南京鼎辰建筑设计有限责任公司 江苏南京 210000
摘要：本文在探讨太阳能热水工程控制系统供应方面，主要针对发热的原理，功能的应用进行简要讲解，以促使今后的太阳能热水供应技术能够更加完善。
关键词：太阳能；热水系统；工程设计；控制系统；设计
1 太阳能系统工程定义
目前，由于对能源的大量需求使得新型能源地开发成为了重要的课题。太阳能以其无污染、环保、经济节约的特点被广大地区广泛使用。太阳能热水系统工程实际就是一种能够将太阳能转化为热能的装置，利用这一原理，人们可以加热水，并进行有效利用。其中，太阳能热水系统工程所包含的装置主要是由集热装置、蓄热容器、控制系统、水泵以及相关的保温防腐管道所构成。通过一定的组装与调试，太阳能热水系统装置能够在有阳光照射的情况下，充分地利用太阳散发出的能源将水加热，这样就能够使人们能稳定有效地使用到热水资源。
2太阳能热水工程系统原理
如图1所示，本系统采用两个工程水箱，储热水箱A作为集热保温水箱，储热水箱B为供热保温水箱，两水箱通过管道联通，当有用户用水时，储热水箱B内水位下降，储热水箱A内的水自动补进水箱B内。当定时灯亮时，可以由定时器控制进水。太阳能装置设计原理是在天气晴好的情况下水箱中的水利用太阳能加热，当阳光不足及阴雨天气时，由辅助能源补充提供能量。系统通过电磁阀和浮球箱自动上水至储热水箱A，水满自动止水，电磁阀和浮球可以起到互补的作用。循环加热方式为在集热器出水口处和水箱A中各安装一个温度探头，当集热器的温度高于水箱A的温度，达到控制系统设定的启动温差时（即T1－T2≥ΔT启动），控制系统控制循环泵P1启动，水箱A中的低温水进入到联集管集热器中，集热器中的相对高温水被顶回水箱A，使水箱A中的水温升高，当二者的差值降到系统设定的停止温差时（T1－T2≤ΔT停止），循环泵停止运行，如此反复进行，将热量传递到水箱A，使水箱A中的水温度不断升高。当水箱A中的温度高于水箱B的温度达到设定值时，循环泵P2启动，当二者的差值降到系统设定的停止温差时，循环泵停止运行。在用水管道上安装一个温度传感器，当的探测到管道上的温度低于50℃（此温度可在30℃-55℃设定），电磁阀开启，循环泵P3启动，将管道中的冷水打入水箱，保证用水端打开既出热水。当阴雨天气没有太阳时，水箱中的水温低于设定温度5℃时，自动启动电加热或辅助能源，达到设定温度时自动停止电加热。这套装置具有安装简单及不需要其他用电设备的特点。通过太阳能加热，使得用户能够使用到热水，并且可以合理地调控水温。在实际安装中，需要注意线路的设置与控制柜安装地点设计，以使用户有更加方便的使用体验。
3太阳能热水控制工程的系统设计及功能应用
3.1系统设计
在保障系统稳定性的基础上，遵照余热有效回收及资源优化配置的原则，本文提出一种新型太阳能恒温太阳能热水控制系统设计方案。将温度探头T4与TS设置在集热器与回水管道底端进水管道处，并热回水端引入集热器底部的进水端，具体如图2所示，该太阳能热水工程控制系统利用PLC远程控制器来实现对整个流程的指令输入与控制，不仅能够在巩固与加强系统防冻，减小加运行成本的同时，具有恒温放水、自动上水、管道循环以及温差循环等实用功能。
3.2主要功能
3.2.1自动补水
太阳能热水工程控制系统以PLC为主要构成要素，通过电磁阀进行自动补水。系统电气线路主要采用PLC驱动交流接触器或继电器控制水泵、电磁阀等现场执行设备的形式如果设定水位高于储热水箱水位时，利用电磁阀EMV1对集热器进行补水。如果所设定值高于恒温水箱水位时，会自动启动循环泵P2，并直接将储热水箱温水引入恒温水箱中。实现了在太阳能热水工程应用领域中的系统控制过程自动化处理。
3.2.2恒温放水
PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，适应能力好等特点，不仅具有传统继电器控制系统的功能，而且可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，把模拟量输入输出控制和现代控制方法结合在一起，实现智能控制。利用PLC对储水箱的温度和水位进行控制，充分利用了PLC小型可靠和变频器响应快速的特点，当设定值高于从储热水箱过来的补水温度时，恒温水箱自带电加热装置可自动将水箱温度升温至设定值，从而能够使水温始终处于恒定状态。
3.2.3温差循环
利用PLC设置，当设定值时高于储热水箱内的温度传感器T2与太阳能集热器内水的温度传感器T1显示的温差值时，P1停止，达到热量的不断存储与传递，当T1设定值高与T2时，集热循环水泵P1自动启动，进行温差循环。
3.2.4管道循环
利用PLC设置，当温度传感器T4探测到设定值高于热回水管道时，变频泵B1和电磁阀EMV3打开，管道中的冷水进入恒温水箱进行热量交换和循环;当T4显示升高达到另一设定值时，变频泵和电磁阀均关闭。利用管路循环中的流体受热，防止管道冻结。
3.2.5防冻功能
文章中所应用到的太阳能热水工程控制系统共设置三种防冻模式，对太阳能热水控制系统的运行提供保障。第一种模式同时利用热回水与储热水箱的热量，当温度传感器TS探测到设定值①(介于设定值1与设定值2之间)高于水端管路中室外集热器温度值时，启动循环泵P1，储水箱内热水进入管道，在T5探测温度上升与设定值1’（同上）相一致时停止，当T5探测温度上升到设定值2时，B1和EMV4停止工作。当T5探测温度达到设定值2’（介于设定值1与设定值1’之间）后，变频泵B1自动打开，电磁阀EMV4启动，利用回水余热对管道进行循环加温，从而有效预防管路被冻结。第二种模式科学利用热回水热量。在T5探测到进水管路温度上升到所需设定值2时，变频泵与电磁阀同时停止。当探测温度设定值1（同上）高于室外集热器进水端管路中的温度传感器T5时，管道变频泵B1自动打开，电磁阀EMV4启动，回水管路的热水进入集热器底端的冷水。第三种模式合理利用储热水箱的热量。当设定值1（通常略高于冰点）高于室外集热器进水端管路中的温度传感器T5探测温度，循环泵P1启动，储热水箱内热水进入集热器底端的冷水管道，并在T5探测到进水管路温度上升到所需设定值2时停止。
4结论
综上所述，太阳能热水系统工程在能源利用，环境安全和经济运行等方面都具有优势和潜力，太阳能热控制系统在实际操作过程中，运行效果良好，达到了预期要求。在太阳能热水工程应用领域中，控制过程的自动化处理，进一步实现加强和稳固防冻功能，便于操作人员在监控计算机上及时调整参数，减少了能耗和安全隐患，可以使运行系统更加安全可靠。
参考文献
[1]付存谓.太阳能热水工程远程监控系统的设计与实现.电子科技大学.2013.
[2]杨金良.太阳热水工程智能控制系统的设计[J].中国建设动态（阳光能源），2013，01.
[3]刘丽莘.太阳能热水集中供应系统设计及工程应用研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.
[4]寇志伟，徐明娜，李文军，等.基于 PLC 的太阳能热水工程水位测控系统[J].国外电子测量技术，2015，34（1）：69~72.
论文作者:王怀北
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/15
标签：水箱论文; 设定值论文; 太阳能论文; 热水论文; 温度论文; 控制系统论文; 回水论文; 《基层建设》2017年5期论文;