太阳能过热保护器具体应用

　　一、防过热保护器的设计和选型

　　太阳能系统在太阳能辐照量较好的夏季，若用水量持续偏小或不用水，将会造成系统温度过高，系统压力增加。在这种工况下，太阳液（传热介质）稳定性差，同时对太阳能集热器自身的寿命有一定的影响。太阳能过热保护器将起着巨大的作用。

　　为了避免这种现象的出现，保障系统的正常运行，在系统中安装了过热保护器。当三个水箱中的温度均超过80℃，太阳能集热器的温度超过90℃时，常开电磁阀DCF5关闭，将太阳能过热保护器串联在集热系统中，进行散热；当三个水箱中有一个水箱中的水温低于80℃或集热系统中的温度低于90℃时，关闭电磁阀。 此中最常见也是最简单的就是突跳式KSD301温控开关对它的热保护，体积小，动作干脆，质量稳定，可以配合下面给大家介绍的系统的一个过热保护，为安全再上一道锁，如果需要防止太阳能辐射板结冰还可以用这类开关做为防冻温控开关。

　　太阳能过热保护器的计算选型

　　太阳辐射强度数据的统计

　　太阳辐射强度(w/㎡)是太阳辐射表采集的基本数据，在国家气象局提供的数据为太阳辐射量（MJ/㎡）。缺乏北京地区的太阳辐射强度基本资料，由于北京、山东太阳能资源基本相同，为此，以我们公司在德州自测的数据作为计算基础。

　　根据以上统计，太阳辐射强度取值1000w/㎡,系统集热面积为178.4㎡,采光面上的辐射强度为178.4KW。集热效率为0.5,则太阳能集热系统收集的热量为89.7KW。太阳能热水系统过热保护器，借用空调室外机。初步选用TCL空调室外机，型号为DZR—280W/A,散热量为84KW，运行工况为液体温度38～42℃，室外空气温度为35℃。太阳能集热系统过热保护时运行工况为管内液体温度为90℃，室外空气温度为35℃左右。选用该型号散热器能够确保系统的过热保护。

二、太阳能热水系统原理、集热面积计算

　　1、太阳能集热原理图

　　运行原理：

　　集热器温度探头T1

　　三个储水箱温度探头T2-1,T2-2,T2-3

　　（1）温差循环：三个水箱依次循环。储水箱C与集热器的温差循环为先，当集热器的温度T1-1与储水箱C的温度T2-3之差大于10度，即（T1-1-T2-3≥10℃）循环泵P1启动，当两者温度之差小于5度（T1-1-T2-3≤5℃），循环泵停止循环；当储水箱C内的温度到达50℃时，系统自动转换到储水箱B水箱的集热循环，依次循环。

　　（2）供水：采用变频供水，以储水箱C为供水水箱，保持储水箱C内的水温不低于45℃，且水箱内的水量随用随补。

　　（3）辅助能源（电锅炉B）：当水箱C内的水温低于40℃时，锅炉启动，到达45℃停止，保持水箱C内水的温度。早上4：00前系统监测水箱C内的温度，若低于35℃，则利用低谷电将水箱C内的水温加热到40℃，来满足早上的用水要求。

　　（4）过热保护：当集热器的内介质的温度高于90℃时，散热器开始工作将管道温度降至80℃。温差循环泵P与Pb一备一用，两台循环泵交替使用，避免水泵工作时间过长，寿命降低。

　　（5）系统设计将每周对水进行高温加热至60℃，防止军团菌的滋生。

　　（6）为防止水在水箱里高温结垢，系统设计在进冷水处安装净化水装置。

　　（7）管道循环：当管道温度低于30℃，电磁阀DCF3打开，通过管道压力变化启动循环泵P4进行管道循环，当管道温度到达35℃时，电磁阀关闭，停止管道循环。

　　2、基本条件：

　　1）、基础水温：15℃

　　2）、太阳辐照资料

　　根据国家气象中心提供的《中国气象辐射资料年册》（2001年）中，北京（区站号：54511；东经：116°28′；北纬：39o48′；观测点海拔高度：31.3m）的月日均及年总辐射数据（单位MJ/m2）：

