CN109990494A - 高效节能的太阳能供水***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于供水技术领域，公开一种高效节能的太阳能供水***及其控制方法，包括多个太阳能集热器、汇聚多个太阳能集热器出水口水量的用户水箱和控制供水***的控制器，用户水箱出水口接有至少一个取水分支和回水管路，取水分支上设取水管组，太阳能集热器入水口与市政管网相连，市政管网和用户水箱间接有用于往用户水箱输送热水的电加热装置，市政管网与太阳能集热器入水口间、太阳能集热器与用户水箱间、用户水箱与电加热装置间均设开关阀，太阳能集热器、用户水箱均配有温度传感器，开关阀、温度传感器均与控制器电连接。由温度传感器对太阳能集热器和用户水箱的温度实时监测并反馈给控制器，由控制器选择最佳供热水方式，以保证高效提供热水。

Description

高效节能的太阳能供水***及其控制方法

技术领域

本发明涉及供水技术领域，具体地，涉及一种高效节能的太阳能供水***及其控制方法。

背景技术

现有的楼宇热水***一般都采用单一的加热方式，不能自动根据温度环境的变化启用不同的加热方式，能耗较高；同时对用户管网采用单一的回水保温策略，导致能耗大，用水效果较差；仅在屋顶设置多个串联的太阳能集热器，缺乏有效的温度和水位控制策略，也会导致太阳能应用不合理；缺乏与二次增压设备的联动，从而造成能耗增加与用水效果变差。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种可实时选择加热方式来有效保证用户水箱处于理想温度的高效节能的太阳能供水***。

本发明同时还提供一种基于所述高效节能的太阳能供水***的控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高效节能的太阳能供水***，包括多个独立收集热量的太阳能集热器、汇聚多个太阳能集热器出水口水量的用户水箱和控制整个供水***运行的控制器，用户水箱出水口连接有至少一个取水分支和回水管路，取水分支上设有取水管组，太阳能集热器入水口与市政管网相连，市政管网和用户水箱之间通过设置用于直接往用户水箱输送热水的电加热装置相连，市政管网与太阳能集热器入水口之间、太阳能集热器与用户水箱之间、用户水箱与电加热装置之间均设有开关阀，每个太阳能集热器、用户水箱均配备有温度传感器，开关阀、温度传感器均与控制器电连接。

进一步地，用户水箱上设有水位传感器和水位报警器，水位传感器和水位报警器与控制器电连接。

进一步地，太阳能集热器出水口的开关阀与用户水箱之间设有分液阀。

进一步地，回水管路上依次设有尾水温度传感器和尾水开关阀，尾水温度传感器靠近取水管组设置，尾水温度传感器与尾水开关阀均与控制器电连接。

更进一步地，取水管组和用户水箱之间设有二次增压泵。

进一步地，太阳能集热器与市政管网之间还设有缓冲水箱，缓冲水箱上设有补气管路和补气开关阀。

进一步地，控制器为PLC控制器。

一种如上所述的高效节能的太阳能供水***的控制方法，具体为：分别对太阳能集热器、用户水箱内水温进行阈值设定，温度传感器实时监测太阳能集热器、用户水箱的水温并反馈给控制器，控制器根据实时用水情况向各太阳能集热器入水口处或出水口处连接的开关阀发出开闭指令或向电加热装置发出工作指令。

进一步地，对用户水箱设定多个水位阈值，通过在用户水箱上设置水位传感器，控制器根据水位传感器提供的实时水位信息向各太阳能集热器出水口处连接的开关阀发出开闭指令。

更进一步地，对回水管路的水进行温度监测和开关控制，并将水温与取水管组需求水温进行比较得出比较值，设定一个比较阈值，控制器根据比较值与比较阈值的比较情况向回水管路的开关发出开闭指令。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）采用“温度优先”的策略，由温度传感器对太阳能集热器和用户水箱的温度进行实时监测并反馈给控制器，由控制器选择启用最佳的热水供应方式，以保证稳定高效地为用户水箱提供热水，同时确保供水温度；

