【正文】 2水泵手動停止開關(guān)1電磁閥HV1報警解除開關(guān)2電磁閥HV23電磁閥HV34電磁閥HV4排氣閥采集溫度傳感器和流量傳感器的模擬量信號需要擴(kuò)張1個模擬量輸入模塊，模擬I/ O地址分配如表44所示。此熱水控制系統(tǒng)所需的數(shù)字輸入量為4個，包括自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)、手動啟/停開關(guān)和報警解除開關(guān)。智能集成化的控制，系統(tǒng)提高集熱效率的同時，保證熱能的有效利用，并且具有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。模塊可以將外部輸入的4通路溫度傳感器測量值轉(zhuǎn)化為15位數(shù)字量供PLC進(jìn)行信號處理。模塊可以將外部輸入的4通路溫度傳感器測量值轉(zhuǎn)化為15位數(shù)字量供PLC進(jìn)行信號處理。本課題采用西門子S7200 CPU224作為控制系統(tǒng)的主機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、指令功能強(qiáng)大，根據(jù)控制系統(tǒng)輸入/輸出端口的數(shù)量，本系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，此型號滿足設(shè)計(jì)的基本控制要求?？赏ㄟ^解除報警按鈕停止報警。4過溫保護(hù)功能在夏季，太陽輻射量較大，系統(tǒng)升溫快，工質(zhì)循環(huán)管道內(nèi)部的工質(zhì)超過一定溫度時，與其混配的水容易蒸發(fā)產(chǎn)生大量的氣體，從而產(chǎn)生高壓，容易使工質(zhì)循環(huán)管道爆裂，帶來危險。PLC在定時控制時間內(nèi)接通電源，系統(tǒng)運(yùn)行，檢測各點(diǎn)溫度按照程序打開各控制元件，根據(jù)溫度的變化執(zhí)行程序命令，在非工作時間停止運(yùn)行。它實(shí)現(xiàn)了對模擬量控制到數(shù)字量控制的進(jìn)步，其運(yùn)用范圍和方向也越來越廣，其中也應(yīng)用在太陽能熱水工程與建筑一體化控制中，它使得控制模式更人性化、控制方式簡便化，將太陽能熱水的控制系統(tǒng)水平帶入一個新臺階。其次，選擇好系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后在此基礎(chǔ)上研發(fā)一種合理的控制裝置是系統(tǒng)能否真正到達(dá)綠色節(jié)能的重要因素。代入公式，得15年內(nèi)節(jié)省燃料費(fèi)用 (4) 回收年限系統(tǒng)回收年限為，系統(tǒng)的總投資等于系統(tǒng)節(jié)省的總費(fèi)用的年數(shù)。(2) 太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能量 （3—10）為當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昕偺柲茌椛淞?，南寧地區(qū)取=； 取= m2；=55%；=?！?；為換熱器傳熱系數(shù)，取=600W/ (m2代入公式得 = m2。表33為中國不同地區(qū)的。其總面積的計(jì)算是一個重要參數(shù)，配合系統(tǒng)其它元件的合理配置和設(shè)計(jì)，從而保障太陽能熱水系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。d)；為水的比熱容，4187J/ (kg同時能對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。溫差循環(huán)泵作為太陽能集熱系統(tǒng)的主要部件，是整個系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。，為防止水箱溫度過熱產(chǎn)生水垢以及用戶的使用安全性，關(guān)閉分戶電磁閥，換熱結(jié)束。整個系統(tǒng)開始工作時，總控制器首先通過檢測平板太陽能集熱器出工質(zhì)口溫度和集熱水箱的溫度，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的溫差值時，啟動溫差循環(huán)泵。整個控制系統(tǒng)如圖32所示。本文是在一般集中供熱分戶儲熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，研發(fā)的內(nèi)容主要包括兩個方面：，即由PLC控制的總控制器的研發(fā)；，即由單片機(jī)控制的分戶控制器的研發(fā)。夏季是用熱淡季，但卻是太陽能最為充分的季節(jié)，熱水系統(tǒng)一般會將富余的熱量舍棄掉，造成太陽能熱量的利用不夠充分；而冬季是用熱旺季，太陽能的供給卻不夠，造成供小于求的局面。