一種基于物聯網能量優化控制的太陽能?熱泵供水系統的制作方法

本發明主要應用行業電力、熱力、燃氣及水生產和供應業，新能源與高效節能技術和相關產品，建筑節能技術及相關產品，具體涉及一種基于物聯網能量優化控制的太陽能-熱泵供水系統。

背景技術：

當今世界，能源已經成為制約世界各國經濟社會發展的主要因素之一。我國是能源消費大國，由于能源過度消耗以及結構不合理已引起嚴重的環境污染。

太陽能作為無污染的綠色能源是實現“節能減排”的有效手段。太陽能光熱利用在我國的新能源領域中貢獻最大、影響最廣、實用性最強、普及率最高、自有技術含量最高，其中太陽能熱水器的發展最為迅速，產業規模巨大，一直保持快速增長態勢。隨著城市化進程的推進，鼓勵太陽能熱利用發展的政策相繼出臺，太陽能熱利用正向建筑一體化、工程化方向發展。目前太陽能熱水工程已在在醫院、游泳館以及工農業上得到迅速應用。幾年來，我國太陽能熱水系統工程市場以每年40％以上速度增長。但是常規的太陽能熱水系統受季節和天氣影響較大、熱流密度低，加熱周期長，無法全天候供熱水，在冬季和陰雨天氣下需要輔助熱源加熱，導致各種形式的太陽能直接熱利用系統在應用上都受到一定的限制。熱泵熱水技術是基于熱泵技術之上的一種熱水供應方式，應用少量的電能作為驅動力，并以制冷劑作為主要的載體，可以不斷的吸收到空氣當中難以利用的熱能，從而轉化為可利用的熱能再把熱能全面釋放到水當中，以制取到生活熱水，從而達到生活熱水的需要。這種方式水電分離，無廢煙廢熱排出，能效比高，具有安全環保，節約能源、不受陽光輻照度影響等優點。將空氣源熱泵機組和太陽能集熱系統兩者有機組合，既可充分利用太陽能，又可節約輔助能源，最大限度降低運行成本，節省費用。然而，太陽能-熱泵熱水工程遠比家用太陽能熱水器復雜，對系統的運行穩定性、可靠性提出更高要求，需要遠程監控系統運行狀態，并及時進行維護和處理。我國幅員遼闊，氣候多樣，太陽能熱利用系統形式多樣，系統復雜，管理難度大。使用傳統的人工定期巡檢、管理顯得費時又費力，迫切需要太陽能熱水工程具備遠程監控和故障診斷功能。另外，現有太陽能熱水工程由于缺乏節能減排權威、準確的計量數據，無法讓用戶直觀地認識到太陽能利用效益，也無法得到政府的認同和節能補貼。合同能源管理和碳交易項目由于缺乏可信的計量系統，導致實際節能指標不明確，容易對節能效果產生爭議，最終導致項目失敗的實例屢有發生。

因此，實現太陽能熱水工程遠程監控和能耗計量管理已成為了太陽能熱利用行業亟待需要解決的問題。針對太陽能-熱泵熱水工程地域分布范圍廣、管理難度大、節能指標不明確等問題，開發了基于物聯網多維信息通訊，能耗計量分析和實時智能監控為一體的“基于物聯網能量優化控制的太陽能-熱泵供水系統”。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于物聯網能量優化控制的太陽能-熱泵供水系統，是基于物聯網多維信息通訊，能耗計量分析和實時智能監控為一體的基于物聯網能量優化控制的太陽能-熱泵供水系統。

本發明采用如下技術方案：一種基于物聯網能量優化控制的太陽能-熱泵供水系統，主要包括集熱器、集熱水箱、恒溫水箱、空氣源熱泵和監控裝置組成；其特征在于：集熱器通過供水管道和集熱水箱循壞連接，集熱水箱通過供水管道和恒溫水箱連接，恒溫水箱通過供水管道和空氣源熱泵循壞連接，監控裝置分別和集熱器、集熱水箱、恒溫水箱、空氣源熱泵連接。

本發明所述集熱器上下二端分別設置有溫度計，集熱器上端通過設有熱量表的供水管道連接集熱水箱頂端進水口，集熱器下端通過設有循壞水泵的供水管道連接集熱水箱左下端，其中集熱水箱的頂端和左下端上的供水管道設有閥門。

