專利名稱：：基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種太陽(yáng)能
技術(shù)領(lǐng)域：
的供熱系統(tǒng)，是一種基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)。技術(shù)背景作為可持續(xù)利用的綠色清潔能源，太陽(yáng)能被認(rèn)為是21世紀(jì)以后人類可期待的、最有希望的能源，得到了國(guó)際社會(huì)的普遍重視。太陽(yáng)能是地球上一切能源的主要來(lái)源，每年到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能為5.57X1018MJ，相當(dāng)于190萬(wàn)億噸標(biāo)煤，約為目前全世界一次能源消耗總量的1.56X104倍。相對(duì)于人類發(fā)展歷史的有限年代而言，太陽(yáng)能可以說(shuō)是"取之不盡、用之不竭"的能源。我國(guó)太陽(yáng)能資源同樣十分豐富，主要集中在西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古等西部地區(qū)。由于太陽(yáng)能資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。因此太陽(yáng)能的有效利用，對(duì)于緩解我國(guó)能源需求量大而且資源緊張的狀況，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。太陽(yáng)能在建筑中的應(yīng)用主要包含兩大方面。其一是太陽(yáng)能熱應(yīng)用用太陽(yáng)輻射能加熱水，以供給建筑生活用熱水、供暖或驅(qū)動(dòng)制冷；另一方面太陽(yáng)能光伏發(fā)電(PV)系統(tǒng)將太陽(yáng)輻射能通過(guò)太陽(yáng)能光付技術(shù)直接轉(zhuǎn)化為電能，為建筑提供環(huán)保的能源。由于目前太陽(yáng)能電池價(jià)格較高，光伏發(fā)電技術(shù)在民用建筑中還難以普遍推廣。根據(jù)中國(guó)的實(shí)際情況，推廣太陽(yáng)能熱利用技術(shù)，將太陽(yáng)能光熱技術(shù)與電動(dòng)熱泵技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，是能夠大力促進(jìn)建筑節(jié)能的。直膨式太陽(yáng)能熱泵本身的原理決定了在運(yùn)行過(guò)程中集熱器的工作溫度被大大降低了，熱泵的蒸發(fā)溫度大幅提高，因而具有較高的集熱器效率和熱泵性能系數(shù)，而且結(jié)構(gòu)緊湊、適用性強(qiáng)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能也較好，為太陽(yáng)能熱利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路提供了一條有效途徑。以直膨式太陽(yáng)能熱泵為核心的建筑供熱系統(tǒng)以太陽(yáng)輻射熱能作為蒸發(fā)器主熱源，以環(huán)境空氣(甚至是降雨)潛熱作為蒸發(fā)器輔助熱源，由于采用了自適應(yīng)控制策略的調(diào)節(jié)技術(shù)，合理控制了系統(tǒng)運(yùn)行頻率，再加上系統(tǒng)本身對(duì)太陽(yáng)能集熱溫度要求不高，而且具有靈活多樣的系統(tǒng)形式、合理的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能，因此具有良好的商業(yè)實(shí)用化前景。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明
專利名稱：為直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器，專利號(hào)為ZL01126634.1，該專利中公開(kāi)了一種太陽(yáng)能熱泵熱水器。采用無(wú)蓋板、無(wú)底部保溫的平板型集熱器，其出口與變頻壓縮機(jī)的吸氣口相連，變頻壓縮機(jī)的排氣口與冷凝器的進(jìn)氣口連接，冷凝器的出液口與貯液器相連，然后分別經(jīng)干燥過(guò)濾器、膨脹閥與太陽(yáng)能集熱器的進(jìn)液口相連，形成制冷劑的閉合循環(huán)通道，冷凝器布置在貯熱水箱之中。