一种家用太阳能热水器热性能监测系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能热水器技术领域，具体涉及一种家用太阳能热水器热性能监测系统。

背景技术：

太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的加热装置，将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，主要以真空管式太阳能热水器为主，占据国内95％的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成，把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管，真空集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而得到所需热水。

家用太阳能热水系统作为太阳能热利用的产品之一,得到了十分广泛的应用。家用太阳能热水系统亦称“太阳能热水器”，其在实际应用中的能效即热性能是使用者关注的焦点，除了根据相关国标对生产的家用太阳能热水器进行出厂检定外，还需要对其在长期应用中的热性能进行跟踪监测，这些热性能主要概括为实时集热性能、热水系统日集热性能和集热器日集热性能三部分。目前，市面上针对家用太阳能热水器热性能检测的装置大多定位于产品的出厂检定，依据的测试方法是相关国标中规定的，检测的热性能主要包括太阳能热水器的日得热量、集热器的日得热量和热水器贮热水箱的热损；而市面上没有太阳能热水器长期运行中的热性能测试装置，热性能的检测上还未涉及到实时性。因此现在需要一种能在家用太阳能热水器实际长期运行中对多项热性能检测的监测系统。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种家用太阳能热水器热性能监测系统及监测方法，一方面实现对长期应用中的家用太阳能热水器的多项热性能进行监测，这些热性能包括：实时集热量、实时温度值、热水系统和集热器的日得热量、日平均集热效率、日温升。另一方面在测试装置上采用循环低功耗的设计，在不影响检测要求的情况下，可以有效降低由于检测带来的电能消耗。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种家用太阳能热水器热性能监测系统，包括太阳能热水器及设置在太阳能热水器上的热性能监测系统，所述太阳能热水器由太阳能集热器及与太阳能集热器相连的蓄热水箱组成，所述的热性能监测系统包括热性能测试回路及数据采集处理上位机；所述热性能测试回路包括实时热性能测试回路、集热系统日热性能测试回路及集热器日热性能测试回路；

所述实时热性能测试回路包括测温模块及通过传输线与所述测温模块连接的温度巡检仪，所述测温模块设置在所述太阳能热水器的蓄热水箱内；

所述集热系统日热性能测试回路包括第一管路系统及设置在第一管路系统上的管道温度传感器，所述的第一管路系统的一端与蓄热水箱的出水口连接，另一端与蓄热水箱的回水口连接，所述的管道温度传感器通过传输线与温度巡检仪连接；第一管路系统上设置有与所述集热器日热性能测试回路连接的分流管；

所述集热器日热性能测试回路包括第二管路系统及设置在第二管路系统上的管道温度传感器，所述的第二管路系统的一端与分流管的出水口连接，另一端与蓄热水箱的进水口连接，所述的管道温度传感器通过传输线与温度巡检仪连接。

进一步地，所述测温模块包括竖直方向等间距设置的五个温度传感器及固定温度传感器的水箱堵头，水箱堵头与所述传输线的连接处设置有通过高粘性物质固定密封连接堵帽，所述水箱堵头与蓄热水箱通过密封橡胶圈固定连接。

进一步地，所述第一管路系统包括由蓄热水箱的出水口向回水口方向依次连接在第一管路上的第一手动阀、第一三通管、第二手动阀、第二三通管、第一电磁阀、第一水泵及第三手动阀；所述的第一三通管及第二三通管上均设置有与所述温度巡检仪连接的管道温度传感器；所述第一三通管与第二手动阀之间的管路上设置有与所述第二管路系统连接的分流管。

进一步地，所述第二管路系统包括由分流管的出水口向蓄热水箱的进水口方向依次连接在第二管路上的第四手动阀、水塔、第二水泵、第二电磁阀、保温水箱、第三电磁阀、第三水泵、流量计、泄水阀、第三三通管及第五手动阀；所述的保温水箱上设置有温度控制系统；所述第三三通管上设置有与所述温度巡检仪连接的管道温度传感器；所述温度巡检仪及流量计通过通信电缆与数据采集处理上位机连接。

