CN105424174A - 一种集中式太阳能热水监测*** - Google Patents

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    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明公开了一种集中式太阳能热水监测***,包括:太阳能热水***、监测设备、数据传输***和数据处理软件。所述太阳能热水***为集中式,带辅助热源;所述监测设备包括太阳总辐射传感器、第一热量表、第二热量表、第三热量表和电能表;所述数据传输***包括监测设备配套的数据输出装置、数据传输线和数据接收装置;所述数据处理,根据预设的计算准则对运行参数进行分析计算,得到性能评价指标。所发明的监测***,不仅可以实时显示太阳能热水的运行状态,还可计算太阳能热水***保证率、集热效率、供热水温度等评价指标,反映***应用效果,以便管理者及时发现和解决问题,并根据实际需求对***优化,建立全面实时可持续的太阳能热水监测***。

Description

一种集中式太阳能热水监测***
技术领域
本发明属于太阳能热水***的监测装置和技术领域,特别设计集中式太阳能热水***的监测***,针对实际太阳能热水***应用工程进行监测和评价。
背景技术
我国“十二五”可再生能源建筑应用推广目标为切实提高太阳能、浅层地能、生物质能等可再生能源在建筑用能中的比重,到2020年,实现可再生能源在建筑领域消费比例占建筑能耗的15%以上。太阳能作为清洁可再生能源,利用其加热冷水提供人们所需的热水负荷,可实现减少建筑能源消耗目的。我国太阳能资源非常丰富,太阳能热水***在全国得到广泛应用。在太阳能热水***应用过程中,对太阳能热水***的运行进行监测以及运行效果进行评价,将有助于实现太阳能热水***更高效的应用和推进可再生能源应用的进一步发展。
在进行热水***监测评价***的建设过程中,如何确定监测参数,监测设备如何安装及如何评价***效果等,虽然国家有相关的标准规定对***评价参数的设定和***建设,但并未根据实际的***形式给出详细的设备安装及如何能更好实现监测评价指标的获取。国家标准中对于参数的测量方法是针对一般***,而在实际的应用过程中,由于***管路、形式的多种多样,对于太阳能热水***的得热量、***总能耗等的测量方法应结合实际情况进行设置。
而现有的太阳能热水监测***,只是公开了一种监测***的流程原理,并未对监测***的细节进行说明,包括主要的监测参数等,也没有对监测数据进行处理,无法对所监测的太阳能热水***进行整体评价。所公开的***无法满足实际工程中具体形式的太阳能热水***的监控要求。本发明旨在针对工程中常见的、带辅助热源的、集中式太阳能热水***,确定了其监测参数、监测设备和安装方法、主要性能指标及评价,形成一套***的监测***构建方法,对于实际工程中太阳能热水监测***的建设具有指导意义。
发明内容
本发明的目的是针对国家标准和现有太阳能热水监测***的应用局限性,提供一种集中式太阳能热水监测***。具有结构简单、操作方便、测量准确、实时监测、适用性好、能对***应用效果做出整体评价、指导***改善、提高太阳能热水***的运行效率和管理水平等特点。
本发明的实现过程如下:一种集中式太阳能热水监测***,主要包括太阳能热水***、监测设备、数据传输***和数据处理软件。
所述太阳能热水***为集中式,带辅助热源,本发明以热泵为例。所述太阳能热水***包括太阳能集热器、太阳能热水箱、热泵热水箱、辅助热源、总供水管、总回水管和冷水管。所述太阳能集热器数量大于2。所述太阳能热水***的具体搭建方法参照《民用建筑太阳能热水***应用技术规范》(GB50364-2005)和《民用建筑太阳能热水***工程技术手册》。
所述监测设备包括太阳总辐射传感器、第一热量表、第二热量表)、第三热量表和电能表。所述太阳总辐射传感器主体安装在太阳能集热器上,用于监测太阳辐照量。所述第一热量表主体包括第一流量计、第一温度传感器和第一积算仪,所述主体安装在集热器出口的出水管路上,所配套的温度传感器I接在集热器进口的进水管上,用于监测集热***的得热量。所述第二热量表主体包括第二流量计、第二积算仪和第二温度传感器,所述主体安装在总供水管上,所配套的温度传感器II接在冷水管上,用于监测总供水管的温度、流量和热量。所述第三热量表主体包括第三流量计、第三积算仪和第三温度传感器,所述主体安装在总回水管上,所配套的温度传感器III接在冷水管上,用于监测总回水管的温度、流量和热量。所述电能表安装在热泵的供电回路上,用于测量辅助热源消耗的能量。以上监测仪表都具有数据通信功能,可通过数据传输设备将各自所检测到的数据上传至远程电脑客户端。
