CN105299931A - 太阳能热水器热量的计算方法及其太阳能热水器控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能热水器技术领域，尤其涉及一种太阳能热水器控制器，包括MCU、温度采集模块、输出模块、显示模块、输入模块以及电能计量芯片，所述MCU分别与所述温度采集模块、电能计量芯片、显示模块、输入模块、输出模块连接，所述电能计量芯片分别与电压采集传感器、电流采集传感器连接，所述温度采集模块分别与水箱水温传感器和管路水温传感器连接，所述水箱水温传感器安装在水箱上，所述管路水温传感器安装在循环供水干管上，所述输出模块分别与电加热管、循环电动阀、水泵连接。使人们更加直观的了解太阳能热水器节能、省钱的好处，提高了人们使用太阳能热水器的热情。

Description

太阳能热水器热量的计算方法及其太阳能热水器控制器
技术领域
本发明涉及太阳能热水器技术领域，尤其涉及一种太阳能热水器热量的计算方法及其太阳能热水器控制器。
背景技术
现行太阳能热水控制器，不管是一体式太阳能热水器、阳台壁挂分体式太阳能热水器还是集中集热-分户储热形式的太阳能热水器，均只有温度显示、防冻、开启电加热功能，较为先进的具有分时段开启电加热功能。这些工作仅仅满足了日常使用，并没有把太阳能热水器利用免费的可再生能源优势凸显出来，人们也不能直观的了解太阳能的贡献率有多大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种太阳能热水器热量的计算方法及其太阳能热水器控制器，使人们更加直观的了解太阳能热水器节能、省钱的好处，提高人们使用太阳能热水器的热情。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种太阳能热水器热量的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将水箱水温T0初始化，T0＝0；
步骤二、通过温度传感器采集i时刻的水箱水温Ti并记录，并读取上次i-1时刻的水箱温度Ti-1；
步骤三、将Ti和Ti-1进行比较，
若Ti-Ti-1＞0，则通过公式Qi＝ρ×c×V×(Ti-Ti-1)计算出i时刻的水箱热量；其中，Qi为i时刻的热量；ρ为水的密度；c为水的比热，取4285kJ/kg；V为水箱的体积；Ti为i时刻水箱的温度；Ti-1，i-1时刻水箱的温度；再计算水箱累计热量：Qi＝Qi+Qi-1；
若Ti-Ti-1≤0，则通过定时触发器返回步骤二；
步骤四、通过电能计量芯片对输入热水器的电压及电流实时采集，计算出热水器的耗电量Q电；
步骤五、通过公式η＝(Qi-Q电)/Qi计算出节能率η，
步骤六、显示Qi和η，并通过定时触发器返回步骤二进行下一次采集。优选地，在进行太阳能热水器得热量计算的过程中同时进行防盗热控制功能，具体包括如下方法，首先在采集水箱水温Ti的同时采集循环供水干管水温Tp，之后将循环供水干管水温Tp和水箱水温Ti做比较，若Tp-Ti≥5℃，则开启循环电动阀；若Tp-Ti＜5℃，则进行Tp-Ti≤2℃运算，若Tp-Ti≤2℃则关闭循环电动阀，若Tp-Ti＞2℃则不做改变，从而维持电动阀状态，然后在定时器的触发下进行下一次的供水干管水温Tp及水箱水温Ti的采集、判断循环。
一种太阳能热水器控制器，其特征在于：包括MCU、温度采集模块、输出模块、显示模块、输入模块以及电能计量芯片，权利要求1和权利要求2所采用的方法在所述MCU中运行，所述MCU分别与所述温度采集模块、电能计量芯片、显示模块、输入模块、输出模块连接，所述电能计量芯片分别与电压采集传感器、电流采集传感器连接，所述温度采集模块分别与水箱水温传感器和管路水温传感器连接，所述水箱水温传感器安装在水箱上，所述管路水温传感器安装在循环供水干管上，所述输出模块分别与电加热管、循环电动阀、水泵连接。
本发明的有益效果是:本发明主要通过现代电子技术对太阳能热水器水箱水温不断采样，计算出太阳能热水器的总得热量，通过电能计量芯片对输入热水器的电压及电流实时采集，计算出热水器的耗电量。用总得热量减去耗电量得到太阳能热水器的可再生能源利用量(也就是节能量)，用可再生能源利用量除以总得热量得到可再生能源利用率(或节能率)，并实时显示这些能源数据，从而使人们更加直观的了解太阳能热水器节能、省钱的好处，提高了人们使用太阳能热水器的热情。
附图说明
图1是本发明中控制器结构图；
图2是本发明中防“盗热”系统示意图；
图3是本发明中防“盗热”流程图；
图4是本发明中温度采样过程；
图5是本发明中热量计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
一种太阳能热水器热量的计算方法，包括如下步骤：
步骤一、将水箱水温T0初始化，T0＝0；
步骤二、通过温度传感器采集i时刻的水箱水温Ti并记录，采集并读取i-1时刻的水箱温度Ti-1；
常规太阳能热水器在白天日照情况下的升温速率为几分钟到十几分钟升高1℃，而用户用水情况造成的降温速率很快，最快可达每分钟下降1～5℃左右，目前单片机制造的控制器采样间隔很小，一般为秒级或毫秒级，对于太阳能热水器的温度采集，十几秒或几十秒对水箱温度采集一次便可完全捕捉到水箱水温的变化，如图4。
步骤三、将Ti和Ti-1进行比较，
