畢業(yè)論文（設計）太陽能熱水控制系統(tǒng)綜述報告

1、原創(chuàng)性聲明本文是在他人的研究成果上加以總結(jié)，并無本人原創(chuàng)性研究。摘要進入20世紀以來，人類科技迅猛發(fā)展，在經(jīng)濟繁榮的同時，也 不斷消耗著巨量不可再生的化石能源，在不久的將來我們的化石能源 終將枯竭，從人類自身生存環(huán)境和能源消耗兩方面看，都迫使我們尋 找可再生能源替代現(xiàn)在的常規(guī)化石能源。利用以風能、太陽能、潮汐 能、地熱能、生物質(zhì)能等為代表的清潔、可再生能源為人類服務。可 以推動技術(shù)進步，改善現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。相對于傳統(tǒng)能源，新能源普遍具有污染少、儲量大的特點。對于 解決當今世界嚴重的環(huán)境污染問題和資源枯竭問題具有重要意義。 美國、歐盟和日本等發(fā)達國家和地區(qū)在進行能源結(jié)構(gòu)調(diào)

2、整過程中，已 經(jīng)把新能源開發(fā)與利用放到非常重要的位置。在眾多新能源中，太陽能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢， 成為關(guān)注重點。太陽能具有資源豐富、無需開采和運輸、不污染環(huán)境、 不破壞生態(tài)平衡等特點，因此太陽能的開發(fā)利用將有巨大的市場前景, 它不僅帶來很好的社會效益、環(huán)境效益，而且還具有明顯的經(jīng)濟效益。經(jīng)過二十多年的研究與開發(fā)，我國太陽能熱利用取得了很大成就, 已經(jīng)達到世界先進水平。作為一名控制系的學生，很有必要了解太陽 能這種新能源的控制系統(tǒng)。但太陽能運用廣泛，而我們的精力有限， 不可能每一種運用都了解清楚。在太陽能的各種運用中，太陽能熱水 器作為節(jié)能、環(huán)保、低成本的綠色能源產(chǎn)品，已經(jīng)成為我

3、國可再生能 源領(lǐng)域發(fā)展最快、規(guī)模最大、市場成熟最早的行業(yè)。特別是"九五"計 劃將大力開發(fā)能源和可再生資源列入我國重點項目以來，在企業(yè)規(guī)模 化、產(chǎn)品標準化、技術(shù)國際化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導思想的指導下，我國太 陽能熱水器產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，初步形成了原材料加工、生產(chǎn)、制造、銷 售和安裝服務相配套的產(chǎn)業(yè)化體系。中華人民共和國可再生能源法 已于2006年1刀1日施行，其中第十七條規(guī)定：國家鼓勵單位和個 人安裝和使用太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能供熱采暖和制冷系統(tǒng)、太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)等太陽能利用系統(tǒng)。因此，要想要了解太陽能這種新能 源的控制系統(tǒng)，可以先從太陽能熱水系統(tǒng)入手。1太陽能集熱控制系統(tǒng)1.1太

4、陽能熱水器的原理太陽能熱水器就是利用溫室原理，把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并向?傳遞熱量，從而獲得熱水的一種裝置。所謂溫室原理就是指由于對流、 輻射損失減少，使熱量聚積，溫度逐漸升高的一種自然現(xiàn)象。具體過 程是太陽光透過玻璃進入密封的集熱器，大部分能量被集熱器吸收， 然后將熱量傳給冷水，冷水加熱后重量變輕，自動流入水箱上部，水 箱下部的冷水由于密度大而自動流入吸熱體繼續(xù)獲得熱量，周而復始, 水箱內(nèi)的全部冷水將被加熱。1. 2太陽能集熱系統(tǒng)組成及工作原理太陽能集熱系統(tǒng)主要由控制器、集熱器、集熱水箱、供熱水箱、 循環(huán)泵、支架、電加熱器、電磁閥、電動三通閥、控制閥、溫度傳感 器、水位傳感器等設備構(gòu)成。系統(tǒng)

5、通過太陽能集熱器收集能量，集熱 器內(nèi)的熱水收集于供熱水箱中為用戶提供熱水。當系統(tǒng)儲存熱水不能 滿足供熱指標時，通過輔助電加熱系統(tǒng)提高水溫。系統(tǒng)具有供熱水循 環(huán)回路，啟動回水循環(huán)泵可更換供水管道中的水。圖12-1為太陽能 集熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。5、t2i！ 集熱水箱太陽能集熱器i :h.hlh2補水管供熱水箱t5 卜一 回水管道rt3t1t2t3t4巧7控制器圖1.2-1太陽能集熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖太陽能集熱器置于建筑物頂端，集熱水箱和集熱器中的水通過管 路1、2、3、4以及控制閥q1和三通閥q6形成循環(huán)，使得集熱器中 被加熱的熱水循環(huán)至集熱水箱中，經(jīng)過一段時間，水箱中形成明顯的 溫度分層，上部的水溫已

6、達到可供使用的水平，當集熱水箱的上層水 溫高于60°c時，打開控制閥02,自來水經(jīng)過管路6進入集熱水箱底 部，將其中的熱水壓出，通過管路5將加熱的熱水壓送至供熱水箱中。 在運行過程中，傳感器tl、t2、t3、t4、t5分別測量出集熱器、集 熱水箱、供熱水箱、出水口以及回水的溫度，hl、h2測得集熱水箱 和供熱水箱中的水位，并傳遞給控制器，由控制器對系統(tǒng)的運行進行相應的控制。供熱水箱為恒溫水箱，將其熱水溫度控制在60°co控 制閥q3用于控制自來水的流量，避免供熱水箱中的水溫超過60°co 當遇陰雨天氣，供熱水箱的水溫低于60°c吋，電加熱2開啟，利用 輔

