我國太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，但與太陽能熱水器配套的控制器卻一直處于研究和開發(fā)階段。

    以前有太陽能市場以家用式陽能為主，控制器適用于對水溫和季節(jié)要求不高的用戶。雖然多數(shù)廠家生產(chǎn)的控制器能夠滿足日常需要，但都不是智能的，給用戶使用帶來許多不便。而大部分太陽能系統(tǒng)工程的控制系統(tǒng)，往往使用單片機(jī)，結(jié)果是電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、繁瑣，故障時(shí)有發(fā)生，給使用和日常維護(hù)帶來了很大的不方便。

    采用PLC控制是近幾年才出現(xiàn)的，PLC具有編程簡單方便，可現(xiàn)場修改程序，硬件維護(hù)簡單，可靠性高的特點(diǎn)。

    匯普熱能是工程控制器做的比較好的幾個(gè)廠家之一，產(chǎn)品已經(jīng)面向全國，推向世界，目前基本上華東地區(qū)都在采用匯普熱能的控制系統(tǒng)。

    太陽能熱水工程系統(tǒng)的熱水由太陽能和蒸汽加熱聯(lián)合提供，確保所需熱水的供應(yīng)。熱水工程系統(tǒng)應(yīng)體現(xiàn)優(yōu)先和充分利用太陽能熱源加熱，當(dāng)太陽能不足時(shí)由蒸汽熱源輔助加熱。系統(tǒng)所需熱水溫度為60℃，供熱水系統(tǒng)工作壓力為0.35MPa。

太陽能熱水系統(tǒng)介紹

    太陽能集熱管選用全玻璃真空管式太陽能集熱器。選用全玻璃真空管式太陽能集熱器，集熱面積1950m2的要求。

    太陽能集熱器要水平放置；太陽能集熱器的管間距確保在春夏秋三季正午時(shí)，相鄰的真空管之間不發(fā)生遮光。

    太陽能集熱器水平放置在屋面的太陽能支架上。為便于維護(hù)與檢修以及其他設(shè)備的放置等，太陽能集熱器支架高出屋面2米。

    太陽能熱水系統(tǒng)要設(shè)計(jì)為太陽能與現(xiàn)有鍋爐輔助加熱運(yùn)行方式。

    控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

    控制系統(tǒng)采用工業(yè)級可編程控制器,可實(shí)現(xiàn)無人值守全自動運(yùn)行,并達(dá)到優(yōu)先和充分利用太陽能基礎(chǔ)上,根據(jù)用戶用熱水需求,保證用戶熱水需要的效果。

    基于PLC裝置的控制系統(tǒng)

    計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由五大部分-即控制單元（CU）、算術(shù)運(yùn)算單元（ALU）、存儲器（Memory）、輸入設(shè)備（Input）、輸出設(shè)備（Output）組成。

    隨著集成度的提高，CU和ALU合在一塊就組成了中央處理單元（CPU）,接著將CPU集成到單塊集成電路中就產(chǎn)生MPU或MCU。

    MPU往高性能、高速度、大容量方向發(fā)展，形成PLC。

    MPU往多功能方向發(fā)展，形成單片機(jī)。

    基于PLC裝置的控制系統(tǒng)

    對單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，但成本較高。

    不同的PLC都遵循相同的工作原理，類似的功能和性能指標(biāo)，因此具有一定的互換性，質(zhì)量有保證，編程軟件具有標(biāo)準(zhǔn)化方向，這正是PLC獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。

    對于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)嵌入PLC的功能，可大大簡化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時(shí)間，性能和效益較PLC控制好。

    控制難點(diǎn)

    原設(shè)計(jì)是采用閉式循環(huán)換熱，如采用全玻璃真空管太陽能集熱器，加熱方式宜采用開式溫差循環(huán)方式。

    根據(jù)GB/T17581—1998《真空管太陽集熱器》6.3.2集熱器試驗(yàn)條件：試驗(yàn)壓力：1.5×工作壓力，非承壓式集熱器為0.02MPa。因此全玻璃真空管太陽能集熱器只適用于非承壓循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)太陽能專家、相關(guān)技術(shù)人員及設(shè)計(jì)院的論證，認(rèn)為該熱水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為非承壓的開式循環(huán)加熱系統(tǒng)。

