太阳能热水工程系统整体设计
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xx项目太阳能热水系统施工组织设计编辑单位:x节能工程有限公司编制人:审核人:审批人:编辑时间:x年x月x日目录第一章编制依据及标准、规范 (1)第二章编制基本原则 (2)第三章工程概况 (2)第四章工程实施总体部署规划 (3)第五章施工方案 (7)第六章安全文明施工、环境保护体系及措施 (18)第七章质量保证体系及保证措施 (24)第一章编制依据及标准、规范第一节、编制依据本施工组织设计编制的依据为xx项目施工图纸以及国家有关的施工验收规范、标准图集、质量评定标准和当地政府的有关规定。
第二节、采用标准、规范GB50242-02《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GBJ242-82《采暖与卫生工程施工及验收规范》GB50275-98《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》GBJ126-89《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》GB50235《工艺金属管道工程施工及验收规范》GB50194-93《建筑工程施工现场临时用电安全规范》JGJ33-86《建筑机械使用安全技术规程》JGJ59-88《施工现场临时用电安全生产管理制度》JGJ59-99《建筑施工安全检查标准》GB-50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》GB50274-98《制冷设备,空气分离设备安装工程施工及验收规范》DBJ12-2009《太阳能热水系统与建筑一体化设计施工图及验收规范》GB50495-2009《太阳能供热采暖工程技术规范》GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇2007版第二章编制基本原则1.认真贯彻国家对工程建设的各项方针和政策,严格执行工程建设程序;2.遵循建筑施工工艺及其技术规律,坚持合理的施工程序和施工顺序;3.采用流水施工方法、工程网络计划技术和其它现代管理方法,组织有节奏、均衡和连续地施工;4.科学地安排各阶段施工项目,保证施工的均衡性和连续性;5.采用先进施工技术,科学地确定施工方案;严格控制工程质量,确保安全施工;努力缩短工期,不断降低工程成本;6.了解各种影响施工的因素和本工程的特点,尽可能减少施工设施,合理储存物资,减少物资运输量;科学规划施工平面,减少施工用地;7.严格按照全面质量管理体系,确保本工程保质保量如期完工;8.严格按照本公司质量方针组织施工管理,按创优质工程目标进行管理,确保工程达到国家规定的验收标准。
太阳能供暖系统设计太阳能供暖系统是一种重要的节能技术,欧洲各国已经广泛推广,安装量逐年增长。
在国外,太阳能供暖已成为太阳能热利用的主要发展方向。
对于我国建筑节能也有着非常积极的作用。
太阳能供暖系统由热量提供部分、储热换热部分、热量使用部分和控制部分四部分组成。
与太阳能热水系统不同的是,太阳能供暖系统季节性使用明显,且供热需求量大,需要根据不同的供暖形式调整系统热媒温度。
同时,冬、夏平衡问题也需要考虑,夏季需求量小,冬季需求量大,需要充分利用太阳能资源。
太阳能供暖系统的运行原理是在供暖季提供部分供暖热量,非供暖季提供足量生活热水,全年充分利用太阳能资源。
系统通过太阳能集热循环和辅助加热循环来控制温度,实现供暖和生活热水的不同要求。
储热水箱由外层供暖水箱和内部热水箱组成,可以提高热水使用的舒适性和热水量。
太阳能供暖系统的安装和使用可以节约常规能源20%~60%,并且具有较好的经济效益。
在国外,每年新建太阳能供暖系统约12万个,全球的太阳能供暖系统每年提供的能量折合电力约为4.2万MWh。
因此,太阳能供暖技术是未来太阳能光热利用的新方向。
