CN110057117A

CN110057117A - 一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法

Info

Publication number: CN110057117A
Application number: CN201910342970.2A
Authority: CN
Inventors: 陈志强
Original assignee: Suzhou Hot Cube New Energy Co Ltd
Current assignee: Suzhou Wuneng Intelligent Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: CN110057117B

Abstract

本发明公开了一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：包括如下步骤：a、基于太阳能制热系统设定控制仪的控制参数；b、依据太阳能制热系统控制仪设定的参数计算辅助能源的加热时间T；c、控制任一时刻热水最少保有量B；d、控制高峰时刻K热水最少预留量A；e、检测保温水箱的水温。本发明在既有太阳能制热方案的基础上，通过多个时间点跟踪计算所需热水量的方法来优化太阳能制热与辅助能源制热的工作逻辑，在保证高峰时刻足额用水量的基础上尽可能的消减辅助能源的使用量，实现最大限度的节约能源。

Description

一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能制热智能控制技术领域，尤其涉及一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法。

背景技术

太阳能热水系统可以将太阳能的辐射能量转化成为加热水的热能，具有较好的节能效果，所以集中式太阳能热水系统已经广泛应用在我国的宾馆、学校、医院等具有一定生活热水需求量的商用场所。太阳能热水系统具有以下特点:(1)当地的日照辐射量直接关系到太阳能总制热水量；(2)当天的天气情况直接关系到当天的太阳能制热水量；(3)在一定温度范围内，水温越低，太阳能加热的效率越高；水温越高，太阳能加热的效率越低；(4)当保温水箱中的水温无法通过太阳能制热到设定温度时必须利用辅助能源来制热水。

因此，囿于太阳能制热能力随着不同的气候变化而变化，所以在各类太阳能热水系统中均需要配置相应的辅助能源，当太阳能无法及时提供足额热水时，系统控制仪可以启动辅助能源来制热，从而保证生活热水的供给。既有的太阳能热水系统控制仪对于辅助能源的控制过程一直采用比较粗放的控制方案，一般是在每天的特定时刻，控制仪判断保温水箱中是否有足量的生活热水，如果没有的话则启动辅助能源制热，以保证在用水高峰时段有足够的热水量。尤其是宾馆型用户的热水需要以下特点：24小时供应生活洗浴热水。每个时段都要有热水可以供应；晚上是热水消耗高峰，所以在晚上的某一时刻之前应保证有不少于设定量的热水。因此服务人员为了保证在极端情况下的热水供应量，往往将判断是否启动辅助能源的特定时刻设置的比较早，需要辅助能源加热的时间比较长，却无法顾及太阳能的后续制热能力，从而白白增加了辅助能源的消耗，对太阳能的利用率也就必然会降低。

为了克服背景技术中的不足与缺陷，本发明提供一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，在既有太阳能制热方案的基础上，通过多个时间点跟踪计算所需热水量的方法来优化太阳能制热与辅助能源制热的工作逻辑，实现最大限度的节约能源。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，在保证高峰时刻足额用水量的基础上尽可能的消减辅助能源的使用量。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，包括如下步骤：

a、基于太阳能制热系统设定控制仪的控制参数，包括高峰时刻K、K时刻要求的热水最少预留量A、任一时刻的热水最少保有量B、辅助能源单位时间制热水量s以及水量允许的上下偏差量d，且A>B>d>0；

b、依据太阳能制热系统控制仪设定的参数计算辅助能源的加热时间T；

c、控制任一时刻热水最少保有量B；

d、控制高峰时刻K热水最少预留量A；

e、检测保温水箱的水温。

进一步地，步骤b所述的辅助能源的加热时间T＝(A-B)/s。

进一步地，步骤c所述的控制任一时刻热水最少保有量B的方法如下：

每间隔一个较短的时间段，控制仪自动检测热水保有量是否少于B，如果少于B，则直接启动辅助能源制热至(B+d)；

进一步地，步骤d所述的控制高峰时刻K热水最少预留量A的方法如下：

结合T的数值的大小，人工设定N个判断时段，在K时刻倒推【T·(N-n)/N】时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·n·T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·n·T/N】；

进一步地，在K时刻倒推【T·(N-n)/N】时间时，其中n表示大于等于1、小于等于N的自然数；

当n＝1时，在K时刻倒推【T·(N-1)/N】时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·T/N】；