2）设置尾水温度传感器，通过事先设定一个尾水水温与取水管组需求水温的比较阈值，只对温度低于比较阈值的回水管路回水，可有效降低回水水量，节约能源；

3）用户水箱上设置水位传感器，可实时向控制器反馈其水量，以便控制器及时选择向用户水箱注水的太阳能集热器开关阀开放数量，形成最佳注水方式，以便在合理范围内提高传热效率；

4）增设二次增压泵，在回水过程中，通过监控二次增压泵的输出压力，可对回水过程进行即时控制，稳定用水压力；

5）太阳能集热器与市政管网之间的缓冲水箱可在水介质总体积较大时，减小管路压力，同时可通过补气开关阀来实时调整管路内压，保证整个管路的工作压力始终保持在正常范围内。

附图说明

图1为实施例1所述的高效节能的太阳能供水***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，提供一种高效节能的太阳能供水***，其包括多个独立安装在建筑物楼顶的收集热量的太阳能集热器1、汇聚多个太阳能集热器1出水口水量的用户水箱2和控制整个供水***运行的控制器（未示出），每个太阳能集热器1具有独立的冷水入水口和热水出水口，用户水箱2出水口连接有多个取水分支3和设在每个取水分支末端的回水管路31，取水分支3上设有取水管组32，太阳能集热器1冷水入水口的水由市政管网4注入，市政管网4和用户水箱2之间通过设置用于直接往用户水箱输送热水的电加热装置5相连，市政管网4与太阳能集热器1入水口之间、太阳能集热器1与用户水箱2之间、用户水箱2与电加热装置5之间均设有开关阀A，每个太阳能集热器1、用户水箱2均配备有温度传感器B，开关阀A、温度传感器B均与控制器电连接，其中，市政管网4与太阳能集热器1入水口之间的开关阀为A1，太阳能集热器1与用户水箱2之间的开关阀为A2，用户水箱2与电加热装置5之间的开关阀为A3。

具体地，每个太阳能集热器1与用户水箱2之间均设置开关阀A2主要是考虑到太阳能集热器的温度存在不可控性，易造成热转换效率低下等问题，另外传统多个太阳能集热器1出水口同时放水时可能存在用户水箱2水位过高的潜在风险。

开关阀A可对每一条水流支路及时进行流通和切断操作，具体地，开关阀的动作由控制器根据温度传感器传输的信息来进行控制。所有太阳能集热器在满足温度要求（太阳能集热器中水温低于90度，高于15度）的前提下，都满足放水条件，可以通过开启开关阀A2将太阳能集热器中的热水注入用户水箱。

本供水***采用“温度优先”的策略，由温度传感器B对太阳能集热器1和用户水箱2的温度进行实时监测并反馈给控制器，由控制器选择启用最佳的热水供应方式，以保证稳定高效地为用户水箱提供热水，同时确保供水温度。

多个太阳能集热器1的开关阀与用户水箱2之间设有一个分液阀6，太阳能集热器1出水口的水会先经过该分液阀6进行集中，然后再进到用户水箱2。

每个太阳能集热器1上设有一个水位传感器（未示出），水位传感器与控制器电连接，控制器还电连接有一个触摸屏（未示出），用户可通过触摸屏设置太阳能集热器上水位传感器的最高水位和最低水位。

为保障用户用水的可靠性和稳定性，用户水箱2上还设有压力传感器、水位传感器和水位报警器（均未示出），压力传感器、水位传感器和水位报警器均与控制器电连接。

一般将用户水箱2的水位设置为6个等级：极低水位、次低水位、低水位、高水位、极高水位、溢水水位，通过水位传感器可获悉用户水箱的实时水位，水位等级的阈值可在触摸屏上设置。