太阳能循环系统采用一次循环、排空系统,满足冬季防冻要求的同时提高了系统效率,降低了系统投资。
与国外的二次循环系统不同,本系统中的热水直接通过循环管路与太阳能集热器循环,取消了中间换热过程,提高了系统效率。
采用系统落空技术替代国外的防冻液防冻方式,简化了防冻过程,同时也减少了系统投资。
太阳能循环系统采用非承压系统,解决了夏季闭式二次循环系统高温、高压容易给系统管路和设备造成损坏的问题,提高了系统的可维护性和使用寿命。
相比国外闭式二次循环太阳能供暖系统,本系统更加可靠。
太阳能集热器和供暖方式的搭配是太阳能供暖系统能否有效运行的关键。
从得热性能和运行安全可靠性两方面考虑,选择合适的太阳能集热器和供暖方式至关重要。
根据太阳能集热器的集热特性,平板型集热器在冬季和夏季的工作温度较低,集热效率接近于零,本身就解决了系统的过热问题。
太阳能热水系统设计原理一、太阳集热器安装倾角的选取为了得到最大的年太阳辐照能量,集热器应面向赤道,其安装倾角应近似等于当地纬度角。
如果要在冬季获得较佳太阳辐照能量,倾角应等于当地纬度加10度。
而春夏秋三季使用的太阳热水器,集热器安装倾角要比当地纬度小10度为宜。
二、集热器前后排距离的确定为了使太阳光充分投射到太阳集热器采光面上,要求在热水器使用期内,前排集热器阴影不遮挡后排集热器。
对于全年使用的太阳热水器,当集热器在同一水平面安装时,一般要求集热器前后排距离大于太阳集热器安装高度,在我国南方地区,这一距离要小于北方地区,对于不同地区的间距单位估算方法如下。
其中as为太阳高度角,h为集热器安装高度,D为集热器之间安装距离。
显然D=h.cosas,太阳高度角as在正午当地纬度角φ大于赤纬角δ时,有as=90°-φ-δ,因而估算出不同地区的安装距离D值。
例如北京冬至时δ=23.4 °,则as=90°-40°-23.4°=26.6°。
于是在北京地区太阳集热器安装距离D=hctg26.6°=2.h。
三、集热器面积的确定在确定太阳热水系统运行方式和太阳集热器类别之后,可根据太阳热水器的非稳态效率方程式,或太阳集热器瞬时效率曲线方程式、热水器贮热水温度、水量,利用该地区可获得的太阳辐照度、环境温度等气象资料,用数学模型确定不同季节下所需的采光面积。
多年工程实践给出,在北京地区若采用优质太阳平板集热器,每平方米集热器从上午9点至下午3时运行,春秋季节可获温度为40~60℃的热水60~80千克,夏季100~120千克,冬季25~35千克,年平均每平方米太阳集热器日产水量70千克左右。
真空管热水器在北京地区年平均每平方米产热水量与平板型太阳热水系统相当。
区别在于夏季平板型热水系统产热水量高于真空管热水系统,冬季则真空管热水器产热水量优于平板型太阳热水器。
太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统)设计⽅案太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统) ⼀、太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统)设计依据和设计标准 1、太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统)⼯程概况 XXX⽣活热⽔主要⽤于淋浴和⾯盆,分布在地下⼀层⾄地上三层。
原设计⽤⽔量为15吨/天,现有系统热⽔管道供⽔管径DN80,回⽔管径DN50,本系统-东莞热泵要求24⼩时供热⽔,其中⽤⽔⾼峰时间为11:30~14:00,15:30~16:30。
热⽔⽔温要求不低于45℃。
太阳能热⽔⼯程的设备安装位置要求:集热器安装在纪念堂屋顶上檐,离地下⼀层⾼度约40⽶,安装后不影响纪念堂整体外观。
换热器、⽔箱、辅助电加热设备、控制柜等相关辅助设备安装在纪念堂地下⼀层。
最不利的⽤⽔点⾼度为35⽶。
辅助能源:辅助能源采⽤电锅炉。
