一种变化最低水位的双水箱太阳能热水系统的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种变化最低水位的双水箱太阳能热水系统的控制方法，包括以下步骤：对预测日之前n天中每天各时段的双水箱太阳能热水系统的多个参数进行采集、用供水干管在预测日前n天的每天各时段的水流量‑回水干管在相应时段的水流量计算得到预测日前n天每天各时段的用水量、结合应用数理统计中t分布的统计方法，在设定的置信度下，分别采用下式计算得出预测日各时段用水量预测值、计算预测日梯度控温的供热水箱水位设定值、集热循环、集热水箱向供热水箱补水、集热水箱补水、集热水箱向供热水箱补水、梯度控温补水以及过热保护，采用本方法减少了辅助热源的开启时间,预期比单水箱太阳能热水系统节约能源20％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种变化最低水位的双水箱太阳能热水系统的控制方法
本专利技术涉及双水箱太阳能热水系统的控制方法，本专利技术尤其涉及变化最低水位的双水箱太阳能热水系统的控制方法。
技术介绍
目前，国家大力发展可再生能源的利用，太阳能热水系统是太阳能利用中的一种最常用的方式。但太阳辐射量随季节、昼夜变化，同时还受天气变化等随机因素的强烈影响，具有很大的不稳定性，同时由于用户用水习惯的不同，导致各时段用水量差别很大，为此太阳能热水系统均配备了辅助热源，而辅助热源能耗也成为太阳能热水系统的主要能耗，如何在满足用户用水需求的情况下，尽量减少辅助热源的开启时间是减少太阳能热水系统能源消耗的主要方向。常规的集中式太阳能热水系统如图1，系统主要包括太阳能集热器，辅助热源，储热水箱及控制系统，基本运行原理如图1所示：首先在夜间通过补水管路7为储热水箱补充定量的水，其中储热水箱的容积是按照规范《太阳能热水系统设计、安装及工程工程验收技术规范》选取，其次，使用温差控制集热循环时，当集热器9上部温度与储热水箱1的温度大于设定值(如5℃)时，集热循环泵8开启，系统进行集热循环，当用水终端用户10开始用水前一段时间(如1h)，判断太阳能储热水箱1中的水温是否满足设定值(如60℃),如未达到，开启循环加热泵2，利用辅助热源3循环进行加热，使水温达到设定值(60℃)，热水通过装有供水泵4的供水管5供给终端用户10，用户回水通过回水管6返回储热水箱1。这种系统运行原理简单，控制方便，但通常为保证夏天的较高用水量的要求，水箱内设定的最低水位远远高于实际的小时用水量，并且参数的设定值为定值，无法随季节和用户用水习惯而变化，参数的设置缺乏科学性和准确性，而系统最低水位是影响系统辅助热源加热时间的主要因素，直接影响着系统的能源消耗，因季节、天气和用水量等不确定因素导致水箱内水量在绝大部分时刻比实际用水量大很多，为保证水箱内大量热水的水温，导致辅助热源加热时间明显增加，增加系统能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种能更好的适应季节及天气和用水量等随机因素的变化、减少辅助热源的消耗、提高太阳能利用率并实现节能的最大化的变化最低水位的双水箱太阳能热水系统的控制方法。一种变化最低水位的双水箱太阳能热水系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一、对预测日之前n天中每天各时段的双水箱太阳能热水系统的多个参数进行采集，过程如下：在供热水箱和集热水箱上分别安装上传式水位计及温度计,分别用于检测供热水箱内的实时水位、供热水箱内的实时水温，集热水箱内的实时水位、集热水箱内的实时水温；在连接在用户的入水口与供热水箱的出水口之间的系统供水干管上和连接在用户的出水口和供热水箱的回水口之间的系统回水干管上分别安装流量计,用于检测供水干管在预测日前n天的每天各时段的水流量，以及系统回水干管在相应时段的水流量，在集热器的进出口分别安装上传式温度计，分别用于检测集热器出口端的实时水温以及集热器进口端的实时水温。