大型住宅小區(qū)利用太陽能集中供熱水工程.doc

項目可行性研究報告項目名稱：大型住宅小區(qū)太陽能熱水工程（該項目建筑面積達90萬m2）領(lǐng) 域：新能源、環(huán)保與節(jié)能申報單位：起 草 人：高毛紅（山東桑樂太陽能有限公司,山東省能源研究）申報時間：2005.7一、立項的背景和意義：面對能源危機和環(huán)境問題，國家對可再生能源的利用高度重視。中華人民共和國可再生能源法已由中華人民共和國第十屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第十四次會議于年月日通過，自年月日起施行。在可再生能源法中，國家鼓勵單位和個人安裝和使用太陽能熱水系統(tǒng)，國家設(shè)立可再生能源發(fā)展專項資金支持可再生能源開發(fā)利用的科學(xué)技術(shù)和示范工程。我國建筑能耗已占全國總能耗的三分之一以上，已經(jīng)嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟的發(fā)展。建筑節(jié)能意義重大，其中炊事、熱水占有相當(dāng)比例。該申請項目的示范項目選在威海“五洲太陽城”住宅區(qū)，區(qū)內(nèi)總建筑面積90萬m2，整個樓盤分7個小區(qū)總計5600余戶。該項目拋棄建筑物上安裝太陽能集熱器的傳統(tǒng)做法，設(shè)計建立太陽能熱水站工程，采用集中供熱水，單戶計量收費方式為住戶提供生活熱水。該項目建成后，將達到顯著的節(jié)約建筑能耗、減少環(huán)境污染、保持建筑原型設(shè)計的三項完美結(jié)合效果?？蓪Υ竺娣e住宅小區(qū)的太陽能熱水工程提供很好的示范作用，該項目規(guī)模和設(shè)計內(nèi)容屬國內(nèi)首創(chuàng)。二、檢索查新結(jié)論： 暫未進行正式查新。依平日工作需要時的搜索情況看，暫無發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外有如此規(guī)模的住宅區(qū)集中供熱水采用太陽能熱水工程。三、國內(nèi)外研究綜述：太陽熱水系統(tǒng)作為目前技術(shù)較成熟、經(jīng)濟效益顯著的環(huán)保節(jié)能型新能源，發(fā)展迅速。據(jù)2003年底統(tǒng)計，國內(nèi)太陽能熱水器年產(chǎn)量達1200萬m2，累計保有量5000萬m2，從業(yè)人員達25萬多人，年產(chǎn)值120多億元，年替代能源約600萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽能熱水器的生產(chǎn)能力和保有量都已居世界第一。世界上太陽能熱利用推廣較好、技術(shù)成熟的地方是在歐洲。截止2001年底，全歐洲太陽能熱水器累積安裝使用量大約為1000萬m2，主要是與建筑結(jié)合的、二次循環(huán)式的太陽能熱水系統(tǒng)為主，產(chǎn)品成本和技術(shù)含量都比我國高。2001年全歐洲銷售量約為120萬m2，形成了大約15億歐元的市場，而且年增長率約在20%左右。太陽能熱水系統(tǒng)的類型，國內(nèi)外可大致分成兩類：一類應(yīng)用于單個家庭，一類應(yīng)用于家庭以外且用水量較大的用戶，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)就是將600公斤以上的太陽能熱水系統(tǒng)定為太陽熱水工程。太陽熱水工程近幾年來發(fā)展迅速。不同的太陽集熱器，不同的系統(tǒng)工作原理，不同的控制操作方法，應(yīng)運而生。而且基本上是圍繞著：中小規(guī)模（幾十噸水左右）；用水集中（客房、浴室）；單體控制（單套系統(tǒng)）進行設(shè)計和施工。由于水平高低不等，質(zhì)量參差不齊。造成一些太陽能熱水系統(tǒng)熱性能不高、運行不穩(wěn)定、故障頻繁、達不到長期可靠運行的目的。