2、太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统)设计指标: 此⽅案中,我们选择春分所在⽉倾斜⾯上的⽇均辐照量(19.308MJ/m2)为标准。
安装总集热⾯积为178.4㎡的太阳能集热系统。
在设计条件(基础⽔温15℃,集热效率为0.60,⽔箱及管道损失为0.10)下,系统在没有外物遮挡的情况下可以将15000㎏温升30℃。
3、太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统)当地⽓象资料 基础⽔温:15℃ 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:116o28?;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): ⼆、太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统)运⾏原理及说明 我们根据⽤户要求,结合贵⽅的实际⽤⽔情况,确定采⽤U型管集热器、远程控制柜(包括传感器)、保温⽔箱等主要设备,来完成贵⽅需求的各项功能。
1、太阳能热⽔⼯程闭式系统-东莞空⽓能热泵(承压系统)系统原理图: 2、太阳能热⽔⼯程闭式系统(承压系统)运⾏原理 (1)、说明:循环泵P,备⽤泵Pb,温度T,⽔位L,电磁阀DCF,锅炉B。
别墅太阳能热水工程方案一、前言随着环保理念的日益深入人心,太阳能热水工程在现代建筑中得到了广泛应用。
别墅作为高端住宅,其太阳能热水工程方案更显重要。
本文旨在设计一套适合别墅的太阳能热水工程方案,采用先进的技术和材料,既达到热水需求,又降低环境负荷,体现了绿色、低碳的生活理念。
二、需求分析1. 别墅热水需求偏大,家庭成员众多,日常洗浴、洗涤等用水量大;2. 别墅主人对生活品质有较高要求,希望热水供应稳定、水温舒适;3. 别墅所处地区日照充足,适合太阳能热水工程的利用;4. 用户对设备外观和安装位置有较高要求。
三、工程设计1. 太阳能集热器选择针对别墅热水需求较大的特点,可以选择高效的平板式太阳能集热器。
其结构简单、耐用,具有良好的稳定性和高效的热能转换率。
此外,平板式太阳能集热器外观精美,适合别墅的装饰需求。
2. 系统布局设计考虑到别墅建筑的布局特点,需合理规划太阳能热水系统的布置。
通常可将集热器安装在别墅屋顶或院落,借助地势高低差,采用重力循环原理,将热水输送至别墅内各个用水点,使热水供应更加便捷和舒适。
3. 系统控制设计为了确保太阳能热水系统的稳定运行,需要配备智能控制器。
控制器应具备温度监测、自动启停、排放保护等功能,可根据实际热水需求进行智能调控。
此外,别墅主人还可以通过手机APP等方式实现远程监控和控制,实现更加智能、便捷的使用体验。
4. 热水储存设计别墅太阳能热水系统需配备合适的热水储存设施。
可以选择带有保温层的不锈钢热水储罐,保温效果好且容量大,满足别墅热水供应的需求。
同时,需考虑储罐的安全性和美观性,选用高品质的储罐可以有效避免水质污染和安全隐患。
5. 系统管道设计系统管道的设计要充分考虑别墅建筑结构和用水点分布,确保热水输送的稳定和高效。
管道材料选用耐高温、耐腐蚀的管材,保证系统长期安全运行。
此外,为了减少能源损失,系统管道的绝缘设计也十分关键。
6. 卫生热水设计别墅的卫生热水需求十分重要,需要确保热水的卫生和安全性。
目录第一章、施工组织设计 (2)第一节、项目实施工作计划 (2)第二节、施工组织计划 (6)一、工程重点、难点 (6)二、施工组织策划 (7)三、施工资源需求计划 (8)四、施工总平面布置规划 (17)五、进度计划保证措施 (18)六、工程施工方案 (23)七、工程质量管理策划 (29)八、安全、文明施工管理策划 (32)九、和谐施工与绿色施工管理策划 (33)十、组织协调管理策划 (38)十一、冬雨季施工技术措施的编制与实施 (39)十二、竣工验收流程 (43)第一章、施工组织设计第一节、项目实施工作计划一、工期计划工程总目标:按期完工项目工期计划严格按照甲乙双方约定执行:二、设计和设计联络实施工作计划1、设计联络会的目标:通过设计联络会协商解决明确双方的责任和义务以方便合同的顺利执行。