进一步地，所述第一水泵、第二水泵和第三水泵均为自吸式水泵，且第一水泵和第三水泵的额定流量为400l/h—600l/h。

进一步地，所述水塔为不保温且散热快的耐腐蚀耐氧化材质制作而成；所述保温水箱为不锈钢材质制作而成，保温层厚度至少为6cm，且水塔及保温水箱的容量至少为蓄热水箱容量的三倍。

进一步地，所述温度巡检仪为8路智能温度巡检仪，其测量精度为0.01℃；所述温度控制系统的控制精度为±0.1℃。

一种利用上述家用太阳能热水器热性能监测系统进行监测的监测方法，所述的监测方法包括实验前期状态设定、实时热性能监测、集热系统日热性能测试及集热器日热性能测试四部分；

所述实验前期状态设定包括如下步骤：

1）测量开始前先用不透光黑布遮盖住太阳能集热器，使其无法集热，在保温水箱内注满水，水塔内不注水；

2）开启温度控制器，设定初始温度，温度控制系统工作；

3）打开第一手动阀及第二管路系统中除泄水阀外的所有阀门，其他测试回路中的阀门均关闭，开启流量计，开启数据采集处理上位机和温度巡检仪，开始采集和处理数据，开启第二水泵和第三水泵，以400-600l/h的流量进行循环，至少5min内第一三通管上的管道温度传感器的测量值变化不大于±1℃，停止循环，此时整个循环系统内的水温近似一致；

4）数据采集处理上位机保存热水系统的初始温度，将水塔内剩余的水均抽入保温水箱内，关闭第一手动阀和第五手动阀，关闭第二电磁阀和第三电磁阀，关闭第二水泵和第三水泵，关闭流量计，关闭温度控制系统。

所述实时热性能监测包括如下步骤：

1）在完成实验前期状态设定后，掀开热水器上的不透明黑布，集热周期开始；

2）温度巡检仪和数据采集处理上位机每隔5min采集并处理一次数据，实时显示热水器的温度值、温升和得热量，并将测量数据保存至集热周期结束时，打印报表；

所述集热系统日热性能测试包括如下步骤：

1）集热周期结束时，用不透明的黑布遮盖住热水器；

2）打开第一、第二和第三手动阀，打开第一电磁阀，开启第一水泵，以400-600l/h的流量将热水器蓄热水箱底部与顶部的水不断循环混合，温度巡检仪和数据采集处理上位机每隔5s采集并处理一次数据，至少5min内第二三通上的管道温度传感器的测量值变化不大于±0.2℃，测量结束，保存数据并打印报表；

3）关闭第一、第二和第三手动阀，关闭第一电磁阀，关闭第一水泵；

所述集热器日热性能测试包括如下步骤：

1）集热周期结束时，用不透明的黑布遮盖住热水器，并打开泄水阀，将管道内的水排出后关闭，打开温度控制器，设定温度值为系统初始值，温度控制系统工作；

2）打开第一、第四和第五手动阀门，打开第二电磁阀，打开第三水泵，打开流量计，以400—600l/h的流量将蓄热水箱内的热水排出，进入蓄热水箱进水口的温度为系统初始温度，温度巡检仪和上位机每隔3s采集并处理一次数据，至少5min内，第一三通管上的管道温度传感器和第三三通管上的管道温度传感器测量值之差的绝对值小于1k，测量结束，保存数据并打印报表；

3）关闭第一、第四和第五手动阀门，关闭第二电磁阀，关闭第三水泵，关闭流量计，关闭温度控制器，温度控制系统停止工作；

4）使水塔中的热水自然冷却至环境温度之后，打开第二水泵、第二电磁阀，将水塔中的水全部抽入保温水箱内，关闭第二水泵、第二电磁阀。

进一步地，所述实验前期状态设定部分步骤3）及集热器日热性能测试部分步骤2）中，热水器蓄热水箱进水口的水温温漂不大于±0.25k。

进一步地，所述集热器日热性能测试部分步骤2）中，整个回路中的流量波动小于±50l/h。

本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型一方面实现对长期应用中的家用太阳能热水器的多项热性能进行监测，这些热性能包括：实时集热量、实时温度值、热水系统和集热器的日得热量、日平均集热效率、日温升、太阳能保障率。另一方面在测试装置上采用自循环低功耗的设计，在不影响检测要求的情况下，尽量降低由于检测带来的电能消耗。

