CN207815742U - 太阳能热水工程控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种太阳能热水工程控制系统，其特征在于，包括：太阳能集热板、产热水箱储热水箱、集热板出水管、集热板温差循环水管等装置和控制器。太阳能集热板通过水管与储热水箱连接形成集热回路，主辅助加热设备通过水管与储热水箱连接形成辅助加热回路，用户供水管和回水管与用户端连接形成供热回路。控制器与装置部分通过传感器连接；传感器将获取到的信号传送到MCU，经运算和处理模块处理后通过控制输出模块和通信模块发出指令对装置部分中的多个电磁阀和水泵分别进行控制。本实用新型解决太阳能热水工程在部件数量和安装方式上的差异所带来的控制问题，可显著降低太阳能热水工程与建筑一体化设计和施工的难度。

Description

太阳能热水工程控制系统

技术领域

本实用新型涉及热利用控制领域，具体涉及一种太阳能热水工程控制系统。

背景技术

太阳能热水工程控制系统承担了运行现场的监测和控制任务，它的功能和质量直接影响着热水系统的运行性能。现有太阳能热水器控制系统或热水工程控制系统大多采用定制方案，即根据不同的用户需求设计不同的控制策略。实用新型专利（授权公告号CN204421402 U）提出一种太阳能热水器控制系统，对储水箱水位、水温等进行检测和显示，具有防漏电、防干烧等功能。发明专利（申请公告号CN 105258356 U）提出一种智能太阳能热水系统，系统包括循环水箱和补给水箱，能够依据传感器信息，自动控制水箱的水位。分析以上研究可知现有控制系统设计模式存在很大的弊端：由于每个工程的控制策略都不尽相同，研发人员无法确保每个控制器的质量，系统扩展性差，而且控制水平良莠不齐，节能效率不高，故无法满足用户的个性化设置及太阳能热水工程发展的需求。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种太阳能热水工程控制系统，其特征在于，包括：装置部分和控制器；所述装置部分包括：太阳能集热模块、水箱、多个电磁阀、多个水泵、多根水管和辅助加热设备；所述太阳能集热模块与水箱通过设有电磁阀和水泵的集热板出水管连接；所述太阳能集热模块和水箱分别设置有设有水泵的进冷水管和设有水泵的定温进水管；所述控制器包括：MCU（微控制单元，Microcontroller Unit）、传感器、运算和处理模块、控制输出模块和通信模块；所述控制器与装置部分通过传感器连接；所述传感器将获取到的信号传送到MCU，经运算和处理模块处理后通过控制输出模块和通信模块发出指令对所述装置部分中的多个电磁阀和水泵分别进行控制；所述辅助加热设备包括主辅助加热设备和次辅助加热设备；所述太阳能集热模块与水箱之间还设置有设有水泵的温差循环管；所述水箱上设置有带水泵的用户供水管和带电磁阀的回水管；所述传感器包括温度传感器和液位传感器；所述太阳能集热模块的入水口、出水口、回水管和水箱的底部设置有温度传感器；所述水箱的底部设置有液位传感器；进冷水管和集热板出水管上设置有远传水表。

进一步地，所述太阳能集热模块包括一组或多组并联的太阳能集热板；每一组所述太阳能集热板上都设有集热板出水管、定温进水管和温差循环管。

进一步地，所述水箱包括产热水箱和供热水箱；所述集热板出水管连接太阳能集热板的出水口和产热水箱的进水口；所述进冷水管设置在产热水箱上；所述温差循环管连接产热水箱的出水口和太阳能集热板的入水口；所述产热水箱的出水口通过产供循环的下循环管连接到供热水箱的入水口，所述产热水箱的入水口通过产供循环的上循环管连接到供热水箱的出水口；所述供热水箱通过用户供水管向用户供应热水，通过回水管构成供热水回路。

进一步地，所述主辅助加热设备连接至产热水箱；所述次辅助加热设备连接至产热水箱。

进一步地，所述产热水箱和供热水箱结构相同，可相互调换。

优选地，所述主辅助加热设备为空气源热泵或者燃油炉；所述次辅助加热设备为电热装置。

优选地，所述控制器还包括：供电电源模块和存储模块；MCU分别与供电电源模块、传感器、运算和处理模块、存储模块、控制输出模块和通信模块连接。

本实用新型解决太阳能热水工程在部件数量和安装方式上的差异所带来的控制问题，可显著降低太阳能热水工程与建筑一体化设计和施工的难度。

本实用新型相比于现有技术的优势在于：结构简单、功能丰富、扩展性强、抗故障能力强、节能效率高，且可以根据建筑物结构和用户需求，配置系统主要部件和安装方式，可灵活地实现太阳能中央热水工程与建筑一体化设计，达到降低影响原建筑外观和施工难度的目的。