2、设计联络会的组织:1)设计联络的组织工作由甲方负责。
2)我方接到进场施工通知后,将设计联络进度计划、图纸文件提交计划等报招标人予以确定。
3)我方会在设计联络会召开前两周,将需要确认的图纸和资料提交给甲方。
4)我方选派参加设计联络的技术人员是在设计方面有多年工作经验的工程师,并且为本项目的主要技术人员。
所有参加联络会议的技术人员精通技术、身体健康。
5)联络会期间,我方保证做好会议记录,并形成会议纪要,并配备必要的办公用品。
6)联络会之后,我方将按照会议纪要的要求完成其所规定的工作。
3、设计联络的容:1)设计联络会议主要解决的问题包括但不限于以下几个方面:A. 我方完整的介绍产品的技术、设计思想。
B. 双方互提基础资料,确认设备功能、技术参数和设备数量。
C. 甲方审核我方技术规格书,确定我方设计方案;D. 确定与其它系统的接口;E. 确定组装、调试(含联调)、验收的相关标准;F. 确定产品的出厂验收、检验部件清单、试验项目、技术规格及试验方法;G. 确定产品完成现场组装后的工程质量验收方法;H. 确定维护保养方式。
太阳能空气能热水工程施工设计方案目录一、前言 (2)1.1 编制依据 (2)1.2 工程概况 (3)二、施工准备 (4)2.1 施工材料准备 (5)2.2 施工设备准备 (6)2.3 施工人员准备 (7)三、施工方法 (8)3.1 太阳能集热器安装 (10)3.2 空气能热水器安装 (11)3.3 输配水管道安装 (12)3.4 整体系统调试与试运行 (14)四、施工流程 (15)4.1 地基处理与基础施工 (16)4.2 集热器及热水器安装 (17)4.3 输配水管道敷设 (18)4.4 系统调试与试运行 (19)4.5 竣工验收与移交 (20)五、质量控制与安全管理 (22)5.1 质量控制措施 (23)5.2 安全管理措施 (24)六、施工进度计划与资源配置 (25)6.1 施工进度计划 (26)6.2 资源配置计划 (27)七、施工注意事项与常见问题解决 (28)7.1 施工注意事项 (29)7.2 常见问题及解决措施 (30)八、维护与保养指南 (32)8.1 日常检查项目 (33)8.2 定期维护保养 (34)九、总结与展望 (34)9.1 工程总结 (35)9.2 发展展望 (36)一、前言随着全球能源危机的加剧和环保意识的不断提高,新能源技术的发展已经成为各国政府和企业关注的焦点。
在过去的几年里,太阳能和空气能作为一种清洁、可再生的能源,已经在建筑领域得到了广泛的应用。
本设计方案旨在为太阳能空气能热水工程提供一种系统化、一体化的施工安装方案,以提高建筑物的能源利用效率,降低运行成本,保护环境。
本设计方案根据我国现行的建筑规范和标准,结合太阳能和空气能技术的特点,详细阐述了太阳能空气能热水工程施工的关键环节和技术要求。
我们还将对施工过程中可能遇到的问题提出相应的解决方案,以确保工程的顺利进行和高质量完成。
1.1 编制依据本工程施工设计方案是根据国家相关法规、标准以及行业标准进行编制的,具体依据如下:《建筑设计规范》(GB500962:该规范对于建筑物的设计要求进行了详细规定,包括太阳能热水系统的安装位置、安装方式等。
太阳能热水工程施工方案目录一.系统设计方案 (3)1.用户基本情况及要求: (3)2.设计方案: (3)二、设备参数 (3)1、集热器 (3)三、系统安装施工说明 (5)四、主要材料 (6)六、人员计划和质量保证措施 (7)七、施工方案设计依据 (8)八、售后服务 (8)一.系统设计方案1.用户基本情况及要求:太阳能系统:拆除屋面的全部太阳能板支架和基础,从新布局留出检修通道以满足后期检修的需要,拆除更换损坏的太阳能板,拆除更换集热设备和屋面供回水管路。