　　水平面上的年均日辐射量为：14.46MJ/m2,考虑集热器采光面积与水平面的夹角为37°，斜面系数按照1.05，采光面上的日均辐射量为14.46×1.05=15.183MJ/m2。

　　3、系统集热器总面积

　　1）直接系统集热器总面积：

　　2）间接系统集热器总面积：

　　计算间接系统的集热器总面积为178.2㎡,单台集热器的采光面积为2.23㎡，则需

　　要安装79.9台，取整安装80台U型管集热器总集热面积为：178.4㎡。阴雨天气和冬季由辅助能源电锅炉提供。

　　三、太阳能集热系统的自动注液装置

　　集热系统采用封闭式间接换热方式，系统正常运行压力0.2～0.3Mpa(屋面集热器系统).为了满足系统的正常压力，保证系统的正常运行，在集热系统中设置稳压装置。

　　自动注液由太阳液贮存箱、注液泵、压力控制器、压力罐等组成。

　　运行方式：当太阳能集热管路中的压力小于0.15MPa（注液设备在屋面）时，启动注液泵进行注液，同时压力增加，当管路中的压力大于等于0.25MPa（注液设备在屋面）时,注液泵停止。首次注液时，启动注液泵，同时打开阀门F1,同时关闭阀门F2，当系统压力达到设定值时，首先关闭阀门F1,然后打开阀门F2，最后停止注液泵。

　　四、辅助电加热设备的选型

　　根据建筑中的用水器具，计算小时耗热量

　　五、板式换热器的选型

　　在以往工程设计中，板式换热器设计计算均采用手算，方法有以下两种：

　　简易算法：假定理论传热系数，求出换热面积，选定厂家及换热器型号，计算板间流速，通过厂家样本提供的传热特性曲线及流阻特性曲线，查出实际传热系数及流阻，经过反复校核得出满足工艺条件的结果，最终确定换热器型号及换热面积大小。这种算法的优点是计算简单，步骤少，时间短；缺点是结果不准确。造成结果不准确的原因主要是样本所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线是一定工况条件下的曲线，而设计工况可能与之不符。

　　标准算法：选定厂家，根据角孔流速确定换热器型号，从手册查出在设计工况下冷、热介质的各种物理参数，根据厂家样本提供的传热经验公式及流阻经验公式进行热工计算，求出传热系数及流阻，经过反复校核得出满足工艺条件的结果，最终确定换热器型号及换热面积大小。这种算法的优点是计算结果准确；缺点是计算复杂，步骤多，时间长。

　　利用计算机进行板式换热器设计计算，充分发挥了计算机运算速度快的特长，一个计算在微机上几秒钟内就能完成，且结果的准确性是手算难以达到的。另一个主要特点是程序中存贮了计算所需的不同水温时水的各种物理参数及板式换热器定型设备的所有参数，设计人员在计算机上进行计算时只需输入工艺条件（如水量、水温、流阻等）就能马上得出计算结果，这为设计人员提供了极大的方便。计算人员还可以输入不同的工艺条件（如水量、水温相同，流阻不同等）得出不同的计算结果，或更换换热器型号以得出不同的计算结果，通过对结果的比较、优化，最终选定既经济合理又性能可靠的板式换热器。

　　换热量95.2KW（稍大于计算散热功率）

　　热媒进出口温度：60℃，出口温度50℃。介质为50%乙二醇水溶液

　　加热热水进出口温度：40℃，出口温度45℃，经过处理的自来水

　　六、水箱的恒温控制与杀菌

　　热水系统中近年发现军团菌，在世界各地都有类似的疫情报告，军团菌普遍存在于有水的环境中，军团苗本身存活能力不强，冷冻与加热均能杀死该菌。它的存活、繁殖温度条件为35－46℃。通常在管道中滞留与停留的支管、盲管及系统中的垢瘤与锈渣；处于35－46℃的热水管线、贮水罐、热水器等；垢瘤与生物膜（粘泥）是军团菌赖以生存的栖身之处；