近幾年，大型住宅區(qū)的出現(xiàn)，提出了太陽能熱水的迫切需求，但國內(nèi)較大規(guī)模的太陽熱水工程還在起步階段，有待解決和研究的問題很多，主要是以下幾個方面：1.太陽集熱器的選用：由于全玻璃真空管的光熱性能和絕熱防凍性能良好，可全年使用。所以近年來國內(nèi)大部分太陽熱水工程主要采用全玻璃真空管集熱器。又出于成本考慮，系統(tǒng)的工作原理又都采用開放循環(huán)式，真空管內(nèi)充滿循環(huán)水。由此造成真空管有一支破碎，系統(tǒng)將不能正常運行的結(jié)果。尤其是大規(guī)模太陽熱水系統(tǒng)，真空管數(shù)量巨大，對系統(tǒng)的長期正常運行提出了質(zhì)疑。如何在性能、成本、可靠性幾種因素的優(yōu)化中選用正確的集熱器是首要的關(guān)鍵問題之一。2.太陽熱水系統(tǒng)的運行設(shè)計：太陽能屬低品質(zhì)能源，存在著間斷性和低密度兩大缺點，但太陽能又是免費能源，所以受到普遍歡迎。對于太陽熱水系統(tǒng)追求的最佳設(shè)計、運行的結(jié)果，應(yīng)該是系統(tǒng)的得熱量最大、設(shè)備投資成本最低、運行能耗最少、控制操作最簡單、并且能達到長期運行可靠，檢測維修方便。但由于國內(nèi)整個太陽能產(chǎn)業(yè)還是一個新興產(chǎn)業(yè)，尚處于發(fā)展初期，行業(yè)內(nèi)依據(jù)國標(biāo)少，參照國標(biāo)多。所以經(jīng)常是設(shè)計無依據(jù)，技術(shù)不規(guī)范，施工不標(biāo)準(zhǔn)，造成許多太陽熱水工程運行不理想，不能長期正常運行而失敗。3.太陽熱水系統(tǒng)的管路匹配：隨著太陽熱水工程越做越大，管路設(shè)計是容易疏忽但卻非常重要的內(nèi)容。太陽熱水工程管路主要由兩部分組成：第一部分是太陽能系統(tǒng)自身的工作循環(huán)管路。第二部分是供熱水管路。第一部分中的管路無國標(biāo)可依，一般是由設(shè)計單位依原理而定，既要考慮滿足循環(huán)，又要盡量減少管道的熱損。第二部分中的管路，如果在由建筑設(shè)計院設(shè)計時，一般都按國標(biāo)給排水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，但在由太陽能企業(yè)設(shè)計時，往往管徑標(biāo)準(zhǔn)低于國標(biāo)，主要原因基于兩點：一是過去通用的熱水供應(yīng)是依靠鍋爐產(chǎn)生的，而鍋爐是在地面，管路也是由下而上設(shè)計，國標(biāo)是綜合水壓、流量并能滿足頂層用水流量后而決定了管徑，而且要能滿足全負(fù)荷運行要求。現(xiàn)在太陽能系統(tǒng)熱水箱大部分在屋頂，管路是由上而下設(shè)計，供熱水時，上層和下層分配熱水非常容易達到要求，管徑無需很粗便可正常使用。二是管路粗造成熱損大，能正常使用才是目的，而且隨著恒壓變頻泵的使用，利用穩(wěn)定的供水壓力一樣能滿足全負(fù)荷運行。所以說，如果不能實現(xiàn)管路的最佳化設(shè)計，就可能出現(xiàn)不是系統(tǒng)循環(huán)不好，就是管路熱損增加。有時多花了錢，系統(tǒng)的整體運行效率并不高。目前，由于太陽熱水工程的規(guī)模不大，所以輸送管線不長，都是近距離輸送。4、太陽熱水系統(tǒng)主要設(shè)備的選材和控制電器的選用：住宅建筑的設(shè)計壽命都在50年以上，作為理想的配套使用的太陽熱水工程自然是運行壽命越長，節(jié)能價值越高。在家庭電器中應(yīng)該說太陽熱水系統(tǒng)的運行環(huán)境最為惡劣，一方面，系統(tǒng)的主要部分安裝在室外，要經(jīng)受外部自然環(huán)境的考驗，酷暑嚴(yán)寒，風(fēng)霜雨雪。