当n＝2时，在K时刻倒推【T·(N-2)/N】时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·2T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·2T/N】；

当n＝N-1时，在K时刻倒推{T·【N-(N-1)】/N}时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·(N-1)·T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·(N-1)·T/N】；

依次类推，直至K时刻，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到K时刻要求的热水最少预留量A，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【A+d】。

进一步地，在步骤e所述的检测保温水箱的水温之前，预先在控制仪上设定生活热水温度T_设定，以及设定温度偏差t。

进一步地，步骤f所述的检测保温水箱的水温的方法如下：

每间隔一个较短的时间段，控制仪自动检测保温水箱的水温是否低于(T_设定-t)，如果水温低于(T_设定-t)，则直接启动辅助能源制热直到水温达到T_设定。

进一步地，步骤c所述的控制任一时刻热水最少保有量B方法中的每间隔一个较短的时间段为5-10min，步骤e中所述的检测保温水箱的水温方法中的每间隔一个较短的时间段为5-10min。

进一步地，还包括步骤f检测辅助能源的制热能力，其方法如下：

在辅助能源制热过程中且没有补充冷水时，每间隔一个较短的时间段，及时检测保温水箱热水温度的变化，计算辅助能源实际制热水速度，将实际制热水速度与辅助能源单位时间制热水量s对比，如果实际制热水速度小于s达到60％以上，则迅速发出故障报警信息。

进一步地，在步骤f中所述的每间隔一个较短的时间段为5-10min。

本发明的有益效果是：

1、本发明在既有太阳能制热方案的基础上，通过多个时间点跟踪计算所需热水量的方法来优化太阳能制热与辅助能源制热的工作逻辑，在保证高峰时刻足额用水量的基础上尽可能的消减辅助能源的使用量，实现最大限度的节约能源；

2、本发明还通过计算实际制热水速度来判断辅助能源是否工作异常，可以有效弥补现有控制仪中缺乏设备故障诊断的不足，以便于服务人员及时发现故障，缩短售后服务响应时间。

附图说明

图1为本发明第一实施例的流程示意图。

图2为本发明第二实施例的一流程示意图。

图3为本发明第二实施例的另一流程示意图。

图4为本发明第三实施例的结构示意图。

图5为本发明第四实施例的结构示意图。

图6为本发明第五实施例的结构示意图。

其中：a-f是图1和图2上的步骤识别标记。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法的第一实施例，包括如下步骤：

b、依据太阳能制热系统控制仪设定的参数计算辅助能源的加热时间T，T＝(A-B)/s；

c、控制任一时刻热水最少保有量B，每间隔一个5-10min的时间段，控制仪自动检测热水保有量是否少于B，如果少于B，则直接启动辅助能源制热至(B+d)；

d、控制高峰时刻K热水最少预留量A，结合T的数值的大小，人工设定N个判断时段，在K时刻倒推【T·(N-n)/N】时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·n·T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·n·T/N】，其中n表示大于等于1、小于等于N的自然数，当n＝1时，在K时刻倒推【T·(N-1)/N】时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·T/N】；当n＝2时，在K时刻倒推【T·(N-2)/N】时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·2T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·2T/N】；当n＝N-1时，在K时刻倒推{T·【N-(N-1)】/N}时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·(N-1)·T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·(N-1)·T/N】；依次类推，直至K时刻，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到K时刻要求的热水最少预留量A，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【A+d】；

e、检测保温水箱的水温，每间隔一个5-10min的时间段，控制仪自动检测保温水箱的水温是否低于(T_设定-t)，如果水温低于(T_设定-t)，则直接启动辅助能源制热直到水温达到T_设定，其中T_设定表示设定的生活热水温度，t表示控制仪设定的温度偏差。

本发明在既有太阳能制热方案的基础上，通过多个时间点跟踪计算所需热水量的方法来优化太阳能制热与辅助能源制热的工作逻辑，在保证高峰时刻足额用水量的基础上尽可能的消减辅助能源的使用量，实现最大限度的节约能源。

