CN102644957B - 一种太阳能采暖控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种太阳能采暖控制系统及其控制方法，包括控制器、太阳能集热器、带辅助加热装置的储热水箱、散热片一、散热片二、第一、第二供暖循环泵；在第一供暖循环泵与散热片二之间有阀六，第一供暖循环泵与散热片一及储热水箱之间有阀零，第零控制阀与储热水箱之间有阀一，第二供暖循环泵与太阳能集热器及散热片一之间分别有阀五及阀四，第二供暖循环泵与储热水箱之间有阀二，散热片一与第四控制阀之间和第二供暖循环泵与第二控制阀之间有阀三；太阳能集热器、储热水箱、卧室、浴室和散热片一两个出口处分别设有温度传感器零、传感器一、传感器三、传感器四和传感器五及传感器六。本发明利用太阳能集热和辅助加热供暖，保护了环境节约了能源。

Description

一种太阳能采暖控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能作为热源的系统及其控制方法，具体涉及一种太阳能采暖控制系统及其控制方法。

背景技术

作为供暖设施，需要把一种能源转换为热能再给房间供暖。因此节能就要求尽可能地提高能源转换为热能的效率，供暖基本上是以煤为主，先把煤的热量转换成过热蒸汽的热量，再通过热交换器转换为热水热量，经过暖气片加热空气，产生供暖效果。在经过多次交换以后，存在能源的浪费，且造成环境污染。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种可减少环境污染、节约能源的太阳能采暖控制系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的控制系统包括太阳能控制器、太阳能集热器、带有辅助加热装置的储热水箱、位于卧室内的卧室散热片、位于浴室内且与太阳能集热器相连接的浴室散热片、设置在太阳能集热器供暖管道处的第一供暖循环泵和安装在储热水箱供暖管道处的第二供暖循环泵；在第一供暖循环泵与浴室散热片之间设有第六控制阀，第一供暖循环泵与卧室散热片及储热水箱之间设有第零控制阀，第零控制阀与储热水箱之间设有第一控制阀，第二供暖循环泵与太阳能集热器及卧室散热片之间分别设有第五控制阀及第四控制阀，第二供暖循环泵与储热水箱之间设有第二控制阀，卧室散热片与第四控制阀之间的供暖管道和第二供暖循环泵与第二控制阀之间的供暖管道之间设有第三控制阀；太阳能集热器处、储热水箱处、卧室处、浴室处、卧室散热片的其中一个出口处和卧室散热片的另外一个出口处分别设有第零温度传感器、第一温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器；第零温度传感器、第一温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器的输出端分别与太阳能控制器输入端相连接，太阳能控制器输出端与第零控制阀、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第一供暖循环泵和第二供暖循环泵相连接。

上述太阳能控制器还连接有触摸屏。用户可以根据需要在其上设定太阳能集热器设定供暖温度T_集热器、卧室设定温度T₂(即用户所需温度)、浴室设定温度T₉(即用户所需温度)、储热水箱设定供暖温度T_储热器和储热水箱设定储热温度T_{储热器储热}。

上述太阳能控制器与第二供暖循环泵之间设有变频器。变频器的工作频率由卧室散热片的进、出水温度差确定，当温度差减小时，变频器的工作频率也减小，可控制卧室在很小的温度范围内波动，最大程度上满足人的舒适度。

上述太阳能集热器与第一供暖循环泵之间、第一供暖循环泵与第零控制阀及第六控制阀之间、第二供暖循环泵与第四控制阀及第五控制阀之间分别设有手动阀、第一水通开关、第二水通开关。手动阀、第一水通开关和第二水通开关在本发明的系统工作时，均处于打开状态，他们的作用是：为了维修时进行断水操作。

本发明系统的控制方法，包括以下几个步骤：

步骤(1)：太阳能控制器将太阳能集热器设定供暖温度T_集热器与第零温度传感器检测的温度T₀进行比较，且将卧室设定温度T₂与第三温度传感器检测的温度T₃进行比较，且将浴室设定温度T₉与第四温度传感器检测的温度T₄进行比较，且将储热水箱设定供暖温度T_{储 热器}与第一温度传感器检测的温度T₁进行比较；

当T_集热器＜T₀，且T₃＜T₂，则太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵工作、第零控制阀打开、第三控制阀打开、第二供暖循环泵工作和第五控制阀打开，从而启动循环一模式，然后转向步骤(2)；

当T_集热器＜T₀，且T₄＜T₉，则太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵工作和第六控制阀打开，从而启动循环四模式，然后转向步骤(3)；