其不足在于變頻壓縮機(jī)采用定頻，無(wú)法隨外界環(huán)境參數(shù)的變化而調(diào)節(jié)，而如果環(huán)境參數(shù)的變化超出定頻變頻壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)工況，系統(tǒng)的能耗將隨著系統(tǒng)運(yùn)行的頻率快速增加，這也就導(dǎo)致了系統(tǒng)的效率(包括集熱效率和C0P等)將在外界工況大幅度變化時(shí)顯著下降；另外，原文獻(xiàn)系統(tǒng)所生產(chǎn)的熱水沒(méi)有考慮節(jié)能建筑的一體化問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)用性不高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、系統(tǒng)隨外界工況變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，能夠與建筑完美集成并且全年能夠保持較高效率運(yùn)行，達(dá)到運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性更高、適用性更廣泛的最終目的。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括太陽(yáng)能集熱器、氣液分離器、變頻壓縮機(jī)、套管換熱器、蓄熱水箱、水泵、啟動(dòng)電容、膨脹閥、自適應(yīng)控制模塊、通用變頻器，室外機(jī)箱殼，自適應(yīng)控制模塊包括太陽(yáng)輻射儀、自適應(yīng)控制器和顯示電路。本發(fā)明上述的組件中，太陽(yáng)能集熱器、氣液分離器、變頻壓縮機(jī)、套管換熱器、啟動(dòng)電容、膨脹閥、自適應(yīng)控制模塊、通用變頻器，室外機(jī)箱殼組成制冷劑側(cè)系統(tǒng)；套管換熱器、蓄熱水箱、水泵組成水側(cè)系統(tǒng)，氣液分離器、變頻壓縮機(jī)、套管換熱器、啟動(dòng)電容、膨脹閥、自適應(yīng)控制器、顯示電路，通用變頻器容于室外機(jī)箱殼之中構(gòu)成室外機(jī)部分，整個(gè)系統(tǒng)的連接方式為電源正負(fù)極與自適應(yīng)控制器相連，自適應(yīng)控制器分別與啟動(dòng)電容、顯示電路和通用變頻器接電源處正負(fù)極分別相連，通用變頻器和啟動(dòng)電容與變頻壓縮機(jī)的三極分別連接，太陽(yáng)能集熱器出口與氣液分離器相連，氣液分離器與變頻壓縮機(jī)的吸氣口相連，變頻壓縮機(jī)的排氣口與套管換熱器的進(jìn)氣口連接，套管換熱器的出口與膨脹閥的進(jìn)口連接，膨脹閥的出口與太陽(yáng)能集熱器的進(jìn)口相連，此部分完成制冷劑側(cè)系統(tǒng)的閉合循環(huán)；蓄熱水箱水循環(huán)出口與水泵連接，水泵出口與套管換熱器入口連接，由套管換熱器的出水口與蓄熱水箱水循環(huán)入口相連，此部分完成水側(cè)系統(tǒng)的閉合循環(huán)，當(dāng)需要地板采暖時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)水泵，熱水通過(guò)地板采暖盤管與室內(nèi)空氣換熱，回水由循環(huán)水泵排回到蓄熱水箱，以上循環(huán)均通過(guò)自適應(yīng)控制器控制實(shí)現(xiàn)，太陽(yáng)輻射儀與自適應(yīng)控器相連，自適應(yīng)控器與顯示電路相連實(shí)時(shí)顯示水溫，直至水溫達(dá)到預(yù)定溫度，控制停機(jī)。所述自適應(yīng)控制器，以單片機(jī)為核心，主要采集的物理參數(shù)有太陽(yáng)能集熱器進(jìn)出口溫度、蓄熱水箱水溫、環(huán)境溫度以及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，通過(guò)將采集信號(hào)放大處理，在單片機(jī)里進(jìn)行計(jì)算，然后輸出信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。自適應(yīng)控制器通過(guò)系統(tǒng)掃描程序?qū)λ斎氲臏囟葌鞲衅餍盘?hào)和太陽(yáng)輻射儀的信號(hào)進(jìn)行邏輯判別，當(dāng)讀數(shù)超出設(shè)定值時(shí)發(fā)出信號(hào)，控制變頻器動(dòng)作，改變變頻壓縮機(jī)的供電頻率，從而改變壓縮機(jī)的運(yùn)行容量和制冷劑的流量，達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)耗能與外界環(huán)境工況相適應(yīng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。