2.设计方案:(1)、根据屋面现状布置最大化的布置太阳能集热器(47*1600*60)模块78组,集热面积468平米,安装在屋顶支架。
(2)太阳能平面布置图、构造详图见附图一、附图二:二、设备参数1、集热器我公司采用的集热器是目前国内先进的真空管太阳能集热器。
集热器真空管采用新型优质硼化硅全玻璃真空管;联箱内胆采用SUB304/2B不锈钢板制作,厚度为0.5mm,30 mm厚聚氨酯发泡保温,外用0.5 mm彩板包装。
集热模块性能参数2、真空管(QB-6.6/58160050)4.支架和支墩支架采用GB∠40×40×4热镀锌角钢制作,现场焊接。
具有抗震抗风能力,抗风能力经受十级大风的负载。
支架基础选用水泥预制件,规格200*200*200(毫米)方形墩子。
预制件有预埋铁块50*50(毫米),与角钢焊接,焊接处做防腐刷漆。
预制件提前预制,施工时平放在楼面上与支架焊接成一整体5.外露冷、热水管道冷、热水管均选用国标热镀锌管,在返弯出和最高点设置排气阀共三处。
保温材料采用橡塑保温管,外用沥青布包装保护,美观大方。
三、系统安装施工说明(一)太阳能热水系统管路及其它施工说明1.系统进出水管采用国标热镀管,室外保护采用橡塑保温管(30mm),内置伴热带,外包沥青布防腐保护。
2.太阳能集热器不与屋面直接接触,角钢作支架,将太阳能集热器安装在支架上固定,角钢下端安装预制基础避免破坏防水层。
四季沐歌太阳能热水系统工程方案的设计和明细报价1.方案概述:四季沐歌太阳能热水系统工程方案旨在利用太阳能取代传统的水电加热方式,实现绿色环保、节能减排的目标。
该方案包括太阳能集热器、储水箱、水泵、控制系统等组成部分,通过太阳能集热器将太阳能转化为热能,储存在储水箱中,再通过水泵将热水供应给用户。
2.方案设计:(1)太阳能集热器:使用高效的太阳能集热器,采用平板式或真空管式太阳能集热器,具备较高的热转换效率和吸光率,能够快速吸收太阳辐射热能。
(2)储水箱:选用优质的储水箱,容量适宜,具备良好的保温性能和耐腐蚀性能,能够储存足够的热水用于供应。
(3)水泵:选择低能耗、高效率的水泵,能够将储水箱中的热水快速供应给用户。
(4)控制系统:通过智能控制系统,实现太阳能集热器、储水箱和水泵的自动控制,根据用户的热水需求和太阳能的可利用程度,进行合理的运行和调节。
3.明细报价:(1)太阳能集热器:根据项目实际需求和用户需求确定型号和数量,价格约为500-1000元/平方米。
(2)储水箱:根据项目实际需求和用户需求确定容量和材质,价格约为2000-5000元/个。
(3)水泵:根据项目实际需求和用户需求确定流量和扬程,价格约为1000-2000元/台。
(4)控制系统:根据项目实际需求和用户需求确定功能和复杂程度,价格约为2000-5000元/套。
以上报价仅为参考,具体价格需根据实际项目情况进行详细评估和报价。
总结:四季沐歌太阳能热水系统工程方案旨在利用太阳能取代传统的水电加热方式,具有绿色环保、节能减排的优势。
通过太阳能集热器、储水箱、水泵和控制系统的组合应用,能够实现太阳能热水的高效供应。
本文通过设计方案和明细报价,为工程实施提供了理论和经济支持。
同时,需要根据具体项目情况进行进一步的优化和调整,以确保系统的可靠性和经济性。
太阳能热水系统工程方案一、项目背景随着环境保护意识的日益增强和能源紧缺问题的日益凸显,太阳能热水系统已经成为了热水供暖系统的一种重要选择。
太阳能热水系统采用太阳能作为能源,通过集热器将太阳能转化为热能,为用户提供热水。
该系统具有节能环保、成本低廉、可再生能源利用充分等优点,因此受到了广泛的关注和应用。
二、工程目标本工程旨在设计一套太阳能热水系统,能够为用户提供稳定、高效、安全的热水供应,满足用户的日常生活、洗浴、加热等需求。
同时,系统设计要考虑到充分利用太阳能资源、降低用户的能源消费成本,并使系统具有长期稳定性和可靠性。
三、系统设计原理太阳能热水系统利用太阳能作为能源,通过集热器将太阳能转化为热能,再通过热水储存和输送系统将热水输送到用户热水用水器具中,从而实现用户的热水需求。