步骤二、用供水干管在预测日前n天的每天各时段的水流量-回水干管在相应时段的水流量计算得到预测日前n天每天各时段的用水量；步骤三、结合应用数理统计中t分布的统计方法，在设定的置信度下，分别采用下式计算得出预测日各时段用水量预测值；式中μi代表样本均值；Qij代表预测日前n天每天各时段的用水量；Si代表样本标准差；tp(n-1)代表可信度为p时的系数值；Qi代表预测日各时段用水量预测值；n为预测日之前设定的采样天数；i代表设定的每天各时段序号；步骤四、计算预测日供热水量和集热水箱各时段最低水位值，公式如下：式中h1i代表供热水箱在预测日各时段最低水位要求值；h2i代表集热水箱在预测日各时段最低水位要求值；S为供热水箱和集热水箱底面积；h0为供热水箱和集热水箱的最低安全水位；步骤五、计算预测日梯度控温的供热水箱水位设定值，计算过程如下：式中：hs代表预测日梯度控温的供热水箱水位设定值；a为高峰用水量的开始时间,b为高峰用水量的结束时间；步骤六、集热循环，具体过程为：在预测日当集热器出口端的实时温度-集热水箱内的实时温度≥第一设定值，开启集热循环水泵，使得集热水箱内的水流出集热水箱并依次流经集热循环水泵和太阳能集热器后返回集热水箱进行集热循环，当集热器出口端的实时温度-集热水箱内的实时温度≤第二设定值，关闭集热循环泵；步骤七、在预测日的各时段前第一设定时间检测供热水箱内的实时水位,当供热水箱内的实时水位＜供热水箱在预测日各时段最低水位要求值时，开启通过补水管线连接在集热水箱和供热水箱之间的补水泵，将集热水箱内的任意温度的热水送入供热水箱至供热水箱内的实时水位＝供热水箱在预测日各时段的最低水位要求值，关闭补水泵，补水泵关闭后检测供热水箱水温,当供热水箱温度＜系统供热水温度时，开启循环加热泵将供热水箱内的水抽出并经辅助热源加热后再返回供热水箱直至供热水箱内的实时水温＝供热水箱供水温度设定值时停止加热；当供热水箱温度≥供热水箱供水温度设定值，不开启辅助热源；步骤八、在预测日的各时段晚于第一设定时间的第二设定时间或补水泵停止运行时检测集热水箱内的实时水位，若集热水箱内的实时水位＜集热水箱在预测日各时段最低水位要求值时，开启电动补水阀使补水经电动补水阀流入集热水箱进行补水直至集热水箱内的实时水位等于集热水箱在预测日各时段最低水位要求值时，关闭电动补水阀，然后利用太阳能集热循环对储热水箱内的水进行集热循环；若集热水箱内的实时水位≥集热水箱在预测日各时段最低水位要求值，则直接对集热水箱内的水进行集热循环；步骤九、集热水箱向供热水箱补水，具体过程为：在任意时刻当集热水箱水温＝集热水箱向供热水箱补水温度设定值时,开启补水泵,将集热水箱中的水送入供热水箱至集热水箱内水位降至最低安全水位时，关闭补水泵，然后开启电动补水阀对集热水箱进行补水，再继续进行集热循环；步骤十、梯度控温补水，具体过程为：在任意时刻当供热水箱内的实时水位达到预测日梯度控温的供热水箱水位设定值时，提高集热水箱向供热水箱补水温度设定值，然后重复步骤六-步骤九直至当供热水箱的水位达到供热水箱最高安全水位时,关闭补水泵，继续进行集热循环，此后当集热水箱内的实时水温≥集热水箱向供热水箱补水的水温设定值时，开启电动补水阀向集热水箱补水至集热水箱水位达到集热水箱最高安全水位时关闭电动补水阀，若集热水箱内水继续升温等于集热器损坏的极限温度，则关闭集热循环，启动过热循环保护模式,防止系统损坏。本专利技术与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)利用双水箱的方式可以有效的降低集热水箱温度，提高集热效率，双水箱将集热水箱和供热水箱分开，提高用水的稳定性，同时能更好的与辅助热源耦合，并且对于可以将集中荷载分散布置，方便建筑承重，同时利用双水箱能分别储存i时段和i+1时段的用水量，保证供热水箱水温不受补水影响。