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1、第 1 页 共 10 页太阳能供热系统内容摘要随着社会的进步和发展，工业化自动化程度加深，在进步的同时能源矛盾也随之加剧，各种新能源应运而生针对目前我国能源短缺和环境问题,本文提出了利用太阳能和其他辅助能源,既能为家庭提供生活热水又能用于采暖的太阳能采暖。本文以“北京安润通电子技术开发有限公司”三河分厂太阳能拱热系统为例，详细论述了大中型工厂太阳能拱热系统的设计。由于储能问题，在小型工厂和家庭中采用该方案时必须添加辅助供热装置。本系统以单片机为控制核心，以工控机辅助调试和记录。控制理论简单，系统运行稳定可靠。关键字：太阳能、拱热、储能、单片机、工控机目录一、绪论1、课题研究背景及意义2、本文主
2、要研究内容二、 供热系统概况3、系统控制原理4、厂房概况三、供暖系统各部分设计5、积热板6、管道7、储能池8、温度传感器四、控制系统设置（1） 、温度信号采集（2） 、电机及电磁阀驱动（3） 、单片机选择及软件设计（4） 、工控机软件设计五、设计总结正文一、绪论1、课题研究背景及意义先让我们一起来看一组数据来了解一下我国能源现状：我们形容祖国经常会用到“地大物博”一词，但事实表明我们的能源和资源总量并不丰富，由于我国人口众多，人均资源能源的占有量从世界整体水平看存在着明显的差距。严峻的形势让人触目惊心。从能源总量来看，我国是世界第二大能源生产国和第二能源消费国。据资料显示，截止到 2004 年
3、底，我国石油剩余可采储量 23 亿吨，占世界总量的 1.4%；天然气剩余可采储量 2.23 万亿立方米，占世界天然气可采储量总量的 1.2%；煤炭剩余可采储量 1145 亿吨，占世界总量的 12.6%等。就可采储量而言，有关专家估计，若按目前的开采水平，我国石油资源和东部的煤炭资源将在 2030 年耗尽，水力资源的开发也将达到极致。就质量而言，我国能源资源以煤炭为主，按各种燃料的热值计算，在目前的探明储量下，世界能源资源中，固体燃料和液体、气体燃料的比例为 4：1，而我国则远远落后于这一比值。目前，在世界能源产量中，高质量的液、气体能源所占比例为 60.8%，而我国仅为 19.1%。第 2 页
4、 共 10 页2004 年，中国一次能源消费总量 19.7 亿吨标准煤，比上年增长 15.2%。其中，煤炭消费量 18.7 亿吨，原油 2.9 亿吨，天然气 415 亿立方米。从人均水平来看，2004 年中国人均一次能源消费量 1.08 吨油当量，为世界平均水平 1.63 吨油当量的 66%，是美国人均 8.02吨油当量的 13.4%，日本人均 3.82 吨油当量的 28.1%。从能源结构来看， 2004 年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占 22.7%，天然气占 2.6%，水电等占 7.0%。这些只是部分能源消费情况，其形势不容乐观。另外，做为一个公司，利润是其生存的根本。随着煤炭、
5、石油等不可再生能源的日趋枯竭，供暖费用也居高不下，并且有逐年上长的趋执。因此开发和使用绿色能源成为了当今世界必然选择。但就利用太阳能供暖而言，虽然已提出多年，但理想的太阳能供热系统和可行方案并不多。有些系统材料价格昂贵，并且后期维护费用高。而另一此设备则因期效率低，集热效果不理想而无法被采用。本系统吸取教训，完全克服了以上不足之处。本文主要论述了安润通三河分厂太阳能集热系统，其中以自动控制部分和集热结构为主。因其供水管路部分和传统的供暖设计没有明显区别，因此不再重点论述。2、经济效益、环境效益、社会效益分析：龙创太阳能+热泵、热水、夏季制冷的设计并施工，是国内唯一太阳能采暖方案成熟可靠的提供者
