太阳能供热系统

1、一 太阳能集中供热系统 1.1 概述 太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。目前，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。太阳能热水器符合低碳经济的发展，是可持续的、节能减排产品，是太阳能行业发展的机遇。太阳能产业规模巨大，市场发展具有极大的潜力。近几年政府大力支持太阳能行业的发展，2009年出台了针对太阳能的家电下乡政策，对太阳能家电下乡产品进行补贴，惠及亿万百姓，符合中央建设资源节约型、环境友好型社会，增强可持续发展能力的要求。太阳能行业的前景是光明的，但道路是曲折的。具体到每个企业，由于每个企业的技术、产品和水平等等不一，所以，能否到达行业光明的彼岸取决于企业的综

2、合实力。目前，我国太阳能热水器行业产业发展不规范，企业自律性较弱。但是太阳能行业的发展必将会回归理性，企业需更加注重对产品品质的提升。希望行业内各大品牌联合起来，发挥各自企业优势，共同推进产业发展，维护市场秩序，营造和谐有序的行业发展环境。1.2 太阳能新能源的发展趋势 太阳能热水系统是利用“温室效应”原理，将太阳辐射能转变为热能，并将热量传递给工作介质从而获得热水的供热系统。太阳能热水系统由太阳集热器、贮热水箱、循环泵、辅助热源、控制系统和相关附件组成。 太阳能热水系统的系统设计应遵循节水节能、经济应用、安全简便的原则。从节水节能考虑，必须设置保温措施；从使用功能考虑，目前最应解决的是冷热是

3、系统压力平衡的问题，优先选用承压式系统；从建筑美观考虑，优先选用分离式系统；从水质卫生考虑，优先选用间接式系统由于系统集热器和部分管道置于室外，而赤峰市冬季环境温度较低，集热器、管道有可能结冰冻胀造成设备损害，影响整个热水系统的正常运行。太阳能系统的防冻通常采用以下几种方式：排空法防冻方式。在结冰季节到来之前，将集热器排空，系统不运行。或者在集热器下集管进口处设置自动控制线路的温度触点，0以前即将集热器排水阀打开，排空集热器中的水。缺点是如果温控线路失灵，集热器即会冻裂。排空法是消极防冻方法，不仅浪费水源，而且降低了集热器的年集热效率，不能充分利用太阳能，除了受到工程造价低的限制，否则不宜采用

4、。保持集热系统中的水不断流动。这种方式要求集热系统不能有循环死角，否则该处管道等部件仍会冻裂。为维持水的流动，需启动水泵耗费常规能源，水在流动过程中会损失水箱中部分能量。这种方法浪费常规能源，而且系统热损失大，所以不宜使用。排回法防冻方式。即水箱置于集热器的下方，根据储热水箱底部及集热器顶部的水温差控制水泵的运转或是停止。当集热系统当集热系统出口水温低于储热水箱水温是，循环泵关闭，集热系统停止工作，集热系统中的水依靠重力作用流回储热水箱。当使用排回系统时，集热系统集热器和管路的安装坡度有严格要求，以保证集热系统中的水能完全排回。 能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。而太

5、阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，“取之不竭、用之不尽”。在各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用太阳能光伏发电系统是由太阳能电池组件、蓄电池组、太阳能发电机系统组成，发电功率可以根据需求搭配。由于太阳能发电具有节能、环保，一次投资，长期受益的特点，只要阳光充足就可以就地安装等特点可应用于别墅群、草原牧区、偏远山村、高山海岛等地区的小规模发电。 我国的太阳能热利用产业，无论在规模、数量、市场成熟度方面，还是在核心技术、民族品牌方面，都领先于世界

6、水平。我国太阳能产业现状目前太阳能的利用主要：利用光热效应，即把太阳光的辐射能转换为热能，太阳能热水器和太阳灶就是典型的例子。我国太阳能热能利用发展较为成熟，已形成较完整的产业体系，太阳能光热产业的核心技术遥遥领先于世界水平，其自主知识产权率达到了95%以上。我国已经成为世界上太阳能集热器最大的生产和使用国，目前最广泛应用的技术是太阳能热水器，截至2006年全国太阳能热水器累积使用已达9000万m3，占世界总量的76%。1000多家太阳能热水器生产企业，每年创造的总产值近120亿元，为提高中小城市居民的生活质量发挥了重要作用。到2008年，我国太阳能热水器总集热面积运行保有量为1.35亿平方米

7、，年生产能力超过2500万平方米，比2007年增长10%，使用量和年产量均占世界总量的一半以上。太阳能热水器的推广已基本实现了商业化，形成原材料加工、产品开发制造、工程设计和营销服务的产业体系，带动了玻璃、金属、保温材料和真空设备等相关行业的发展，成为了一个产业规模迅速扩大的新兴产业。我国自主创新的真空管热管技术，其水平居于世界领先地位，真空管热水器在我国得到了广泛应用，每年产量超过1600万平方米，占世界真空管热水器市场的90%以上。同时真空管热水器以其优良的性能，出口亚洲、欧洲、非洲等几十个国家。我国将继续在城镇推广普及太阳能与建筑结合、太阳能集中供热水工程，并建设太阳能采暖和制冷示范工程

