速发展，所带来的自然资源极速消耗，将使人类依赖常规能源的时间进一步缩短。常规能源均为化石燃料，使用中必然排放大量温室气体(如二氧化碳)和有害气体(如造成酸雨的二氧化硫)，全球温室效应带来的种种自然灾害，大气的严重污染，人类生存环境和地球生态环境的急剧恶化，都要求人类尽量减少常规能源的使用，必须改用清洁无污染的太阳能。
太阳能是一种巨大的、无污染的自然能源，地球每年从太阳获得的能量高达6×1017千瓦/小时，比目前人类年消耗的全部能量还多几万倍，是人类取之不尽，用之不竭的新能源，更具有安全、清洁、无排放、不需运输仓储、随处可得的优点。随着常规能源的日趋紧缺涨价，用户安装太阳能热水系统的投资回收期将大大缩短，节能经济性则更加突出；同时国家基于环保要求的“蓝天工程”进度加快，执行力度加大，也会加速太阳能热水系统取代常规能源锅炉，成为新一代节能环保型设备。
近年来，随着国民经济的快速增长，人们的生活质量有了明显改善，生活热水由少数人享用的奢侈品，变为大众生活的必需品之一。太阳能热水器以其安全、经济、方便的特点，逐渐成为百姓选择的热点产品，产销量以年均27％的速度猛增，行业发展正在迅速产业化。对于新型的环保节能建筑及生活住宅小区(节能、环保、双水、太阳能发电)正在逐步兴起，利用太阳能集热器与建筑可有机结合这一特点，在建筑设计上不但起到节能环保功能效果的同时，也大大给设计人员提供了广阔的设计空间，从而达到了装点建筑美化环境的作用。
现有的太阳能集中提供热水系统具有能源浪费和运行费用过高；夏季集热器容易产生过热和过压现象，使集热器加速老化。
发明内容
本发明克服现有的太阳能集中提供热水系统的能源浪费和运行费用过高的问题，并通过采用自动检测控制和电磁阀8、安全阀7的使用，解决了夏季集热器容易产生过热和过压现象，提供一种太阳能热水系统。
本发明的技术方案如下：
一种全自动太阳能热水系统，包括平板式太阳能集热器1、分液包2、太阳能热水器3、循环泵4、补液泵5、补液水箱6、电磁阀10、安全阀9和压力变送器11；平板式太阳能集热器1的出口设置有高温探头10，并与分液包2的进口相连；分液包2的出口分别与各单元用户的太阳能热水器3循环管的进口相连；太阳能热水器3循环管的出口与防冻工质回流管相连；太阳能热水器放置在每个用户内；循环管的出口末端的高端位置设置有循环泵4，循环泵4的出口设置有压力变送器9，压力变送器9与平板式太阳能集热器1的进口、补液泵5的出口、安全阀7的进口、电磁阀8的进口相连；防冻工质回流管的低端设置有低温探头11，并与循环泵4的进口相连；循环泵4、补液泵5、电磁阀8、压力变送器9、高温探头10和低温探头11的电控制信号与电气控制盘12相连。
所述太阳能热水系统中设置有防冻工质，防冻工质与用户用水为隔离设置。
一种太阳能热水系统的运行方法，采用电气控制盘12，电气控制盘12内设置有程序控制仪13、彩色触摸屏14、直流电源15、空气开关16、接触器17、继电器18、指示灯19和转换开关20；程序控制仪13与彩色触摸屏14、直流电源15、补液泵5、电磁阀8、压力变送器9、高温探头10、低温探头11、继电器18、指示灯19和转换开关20相连；继电器18与接触器17、循环泵4相连。
本发明的太阳能热水系统的运行方法，运行条件如下：
a)由电气控制盘12控制系统的运行时间；
b)当高温探头10的温度低于系统设定温度t1时首先检测系统压力，当压力变送器9检测的压力低于系统设定的低位压力p1时启动补液泵5将补液箱6内的防冻工质送入系统内，直至压力变送器9检测的压力达到系统设定的高位压力p2时停止补液泵5；
c)系统在每天第一次运行时高温探头10的温度高于设定温度t2；
d)系统运行的另一个条件是高温探头10与低温探头11的温差必须大于10℃；
e)在同时满足以上三个条件的情况下电气控制盘12才会自动启动循环泵4为每个用户的太阳能热水器3进行蓄热，当高温探头10与低温探头11的温差小于4℃时停止循环泵4，这样一个过程就是一次完整的太阳能热水器3蓄热过程。要求是t1大于t2；p2大于p1。
为了避免在夏季集热器产生过热现象，当高温探头10的温度高于80℃时电气控制盘12自动打开电磁阀8将平板式太阳能集热器1中的防冻工质通过重力流回到补液箱6内，直至压力变送器9检测的压力低于0.005Mpa时关闭电磁阀8，当电磁阀8打开时循环泵4、补液泵5均停止运转。