另一方面，要經(jīng)受內(nèi)部水質(zhì)條件的考驗，水溫過高后產(chǎn)生的水垢對系統(tǒng)長效運行影響很大。再加之電磁閥、水泵、繼電器系統(tǒng)等設(shè)備運行的可靠性，合起來決定了整體系統(tǒng)的運行水平和壽命。換個說法就是太陽熱水工程的設(shè)備壽命實質(zhì)是材料壽命。工程熱性能是否長期穩(wěn)定實質(zhì)是對水垢的處理水平。工程運行的故障率實質(zhì)是電器設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量。5.太陽熱水系統(tǒng)的控制：目前國內(nèi)的太陽熱水工程的運行控制，基本是單元工程控制，為了實現(xiàn)全天候提供熱水，一般利用單片機嵌入式系統(tǒng)和繼電器控制系統(tǒng)對工程運行和供水進行控制。由于其在控制技術(shù)方面的缺陷，整個系統(tǒng)的自動化程度不高，控制模式死板，系統(tǒng)在太陽輻照變化不定、又要隨時滿足熱水供應(yīng)的要求下，系統(tǒng)不能自動調(diào)整到最佳運行狀態(tài)。而且，目前國內(nèi)太陽熱水工程無法對系統(tǒng)性能進行自我測試和優(yōu)化。系統(tǒng)運行過程中，設(shè)計者和使用者對系統(tǒng)性能和效果沒有一個直觀量化的指標(biāo)顯示，無法對系統(tǒng)進行自動優(yōu)化控制，系統(tǒng)不能自動檢測和運算出系統(tǒng)的得熱量（新國家標(biāo)準(zhǔn)要求）。所以現(xiàn)有的工程存在如下問題：、由于嵌入式單片機和繼電器控制在工業(yè)控制方面的缺陷，系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性稍差，而且與其他控制模塊沒有標(biāo)準(zhǔn)的接口，系統(tǒng)擴展能力差。、可操作性差。控制系統(tǒng)的操作人機界面并不友好，需要專業(yè)的人員進行維護和管理。有時一些較復(fù)雜的工程需要幾套控制系統(tǒng)控制才能達到特殊需要，這就給維護和管理帶來很大困難。、在系統(tǒng)熱性能方面，雖然國標(biāo)規(guī)定了日有用得熱量和平均熱損系數(shù)兩個重要性能指標(biāo)，但現(xiàn)在的系統(tǒng)測試都非常復(fù)雜，系統(tǒng)很難進行測試。在歐洲，大部分通過測量特殊設(shè)計的儲水箱進出口溫度及水流量，計算出熱水系統(tǒng)的全天得熱量，對應(yīng)每天不同的積累太陽輻照量全天得熱量圖的試驗點；反復(fù)測量9-15個試驗點，通過最小二乘法擬合得出系統(tǒng)熱性能。、對于一個小區(qū)內(nèi)幾個或十幾個太陽熱水工程同時進行遠(yuǎn)程檢測，國內(nèi)還是空白。四、主要研究內(nèi)容：1、集熱器的優(yōu)化和選型：如果大面積太陽熱水工程采用真空管集熱器，首先考慮的是可靠性，如果集熱器的擺放又不在一個平面，需要集熱器在一定壓力下循環(huán)運行時，常規(guī)全玻璃真空管集熱器很難正常工作，雖然可以通過技術(shù)手段實現(xiàn)，但付出的代價太大。本項目采用特殊設(shè)計的集熱器：U形管真空管集熱器，此集熱器由申請項目單位自主開發(fā)設(shè)計，已通過德國國家實驗室ISFH測試，并設(shè)計特有的安裝方式。通過國內(nèi)幾個小型工程的運行測試，效果很好。該申請項目將首次大規(guī)模使用該種集熱器。該住宅區(qū)5600戶，如果每戶每天消耗熱水按150公斤計算，每天總量840噸，按山東地區(qū)太陽熱水工程的采光面積常規(guī)設(shè)計，需要太陽能集熱器采光面積約14700m2。這個量很大，集熱器更需要可靠的安裝和運行。2、實現(xiàn)大規(guī)模太陽熱水工程的運行優(yōu)化：為達到太陽能系統(tǒng)正常的循環(huán)運行，一般情況下是完全可以通過技術(shù)手段和相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)目的的。