系统设计中需要考虑到太阳能资源的变化、热水储存和输送、系统的安全性等方面的问题。
四、系统设计方案1. 太阳能集热器太阳能集热器是太阳能热水系统的核心组成部分,它能够将太阳能转换为热能并传递给工质。
一般情况下,太阳能集热器根据其结构形式可分为平板式、真空管式、集热塔式等多种形式。
在该工程中,我们选择真空管式太阳能集热器,因为它具有高热效率、不易受环境温度的影响、使用寿命长等优点。
2. 热水储存和输送系统热水储存和输送系统是保证热水稳定供应的关键,它包括储水箱、输水管道、热水器等设备。
在设计中,需要考虑储水箱的容量、保温性能、输水管道的设计、冷热水管道隔离等问题。
同时,还需要考虑到热水器的选择,根据用户需求选择相应的热水器类型和规格,确保用户的热水需求得到满足。
3. 控制系统控制系统是太阳能热水系统的智能运转保障,它通过传感器、控制器等设备监测和控制系统的运行状态,提高系统的智能化和自动化水平。
在设计中,需要考虑系统的启停控制、温度监测、故障报警等功能,以保证系统的安全稳定运行。
4. 安全保护设施太阳能热水系统的安全问题是设计中的重要考虑因素,包括防止冻损、防止过热、防止电器泄露等安全保护设施的设置。
太阳能热水工程系统整体设计太阳能作为一种清洁能源,越来越受到人类的重视。
在我国,随着2006年《可再生能源法》的实施,以及近30个各地主管部门所颁布的在公共建筑中或在一定层数的住宅中强制使用太阳能热水技术规定的执行。
太阳能热水系统以每年30%以上的增长速率快速推广应用。
目前,我国是世界太阳能热利用最大的生产基地和应用市场。
本项目针对的是面对这种需求的集中式太阳能热水工程系统。
集中式太阳能热水系统的太阳能集热器、贮热水箱均集中设置,构成建筑热源系统的一部分。
通过热水供应系统,将热水输送到各用水点,所以在住宅中须分户计量。
1集中式太阳能热水系统存在的问题集中式太阳能热水系统与分散式太阳能热水系统相比,太阳能集热器与贮热水箱集中设置,可以提高设备的使用效率,减少初投资。
太阳能集热器可集中或分区布置,与建筑相结合的适应性高,集中辅助加热对辅助热源的选择余地大,可以选择电加热、锅炉加热、空气源等其他辅助加热方式。
冷热水系统同源同区,恒温定时供水会在适当提高热水供应舒适性的同时,降低运行能耗。
在确定采用集中热水供应系统时,太阳能作为主要热源系统,与常规热源系统相比,可大大降低入住率较低时的热水成本。
这种系统目前在学校、宾馆、公共浴室中得到广泛应用,充分体现了太阳能优越的性价比。
近年来,太阳能热水工程系统开始从工厂、宾馆等场合逐渐地应用到了公寓式建筑、住宅小区楼房等不能单独安装家用太阳能热水器的场所。
而这些场所的应用将涉及太阳能热水用量、热能计量、用水费用的分配及物业或楼宇管理者对太阳能热水系统的维护等问题。
在住宅中采用这种系统,入住率对系统运行能耗和热水供应价格影响较大,而用户对集中热水系统的舒适度要求(如24h热水供应、恒定的热水温度)会更高。
若系统不够完善,就会造成“越不用越贵,越贵越不用”的尴尬局面。
2太阳能热水工程系统整体设计太阳能热水工程检测系统主要由现场监测系统、数据传输系统和远程监测系统组成。
现场监测系统包括各种传感器和测量仪器、热能计量仪表、数据采集器、现场显示器、操作人机界面和现场存储设备,现场监测系统对现场参数进行测量,采集并保存至现场存储设备里。
现场操作员可以通过现场监测系统进行操作和观察、读取数据及系统运行状态情况。
数据传输系统负责现场监测和远程监测层之间的数据通信,由信源(发送端)、信宿(接收端)和信道组成。
数据传输系统由通信电缆线、互联网等无线或者有线远程通信设备和线路构成。
远程监测系统由计算机、嵌入式服务器和其他智能设备及软件组成。
采集现场数据信息进行处理、存储和显示,包括人机操作界面和数据库、图形图表的显示等,以达到人工在线监测的目的。
系统构成如图1所示:现场监测控制系统主要包括系统各个位置的温度,各种管道的流量、水箱水位、热量、辅助耗电电能等参数的测量。