所述的太陽(yáng)能集熱器，包括總管、銅翅片、鋁合金邊框、玻璃蓋板、制冷劑銅管、太陽(yáng)能集熱器發(fā)泡保溫材料，其中銅翅片涂覆Ni-Cr選擇性吸收涂層，玻璃蓋板蓋裝于鋁合金邊框上，銅翅片中央焊于制冷劑銅管上，且均勻布置于鋁合金邊框內(nèi)，制冷劑銅管兩端垂直通連總管，接口處焊接，總管接頭連接氣液分離器吸入口，發(fā)泡保溫材料設(shè)置在太陽(yáng)能集熱器背面。所述Ni-Cr選擇性吸收涂層，其吸收率為90%,發(fā)射率為45%,集熱溫度達(dá)到攝氏iio度。所述蓄熱水箱和太陽(yáng)能集熱器均加裝鉑電阻傳感器，用于檢測(cè)溫度。所述蓄熱水箱為閉式承壓蓄熱水箱，水箱內(nèi)無(wú)銅盤管，通過(guò)套管換熱器采用水泵強(qiáng)制對(duì)流換熱。所述套管換熱器內(nèi)管為制冷劑通路，外管為水流通路。本發(fā)明中，自適應(yīng)控制器、陽(yáng)輻射儀和顯示電路均可以采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。如自適應(yīng)控制器采用日本瑞薩科技公司740系列的M37544型8位單片機(jī)為核心處理單元，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)控制策略。采用直膨式太陽(yáng)能熱泵的系統(tǒng)形式，即將太陽(yáng)能集熱器直接作為熱泵的蒸發(fā)器，使太陽(yáng)能的吸收過(guò)程與制冷劑的蒸發(fā)過(guò)程在同一設(shè)備中完成。直膨式系統(tǒng)中制冷劑R22(CHF2C1)作為太陽(yáng)能集熱介質(zhì)直接在太陽(yáng)能集熱器中吸熱蒸發(fā)，經(jīng)出口進(jìn)入變頻壓縮機(jī)，在變頻壓縮機(jī)中多變狀態(tài)下壓縮，進(jìn)入套管換熱器與水側(cè)閉合循環(huán)進(jìn)行逆流換熱，從套管換熱器的出口進(jìn)入膨脹閥，節(jié)流后進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器，完成制冷劑側(cè)的閉合循環(huán)，與此同時(shí)，冷卻水由水泵循環(huán)強(qiáng)制換熱，首先由水泵抽出并經(jīng)過(guò)水泵，再通過(guò)套管換熱器與制冷劑側(cè)閉合循環(huán)進(jìn)行逆流換熱，被加熱后由套管換熱器的出水口回到蓄熱水箱，完成水側(cè)的閉合循環(huán)，在此過(guò)程中，本發(fā)明中采用有透射率為95%的玻璃蓋板、底部發(fā)泡材料保溫、表面噴涂吸收率90%且發(fā)射率45%的Ni-Cr選擇性吸收涂層的平板型集熱器，是考慮到冬季是熱水需求最大而熱水系統(tǒng)工作環(huán)境又最為惡劣，特別在太陽(yáng)能集熱器上加裝了透射率達(dá)到95%的玻璃蓋板以引入溫室效應(yīng)，有效保護(hù)收集到的熱量，同時(shí)玻璃蓋板還可以起到保護(hù)集熱板，靈活多變地安裝與房頂?shù)囊惑w化建筑接口的作用。吸熱體采用銅焊接板，同時(shí)底部及四周加以保溫，表面噴涂Ni-Cr選擇性吸收涂層，高吸收率達(dá)到90%，而發(fā)射率較低，只有45%，管路承壓要求在25kgf/cm2以上。與常規(guī)的太陽(yáng)能熱水裝置相比較，基于自適應(yīng)控制的，被控對(duì)象是直膨式太陽(yáng)能熱泵的太陽(yáng)能建筑一體化熱泵供熱系統(tǒng)的本發(fā)明具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)(1)首先，本系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)到的外界環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)地調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，使得系統(tǒng)運(yùn)行于設(shè)定狀態(tài)下，以達(dá)到降低系統(tǒng)能耗，提高運(yùn)行效率和運(yùn)行安全性的目的；(2)該系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水不僅應(yīng)用于家用廚房，洗浴等用途，更可以與建筑地板采暖的設(shè)計(jì)進(jìn)行一體化組合；(3)常規(guī)太陽(yáng)能熱水裝置的工作溫度高于環(huán)境溫度，集熱器通過(guò)對(duì)流換熱以及輻射換熱造成的散熱損失較大，而太陽(yáng)集熱板內(nèi)由于制冷劑的節(jié)流冷效應(yīng)，使得工作溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，因此在吸收太陽(yáng)輻射的同時(shí)，還可以進(jìn)一步吸收周圍空氣中的熱量，集熱效率高。