但如果設(shè)備繁多，控制復(fù)雜，將會對系統(tǒng)的可靠性、操作性帶來困難，這不是可以推廣的控制系統(tǒng)。我們通過多年的設(shè)計、實踐、改進，在滿足用戶較高的使用要求下，系統(tǒng)控制經(jīng)過了由簡單到復(fù)雜，再由復(fù)雜到簡單的過程。在中規(guī)模全天候、全自動太陽熱水工程的控制中實現(xiàn)了在正常使用狀態(tài)下，主要工作設(shè)備只有冷水電磁閥工作的狀態(tài)。使運行能耗降到了最低，可靠性也大幅度提高。只有當(dāng)太陽能系統(tǒng)遇到特殊情況出現(xiàn)時，這套智能控制系統(tǒng)才通過程序自動進入適應(yīng)狀態(tài)，變化運行。通過該項目將驗證這套智能控制系統(tǒng)在大規(guī)模工程中的運行性能。3、對大規(guī)模太陽熱水系統(tǒng)輸送管道的設(shè)計和優(yōu)化：解決大規(guī)模太陽熱水系統(tǒng)熱水輸送管道設(shè)計問題。在對住宅區(qū)內(nèi)幾十棟甚至上百棟住宅樓供熱水管道的設(shè)計時，著重線路優(yōu)化為核心，再從管材、管徑、流量、壓力、保溫等重要因素的綜合計算中，優(yōu)化出最佳設(shè)計參數(shù)。同時計算出大規(guī)模太陽熱水系統(tǒng)熱水輸送管道的熱損對太陽能系統(tǒng)的損失比例和影響程度。4、配套設(shè)備的優(yōu)化：、解決大型太陽能系統(tǒng)電氣設(shè)備性價比的采購。及運行耗能量的性價比。、解決大系統(tǒng)的水垢處理設(shè)備的設(shè)計及清理問題。、解決大系統(tǒng)的抗風(fēng)、防雷問題。5、提升大規(guī)模太陽熱水系統(tǒng)的控制水平。主要研究內(nèi)容：1、整個系統(tǒng)監(jiān)控點的合理設(shè)計。2、運行性能參數(shù)采集點的設(shè)計和實驗測試。3、變頻供水系統(tǒng)。4、傳感及控制系統(tǒng)。5、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。本項目將在我們已有的大面積太陽熱水工程控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入工業(yè)控制領(lǐng)域的PLC可編程序控制器技術(shù)和通訊領(lǐng)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，針對以往工程的缺陷進行研究。五、主要創(chuàng)新點、先進性：1、首創(chuàng)大面積住宅小區(qū)太陽能集中供熱水工程（建筑面積達90萬2）。2、首創(chuàng)太陽熱水工程通過長距離管道輸送熱水。3、首創(chuàng)大規(guī)模太陽熱水工程智能化全自動運行，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、微機管理。控制系統(tǒng)項目創(chuàng)新點：、太陽能系統(tǒng)采用集熱器模塊組合，控制系統(tǒng)也可分為不同的控制模塊，可方便的實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的擴展，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)能力。、利用PLC可編程控制器及其模塊對系統(tǒng)的溫度、水位等信號進行檢測，控制輔助電加熱、泵、閥等執(zhí)行器件的工作，利用觸摸屏人機界面對系統(tǒng)進行控制，系統(tǒng)可靠性高、抗干擾能力強，觸摸屏人機界面友好，可操作性強。