專利名稱：太陽能熱水系統炸管漏水自動判斷方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能熱利用技術，尤其設計一種太陽能熱水系統炸管漏水判斷方法。
背景技術：
太陽能熱水系統，一般由太陽能集熱器或集熱器陣列 (以下簡稱為集熱器)、水箱、水泵、電磁閥、管路和控制器組成。如圖I所示，是一種比較典型的系統，由集熱器I吸收太陽光轉換為熱能，加熱集熱器中的水，當集熱器I頂部的水溫Tl升高到與水箱內水溫T3的溫差達到設定溫差后(如7°C)，水泵3就啟動，將水箱內的冷水打入集熱器1，把集熱器I內的熱水頂出來，回流到水箱2中，當集熱器I頂部的水溫Tl降低到與水箱2內水溫T3的溫差小于設定溫差后(如3°C)，水泵3停止運行。這種運行方式稱為溫差循環方式。如圖2所示，是另一種典型的系統，與圖I不同的是進入集熱器I的冷水不是水箱2內的水，而是自來水。運行方式也略有差別，當集熱器I頂部水溫Tl升高到某一設定溫度后(如50°C )，上水電磁閥4啟動，自來水進入集熱器，將集熱器I內的熱水頂出到水箱2中。當集熱器I頂部的水溫Tl降低到設定溫度時(如45°C)，上水電磁閥4關閉，停止上水。這種運行方式稱為定溫出水方式。目前，絕大多數太陽能熱水系統都采用上述這兩種運行方式，或這兩種運行方式的組合，如水箱內水不滿時定溫出水，水滿后轉為溫差循環方式。有的熱水系統在集熱器中采用防凍液運行，與水箱之間通過換熱器來交換熱量，但也采用同樣的溫差循環方式。現有技術中，集熱器有很主要由兩種形式，即平板集熱器和真空管集熱器，而真空管集熱器還有很多型式，按照水在集熱器中的流道材料來分類，目前絕大多數系統可以分為兩種一種是水在金屬中的真空管集熱器，如U型管式真空管集熱器、熱管式真空管集熱器等，這種集熱器的水在金屬流道中，與玻璃不接觸，如果真空管玻璃破損，水不會流出系統；另一種是水在玻璃中的真空管集熱器，如聯集管式真空管集熱器，這種集熱器的水直接在玻璃真空管內，與玻璃直接接觸，如果玻璃破損，管內的水會流出系統。由于真空管集熱器與平板相比，有真空絕熱功能和準跟蹤性能，其熱性能好于后者，尤其是北方的冬季，優勢更明顯，因此，真空管集熱器在國內得到了大量應用，而水在金屬中的真空管集熱器，由于要使用大量的金屬，價格昂貴，因此，水在玻璃中的真空管集熱器，因其成本低性能高的優勢，在國內應用量極大，幾乎占中國太陽能市場的80%左右。由于水在玻璃中的真空管集熱器，玻璃一旦破損，集熱器中的水就會流出到系統夕卜，造成太陽能系統無法正常工作，如果沒有發現，系統繼續工作，將浪費大量的水，并且對周圍環境造成麻煩。目前，進行炸管自動判斷主要有以下幾種判斷方法I.在集熱器的入口和出口管路上安裝流量計，通過對比兩個流量計的流量，判斷是否炸管漏水。由于大面積的熱水系統，集熱器主管路管徑都比較大，大管徑的流量計價格都非常昂貴，而且熱水出口會有水垢堵塞的問題，造成出口流量計測量誤差大甚至無法測量，導致誤認為炸管。2.在集熱器出口端安裝流量開關，當集熱器循環或出水時，如果流量開關沒有打開，則認為炸管漏水。由于集熱器出口溫度較高，時間長了會有大量水垢沉積，最后會造成流量開關無法關閉，出現炸管也不會報警。而且太陽能熱水系統的使用過程中，大多數情況是即使出現炸管漏水，系統運行時集熱器出水管仍然會有水流，只是水流小了，而流量開關將無法判斷，只有在炸管數量較多，大量漏水，造成集熱器出口流量很小時，才能發現。3.在集熱器聯集管頂部安裝電極，只要集熱器內部有水，電極之間通過水形成導通回路。一旦出現炸管漏水，集熱器頂部將出現缺水，電極之間因沒有水形成導通回路而發出炸管報警。由于集熱器頂部是集熱器內溫度最高的地方，那里將沉積大量的水垢，包括電極上也會沉積，最終由于水垢過厚，電極之間無法形成電流回路而誤判炸管報警