系统要在无人值守的时候自动运行,还要对各种用电设备如水泵、电磁阀等电动设备的开关状态进行控制和状态反馈。
2.1系统温度测量的分析传感器对精度和温度测量范围有一定的要求,而传感器的引线也有一定的长度限制,因此必须采用铂电阻温度传感器。
而且必须采用3线或者4线制传感器进行测量,以抵消引线带来的测量误差。
3线制热电阻感温体的一端连接2根引线,另一端连接1根引线,此种引线形式称为3线制,如图2所示。
当热电阻与电桥配套使用时,就能较好地消除引线电阻的影响,提高测量精度。
该电路的输出经过差分放大电路,将Uo的差分信号进行放大,再提供给检测系统的12位AD采样,通过软件对采样值进行修正,得到测量温度的2次修正值,保证了温度测量的精度。
2.2流量测量根据现场情况,可以考虑采用涡轮流量传感器、涡街流量传感器或者超声波流量传感器等进行流量测量,输出的脉冲信号可以直接供给单片机进行频率测量。
再经过软件修正得到流量的测量值。
2.3热量计量在太阳能集热器的出入口、辅助热源出入口安装热量表进行热量测量。
热量表带有通信接口,能够分别输出测量到的温度、流量和热量值,测量系统可以直接通过通信接口读取热量参数。
由于非承压式太阳能热水系统的出水与进水的非同时性,其热量计量不能同时取用户用水温度和冷水温度之差计算。
由于一般来说进入的冷水温度变化不会太大,因此采用最后一次冷水进入水箱结束时的温度及其热焓值进行计算:用户得热量等于用户用水量与当前用水温度下的热焓值乘积,减去用户用水量与最后一次进水结束的温度下的热焓值的乘积之差。
2.4电能计量在太阳能热水工程检测系统的总供电回路上安装电能表进行电量测量,采用珠海炬力生产的ATT7022B三相电能计量芯片来实现三相电的电压、电流、功率的测量。
ATT7022B是一款多功能防窃电三相电能计量专用芯片,该芯片适用于三相3线和三相4线的应用。
它集成了七路二阶sigma-deatlADC,其中3路用于三相电压采样,3路用于电流采样,还有一路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样、输出采样数据和有效值,使用方便。
它集成了参考电压电路以及所有包括基波、谐波和全波的各项电参数测量的数字信号处理电路。
能够测量各相及合相,包括基波、谐波和全波的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量,同时还能测量频率、各相电流及电压有效值、功率因数、相角等参数,提供2种视在能量(PQS,RMS)。
电能采集计量模块的设计是以电能计量芯片ATT7022B为核心,包括电压及电流模拟输入、脉冲输出、电源及SPI通信接口等电路的设计。
模拟输入电路设计:该部分电路主要由电流、电压互感器、抗混叠滤波器和参考电压输入电路组成。
从互感器出来的信号,经过滤波处理后,消除了干扰信号,再叠加上1个参考电压信号,即可送入ATT022B的A/D转换器进行采样。
图3为ATT7022B电能计量模块框图设计。
SPI通信接口电路设计:ATT7022B内部集成了1个SPI串行通信接口,通过该接口可方便地实现与外部微处理器的通信。
SPI口包含2条控制线和2条数据线,分别为CS,SCLK,DIN和DOUT。
ATT7022B与外部MCU的SPI通信接口,如图3所示。
2.5现场采集处理硬件平台现场采集处理硬件平台是实现嵌入式Internet接入的基础,本太阳能热水工程监测与控制系统的硬件平台采用ARM代替了传统的MCU,同时在外围接入多路温度、水位、流量监测模块、电压电流功率因数监测模块、键盘输入模块、输出控制交流接触器以及网络通信模块,整个系统的硬件平台结构图如图4。
其中微处理器部分采用基于ARMCORTEX-M3内核的STM32F103VCT6,它拥有16KB片内静态RAM,32位定时器、16路12位ADC,并且拥有多个串行接口,包括3个UART、高速IIC接口和2个SPI接口,通过配置总线,STM32F103VCT6最多可提供76个GPIO。