当用户水箱2水位分别处于不同等级的水位时，可通过开启不同数量的开关阀A2来对用户水箱2进行注水，当然，开关阀A2开启的数量由控制器进行分配，当用户水箱达到溢水水位时，水位报警器则开启报警模式，控制器接收到报警信息即关闭所有注水的开关阀A2。

因管路工作压力范围与楼层高度和用户数量有关，为确保用户取水稳定，可在取水管组32和用户水箱2之间增设二次增压泵7，以便用户水箱的水顺利到达取水管组终端。

回水管路31为将水直排至用户水箱2的管路，回水管路31上依次设有尾水温度传感器C和尾水开关阀D，尾水温度传感器D靠近取水管组32设置，尾水温度传感器C与尾水开关阀D均与控制器电连接。

一般地，尾水温度传感器C即时监测取水管组32处的水温，当测出的水温低于用户水箱水温达某一阈值时，可开启尾水开关阀D直排，而在测出的水温高于该阈值时，则关闭尾水开关阀D。此外，当二次增压泵7出水压力低于其设定的合理压力阈值时，也需关闭尾水开关阀D。

用户水箱2上具有多个入水口，分别为供电加热装置5内热水注入的入水口一21、供分液阀6中热水注入的入水口二22及供多个回水管路直排水的多个入水口三23。

市政管网4与太阳能集热器1之间设有增压泵8用于保证水源注入压力，在增压泵8和太阳能集热器1之间还设有位于高位的缓冲水箱9，缓冲水箱为密封箱体，缓冲水箱上设有补气管路、补气开关阀和压力表。

缓冲水箱9能够在水介质总体积较大时，减小增压泵8上管路压力，通过补气开关阀根据缓冲水箱中的压力表的测试结果来控制开关，可实时调整增压泵上管路的内压，保证太阳能集热器到增压泵的整个管路内的工作压力始终保持在正常范围，整个供水***始终以合理的方式高效运转。

本实施例的控制器为PLC控制器，开关阀均为电磁阀，控制器与LORA模块连接，LORA模块与远程服务器连接，整个供热***可在处在一个精确控制的状态。

实施例2

本实施例提供一种基于实施例1的高效节能的太阳能供水***的控制方法，具体为：通过触摸屏分别对太阳能集热器1、用户水箱2内水温进行阈值设定，其中太阳能集热器1的温度阈值是为了分辨其内水温是否适合注入用户水箱，用户水箱的温度阈值是为了分辨其内水温是否达到了需求水温，温度传感器B实时监测太阳能集热器1、用户水箱2的水温并反馈给控制器，控制器根据实时用水情况向各太阳能集热器1入水口处的开关阀A1或出水口处的开关阀A2发出开闭指令或向电加热装置5发出工作指令。

具体来说，当太阳能充足，太阳能集热器1内水温满足设定的温度需求时（太阳能集热器中水温低于90度，高于15度），其入水口处的开关阀A1及其与分液阀6之间的开关阀A2均打开，热水注入用户水箱2，此时，电加热装置5处的开关阀A3是关闭的。当太阳能集热器1内水温不满足设定的温度要求时，则关闭增压泵8，关闭太阳能集热器1两端的开关阀A1和A2，此时，电加热装置5开启，仅依靠电加热装置向用户水箱供应热水。

为使用户水箱2处于可控状态，可通过触摸屏对用户水箱设定多个水位阈值，即分别设定极低水位、次低水位、低水位、高水位、极高水位和溢水水位的水位范围值，用户水箱上的水位传感器实时监测其水位信息，控制器根据实时水位信息向各太阳能集热器出水口处连接的开关阀A2发出开闭指令。

当用户水箱水位分别处于极低水位，次低水位，低水位，高水位时，开启不同数量的太阳能集热器出水口处的开关阀A2对用户水箱进行放水，一般可遵循以下原则：用户水箱水位处于极低水位时开启全部的开关阀A2放水，次低水位时开启太阳能集热器出水口处总开关阀数量的2/3进行放水，低水位时开启总开关阀数量的1/3进行放水，高水位或极高水位时则关闭所有开关阀A2，而达到溢水水位时，水位报警器则开启报警。

