本實用新型涉及雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)的控制裝置，本實用新型尤其涉及變化最低水位的雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)的控制裝置。

背景技術(shù)：

目前，國家大力發(fā)展可再生能源的利用，太陽能熱水系統(tǒng)是太陽能利用中的一種最常用的方式。但太陽輻射量隨季節(jié)、晝夜變化，同時還受天氣變化等隨機因素的強烈影響，具有很大的不穩(wěn)定性，同時由于用戶用水習(xí)慣的不同，導(dǎo)致各時段用水量差別很大，為此太陽能熱水系統(tǒng)均配備了輔助熱源，而輔助熱源能耗也成為太陽能熱水系統(tǒng)的主要能耗，如何在滿足用戶用水需求的情況下，盡量減少輔助熱源的開啟時間是減少太陽能熱水系統(tǒng)能源消耗的主要方向。

常規(guī)的集中式太陽能熱水系統(tǒng)如圖1，系統(tǒng)主要包括太陽能集熱器，輔助熱源，儲熱水箱及控制系統(tǒng)，基本運行原理如圖1所示：首先在夜間通過補水管路7為儲熱水箱補充定量的水，其中儲熱水箱的容積是按照規(guī)范《太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程工程驗收技術(shù)規(guī)范》選取，其次，使用溫差控制集熱循環(huán)時，當(dāng)集熱器9上部溫度與儲熱水箱1的溫度大于設(shè)定值(如5℃)時，集熱循環(huán)泵8開啟，系統(tǒng)進行集熱循環(huán)，當(dāng)用水終端用戶10開始用水前一段時間(如1h)，判斷太陽能儲熱水箱1中的水溫是否滿足設(shè)定值(如60℃),如未達到，開啟循環(huán)加熱泵2，利用輔助熱源3循環(huán)進行加熱，使水溫達到設(shè)定值(60℃)，熱水通過裝有供水泵4的供水管5供給終端用戶10，用戶回水通過回水管6返回儲熱水箱1。

這種系統(tǒng)運行原理簡單，控制方便，但通常為保證夏天的較高用水量的要求，水箱內(nèi)設(shè)定的最低水位遠遠高于實際的小時用水量，并且參數(shù)的設(shè)定值為定值，無法隨季節(jié)和用戶用水習(xí)慣而變化，參數(shù)的設(shè)置缺乏科學(xué)性和準確性，而系統(tǒng)最低水位是影響系統(tǒng)輔助熱源加熱時間的主要因素，直接影響著系統(tǒng)的能源消耗，因季節(jié)、天氣和用水量等不確定因素導(dǎo)致水箱內(nèi)水量在絕大部分時刻比實際用水量大很多，為保證水箱內(nèi)大量熱水的水溫，導(dǎo)致輔助熱源加熱時間明顯增加，增加系統(tǒng)能耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服已有技術(shù)的缺點，提供一種能更好的適應(yīng)季節(jié)及天氣和用水量等隨機因素的變化、減少輔助熱源的消耗、提高太陽能利用率并實現(xiàn)節(jié)能的最大化的變化最低水位的雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)的控制裝置。

本實用新型的一種變化最低水位的雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)的控制裝置，包括集熱水箱和太陽能集熱器，所述的集熱水箱的出口端通過集熱循環(huán)管路依次連接循環(huán)水泵、太陽能集熱器和集熱水箱的進口端，在所述的集熱水箱上安裝有電動補水閥，所述的集熱水箱通過安裝有補水泵的補水管線與供熱水箱的補水口相連，所述的供熱水箱的第一出水口通過循環(huán)加熱管線依次連接循環(huán)加熱泵、輔助熱源和供熱水箱的回水口，所述的供熱水箱的第二出水口通過裝有熱水供水泵和流量計的系統(tǒng)供水干管與用戶的入水口相連，所述的用戶的出水口與供熱水箱的回水口之間通過安裝有流量計的系統(tǒng)回水干管相連，在所述的供熱水箱和集熱水箱上分別安裝有用于檢測供熱水箱和集熱水箱內(nèi)的實時水位的上傳式水位計以及檢測供熱水箱和集熱水箱內(nèi)的實時水溫的溫度計,在所述的集熱器的進出口分別安裝有用于檢測集熱器出口端的實時水溫以及集熱器進口端的實時水溫的上傳式溫度計。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

(1)利用雙水箱的方式可以有效的降低集熱水箱溫度，提高集熱效率，雙水箱將集熱水箱和供熱水箱分開，提高用水的穩(wěn)定性，同時能更好的與輔助熱源耦合，并且對于可以將集中荷載分散布置，方便建筑承重，同時利用雙水箱能分別儲存i時段和i+1時段的用水量，保證供熱水箱水溫不受補水影響。

(2)保證在i時刻供熱水箱滿足最低水位h_1i，集熱水箱滿足最低水位h_2i，使系統(tǒng)在最少水量下運行，調(diào)節(jié)了因晝夜、用水量變化等因素的影響，減少了輔助熱源的開啟時間。

