一种太阳能集热供暖系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种太阳能集热供暖系统，包括：集热系统，用于收集太阳热能；以及储水系统，其通过第一循环泵与所述集热系统连通，用于与所述集热系统实现热交换；供热系统，其通过第二循环泵与所述储水系统连通，用于与所述储水系统实现热交换。本发明专利技术还提供一种太阳能集热供暖系统的控制方法，能够采集集热水袋内的水温和外箱内的水温，并基于模糊控制方法输出第一循环泵的转速，实现快速换热。还能够在集热水袋内的水温和外箱内的水温的温差超过温差极大值时，控制电动窗帘的遮挡面积，提高集热水袋的使用寿命和集热供暖系统的使用安全。还能在光照强度较低时，通过控制电辅热装置的加热温度满足供暖需求。

A Solar Energy Heating System and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能集热供暖系统及其控制方法
本专利技术涉及太阳能集热供暖
，更具体的是，本专利技术涉及一种太阳能集热供暖系统及其控制方法。
技术介绍
太阳能作为极具应用前景的可再生能源，与建筑节能技术的充分融合，可以有效降低能源消耗与建筑运行成本，太阳能最大效率的利用可节约能源成本40-60％以上；同时采用太阳能洁净绿色能源，可以有效避免矿物质燃料对环境的污染，对能源节约、环境保护和降低成本方面都有非常积极的意义。太阳能在建筑中的充分利用能够使人们享受绿色能源带来的健康生活，在解决能源的供给问题及节能环保上具有巨大的潜力。而现有的太阳能集热装置仅仅是在强光充足的情况下实现太阳热能的收集并供暖，但是没有考虑在阳光过于充足时，集热器温度过高，会导致集热器的损坏，降低使用寿命，同时，在光照强度较低时，又不能很好的实现解热供暖，因此还有一系列问题亟待解决。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是设计开发了一种太阳能集热供暖系统，通过集热系统、储水系统和供热系统实现热交换，结构简单。本专利技术的另一个目的是设计开发了一种太阳能集热供暖系统的控制方法，能够采集热水袋内的水温和外箱内的水温，并基于模糊控制方法输出第一循环泵的转速，实现快速换热。本专利技术还能够在集热水袋内的水温和外箱内的水温的温差超过温差极大值时，控制电动窗帘的遮挡面积，提高集热水袋的使用寿命和集热供暖系统的使用安全。本专利技术还能在光照强度较低时，通过控制电辅热装置的加热温度满足供暖需求。本专利技术提供的技术方案为：一种太阳能集热供暖系统，包括：集热系统，用于收集太阳热能；以及储水系统，其通过第一循环泵与所述集热系统连通，用于与所述集热系统实现热交换；供热系统，其通过第二循环泵与所述储水系统连通，用于与所述储水系统实现热交换。优选的是，所述集热系统包括：玻璃外壳，其顶面倾斜设置；以及集热水袋，其平铺设置在所述玻璃外壳内，并通过所述第一循环泵与所述储水系统连通；导热带，其设置在所述玻璃外壳上；苯板，其设置在所述集热水袋下方，用于对所述集热水袋进行保温；净空排水阀，其设置在所述集热水袋底面最低点，用于排空所述集热水袋内的水；电动窗帘，其设置在所述玻璃外壳上方，用于选择性的遮挡阳光。优选的是，所述储水系统包括：外箱，其通过第一循环泵与所述集热水袋连通，并通过所述第二循环泵与所述供热系统连通；内箱，其设置在所述外箱内，并与所述外箱隔绝，用于储存生活用水；电辅热装置，其与所述外箱连接，用于对所述外箱内的水进行加热。优选的是，还包括自动补水装置，其与所述集热水袋连通，用于为所述集热水袋补水。