若Ti-Ti-1＞0，则通过公式Qi＝ρ×c×V×(Ti-Ti-1)计算出i时刻的水箱热量；其中，Qi为i时刻的热量；ρ为水的密度；c为水的比热，取4285kJ/kg；V为水箱的体积；Ti为i时刻水箱的温度；Ti-1，i-1时刻水箱的温度；再计算水箱累计热量：Qi＝Qi+Qi-1；
若Ti-Ti-1≤0，则通过定时触发器返回步骤二；
步骤四、通过电能计量芯片对输入热水器的电压及电流实时采集，计算出热水器的耗电量Q电；
步骤五、通过公式η＝(Qi-Q电)/Qi计算出节能率η，
步骤六、显示Qi和η，并通过定时触发器返回步骤二进行下一次采集。步骤一中还同时进行防盗热控制功能，具体包括如下方法，先采集循环供水干管水温Tp，将循环供水干管水温Tp和水箱水温Ti做比较，若Tp-Ti≥5℃，则开启循环电动阀，开启电动阀后通过定时触发器重新进行计算判断；若Tp-Ti＜5℃，则进行Tp-Ti≤2℃运算，若Tp-Ti≤2℃则关闭循环电动阀，若Tp-Ti＞2℃则触动定时触发器，返回采集循环供水干管水温Tp重新计算。
本发明主要通过现代电子技术对太阳能热水器水箱水温不断采样，计算出太阳能热水器的总得热量，通过电能计量芯片对输入热水器的电压及电流实时采集，计算出热水器的耗电量。用总得热量减去耗电量得到太阳能热水器的可再生能源利用量(也就是节能量)，用可再生能源利用量除以总得热量得到可再生能源利用率(或节能率)，并实时显示这些能源数据，系统架构如图1。一种太阳能热水器控制器，包括MCU、温度采集模块、输出模块、显示模块、输入模块以及电能计量芯片，所述MCU分别与所述温度采集模块、电能计量芯片、显示模块、输入模块、输出模块连接，所述电能计量芯片分别与电压采集传感器、电流采集传感器连接，所述温度采集模块分别与水箱水温传感器和管路水温传感器连接，所述水箱水温传感器安装在水箱上，所述管路水温传感器安装在循环供水干管上，所述输出模块分别与电加热管、循环电动阀、水泵连接。
控制功能上除具有常规控制功能(随时开启电加热、分时段预约设定水温)，还具有“防盗热”控制功能。
“防盗热”控制功能：常用于集中集热-分户储热太阳能热水系统，即通过比较管路水温及水箱水温决定是否开启管路循环电动阀，当管路水温大于水箱水温时开启循环支路电动阀，当管路水温小于水箱水温时关闭循环支路电动阀，如图2，图中1为太阳能集热器，2为换热循环泵，3为户内水箱，4为热媒回水管，5为热媒供水管，6为电动阀，7为水箱内部电加热棒，8为水箱内部换热盘管，9为控制器。运行过程如图3所示。所述循环供水干管与所述水箱之间设有循环管路，所述循环电动阀安装在所述循环管路上。
本发明主要通过现代电子技术对太阳能热水器水箱水温不断采样，计算出太阳能热水器的总得热量，通过电能计量芯片对输入热水器的电压及电流实时采集，计算出热水器的耗电量。用总得热量减去耗电量得到太阳能热水器的可再生能源利用量(也就是节能量)，用可再生能源利用量除以总得热量得到可再生能源利用率(或节能率)，并实时显示这些能源数据，从而使人们更加直观的了解太阳能热水器节能、省钱的好处，提高了人们使用太阳能热水器的热情。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种太阳能热水器热量的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将水箱水温T0初始化，T0＝0；
步骤二、通过温度传感器采集i时刻的水箱水温Ti并记录，并读取上次i-1时刻的水箱温度Ti-1；
步骤三、将Ti和Ti-1进行比较，
若Ti-Ti-1＞0，则通过公式Qi＝ρ×c×V×(Ti-Ti-1)计算出i时刻的水箱热量；其中，Qi为i时刻的热量；ρ为水的密度；c为水的比热，取4285kJ/kg；V为水箱的体积；Ti为i时刻水箱的温度；Ti-1，i-1时刻水箱的温度；再计算水箱累计热量：Qi＝Qi+Qi-1；
若Ti-Ti-1≤0，则通过定时触发器返回步骤二；
步骤四、通过电能计量芯片对输入热水器的电压及电流实时采集，计算出热水器的耗电量Q电；
步骤五、通过公式η＝(Qi-Q电)/Qi计算出节能率η，
步骤六、显示Qi和η，并通过定时触发器返回步骤二进行下一次采集。
2.根据权利要求1所述的太阳能热水器热量的计算方法，其特征在于：在进行太阳能热水器得热量计算的过程中同时进行防盗热控制功能，具体包括如下方法，首先在采集水箱水温Ti的同时采集循环供水干管水温Tp，之后将循环供水干管水温Tp和水箱水温Ti做比较，若Tp-Ti≥5℃，则开启循环电动阀；若Tp-Ti＜5℃，则进行Tp-Ti≤2℃运算，若Tp-Ti≤2℃则关闭循环电动阀，若Tp-Ti＞2℃则不做改变，从而维持电动阀状态，然后在定时器的触发下进行下一次的供水干管水温Tp及水箱水温Ti的采集、判断循环。
3.一种太阳能热水器控制器，其特征在于：包括MCU、温度采集模块、输出模块、显示模块、输入模块以及电能计量芯片，权利要求1和权利要求2所采用的方法在所述MCU中运行，所述MCU分别与所述温度采集模块、电能计量芯片、显示模块、输入模块、输出模块连接，所述电能计量芯片分别与电压采集传感器、电流采集传感器连接，所述温度采集模块分别与水箱水温传感器和管路水温传感器连接，所述水箱水温传感器安装在水箱上，所述管路水温传感器安装在循环供水干管上，所述输出模块分别与电加热管、循环电动阀、水泵连接。
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