本發明所述集熱水箱左上端設有馬達，右下端出水口通過循壞水泵連接恒溫水箱的頂端進水口，恒溫水箱頂端的供水管道設有閥門。

本發明所述恒溫水箱左上端設有馬達，右上端通過設有熱量表的供水管道和空氣源熱泵左上端連接，恒溫水箱右下端通過設有循壞水泵的供水管道連接空氣源熱泵左下端；恒溫水箱右上端和右下端設有閥門。

本發明所述恒溫水箱頂端外接進水管道，外接的進水管道上依次設有補水泵、熱量表、溫度計、電磁閥，電磁閥靠近恒溫水箱頂端。

本發明所述恒溫水箱右下端通過供水管道和用戶用水管道(用戶用水區)循壞連接，供水管道依次設有電磁閥、溫度計、熱量表、用戶用水管道、熱量表、循環水泵、閥門；所述電磁閥和閥門靠近恒溫水箱右下端。

本發明所述恒溫水箱頂端設置有風速儀，底端連接液位傳感器。

本發明所述監控裝置由現場監控設備和遠程監測中心組成；現場監控設備和集熱器、集熱水箱、恒溫水箱、空氣源熱泵、熱量表、電磁閥等等連接。

本發明所述現場監控設備包括觸摸型智能控制器、模擬量模塊、開關量模塊以及數據采集器、傳感器、電表、熱量表；觸摸型智能控制器安裝在集熱水箱、恒溫水箱上，觸摸型智能控制器和模擬量模塊、開關量模塊、數據采集器、溫度傳感器和液位傳感器、電表、熱量表連接；現場監控設備部署在工程現場，它們負責定時熱水工程各監測對象及系統的運行狀態信息，并實現系統運行控制，并與遠程數據監控中心實現數據交換。

本發明所述遠程監測中心包括路由器、數據服務器、監控計算機主機、檢測中心網關、檢測中心防火墻、手機APP、平板電腦APP、電腦APP；路由器和觸摸型智能控制器連接，通過路由器無線發射信號，數據服務器和數據采集器無線連接，路由器和監控計算機主機、檢測中心網關、檢測中心防火墻、手機APP、平板電腦APP、電腦APP無線連接。

本發明所述還包括有遠程監控軟件，部署在位于遠程數據監控中心的獨立數據服務器上。它包括數據中心遠程監控軟件和WEB發布軟件。數據中心遠程監控軟件用來與各個現場監控設備進行數據交互，主要完成數據的接收、處理、顯示、查詢，系統遠程監控、參數配置，報警數據，日志等；WEB發布軟件服務器用來響應管理人員及客戶的請求，以網頁的形式將數據發布給客戶。

本發明的有益效果是：主要由太陽能-熱泵復合熱水設備、現場數據采集和監控設備、遠程數據監測中心以及系統監控和能耗計量軟件等部分組成。該系統具有能源利用率高、節能顯著、運行可靠、精確計量、監控報警功能齊全、數據分析功能完備、可實現對系統運行參數和節能減排等指標全方位遠程監測等特點，可廣泛適用于小區住宅供水、商業用水、建筑采暖以及工業、農業、畜牧業等熱水利用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的監控裝置結構示意圖。

在圖中，集熱器1、集熱水箱2、恒溫水箱3、空氣源熱泵4、監控裝置5、供水管道6、溫度計7，熱量表8，循壞水泵9，閥門10，馬達11，補水泵12、電磁閥13，用水管道14，風速儀15，液位傳感器16。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。

在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。

對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

如圖1所示，一種基于物聯網能量優化控制的太陽能-熱泵供水系統，主要包括集熱器1、集熱水箱2、恒溫水箱3、空氣源熱泵4和監控裝置5組成；其特征在于：集熱器1通過供水管道6和集熱水箱2循壞連接，集熱水箱2通過供水管道和恒溫水箱3連接，恒溫水箱3通過供水管道6和空氣源熱泵4循壞連接，監控裝置5分別和集熱器1、集熱水箱2、恒溫水箱3、空氣源熱泵4連接；所述集熱器1上下二端分別設置有溫度計7，集熱器1上端通過設有熱量表8的供水管道6連接集熱水箱頂端進水口，集熱器1下端通過設有循壞水泵9的供水管道連接集熱水箱2左下端，其中集熱水箱2的頂端和左下端上的供水管道設有閥門10；所述集熱水箱2左上端設有馬達11，右下端出水口通過循壞水泵9連接恒溫水箱3的頂端進水口，恒溫水箱3頂端的供水管道設有閥門10；所述恒溫水箱3左上端設有馬達11，右上端通過設有熱量表8的供水管道和空氣源熱泵4左上端連接，恒溫水箱3右下端通過設有循壞水泵9的供水管道連接空氣源熱泵4左下端；恒溫水箱右上端和右下端設有閥門10；所述恒溫水箱頂端外接進水管道，外接的進水管道上依次設有補水泵12、熱量表8、溫度計7、電磁閥13，電磁閥13靠近恒溫水箱3頂端；所述恒溫水箱3右下端通過供水管道6和用戶用水管道14(用戶用水區)循壞連接，供水管道依次設有電磁閥13、溫度計7、熱量表8、用戶用水管道14、熱量表8、循環水泵9、閥門10；所述電磁閥和閥門靠近恒溫水箱右下端；所述恒溫水箱頂端設置有風速儀15，底端連接液位傳感器16。