所述数据传输***包括监测设备配套的数据输出装置、数据传输线和数据接收装置;太阳总辐射传感器所配套的数据输出装置、第一热量表所配套的数据输出装置、第二热量表所配套的数据输出装置、第三热量表所配套的数据输出装置和电能表所配套的数据输出装置分别通过数据传输线与数据接收装置的数据输入端连接。
所述数据处理软件位于远程电脑客户端,远程电脑通过与数据接收装置数据输出端连接,接收监测设备传送过来的各种数据,根据预设的计算准则实时计算用于***性能评价的指标。所述指标包括集热***得热量、太阳能集热效率、太阳能保证率、供水温度和常规能源替代量,所述数据处理软件根据设计要求判断部分指标(包括太阳能集热效率、太阳能保证率和供水温度)是否符合要求,当设计无明确要求时,应按表1、表2和表3规定要求进行判断。最终将所监测数据以及性能指标显示用于界面,实现监测***实时运行状态并对***应用效果进行综合评价。
表1不同地区太阳能热利用***的太阳能保证率f(%)
太阳能资源区划 太阳能热水*** 太阳能采暖*** 太阳能空调***
资源极富区 f≥60 f≥50 f≥40
资源丰富区 f≥50 f≥40 f≥30
资源较富区 f≥40 f≥30 f≥20
资源一般区 f≥30 f≥20 f≥10
表2太阳能热利用***的集热效率η(%)
太阳能热水*** 太阳能采暖*** 太阳能空调***
η≥42 η≥35 η≥30
表3太阳能热利用***的供水温度Tg
太阳能热水***供水温度(℃) 45~60
所述集中式太阳能热水监测***的使用过程:
1、监测设备的安装。在太阳能集热器中间高度,平行于采光面安装太阳总辐射传感器,当一个太阳能热水***的多个集热器的采光面倾角不同(倾角之差大于10°)时,则在平行于每个采光面或倾角的太阳能集热器上均需安装1个太阳总辐射传感器。第一热量表的主体包括第一流量计、第一温度传感器和第一积算仪,所述主体安装在热***出水管路上,所配套的温度传感器I接进水管。第二热量表的主体包括第二流量计、第二温度传感器和第二积算仪,所述主体安装在总供水管上,所配套的温度传感器II接冷水管。第三热量表的主体包括第三流量计、第三温度传感器和第三积算仪,所述主体安装在总回水管上,所配套的温度传感器III同样也接在接冷水管上。电能表安装在热泵的供电回路上。
2、对各仪表进行设置并进行监测工作。各监测仪表安装完成后,设置各仪表的初始参数并调试好数据传输功能。所有准备工作完成后即可开始监测工作。
3、数据分析计算。客户端软件自动接收监测数据并依据下列准则来计算相关性能指标,实现实时监测实时显示。所述性能指标的计算准则如下:
1)集热***得热量Q1
集热***得热量Q1即为第一热量表测量所得的得热量值,单位为焦耳。
2)太阳能集热效率η
太阳能集热效率为在稳态条件下,特定的时间间隔内由传热工质从一特定的集热器面积上带走的能量与同一时间间隔入射在该集热器面积上的太阳能之比。可由同一时间段内集热***得热量Q1与集热器所获得太阳总辐射能QR比值计算,即:
η=Q1/QR=Q1/(H×A×cosθ)(1)
公式1中,H为太阳能总辐射表所测太阳辐照量累计值,A为集热器的有效采光面积,θ为集热器采光面的垂线与太阳光线的夹角。
3)太阳能保证率f
太阳能保证率是指***中由太阳能供给的热量除以***总负荷,其中***总负荷表现为用户消耗的热水热量。
f=Q1/Q4=Q1/(Q2-Q3)(2)
公式2中,Q1为集热***得热量,Q2为供水管热量即第二热量表所测热量,Q3为回水管热量即第三热量表所测热量,Q4为***总负荷。
4)供水温度Tg
供水温度Tg即为总供水管上安装的第二热量表所配套的温度传感器II测量值,单位为℃。
5)常规能源替代量QA
常规能源替代量是指***得热量与***辅助热源功率或燃料、热媒的消耗量之差。在所述***中则全部转换位标准煤当量计算。
QA=Q1-Q5(3)
式中,QA为常规能源替代量,Q1为***得热量,Q5为电能表所测辅助热源能源消耗量。
本发明采用上述技术方案后,主要有以下效果:
1、结构简单、操作方便。本发明采用的主要监测仪器数目少,主要有太阳总辐射传感器、热量表和电能表。整个***的结构流程非常简单,全部工作由软件自动完成,省却了人工记录数据和计算的过程。
2、监测准确、精度高。本发明采用的热量表具有同时测量温度、流量和热量的功能,相比传统的测量热量的方法,即分别测温度和流量再进行简单乘积计算出热量,热量计内部设有积算仪,采集来自流量和温度传感器的信号,利用积算公式算出热交换***获得的热量,准确性好,精度高。