当在夏季集热器产生过压现象时，系统压力高于0.3Mpa安全阀7自动打开向补液箱6内排放防冻工质，直至系统压力低于0.2Mpa安全阀7自动关闭。
在阴雨天气的时候用户可以根据个人的需要启动电辅助加热，设定所需的热水温度即可达到自动加热和保温的功能。
本发明的效果是：设计系统为强制间接循环系统运行，采用集中集热、分户储热、分户计量的方式，适用于太阳能在多层公寓住宅中使用。系统中热媒经集热器集热后达设定温度时，通过系统热媒干管，分别送入每户的太阳能热水器内进行换热，实现用户用水温度的提高；水温一但未满足用户需求时，用户可随时在手动关闭换热系统后，进行电加热，直至达到用户要求为止。本系统控制将采用全方位定点检测自控系统，通过PLC可编程控制器确保了整个系统在任何环境及运行方式的全自动智能调节和安全运行控制。
本发明利用自然的能源，无废气、无噪音，更环保；阳光无需购买随处可见，更经济；系统运行可靠性极高，寿命达30年以上，更耐用；阳光条件下，太阳能可节60％～80％的常规能源费用，更节能；每天24小时都有热水，更方便。
说明书附图
图1是本发明的系统示意图；
图2是本发明的电气控制盘系统图；
图3是本发明的操作方法流程图；
设备明细表：
1：平板型太阳能集热器；2：分液包；3：太阳能热水器；4：循环泵；5：补液泵；6：补液箱；7：安全阀；8：电磁阀；9：压力变送器；10：高温探头；11：低温探头；12：电气控制盘；13：可编程控制器；14：彩色触摸屏；15：直流电源；16：空气开关；17：接触器；18：继电器；19：指示灯；20：转换开关；21：熔断器；22：电源开关；23：自来水进口；24：热水出口。
具体实施方式
如图1所示，包括平板式太阳能集热器1、分液包2、太阳能热水器3、循环泵4、补液泵5、补液水箱6、电磁阀10、安全阀9和压力变送器11；平板式太阳能集热器1的出口设置有高温探头10，并与分液包2的进口相连；分液包2的出口分别与各单元用户的太阳能热水器3循环管的进口相连；太阳能热水器3循环管的出口与防冻工质回流管相连；太阳能热水器放置在每个用户内；循环管的出口末端的高端位置设置有循环泵4，循环泵4的出口设置有压力变送器9，压力变送器9与平板式太阳能集热器1的进口、补液泵5的出口、安全阀7的进口、电磁阀8的进口相连；防冻工质回流管的低端设置有低温探头11，并与循环泵4的进口相连；循环泵4、补液泵5、电磁阀8、压力变送器9、高温探头10和低温探头11的电控制信号与电气控制盘12相连。
如图2所示的电气控制盘系统，电气控制盘12内设置有程序控制仪13、彩色触摸屏14、直流电源15、空气开关16、接触器17、继电器18、指示灯19和转换开关20；程序控制仪13与彩色触摸屏14、直流电源15、补液泵5、电磁阀8、压力变送器9、高温探头10、低温探头11、继电器18、指示灯19和转换开关20相连；继电器18与接触器17、循环泵4相连。
本发明的工作过程如图3所示：
由于循环泵4、补液泵5安装在顶层用户的屋顶上，为了避免循环泵4、补液泵5运转产生的噪音扰民，系统的运行时间通过电气控制盘12控制在每天的8:00至17:00之间。当高温探头10的温度t1低于80℃时首先检测系统压力，当压力变送器9检测的压力低于p1为0.1Mpa时启动补液泵5将补液箱6内的防冻工质送入系统内，直至压力变送器9检测的压力高于p2为0.13Mpa停止补液泵5。为了系统运行时有一个较高的初始温度，系统在每天第一次运行时高温探头10的温度t2必须高于30℃；系统运行的另一个条件是高温探头10与低温探头11的温差必须大于10℃；在同时满足以上三个条件的情况下电气控制盘12才会自动启动循环泵4为每个用户的太阳能热水器3进行蓄热，当高温探头10与低温探头11的温差小于4℃时停止循环泵4，这样一个过程就是一次完整的太阳能热水器3蓄热过程。
为了避免在夏季集热器产生过热现象，当高温探头10的温度高于80℃时电气控制盘12自动打开电磁阀8将平板式太阳能集热器1中的防冻工质通过重力流回到补液箱6内，直至压力变送器9检测的压力低于0.005Mpa时关闭电磁阀8，当电磁阀8打开时循环泵4、补液泵5均停止运转。
当在夏季集热器产生过压现象时，系统压力高于0.3Mpa安全阀7自动打开向补液箱6内排放防冻工质，直至系统压力低于0.2Mpa安全阀7自动关闭。