7、助能源加熱供熱水箱中的水。系統(tǒng)具有供熱水循環(huán)回路，啟動回水 循環(huán)泵可更換供水管道不合供熱指標的熱水。供熱水箱中的熱水由出 水口流向建筑內(nèi)各用戶的熱水調(diào)節(jié)入口，用戶可以通過從控制器控制 冷、熱水閥門開度大小對水溫進行控制。供熱終端則有計量裝置，計 量每戶熱水的用量。由于各終端用水吋間不盡相同，則總體用熱水量 在各時間段可趨于自然平衡，太陽能集熱器的熱效率可充分發(fā)揮岀來。 圖1-22為單用戶的恒溫調(diào)節(jié)器原理圖。圖1.2-2單用戶的恒溫調(diào)節(jié)器原理圖1.3太陽能集熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)太陽能集熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)由主控制器與從控制器兩部分組成。主控 制器與太陽能熱水器連接，負責與從控制器進行信息交互以及對熱水

8、器進行相應的控制。從控制器實現(xiàn)對單用戶恒溫調(diào)節(jié)器的控制、以及近程的顯示、功能設置、報警等功能。主、從控制器間通信采取無線通信的方式。圖1. 3-1為控制系統(tǒng)框圖。熱水器主控制器z7控制系統(tǒng)單用戶飯 溫調(diào)節(jié)e敏用戶恒單用戶也2主控制器硬件電路通過查閱資料發(fā)現(xiàn)有人設計了一種以基于arm920t內(nèi)核的s3c2410微處理器為核心，并由電源電路、存儲器電路、xe1205 無線傳輸電路、以太網(wǎng)接f1電路、lcd （觸摸屏）接121電路、鍵盤 輸入及報警電路、輸出控制電路、復位電路、溫度采集電路、水 位檢測及傳送電路等外圍電路組成的主控制器。圖31是其設計 主控制器硬件電路設計框圖?？刂葡到y(tǒng)中s3c241

9、0是系統(tǒng)核心，負責各種數(shù)據(jù)的處理；存儲器用來存儲系統(tǒng)程序代碼以及各種數(shù)據(jù)：xe1205無線模塊實現(xiàn) 與從控制器間數(shù)據(jù)的無線傳輸；溫度采集釆用ds1 8820,它檢測 到的信號為數(shù)字信號，可直接與處理器連接；水位檢測把液位傳 感器采集到的電壓信號經(jīng)tlc1549變成數(shù)字信號后由s3c2410進行 處理；鍵盤輸入用獨立式按鍵設計，用來進行參數(shù)的設定；lcd （觸 摸屏）顯示用來實現(xiàn)良好的人機互動以及各種數(shù)據(jù)的實時顯示；以 太網(wǎng)接口主要是實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程網(wǎng)絡監(jiān)控；輸出控制通過繼電器 輸出完成，主要包括電加熱控制、上水控制、循環(huán)泵控制等。各種個模塊的設計，由于篇幅所限，這里不展開研究。3經(jīng)濟性及發(fā)展前景

10、作為新能源的杰出代表，太陽能的經(jīng)濟效益顯著。下表是各 種熱水供應方式經(jīng)濟性比較結(jié)果?？芍葪l件下電熱水器每年 需花費931. 03元,是太陽能熱水系統(tǒng)的2. 05倍;燃氣熱水器花費 996. 12元,是太陽能熱水系統(tǒng)的2. 19倍。太陽能熱水系統(tǒng)經(jīng)濟效 益顯著。太陽能熱水系統(tǒng)電熱水器燃氣熱水器初投資/元380012001000年經(jīng)營費用/元133.44824.23907.12年計算費用/元453.84931.03996.12同時，利用太陽能熱水系統(tǒng)代替常規(guī)系統(tǒng)也可獲得顯著的環(huán)保和社會效益，江蘇省能源統(tǒng)計報表資料顯示每kg標煤產(chǎn)2927mj,那么以一戶3尬2集熱器為例，每年可節(jié)約標煤190.

11、 41kg,減排co2792. llkg> so24. 19kg> nox2. 09kgo 假設上海有 5000 戶家庭 使用太陽能供水，則減排co23960550kg/年、s0220950kg/年、 /vox10450kg/年，這是個是一個非常龐大的數(shù)目。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在世界范圍內(nèi)的實施，太陽能的開發(fā)利 用將被推到新的高度。至本世紀中葉，世界范圉內(nèi)的能源問題、 環(huán)境問題的最終解決將依靠可再生潔凈能源特別是太陽能的開發(fā) 利用。隨著越來越多的國家和有識之士的重視，太陽能的利用技 術(shù)也有望在短期內(nèi)獲得較大進展。太陽能建筑將得到普及，太陽 能建筑集成已成為國際新的技術(shù)領(lǐng)域，將有無限廣闊的前景。太 陽能建筑不僅要求有高性能的太陽能部件，同時要求高效的功能 材料和專用部件。如隔熱材料、透光材料、儲能材料、智能窗（變 色玻璃）、透明隔熱材料等，這些都是未來技術(shù)開發(fā)的內(nèi)容。太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的完美結(jié)合，是在實踐的基礎(chǔ)上不斷完善，相信隨著太陽能技術(shù)的逐步成熟和工程實踐中經(jīng)驗的不斷積累，太陽能技術(shù)將發(fā)揮出更大的優(yōu)勢，為社會做出更大的貢獻。參考文獻1呂昌江,新型太陽能控制系統(tǒng)的研究與應用學位論文碩士 2010 3江蘇省統(tǒng)計局，江蘇省能源統(tǒng)計報表,2007.4石金鳳，村鎮(zhèn)住宅建筑太陽能