　　军团菌的防治措施：

　　热休克法：把水加热到60一80℃，然后经阀门放空以实现系统杀菌。这种方法费用高，能耗大，操作困难，效果不明显。但已确定为紧急状态下的措施。

　　氯气杀菌：使水中含游氯在1－2mg/L，此时水虽略有异味，但尚可饮用，唯对设备腐蚀严重。业主除非迫不得已，不预采用。

　　紫外线杀菌：此方法可以杀死军团菌，但管道内一旦生成生物粘膜，紫外线失去效能。

　　臭氧：在水中通入l－2mg/L臭氧杀死军团菌十分有效，但臭氧对人体也有害，所以要有一套设备消除残余臭氧，因而投资大，不宜用于小规模供水系统。在城市供水系统使用臭氧杀菌，国外比较普遍。

　　银/铜离子器：水流经过产生银/铜离子的极板时获得离子。银离子在铜离子的系统作用下是特别有效的军团菌杀菌剂。这一技术问世已经有三十年，近十年来由于杀灭军团病的特殊功能，在国外医院、宿舍、住宅区等已经得到广泛应用。众多的“守则”中认为这一方法设备简单，操作容易效果好。但是极板被污垢覆盖时，需要清洗。在目前已有的方法中，离子杀菌是比较理想的方法。

　　结合工程基本现状，本方案采用热休克法，即提高供热水箱的供水温度，将水温提高到50℃，在该温度段90%军团菌在2小时内死亡，管路系统定期，用70℃热水消毒。

　　七、用水末端管理（节能、节水）

　　根据工程现状，本着节能、节水的原则，对卫生器具（淋浴喷头）实行可控化管理，IC卡或射频卡是近年来逐步完善、成熟的用水末端管理技术。

　　售水管理软件主要实现用户购水、客户管理、统计分析几个部分的功能。

　　通过与专用IC卡读写器的连接，售水软件方便的实现了用户刷卡买水。同时对各用户长期购水量的统计，自动检测出用水异常的用户，以便售水部门进行检查核对，有效快捷地发现违法用水的现象。对水量的统计分析，可作为用水管理部门调度后期用水的参考。

　　系统组成：

　　其中“IC卡管理”栏目里各项功能简介如下：

　　购水卡：即用户卡，每一水表对应一张购水卡。用户持本卡去营业厅购水，并回家刷卡用水（第一次购水后刷卡能同时初始化水表）。购水卡包含用户信息，插入时水表将检验用户密码，因此不同水表的购水卡不能交叉使用。有效避免了一些意外情况对用户造成的损失（如卡丢失时，卡内的水不会被别人盗用）。

　　抄表卡：能复制旧水表已有信息，在新水表上再把信息拷贝进去，方便地实现新旧水表之间的数据传递，一般更换水表时使用此卡。通过与售水系统交换数据，也可作为统计实时水量的依据。

　　清零卡：清除水表内已有的用户信息和计量信息，使表变为空表，可以重新使用。

　　授权卡：用于对新表的授权，授权后的水表属于本售水管理系统，归本售水管理系统管理，只能在本系统上对水表进行操作（如开户、购水等）。

　　JDR-8型水表适用于校园，机关单位等各种场所。其工作原理同我公司即插即用水表一样。即用户将卡放在控制器的卡槽内，控制器检测到卡内有水则会控制水表阀门开启，用户即可用水。控制器根据用户用水流量扣除卡内水量。

　　1、主要特点：采用MIFAREONE非接触射频卡。

　　(1)﹑MIFARE卡是一种比较适合校园一卡通应用的非接触式射频卡，使用安全方便。

　　(2)﹑MIFAREONE卡（1Kbits）分16个数据区，每块数据区都有相应的一套密钥

　　管理方法，且相互间独立，JDR-8型水表读写数据只占用其中的一个数据区；水表管理部门可根据其实际需要实现通卡可能，即用一张IC卡实现在售水、考勤、食堂售饭等多种用途上，让考勤、售饭系统等产品可以占用IC卡其余数据区进行读写操作。IC卡的可扩展性及兼容性较好

