一種帶遠程監控和能量計量功能的太陽能熱水系統的製作方法

2023-12-10 13:48:37 1

本實用新型涉及一種太陽能熱水系統，具體涉及一種帶遠程監控和能量計量功能的太陽能熱水系統。

背景技術：

當今世界，能源已經成為制約世界各國經濟社會發展的主要因素之一。我國是能源消費大國，由於能源過度消耗以及結構不合理已引起嚴重的環境汙染。

太陽能作為無汙染的綠色能源是實現「節能減排」的有效手段。太陽能光熱利用在我國的新能源領域中貢獻最大、影響最廣、實用性最強、普及率最高、自有技術含量最高，其中太陽能熱水器的發展最為迅速，產業規模巨大，一直保持快速增長態勢。隨著城市化進程的推進，鼓勵太陽能熱利用發展的政策相繼出臺，太陽能熱利用正向建築一體化、工程化方向發展。目前太陽能熱水工程已在在醫院、遊泳館以及工農業上得到迅速應用。幾年來，我國太陽能熱水系統工程市場以每年40％以上速度增長。但是常規的太陽能熱水系統受季節和天氣影響較大、熱流密度低，加熱周期長，無法全天候供熱水，在冬季和陰雨天氣下需要輔助熱源加熱，導致各種形式的太陽能直接熱利用系統在應用上都受到一定的限制。熱泵熱水技術是基於熱泵技術之上的一種熱水供應方式，應用少量的電能作為驅動力，並以製冷劑作為主要的載體，可以不斷的吸收到空氣當中難以利用的熱能，從而轉化為可利用的熱能再把熱能全面釋放到水當中，以製取到生活熱水，從而達到生活熱水的需要。這種方式水電分離，無廢煙廢熱排出，能效比高，具有安全環保，節約能源、不受陽光輻照度影響等優點。將空氣源熱泵機組和太陽能集熱系統兩者有機組合，既可充分利用太陽能，又可節約輔助能源，最大限度降低運行成本，節省費用。然而，太陽能-熱泵熱水工程遠比家用太陽能熱水器複雜，對系統的運行穩定性、可靠性提出更高要求，需要遠程監控系統運行狀態，並及時進行維護和處理。我國幅員遼闊，氣候多樣，太陽能熱利用系統形式多樣，系統複雜，管理難度大。使用傳統的人工定期巡檢、管理顯得費時又費力，迫切需要太陽能熱水工程具備遠程監控和故障診斷功能。另外，現有太陽能熱水工程由於缺乏節能減排權威、準確的計量數據，無法讓用戶直觀地認識到太陽能利用效益，也無法得到政府的認同和節能補貼。合同能源管理和碳交易項目由於缺乏可信的計量系統，導致實際節能指標不明確，容易對節能效果產生爭議，最終導致項目失敗的實例屢有發生。

因此，實現太陽能熱水工程遠程監控和能耗計量管理已成為了太陽能熱利用行業亟待 需要解決的問題。針對太陽能-熱泵熱水工程地域分布範圍廣、管理難度大、節能指標不明確等問題，開發了基於物聯網多維信息通訊，能耗計量分析和實時智能監控為一體的「一種帶遠程監控和能量計量功能的太陽能熱水系統」。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種帶遠程監控和能量計量功能的太陽能熱水系統，是基於物聯網多維信息通訊，能耗計量分析和實時智能監控為一體的基於物聯網能量優化控制的太陽能熱水系統。

本發明採用的方案如下：一種帶遠程監控和能量計量功能的太陽能熱水系統，主要由太陽能制水系統和遠程監控與能量計量模塊二大部分組成；太陽能制水系統包括太陽能集熱子系統，空氣源熱泵加熱子系統、熱水儲存裝置、熱水供應裝置；遠程監控與能量計量模塊包括現場控制器、測量傳感器、測量溫度儀器表、信號採集器、數據中繼器、數據傳輸子系統、數據監控中心組成；太陽能集熱子系統通過供水管道和熱水儲存裝置連接，熱水儲存裝置通過供水管道分別和熱水供應裝置及其空氣源熱泵加熱子系統連接，現場控制器分別和太陽能集熱子系統，空氣源熱泵加熱子系統、熱水儲存裝置、熱水供應裝置連接，測量傳感器分別和太陽能集熱子系統，空氣源熱泵加熱子系統、熱水儲存裝置、熱水供應裝置連接，測量溫度儀器表分別和太陽能集熱子系統，空氣源熱泵加熱子系統、熱水儲存裝置、熱水供應裝置連接；現場控制器和信號採集器連接，信號採集器和數據中繼器連接，數據中繼器和數據傳輸子系統連接、數據傳輸子系統和數據監控中心連接。