在太陽(yáng)輻射條件較好的情況下，本發(fā)明變頻壓縮機(jī)的耗電量?jī)H占所供熱量的一小部分(1/COP)。圖1為本發(fā)明實(shí)施例中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，l為太陽(yáng)能集熱器，2為氣液分離器，3為變頻壓縮機(jī)，4為套管換熱器，5為蓄熱水箱，6為水泵，7為啟動(dòng)電容，8為膨脹閥，9為自適應(yīng)控制器，10為顯示電路，ll為通用變頻器，12為太陽(yáng)輻射儀，13為室外機(jī)箱殼，14為地板采暖盤管，15為循環(huán)水泵。A處通往用戶用水處，B處連接自來(lái)水供水處。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中自適應(yīng)控制模塊的控制原理示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括太陽(yáng)能集熱器l、氣液分離器2、變頻壓縮機(jī)3、套管換熱器4、蓄熱水箱5、水泵6、啟動(dòng)電容7、膨脹閥8、自適應(yīng)控制模塊、通用變頻器11、室外機(jī)箱殼13，自適應(yīng)控制模塊包括太陽(yáng)輻射儀12、自適應(yīng)控制器9和顯示電路10。本實(shí)施例整個(gè)系統(tǒng)分為兩路，一路是制冷劑側(cè)系統(tǒng)，一路是水側(cè)系統(tǒng)。制冷劑側(cè)系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器l，氣液分離器2，變頻壓縮機(jī)3，套管換熱器4，啟動(dòng)電容7，膨脹閥8，自適應(yīng)控制器9，顯示電路IO，通用變頻器ll，太陽(yáng)輻射儀12，室外機(jī)箱殼13組成；水側(cè)系統(tǒng)又分為兩路，一路由套管換熱器4，蓄熱水箱5，水泵6組成，另一路由蓄熱水箱5，地板采暖盤管14，循環(huán)水泵15組成。整個(gè)系統(tǒng)的連接方式為氣液分離器2，變頻壓縮機(jī)3，套管換熱器4，水泵6，啟動(dòng)電容7，膨脹閥8,自適應(yīng)控制器9，顯示電路IO，通用變頻器11容于室外機(jī)箱殼13之中構(gòu)成室外機(jī)部分。電源正負(fù)極與自適應(yīng)控制器9相連，自適應(yīng)控制器9分別與啟動(dòng)電容7，顯示電路10和通用變頻器11接電源處正負(fù)極分別相連，通用變頻器11和啟動(dòng)電容7分別與變頻壓縮機(jī)3的三極連接，在制冷劑系統(tǒng)一側(cè)，太陽(yáng)能集熱器l出口與氣液分離器2相連，氣液分離器2與變頻壓縮機(jī)3的吸氣口相連，變頻壓縮機(jī)3的排氣口與套管換熱器4的進(jìn)氣口連接，套管換熱器4的出口與膨脹閥8的進(jìn)口連接，膨脹閥8的出口與太陽(yáng)能集熱器1的進(jìn)口相連，完成制冷劑側(cè)系統(tǒng)的閉合循環(huán)；在水系統(tǒng)一側(cè)，蓄熱水箱5水循環(huán)出口與水泵6連接，水泵6出口與套管換熱器4入口連接，由套管換熱器4的出水口與蓄熱水箱5水循環(huán)入口相連，同時(shí)，在水箱另一側(cè)，地板采暖盤管14與蓄熱水箱5相通，地板采暖盤管14與循環(huán)水泵15相連，循環(huán)水泵15排水口與蓄熱水箱5相連，完成水側(cè)系統(tǒng)的閉合循環(huán)，當(dāng)需要地板采暖時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)水泵6，熱水通過(guò)地板采暖盤管與室內(nèi)空氣換熱，回水由循環(huán)水泵排回到蓄熱水箱5，以上循環(huán)均通過(guò)自適應(yīng)控制器9控制實(shí)現(xiàn)，太陽(yáng)輻射儀12與自適應(yīng)控制器9相連，自適應(yīng)控制器9與顯示電路10相連實(shí)時(shí)顯示水溫，直至水溫達(dá)到預(yù)定溫度，控制停機(jī)。本實(shí)施例中，顯示電路IO采用現(xiàn)有的江蘇華揚(yáng)太陽(yáng)能有限公司生產(chǎn)的顯示電路板，其主要作用是測(cè)量顯示水溫，當(dāng)水溫到達(dá)預(yù)設(shè)溫度時(shí)切斷電源，同時(shí)檢測(cè)水泵6和變頻壓縮機(jī)3的運(yùn)行電流，出現(xiàn)電流過(guò)大時(shí)切斷電源，保護(hù)系統(tǒng)。