一种集中式太阳能热水监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能热水系统的监测装置和技术领域，特别设计集中式太阳能热水 系统的监测系统，针对实际太阳能热水系统应用工程进行监测和评价。
【背景技术】
[0002] 我国"十二五"可再生能源建筑应用推广目标为切实提高太阳能、浅层地能、生物 质能等可再生能源在建筑用能中的比重，到2020年，实现可再生能源在建筑领域消费比例 占建筑能耗的15%以上。太阳能作为清洁可再生能源，利用其加热冷水提供人们所需的热 水负荷，可实现减少建筑能源消耗目的。我国太阳能资源非常丰富，太阳能热水系统在全国 得到广泛应用。在太阳能热水系统应用过程中，对太阳能热水系统的运行进行监测以及运 行效果进行评价，将有助于实现太阳能热水系统更高效的应用和推进可再生能源应用的进 一步发展。
[0003] 在进行热水系统监测评价系统的建设过程中，如何确定监测参数，监测设备如何 安装及如何评价系统效果等，虽然国家有相关的标准规定对系统评价参数的设定和系统建 设，但并未根据实际的系统形式给出详细的设备安装及如何能更好实现监测评价指标的获 取。国家标准中对于参数的测量方法是针对一般系统，而在实际的应用过程中，由于系统管 路、形式的多种多样，对于太阳能热水系统的得热量、系统总能耗等的测量方法应结合实际 情况进行设置。
[0004] 而现有的太阳能热水监测系统，只是公开了一种监测系统的流程原理，并未对监 测系统的细节进行说明，包括主要的监测参数等，也没有对监测数据进行处理，无法对所监 测的太阳能热水系统进行整体评价。所公开的系统无法满足实际工程中具体形式的太阳能 热水系统的监控要求。本发明旨在针对工程中常见的、带辅助热源的、集中式太阳能热水系 统，确定了其监测参数、监测设备和安装方法、主要性能指标及评价，形成一套系统的监测 系统构建方法，对于实际工程中太阳能热水监测系统的建设具有指导意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对国家标准和现有太阳能热水监测系统的应用局限性，提供一 种集中式太阳能热水监测系统。具有结构简单、操作方便、测量准确、实时监测、适用性好、 能对系统应用效果做出整体评价、指导系统改善、提高太阳能热水系统的运行效率和管理 水平等特点。
[0006] 本发明的实现过程如下：一种集中式太阳能热水监测系统，主要包括太阳能热水 系统、监测设备、数据传输系统和数据处理软件。
[0007] 所述太阳能热水系统为集中式，带辅助热源，本发明以热栗为例。所述太阳能热水 系统包括太阳能集热器、太阳能热水箱、热栗热水箱、辅助热源、总供水管、总回水管和冷水 管。所述太阳能集热器数量大于2。所述太阳能热水系统的具体搭建方法参照《民用建筑 太阳能热水系统应用技术规范》(GB50364-2005)和《民用建筑太阳能热水系统工程技术手 册》。
[0008] 所述监测设备包括太阳总辐射传感器、第一热量表、第二热量表）、第三热量表和 电能表。所述太阳总辐射传感器主体安装在太阳能集热器上，用于监测太阳辐照量。所述 第一热量表主体包括第一流量计、第一温度传感器和第一积算仪，所述主体安装在集热器 出口的出水管路上，所配套的温度传感器I接在集热器进口的进水管上，用于监测集热系 统的得热量。所述第二热量表主体包括第二流量计、第二积算仪和第二温度传感器，所述主 体安装在总供水管上，所配套的温度传感器II接在冷水管上，用于监测总供水管的温度、 流量和热量。所述第三热量表主体包括第三流量计、第三积算仪和第三温度传感器，所述主 体安装在总回水管上，所配套的温度传感器III接在冷水管上，用于监测总回水管的温度、 流量和热量。所述电能表安装在热栗的供电回路上，用于测量辅助热源消耗的能量。以上 监测仪表都具有数据通信功能，可通过数据传输设备将各自所检测到的数据上传至远程电 脑客户端。
[0009] 所述数据传输系统包括监测设备配套的数据输出装置、数据传输线和数据接收装 置；太阳总辐射传感器所配套的数据输出装置、第一热量表所配套的数据输出装置、第二热 量表所配套的数据输出装置、第三热量表所配套的数据输出装置和电能表所配套的数据输 出装置分别通过数据传输线与数据接收装置的数据输入端连接。
[0010] 所述数据处理软件位于远程电脑客户端，远程电脑通过与数据接收装置数据输出 端连接，接收监测设备传送过来的各种数据，根据预设的计算准则实时计算用于系统性能 评价的指标。所述指标包括集热系统得热量、太阳能集热效率、太阳能保证率、供水温度和 常规能源替代量，所述数据处理软件根据设计要求判断部分指标（包括太阳能集热效率、 太阳能保证率和供水温度）是否符合要求，当设计无明确要求时，应按表1、表2和表3规定 要求进行判断。最终将所监测数据以及性能指标显示用于界面，实现监测系统实时运行状 态并对系统应用效果进行综合评价。