(2)保证在i时刻供热水箱满足最低水位h1i，集热水箱满足最低水位h2i，使系统在最少水量下运行，调节了因昼夜、用水量变化等因素的影响，减少了辅助热源的开启时间。(3)设置供热水箱内的梯度控温水位设定值hs，在夏季太阳辐射量较高时，可以进行梯度控温，增加集热水箱向供热水箱补水的水温设定值ts设定值，既保证了水量的要求，又最大限度的利用太阳能，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变化最低水位的双水箱太阳能热水系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、对预测日之前n天中每天各时段的双水箱太阳能热水系统的多个参数进行采集，过程如下：在供热水箱和集热水箱上分别安装上传式水位计及温度计,分别用于检测供热水箱内的实时水位、供热水箱内的实时水温，集热水箱内的实时水位、集热水箱内的实时水温；在连接在用户的入水口与供热水箱的出水口之间的系统供水干管上和连接在用户的出水口和供热水箱的回水口之间的系统回水干管上分别安装流量计,用于检测供水干管在预测日前n天的每天各时段的水流量，以及系统回水干管在相应时段的水流量，在集热器的进出口分别安装上传式温度计，分别用于检测集热器出口端的实时水温以及集热器进口端的实时水温。步骤二、用供水干管在预测日前n天的每天各时段的水流量‑回水干管在相应时段的水流量计算得到预测日前n天每天各时段的用水量；步骤三、结合应用数理统计中t分布的统计方法，在设定的置信度下，分别采用下式计算得出预测日各时段用水量预测值；

【技术特征摘要】
1.一种变化最低水位的双水箱太阳能热水系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、对预测日之前n天中每天各时段的双水箱太阳能热水系统的多个参数进行采集，过程如下：在供热水箱和集热水箱上分别安装上传式水位计及温度计,分别用于检测供热水箱内的实时水位、供热水箱内的实时水温，集热水箱内的实时水位、集热水箱内的实时水温；在连接在用户的入水口与供热水箱的出水口之间的系统供水干管上和连接在用户的出水口和供热水箱的回水口之间的系统回水干管上分别安装流量计,用于检测供水干管在预测日前n天的每天各时段的水流量，以及系统回水干管在相应时段的水流量，在集热器的进出口分别安装上传式温度计，分别用于检测集热器出口端的实时水温以及集热器进口端的实时水温。步骤二、用供水干管在预测日前n天的每天各时段的水流量-回水干管在相应时段的水流量计算得到预测日前n天每天各时段的用水量；步骤三、结合应用数理统计中t分布的统计方法，在设定的置信度下，分别采用下式计算得出预测日各时段用水量预测值；式中μi代表样本均值；Qij代表预测日前n天每天各时段的用水量；Si代表样本标准差；tp(n-1)代表可信度为p时的系数值；Qi代表预测日各时段用水量预测值；n为预测日之前设定的采样天数；i代表设定的每天各时段序号；步骤四、计算预测日供热水量和集热水箱各时段最低水位值，公式如下：h2i＝h1(i+1)式中h1i代表供热水箱在预测日各时段最低水位要求值；h2i代表集热水箱在预测日各时段最低水位要求值；S为供热水箱和集热水箱底面积；h0为供热水箱和集热水箱的最低安全水位；步骤五、计算预测日梯度控温的供热水箱水位设定值，计算过程如下：式中：hs代表预测日梯度控温的供热水箱水位设定值；a为高峰用水量的开始时间,b为高峰用水量的结束时间；步骤六、集热循环，具体过程为：在预测日当集热器出口端的实时温度-集热水箱内的实时温度≥第一设定值，开启集热循环水...

【专利技术属性】
技术研发人员：马洪亭，刘超凡，张靖宇，苗壮壮，林雪银，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12