本實(shí)施例中，所述的自適應(yīng)控制器9以日本瑞薩科技公司740系列的M37544型8位單片機(jī)為核心處理單元，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)控制策略。自適應(yīng)控制器9通過(guò)系統(tǒng)掃描程序?qū)λ斎氲臏囟葌鞲衅餍盘?hào)和太陽(yáng)輻射儀12的信號(hào)進(jìn)行邏輯判別，當(dāng)讀數(shù)超出設(shè)定值時(shí)發(fā)出信號(hào)，控制通用變頻器ll動(dòng)作，改變變頻壓縮機(jī)3的供電頻率，從而改變壓縮機(jī)3的運(yùn)行容量和制冷劑的流量，達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)耗能與外界環(huán)境工況相適應(yīng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。M37544是日本瑞薩科技公司740系列的8位單片機(jī)，它的最小指令時(shí)間為0.25ys，ROM大小為8K，RAM大小為256字節(jié)，有可編程I/O口25個(gè)，3個(gè)定時(shí)器，6個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器，A/D的轉(zhuǎn)換速度非常快，約8ys，12個(gè)中斷源，是一種低功耗、高性能的一次性可編程微控制器。自適應(yīng)控制器9中主要采集的物理參數(shù)有太陽(yáng)能集熱器1進(jìn)出口溫度、蓄熱水箱5水溫、環(huán)境溫度以及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，通過(guò)將采集信號(hào)放大處理，在M37544型單片機(jī)里進(jìn)行計(jì)算，然后輸出信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。本實(shí)施例中，通用變頻器11采用艾默生公司生產(chǎn)的EV1000-2S0015G變頻器。其參數(shù)為額定容量3.0KVA，額定輸入電流14.0A，額定輸出電流7.5A，適配電機(jī)1.5KW。該變頻器的控制調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻器的485總線通訊端口，由外部輸入特定的信號(hào)與變頻器進(jìn)行通訊。接口通訊方式為RS485接口，異步，半雙工。默認(rèn)8—N—1，9600bps。上位機(jī)(微處理器)采用廣播地址127和下位機(jī)(變頻器)通訊，下位機(jī)不做任何應(yīng)答。本實(shí)施例中，蓄熱水箱5和太陽(yáng)能集熱器1均設(shè)有鉑電阻傳感器，用于檢測(cè)溫度。用4路鉑電阻傳感器分別檢測(cè)太陽(yáng)能集熱器1進(jìn)出口溫度、環(huán)境溫度以及蓄熱水箱5內(nèi)熱水溫度。根據(jù)系統(tǒng)控制器的控制要求，分別將太陽(yáng)能集熱器l的進(jìn)、出口溫度、環(huán)境溫度、蓄熱水箱5內(nèi)熱水溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度等相關(guān)傳感器接在控制器預(yù)留的ADC端口上，將采集到的模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，M37544型單片機(jī)即可得到當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)；在運(yùn)行過(guò)程中，M37544型單片機(jī)不斷掃描系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)置在自適應(yīng)控制器9上的指令按鍵，如檢測(cè)到某個(gè)參數(shù)改變超過(guò)設(shè)定值或按鍵被按下，即執(zhí)行相應(yīng)的操作，借此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的自適應(yīng)；而對(duì)于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的采集，采用遼寧錦州322廠制造的TBQ—2總輻射表來(lái)測(cè)量。