优选的是，还包括：多个温度传感器，其分别设置在所述集热水袋和外箱内，用于检测集热水袋内和外箱内的水温；多个转速传感器，其分别设置在所述第一循环泵和第二循环泵的叶轮上，用于检测转速；光强传感器，其设置在所述玻璃外壳顶面上，用于检测光照强度；压力传感器，其设置在所述外箱内，用于检测外箱内的水压；控制器，其与所述温度传感器、光强传感器、压力传感器、转速传感器、电辅热装置、第一循环泵、第二循环泵、净空排水阀和电动窗帘连接，用于接收所述温度传感器、光强传感器、压力传感器和转速传感器的检测数据，并控制所述电辅热装置、第一循环泵、第二循环泵、净空排水阀和电动窗帘工作。一种太阳能集热供暖系统的控制方法，包括模糊控制器，按照采样周期采集光照强度，当光照强度Is≥4.5×104lx时：将集热水袋内的水温Tc和外箱内的水温Ts输入模糊控制器，所述集热水袋内的水温Tc和外箱内的水温Ts分为7个等级；模糊控制器输出第一循环泵的转速n，输出分为7个等级；所述集热水袋内的水温Tc的模糊论域为[0,1]，其量化因子为70；所述外箱内的水温Ts的模糊论域为[0,1]，量化因子为60；输出第一循环泵的转速n的模糊论域为[0,1]，量化因子为5000；输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。优选的是，还包括模糊PID控制器：输入第i个采样周期所述集热水袋内的水温Tc和外箱内的水温Ts的温差ΔT和温差阈值ΔTt的偏差、偏差变化率，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行第一循环泵的转速误差补偿控制。优选的是，所述集热水袋内的水温Tc和外箱内的水温Ts的温差ΔT和温差阈值ΔTt的偏差e的模糊论域为[-1,1]，量化因子为30；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-1,1]，量化因子为3；所述输出PID的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.0001；所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。优选的是，当所述集热水袋内的水温Tc和外箱内的水温Ts的温差ΔT≥ΔTmax时，控制电动窗帘遮挡玻璃外壳，且遮挡面积满足：式中，S为电动窗帘的遮挡面积，S0为集热水袋的顶面面积，n01为第一循环泵的基础转速，ξ为校正系数，Vo为外箱内容纳水的最大体积，Vi为内箱内容纳水的最大体积，ΔTmax为温差极大值；当所述集热水袋内的水温Tc和外箱内的水温Ts的温差ΔT≤ΔTmin时，第一循环泵停止工作；式中，ΔTmin为温差极小值。优选的是，当光照强度Is＜4.5×104lx时，电辅热装置工作，并控制所述电辅热装置的加热温度满足：式中，T为电辅热装置的加热温度，λ为校正系数，ns为第二循环泵的转速，n02为第二循环泵的基础转速，Tg为供热需求温度，T0为设定电辅热装置的基础加热温度；其中，当集热水袋内的水温Tc≤Tmin时，第一循环泵停止工作，并控制净空排水阀开启，排空所述集热水袋内的水；式中，Tmin为集热水袋内的水温最低阈值。本专利技术所述的有益效果：(1)本专利技术设计开发的太阳能集热供暖系统，通过集热系统、储水系统和供热系统实现热交换，结构简单。(2)本专利技术设计开发的太阳能集热供暖系统的控制方法，能够采集集热水袋内的水温和外箱内的水温，并基于模糊控制方法输出第一循环泵的转速，实现快速换热。还能够在集热水袋内的水温和外箱内的水温的温差超过温差极大值时，控制电动窗帘的遮挡面积，提高集热水袋的使用寿命和集热供暖系统的使用安全。还能在光照强度较低时，通过控制电辅热装置的加热温度满足供暖需求。附图说明图1为本专利技术所述太阳能集热供暖系统的示意图。图2是本专利技术所述的模糊控制器和模糊PID控制器的控制示意图。图3是本专利技术所述的模糊控制器的输入集热水袋内的水温Tc的隶属度函数图。