本發明所述數據監控中心通過路由器連接，路由器和手機APP、平板電腦APP、電腦APP無線連接。

本發明所述現場控制器為觸摸型智能控制器，該觸摸型控制器採用真彩觸控螢幕構成，具有強大的功能，包括詳細的用戶參數設置、專家設置、系統參數設置、報警歷史查詢。可以進行多時段。觸控螢幕採用全中文的操作界面，簡單易用。在功能方面，用戶可以通過觸摸型控制器對系統的運行狀態、各項指標數據進行實時監測，並可以根據工程具體情況，配置工程模式，選擇合適的控制策略及控制參數，還可以對熱水系統中的泵、閥門進行實時控制，當系統出現工作異常或故障時，觸控螢幕能自動提示故障並報警。

本發明所述數據中繼器(也叫數據採集器)承擔了電能表、熱量表、信號採集器以及其它數字儀表實時數據採集、處理，存儲、計算、加密、協議轉換、通訊管理等多項關鍵工作，是現場採集和監控層的核心設備。該數據中繼器採用了ARM-CortexM3的系列32位單片機為核心，帶有2路全隔離的RS354通訊、1路標準乙太網接口以及GPRS無線通信接口， 其主要功能如下：實時數據採集，實時數據標定，統計累計數據，節能指標計算系統，故障判斷，數據計算參數可配置，儀表通信地址可配置，SD卡數據存儲，XML格式封裝，AES數據加密，MD5身份驗證，乙太網/GPRS遠程通信。

本發明還包括遠程監控軟體和能量計量統計與分析軟體；遠程監控軟體應能對太陽能熱水系統的實時運行信息和數據進行接收、處理、存儲、顯示、查詢和故障報警，並可生成統計報表，顯示內容至少包括：環境溫度、集熱器出口溫度、儲水箱溫度和儲水箱液位高度以及主要開關量狀態信息，能量計量統計與分析軟體應能對太陽能熱水系統的實時相關能耗數據進行自動接收，處理、存儲、顯示、查詢、統計和分析，並可生成統計報表。

本發明的優點是：該系統具有能源利用率高、節能顯著、運行可靠、精確計量、監控報警功能齊全、數據分析功能完備、可實現對系統運行參數和節能減排等指標全方位遠程監測等特點，可廣泛適用於小區住宅供水、商業用水、建築採暖以及工業、農業、畜牧業等熱水利用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

在圖中，太陽能集熱子系統1，熱水儲存裝置2、熱水供應裝置3，空氣源熱泵加熱子系統4，現場控制器5、測量傳感器6、測量溫度儀器表7、信號採集器8、數據中繼器9、數據傳輸子系統10、數據監控中心11，路由器12，手機APP13、平板電腦APP14、電腦APP15。

具體實施方式

如圖1所示，本發明是這樣來工作和實施的，一種帶遠程監控和能量計量功能的太陽能熱水系統，主要由太陽能制水系統和遠程監控與能量計量模塊二大部分組成；太陽能制水系統包括太陽能集熱子系統1，空氣源熱泵加熱子系統4、熱水儲存裝置2、熱水供應裝置3；遠程監控與能量計量模塊包括現場控制器5、測量傳感器6、測量溫度儀器表7、信號採集器8、數據中繼器9、數據傳輸子系統10、數據監控中心11組成；太陽能集熱子系統1通過供水管道和熱水儲存裝置2連接，熱水儲存裝置2通過供水管道分別和熱水供應裝置3及其空氣源熱泵加熱子系統4連接，現場控制器5分別和太陽能集熱子系統1，空氣源熱泵加熱子系統4、熱水儲存裝置2、熱水供應裝置3連接，測量傳感器5分別和太陽能集熱子系統1，空氣源熱泵加熱子系統4、熱水儲存裝置2、熱水供應裝置3連接，測量溫度儀器表7分別和太陽能集熱子系統1，空氣源熱泵加熱子系統4、熱水儲存裝置2、熱水供應裝置3連接；現場控制器5和信號採集器8連接，信號採集器8和數據中繼器9連接，數據中繼器9和數據傳輸子系統10連接、數據傳輸子系統10和數據監控中心11連接；所述數據監控中心11通 過路由器12連接，路由器12和手機APP13、平板電腦APP14、電腦APP15無線連接。