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1．立管少，只有一個系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定，運(yùn)行成本較低，系統(tǒng)初投資較分戶承壓型低；2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡明，在屋頂放置集熱器，結(jié)構(gòu)負(fù)荷小；3．分戶式輔助加熱，每戶一套供水系統(tǒng)，用水分戶計(jì)量，住戶可隨住隨用，便于物業(yè)管理無收費(fèi)問題；4．不受樓層到底影響，可實(shí)現(xiàn)太陽能資源共享，解決了屋面集熱器安裝面積不足造成的難題多高層建筑不能使用太陽能；5．系統(tǒng)布置靈活，易實(shí)現(xiàn)與建筑一體化；6. 分戶儲熱、每戶用水量大小不均，貯水箱溫度不盡相同，可能造成循環(huán)回水溫度過高而降低集熱效益。 第三章 太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以一棟六層多層民用住宅為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，一層三戶，共24戶住戶。但由于為了保證正常使用熱水必須安裝輔助加熱裝置，這又給熱水的定價和收費(fèi)帶來不確定的因素，容易造成用戶之間的糾紛，這種系統(tǒng)比較適合于公共場所。這種系統(tǒng)適合于低層或多層建筑中的高層住戶，對于多、高層中樓層較低的用戶并不適合，因?yàn)樗嬖诠芫€過長的問題，在使用前會大量放掉管道中的冷水才能使用到熱水。(3)太陽能熱水系統(tǒng)的集成問題。(2)太陽能熱水系統(tǒng)與內(nèi)部水系統(tǒng)結(jié)合的問題。 圖25集中式 26半集中式 27分散式Fig 25 Centralized Fig 26 Semi Central Fig 27 Dispersion 圖27集中集熱集中儲熱式 集中集熱分散儲熱式 分散集熱分散儲熱式Fig 27 Centralized heat concentrated heat storage type Centralized heat dispersion of heat storage type Scattered set heat dispersion of heat storage type目前太陽能熱水系統(tǒng)在中高層建筑一體化中主要存在以下三個問題：(1)太陽能熱水系統(tǒng)與建筑外觀結(jié)合的問題。集熱器可集中布置于屋頂和墻面，儲熱水箱可靈活地布置于室內(nèi)和陽臺。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖27所示。系統(tǒng)可總結(jié)為強(qiáng)制間接循環(huán)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，采用集熱器加熱傳熱工質(zhì)，通過熱交換器和水泵使傳熱工質(zhì)循環(huán)加熱、系統(tǒng)復(fù)雜，造價高、較易保證系統(tǒng)水質(zhì)和防凍、儲熱水箱可以是承壓閉式水箱 ，或非承壓開式水箱。國際標(biāo)準(zhǔn)IS09459對太陽能熱水系統(tǒng)提出了科學(xué)的分類方法，它是按照太陽能熱水系統(tǒng)的七個基本特征進(jìn)行分類。本文采用的是輔助電加熱裝置。在本文中將控制系統(tǒng)分為總控制器和分戶控制器。其結(jié)構(gòu)簡單，可承壓運(yùn)行，可靠性好。這種集熱器的特點(diǎn)是：運(yùn)行效率高，但不能承壓運(yùn)行、易爆裂、易結(jié)垢，不易與建筑結(jié)合進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。我國目前廣泛使用的太陽能集熱器可大體分為兩類：玻璃真空管型太陽能集熱器和平板型太陽能集熱器。本文基于此背景，開發(fā)一種集中供熱分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)。大型公共建筑的集中供水、高級商用建筑的綠色節(jié)能需求、民用建筑節(jié)能和外觀相結(jié)合的要求，使得高層建筑的太陽能一體化設(shè)計(jì)研究越來越受到重視。同時真空管破碎、漏水、中高層建筑中管道布設(shè)等問題也會存在一定弊端。通過開發(fā)高吸收、低輻射率的材料，在最大限度吸收太陽輻射的同時盡量的降低其反射會空氣中的熱量，從而做到更有效的保存已搜集的熱量，提高集熱器的效率。通過這三個階段，我國的太能熱水器產(chǎn)業(yè)在這二十多年期間，發(fā)展迅速，生產(chǎn)了不同型號和規(guī)格的太陽能產(chǎn)品，使得我國太陽能熱水器的年產(chǎn)量飛速增長，勢頭迅猛。