由于STM32F103VCT6内置了宽范围的串行通信接口,因此在通信网关、协议转换器,远程监测以及其他各种类型的应用中非常适合。
网络通信模块是实现嵌入式系统与Internet互联的关键,本系统采用的是通用的以太网控制芯片ENC28J60。
在此之前,嵌入式系统开发可选独立以太网控制器都是为个人计算机系统设计的,如RTL8019、AX88796L、DM9008、CS8900A、LAN91C111等。
这些器件不仅结构复杂,体积庞大,且价格比较昂贵。
目前市场上大部分以太网控制器的封装均超过80引脚,而符合IEEE802.3协议的ENC28J60只有28引脚,既能提供相应的功能,又可以大大简化相关设计,减小空间。
ENC28J60以太网控制器采用标准的SPI串行接口,只需4条连线即可实现与单片机连接,有利于在小型系统上实现以太网功能。
对于没有SPI接口的芯片通过模拟SPI接口的方式亦十分方便。
通过该芯片可实现嵌入式系统与Internet的互联。
2.6远程监测系统平台本系统基于近年来新兴物联网技术将嵌入式系统与Internet结合,采用ARM微处理器作为系统实现的核心,同时利用以太网接口芯片构建一个嵌入式网络系统并将其运用到太阳能热水工程监测与控制系统中。
克服了传统模式监测方式的局限性,以其优异的性能应用于太阳能热水工程监测与控制系统中。
系统的现场安装与布线更加简单可靠,具有长时间的停电记忆功能,无需专人管理,可长时间稳定工作。
本控制系统是太阳能集热工程的重要组成部分,它采用高集成度单片机控制、大屏幕显示、人性化设计、基于Internet远程监测与操作等设计构成一个嵌入式Web服务器,只要用户有账号和密码就可以在任何能上网的地方登入嵌入式Web服务器对太阳能热水工程的实际情况进行监测和控制。
同时,将嵌入式Web服务器与B/S结构模型相结合。
其中B/S结构中最底层为数据层,负责从采集数据;中间层为信息处理系统,负责将实时参数写入挂接在这一层的Web服务器中,然后对数据进行统计、分析等处理,最后将处理过的数据实时地以网页的形式发送到第3层客户端,客户端可以通过浏览器直接监测太阳能热水工程的运行参数,实现了太阳能热水工程监测与控制系统的的结合。
另外,本系统采用了网页的实时刷新法,得到实时热水工程监测参数,实现客户端与热水工程监测系统之间的交互。
本系统还可以通过Internet对多个太阳能热水系统进行管理和控制,系统结构如图5所示。
2.7软件系统功能设计系统软件主要功能设计包括:2.7.1远程数据采集功能,能够定时自动和随时手动采集各子系统的监测数据、设备工作状态等参数。
2.7.2控制现场运行功能,能够通过自动运行程序,实现无人值守,自动处理运行中出现的问题。
保证系统能够正常运行。
2.7.3数据处理、分析、显示功能,对数据进行比较,评定是否合格,并计算导出需要参数,通过示意图、图形曲线、表格等多种方式显示出采集数据和工作状态。
2.7.4数据存储功能,自动生成并存储通用数据文件,按不同项目存储在数据库中以便查询和调用。
2.7.5可以生成统计报表,包括日报表、周报表、月报表、季度报表和年报表等。
3系统运行效果本项目研究的主要内容是如何实现太阳能热水工程系统的能量计量。
包括集热系统得热量、辅助加热耗能、水循环能量损失、用户用热量的计量。
开发设计一个远程监测和控制系统,能够通过Internet网络对太阳能热水工程系统进行远程的监控,可以在取得权限的情况下,在任何能上网的地方对太阳能热水系统进行监控,并获得每个用户的热水用量和费用,每个用户也可以登录到系统,对热水工程的运行情况进行监测,web登录与监控界面如图6所示。
4总结该项目市场需求前景:随着国家大力扶持新能源产业和物联网产业的发展,太阳能热水器作为人们必不可少的生活用品将全面进入物联网时代,所以本项目产品的市场前景非常广阔。
推广应用领域:本项目产品属于新能源及节能技术领域,主要运用在宾馆、学校、公寓式建筑、住宅小区楼房、体育馆、别墅等场所。