8、。在农村和小城镇推广户用太阳能热水器，目标到2010年，全国太阳能热水器总集热面积达到1.5亿平方米，加上其他太阳能灶、太阳房等太阳能热利用，年替代能源量将超过5000万吨标准煤以上。在高速发展的同时，由于许多地方政府对之寄予超高期望，太阳能热水器行业的竞争非常激烈，山东、江苏、北京是太阳热水器主要生产基地。1.3 太阳能热利用的意义 太阳能热利用就是用太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。按利用的温度不同分为太阳能低温(500)利用。太阳能热利用的关键部分是太阳能集热器，目前使用的太阳能集热器根据集热方式不同分为平板型集热器和聚焦型集热器，前者接受太阳辐射

9、的面积和吸热体的面积相等，为了接收到较多的太阳能需要很大的集热面积，且集热介质的工作温度也较低；后者通过采用不同的聚焦器，如槽式聚焦器和塔式聚焦器等，将太阳辐射聚集到较小的集热面上，可获得较高的集热温度。1.4 系统设计方案 1.4.1 系统总体设计方案太阳能集中供热自动控制系统包括三个控制变量分别是压力、液位、和温度三个控制量。系统中要有储水箱、和混合水箱以及热水水箱。太阳能中产生的热水存贮在热水箱中，储水箱和热水箱中的水注入混合水箱中进行混合并与加热器协同配合工作达到供水温度供给用户。 1.4.2 控制系统设计水箱缺水自动补充自来水：当用水使水箱内水量低于最低水位时，自动启动补水电控阀为水

10、箱补水，当补水使水箱水量上升到二水位后，补水停止并自动转入温控补水功能。水箱缺水时，为防止空转，供水泵与循环水泵均不能启动。循环：当楼顶太阳能集热器内温度高于水箱内水温15（可调）度时，自动启动循环泵；循环泵循环使集热器内的温度逐渐下降，当降至与水箱温度相同（或稍高，可调）时，循环泵自动停止。如此反复运行；阴天或太阳强度不足时，集热器温度低于水箱温度循环泵不启动。 辅助热源自动启动：当水箱内水温不足时，辅助热源自动启动运行为水加温，水温达到设定温度后自动关闭。在本设计中供水水箱主要作用是为天阳能集热器的热水箱和混合水箱进行供水，当太阳能集热器中的水位低于设定水位时打开大水泵及控制阀门对集热器进

11、行供水知道水位达到太阳能热水器水位的上限值。当混合水箱的水温温度高于设定值时需要储水箱对保温水箱进行供水直到温度达到要求为止。为了防止热水水箱水位过高或者过低需要对热水水箱水位进行监测。根据系统设计要求热水水箱水位要保持在上限值与下限值之间。混合水箱是为了用户提供合适的使用水温需要对其液位进行控制其控制。温度控制系统在本设计中是非常重要的一部分，影响温度变化的因素也特别的多。在本设计中采用串级控制来控制温度是温度恒定在50摄氏度。太阳能热水系统作为环保节能的优秀产品虽然具有不可替代的优势,但是由于自然条件的制(如在冬季或连续阴雨天产热水量较低时),为保证正常的供应热水,还要选择适当辅助热源设备

12、。在太阳光照不足时由于热水器中产生的热水温度与冷水混合后的温度不能达到供给用户的温度这是为了保证供水温度需要启动加热器对混合水箱中的水进行加热来进行加热达到供水温度。为了使冷热水得到充分的混合进而能够迅速的达到用户使用温度，在混合水箱中安装一个电动搅拌器，这样能够使冷水与热水充分混合。压力控制系统的研究与设计是一个简单的单闭环控制系统。一个完整的过程控制系统图一般有调节器（控制器）、执行器、被控过程和测量变送器四个环节。其中调节器、执行器和测量变送器都属于检测控制仪表，所以，也可以认为，过程控制系统=检测和控制仪表+被控过程。1.4.3 硬件电路设计与器件选型 详见系统方案1.4.4 总结本设

13、计方案在太阳能供热行业的控制系统的发展和现状的基础上，结合我国中小城市太阳能供热的现状，设计了一套以温度自动控制技术和变频恒压供水为基础的太阳能集中供热自动控制系统。 在本设计中，主体分为3部分，温度控制部分、压力控制部分，液位控制部分以及三个控制对象的衔接。在三个控制对象中对于温度的控制相对比较难因为影响温度的变化的扰动很多，在本系统中采用数字PID调节的方式对温度进行精确控制并同时附加电加热器进而是温度能够更容易的达到设定温度。电加热器可能不是最经济的加热方式但采用电加热的方式是最简单也是最容易控制的一种加热方式是最适合本设计的加热方式。压力控制采用变频恒压供水方式在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调