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太阳热水工程智能控制系统的设计

信息来源:nooeoo.com  时间:2006-07-14  浏览次数:575

  太阳能热水工程具有环保、节能、经济、投入产出比高等优点,但太阳能能量密度低、加热时间长、每天的太阳辐照量不确定,因此,太阳能供热水具有可靠性差,每天产热水量不确定等缺点,必须采用太阳能与辅助加热相结合的方法来解决热水保证率的问题。如何使太阳能热水系统达到既能充分利用太阳能产生的热水,又能确保热水供应的可靠性,是太阳能热水工程必须解决的问题;另外,太阳能热水系统的可靠性,系统运行的合理性等也是工程设计者必须考虑的问题。以上问题,除了太阳集热器等系统产品本身的质量外,电气控制系统设计的成功与否也是保证该太阳热水系统能否可靠、智能运行的关键。
  控制系统设计应考虑的问题目前,常用的太阳热水系统主要有自然循环系统、强迫循环系统和定温放水系统。不同的太阳热水系统,其控制系统的设计也不同。为了叙述问题的方便,本文仅以比较常用的,带电辅助加热的定温放水太阳热水系统为例,其系统运行主要应考虑以下问题:
  如何实现太阳能加热系统定温出热水;
  当太阳能产生的热水装满储热水箱时,如何继续有效的利用太阳能;
  当太阳能产热水量不足时,如何起动电辅助加热补充所需热水;
  如何既确保热水供应的可靠性,又最大限度地利用太阳能产生的热水,减少不必要的电辅助加热,从而降低运行成本;
  如何解决冬季的防冻问题,系统的漏电保护、过热保护等问题;
  如何实现上述要求的自动化、智能化控制,系统远距离监控等。
  通过深入分析上述六个问题,可以得出如下结论:
  通过检测太阳集热器出口的水温,可以很容易地实现太阳能加热系统定温出热水。这种方式目前广泛的采用,且效果良好。
  当太阳能加热产生的热水装满储热水箱时,可以通过温差循环加热的方法,继续有效地利用太阳能加热。
  对系统应考虑的第1.3、1.4两个问题,可以通过plc可编程控制器来实现智能全自动控制。实际上,控制系统的关键主要是通过对储热水箱水温、水量、时间3个参数的监控和调节来实现的。根据单位时间电辅助加热的产热水量,来确定电加热需要加热的时间。
  通过控制管路和水箱的水温,可以实现系统的防冻问题;根据太阳集热器出口的水温、可以判定系统是否过热;通过检测和调节管路和水箱的水温,可以解决冬季防冻问题;在控制系统中增设漏电保护开关、确保系统接地良好,可以解决系统的漏电保护问题。
  实现系统的智能化全自动控制,关键是根据系统的水温、温差、水量、时间等来确定太阳能或电辅助加热的运行或停止。因此,控制系统应具有自动计算和根据计算结果自动控制的功能。现在plc编程可以很方便的实现上述功能,并可以远距离显示和监控,还可以任意升级控制程序,优化控制功能。
  根据上述分析结果,做出定温放水和电辅助加热系统的智能控制设计方案。为方便理解,将该系统的运行原理结合下面叙述如下。
  正常情况下,太阳能定温加热
  在光照条件下,当太阳集热器内水温达到设定水温时,可在0~100℃之间任意设定,一般设定在45~55℃,plc控制器使供冷水电磁阀自动打开,自来水进入太阳集热器底部,同时将太阳集热器顶部达到设定温度的热水顶入储热水箱;当太阳集热器顶部水温低于设定温度时,plc控制器使供冷水电磁阀自动关闭。如此运行,不断将达到设定温度的热水顶入储热水箱储存。
  储热水箱满水位时,太阳能温差循环加热
  当储热水箱水满时,为了防止水满溢流,plc控制器使太阳能系统自动转入温差循环。当太阳集热器水温高于储热水箱水温时,循环水泵自动启动,将储热水箱内较低温度的水,泵入太阳集热器继续加热,同时将太阳集热器内较高温度的热水顶入储热水箱。如此,通过使储热水箱水温升高的方法储存太阳集热器吸收的太阳能。当用户使用热水,使储热水箱水位下降后,plc控制器使太阳能系统自动转入定温加热。
  太阳能不足时,电辅助加热与太阳能非定温供水
  plc控制器将随时监测储热水箱水位。在天气正常的情况下,储热水箱的水位在一天中不同的时间将达到不同的水位。如果在某一时间内,储热水箱的水位没有达到正常的水位,说明太阳能产热水不足或用户用热水过度。此时plc控制器将使电辅助加热自动启动,对储热水箱内的水进行加热,使储热水箱内的水温升高;当储热水箱内的水温达到设定值时,plc控制器将使太阳能供冷水电磁阀自动打开,使冷水进入太阳集热器,同时将太阳集热器内的非定温水顶入储热水箱,由于较低温度的水进入储热水箱,使储热水箱内的水温降低,水位升高;当储热水水箱内的水温降低设定温度时,太阳能供冷水电磁阀自动关闭;如此不断,实现了电辅助加热补充热水。当储热水箱的水位达到正常水位时,电辅助加热自动停止。
  采用循环供热水的方式,解决供热水管路散热造成的水温降低等问题,确保用户打开淋浴头,很快就出热水。
  储热水箱水位全天24小时不能低于警戒水位
  除了在太阳能加热时间应达到正常水位,在每天下午达到满水位或设定水位外,在其它时间,储热水箱的水位都不低于最低警戒水位,以保证全天24小时供热水。当由于用热水,使水箱水位低于最低警戒水位时,plc控制器使电辅助加热自动启动,使太阳集热器非定温向储热水箱供水;当达到警戒水位时,辅助加热自动停止。
  当由于管路散热或储热水箱散热等原因,使储热水箱水温低于设定值时,plc控制器会自动根据情况选择加热方式。当有太阳时,自动启动太阳能循环水泵,通过太阳能加热储热水箱内的水;当太阳能不足时,自动启动电辅助加热;加热到设定温度后,电辅助加热自动停止。
  水温显示:系统将温控仪探头设置在贮热水箱用水口处,管理者可以通过监控室温度显示仪随时观察到贮热水箱的热水温度。
  水位显示:系统在贮热水箱内设置了水位探头,管理者可以通过监控室水位显示仪随时观察到贮热水箱的水量。
  系统控制器还设置了冬季防冻的措施。以保证冬季管路不会结冰,确保在冬天仍能用热水淋浴。
  上述设计方案,经在全国各地20多个宾馆饭店的太阳热水工程使用,性能稳定、可靠、并达到了智能化全自动控制,用户反映效果良好。
  根据多年来太阳热水系统控制方面积累的经验,我们开发了适合不同类别太阳热水系统的智能全自动控制器,并实现了全球范围的远程监控,控制程序的远程自动升级,为许多太阳能企业和用户提供了高性能智能控制器。作者:杨修

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