本發明太陽能集熱量計量和統計精度的測量方法，其特徵在於方法步驟如下：

(1)試驗用冷水應該採用該系統投入實際使用的用水；

(2)打開系統冷水閥門向儲水箱注水，至滿水時關閉系統冷水閥門，測量並計算出儲熱水箱的試驗水量Vtank；

(3)啟動儲水箱的混水裝置進行混水，使儲水箱上下部水溫差在1℃以內，並記錄初始儲水平均溫度ttank0；

(4)實驗開始時，將儲水箱上限溫度設為最高，打開太陽能集熱管道閥門與水泵，並關閉所有其它閥門與水泵；

(5)啟動遠程計算系統檢測軟體，對測試相關數據進行自動記錄，當運行時間達2小時時停止試驗；

(6)關閉集熱管道的閥門與水泵，啟動儲水箱的混水裝置進行混水，使混水箱上下部水溫溫差在1℃以內；

(7)記錄試驗結束時儲水箱平均溫度ttank1，讀取試驗期間由太陽能遠程計算系統記錄的各採集周期的太陽能集熱量，並統計其累計值∑Qc，並按(1)計算水箱的得熱量：

Qtank＝∑cfρ×Vtank×(ttank1-ttank0) (1)

(8)太陽能集熱量計量和統計精度用公式(2)進行計算；

空氣能源熱泵供熱量計量和統計精度、系統總耗電量和統計精度、空氣源熱泵耗電量計量和統計精度的測量，應進行如下步驟：

(1)試驗用冷水應該採用該系統投入實際使用的用水；

(2)打開系統冷水閥門向儲水箱注水，至滿水時關閉系統冷水閥門，測量並計算出儲熱水箱的試驗水量Vtank；

(3)啟動儲水箱的混水裝置進行混水，使儲水箱上下部水溫差在1℃以內，並記錄初始儲水平均溫度ttank0、系統總耗電累積初值AllE sys0和熱泵累積耗電初值hp0；

(4)實驗開始時，將空氣源熱泵啟動目標溫度設為最高值，打開空氣源熱泵管道的閥門和 水泵，並關閉所有其它閥門和水泵；

(5)試驗開始時，啟動遠程計算系統檢測軟體，對測試相關數據進行自動記錄，當運行時間達2小時時停止試驗；

(6)關閉空氣源熱泵管道的閥門和水泵，啟動儲水箱的混水裝置進行混水，使混水箱上下部水溫溫差在1℃以內；

(7)記錄試驗結束時儲水箱平均溫度ttank1、系統總耗電累積初值AllE sys0和熱泵累積耗電初值hp0，讀取試驗期間由太陽能遠程計算系統記錄的各採集周期的熱泵供熱量、系統總耗電量、熱泵耗電量，並分別計算其累計值∑Qhp、∑Esys、∑Ehp，同時按公式(1)計算水箱的得熱量Qtank；

(8)熱泵供熱量計量和統計精度用公式(3)計算；

(9)系統總耗電計量的統計精度公式(4)計算；

(10)空氣源熱泵耗電量計量的統計精度公式(5)計算；

熱水系統供熱量計量和統計精度的測量，應進行如下步驟：

(1)試驗用冷水應該採用該系統投入實際使用的用水；

(2)打開系統冷水閥門向儲水箱注水，至滿水時關閉系統冷水閥門，測量並計算出儲熱水箱的試驗水量Vtank0；

(3)啟動儲水箱的混水裝置進行混水，使儲水箱上下部水溫差在1℃以內，並記錄初始儲水平均溫度ttank；

(4)實驗開始時，打開太陽能用戶供水管道和用戶側所有供水龍頭，並關閉所有其它閥門和水泵；

(5)啟動遠程計算系統檢測軟體，對測試相關數據進行自動記錄，當儲水箱水位下降到高 度30％左右或試驗時間達2小時時停止試驗；

(6)關閉太陽能用戶供水管道的水泵、閥門和所有供水龍頭，測量並計算出試驗結束時的水量Vtank1；

(7)讀取試驗期間由太陽能遠程計量系統記錄的各採集周期的熱水系統供熱量，並計算其累積值∑Qsh，並按(6)計算水箱的損失熱量；

Qtank＝∑cfρ×(Vtank1-Vtank0)×ttank1 (6)

(8)熱水系統供熱量計量和統計精度用公式(7)計算；