產(chǎn)業(yè)化形成階段，始于80年代，由于70年代末的世界能源危機(jī)，我國政府也采取了相應(yīng)的應(yīng)對措施，太陽能熱水器這個新興行業(yè)悄然而生，并在太陽能集熱器研制方面取得了一定的成果。我國政府一直都非常重視太陽能的開發(fā)和利用。平板集熱器性能的提高、外觀的優(yōu)化已使得它和建筑完美的結(jié)合，它能置于屋頂、鑲嵌于墻體和陽臺，和建筑適合的融為一體。在北美和歐洲的一些國家，太陽能建筑一體化得到了大力的發(fā)展和應(yīng)用，其主要形式為集中集熱、集中供熱系統(tǒng)和集中集熱、分戶儲熱系統(tǒng)，用于供應(yīng)一棟或幾棟樓的熱水，配套高性能控制系統(tǒng)和太陽能熱水器。圖14用煤炭和太陽能提供熱水的效率對比圖Fig 14 Coal and solar energy to provide hot water efficiency parison chart在使用太陽能熱水器面積方面，以色列是全球人均使用面積最高的國家。在歐洲的許多國家，太陽能熱水利用不僅僅局限于居民的家庭生活用水，政府通過建造大規(guī)模的太陽能熱水工程來提供城市用水，把太陽能熱水作為市政熱水供應(yīng)的一部分，其運(yùn)用范圍更為廣泛并且高端。全年日照時數(shù)為2200h以下，輻射量相當(dāng)于170 kg標(biāo)煤燃燒所發(fā)出的熱量。(2) 二類地區(qū)是我國太陽能資源較為豐富的地區(qū)，主要有山西、河北、寧夏、內(nèi)蒙古和青海等地區(qū)。全國按太陽能輻射量大小大致上可分為四類地區(qū)，圖13是我國太陽能資源分布情況。作為最清潔的能源之一，它對生態(tài)環(huán)境的影響意義非凡。(2) 巨大性，太陽能的總量是世界上可以開發(fā)的最大能源，1014t標(biāo)煤。采用新能源和可再生能源漸漸替代和減少常規(guī)能源的使用，社會走可持續(xù)發(fā)展道路的重大措施。并已先后制定和頒布了一系列關(guān)于開展新能源和可再生能源建設(shè)的政策性文件，大力地推動著這項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展。然而，我國的能源儲備并不豐富，已探明的可開發(fā)能源總量超過8230億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中可開發(fā)剩余可采總儲量為1392億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，%。圖11是世界與中國常規(guī)能源的可開采情況。能源作為世界經(jīng)濟(jì)增長的動力，其重要性直接影響到人類社會發(fā)展的進(jìn)程。關(guān)鍵詞：太陽能熱水系統(tǒng) 集中供熱分戶儲熱 節(jié)能 PLC 單片機(jī)RESEARCH ON BUILDING INTEGRATION OF SOLAR WATER HEATER CONTROL SYSTEMABSTRACTThere are many types of solar water heating systems used in residential construction in China, pared with the match of the building, control form is single and poor degree of integration. At present our country city residential building39。PLC便于智能化集成監(jiān)控與控制，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高，與太陽能集熱器、水泵、溫度傳感器、集熱水箱和電磁閥等元件連接用于系統(tǒng)的集熱，能實(shí)現(xiàn)熱量的集中化供應(yīng)。碩士王佳亮太陽能建筑一體化熱水控制系統(tǒng)的研究2012碩士學(xué)位論 文太陽能建筑一體化熱水控制系統(tǒng)的研究太陽能建筑一體化熱水控制系統(tǒng)的研究摘 要在我國應(yīng)用于住宅建筑中的太陽能熱水系統(tǒng)種類繁多，與建筑的匹配性相比，其控制形式較為單一，集成化程度不高。本文根據(jù)集中供熱、分戶儲熱系統(tǒng)，研發(fā)一款太陽能熱水控制器，采用PLC（總控制器）和單片機(jī)（分戶控制器）結(jié)合的控制方式。本文重點(diǎn)闡述了熱水控制系統(tǒng)（總控制器和分戶控制器）的硬件電路設(shè)計(jì)和相關(guān)軟件程序設(shè)計(jì)，并給出了具體的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如何開發(fā)和利用新的可再生能源已成為世界各國共同關(guān)注的話題。根據(jù)IEA估計(jì)，全球石油儲備將在50年后枯竭，世界天然氣儲量將在70年內(nèi)枯竭，世界原煤儲量將在170年后枯竭，鈾的年開采量可維持到2040年左右。