本控制方法还旨在对回水管路的水进行温度监测和开关控制，将温度传感器A测得的取水管组32处实时水温与取水管组需求水温进行比较，得出一比较值，事先通过触摸屏设定一个比较阈值，控制器根据比较值与比较阈值的比较情况向回水管路的开关发出开闭指令。

一般地，可将比较阈值设定为6℃及以上，即当尾水温度传感器C测得水温低于取水管组需求水温（也即用户水箱温度）6℃时，尾水开关阀D开启，其余温度值情况下，尾水开关阀D处于关闭状态。

当然，当二次增压泵7出水压力低于设定的合理压力阀值时，尾水开关阀D也需关闭。

各太阳能集热器1与缓冲水箱9之间的开关阀A1的开闭由控制器根据太阳能集热器内水位和温度情况进行控制，其一，当太阳能集热器1水位低于设定的最低水位时，该处开关阀A1开启对太阳能集热器1进行注水；其二，当太阳能集热器1内水位达到最高水位或其内水温长时间低于4℃则关闭该处开关阀A1，停止往太阳能集热器中注水。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效节能的太阳能供水***，其特征在于，包括多个独立收集热量的太阳能集热器、汇聚多个太阳能集热器出水口水量的用户水箱和控制整个供水***运行的控制器，用户水箱出水口连接有至少一个取水分支和回水管路，取水分支上设有取水管组，太阳能集热器入水口与市政管网相连，市政管网和用户水箱之间通过设置用于直接往用户水箱输送热水的电加热装置相连，市政管网与太阳能集热器入水口之间、太阳能集热器与用户水箱之间、用户水箱与电加热装置之间均设有开关阀，每个太阳能集热器、用户水箱均配备有温度传感器，开关阀、温度传感器均与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的高效节能的太阳能供水***，其特征在于，用户水箱上设有水位传感器和水位报警器，水位传感器和水位报警器与控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的高效节能的太阳能供水***，其特征在于，太阳能集热器出水口的开关阀与用户水箱之间设有分液阀。

4.根据权利要求1所述的高效节能的太阳能供水***，其特征在于，回水管路上依次设有尾水温度传感器和尾水开关阀，尾水温度传感器靠近取水管组设置，尾水温度传感器与尾水开关阀均与控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的高效节能的太阳能供水***，其特征在于，取水管组和用户水箱之间设有二次增压泵。

6.根据权利要求1所述的高效节能的太阳能供水***，其特征在于，太阳能集热器与市政管网之间还设有缓冲水箱，缓冲水箱上设有补气管路和补气开关阀。

7.根据权利要求1所述的高效节能的太阳能供水***，其特征在于，控制器为PLC控制器。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述的高效节能的太阳能供水***的控制方法，其特征在于，分别对太阳能集热器、用户水箱内水温进行阈值设定，温度传感器实时监测太阳能集热器、用户水箱的水温并反馈给控制器，控制器根据实时用水情况向各太阳能集热器入水口处或出水口处连接的开关阀发出开闭指令或向电加热装置发出工作指令。

9.根据权利要求8所述的高效节能的太阳能供水***的控制方法，其特征在于，对用户水箱设定多个水位阈值，通过在用户水箱上设置水位传感器，控制器根据水位传感器提供的实时水位信息向各太阳能集热器出水口处连接的开关阀发出开闭指令。

10.根据权利要求8所述的高效节能的太阳能供水***的控制方法，其特征在于，对回水管路的水进行温度监测和开关控制，并将水温与取水管组需求水温进行比较得出比较值，设定一个比较阈值，控制器根据比较值与比较阈值的比较情况向回水管路的开关发出开闭指令。