、PLC現(xiàn)場控制系統(tǒng)可以與遠(yuǎn)程工業(yè)控制計算機組建網(wǎng)絡(luò)進行通信，通過遠(yuǎn)程工業(yè)控制計算機對系統(tǒng)進行情況遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以利用工控計算機對大型系統(tǒng)多個現(xiàn)場控制點進行控制，提高了系統(tǒng)的可管理性和可維護性。遠(yuǎn)程監(jiān)控可在單位總部監(jiān)控室內(nèi)監(jiān)控全國的大面積太陽能供熱水系統(tǒng)的運行情況，進行在線調(diào)試、數(shù)據(jù)采集和故障處理等。、系統(tǒng)本身可以進行自我測試和自我優(yōu)化。遠(yuǎn)程工控計算機監(jiān)控現(xiàn)場運行情況并存儲信息，經(jīng)過復(fù)雜數(shù)據(jù)可得出整個系統(tǒng)直觀的得熱量、平均熱損系數(shù)等性能曲線，利用存儲的運行信息可實時調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，進行優(yōu)化控制，使系統(tǒng)達到最佳運行效果。4、首創(chuàng)大規(guī)模太陽熱水工程自檢自測自動計算系統(tǒng)得熱量（首家達到國標(biāo)要求）。5、實現(xiàn)大規(guī)模太陽熱水工程的熱性能達到國家標(biāo)準(zhǔn)。日輻射量為17MJ/m2時，日有用得熱量7.5 MJ/m2，平均熱損系數(shù)90W/(m3K)。6、實現(xiàn)大規(guī)模太陽熱水工程的經(jīng)濟效益和社會效益指標(biāo)：三年收回投資，五年正常運行，10年維護運行，15年維修運行。六、現(xiàn)有基礎(chǔ)、研究方法和技術(shù)路線：1、依托單位山東省能源研究所（山東桑樂太陽能有限公司）是山東太陽能學(xué)會理事長單位，自上世紀(jì)80年代開始，就致力于太陽能熱利用及其控制方面的研究及市場推廣。自建所（公司）以來至今共設(shè)計、施工的太陽熱水工程數(shù)百個。使用的集熱器種類繁多，建造的工程類型十幾種。早在1994年就獲得國家經(jīng)貿(mào)委、國家計委、國家科委聯(lián)合頒發(fā)的優(yōu)秀節(jié)能產(chǎn)品推薦證書。1994年在行業(yè)內(nèi)首家推出了太陽能熱水器配套控制儀表；96年首創(chuàng)“分體外插式輔助電加熱器”，使太陽能熱水器實現(xiàn)了全天候使用；96年推出的熱水王使太陽能熱水器實現(xiàn)了全天候全自動；98年將嵌入式單片機技術(shù)應(yīng)用于大面積太陽能供熱水系統(tǒng)，使系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動；2000年推出的智能王，使太陽能熱水器實現(xiàn)了智能化；2004年推出了數(shù)碼王，使太陽能熱水器進入了數(shù)字化時代。本單位在太陽能熱利用和控制方面已形成技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)勢，在該產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域名列全國前三名，形成了穩(wěn)定的市場，年銷量超過20萬m2，銷售收入達1.4億元。2、現(xiàn)有研究基礎(chǔ)、特色和優(yōu)勢現(xiàn)階段已達到的主要技術(shù)指標(biāo)：該項目集熱器采用全玻璃真空管集熱器或U型管真空集熱器，控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器、觸摸屏人機界面和遠(yuǎn)程監(jiān)控的工控計算機進行控制，不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)的全天候全自動，而且實現(xiàn)了智能化和信息化，使大面積太陽能供熱水系統(tǒng)又上了一個新臺階。本項目屬于產(chǎn)學(xué)研合作項目。