3、实时监测并显示。本发明可实时显示监测数据并计算分析相关性能指标。管理人员可轻松掌握太阳能热水***的运行状态并获得***的综合评价,同时又便于管理人员及时发现问题,并根据实际情况解决问题并进行优化。
本发明可广泛应用于集中式太阳能热水***的监测工作,为监测***的设计和构建提供了方法和指导,有助于提高太阳能热水***运行效率和应用效果。同时,本发明可记录大量太阳能热水***的运行情况,为太阳能热水***的设计、施工和运行提供全面、可靠、准确的基础数据,进一步推动可再生能源应用的发展。
附图说明
图1为本发明的实施例的结构示意图;
图2为本发明的实施例的运行流程示意图。
图中:1为太阳能集热器,2为太阳能热水箱,3为热泵热水箱,4为辅助热源,5为总供水管,6为总回水管,7为冷水管,8为太阳总辐射传感器,9为第一热量表,10为第二热量表,11为第三热量表,12为电能表,13为数据传输线,14为数据接收装置,15为数据处理软件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1:
如图1和图2所示,一种集中式太阳能热水监测***,其中太阳能热水***,主要包括太阳能集热器1、太阳能热水箱2、热泵热水箱3、辅助热源4、总供水管5、总回水管6、冷水管7。
所述监测***主要由下列仪器设备组成:太阳总辐射传感器8,安装在集热器中间高度平行于采光面上,用于监测太阳辐照量。第一热量表9的主体安装在集热***出水管路上,所配套的温度传感器I接在进水管上,用于监测集热***的得热量。第二热量表10的主体安装在供水管上,所配套的温度传感器II接在冷水管上,用于监测供水总管的温度、流量和热量。第三热量表11的主体安装在回水总管上,所配套的温度传感器III接冷水管,用于监测回水总管的温度、流量和热量。电能表12安装在热泵的供电回路上,用于测量辅助热源消耗的能量。以上监测仪表通过数据传输线13将各自所检测到的数据传输至数据接收装置14,再上传至位于远程电脑客户端的数据处理软件15。
软件自动根据预设的计算准则来实时计算用于***性能评价的相关指标,所述指标包括集热***得热量、太阳能集热效率、太阳能保证率、供水温度和常规能源替代量,并根据相关设计要求判断部分指标(包括太阳能集热效率、太阳能保证率和供水温度)是否符合要求,如设计无要求,则应按如下要求判断:例如在太阳能资源一般区,太阳能热水***的太阳能保证率不应低于30%、***集热效率不应低于42%、供热水温度应在45~60℃之间。最终将这些监测数据、性能指标信息显示在用户界面上,最终实现监测***实时运行状态并对***应用效果进行综合评价的目的。当管理人员发现指标参数异常,立即结合现场实际情况对***运行状态进行分析并研究相应的改进措施。
当太阳能热水***的太阳能保证率为35%,***集热效率为48%,供水温度为35℃时,供水温度不符合要求时,分析其原因可能是***设定供水温度过低或者水箱保温性能出现问题,管理人员可检查***设定温度是否有误或检验水箱保温性能是否正常并采取相应措施,最终使得***各项运行参数和指标处于正常范围内,提高***运行效率和应用效果。
实施例2:
如图1和图2所示,一种集中式太阳能热水监测***,其中太阳能热水***,主要包括太阳能集热器1、太阳能热水箱2、热泵热水箱3、辅助热源4、总供水管5、总回水管6、冷水管7。
所述监测***主要由下列仪器设备组成:太阳总辐射传感器8,安装在集热器中间高度平行于采光面上,用于监测太阳辐照量。第一热量表9的主体安装在集热***出水管路上,所配套的温度传感器I接在进水管上,用于监测集热***的得热量。第二热量表10的主体安装在供水管上,所配套的温度传感器II接在冷水管上,用于监测供水总管的温度、流量和热量。第三热量表11的主体安装在回水总管上,所配套的温度传感器III接冷水管,用于监测回水总管的温度、流量和热量。电能表12安装在热泵的供电回路上,用于测量辅助热源消耗的能量。以上监测仪表通过数据传输线13将各自所检测到的数据传输至数据接收装置14,再上传至位于远程电脑客户端的数据处理软件15。
软件自动根据预设的计算准则来实时计算用于***性能评价的相关指标,所述指标包括集热***得热量、太阳能集热效率、太阳能保证率、供水温度和常规能源替代量,并根据相关设计要求判断这些指标是否符合要求,如设计无要求,则应按如下要求判断:例如在太阳能资源丰富区,太阳能热水***的太阳能保证率不应低于50%、***集热效率不应低于42%、供热水温度应在45~60℃之间。最终将这些监测数据、性能指标信息显示在用户界面上,最终实现监测***实时运行状态并对***应用效果进行综合评价的目的。当管理人员发现指标参数异常,立即结合现场实际情况对***运行状态进行分析并研究相应的改进措施。
