CN104913515A - 太阳能热水系统及分时段补水与温度控制方法 - Google Patents

太阳能热水系统及分时段补水与温度控制方法 Download PDF

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刘松平
段秋平
陈瑶
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Abstract

本发明公开了太阳能热水系统，包括太阳能集热器、加热水箱、进水管、储热水箱和控制器，加热水箱、储热水箱均设有水位传感器和水温传感器，第一电磁阀、第二电磁阀、加水泵、水位传感器、水温传感器分别与控制器连接。还公开了分时段补水与温度控制方法，包括根据加热水箱的容量，设置不同时间段内的目标水温；在最早的时间段之前，向加热水箱一次性补水至满水位；当加热水箱的水温达到最大目标水温时，第二电磁阀打开，加热水箱与储热水箱水位相同等步骤。本发明设置不同时间段内的目标温度，提高太阳能的利用率，减少辅助热源加热、以及水泵运行带来的电能消耗。

Description

太阳能热水系统及分时段补水与温度控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能热水系统领域，特别涉及一种太阳能集热与循环式空气源热泵分时段检测控制的热水系统以及控制方法。
背景技术
现有的太阳能热水系统实际应用于全年全天候，却大多没有考虑全年不同季节、全天不同时间段内的太阳光线强弱不同所带来太阳能辐射量的不同，于是需要根据不同时间段设置合理的温度值来控制补水，从而尽可能提高太阳能的利用率，而减少辅助热源加热、以及水泵运行带来的电能消耗。
发明内容
本发明的目的是要提供一种分时段补水与温度控制的热水系统，提高太阳能的利用率，减少辅助热源加热、以及水泵运行带来的电能消耗。
根据本发明的一个方面，提供了分时段补水与温度控制的热水系统，包括太阳能集热器、加热水箱、进水管、储热水箱和控制器，加热水箱、储热水箱均设有水位传感器和水温传感器，进水管通过第一电磁阀与加热水箱连通，加热水箱与太阳能集热器连通，加热水箱分别通过加水泵、第二电磁阀与储热水箱连通，第一电磁阀、第二电磁阀、加水泵、水位传感器、水温传感器分别与控制器连接。
由于加热水箱与储热水箱之间设置了包含第二电磁阀的连通器，通过开启第二电磁阀使得加热水箱与储热水箱连通，根据连通器原理，加热水箱的高水位受重力作用，自动流入至储热水箱，减少加水泵的工作，从而减少电能的损耗。
在一些实施方式中，还包括两组空气源热泵，两组空气源热泵分别通过热泵循环泵与加热水箱、储热水箱连通。其中，空气源热泵起到辅助电加热的作用。
在一些实施方式中，加热水箱与太阳能集热器通过集热循环泵连通。其中，集热循环泵使得水流强制经太阳能集热器完成热交换。
根据本发明的另一个方面，提供了分时段补水与温度控制方法，包括如下步骤：
(1)根据加热水箱的容量，设置不同时间段内的目标水温；
(2)在最早的时间段之前，向加热水箱一次性补水至满水位；
(3)当加热水箱的水位低于第一最低水位时，加热水箱继续补水至第一供水水位；
(4)当储热水箱的水位低于第二最低水位时，启动加水泵，补水至第二供水水位；
(5)当加热水箱的水温达到最大目标水温时，第二电磁阀打开，加热水箱与储热水箱水位相同；
(6)当加热水箱的水位低于第三最低水位时，第二电磁阀关闭，储热水箱通过加水泵补水。
本发明设置不同时间段内的目标温度，提高太阳能的利用率，减少辅助热源加热、以及水泵运行带来的电能消耗。
附图说明
图1为本发明一实施方式的太阳能热水系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的太阳能热水系统。
如图1所示，该太阳能包括太阳能集热器1、加热水箱2、进水管3、储热水箱4、空气源热泵5和控制器6，加热水箱2、储热水箱4均设置水位传感器7、水温传感器8，分别用于检测水位及水温，进水管3通过第一电磁阀10与加热水箱2连通，加热水箱2与太阳能集热器1、集热器循环泵14连通，加热水箱2分别通过加水泵11、第二电磁阀12与储热水箱4连通，第一电磁阀10、第二电磁阀12、加水泵11、水位传感器7、水温传感器8分别与控制器6连接。两组空气源热泵5分别通过热泵循环泵13与加热水箱2、储热水箱4连通。加热水箱2与太阳能集热器1通过集热循环泵14连通。
基于上述太阳能热水系统的分时段补水与温度控制方法如下：
在保证相同太阳能使用率的情况下，根据水箱容量的大小，不同时间段内的目标水温的设置为，
①第一个时间段9≥TS1>8时内，目标水温为25℃≥TH1≥23℃；
②第二个时间段10≥TS2>9时内，目标水温为28℃≥TH2≥26℃；
③第三个时间段11≥TS3>10时内，目标水温为30℃≥TH3≥29℃；
④第四个时间段12≥TS4>11时内，目标水温为32℃≥TH4≥31℃；
⑤第五个时间段13≥TS5>12时内，目标水温为35℃≥TH5≥33℃；
⑥第六个时间段14≥TS6>13时内，目标水温为39℃≥TH6≥37℃；
⑦第七个时间段15≥TS7>14时内，目标水温为43℃≥TH7≥41℃；
⑧第八个时间段17≥TS8>15时内，目标水温为50℃≥TH8≥48℃
⑨第九个时间段24≥TS9>17时内，目标水温为TH9≥55℃。
控制器6完成的补水控制：
(1)上午8时前，控制器6控制第一电磁阀10一次性补水至加热水箱2的满水位；