在阴雨天气的时候用户可以根据个人的需要启动电辅助加热，设定所需的热水温度即可达到自动加热和保温的功能。
本发明应用于天津市东丽区一处新建小区一栋18层一梯6户共计107户居民楼。地理位置：北纬39°06′，东经117°10′。平板式太阳能集热器安装在屋顶，用桁架按照矩阵式排列固定，南向并与水平成40°角。集热面积为180m2，每户太阳能热水器的容积为80L，107户共计8560L。通过使用本发明一年后，经过数据统计确认平均每天(阴雨天除外)可为107户用户提供80L、50℃的热水。本发明每天(阴雨天除外)运行所需用电7.35度。而每天用电加热产生8560L、50℃(平均初始水温按13℃计算)所需用电425.36度。每天可节约用电418.01度。
同时每年可增加社会效益、减少污染物排放如下：
Figure BDA0000060143370000041

Claims (3)

1.一种全自动太阳能热水系统，包括平板式太阳能集热器(1)、分液包(2)、太阳能热水器(3)、循环泵(4)、补液泵(5)、补液箱(6)、电磁阀(8)、安全阀(7)和压力变送器(9)；其特征在于：平板式太阳能集热器(1)的出口设置有高温探头(10)，并与分液包(2)的进口相连；分液包(2)的出口分别与各单元用户的太阳能热水器(3)循环管的进口相连；太阳能热水器(3)循环管的出口与防冻工质回流管相连；太阳能热水器放置在每个用户内；循环管的出口末端的高端位置设置有循环泵(4)，循环泵(4)的出口设置有压力变送器(9)，压力变送器(9)与平板式太阳能集热器(1)的进口、补液泵(5)的出口、安全阀(7)的进口、电磁阀(8)的进口相连；防冻工质回流管的低端设置有低温探头(11)，并与循环泵(4)的进口相连；循环泵(4)、补液泵(5)、电磁阀(8)、压力变送器(9)、高温探头(10)和低温探头(11)的电控制信号与电气控制盘(12)相连；所述电气控制盘(12)内设置有程序控制仪(13)、彩色触摸屏(14)、直流电源(15)、空气开关(16)、接触器(17)、继电器(18)、指示灯(19)和转换开关(20)；程序控制仪(13)与彩色触摸屏(14)、直流电源(15)、补液泵(5)、电磁阀(8)、压力变送器(9)、高温探头(10)、低温探头(11)、继电器(18)、指示灯(19)和转换开关(20)相连；继电器(18)与接触器(17)、循环泵(4)相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能热水系统，其特征在于：所述太阳能热水系统中设置有防冻工质，防冻工质与用户用水为隔离设置。
3.根据权利要求2所述的太阳能热水系统的运行方法，其特征在于：为了避免集热器产生过热现象，当高温探头(10)的温度高于t1时电气控制盘(12)自动打开电磁阀(8)将平板式太阳能集热器(1)中的防冻工质通过重力流回到补液箱(6)内，直至压力变送器(9)检测的压力低于0.005Mpa时关闭电磁阀(8)，当电磁阀(8)打开时循环泵(4)、补液泵(5)停止运转；当在夏季集热器产生过压现象时，系统压力高于0.3Mpa安全阀(7)自动打开向补液箱(6)内排放防冻工质，直至系统压力低于0.2Mpa安全阀(7)自动关闭；
所述太阳能热水系统的运行条件如下：
1)由电气控制盘(12)控制系统的运行时间；
2)当高温探头(10)的温度低于系统设定温度t1时首先检测系统压力，当压力变送器(9)检测的压力低于系统设定的低位压力p1时启动补液泵(5)将补液箱(6)内的防冻工质送入系统内，直至压力变送器(9)检测的压力达到系统设定的高位压力p2时停止补液泵(5)；系统在每天第一次运行时高温探头(10)的温度高于设定温度t2；
3)系统运行的另一个条件是高温探头(10)与低温探头(11)的温差必须大于10℃；
4)在同时满足以上三个条件的情况下电气控制盘(12)才会自动启动循环泵(4)为每个用户的太阳能热水器(3)进行蓄热，当高温探头(10)与低温探头(11)的温差小于4℃时停止循环泵(4)，这样一个过程就是一次完整的太阳能热水器(3)蓄热过程。
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