当在太阳能资源丰富区,天气良好的情况下,太阳能热水***的太阳能保证率为45%,***集热效率为35%,供热水温度为58℃,太阳能保证率和***集热效率均不符合要求时,分析其原因可能是太阳能集热器出现问题,管理人员检查太阳能集热器,如出现破损等情况立即维修或更换,最终使得***各项运行参数和指标处于正常范围内,提高***运行效率和应用效果。

Claims (2)

1.一种集中式太阳能热水监测***,其特征在于,包括太阳能热水***、监测设备、数据传输***和数据处理软件(15);
所述太阳能热水***为集中式,带辅助热源,包括太阳能集热器(1)、太阳能热水箱(2)、热泵热水箱(3)、辅助热源(4)、总供水管(5)、总回水管(6)和冷水管(7);所述太阳能集热器(1)数量大于2;所述太阳能热水***的搭建方法参照《民用建筑太阳能热水***应用技术规范》和《民用建筑太阳能热水***工程技术手册》;
所述监测设备包括太阳总辐射传感器(8)、第一热量表(9)、第二热量表(10)、第三热量表(11)和电能表(12);所述太阳总辐射传感器(8)安装在太阳能集热器(1)上,监测太阳辐照量;所述第一热量表(9)主体包括第一流量计、第一温度传感器和第一积算仪,所述主体安装在集热***出水管路上,所配套的温度传感器I接在进水管上,监测集热***的得热量;所述第二热量表(10)主体包括第二流量计、第二温度传感器和第二积算仪,所述主体安装在总供水管(5)上,所配套的温度传感器II接在冷水管上,监测总供水管(5)的温度、流量和热量;所述第三热量表(11)主体包括第三流量计、第三温度传感器和第三积算仪,所述主体安装在总回水管(6)上,所配套的温度传感器III接在冷水管上,监测总回水管(6)的温度、流量和热量;所述电能表(12)安装在热泵的供电回路上,测量辅助热源(4)消耗的能量;
所述监测设备仪表均具有数据通讯功能,可通过数据传输设备将各自所检测到的数据上传至远程电脑客户端;所述数据传输设备包括无线数据传输设备和有线数据传输设备;
所述数据传输***包括监测设备配套的数据输出装置、数据传输线(13)和数据接收装置(14);太阳总辐射传感器(8)配套的数据输出装置、第一热量表(9)配套的数据输出装置、第二热量表(10)配套的数据输出装置、第三热量表(11)配套的数据输出装置和电能表(12)配套的数据输出装置分别通过数据传输线与数据接收装置(14)的数据输入端连接;
所述数据处理软件(15)位于远程电脑客户端,远程电脑通过与数据接收装置(14)数据输出端连接,接收监测设备传送过来的各种数据,根据预设的计算准则实时计算用于***性能评价的指标;所述指标包括集热***得热量、太阳能集热效率、太阳能保证率、供水温度和常规能源替代量;
所述数据处理软件(15)根据设计要求判断所述部分指标是否符合要求,最终将所检测数据以及性能指标等信息显示用于界面,实现监测***实时运行状态并对***应用效果进行综合评价。
2.根据权利要求1所述的一种集中式太阳能热水监测***,其特征在于,所述数据处理软件(15)中各项指标的获取及数据的计算准则如下;
1)集热***得热量Q1
所述集热***得热量Q1即为第一热量表(9)测量所得的得热量值,单位为J;
2)太阳能集热效率η;
由同一时间段内集热***得热量Q1与太阳能集热器(1)所获得太阳总辐射能QR比值计算;
η=Q1/QR=Q1/(H×A×cosθ)(1)
公式1中,H为太阳能总辐射表所测得太阳辐照量累积量,A为集热器的有效采光面积,θ为集热器采光面的垂线与太阳光线的夹角;
3)太阳能保证率f;
太阳能保证率是指***中由太阳能供给的热量与***总负荷比值,其中***总负荷表现为用户消耗的热水热量;
f=Q1/Q4=Q1/(Q2-Q3)(2)
公式2中,Q1为集热***得热量,Q2为供水管热量即第二热量表(10)所测热量,Q3为回水管热量即第三热量表(11)所测热量,Q4***总负荷;
4)供水温度Tg
供水温度Tg即为总供水管上安装的第二热量表(10)的温度传感器II测量值,单位为℃;
5)常规能源替代量QA
常规能源替代量是指***得热量与***辅助热源功率或燃料、热媒的消耗量之差;在所述***中则全部转换为标准煤当量计算;
QA=Q1-Q5(3)
公式3中,QA为常规能源替代量,Q1为***得热量,Q5为电能表所测辅助热源能源消耗量。
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