1、刍议太阳能热水工程中的恒温控制技术摘要:本文介绍了太阳能热水工程的原理，重点阐述了热水工程中确保水温恒定的控制技术，简单介绍了恒温控制系统，该系统可以有效合理的对温度进行控制，并具有调温、恒温等多项功能。 关键字：太阳能热水过程 恒温控制 系统设计 中图分类号：TK51 文献标识码： A 1、前言 随着经济建设的发展，社会的变化日新月异，人民的生活品质不断提升，生活水平也在不断提高，人们对生活质量的要求也越来越高。据统计，我国建筑能耗约占国民经济总能耗的 25%，这一比例还在不断攀升。随着能源的大量消耗，作为日常生活中必不可少的热水供应出现了危机。太阳能作为一种取之不尽的节能无污染的能源，日益
2、受到重视。基于太阳能开发的热水产品一出现，就到了人民的热烈欢迎，成为中国家庭可再生能源市场上需求量最大、发展最为迅速的产品。它在城市建设和农村发展的过程中，对于改善居民生存环境，实现社会的可持续发展具有重要的意义。 然而目前我国市场上的太阳能热水工程具有水流量大、控制不方便、水温变化梯度大的特点，故大多数太阳能用户常常会遇到水温不稳定，难以调节和控制的问题。为了实现太阳能热水工程中的水温恒定，通常采用的方法是利用机械式的恒温阀来调节混水，通过在冷、热供水管的中间设置混水器来实现水温恒定。但是在这一过程中，需要人为的控制和调节混水器，操作不当极易出现水温过低致着凉、水温过高致烫伤的问题，在隐藏了
3、很大安全隐患的同时，还会浪费大量的电能。 2、太阳能热水工程的工作原理 太阳能热水系统由太阳能集热器、管道循环系统、保温水箱、自动控制系统和辅助加热系统五部分组成。其结构组成如图 2-1 所示。 图 2-1 太阳能热水工程系统结构图 2.1 太阳能热水工程吸热原理 太阳能热水工程的集热器表面有一特殊的涂层，此涂层对太阳能可见光范围具有很大的吸收率，吸收为热以后，集热器的散热热辐射波长在长波范围，该涂层对长波的发射率很低，这样就有效的“滞留”了太阳能的热量。 2.2 太阳能热水工程循环原理 利用冷水比热水密度大，冷水下沉，热水上升，形成自然对流循环、使水箱中的水逐渐变热，达到顾客满意的水温为止。
4、当太阳强度不足以满足循环需要的时候，可以在水循环闭路加一水泵，实现强制循环。 2.3 太阳能热水工程保温原理 太阳能保温水箱和其它保温水箱一样，是储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用热水，为了使白天生产的热水在到晚上或隔天使用时保持一定的温度，所以必须通过保温水箱把热水储存起来。保温水箱有三部分组成：外胆、聚氨酯发泡层和不锈钢内胆，其中，聚氨酯发泡层负责太阳能热水器的保温，聚氨酯的保温性能卓越，是目前国内所有建材中导热系数最低，热阻值最高的保温材料。太阳能热水器的发泡层厚度一般在 50mm-70mm 之间，实际保温性能则取决于生产厂家的发泡机械、标准化模具和工艺
5、技术水平。 3、太阳能热水工程恒温控制系统 3.1 恒温控制系统工作原理 天气晴朗的环境下，太阳能热水系统可以自动加热，并保持较长的时间；在阴天的情况下，太阳能热水系统内部的发热管虽然也会将水温加热，但保温时间不长。因此本文提出的设计方案中，没有考虑热水系统内部的辅助加热情况。 首先，在用户管路的出水管上安装电动调节阀；然后利用温度变送器和压力变送器，分别测量冷水和热水的水温，以及通过电动阀冷、热水混合后水的温度和压力，并将这些数据传输到 PLC（Programmable Logic Controller，可编程序逻辑控制器）控制器；最后 PLC 会输出脉冲信号，自动控制电动调节阀的张开角度和
6、转动速度来控制混合后水的温度，从而达到太阳能热水工程恒温供水的效果。结构示意图如图 3-1所示。 图 3-1 结构示意图 3.2 恒温控制系统工作流程 太阳能热水工程恒温供应系统的整个运行过程可简单描述为：首先，太阳能集热器将太阳能转换为热能，加热储水箱中的水；通过回流，并将加热后的水送回到储水箱。然后储水箱的热水经过管道和热水进水口到达电动调节阀，热水进水口的电动调节阀还与冷水进水阀及冷水管道相连。最后，热水和冷水经过冷、热水电动调节阀在冷热水调节容器内混水，最后水通过用户操作开关流出，即用户所需的恒温水。 在太阳能热水系统未开启时，所有冷、热水电动调节阀都处于关闭状态，用户按下启动键，系统
7、将按照设定的模式进行出水。 当选择单热水模式时，则只打开热水进水控制阀，同时混合出水口出热水。 当选择单冷水模式时，则只打开冷水进水控制阀，同时混合出水口出冷水。 当选择混合水模式时，则首先打开热水进水控制阀；等热水到达水位开关时，系统就会停止热水进水，然后测量热水水温，根据水温系统自动选择是否打开冷水进水，再测量水温，自动选择是否加入热水，这个过程不断循环，直至达到用户需要的水温。最后打开混合水出水口出水，供用户使用。 3.2 恒温控制系统操作注意事项 在实现太阳能热水工程恒温出水的操作过程中，还有一些事项需要注意： （1）确保冷、热水进水端的压力比值在一定的范围内，这个问题可以通过大量的具
8、体试验来寻求最佳的压力比； （2）由于温度感应器在采集水温时会有一定的延迟，所以在操作时要比较采集到的混水出水温度和设置温度，慢慢改变电动调节阀的张开角度和转动速度，进而改变冷、热水的进水量，让水温缓慢的发生变化，这样可以确保采集到的温度更准确，避免了电动调节阀的错误判断和操作。 4、结语 本文从理论方面介绍了太阳能热水工程的原理，重点介绍了一种太阳能热水工程中的恒温技术。该系统不仅解决了传动手动调温的不便，避免了在调温过程中浪费水资源，而且方便用户使用，实现了用水温度的较为精确的设定以及恒温用水。克服了现有供水系统大管径的管道上恒温出水难的问题，提供了一种可以恒温供热水的电动调节阀控制技术，
9、它与热水工程管路相集成，无需人工调节，可通过自动控制将终端用水温度控制在理想范围内，使用更具方便性及安全性，可有效避免的烫伤事故的发生，同时也避免了用水时需要多次手动调节水温带来的麻烦，具有较高实用价值。 该系统简单有效、成本低廉。基于上述原理该系统具有对温度的精确控制、能显示当前热水器的设定温度以及自动检测热水器的温度，并具有调温、恒温等多项自检功能。且能够利用水位开关进行控制出水口出水，等混合水到达水位开关位置时方可出水，避免使用时过热或者过冷，使用户在使用过程中更加舒适， 5、参考文献 1 周广凛,刘玉磊.太阳能热水工程中的恒温控制技术J.家电科技, 2011(03). 2 王鹤,刘彩凤,冀书香.浅谈变频技术在太阳能热水工程中的应用J.节能与环保,2009(11). 3 李文军,寇志伟,崔啸鸣.北方地区太阳能热水工程控制系统设计与应用J.电脑知识与技术,2013(02) 4 王磊.太阳能热水系统控制器的应用和研究J.天津大学,2009(12). 5 罗运俊.太阳热水器技术讲座（一）太阳热水器发展概况及基本知识J.可再生能源，2004(09).