發明內容
本發明的目的是提供一種不需要另行測量設備，只根據太陽能熱水系統控制器采集的信號來判斷集熱器炸管漏水的太陽能熱水系統炸管漏水判斷方法。本發明的目的是通過以下方案實現的本發明的太陽能熱水系統炸管漏水自動判斷方法，包括步驟A、當太陽能熱水系統安裝完成正常運行時，當集熱器溫差循環或定溫出水啟動時，記錄以下參數的變化集熱器出口溫度、水箱水位、水溫到達峰值溫度的時間、溫度升高的幅值、降溫的時間、循環的時間；B、在每次太陽能集熱器的循環水泵或上水電磁閥啟動時，采集太陽能集熱器出口溫度，并記錄集熱器出口溫度和水箱水位的變化情況；C、將步驟B獲得的數據與步驟A中正常運行時的記錄進行比較，當發現明顯變化時，則確定出現了炸管漏水問題；D、將上述步驟編制成軟件安裝在太陽能系統控制器內，當判斷為炸管漏水時，控制器自動停止循環水泵或上水電磁閥。由上述本發明提供的技術方案可知，本發明的太陽能熱水系統炸管漏水自動判斷方法，由于將每次太陽能集熱器的循環水泵或上水電磁閥啟動時，太陽能集熱器出口溫度、集熱器出口溫度和水箱水位的變化情況等數據與正常運行時的記錄進行比較，當發現明顯變化時，則確定出現了炸管漏水問題，不需要另行測量設備，只根據太陽能熱水系統控制器采集的信號就可以判斷集熱器炸管漏水。
圖I為溫差循環方式運行的太陽能熱水系統示意圖；圖2為定溫出水方式運行的太陽能熱水系統示意圖；圖3為正常情況下太陽能熱水系統集熱器出口溫度和水泵狀態曲線圖；圖4為出現炸管時太陽能熱水系統集熱器出口溫度和水泵狀態曲線圖。圖中1.太陽能集熱器，2.水箱，3.集熱器回路循環水泵，4.上水電磁閥，5.管路，6 - 1、6 - 2、6 - 3.溫度傳感器，7.自來水上水管道，8.用水管道，9.水位傳感器，10.用水電磁閥，Tl、T2、T3.分別代表溫度傳感器6 — 1、6 — 2、6 — 3的檢測溫度，11.集熱器出口溫度曲線，12.水泵狀態曲線。
具體實施例方式本發明的太陽能熱水系統炸管漏水自動判斷方法，其較佳的具體實施方式
包括步驟A、當太陽能熱水系統安裝完成正常運行時，當集熱器溫 差循環或定溫出水啟動時，記錄以下參數的變化集熱器出口溫度、水箱水位、水溫到達峰值溫度的時間、溫度升高的幅值、降溫的時間、循環的時間；B、在每次太陽能集熱器的循環水泵或上水電磁閥啟動時，采集太陽能集熱器出口溫度，并記錄集熱器出口溫度和水箱水位的變化情況；C、將步驟B獲得的數據與步驟A中正常運行時的記錄進行比較，當發現明顯變化時，則確定出現了炸管漏水問題；D、將上述步驟編制成軟件安裝在太陽能系統控制器內，當判斷為炸管漏水時，控制器自動停止循環水泵或上水電磁閥。所述步驟C中的明顯變化包括以下任一項或多項變化規律明顯與步驟A中的記錄不符、沒有出現溫度峰值、達到溫度峰值的時間明顯加長、溫差循環運行時出現水位下降、定溫出水運行時水位沒有上升或上升時間明顯加長。下面對本發明進行詳細的描述太陽能熱水系統控制器為了實現對熱水系統的控制，需要采集集熱器頂部溫度(或出口溫度)Tl和水箱水位，另外控制器要控制水泵或電磁閥的開啟停止，則有開關信號輸出給水泵或電磁閥。