附图说明

图1为本实用新型所述的监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述的测温模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

如图1-2所示，本实用新型所述的一种家用太阳能热水器热性能监测系统，包括太阳能热水器及设置在太阳能热水器上的热性能监测系统，所述太阳能热水器由太阳能集热器1及与太阳能集热器1相连的蓄热水箱2组成，所述的热性能监测系统包括热性能测试回路及数据采集处理上位机3；所述热性能测试回路包括实时热性能测试回路、集热系统日热性能测试回路及集热器日热性能测试回路；

所述实时热性能测试回路包括测温模块4及通过传输线与所述测温模块4连接的温度巡检仪5，所述测温模块4设置在所述太阳能热水器的蓄热水箱2内；

所述集热系统日热性能测试回路包括第一管路系统6及设置在第一管路系统6上的管道温度传感器，所述的第一管路系统6的一端与蓄热水箱2的出水口连接，另一端与蓄热水箱2的回水口连接，所述的管道温度传感器通过传输线与温度巡检仪5连接；第一管路系统6上设置有与所述集热器日热性能测试回路连接的分流管；

所述集热器日热性能测试回路包括第二管路系统7及设置在第二管路系统7上的管道温度传感器，所述的第二管路系统7的一端与分流管的出水口连接，另一端与蓄热水箱2的进水口连接，所述的管道温度传感器通过传输线与温度巡检仪5连接。

参照图2所示，所述测温模块4包括竖直方向等间距设置的五个温度传感器8及固定温度传感器的水箱堵头9，水箱堵头9与所述传输线的连接处设置有通过高粘性物质固定密封连接堵帽10，所述水箱堵头9与蓄热水箱2通过密封橡胶圈固定连接。

参照图1所示，所述第一管路系统6包括由蓄热水箱2的出水口向回水口方向依次连接在第一管路上的第一手动阀11、第一三通管12、第二手动阀13、第二三通管14、第一电磁阀15、第一水泵16及第三手动阀17；所述的第一三通管12及第二三通管14上均设置有与所述温度巡检仪5连接的管道温度传感器；所述第一三通管12与第二手动阀13之间的管路上设置有与所述第二管路系统7连接的分流管。

参照图1所示，所述第二管路系统7包括由分流管的出水口向蓄热水箱2的进水口方向依次连接在第二管路上的第四手动阀18、水塔19、第二水泵20、第二电磁阀21、保温水箱22、第三电磁阀23、第三水泵24、流量计25、泄水阀26、第三三通管27及第五手动阀28；所述的保温水箱22上设置有温度控制系统29；所述第三三通管27上设置有与所述温度巡检仪5连接的管道温度传感器；所述温度巡检仪5及流量计25通过通信电缆与数据采集处理上位机3连接，所述流量计25为涡轮流量计，测量精度为0.001l/h。

所述的温度传感器及管道温度传感器均为测量端防水的管道pt100温度传感器，等级为b级，精度为（0.30+0.005*|t|）℃，|t|为实际温度的绝对值。

堵管9和堵帽10采用螺纹旋转连接，堵帽10为ppr或抗腐蚀抗氧化的塑胶材质。

参照图1所示，所述第一管路系统6和第二管路系统7中使用的连接管道均为ppr管，且管道外套有3cm厚度的橡塑保温管套；

参照图1所示，所述第一水泵16、第二水泵20和第三水泵24均为自吸式水泵，且第一水泵16和第三水泵24的额定流量为400l/h—600l/h；所述的第一手动阀11、第二手动阀13、第三手动阀17、第四手动阀18和第五手动阀28均为不锈钢球形阀。