(3)設(shè)置供熱水箱內(nèi)的梯度控溫水位設(shè)定值h_s，在夏季太陽輻射量較高時，可以進行梯度控溫，增加集熱水箱向供熱水箱補水的水溫設(shè)定值t_s設(shè)定值，既保證了水量的要求，又最大限度的利用太陽能，提高水溫。

(4)當(dāng)太陽輻射不強時，利用集熱循環(huán)相當(dāng)于對冷水進行預(yù)熱，而后送入供熱水箱，利用輔助熱源加熱較高溫度的水，避免從低溫水直接加熱，提高到加熱效率。

附圖說明

圖1為常規(guī)集中式太陽能熱水系統(tǒng)原理圖。

圖2為本實用新型的變化最低水位的雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本實用新型做進一步的說明以令本領(lǐng)域普通技術(shù)人員參閱本說明書后能夠據(jù)此實施。

結(jié)合圖2，本實用新型的一種變化最低水位的雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)的控制裝置，包括集熱水箱9和太陽能集熱器11，所述的集熱水箱9的出口端通過集熱循環(huán)管路依次連接循環(huán)水泵10、太陽能集熱器1和集熱水箱9的進口端，在所述的集熱水箱9上安裝有電動補水閥12，所述的集熱水箱9通過安裝有補水泵8的補水管線與供熱水箱1的補水口相連，所述的供熱水箱1的第一出水口通過循環(huán)加熱管線依次連接循環(huán)加熱泵2、輔助熱源3和供熱水箱1的回水口，所述的供熱水箱1的第二出水口通過裝有熱水供水泵4和流量計的系統(tǒng)供水干管5與用戶的入水口相連，所述的用戶的出水口與供熱水箱的回水口之間通過安裝有流量計的系統(tǒng)回水干管7相連，在所述的供熱水箱1和集熱水箱9上分別安裝有用于檢測供熱水箱1和集熱水箱內(nèi)的實時水位的上傳式水位計以及檢測供熱水箱和集熱水箱內(nèi)的實時水溫的溫度計,在所述的集熱器11的進出口分別安裝有用于檢測集熱器出口端的實時水溫以及集熱器進口端的實時水溫的上傳式溫度計。

采用本裝置的控制方法如下：

步驟一、對預(yù)測日之前n天中每天各時段的雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)的多個參數(shù)進行采集，過程如下：

在供熱水箱1和集熱水箱9上分別安裝上傳式水位計及溫度計,分別用于檢測供熱水箱1內(nèi)的實時水位h₁、供熱水箱內(nèi)的實時水溫t₁，集熱水箱內(nèi)的實時水位h₂、集熱水箱內(nèi)的實時水溫t₂；在連接在用戶6的入水口與供熱水箱1的出水口之間的系統(tǒng)供水干管5上和連接在用戶6的出水口和供熱水箱的回水口之間的系統(tǒng)回水干管7上分別安裝流量計,用于檢測供水干管在預(yù)測日前n天的每天各時段的水流量Q_ijg，以及系統(tǒng)回水干管在相應(yīng)時段的水流量Q_ijh，在集熱器11的進出口分別安裝上傳式溫度計，分別用于檢測集熱器出口端的實時水溫t₃以及集熱器進口端的實時水溫t₄。

步驟二、用供水干管在預(yù)測日前n天的每天各時段的水流量Q_ijg-回水干管在相應(yīng)時段的水流量Q_ijh計算得到預(yù)測日前n天每天各時段的用水量Q_ij。

步驟三、結(jié)合應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計中t分布的統(tǒng)計方法，在設(shè)定的置信度下，分別計算得出預(yù)測日各時段用水量預(yù)測值Q_i。

具體過程如下：

式中μ_i代表樣本均值；

Q_ij代表預(yù)測日前n天每天各時段的用水量；

S_i代表樣本標(biāo)準差；

t_p(n-1)代表可信度為p時的系數(shù)值，該值由t分布的p分位表查得，置信度越高，則Q_i會越大，綜合考慮推薦選取置信度為95％。

Q_i代表預(yù)測日各時段用水量預(yù)測值；

n為預(yù)測日之前設(shè)定的采樣天數(shù)；

i代表設(shè)定的每天各時段序號；

步驟四、計算預(yù)測日供熱水量和集熱水箱各時段最低水位值，公式如下：

h_2i＝h_1(i+1) --式5

式中h_1i代表供熱水箱在預(yù)測日各時段最低水位要求值；

h_2i代表集熱水箱在預(yù)測日各時段最低水位要求值；

S為供熱水箱和集熱水箱底面積；

h₀為供熱水箱和集熱水箱的最低安全水位；

本步驟中為簡化計算設(shè)定兩水箱底面積均為S，集熱水箱i時段最低水位要求值等于供熱水箱i+1時段最低水位要求值，即集熱水箱儲備i+1時段用水量；

步驟五、計算預(yù)測日梯度控溫的供熱水箱水位設(shè)定值h_s，計算過程如下：

式中h₀代表供熱水箱和集熱水箱的最低安全水位；

h_s代表預(yù)測日梯度控溫的供熱水箱水位設(shè)定值；

a為高峰用水量的開始時間,b為高峰用水量的結(jié)束時間，該值根據(jù)各個建筑用水功能可調(diào)整。

步驟六、集熱循環(huán)，具體過程為：在預(yù)測日當(dāng)集熱器出口端的實時溫度t₃-集熱水箱內(nèi)的實時溫度t₂≥第一設(shè)定值，開啟集熱循環(huán)水泵10，使得集熱水箱內(nèi)的水流出集熱水箱9并依次流經(jīng)集熱循環(huán)水泵10和太陽能集熱器11后返回集熱水箱進行集熱循環(huán)，當(dāng)集熱器出口端的實時溫度t₃-集熱水箱內(nèi)的實時溫度t₂≤第二設(shè)定值，關(guān)閉集熱循環(huán)泵10。