我們致力于太陽能熱利用及其控制技術(shù)方面的研究已有二十余年，積累了豐富的經(jīng)驗，并培養(yǎng)了一大批技術(shù)專家和人才，其中正研7人，博士1人，客座博士2人，副高30多人，中級職稱人數(shù)若干，在技術(shù)和人才方面實力雄厚。經(jīng)過近十年發(fā)展，不但擁有大批專家和人才，而且擁有先進的科研開發(fā)設(shè)施和現(xiàn)代化廠房及生產(chǎn)設(shè)備，在原有10000平方米車間的基礎(chǔ)上，又新建了12000萬平方米的現(xiàn)代化廠房和設(shè)備，現(xiàn)已具備年產(chǎn)50萬m2的生產(chǎn)能力。經(jīng)過多年的市場開拓，建立了龐大的銷售網(wǎng)絡(luò)，在全國有1000多家專賣店，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷臺灣、德國、南非等地。以上的技術(shù)人才、廠房設(shè)備和銷售網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，為本項目研制和產(chǎn)業(yè)化提供了必要的條件，保證了項目的順利實施。3、研究方案、技術(shù)路線、組織方式與課題分解該項目是一項多學(xué)科、多專業(yè)組合優(yōu)化工作。主要由集熱器陣列、蓄熱水箱、循環(huán)管路、變頻控制供水系統(tǒng)、泵閥選用、輔助加熱系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、PLC可編程控制系統(tǒng)、人機界面觸摸屏和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)的組成如圖1所示，下面重點對系統(tǒng)的工作原理和控制要點作介紹：圖1 太陽熱水工程原理、供熱水及其控制系統(tǒng)工作原理：U型真空管集熱器吸熱后使其聯(lián)管內(nèi)水溫升高，當(dāng)達到設(shè)定水溫時，電磁閥1打開，自來水將集熱器內(nèi)的熱水推進蓄熱水箱，當(dāng)定溫點水溫降低后，電磁閥自動關(guān)閉，當(dāng)光照繼續(xù)加熱集熱器內(nèi)水溫達到設(shè)定溫度后，電磁閥1又自動打開，這樣反復(fù)加熱脈沖式送水，如果集熱器和水箱匹配，光照結(jié)束后，水箱內(nèi)充滿所要熱水。如果水箱提前充滿（有剩余熱水），系統(tǒng)自動進入溫差循環(huán)狀態(tài)。定溫電變成高溫點，水箱內(nèi)是低溫點。通過循環(huán)泵與蓄熱水箱循環(huán)使蓄熱水箱溫度繼續(xù)升高。輔助熱源（預(yù)定天然氣鍋爐）在太陽能量不足時工作，作為太陽能的補充，同樣實行定溫直流方式，系統(tǒng)全自動運行。有情況變化，電腦芯片的程序也隨之變化按已定程序工作適應(yīng)變化。變頻控制系統(tǒng)通過變頻器控制水泵給各終端供水，終端供水水壓恒定，而且使供水管路中存水與蓄熱水箱之間定溫循環(huán)，實現(xiàn)出水即熱。PLC可編程控制系統(tǒng)利用傳感系統(tǒng)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析和處理，觸摸屏人機界面對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置，控制泵閥和電加熱等執(zhí)行器件的工作，使整個系統(tǒng)可靠運轉(zhuǎn)。PLC可把系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程通信傳送給工業(yè)控制計算機，通過工業(yè)控制計算機可對系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程監(jiān)控。、集熱器系統(tǒng)采用U形管真空管集熱器,集熱器單體采用模塊化制作，太陽能集熱器陣列采用集熱器模塊化組合。