如图2和图3所示的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法的第二实施例，包括如下步骤：

e、检测保温水箱的水温，每间隔一个5-10min的时间段，控制仪自动检测保温水箱的水温是否低于(T_设定-t)，如果水温低于(T_设定-t)，则直接启动辅助能源制热直到水温达到T_设定，其中T_设定表示设定的生活热水温度，t表示控制仪设定的温度偏差；

f、检测辅助能源的制热能力，在辅助能源制热过程且没有补充冷水时，每间隔一个5-10min的时间段，及时检测保温水箱热水温度的变化，计算辅助能源实际制热水速度，将实际制热水速度与辅助能源单位时间制热水量s对比，如果实际制热水速度小于s达到60％以上，则迅速发出故障报警信息，通过计算实际制热水速度来判断辅助能源是否工作异常，可以有效弥补现有控制仪中缺乏设备故障诊断的不足，以便于服务人员及时发现故障，缩短售后服务响应时间。

如图4所示的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法的第三实施例，包括如下步骤：

a、设定高峰时刻K＝18点(晚上6点)，K＝18点保温水箱中达到一定温度的热水预留量不得少于10吨(A＝10)，任意一时刻热水的保有量不得少于2吨(B＝2)，辅助能源制热水的速度是每小时1吨(s＝1)，水量上下偏差为0.5吨(d＝0.5)，生活热水温度T_设定＝55℃，温度偏差t＝5℃；

b、计算辅助能源的加热时间T＝(10-2)/1＝8(小时)；

c、控制仪每间隔5分钟检测一次保温水箱的保有量，如果热水保有量少于2吨(一般通过保温水箱水位来间接检测)，则直接启动辅助能源制热水至(2+0.5)吨；

d、设定N＝10，每次检查水量的间隔时段为T/N＝0.8(小时)；

晚上6点倒推7.2个小时(8*0.9)，也就是在上午10点48分检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了2.8吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得3.3吨温度为55℃的热水量；

晚上6点倒推6.4个小时(8*0.8)，也就是在上午11点36分检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了3.6吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得4.1吨温度为55℃的热水量；

晚上6点倒推5.6个小时(8*0.7)，也就是在中午12点24分检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了4.4吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得4.9吨温度为55℃的热水量；

晚上6点倒推4.8个小时(8*0.6)，也就是在下午1点12分检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了5.2吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得5.7吨温度为55℃的热水量；

晚上6点倒推4个小时(8*0.5)，也就是在下午2点检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了6吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得6.5吨温度为55℃的热水量；

晚上6点倒推3.2个小时(8*0.4)，也就是在下午2点48分检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了6.8吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得7.3吨温度为55℃的热水量；

晚上6点倒推2.4个小时(8*0.3)，也就是在下午3点36分检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了7.6吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得8.1吨温度为55℃的热水量；

晚上6点倒推1.6个小时(8*0.2)，也就是在下午4点24分检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了8.4吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得8.9吨温度为55℃的热水量；

晚上6点倒推0.8个小时(8*0.1)，也就是在下午5点12份检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了9.2吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得9.7吨温度为55℃的热水量；

在晚上6点检测保温水箱中的热水量是否通过太阳能制热过程达到了10吨，如果有则不启动辅助能源；如果没有，则启动辅助能源加热，以获得10.5吨温度为55℃的热水量；

e、控制仪每间隔5分钟检测一次保温水箱的水温，如果热水温度小于(55-5)℃，则直接启动辅助能源制热直到水温达到55℃；

f、控制仪每间隔5分钟检测一次辅助能源是否在工作，如果在工作，则自动计算辅助能源的制热水速度，并于系统给定的制热水速度1吨每小时进行对比，如果实际制热水速度小于0.6吨每小时，则立即启动辅助能源故障报警。

如图5所示的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法的第四实施例，更具体的来说，图5为本发明辅助能源为循环加热式空气源热泵的太阳能循环制热系统的结构示意图，其中1表示保温水箱，2表示循环泵，3表示太阳能集热系统，4表示补水电磁阀，5表示空气源热泵，6表示循环泵，在需要辅助能源加热时启动空气源热泵将保温水箱中的水不断加热，当保温水箱中的水被加热到(T_设定+t)时，保持辅助能源制热状态，开启补水电磁阀，补充自来水进入保温水箱，至保温水箱温度降至T_设定时关闭补水电磁阀，当保温水箱中的水温再次加热到(T_设定+t)时，再次开启补水电磁阀，如此反复动作，直至水量达到目标水量为止；在本实施例中，通过在太阳能循环制热系统的基础上按照本发明一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法实时监测保温水箱中的热水量的变化并控制辅助能源的启闭，以保证任一时刻热水最低保有量B和晚上热水预留量A的要求。