　　(3)﹑MIFARE卡的密钥校验是通过随机数校验，每次的校验传递数据都是不一样的，而且数据校验完全在卡内部进行，是当前比较安全的校验机制，被破解的可能性微乎其微，相对于普通卡片而言其数据安全性大大提高。且卡内设有防冲突机制，从卡型上确保了系统的技术的先进性和可扩展性

　　(4)MIFARE卡是非接触射频卡，表具可以完全密封，防潮性能非常好，适用于学生浴室等潮湿环境。

　　2、JDR-8型水表根据其表体结构分为两种：一体式表和分体式表。

　　a、一体式表即整个表具为一体化设计（整体式表），水表控制器安装于出水口的管道上，水表外接一个220V交流电输入+5V直流电输出的电源变压器，以+5V直流电给水表控制电路供电，水表结构紧凑，学生或用户用水时，控制器根据用水流量扣除用户卡卡上购买水量，同时水表液晶显示屏显示剩余水量情况。

　　b、分体式表，即水表控制器和基表分开安装，阀门安装在基表内部，通过一条数据控制线将基表与控制器连接起来，控制器决定阀门是否应开启，同时基表将用户用水信息通过控制线传输给控制器，控制器根据用水信息对用户卡内金额进行扣减。控制器液晶屏显示用户卡内剩余金额信息。基表与控制器之间的控制线有断线保护功能，控制线一旦发生线路断开则阀门自动会检测到并关闭阀门。分体式水表的控制器也是采用外接一个220V交流电输入+5V直流电输出的电源变压器，以+5V直流电给水表控制电路供电，如果电源断电时电路也会自动检测并将阀门自动关闭。

　　3、JDR-8水表根据用户需要设有两种扣费方式：

　　a、管理部门定义水价，售水管理软件将用户买的水量写入卡中，用户将卡放入水表卡槽，则水表电路会先扣除卡上一定水量（引参数可在售水管理软件中设置，如50L水），此时用户用水过程中可拿走IC卡，但如果用户用水水量超过预扣的那部份水时，则阀门将自动关闭，除非此时卡仍插在表内，表电路部份会再从卡上扣除一定水量（与上相同）。同样，如果用户没有用完先前扣除的水量，则可以将用户卡插入表内，控制器会将剩余水量返写到用户卡上。

　　b、管理部门定义水价，管理软件将用户买的水量写入卡中，用户需用水进，则将IC卡插入卡槽，则控制器检测到卡内有水则水表阀门开启，水表根据用户用水流量实时扣减卡上水量，当卡内水用完或则控制器判断到卡槽内卡已拔出则阀门自动关闭。

　　八、远程监控系统

　　终端系统

　　本系统为计算机化监控系统，直接控制系统，它对测量数据的处理以及控制算法都是以数字计算为基础，通过软件实现的。硬件主要由主控计算机、远程I/O模块、传感器及执行器等部件组成；软件采用工控组态软件，将各种输入信号通过数据总线直接接到计算机输入端口，从而实现数据采集与控制管理保护功能。其工作原理图及系统结构图如下所示：

　　其中现场监控计算机一方面对现场设备进行监控，一方面作为INTERNET传输过程的服务器，专门接收客户方提出的要求；远程监控计算机通过访问现场监控计算机实现异地对现场的监控。

　　1、现场监控计算机：是计算机监控系统的核心，它的主要特性如下：

　　1)现场监控计算机的工作过程完全由预先组态后的软件决定，而常规仪表是由电子逻辑电路或其它机械硬件逻辑实现，控制管理功能是由软件还是由硬件实现是计算机控制与常规仪表控制的主要区别；

　　2)本系统运行用IFIX组态后的软件，将各种输入信号通过数据总线直接接到计算机输入端口，从而实现数据采集与控制管理保护功能，而不是像常规仪表控制器由各自独立的一对一的单回路控制或保护电路构成，如此主控计算机就有可能全面考虑控制对象的各种参数，对其进行统一的系统性的控制﹑保护及管理；