U形管真空管集熱器是在全玻璃真空管中插入彎成U形的金屬管，在U形管和玻璃真空管之間有與二者緊密接觸的金屬翅片，進行熱量傳導(dǎo)。此集熱器為我公司研制的新型產(chǎn)品，除具全玻璃真空管集熱器的優(yōu)點外，集熱器可在承壓下運行，更適合較復(fù)雜的運行狀態(tài)，更適合安裝現(xiàn)場的變化要求，可更好的優(yōu)化系統(tǒng)，該集熱器已通過德國國家實驗室ISFH測試。、變頻控制供水系統(tǒng)變頻控制系統(tǒng)通過變頻器控制水泵給各終端供水，使終端供水水壓恒定，而且實現(xiàn)出水即熱。原理如下：通過遠(yuǎn)傳壓力表傳遞壓力給變頻器，變頻器控制熱水循環(huán)泵使整個供水管路恒壓，解決了太陽能供水水壓不足的缺陷。為實現(xiàn)供水出水即熱，避免管道冷水的影響，在供水管路放置溫度傳感器檢測供水管路溫度，當(dāng)溫度低于系統(tǒng)設(shè)定溫度時，打開電磁閥，這樣遠(yuǎn)程壓力表、變頻熱水循環(huán)泵和蓄熱水箱組成一個回路，變頻泵使管路冷水與蓄熱水箱熱水循環(huán)，直到管道溫度高于系統(tǒng)設(shè)定溫度時電磁閥關(guān)閉循環(huán)停止，這樣實現(xiàn)了整個系統(tǒng)供水的出水即熱。圖2 變頻控制供水系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)置了多個溫度傳感器、水位傳感器等對系統(tǒng)運行情況進行檢測，為了對系統(tǒng)自身進行自我測試和自我優(yōu)化，在系統(tǒng)集熱器周圍安裝了太陽輻射儀，太陽輻射儀可以對太陽能輻射能量進行檢測，可以與系統(tǒng)的運行情況形成對照表，測試整個系統(tǒng)的運行效果和熱性能。PLC可編程控制系統(tǒng)和觸摸屏人機界面PLC可編程控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的大腦，控制整個系統(tǒng)的運行。（1）集熱器和蓄熱水箱通過循環(huán)泵換熱，通過太陽能輻射能量和溫差雙重控制循環(huán)泵，提高系統(tǒng)熱性能。太陽能輻射能量通過太陽輻照儀檢測，當(dāng)單位太陽能輻射能量達到一定值時泵運行，低于一定值時泵停止。檢測集熱器高溫點溫度T1和循環(huán)泵入口處溫度T2，當(dāng)T1-T2T1時泵運行，當(dāng)T1-T2T2時泵停止。（2）蓄熱水箱與電熱水箱的循環(huán)控制和電熱預(yù)約控制。系統(tǒng)根據(jù)使用要求設(shè)定好每天的用水時間、用水量等用水要求，PLC根據(jù)此要求對系統(tǒng)進行模糊控制，當(dāng)太陽能量不能滿足使用要求時，可自動開啟輔助電加熱系統(tǒng)進行補充。系統(tǒng)檢測電加熱水箱的水溫T3，通過此溫度控制蓄熱水箱與電熱水箱的循環(huán)。T3TP時電加熱關(guān)閉，泵運行；T3TP-5時，泵關(guān)閉，電輔助加熱運行。依次循環(huán)，直至達到使用要求。TP為系統(tǒng)設(shè)定熱水溫度。（3）太陽能系統(tǒng)管道的防凍控制。在我國北方地區(qū)，在寒冷季節(jié)太陽能循環(huán)管道容易凍堵，系統(tǒng)采用自限溫電伴熱帶敷設(shè)預(yù)熱管道或管道循環(huán)防止凍堵。系統(tǒng)檢測管道最低溫度T4，當(dāng)T44時電伴熱帶或管道循環(huán)啟動，當(dāng)T410時電伴熱帶或管道循環(huán)關(guān)閉，實現(xiàn)防凍的自動控制。觸摸屏與PLC通過數(shù)據(jù)線進行通信，通過操作觸摸屏對系統(tǒng)進行控制。觸摸屏使人機界面更友好，操作更方便。、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)PLC可與工控計算機之間進行遠(yuǎn)程通信，通過工控計算機可遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的運行。