所有這些參數值都在控制器內，或可以通過與控制器通訊取到，如遠程監控的計算機、太陽能熱水系統數據中心等與控制器通訊的設備。當溫差循環或定溫出水滿足條件時，控制器會啟動循環水泵或上水電磁閥，將水箱里的水或自來水打進集熱器，將集熱器里的熱水頂出，此時，集熱器頂部(出口)的溫度將發生變化，其變化規律如圖3 :在水泵或電磁閥啟動時，由于集熱器內的熱水被頂出來，集熱器出口溫度Tl開始上升，上升到最高溫度后，由于冷水的注入，溫度又開始下降，當下降到不滿足溫差循環或定溫出水的條件時，循環水泵停止運行或上水電磁閥關斷。其中，從水泵啟動或電磁閥打開到集熱器出口溫度升到最高點的時間為tl，水泵啟動或電磁閥打開的時間為t2，其中時間tl的長短與集熱器出口的溫度大小以及集熱器出水的流量有關，由于水泵運行或電磁閥啟動的溫度條件總是不變的(設定好的)，短期內，集熱器出水的流量也基本恒定，因此對同一系統，tl是基本不變的。在水泵啟動或電磁閥開啟期間，對于溫差循環方式，在用戶用水電磁閥和上水電磁閥沒有打開時，水位不變；對于定溫出水方式，有用戶用水電磁閥沒有打開時，水位將以一個恒定速率逐漸上升。以上都是系統在正常工作時的情況。水位上升的速率大小，也與集熱器出水的流量有關。而正常情況下，集熱器的出水速率是基本不變的。
當出現炸管漏水現象時，集熱器出水流量必然會減小，如果漏水嚴重的話，流量甚至減小到零，此時，集熱器出口的溫度變化規律一定會發生變化，如果集熱器出口溫度不出現峰值，即溫度不往上升，則說明有較嚴重的漏水問題。如果出現峰值，而出現的時間tl大大延長，也可以判斷為出現炸管漏水，但不是非常嚴重，因為集熱器出口還有流量，只是流量發生了變化。判斷以上情況時，同時還可以通過水位進行判斷首先檢測此時用戶用水電磁閥是否開啟，如沒有開啟時，對于溫差循環方式，水位如果出現下降，則一定的有炸管和大量漏水現象；對于定溫出水方式，如果水位沒有出現上升，或者上升速率明顯下降，則一定是出現了炸管和大量漏水現象。采用以上述方法，可以不另行安裝其他傳感器或設備，僅憑控制器采集的溫度、水位和水泵或電磁閥的開關狀態，就可以判斷是否出現炸管現象，可將此判斷方法編制成軟件安裝在控制器或與控制器通訊的計算機或數據中心等設備里，就能實現對太陽能熱水系統的炸管漏水的報警，同時控制器可以通過該報警狀態去停止水泵運行或關閉電磁閥，避免更多的水流出，造成更大的損失。隨著系統的運行，因水垢、水泵功率變化等正常因素引起的流量變化是緩慢的，但 也會導致tl、t2和水位變化。在太陽能系統控制器中可以經常根據采集到變化不大的tl，t2和水位上升速率來對以前存儲的標準值進行修正，這樣，就排除了水垢等因素對判斷的干擾。采用這種方法，不需要另行安裝其他傳感器設備，也避免了高溫和水垢對判斷的影響，僅僅需要更新一下軟件，就實現了對太陽能熱水系統的炸管漏水報警。具體實施例I :一個太陽能熱水系統，采用溫差循環方式。正常運行時如圖3所示，9:02:38時，水泵啟動開始溫差循環，集熱器出口溫度從57°C開始上升，到9:09:08時，溫度達到最高點66°C，此后集熱器出口溫度開始下降，到9:28:08時，水泵停止運行，此時集熱器出口溫度為54°C。可以算出溫度峰值出現的時間tl為7. 5分鐘。如圖4所示，為該太陽能熱水系統出現炸管漏水的情況，由于漏水量不是非常大，因此水泵啟動后，水溫仍能上升，水泵啟動時間為14:44:55，而溫度達到最高峰的時間為15:00:54，達到最高峰的時間tl為16分鐘，遠遠大于正常情況下的7. 