　　3)主控计算机可以通过图形化的界面与用户进行信息交流，如各种参数状态值、警报的信息框、动态变化过程等，大大方便了用户管理。

　　2、现场模块

　　由PLC完成数据的采集和现场控制以及信号的发送，再通过RS485通讯方式将信号传送至转换器，转换成能与计算机串口连接的RS232通讯方式。

　　3、传感器

　　传感器感测出需要监测控制的各种物理量并将其变为电信号送至计算机，相当于主控计算机的眼睛。本系统将各类参数的状态以电压信号等方式传送至现场模块，主要有温度传感器和液位传感器。

　　4、执行器

　　即可由计算机直接控制的各种开关、阀门及水泵，计算机通过调整执行器来实现具体控制功能，相当于主控计算机的手和脚。控制器通过现场模块的两类输出通道与执行器连接：

　　1)开关量输出通道(DO)。它可以由控制软件将输出通道设置成高电平或低电平，通过驱动电路即可带动继电器或其它开关组件，也可以驱动指示灯显示状态；

　　2)仿真量输出信道(AO)。输出的信号是0～10V的电压，其值的大小是由控制软件决定的，由于计算机内部处理的信号都是开关量信号，因此这种可连续变化的仿真量信号是通过数字－仿真转换电路(D/A)产生的。本系统中仅涉及到开关量输出通道。

　　5、通讯网(屏蔽双绞线)

　　为减少对信号的干扰，整套系统均用屏蔽双绞线进行信号的传输。

　　主要功能

　　a、常规功能

　　◆水位、水温实时显示

　　◆水位、水温设置

　　◆自动上水或远程手动上水

　　◆自动定温上水

　　◆自动最低水位保护

　　◆自动报警、自动止闹

　　◆恒温出水

　　b、特殊功能

　　◆用户密码安全管理，可避免未授权用户对系统的操作及查看，实现安全管理；

　　◆电子签名功能，自动记录系统运行情况及系统操作者的任何操作，以便查阅；

　　◆系统日志功能，可对系统的运行情况进行记录以便查阅

　　◆自动故障诊断功能，设有通讯故障诊断功能，可在极短时间内报告故障的发生，并诊断出出现故障的设备，以有助于现场工程师及时排除险情；

　　◆报表功能，自动生成系统运行记录表及数据曲线，并根据用户要求自动生成报表，以方便用户掌握系统当天的运行情况；

　　◆远程监控，对于不在同一区域，二者相隔甚远的，可通过INTERNET远程访问用户的主控计算机，对工程进行巡检，查询运行参数和诊断系统故障，随时掌握系统的运行情况。

　　监控界面

　　现场监控系统主要由系统监控、趋势曲线、报警显示及报表四个画面组成，其中系统监控界面为主画面，以实际系统结构图作为软件的运行界面，其监控参数及工作状态都直观明了；趋势曲线画面主要显示实时数据及历史数据的趋势变化过程，可直观的显示系统的运行情况；报警显示画面则为操作员提供了可视化的提示信息，包括水泵、电磁阀、电加热等的开关状态报警，水位、水温的高低限报警等；报表画面则可根据用户要求随时生成不同时间间隔及采样模式的日报表或图表，以便于统计与分析。

　　监控中心

　　为提高皇明太阳能系统工程智能控制的技术水平，提高售后服务，和采集系统工程运行数据，不断改善产品的质量和稳定性。特在东厂设立“太阳能系统工程远程监控中心”，以提高皇明太阳能系统工程在市场上的竞争力。

　　主要技术是通过TCP/IP网络进行数据传输，在机房内将PC机的数字视频转化为模拟视频，再进行切换和监控的原理实现。

　　正常情况下，现场工控机通过互联网将数据实时传回中心机房，存入数据库。在互联网不能的情况下，可手动转用电话线拔号至中心机房连接，保证数据不中断。

   以上是太阳能过热保护器具体应用，由中海宁温控开关专家提供，仅供参考！更多太阳能过热保护器信息尽请关注中海宁温控开关！