当T_集热器＞T₀，且T₃＜T₂，且T_储热器＜T₁，则太阳能控制器仅控制第二控制阀打开、第二供暖循环泵工作、第四控制阀打开和第一控制阀打开，从而启动循环二模式，然后转向步骤(4)；

步骤(2)：直至T₃＝T₂，循环一模式停止运行，首先太阳能控制器计算第零温度传感器检测的温度T₀与第一温度传感器检测的温度T₁的温度差值T₀₁，再将储热水箱设定储热温度T_{储热器储热}与差值T₀₁进行比较，当T_{储热器储热}＜T₀₁，则太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵工作、第零控制阀打开、第一控制阀打开、第二控制阀打开、第二供暖循环泵工作和第五控制阀打开，从而启动循环三模式，然后转向步骤(5)；

步骤(3)：直至T₄＝T₉，循环四模式停止运行；

步骤(4)：直至T₃＝T₂，循环二模式停止运行；

步骤(5)：直至T_{储热器储热}＝T₀₁，循环三模式停止运行。

上述步骤(1)中，当T_集热器＞T₀，且T₃＜T₂，且T_储热器＞T₁，辅助加热装置开始工作，直至T_储热器＝T₁，辅助加热装置停止工作，则太阳能控制器仅控制第二控制阀打开、第二供暖循环泵工作、第四控制阀打开和第一控制阀打开，从而启动循环二模式，然后转向步骤(4)。为本发明的应急供暖方案，从而提高了本系统的适用范围。

上述循环一模式及循环二模式中，太阳能控制器计算出第五温度传感器检测的温度T₅与第六温度传感器检测的温度T₆的温度差T₅₆，太阳能控制器控制变频器的工作频率随着T₅₆的变小而逐渐减小直至为零。通过这种控制方法可控制卧室在很小的温度范围内波动，最大程度上满足人的舒适度。

上述变频器的工作频率为额定工作频率，以此来缩短储热时间。

本发明的控制系统利用太阳能集热和辅助加热供暖，对环境保护及能源节约是显而易见的；将太阳能集热器内循环工质加热升温并送至取暖卧室及浴室，减少了能量的多次交换，提高能源的利用效率；本发明不仅可解决广大农户的生活用能，减少对环境的污染，保护生态平衡，而且可以改善居住环境，提高生活质量；本发明当太阳能集热器的集热量不足时，则由辅助加热装置补充，当太阳能集热器的集热量超过用户的需热量时，则将多余的热量储存在储热水箱中，本发明的控制系统实际上包括了两套热源系统，一套是太阳能集热系统，另一套是辅助热源系统，太阳能集热器与储热水箱可实现冷热水的自动交换，从而实现自动储存热水，本系统使用后可充分利用太阳能供暖，同时又节省电能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的电气连接示意图。

图中各标号：1、太阳能集热器，2、第一供暖循环泵，3、储热水箱，4、第二供暖循环泵，5、卧室散热片，6、浴室散热片。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1、图2和图3，本发明包括太阳能控制器、与太阳能控制器相连接的触摸屏、太阳能集热器1、其内带有辅助加热装置的储热水箱3、位于卧室内的卧室散热片5、位于浴室内且与太阳能集热器1相连接的浴室散热片6、安装在太阳能集热器1供暖管道处的第一供暖循环泵2和安装在储热水箱3供暖管道处的第二供暖循环泵4。其中，第一供暖循环泵2是增压泵，流量是恒定的。

在触摸屏上可以设定太阳能集热器1设定供暖温度T_集热器、卧室设定温度T₂(即用户所需温度)、浴室设定温度T₉(即用户所需温度)、储热水箱3设定供暖温度T_储热器和储热水箱3设定储热温度T_{储热器储热}。

在第一供暖循环泵2与浴室散热片6之间的供暖管道处设有第六控制阀，第一供暖循环泵2与卧室散热片5及储热水箱3之间的供暖管道处设有第零控制阀，第零控制阀与储热水箱3之间的供暖管道处设有第一控制阀，第二供暖循环泵4与太阳能集热器1及卧室散热片5之间的供暖管道处分别设有第五控制阀及第四控制阀，第二供暖循环泵4与储热水箱3之间的供暖管道处设有第二控制阀，卧室散热片5与第四控制阀之间的供暖管道和第二供暖循环泵4与第二控制阀之间的供暖管道之间设有第三控制阀。