参照图1所示，所述水塔19为不保温且散热快的耐腐蚀耐氧化材质制作而成；所述保温水箱22为不锈钢材质制作而成，保温层厚度至少为6cm，且水塔及保温水箱的容量至少为蓄热水箱容量的三倍。

参照图1所示，所述温度巡检仪5为8路智能温度巡检仪，其测量精度为0.01℃；所述温度控制系统的控制精度为±0.1℃。

一种利用上述家用太阳能热水器热性能监测系统进行监测的监测方法，所述的监测方法包括实验前期状态设定、实时热性能监测、集热系统日热性能测试及集热器日热性能测试四部分；

所述实验前期状态设定包括如下步骤：

1）测量开始前先用不透光黑布遮盖住太阳能集热器，使其无法集热，在保温水箱内注满水，水塔内不注水；

2）开启温度控制器，设定初始温度，温度控制系统工作；

3）打开第一手动阀及第二管路系统中除泄水阀外的所有阀门，其他测试回路中的阀门均关闭，开启流量计，开启数据采集处理上位机和温度巡检仪，开始采集和处理数据，开启第二水泵和第三水泵，以400-600l/h的流量进行循环，至少5min内第一三通管上的管道温度传感器的测量值变化不大于±1℃，停止循环，此时整个循环系统内的水温近似一致；

4）数据采集处理上位机保存热水系统的初始温度，将水塔内剩余的水均抽入保温水箱内，关闭第一手动阀和第五手动阀，关闭第二电磁阀和第三电磁阀，关闭第二水泵和第三水泵，关闭流量计，关闭温度控制系统。

所述实时热性能监测包括如下步骤：

1）在完成实验前期状态设定后，掀开热水器上的不透明黑布，集热周期开始；

2）温度巡检仪和数据采集处理上位机每隔5min采集并处理一次数据，实时显示热水器的温度值、温升和得热量，并将测量数据保存至集热周期结束时，打印报表；

所述集热系统日热性能测试包括如下步骤：

1）集热周期结束时，用不透明的黑布遮盖住热水器；

2）打开第一、第二和第三手动阀，打开第一电磁阀，开启第一水泵，以400-600l/h的流量将热水器蓄热水箱底部与顶部的水不断循环混合，温度巡检仪和数据采集处理上位机每隔5s采集并处理一次数据，至少5min内第二三通上的管道温度传感器的测量值变化不大于±0.2℃，测量结束，保存数据并打印报表；

3）关闭第一、第二和第三手动阀，关闭第一电磁阀，关闭第一水泵；

所述集热器日热性能测试包括如下步骤：

1）集热周期结束时，用不透明的黑布遮盖住热水器，并打开泄水阀，将管道内的水排出后关闭，打开温度控制器，设定温度值为系统初始值，温度控制系统工作；

2）打开第一、第四和第五手动阀门，打开第二电磁阀，打开第三水泵，打开流量计，以400—600l/h的流量将蓄热水箱内的热水排出，进入蓄热水箱进水口的温度为系统初始温度，温度巡检仪和上位机每隔3s采集并处理一次数据，至少5min内，第一三通管上的管道温度传感器和第三三通管上的管道温度传感器测量值之差的绝对值小于1k，测量结束，保存数据并打印报表；

3）关闭第一、第四和第五手动阀门，关闭第二电磁阀，关闭第三水泵，关闭流量计，关闭温度控制器，温度控制系统停止工作；

4）使水塔中的热水自然冷却至环境温度之后，打开第二水泵、第二电磁阀，将水塔中的水全部抽入保温水箱内，关闭第二水泵、第二电磁阀。

所述实验前期状态设定部分步骤3）及集热器日热性能测试部分步骤2）中，热水器蓄热水箱进水口的水温温漂不大于±0.25k。

所述集热器日热性能测试部分步骤2）中，整个回路中的流量波动小于±50l/h。

本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。