本实用新型的有益效果是：第一，无需改变控制器的硬件和软件系统，就可以根据建筑物结构和用户需求，配置系统主要部件和安装方式，可灵活地实现太阳能热水工程与建筑一体化设计。第二，提出异常报警的通信处理机制，使异常报警数据区别于正常数据被动上传方式，实现异常报警数据主动上传和重发机制，保证了异常报警数据传输的实时性，确保技术人员能及时了解系统异常信息。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

图1为本实用新型实施例中系统组件及连接示意图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

如图1所示，在本实施方式中采用双水箱模式，即安装一组太阳能集热板1，辅助加热设备接供热水箱3。系统包括太阳能集热板1、产热水箱2、供热水箱3、集热板出水管9、温差循环水管5、进冷水管6、定温进水管13、主辅助加热设备8、次辅助加热设备4、用户供水管50和回水管14，多个电磁阀和水泵，控制器。其中，太阳能集热板1利用太阳能来对产热水箱2中的水进行加热；产热水箱2用来存储由建筑的自来水管道输入的冷水；供热水箱3向建筑用户供应热水；在阴雨天气太阳能产生的热水不够的情况下，主辅助加热设备8和次辅助加热设备4进行补充，优先使用主辅助加热设备8。

太阳能集热板1的入水口与定温进水管13连接，太阳能集热板1的出水口通过集热板出水管9连接到产热水箱2的进水口，产热水箱2的出水口通过温差循环管5连接到太阳能集热板1的入水口，产热水箱2的出水口通过产供循环的下循环管21连接到供热水箱3的入水口，产热水箱2的入水口通过产供循环的上循环管25连接到供热水箱3的出水口，供热水箱3通过用户供水管50向用户供应热水，通过回水管14构成供热水回路。

太阳能集热板1的入水口安装有温度传感器11，太阳能集热板1的出水口安装有温度传感器12，产热水箱2的底部安装有温度传感器15和液位传感器16，供热水箱3的底部安装有温度传感器17和液位传感器18，回水管14上安装有温度传感器23，进冷水管6上安装有远传水表20，集热板出水管9上安装有远传水表21。

太阳能集热板的工作原理：产热水箱2的温度传感器15和液位传感器16采集产热水箱2的水温和水位，太阳能集热板1出水口的温度传感器12采集太阳能集热板1的出水口温度，当产热水箱2中的水位达到最高值，同时产热水箱2中水温与太阳能集热板1出水口水温之差到达设定值时，开启温差循环泵（水泵）51，将产热水箱2中温度相对较低的水从太阳能集热板1入口泵入，使太阳能集热板1中温度相对较高的水排入产热水箱2中；当上述温差下降到设定之后，停止温差循环控制。

当太阳能集热板1出水口温度达到设定值而且产热水箱中的水位未达到最高水位时，开启该路定温进水水泵7将冷水从太阳能集热板1入口泵入，使太阳能集热板1中的热水进入产热水箱，当太阳能集热板1出水口温度降至设定值时，停止定温循环控制。

辅助加热设备的工作原理：供热水箱3的温度传感器17和液位传感器18采集供热水箱3的水温和水位，在配有辅助加热设备的供热系统中，当供热水箱3中的水温低于设定值时且供热水箱3中的水位高于最低水位，如果当前时间处在辅助加热时间段内则自动启动辅助加热设备，当供热水箱3中的水温到达设定温度时，辅助加热设备停止运行。将辅助加热时间段设置中的时段定义成6个时段，相关参数可由界面设置，如下表1所示，起始和结束时间采用HH：MM形式，能控制到分钟。

表1

该太阳能热水工程控制系统具有产供循环功能：当供热水箱3的水位低于设置值时，能够自动将产热水箱2中的热水泵入供热水箱3，直至到达设置值为止。

当供热水箱3的水位和产热水箱2的水位在安全水位和满水位之间并且产热水箱2与供热水箱3的水温差大于温差条件上限，或当供热水箱3水温达到设定值并且产热水箱2与供热水箱3的水温差大于温差条件上限，能够自动进行热交换（两个循环泵均启动），热平衡后停止供热水箱向产热水箱2泵水，保持产热水箱2向供热水箱3泵水，直到供热水箱3的水位到达最高位为止。

该太阳能热水工程控制系统可以进行水位监控，将产热水箱2、供热水箱3分时段水位设置中的时段定义成6个时段，相关参数可由界面设置，如表2所示，起始和结束时间采用HH：MM形式，能控制到分钟。根据太阳能辐照度特点和用户用水特点来设置各个时段的水位值。

表2

在产热系统中，当产热水箱2中的水位达到最低水位时，自动启动进冷水控制阀10向产热水箱2注水，当产热水箱2水位到达设定水位后停止注水。在供热系统中，当供热水箱3中的水位达到最低水位时，自动启动供水泵24将产热水箱2中的水泵入供热水箱3，当供热水箱3水位到达设定水位后停止注水。

