研究太阳能热水系统效益与远程控制

摘要:本文以云南某公司太阳能热水系统结合为例，介绍了太阳能热水系统的工程概况和集热器面积。使用计算费用法，通过对二氧化碳、二氧化硫、粉尘等的减排量来分析该系统的环境效益。从该项目的项目费效比、投资回收年限、年节约费用量等来分析该系统的经济效益。使用远程控制系统监控太阳能热水系统。结果表明该系统有显著的环境效益和经济效益，远程控制系统准确反映太阳能热水系统运行情况，方便操作，为今后建筑与太阳能热水系统的设计、生产和安装提供参考。 　　0引言 　　建筑能耗约占社会总能耗三成，其中热水供应是建筑的第四大能耗。太阳能以其节能环保等优势逐渐被人们认可，与建筑相结合将成为今后节能建筑的必经之路。太阳能与建筑相结合的环境与经济效益是系统设计是否合理的关键考虑因数，武汉理工大学的胡韫频等用综合能源价格法研究武汉地区太阳能热水工程经济性，得出3类系统优劣结果：太阳能热水系统>燃气热水系统>电热水系统。中科院祁冰等在我国5个典型城市用f-CHART方法研究太阳能热水系统的经济性能。环境效益是经济、社会效益的基础，上海理工大学的于国清通过计算其他化石能源的污染物排放量来研究太阳能热水系统的环境效益。 　　黄海耀用生命周期评价法（LCA）来研究太阳能热水器的环境效益，对清洁生产以及环境管理有着很好的指导作用。但是全面介绍环境与经济效益的文献尚未见到，本文使用计算费用法来分析该企业的环境和经济效益。 　　随着计算机与控制技术快速发展，为了实时了解系统运行情况，提高系统效率，太阳能热水系统与远程控制结合必将成为趋势。但是相关报道较少，本文根据云南某公司的实际案例，将远程控制系统与太阳能热水系统结合，并将上位机等控制器置于一楼机房，实时监控。 　　1工程概况 　　公司地处太阳能资源丰富的云南省昆明市，每日需要5t70℃热水。该热水系统是由太阳能集热器、储热水箱、辅助热源、补水箱、水泵、控制器等构成，如图1所示： 图1工程概况Fig.1Engineering situation 　　2集热器面积及经济环境效益分析 　　2.1热负荷估算及集热器面积计算 　　系统为直接式系统，该公司每日需要5 吨70℃热水，据系统热负荷计算公式： 　　2.2环境效益 　　2.2.1全年节能量或全年常规能源替代量 　　式中Qco2：二氧化碳减排量T/a；Qso2：二氧化硫减排量T/a；QFC：粉尘减排量T/a；Q：标准煤节约量Tce/a；本工程二氧化碳减排量是45.74T/a，粉尘减排量是0.19 T/a，二氧化硫减排量是0.37T/a. 　　2.3经济效益分析 　　通过项目费效比、回收年限分析该系统的经济效益，太阳能系统投资概算为：17.5万元. 　　2.3.1项目费效比 　　项目费效比为太阳能系统投资额与系统寿命期内节约的能源之比，则该计算公式如下： 　　即式中n:投资回收年限，年；R:当地用电价格0.5 元/kW·h，则得投资回收年限n是3.6年。 　　柴油热值按国标0号柴油热值42.6MJ/kg计算，系统全年的热量Qc是352885.58MJ，约节约柴油用量8.3t，柴油价格按7.5元/kg计，投资回收年限n约为3年。表1是该系统的主要参数以及经济效益、环境效益分析量 　　3远程控制系统 　　太阳能热水系统采用TCP/IP模块，将系统PLC控制器及柴油、蒸汽、热水流量积算仪的相关数据，转换为网络数据，通过普通网线传输到上位计算机，上位机通过组态软件转为可视化操作界面。远程控制流程如图2所示： 　　3.1 RS485转TCP/IP模块说明 　　当设备工作正常时，工作指示灯（绿灯）、电源指示灯（红灯）、端口B 指示灯（红灯）亮；当与上位设备（计算机或路由器）连接正常时，联结指示灯（红灯）亮，出现灯灭情况，说明线路连接故障，需检查设备网线连接，即RJ45 口与路由器或计算机RJ45口网线是否松动或连接错误；当上位机与设备已经取得连接，联结建立指示灯（红灯）亮，出现灯灭情况，说明上位机与设备未建立连接； 　　3.2上位机情况 　　上位计算机需承担系统操作、数据显示及数据记录的工作，计算机若需要储存完整的历史数据，需24小时开机，确保数据正常记录。 　　3.2.1计算机开机 　　如图4所示，计算机右侧从上之下分别为wifi数据指示灯、电源指示灯、开机键、重启键。若出现断电情况，需重新开机。 　　3.2.2启动组态软件 　　计算机开机后，打开虚拟串口软件“vspm虚拟串口”。使用时需注意：在组态软件开启前启动虚拟串口软件，在组态软件关闭后关闭虚拟串口。软件启动后，界面如图5所示： 　　软件默认通讯口设置为COM4，远程server 地址为192.168.0.161，端口6023、6022、6021、6020 任意一个。正常连接时，“串口寅网络（字节）”及“网络寅串口（字节）”显示累计发送、接收数据量；“最后一次操作”项，显示软件最近时间操作，分别为“没有TCP/IP 连接”、“TCP/IP 连接已经建立”、“设置串口”、“关闭串口”、“TCP/IP 连接错误，重试中”等提示。当提示“没有TCP/IP连接”时，说明未与RS485转TCP/IP模块取得连接，需检查线路连接及查看模块指示灯是否正常；当提示“TCP/IP 连接已经建立”时，说明计算机与RS485 转TCP/IP 模块连接已经建立，可以进行通讯；当组态软件启动中，显示“设置串口”提示，组态软件关闭后，显示“关闭串口”提示；若出现“TCP/IP连接错误，重试中”说明组态软件与设备通信错误，软件自动重新连接，这种情况一般出现在组态启动中，若长时间处于此状态，需重新启动组态软件、vspm 虚拟串口及RS485转TCP/IP模块。 　　在启动vspm 虚拟串口软件后，点击图标，启动组态软件，各按键功能及说明，如图6所示； 　　3.3 开闭路 　　在系统使用过程中，若遇到停电或检修断电情况，请先检查系统各个电动阀的开关状态，以防止阀门未关闭造成系统溢漏。 　　若发现各电动阀未关闭，需及时关闭电动阀附近设置的手动截止阀。具体操作流程图7如下： 　　断电后重新启动系统，按一下流程图8进行： 　　需要注意的是：系统为全自动运行，无需人工操作与设定，我方已经根据实际情况设定参数，无需再行修改，以免出现系统故障。日常工作只需通过计算机查看系统运行是否正常，保证计算机及计算机内组态软件正常运行。整套系统需24 小时运行（节假日、休息日同样需保持运行）。 　　4结论 　　1系统有显著的环境效益和经济效益。 　　2太阳能热水系统与远程控制系统相结合，实时监控，远程监控，更快捷准确反映系统运行情况，方便操作，节约时间。