图4是本专利技术所述的模糊控制器的输入外箱内的水温Ts的隶属度函数图。图5是本专利技术所述的模糊控制器的输出第一循环泵n的隶属度函数图。图6是本专利技术所述的模糊PID控制器的输入偏差e的隶属度函数图。图7是本专利技术所述的模糊PID控制器的输入偏差变化率ec的隶属度函数图。图8是本专利技术所述的模糊PID控制器的输出比例系数Kp的隶属度函数图。图9是本专利技术所述的模糊PID控制器的输出比例积分系数Ki的隶属度函数图。图10是本专利技术所述的模糊PID控制器的输出微分系数Kd的隶属度函本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能集热供暖系统，其特征在于，包括：集热系统，用于收集太阳热能；以及储水系统，其通过第一循环泵与所述集热系统连通，用于与所述集热系统实现热交换；供热系统，其通过第二循环泵与所述储水系统连通，用于与所述储水系统实现热交换。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能集热供暖系统，其特征在于，包括：集热系统，用于收集太阳热能；以及储水系统，其通过第一循环泵与所述集热系统连通，用于与所述集热系统实现热交换；供热系统，其通过第二循环泵与所述储水系统连通，用于与所述储水系统实现热交换。2.如权利要求1所述的太阳能集热供暖系统，其特征在于，所述集热系统包括：玻璃外壳，其顶面倾斜设置；以及集热水袋，其平铺设置在所述玻璃外壳内，并通过所述第一循环泵与所述储水系统连通；导热带，其设置在所述玻璃外壳上；苯板，其设置在所述集热水袋下方，用于对所述集热水袋进行保温；净空排水阀，其设置在所述集热水袋底面最低点，用于排空所述集热水袋内的水；电动窗帘，其设置在所述玻璃外壳上方，用于选择性的遮挡阳光。3.如权利要求2所述的太阳能集热供暖系统，其特征在于，所述储水系统包括：外箱，其通过第一循环泵与所述集热水袋连通，并通过所述第二循环泵与所述供热系统连通；内箱，其设置在所述外箱内，并与所述外箱隔绝，用于储存生活用水；电辅热装置，其与所述外箱连接，用于对所述外箱内的水进行加热。4.如权利要求3所述的太阳能集热供暖系统，其特征在于，还包括自动补水装置，其与所述集热水袋连通，用于为所述集热水袋补水。5.如权利要求4所述的太阳能集热供暖系统，其特征在于，还包括：多个温度传感器，其分别设置在所述集热水袋和外箱内，用于检测集热水袋内和外箱内的水温；多个转速传感器，其分别设置在所述第一循环泵和第二循环泵的叶轮上，用于检测转速；光强传感器，其设置在所述玻璃外壳顶面上，用于检测光照强度；压力传感器，其设置在所述外箱内，用于检测外箱内的水压；控制器，其与所述温度传感器、光强传感器、压力传感器、转速传感器、电辅热装置、第一循环泵、第二循环泵、净空排水阀和电动窗帘连接，用于接收所述温度传感器、光强传感器、压力传感器和转速传感器的检测数据，并控制所述电辅热装置、第一循环泵、第二循环泵、净空排水阀和电动窗帘工作。6.一种太阳能集热供暖系统的控制方法，其特征在于，包括模糊控制器，按照采样周期采集光照强度，当光照强度Is≥4.5×104lx时：将集热水袋内的水温Tc和外箱内的水温Ts输入模糊控制器，所述集热水袋内的水温Tc和外箱内的水温Ts分为7个等级；模糊控制器输出第一循环泵的转速n，输出分为7个等级；所述集热水袋内的水温Tc的模糊论域为[0,1]，其量化因子为70；所述外箱内的水温Ts的模糊论域为[0,...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓红，杨小天，赵阳，杨佳，迟耀丹，杨帆，闫兴振，王立光，赵春雷，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22