在有辅助加热设备的系统中，需要启动主辅助加热设备8时，供热水箱3的水位能够根据当前太阳能产热量（所有贮热水箱的水位和水温）、当前时段水位设置值和自动估算的当前用水量来确定，达到保证热水供应的前提下，尽可能减少辅助加热设备的运行时间。

该太阳能热水工程控制系统具有报警和保护功能，出现以下任意一种情况时能够自动产生报警信号：（1）产热水箱2或供热水箱3中的水位低于最低水位预置值；（2）产热水箱2或供热水箱3中的水位高于最高水位预置值；（3）产热水箱2或供热水箱3中的水温超过最高温度预置值；（4）太阳能集热板1或水管水温低于最低温度预置值。

当出现上述情况（3）时，自动启动高温保护功能，即停止温差循环或辅助加热设备的运行；当出现上述情况（4）时，自动启动防冻保护功能，即启动温差循环，使太阳能集热板1和各连接管道不结冰，保持水流畅通。

本实施例的控制方法，包括以下步骤：1）通过热水工程主控制器定时采集太阳能集热子系统、太阳能供热子系统和辅助加热子系统的状态信息和环境信息；2）将太阳能集热子系统、太阳能供热子系统和辅助加热子系统的状态信息和环境信息与预设的信息进行比较和计算。3）将比较和计算的结果转化为控制逻辑，生成相应指令控制电磁阀和水泵的运行。

其中，步骤2）包括步骤2a)检测企业集控与管理中心是否有下发最新的配置值。步骤2b)若有则使用最新的配置值，否则使用默认的配置值。

其中，状态信息选自如下信息：太阳能集热板1的入水口温度、太阳能集热板的1出水口温度、储热水箱3的水温、储热水箱3的水位和回水水温。环境信息选自如下信息：太阳能总辐照度和环境温度。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的太阳能热水工程控制系统，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种太阳能热水工程控制系统，其特征在于，包括：装置部分和控制器；所述装置部分包括：太阳能集热模块、水箱、多个电磁阀、多个水泵、多根水管和辅助加热设备；所述太阳能集热模块与水箱通过设有电磁阀和水泵的集热板出水管连接；所述太阳能集热模块和水箱分别设置有设有水泵的进冷水管和设有水泵的定温进水管；所述控制器包括：MCU、传感器、运算和处理模块、控制输出模块和通信模块；所述控制器与装置部分通过传感器连接；所述传感器将获取到的信号传送到MCU，经运算和处理模块处理后通过控制输出模块和通信模块发出指令对所述装置部分中的多个电磁阀和水泵分别进行控制；所述辅助加热设备包括主辅助加热设备和次辅助加热设备；所述太阳能集热模块与水箱之间还设置有设有水泵的温差循环管；所述水箱上设置有带水泵的用户供水管和带电磁阀的回水管；所述传感器包括温度传感器和液位传感器；所述太阳能集热模块的入水口、出水口、回水管和水箱的底部设置有温度传感器；所述水箱的底部设置有液位传感器；进冷水管和集热板出水管上设置有远传水表。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水工程控制系统，其特征在于：所述太阳能集热模块包括一组或多组并联的太阳能集热板；每一组所述太阳能集热板上都设有集热板出水管、定温进水管和温差循环管。

3.根据权利要求2所述的太阳能热水工程控制系统，其特征在于：所述水箱包括产热水箱和供热水箱；所述集热板出水管连接太阳能集热板的出水口和产热水箱的进水口；所述进冷水管设置在产热水箱上；所述温差循环管连接产热水箱的出水口和太阳能集热板的入水口；所述产热水箱的出水口通过产供循环的下循环管连接到供热水箱的入水口，所述产热水箱的入水口通过产供循环的上循环管连接到供热水箱的出水口；所述供热水箱通过用户供水管向用户供应热水，通过回水管构成供热水回路。

4.根据权利要求3所述的太阳能热水工程控制系统，其特征在于：所述主辅助加热设备连接至产热水箱；所述次辅助加热设备连接至产热水箱。

5.根据权利要求4所述的太阳能热水工程控制系统，其特征在于：所述产热水箱和供热水箱结构相同，可相互调换。

6.根据权利要求1所述的太阳能热水工程控制系统，其特征在于：所述主辅助加热设备为空气源热泵或者燃油炉；所述次辅助加热设备为电热装置。

7.根据权利要求1所述的太阳能热水工程控制系统，其特征在于：所述控制器还包括：供电电源模块和存储模块；MCU分别与供电电源模块、传感器、运算和处理模块、存储模块、控制输出模块和通信模块连接。