感應(yīng)元件為表面涂有高吸收率黑色涂層的繞線電鍍式多接點(diǎn)熱電堆，熱結(jié)點(diǎn)在感應(yīng)面上，冷結(jié)點(diǎn)位于機(jī)體內(nèi)，通過(guò)測(cè)量冷熱結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的溫差電勢(shì)即可換算得出太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。而冷熱結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的溫差電勢(shì)是非常微弱的，其輸出范圍大約為0—20mv。因此需要對(duì)被測(cè)量信號(hào)進(jìn)行源端放大。運(yùn)放(運(yùn)算放大器集成電路)為選擇AD公司的儀表放大器AD620。在線性范圍內(nèi)，輸出信號(hào)與太陽(yáng)輻照度成正比。為減小溫度的影響則配有溫度補(bǔ)償線路，為了防止環(huán)境對(duì)其性能的影響，則用兩層石英玻璃罩，罩是經(jīng)過(guò)精密的光學(xué)冷加工磨制而成的。該表用來(lái)測(cè)量光譜范圍為0.3-3iim的太陽(yáng)總輻射，也可用來(lái)測(cè)量入射到斜面上的太陽(yáng)輻射，在硬件設(shè)計(jì)上，將太陽(yáng)輻射儀12的輸出信號(hào)線接至AD620的差分輸入端上，輸出的被放大信號(hào)即可引入自適應(yīng)控制器9的單片機(jī)的AD上。本實(shí)施例中，為保證系統(tǒng)的有效穩(wěn)定運(yùn)行，采用看門狗裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)死機(jī)、低電壓等的保護(hù)；通過(guò)M37544型單片機(jī)對(duì)顯示屏LED進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，顯示當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)以及人為輸入的查詢狀態(tài)量；將自適應(yīng)控制器9上預(yù)留的485總線差分信號(hào)輸入端(+和-)分別和通用變頻器ll的輸入端相連，然后再通過(guò)通用變頻器11輸出到變頻壓縮機(jī)3上，M37544型單片機(jī)即可通過(guò)485總線和通用變頻器11通訊，改變直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)的變頻壓縮機(jī)3容量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)變頻壓縮機(jī)3容量控制和制冷劑流量控制。表1是本實(shí)施例的設(shè)計(jì)指標(biāo)及相關(guān)參數(shù)。表1主要部件參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>上述結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)工作循環(huán)過(guò)程描述如下系統(tǒng)啟動(dòng)后，自適應(yīng)控制器9得電，通用變頻器ll得電，同時(shí)啟動(dòng)電容7得電，延時(shí)啟動(dòng)變頻壓縮機(jī)3，運(yùn)行頻率為前一次關(guān)機(jī)時(shí)通用變頻器11所記錄的頻率，直膨式系統(tǒng)中制冷劑R22(CHF2C1)作為太陽(yáng)能集熱介質(zhì)直接在太陽(yáng)能集熱器l中吸熱蒸發(fā)，經(jīng)出口進(jìn)入變頻壓縮機(jī)3，在變頻壓縮機(jī)3中多變狀態(tài)下壓縮，進(jìn)入套管換熱器4與水側(cè)閉合循環(huán)進(jìn)行逆流換熱，從套管換熱器4的出口進(jìn)入膨脹閥8，節(jié)流后進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器l，完成制冷劑側(cè)的閉合循環(huán)，與此同時(shí)，冷卻水由水泵6循環(huán)強(qiáng)制換熱，首先由水泵6抽出并經(jīng)過(guò)水泵6，再通過(guò)套管換熱器4與制冷劑側(cè)閉合循環(huán)進(jìn)行逆流換熱，被加熱后由套管換熱器4的出水口回到蓄熱水箱5，完成水側(cè)的閉合循環(huán)，當(dāng)需要地板采暖時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)水泵15，熱水通過(guò)地板采暖盤管14與室內(nèi)空氣換熱，回水由循環(huán)水泵排回到蓄熱水箱5，以上循環(huán)均通過(guò)自適應(yīng)控制器9編程控制實(shí)現(xiàn)，直至水溫達(dá)到預(yù)定溫度，控制停機(jī)。