[0011] 表1不同地区太阳能热利用系统的太阳能保证率f(% )
[0012]
[0013] 表2太阳能热利用系统的集热效率η(% )
[0014]
[0015] 表3太阳能热利用系统的供水温度Tg
[0016]
[0017] 所述集中^太阳能热水监测系统的使用^程: '
[0018] 1、监测设备的安装。在太阳能集热器中间高度，平行于采光面安装太阳总辐射传 感器，当一个太阳能热水系统的多个集热器的采光面倾角不同（倾角之差大于10° )时，则 在平行于每个采光面或倾角的太阳能集热器上均需安装1个太阳总辐射传感器。第一热量 表的主体包括第一流量计、第一温度传感器和第一积算仪，所述主体安装在热系统出水管 路上，所配套的温度传感器I接进水管。第二热量表的主体包括第二流量计、第二温度传感 器和第二积算仪，所述主体安装在总供水管上，所配套的温度传感器II接冷水管。第三热 量表的主体包括第三流量计、第三温度传感器和第三积算仪，所述主体安装在总回水管上， 所配套的温度传感器III同样也接在接冷水管上。电能表安装在热栗的供电回路上。
[0019] 2、对各仪表进行设置并进行监测工作。各监测仪表安装完成后，设置各仪表的初 始参数并调试好数据传输功能。所有准备工作完成后即可开始监测工作。
[0020] 3、数据分析计算。客户端软件自动接收监测数据并依据下列准则来计算相关性能 指标，实现实时监测实时显示。所述性能指标的计算准则如下：
[0021] 1)集热系统得热量仏
[0022] 集热系统得热量仏即为第一热量表测量所得的得热量值，单位为焦耳。
[0023] 2)太阳能集热效率η
[0024] 太阳能集热效率为在稳态条件下，特定的时间间隔内由传热工质从一特定的集热 器面积上带走的能量与同一时间间隔入射在该集热器面积上的太阳能之比。可由同一时间 段内集热系统得热量仏与集热器所获得太阳总辐射能Q 值计算，即：
[0025] n=Q!/Qr=Qi/CHXAXcosθ)⑴
[0026] 公式1中，Η为太阳能总辐射表所测太阳辐照量累计值，Α为集热器的有效采光面 积，Θ为集热器采光面的垂线与太阳光线的夹角。
[0027] 3)太阳能保证率f
[0028] 太阳能保证率是指系统中由太阳能供给的热量除以系统总负荷，其中系统总负荷 表现为用户消耗的热水热量。
[0029] f=Q!/Q4=Qi/ (Q2_Q3) (2)
[0030] 公式2中，Qi为集热系统得热量，Q2为供水管热量即第二热量表所测热量，Q3为回 水管热量即第三热量表所测热量，94为系统总负荷。
[0031] 4)供水温度1；
[0032] 供水温度Tg即为总供水管上安装的第二热量表所配套的温度传感器II测量值， 单位为°〇。
[0033] 5)常规能源替代量Qa
[0034] 常规能源替代量是指系统得热量与系统辅助热源功率或燃料、热媒的消耗量之 差。在所述系统中则全部转换位标准煤当量计算。
[0035] Qa=Q「Q5 (3)
[0036] 式中，QA为常规能源替代量，Qi为系统得热量，Q5为电能表所测辅助热源能源消耗 量。
[0037] 本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：
[0038] 1、结构简单、操作方便。本发明采用的主要监测仪器数目少，主要有太阳总辐射传 感器、热量表和电能表。整个系统的结构流程非常简单，全部工作由软件自动完成，省却了 人工记录数据和计算的过程。
[0039] 2、监测准确、精度高。本发明采用的热量表具有同时测量温度、流量和热量的功 能，相比传统的测量热量的方法，即分别测温度和流量再进行简单乘积计算出热量，热量计 内部设有积算仪，采集来自流量和温度传感器的信号，利用积算公式算出热交换系统获得 的热量，准确性好，精度高。
[0040] 3、实时监测并显示。本发明可实时显示监测数据并计算分析相关性能指标。管理 人员可轻松掌握太阳能热水系统的运行状态并获得系统的综合评价，同时又便于管理人员 及时发现问题，并根据实际情况解决问题并进行优化。
[0041] 本发明可广泛应用于集中式太阳能热水系统的监测工作，为监测系统的设计和构 建提供了方法和指导，有助于提高太阳能热水系统运行效率和应用效果。同时，本发明可 记录大量太阳能热水系统的运行情况，为太阳能热水系统的设计、施工和运行提供全面、可 靠、准确的基础数据，进一步推动可再生能源应用的发展。
【附图说明】
[0042] 图1为本发明的实施例的结构示意图；
[0043] 图2为本发明的实施例的运行流程示意图。
[0044] 图中为太阳能集热器，2为太阳能热水箱，3为热栗热水箱，4为辅助热源，5为 总供水管，6为总回水管，7为冷水管，8为太阳总辐射传感器，9为第一热量表，10为第二热 量表，11为第三热量表，12为