5分鐘左右，且水位從水泵開始啟動時間到水泵停止運行時間15:52:55，歷時I小時8分，水箱水量從的78%下降到了 55%，因此，可以根據這一點判斷，太陽能熱水系統一定出現了炸管漏水現象。如果在前20分鐘左右控制器就根據峰值時間和水量變化判斷出現炸管漏水，而停止水泵運行，那么就避免了長達I小時的漏水。具體實施例2 一個太陽能熱水系統，采用定溫出水方式，電磁閥打開時，集熱器出口溫度出現峰值的時間tl為3分鐘，同時水箱水位以70 76mm/min的速度上升。當出現炸管漏水時，集熱器出口溫度出現峰值的時間tl達到了 10分鐘，且水箱水位上升的速度僅為22mm/min，因此，可以判斷出太陽能熱水系統出現了炸管漏水現象。具體實施例3 對于多個集熱器陣列多個循環回路的太陽能熱水系統，常常采用的是水箱未滿時定溫出水運行方式，水箱水滿時改為溫差循環方式，當水量用到低于50%時，再改為定溫出水運行方式。需要根據每塊集熱器陣列各自的出口溫度和水泵、電磁閥狀態，分別進行正常值記錄和比較，然后根據目前是哪一種運行方式(溫差循環還是定溫出水)來判斷是哪一組集熱器陳列出現了炸管漏水。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.ー種太陽能熱水系統炸管漏水自動判斷方法，其特征在于，包括步驟 A、當太陽能熱水系統安裝完成正常運行時，當集熱器溫差循環或定溫出水啟動時，記錄以下參數的變化 集熱器出口溫度、水箱水位、水溫到達峰值溫度的時間、溫度升高的幅值、降溫的時間、循環的時間； B、在毎次太陽能集熱器的循環水泵或上水電磁閥啟動時，采集太陽能集熱器出口溫度，并記錄集熱器出ロ溫度和水箱水位的變化情況； C、將步驟B獲得的數據與步驟A中正常運行時的記錄進行比較，當發現明顯變化時，則確定出現了炸管漏水問題； D、將上述步驟編制成軟件安裝在太陽能系統控制器內，當判斷為炸管漏水時，控制器自動停止循環水泵或上水電磁閥。
2.根據權利要求I所述的太陽能熱水系統炸管漏水自動判斷方法，其特征在于，所述步驟C中的明顯變化包括以下任ー項或多項 變化規律明顯與步驟A中的記錄不符、沒有出現溫度峰值、達到溫度峰值的時間明顯加長、溫差循環運行時出現水位下降、定溫出水運行時水位沒有上升或上升時間明顯加長。
全文摘要
本發明的太陽能熱水系統炸管漏水自動判斷方法，首先在太陽能熱水系統安裝完成正常運行時，當集熱器溫差循環或定溫出水啟動時，記錄集熱器出口溫度、水箱水位、水溫到達峰值溫度的時間、溫度升高的幅值、降溫的時間、循環的時間等參數的變化；然后在每次太陽能集熱器的循環水泵或上水電磁閥啟動時，采集太陽能集熱器出口溫度，并記錄集熱器出口溫度和水箱水位的變化情況，將獲得的數據與正常運行時的記錄進行比較，當發現明顯變化時，則確定出現了炸管漏水問題；可以將上述步驟編制成軟件安裝在太陽能系統控制器內，當判斷為炸管漏水時，控制器自動停止循環水泵或上水電磁閥，不需要另行測量設備，只根據太陽能熱水系統控制器采集的信號就可以判斷集熱器炸管漏水。
文檔編號F24J2/00GK102734941SQ20121018767
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者唐軒, 張一宇, 趙宏偉, 鄒懷松 申請人:北京創意博能源科技有限公司