夏季工況下，因?yàn)橄到y(tǒng)的工作溫度高于制冷劑的蒸發(fā)溫度，在外界環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射達(dá)到某設(shè)定值時(shí)，自適應(yīng)控制器9掃描檢測(cè)到環(huán)境溫度增大，按照控制規(guī)則(列于表2)進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，增大頻率，這樣系統(tǒng)的熱效率就會(huì)因?yàn)橹评錂C(jī)流量增大，采集到熱量的增多而大幅度提高，而在冬季工況下，外界環(huán)境溫度或太陽(yáng)輻射低于某設(shè)定值時(shí)，自適應(yīng)控制模塊掃描檢測(cè)到環(huán)境溫度或太陽(yáng)輻射減小，按照控制規(guī)則減小頻率，這樣系統(tǒng)的熱效率同樣因?yàn)橄到y(tǒng)能耗減小而增大。表2壓縮機(jī)運(yùn)行控制策略<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權(quán)利要求1、一種基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能集熱器、氣液分離器、變頻壓縮機(jī)、套管換熱器、蓄熱水箱、水泵、啟動(dòng)電容、膨脹閥、室外機(jī)箱殼，其特征在于，還包括自適應(yīng)控制模塊，所述自適應(yīng)控制模塊包括太陽(yáng)輻射儀、自適應(yīng)控制器和顯示電路，太陽(yáng)輻射儀與自適應(yīng)控器相連，自適應(yīng)控器與顯示電路相連實(shí)時(shí)顯示水溫，直至水溫達(dá)到預(yù)定溫度，控制停機(jī)，電源正負(fù)極與自適應(yīng)控制器相連，自適應(yīng)控制器分別與啟動(dòng)電容，變頻壓縮機(jī)接電源處正負(fù)極分別相連，啟動(dòng)電容與變頻壓縮機(jī)第三極連接，太陽(yáng)能集熱器出口與氣液分離器相連，氣液分離器與變頻壓縮機(jī)的吸氣口相連，變頻壓縮機(jī)的排氣口與套管換熱器的進(jìn)氣口連接，套管換熱器的出口與膨脹閥的進(jìn)口連接，膨脹閥的出口與太陽(yáng)能集熱器的進(jìn)口相連，此部分完成制冷劑側(cè)系統(tǒng)的閉合循環(huán)；蓄熱水箱水循環(huán)出口與水泵連接，水泵出口與套管換熱器入口連接，由套管換熱器的出水口與蓄熱水箱水循環(huán)入口相連，此部分完成水側(cè)系統(tǒng)的閉合循環(huán)，當(dāng)需要地板采暖時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)水泵，熱水通過(guò)地板采暖盤管與室內(nèi)空氣換熱，回水由循環(huán)水泵排到蓄熱水箱，以上循環(huán)均通過(guò)自適應(yīng)控制器控制實(shí)現(xiàn)。2、如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述的自適應(yīng)控制器通過(guò)系統(tǒng)掃描程序?qū)λ斎氲臏囟葌鞲衅餍盘?hào)和太陽(yáng)輻射儀的信號(hào)進(jìn)行邏輯判別，當(dāng)讀數(shù)超出設(shè)定值時(shí)發(fā)出信號(hào)，控制變頻器動(dòng)作，改變變頻壓縮機(jī)的供電頻率，從而改變壓縮機(jī)的運(yùn)行容量和制冷劑的流量，達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)耗能與外界環(huán)境工況相適應(yīng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。3、如權(quán)利要求1或2所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述自適應(yīng)控制器，以單片機(jī)為核心，主要采集的物理參數(shù)有太陽(yáng)能集熱器進(jìn)出口溫度、蓄熱水箱水溫、環(huán)境溫度以及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，通過(guò)將采集信號(hào)放大處理，在單片機(jī)里進(jìn)行計(jì)算，然后輸出信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。