(2)加热水箱2的水位低于第一最低水位(即加热水箱2满水位的1/5)时，控制器6控制第一电磁阀10将加热水箱补水至第一供水水位(即加热水箱2满水位的3/10)；
(3)储热水箱4内的水位低于第二最低水位(即储热水箱4满水位的1/2)时，控制器6启动加水泵11，补水至第二供水水位(即储热水箱4满水位的7/10)；
(4)当加热水箱2内的水温达到55℃(即最大目标水温)时，控制器6打开第二电磁阀12，由连通器原理，使得加热水箱2与储热水箱4水位一致，减少加水泵11的使用，从而降低电能能耗。
(5)当加热水箱2的液位低于第三最低水位(即加热水箱2满水位的1/2)时，控制器6关闭第二电磁阀12，储热水箱4补水只能通过加水泵11补水。
上述水位均由水位传感器7检测，上述水位值根据实际运行情况进行动态调整。
控制器6完成的水温控制如下：
(1)当加热水箱2内的水温在设定的时间段内，水温未达到设定目标温度的最低值，则启动空气源热泵5进行辅助加热至温度范围的最低值，如上午9时，水温传感器8检测水温，如果水温未到达23℃，则启动连接加热水箱的那组空气源热泵5辅助加热至23℃。
(2)当储热水箱4的水温低于50℃，则启动连接储热水箱的那组空气源热泵5加热至55℃。
当在设置的时间段内，目标水温值可以根据实际运行情况进行动态调整，如果水温未能达到指定的目标水温，则启动循环式空气源热泵5辅助加热，通过热泵对水箱内的水加热至目标水温的最低值停止。如果水温在设置的时间段内，水温大于等于目标水温，则空气源热泵5不启动。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.太阳能热水系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、加热水箱(2)、进水管(3)、储热水箱(4)和控制器(6)，所述加热水箱(2)、储热水箱(4)均设有水位传感器(7)和水温传感器(8)，所述进水管(3)通过第一电磁阀(10)与所述加热水箱(2)连通，所述加热水箱(2)与所述太阳能集热器(1)连通，所述加热水箱(2)分别通过加水泵(11)、第二电磁阀(12)与所述储热水箱(4)连通，所述第一电磁阀(10)、第二电磁阀(12)、加水泵(11)、水位传感器(7)、水温传感器(8)分别与所述控制器(6)连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能热水系统，其特征在于，还包括两组空气源热泵(5)，两组所述空气源热泵(5)分别通过热泵循环泵(13)与所述加热水箱(2)、储热水箱(4)连通。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能热水系统，其特征在于，所述加热水箱(2)与所述太阳能集热器(1)通过集热循环泵(14)连通。
4.权利要求1-3任一项所述的太阳能热水系统的分时段补水与温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:根据加热水箱(2)的容量，设置不同时间段内的目标水温；
S2:在最早的时间段之前，向加热水箱(2)一次性补水至满水位；
S3:当加热水箱(2)的水位低于第一最低水位时，加热水箱(2)继续补水至第一供水水位；
S4:当储热水箱(4)的水位低于第二最低水位时，启动加水泵，补水至第二供水水位；
S5:当加热水箱(2)的水温达到最大目标水温时，第二电磁阀(12)打开，加热水箱(2)与储热水箱(4)水位相同；
S6:当加热水箱(2)的水位低于第三最低水位时，第二电磁阀(12)关闭，储热水箱(4)通过加水泵(11)补水。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，加热水箱(2)的补水步骤还包括目标水温未达到每一时间段内最低目标温度、启动空气源热泵(5)辅助加热至该最低目标温度的步骤。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，储热水箱(4)的补水步骤还包括水温低于最大目标水温、启动空气源热泵(5)辅助加热至最大目标水温的步骤。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，第一最低水位为加热水箱满水位的1/5，第二最低水位为储热水箱满水位的1/2，第三最低水位为加热水箱满水位的1/2，第一供水水位为加热水箱满水位的3/10，第二供水水位为储热水箱满水位的7/10。
8.根据权利要求4或5或6所述的控制方法，其特征在于，不同时间段内的目标水温的设置为，
①第一个时间段9≥TS1>8时内，目标水温为25℃≥TH1>23℃；
②第二个时间段10≥TS2>9时内，目标水温为28℃≥TH2>26℃；
③第三个时间段11≥TS3>10时内，目标水温为30℃≥TH3>29℃；
④第四个时间段12≥TS4>11时内，目标水温为32℃≥TH4>31℃；
⑤第五个时间段13≥TS5>12时内，目标水温为35℃≥TH5>33℃；
⑥第六个时间段14≥TS6>13时内，目标水温为39℃≥TH6>37℃；
⑦第七个时间段15≥TS7>14时内，目标水温为43℃≥TH7>41℃；
⑧第八个时间段17≥TS8>15时内，目标水温为50℃≥TH8>48℃
⑨第九个时间段24≥TS9>17时内，目标水温为TH9>55℃。
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