如图6所示的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法的第五实施例，更具体的来说，图6为本发明辅助能源为一次加热式空气源热泵的太阳能循环制热系统的结构示意图，其中1表示保温水箱，2表示循环泵，3表示太阳能集热系统，4表示补水电磁阀，5表示空气源热泵，6表示补水电磁阀，在需要辅助能源加热时启动空气源热泵和补水电磁阀8，空气源热泵内有恒温阀，控制补水流量使得空气源热泵出水的水温稳定在T_设定左右，也就是说，流经空气源热泵的自来水一次性加热成为设定温度的热水进入保温水箱，直至保温水箱的水量达到目标水量为止；在本实施例中，通过在太阳能循环制热系统的基础上按照本发明一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法实时监测保温水箱中的热水量的变化并控制辅助能源的启闭，以保证任一时刻热水最低保有量B和晚上热水预留量A的要求。

如图5和图6所示的是太阳能循环制热系统采用两种不同类型的辅助能源，但是不以此为限制，例如当辅助能源为电加热或者蒸汽时，如果需要辅助能源加热，则开启电加热或者打开蒸汽阀加热保温水箱中的水，当保温水箱中的水被加热到(T_设定+t)时，保持辅助能源制热状态，开启补水电磁阀，补充自来水进入保温水箱，至保温水箱温度降至T_设定时关闭补水电磁阀，当保温水箱中的水温再次加热到(T_设定+t)时，再次开启补水电磁阀，如此反复动作，直至水量达到目标水量为止。

如图5和图6所示的是一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法在太阳能循环制热系统中的应用，举例说明是为了更加详细的阐述本发明在实际中的应用，但是并不以此为限制，太阳能循环制热系统是较为常见的太阳能热水系统，本发明能够应用于其他类型的太阳能制热系统，比如太阳能一次制热系统等等。

如图1至图6所示的本发明一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法的实施例中提及的控制仪为NDS51太阳能集热工程智能控制仪，NDS51太阳能集热工程智能控制仪是专为太阳能集热工程实现全自动运行而设计的配套控制仪表，关于NDS51太阳能集热工程智能控制仪的结构组成、功能说明、在太阳能集热工程的应用原理等均为现有技术，因此不在本申请中赘述。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

c、控制任一时刻热水最少保有量B；

d、控制高峰时刻K热水最少预留量A；

e、检测保温水箱的水温。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：步骤b所述的辅助能源的加热时间T＝(A-B)/s。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：步骤c所述的控制任一时刻热水最少保有量B的方法如下：

每间隔一个较短的时间段，控制仪自动检测热水保有量是否少于B，如果少于B，则直接启动辅助能源制热至(B+d)。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：步骤d所述的控制高峰时刻K热水最少预留量A的方法如下：

结合T的数值的大小，人工设定N个判断时段，在K时刻倒推【T·(N-n)/N】时间，检测保温水箱中满足设定温度的热水量是否达到【B+s·n·T/N】，如果没有达到，则启动辅助能源，以获得设定温度的热水量【B+d+s·n·T/N】。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：在K时刻倒推【T·(N-n)/N】时间时，其中n表示大于等于1、小于等于N的自然数；

6.根据权利要求1所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：在步骤e所述的检测保温水箱的水温之前，预先在控制仪上设定生活热水温度T_设定，以及设定温度偏差t。

7.根据权利要求6所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：步骤f所述的检测保温水箱的水温的方法如下：

每间隔一个较短的时间段，控制仪自动检测保温水箱的水温是否低于(T _设定-t)，如果水温低于(T_设定-t)，则直接启动辅助能源制热直到水温达到T_设定。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：步骤c所述的控制任一时刻热水最少保有量B方法中的每间隔一个较短的时间段为5-10min，步骤e中所述的检测保温水箱的水温方法中的每间隔一个较短的时间段为5-10min。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：还包括步骤f检测辅助能源的制热能力，其方法如下：

10.根据权利要求9所述的一种太阳能热水系统辅助能源的智能控制方法，其特征在于：在步骤f中所述的每间隔一个较短的时间段为5-10min。