太阳能集热器1处、储热水箱3处、卧室处、浴室处、卧室散热片5的上出口处和卧室散热片5的下出口处分别设有第零温度传感器、第一温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器。

第零温度传感器、第一温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器的输出端分别与太阳能控制器输入端相连接，太阳能控制器输出端与第零控制阀、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第一供暖循环泵2和变频器相连接，变频器的输出端与第二供暖循环泵4相连接。

在太阳能集热器1与第一供暖循环泵2之间的供暖管道处、第一供暖循环泵2与第零控制阀及第六控制阀之间的供暖管道处、第二供暖循环泵4与第四控制阀及第五控制阀之间的供暖管道处分别设有手动阀、第一水通开关、第二水通开关。手动阀、第一水通开关和第二水通开关，在系统工作状态时均处于开状态，他们的作用是为了维修时使用的，进行断水对某一段修理的。

本发明的控制方法，包括以下几个步骤：

步骤(1)：太阳能控制器将太阳能集热器1设定供暖温度T_集热器与第零温度传感器检测的温度T₀进行比较，且将卧室设定温度T₂与第三温度传感器检测的温度T₃进行比较，且将浴室设定温度T₉与第四温度传感器检测的温度T₄进行比较，且将储热水箱3设定供暖温度T_储热器与第一温度传感器检测的温度T₁进行比较；

当T_集热器＜T₀，且T₃＜T₂，则太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵2工作、第零控制阀打开、第三控制阀打开、第二供暖循环泵4工作和第五控制阀打开，散热后的低温水送入太阳能集热器1，如此往复循环，从而启动循环一模式(太阳能集热器1对卧室散热片5供热)，然后转向步骤(2)；

当T_集热器＜T₀，且T₄＜T₉，则太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵2工作和第六控制阀打开，散热后的低温水送入太阳能集热器1，如此往复循环，从而启动循环四模式(太阳能集热器1对浴室散热片6供热)，然后转向步骤(3)；

当T_集热器＞T₀，且T₃＜T₂，且T_储热器＜T₁，则太阳能控制器仅控制第二控制阀打开、第二供暖循环泵4工作、第四控制阀打开和第一控制阀打开，散热后的低温水送入蓄热水箱，如此往复循环，从而启动循环二模式(当阳光不充足时或阴天时，储热水箱3对卧室散热片5供热)，然后转向步骤(4)；

当T_集热器＞T₀，且T₃＜T₂，且T_储热器＞T₁，辅助加热装置(即启动应急供暖方案)开始工作，直至T_储热器＝T₁，辅助加热装置停止工作，则太阳能控制器仅控制第二控制阀打开、第二供暖循环泵4工作、第四控制阀打开和第一控制阀打开，从而启动循环二模式，然后转向步骤(4)；

步骤(2)：直至T₃＝T₂，循环一模式停止运行，首先太阳能控制器计算第零温度传感器检测的温度T₀与第一温度传感器检测的温度T₁的温度值差T₀₁，再将储热水箱3设定储热温度T_{储热器储热}与差值T₀₁进行比较，当T_{储热器储热}＜T₀₁，则太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵2工作，第零控制阀打开、第一控制阀打开、第二控制阀打开、第二供暖循环泵4工作和第五控制阀打开，散热后的低温水送入太阳能集热器1，如此往复循环，从而启动循环三模式(当太阳能集热器1的集热量超过用户所需热量即卧室不需要供暖时，则将多余的热量储存在储热水箱3中，太阳能集热器1与储热水箱3可实现冷热水的自动交换，从而实现自动储存热水)，然后转向步骤(5)；

步骤(3)：直至T₄＝T₉，循环四模式停止运行；

步骤(4)：直至T₃＝T₂，循环二模式停止运行；

步骤(5)：直至T_{储热器储热}＝T₀₁，循环三模式停止运行。

在循环一模式及循环二模式中，第二供暖循环泵4的流量由变频器控制，采用工频启动模式，变频调速方式运行，变频调速频率依据卧室散热片5的进(出)水温度T5与出(进)水温度T6的差值，当T5与T6的差值T₅₆变小时，说明卧室的温度T3在逐步上升至设定温度T2，与此同时变频器的频率也在逐步减小，从而第二供暖循环泵4的流量也在逐步降低，直至T3＝T2时，第二供暖循环泵4流量为零。通过这种控制方法可控制卧室在很小的温度范围内波动，最大程度上满足人的舒适度。