步驟七、在預(yù)測日的各時段前第一設(shè)定時間(該時間可適當(dāng)調(diào)整)檢測供熱水箱內(nèi)的實時水位h₁,當(dāng)供熱水箱內(nèi)的實時水位h₁＜供熱水箱在預(yù)測日各時段最低水位要求值h_1i時，開啟通過補水管線連接在集熱水箱9和供熱水箱1之間的補水泵8，將集熱水箱內(nèi)的任意溫度的熱水送入供熱水箱至供熱水箱內(nèi)的實時水位h₁＝供熱水箱在預(yù)測日各時段的最低水位要求值h_1i，關(guān)閉補水泵8，補水泵關(guān)閉后檢測供熱水箱水溫t₁,當(dāng)供熱水箱溫度t₁＜系統(tǒng)供熱水溫度t_g時，開啟循環(huán)加熱泵2將供熱水箱內(nèi)的水抽出并經(jīng)輔助熱源3加熱后再返回供熱水箱1直至供熱水箱內(nèi)的實時水溫t₁＝供熱水箱供水溫度設(shè)定值t_g時停止加熱；當(dāng)供熱水箱溫度t₁≥供熱水箱供水溫度設(shè)定值t_g，不開啟輔助熱源。

步驟八、在預(yù)測日的各時段晚于第一設(shè)定時間的第二設(shè)定時間(該時間可適當(dāng)調(diào)整)或補水泵8停止運行時檢測集熱水箱內(nèi)的實時水位h₂，若集熱水箱內(nèi)的實時水位h₂＜集熱水箱在預(yù)測日各時段最低水位要求值h_2i時，開啟電動補水閥12使補水經(jīng)電動補水閥12流入集熱水箱進行補水直至集熱水箱內(nèi)的實時水位h₂等于集熱水箱在預(yù)測日各時段最低水位要求值h_2i時，關(guān)閉電動補水閥12，然后利用太陽能集熱循環(huán)對儲熱水箱內(nèi)的水進行集熱循環(huán)；若集熱水箱內(nèi)的實時水位h₂≥集熱水箱在預(yù)測日各時段最低水位要求值h_2i，則直接對集熱水箱內(nèi)的水進行集熱循環(huán)；

步驟九、集熱水箱向供熱水箱補水，具體過程為：在任意時刻當(dāng)集熱水箱水溫t₂＝集熱水箱向供熱水箱補水溫度設(shè)定值t_s(設(shè)置兩個梯度)時,開啟補水泵8,將集熱水箱中的水送入供熱水箱至集熱水箱內(nèi)水位降至最低安全水位h₀時，關(guān)閉補水泵8，然后開啟電動補水閥12對集熱水箱進行補水，再繼續(xù)進行集熱循環(huán)。

步驟十、梯度控溫補水，具體過程為：在任意時刻當(dāng)供熱水箱內(nèi)的實時水位h₁達到預(yù)測日梯度控溫的供熱水箱水位設(shè)定值h_s時，提高集熱水箱向供熱水箱補水溫度設(shè)定值t_s(第二梯度)，然后重復(fù)步驟六-步驟九直至當(dāng)供熱水箱的水位h₁達到供熱水箱最高安全水位h_1j時,關(guān)閉補水泵8，繼續(xù)進行集熱循環(huán)，此后當(dāng)集熱水箱內(nèi)的實時水溫t₂≥集熱水箱向供熱水箱補水的水溫設(shè)定值t_s(第二溫度梯度)時，開啟電動補水閥12向集熱水箱補水至集熱水箱水位h₂達到集熱水箱最高安全水位h_2j時關(guān)閉電動補水閥12，若集熱水箱內(nèi)水繼續(xù)升溫等于集熱器零部件損壞的極限溫度t_j，則關(guān)閉集熱循環(huán)，啟動過熱循環(huán)保護模式,防止系統(tǒng)損壞。本步驟中的過熱循環(huán)保護模式可以采用現(xiàn)有技術(shù)，參見中國可再生能源學(xué)會出版的《太陽能》2013年13期的關(guān)于黃明太陽能股份有限公司劉洪緒公開的文獻“分體承壓型太陽能熱水系統(tǒng)的過熱保護”。

采用本實用新型裝置減少了輔助熱源的開啟時間,預(yù)期比單水箱太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)約能源20％以上,充分利用太陽能,減少了常規(guī)能源的排放。

上面結(jié)合圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以做出很多細節(jié)優(yōu)化，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。