通信方式分有線和無線兩種方式：（1）有線通信方式，如下圖所示：圖3 有線通信方式通信方式為串行通信，通信接口為RS232接口，由于RS232接口傳輸距離近，直接采用RS232方式不能滿足傳輸要求，這樣通過RS485方式，RS232與RS485之間采用通信轉(zhuǎn)換。（2）無線通信方式，如下圖所示：圖4 無線通信方式此通信方式為GPRS的無線通信方式。此通信方式先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，監(jiān)控中心采用ADSL等INTERNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP，監(jiān)控點直接向中心發(fā)起連接，運行可靠穩(wěn)定。監(jiān)控中心工控計算機可與多個PLC控制系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)監(jiān)控中心對多個現(xiàn)場控制系統(tǒng)的監(jiān)控。利用監(jiān)控中心工業(yè)控制計算機的強大功能，可對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行存儲和處理。根據(jù)每日系統(tǒng)的產(chǎn)熱水量可以計算出系統(tǒng)的得熱量，利用太陽輻照儀可求得系統(tǒng)的太陽輻射熱量，自動生成日、月、年系統(tǒng)得熱量和太陽輻射熱量對照表，對系統(tǒng)熱性能進行評價。根據(jù)存儲的得熱量數(shù)據(jù)，可調(diào)整系統(tǒng)的運行參數(shù)，使系統(tǒng)運行到最佳效果。遠(yuǎn)程監(jiān)控可實現(xiàn)在單位總部監(jiān)控室內(nèi)監(jiān)控全國的大面積太陽能供熱水系統(tǒng)的運行情況，進行在線調(diào)試、數(shù)據(jù)采集和故障處理等。七、該項目的經(jīng)濟效益和社會效益分析：1、節(jié)能效果：為了準(zhǔn)確地計算太陽熱水器節(jié)約常規(guī)能源的數(shù)量，一般以節(jié)約多少標(biāo)準(zhǔn)煤為衡量依據(jù)： GcQs365BHc12式中：Gc 太陽熱水器年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量， Qs 太陽熱水器單位采光面積的日有用得熱量，KJ/ B 全年的日照百分率，（可查，北京為63） Hc 標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值，29307.6KJ/ 1 管道輸送效率，（可取8590）2 鍋爐運行效率，（可取5568）太陽熱水器節(jié)約其他常規(guī)能源的計算，為便于說明計算方法，首先做出有關(guān)參數(shù)的選定：、 各種常規(guī)能源的低位發(fā)熱值不同，計算中按有關(guān)資料的數(shù)據(jù)、 使用電、氣、油、煤等能源裝置的運行效率不同，分別設(shè)電90，氣80，油70，煤60、 管道輸送效率1 均按90考慮、 太陽能資源使用北京地區(qū)的數(shù)據(jù)。采用公式 GcQs365BHc12 計算的結(jié)果如下單位面積太陽熱水器年節(jié)約能源量能源種類裝置效率（）輸送效率（）低位發(fā)熱值每熱水器年節(jié)約能源量電90903600 KJKWh660 KWh天然氣809036006.5 KJ74 液化氣809043542.7 KJ /61城市煤氣809016747.2 KJ /160200重油709041900 KJ /73100重油709040600 KJ /75渣油709041800 KJ /730柴油709042900 KJ /71石煤60