    集熱器的面積過大（541組SPQBJ-56),為保證循環(huán)充分，宜將集熱器分組循環(huán)，按布置分為5個(gè)區(qū)域，變頻水泵區(qū)域循環(huán)。

    運(yùn)行原理

    具體運(yùn)行原理如下:

    1、太陽能系統(tǒng)：.當(dāng)某一分區(qū)的太陽能集熱器水溫高于循環(huán)水箱水溫設(shè)定值10℃時(shí)，控制器使這一分區(qū)的電動調(diào)節(jié)閥開啟，管道壓力下降，壓力變送器控制溫差循環(huán)泵中的變頻水泵啟動.

    當(dāng)?shù)诙謪^(qū)的集熱器水溫高于循環(huán)水箱設(shè)定值10℃時(shí)，控制器控制這一分區(qū)的電動調(diào)節(jié)閥開啟，循環(huán)主管的壓力繼續(xù)下降，壓力變送器繼續(xù)將溫差循環(huán)泵的頻率調(diào)節(jié)到滿足恒定水壓的狀態(tài)。以此類推，依次開啟的分區(qū)電動閥將使水泵達(dá)到工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)，原來運(yùn)行的水泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，第二臺啟動的水泵進(jìn)入變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，循環(huán)加熱的水會源源不斷地進(jìn)入循環(huán)水箱，如此不斷,使循環(huán)水箱水溫不斷升高。當(dāng)集熱器溫度與循環(huán)水箱溫度相差不足10℃時(shí)，循環(huán)水泵停止。

    換熱系統(tǒng)運(yùn)行

    當(dāng)儲熱水箱水溫低于循環(huán)水箱設(shè)定值10℃時(shí)，控制器啟動換熱水泵)中的一臺啟動,同時(shí)啟動溫差循環(huán)泵中的一臺進(jìn)入變頻運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)儲熱水箱中的水溫大于62℃時(shí),換熱水泵停止運(yùn)行。

    防凍措施

    （1）防凍控制:系統(tǒng)采用循環(huán)防凍加應(yīng)急排空防凍模式。

    （2）管路防凍循環(huán):當(dāng)室外溫度低于5℃,循環(huán)泵自動啟動,當(dāng)室外溫度大于等于8℃時(shí),循環(huán)泵自動停止；

    （3）集熱器應(yīng)急排空：當(dāng)冬季夜間溫度極低狀態(tài)，循環(huán)防凍無法保證時(shí)，可打開泄水閥門，將室外管路中的水放空,達(dá)到防凍的目的。

保證系統(tǒng)運(yùn)行的幾項(xiàng)措施

    系統(tǒng)須增加集分水器1組、電動調(diào)節(jié)閥5組、同時(shí)增加太陽能循環(huán)水泵的變頻控制，增加開式熱水循環(huán)水箱。

    集、分水器的作用是為了平衡由于集熱器的分區(qū)布置造成的管路內(nèi)壓力不均衡。

    由于集熱器的分區(qū)造成了管路長短不一，為保證各區(qū)的水流量均衡，因此增加電動閥門可以調(diào)節(jié)各區(qū)的水流量。

    由于集熱器分區(qū)布置，區(qū)與區(qū)之間的相距位置較遠(yuǎn)，相距較遠(yuǎn)區(qū)域間的集熱器可能會產(chǎn)生溫差，溫差會影響水泵的啟停，因此將水泵改變?yōu)樽冾l控制，可以與電動閥聯(lián)合實(shí)現(xiàn)分區(qū)供水，最大利用太陽能。