在循环三模式中，系统是采取工频的方式工作，第二供暖循环泵4是全速运行，以此来缩短储热时间。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种太阳能采暖控制系统，其特征在于，包括太阳能控制器、太阳能集热器、带有辅助加热装置的储热水箱、位于卧室内的卧室散热片、位于浴室内且与太阳能集热器相连接的浴室散热片、设置在太阳能集热器供暖管道处的第一供暖循环泵和安装在储热水箱供暖管道处的第二供暖循环泵；

在所述第一供暖循环泵与浴室散热片之间设有第六控制阀，第一供暖循环泵与卧室散热片及储热水箱之间设有第零控制阀，所述第零控制阀与储热水箱之间设有第一控制阀，所述第二供暖循环泵与太阳能集热器及卧室散热片之间分别设有第五控制阀及第四控制阀，所述第二供暖循环泵与储热水箱之间设有第二控制阀，所述卧室散热片与第四控制阀之间的供暖管道和第二供暖循环泵与第二控制阀之间的供暖管道之间设有第三控制阀；

所述太阳能集热器处、储热水箱处、卧室处、浴室处、卧室散热片的其中一个出口处和卧室散热片的另外一个出口处分别设有第零温度传感器、第一温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器；

所述第零温度传感器、第一温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器的输出端分别与太阳能控制器输入端相连接，所述太阳能控制器输出端与第零控制阀、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第一供暖循环泵和第二供暖循环泵相连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于，所述太阳能控制器还连接有触摸屏。

3.根据权利要求2所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于，所述太阳能控制器与第二供暖循环泵之间设有变频器。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于，所述太阳能集热器与第一供暖循环泵之间、第一供暖循环泵与第零控制阀及第六控制阀之间、第二供暖循环泵与第四控制阀及第五控制阀之间分别设有手动阀、第一水通开关、第二水通开关。

5.根据权利要求3所述系统的控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤(1)：所述太阳能控制器将太阳能集热器设定供暖温度T_{集 热器}与第零温度传感器检测的温度T₀进行比较，且将卧室设定温度T₂与第三温度传感器检测的温度T₃进行比较，且将浴室设定温度T₉与第四温度传感器检测的温度T₄进行比较，且将储热水箱设定供暖温度T_储热器与第一温度传感器检测的温度T₁进行比较；

当T_集热器＜T₀，且T₃＜T₂，则此时太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵工作、第零控制阀打开、第三控制阀打开、第二供暖循环泵工作和第五控制阀打开，从而启动循环一模式，然后转向步骤(2)；

当T_集热器＜T₀，且T₄＜T₉，则此时太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵工作和第六控制阀打开，从而启动循环四模式，然后转向步骤(3)；

当T_集热器＞T₀，且T₃＜T₂，且T_储热器＜T₁，则此时太阳能控制器仅控制第二控制阀打开、第二供暖循环泵工作、第四控制阀打开和第一控制阀打开，从而启动循环二模式，然后转向步骤(4)；

步骤(2)：直至T₃＝T₂，循环一模式停止运行，首先所述太阳能控制器计算第零温度传感器检测的温度T₀与第一温度传感器检测的温度T₁的温度差值T₀₁，再将储热水箱设定储热温度T_{储热器储热}与差值T₀₁进行比较，当T_{储热器储热}＜T₀₁，则此时太阳能控制器仅控制第一供暖循环泵工作、第零控制阀打开、第一控制阀打开、第二控制阀打开、第二供暖循环泵工作和第五控制阀打开，从而启动循环三模式，然后转向步骤(5)；

步骤(3)：直至T₄＝T₉，循环四模式停止运行；

步骤(4)：直至T₃＝T₂，循环二模式停止运行；

步骤(5)：直至T_{储热器储热}＝T₀₁，循环三模式停止运行。

6.根据权利要求5所述系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，当T_集热器＞T₀，且T₃＜T₂，且T_储热器＞T₁，所述辅助加热装置开始工作，直至T_储热器＝T₁，辅助加热装置停止工作，则此时太阳能控制器仅控制第二控制阀打开、第二供暖循环泵工作、第四控制阀打开和第一控制阀打开，从而启动循环二模式，然后转向步骤(4)。

7.根据权利要求6所述系统的控制方法，其特征在于，所述循环一模式及循环二模式中，所述太阳能控制器计算出第五温度传感器检测的温度T₅与第六温度传感器检测的温度T₆的温度差T₅₆，太阳能控制器控制变频器的工作频率随着T₅₆的变小而逐渐减小直至为零。

8.根据权利要求6或7所述系统的控制方法，其特征在于，所述循环三模式中，所述变频器的工作频率为额定工作频率。

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