本發明現場監控主要儀表包括觸摸型智能控制器、開關量模塊、模擬量模塊和數據采集器；觸摸型智能控制器是現場監控設備的關鍵儀表，該觸摸型控制器采用真彩觸摸屏構成，具有強大的功能，包括詳細的用戶參數設置、專家設置、系統參數設置、報警歷史查詢。可以進行多時段。觸摸屏采用全中文的操作界面，簡單易用。在功能方面，用戶可以通過觸摸型控制器對系統的運行狀態、各項指標數據進行實時監測，并可以根據工程具體情況，配置工程模式，選擇合適的控制策略及控制參數，還可以對熱水系統中的泵、閥門進行實時控制，當系統出現工作異常或故障時，觸摸屏能自動提示故障并報警，通用測控模塊包括模擬量模塊和開關量模塊，主要承擔現場監控的模擬量、開關量采集以及輸出，采用RS485總線結構與智能控制器構成完整的測控系統。該結構可根據工程大小進行任意擴展，同時便于維修。數據中繼器(也叫數據采集器)承擔了電能表、熱量表、信號采集器以及其它數字儀表實時數據采集、處理，存儲、計算、加密、協議轉換、通訊管理等多項關鍵工作，是現場采集和監控層的核心設備。該數據中繼器采用了ARM-CortexM3的系列32位單片機為核心，帶有2路全隔離的RS354通訊、1路標準以太網接口以及GPRS無線通信接口，其主要功能如下：實時數據采集，實時數據標定，統計累計數據，節能指標計算系統，故障判斷，數據計算參數可配置，儀表通信地址可配置，SD卡數據存儲，XML格式封裝，AES數據加密，MD5身份驗證，以太網/GPRS遠程通信。

遠程監控軟件的功能1)實時監測。可通過現場監控設備在線監測太陽能-熱泵熱水工程的集熱器出口水溫、集熱水箱溫度和液位、恒溫水箱溫度和液位、回水管溫度、系統總進水量、總耗電量，熱泵設備主要運行參數(熱泵本身帶遠程通信接口)，并計算由上述數據推導出的供熱量、節能量(換算為標煤)、減排量(二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵)等指標，實現太陽能-熱泵集熱工程狀況的實時監測。2)遠程監控和系統參數配置。通過遠程數據中心監控軟件可以實現系統控制參數的遠程配置，同時可以實現對閥門和水泵進行遠程開關。3)數據處理、分析、顯示功能。接收到的數據經過解析后存入企業數據庫，并將數據以曲線、表格和文本的形式多樣化展現。4)數據存儲功能，應能自動生成并儲存為通用數據文件，按不同項目存儲在數據庫中以便隨時查詢和調用。5)生成統計報表，可生成并存儲月統計報表。6)自動報警功能，可對系統出現的上下限、高溫保護、低溫防凍等信息進行報警。7)多客戶端遠程通信。支持多客戶端同時上傳數據至監測中心，方便快捷。8)WEB發布軟件可滿足用戶通過網絡瀏覽器實現遠程監視，內容包括實時監視的全部內容，但不能實現遠程監控與配置。9)工程地圖定位。各地區的熱水工程在地圖上予以標記，用戶通過地圖標記可以快速定位本工程，在提供認證后，即可瀏覽本工程的監控信息。10)氣象預報。提供全國各大中型城市當天的詳細氣象信息。11)靈活的系統配置。主要包括服務器地址、端口配置，方便軟件的部署。12)用戶權限管理。根據用戶的級別對登錄系統的用戶分配相應的權限，實現差異用戶的訪問控制。13)該軟件可適用于頤養院同類太陽能-熱泵復合熱水系統的遠程監控。