4、如權(quán)利要求3所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述自適應(yīng)控制器，其單片機(jī)為日本瑞薩科技公司740系列的M37544型8位單片機(jī)。5、如權(quán)利要求1或2所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述自適應(yīng)控制器，其單片機(jī)對(duì)顯示屏進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，顯示當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)以及人為輸入的查詢狀態(tài)量，自適應(yīng)控制器上預(yù)留的485總線差分信號(hào)輸入端分別和通用變頻器的輸入端相連，然后再通過(guò)通用變頻器輸出到變頻壓縮機(jī)上，單片機(jī)即能通過(guò)485總線和通用變頻器通訊，改變直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)的變頻壓縮機(jī)容量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)變頻壓縮機(jī)容量控制和制冷劑流量控制。6、如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述的太陽(yáng)能集熱器，包括總管、銅翅片、鋁合金邊框、玻璃蓋板、制冷劑銅管、太陽(yáng)能集熱器發(fā)泡保溫材料，其中銅翅片涂覆Ni-Cr選擇性吸收涂層，玻璃蓋板蓋裝于鋁合金邊框上，銅翅片中央焊于制冷劑銅管上，且均勻布置于鋁合金邊框內(nèi)，制冷劑銅管兩端垂直通連總管，接口處焊接，總管接頭連接氣液分離器吸入口，發(fā)泡保溫材料設(shè)置在太陽(yáng)能集熱器背面。7、如權(quán)利要求6所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述Ni-Cr選擇性吸收涂層，其吸收率為90%，發(fā)射率為45%，集熱溫度達(dá)到攝氏110度。8、如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述蓄熱水箱和太陽(yáng)能集熱器均設(shè)有鉑電阻傳感器，用于檢測(cè)溫度。9、如權(quán)利要求1或8所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述蓄熱水箱為閉式承壓蓄熱水箱，蓄熱水箱內(nèi)無(wú)銅盤管，通過(guò)套管換熱器采用水泵強(qiáng)制對(duì)流換熱。10、如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述套管換熱器內(nèi)管為制冷劑通路，外管為水流通路。全文摘要一種節(jié)能
技術(shù)領(lǐng)域：
的基于自適應(yīng)控制的建筑一體化太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)。本發(fā)明中，自適應(yīng)控制模塊包括太陽(yáng)輻射儀、自適應(yīng)控制器和顯示電路，太陽(yáng)輻射儀與自適應(yīng)控器相連，自適應(yīng)控器與顯示電路相連實(shí)時(shí)顯示水溫，與通用變頻器相連實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行頻率，至預(yù)定水溫后停機(jī)。太陽(yáng)能集熱器出口與變頻壓縮機(jī)的吸氣口相連，變頻壓縮機(jī)排氣口與套管換熱器進(jìn)口連接，套管換熱器出口與膨脹閥進(jìn)口連接，膨脹閥出口與太陽(yáng)能集熱器進(jìn)口相連，蓄熱水箱水循環(huán)出口通過(guò)水泵后與套管換熱器連接，套管換熱器出口與蓄熱水箱水循環(huán)入口相連，另一路通過(guò)蓄熱水箱與地板采暖盤管相連并提供熱量，回水通過(guò)循環(huán)水泵排入蓄熱水箱。本發(fā)明系統(tǒng)性能高，適用地區(qū)廣泛。文檔編號(hào)G05B19/04GK101231003SQ20081003372公開(kāi)日2008年7月30日申請(qǐng)日期2008年2月21日優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日發(fā)明者吳靜怡,孫振華,王如竹,翟曉強(qiáng)申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)