    作為開式系統(tǒng)，循環(huán)水箱是必不可少的，同時(shí)也可以通過循環(huán)水箱的液位高度差控制系統(tǒng)補(bǔ)水。

    控制系統(tǒng)的功能

    控制器分為主控制器和副控制器，帶有觸摸屏的立式柜為主控制器，壁掛式控制器為副控制器。

    主控制器的主要功能：

    溫差循環(huán)功能、防凍循環(huán)功能、循環(huán)水箱防凍功能、循環(huán)水箱上水功能、生產(chǎn)水箱定溫進(jìn)水功能、生產(chǎn)水箱定溫補(bǔ)水功能、生產(chǎn)水箱與循環(huán)水箱溫差循環(huán)功能、生產(chǎn)水箱自動上水功能、生產(chǎn)水箱定時(shí)上水功能、生產(chǎn)水箱定時(shí)間段輔助加熱功能、生活水箱定溫進(jìn)水功能、生活水箱定溫補(bǔ)水功能、生活水箱與循環(huán)水箱溫差循環(huán)功能、生活水箱自動上水功能、生活水箱定時(shí)上水功能、生活水箱定時(shí)間段輔助加熱功能、報(bào)警功能、高溫保護(hù)功能、低水位保護(hù)功能、水位保護(hù)功能、通信中斷報(bào)警功能、自動鎖機(jī)功能。

    副控制器的功能

    副控制器的主要功能：采集溫度集熱器溫度、水箱溫度、室外溫度、換熱器溫度和控制輸出電動閥、電磁閥、循環(huán)水泵、換熱水泵和輔助能源。

    經(jīng)驗(yàn)與提高

    匯普熱能PLC工程控制器

    主要用于大型聯(lián)集管式太陽能熱水工程

    優(yōu)點(diǎn)：控制輸入輸出點(diǎn)位多，功能齊全，控制界面直觀、易懂，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

    提高：降低造價(jià)成本，增加自動計(jì)量功能，增加推薦參數(shù)的設(shè)定，增加季節(jié)固定模式運(yùn)行模式。

        太陽能熱水系統(tǒng)說明

    太陽能熱水系統(tǒng)采用集中集熱-分戶供熱系統(tǒng)。

系統(tǒng)由熱管型集熱器，循環(huán)落水水箱，戶用貯熱水箱（帶輔助電加熱器），循環(huán)管道，循環(huán)泵組，控制儀表等設(shè)備組成。

    計(jì)量方式：

    集中集熱-分戶供熱系統(tǒng)，充分考慮了房地產(chǎn)行業(yè)存在的收費(fèi)難問題，用戶使用的水、電均通過自家的水表、電表計(jì)量，太陽能系統(tǒng)只提供熱量，而這種熱量來源于太陽這種免費(fèi)的清潔能源，因此不會產(chǎn)生收費(fèi)糾紛。

    控制原理說明

    控制系統(tǒng)控制點(diǎn)：

    T1-集熱器出口溫度；T2-循環(huán)落水水箱溫度；T3-換熱循環(huán)管段末端溫度；

    太陽能加熱循環(huán)采用溫差強(qiáng)制循環(huán)的運(yùn)行方式。

    用戶系統(tǒng)換熱循環(huán)采用定溫啟動、溫差停止水泵的循環(huán)方式。

    低溫防凍循環(huán)：自動檢測屋面室外換熱循環(huán)管段末端溫度，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定防凍溫度時(shí)，換熱水泵啟動循環(huán)防凍。

    太陽能加熱系統(tǒng)采用落水防凍，不需要啟動低溫防凍循環(huán)。

       太陽能熱水系統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測

    設(shè)備的選擇均參考《可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目數(shù)據(jù)檢測技術(shù)導(dǎo)則》為依據(jù)。

    計(jì)量監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠帧?/span>

    測試目的1：

    由于太陽輻射和環(huán)境溫度等系統(tǒng)工作驅(qū)動力在一日內(nèi)不斷變化，故系統(tǒng)工況始終處于非穩(wěn)定狀態(tài)，集熱器在一天內(nèi)運(yùn)行工況由較低溫度逐步向高溫工況轉(zhuǎn)變，其瞬時(shí)效率曲線是不斷變化著的。集熱器是太陽能熱水系統(tǒng)的主要部件，太陽能熱水系統(tǒng)集熱性能可以用集熱器瞬時(shí)效率來評價(jià)。

    測試目的2：

    本系統(tǒng)通過間接換熱的方式，將上循環(huán)的熱水與用戶水箱的冷水進(jìn)行換熱，已達(dá)到用戶用水溫度要求，用戶水箱的溫度隨著集熱水箱溫度的變化而變化，而集熱水箱的溫度變化取決于太陽輻射強(qiáng)度。太陽能熱水系統(tǒng)供熱性能可以用戶用水日平均保證率來衡量。