中國對能源的需求量在2010年到2035年間會上升75%，到2035年，中國占世界能源需求的比例將從目前的17%上升至22%。中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展伴隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡化，我國的能源開發(fā)利用對生態(tài)環(huán)境造成的污染十分嚴(yán)重，政府非常重視開發(fā)和研究新能源和可再生能源，并已將開發(fā)新能源與可再生能源作為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源利用的一個重要方面，納入到國家經(jīng)濟(jì)與能源發(fā)展的基本政策和法規(guī)當(dāng)中。由上述分析可知，新能源和可再生能源的開發(fā)利用是保障人類社會不斷進(jìn)步、人們賴以生存的地球的生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展的重要舉措。太陽能是一種可再生能源，取之不盡用之不竭，它與其他可再生能源相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 普遍性，太陽光普照大地?zé)o處不在，無論陸地、河流、海洋、高山都有陽光存在，不用開采運(yùn)輸，可以直接開發(fā)利用。(4) 無害性，作為新能源其除了能供人們使用并且其開發(fā)利用不會污染環(huán)境。高值中心為青藏高原，低值中心為四川盆地；西部地區(qū)的太陽年輻射總量高于東部地區(qū)，除了新疆和西藏，基本上太陽輻射量是南部低于北部；南方大部分地區(qū)云霧雨較多，太陽能不隨緯度的增加而減少，而是隨緯度的增加而增加。一類地區(qū)海拔高，全年日照時數(shù)約為3300h，輻射量相當(dāng)于284 kg標(biāo)煤燃燒所發(fā)出的熱量。(4) 四類地區(qū)是我國太陽能資源最少的地區(qū)，主要有四川省和貴州省。在全世界范圍內(nèi)，各種太陽能熱水裝置的生產(chǎn)已形成為一個新興的產(chǎn)業(yè)，其廣泛運(yùn)用于人們的生活和某些生產(chǎn)領(lǐng)域。如圖14所示為用煤炭和太陽能提供熱水的效率對比圖。目前它們產(chǎn)品的發(fā)展方向主要集中在如何提高集熱器的集熱效率。鑒于國外的太陽能熱水系統(tǒng)多是運(yùn)用于建筑一體化，因此平板太陽能熱水系統(tǒng)是其主流產(chǎn)品。其控制系統(tǒng)已經(jīng)能做到根據(jù)太陽輻射量對系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，有的系統(tǒng)能做到遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)也運(yùn)用于其中，能夠?qū)崟r得知系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、產(chǎn)生的熱水量、減少的碳排放量等相關(guān)數(shù)據(jù)，熱水系統(tǒng)朝著集成化、智能化方向前進(jìn)。起步階段，我國太陽能熱水器的使用起始于1958年，中國最早的太陽能熱水系統(tǒng)是分別建于天津大學(xué)和北京天堂河農(nóng)場的浴室，采用的是自然循環(huán)式太陽能熱水系統(tǒng)，分別由天津大學(xué)和北京建筑設(shè)計(jì)院研制。太陽能集熱器的年生產(chǎn)量從1998年的350萬m2 /年發(fā)展到2008年的3100 m2 /年。在我國，太陽能集熱器的效率問題一直是太陽能熱水系統(tǒng)中研究的重點(diǎn)對象，涉及到的研究內(nèi)容是如何提高太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率。這樣會有一些如，如何抗大風(fēng)、冰雹等安全問題，同時由于是后期無規(guī)律安裝，會大大破壞建筑的整體美。由于我國人多地少，隨著城市中高層建筑的快速發(fā)展，太陽能熱水系統(tǒng)的整體性要求日益凸顯。與此同時，由于其相關(guān)政策和規(guī)范并不完善，控制方式和結(jié)構(gòu)不夠合理導(dǎo)致在與建筑結(jié)合的過程中出現(xiàn)很多問題。圖21 太陽能熱水系統(tǒng)圖Fig 21 Solar water heating system diagram由圖中可知，選用的太陽能集熱元件為平板集熱器。太陽輻射透過外管照射到涂有選擇性吸收膜的內(nèi)管上，從而轉(zhuǎn)換為熱能，直接加熱在玻璃管中的傳熱介質(zhì)（玻璃真空管用于直接系統(tǒng)，傳熱介質(zhì)一般為水）。平板型集熱器所產(chǎn)生的熱水溫度一般可達(dá)到