    測試目的3：

    平均熱損失系數(shù)在此定義為在系統(tǒng)停止運(yùn)行一定時(shí)間內(nèi)，單位時(shí)間、單位采光面積、太陽能落水水箱溫度與環(huán)境測試之間溫度的平均熱量損失。通過熱損失系數(shù)的測定可以確定太陽能熱水系統(tǒng)導(dǎo)熱特點(diǎn)。

    測試目的4：

    對于太陽能熱水系統(tǒng)，由于管路較長，保溫性能不是很理想，如果循環(huán)停止，熱水停留在管路中，當(dāng)外界環(huán)境溫度低于管路中熱水的溫度時(shí)，熱水通過管路對外散熱降溫，使其低于水箱中的貯水溫度，因此，熱水在

測試目的5：

    考察不同樓層間是否存在水力失調(diào)情況，并用EQH系統(tǒng)熱力平衡系數(shù)考察高層與低層是否存在熱力失調(diào)情況。

    測試系統(tǒng)可能存在的誤差

    （1）電網(wǎng)和靜電干擾

    （2）儀器設(shè)備誤差

    （3）人為誤差

    實(shí)際操作時(shí)遇到的問題

    （1）用戶入住后破壞了衛(wèi)生間內(nèi)的測量設(shè)備，使得數(shù)據(jù)中斷；

    （2）依據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)預(yù)先選用的測試儀器并不太合適；

    （3）對用戶入住率考慮不全；

    （4）系統(tǒng)本身的特殊性，無法設(shè)立用戶水箱混水裝置且未能在不破壞水箱結(jié)構(gòu)的前提下對用戶水箱的溫度分層情況進(jìn)行監(jiān)測。

    測試結(jié)果

    監(jiān)測結(jié)果表明通常情況下系統(tǒng)的集熱效率可以維持在30%以上，太陽能保證率多在40%以上，太陽能保證率甚至可以超過70%，這對于節(jié)能是非?？捎^的。系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行階段的運(yùn)行效果（太陽能保證率、用戶熱力平衡性等）要好于實(shí)際運(yùn)行階段，這是因?yàn)檎{(diào)試運(yùn)行階段入住的用戶較少，系統(tǒng)運(yùn)行工況與理論設(shè)計(jì)條件比較接近，而隨著用戶的陸續(xù)入住，系統(tǒng)的運(yùn)行工況與理論設(shè)計(jì)條件的偏差加大，使得系統(tǒng)的實(shí)際性能要低于理論設(shè)計(jì)。

    測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的構(gòu)想與測試實(shí)際情況差別很大，而用戶的用水習(xí)慣對測試儀器的運(yùn)行有很大的影響。在測試階段，由于用戶的配合及檢修不易等種種原因，無法對儀器經(jīng)常進(jìn)行檢修與維護(hù)，導(dǎo)致相當(dāng)一部分測試數(shù)據(jù)無效。

    太陽能熱水系統(tǒng)監(jiān)測、計(jì)量系統(tǒng)的實(shí)際意義

    目前，太陽能熱水器在建筑中已經(jīng)得到了較大規(guī)模的應(yīng)用，取得了良好的節(jié)能效益，太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化是當(dāng)前太陽能熱利用研究與推廣的一個(gè)熱點(diǎn)。另一方面，太陽能熱水系統(tǒng)在建筑中規(guī)模化應(yīng)用雖在逐漸增加，但是對系統(tǒng)長期運(yùn)行性能的測試與評價(jià)依然較少。由于系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行性能與理論設(shè)計(jì)情況之間難免會有偏差，這就需要對太陽能熱水系統(tǒng)的長期運(yùn)行性能進(jìn)行測試，了解系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)，為熱水系統(tǒng)的性能改進(jìn)提供參考意見，提高其實(shí)際運(yùn)行效果，同時(shí)，也為太陽能系統(tǒng)邁向能源管理方向提供依據(jù)。

管路中的停留時(shí)間以及熱水停止循環(huán)次數(shù)直接影響到系統(tǒng)的的熱量。