6、，单体建筑从几十平到几万平都可方便的实行供暖，便于在国内城市、县区、牧区、山区推广，按照目前国内企业向国外企业出口的的“碳排放交易”每吨二氧化碳减排约 810 欧元以上计算，每 1 平方米太阳能热水器每年节约 150 公斤标准煤，减少 339 公斤二氧化碳排放，龙创太阳能供暖在同等造价下，相当于其他太阳能采暖产品节煤或节电减排效率的 3 倍左右，也就是 10 万平米的建筑如果采用 1 万平龙创太阳能进行供暖，则每年可以为用户创造可交易的碳排放减排效益 915300 元，15 年累计 1372 万元，即使按照太阳能热水器的效率计算，15 年累计也有 457 万元。按照中国建设部与财政部 2009
7、 年 305、306 号文件，中国从 2009 年开始在国内所有省份大面积推广太阳能供暖，每个省全年不少于 400 万平以上，所以使用太阳能供暖符合国家节能减排的大政方针，也是人类与自然和谐相处，延缓地球温室效应、气候暖化的最优选择。3、大面积使用太阳能供暖的意义：采暖是我国的能耗大户。自 1991 年起平均每年新建建筑 10 亿，至 1996 年底，共有各类建筑约 310 亿。每年城镇建筑仅采暖一项需要的耗能占全国能耗总量的 11.5。化石能源的大量消耗，使我国的能源供应面临巨大的挑战，而且造成了严重的环境污染。因此研究使用清洁的可再生能源太阳能进行采暖具有重要意义。太阳能供暖系统适用于中国
8、北方南方国外的气候情况，对于家庭用户、别墅、厂房、住宅楼、办公楼等需要较大面积供暖的单位尤其适用。因为性价比的优势，会成为太阳能热水器之后第二个太阳能大面积应用的领域。总体市场容量在每年 1 千亿元以上。第 3 页 共 10 页太阳能供暖系统目前每年在欧洲新装 10 多万套，其技术也停留在太阳能热水简单循环或太阳能四季蓄热阶段，太阳能热水简单循环其经济效益比较差，太阳能利用率低，太阳能四季蓄热造价比房屋的价格还高，在国内十年内没有推广的可行性；而太阳能供暖系统，造价低于太阳能热水简单循环，太阳能利用率可达太阳能热水循环的 3 倍，如果大型太阳能采暖项目能够将碳排放的减少量销售出去，则太阳能供暖
9、项目不只保护了环境，而且还创造了可观的经济效益。太阳能采暖系统不光可应用于只在白天使用的建筑，如办公楼或教学楼时，也可应用于需要全天采暖的住宅等建筑。4、太阳能采暖与其它供暖方式初始投资与后期费用比较：北京 2005 年取暖费用说明（摘自北京市政府门户网站） 问：北京 2005 年供暖的收费政策是怎样的？ 答：供暖收费标准与往年比没有变化，民用市热力集团统一供暖价格是 24 元/建筑平方米、采暖季；民用燃油、燃气、电锅炉供暖价格是 30 元/ 建筑平方米、采暖季；燃煤锅炉直供民用供暖价格为 16.5 元/建筑平方米、采暖季；燃煤锅炉间供民用供暖价格为 19 元/建筑平方米、采暖季。 问：对不同
10、的采暖单位室内的温度有哪些规定？ 答：北京市使用天然气锅炉(含直燃机 )采暖的商场、写字楼等共建用户的室内温度要控制在 18摄氏度，宾馆、饭店的室内温度要控制在 20 至 22 摄氏度。居民家中的室内温度不能低于16 摄氏度。各种供暖方式运行费用比较：（以某户 100 平方米计算）初始投资 采暖季运行费用燃气壁挂炉 1500020000 元 5000 元/采暖季集中供暖 25000 元 2600 元/ 采暖季空调取暖 500010000 元 5500 元/采暖季地热采暖 1000015000 元，另需热源 根据热源计算太阳能供暖 2400030000 元/100 10001500 元/ 采暖季
11、 燃气壁挂炉：供暖系统有关人员测算，采用分户燃气壁挂炉平均 5 个月一套两居室需要 5000 元左右，2温差费用差千元。集中供暖：但集中供暖的温度、时间都不能自行调节，空置房间照常收费。空调取暖：巨额电费成为最大负担，如果使用冷暖空调取暖，一个采暖季下来大约要花费 5500 元左右的电费。 地热采暖：重铺管道成本需万元，地热管道的采暖方式初期投资比较高昂，据介绍，将 100 平方米房子的暖气改成地热管道系统需要 15000 元，此外，如果是接市政暖气出水口还要同时交纳每年的市政暖气费 2400 元，如果接壁挂炉，100 平方米的房子一个采暖季则需要耗费大约 1500 多个字的气，4 个月大概费
12、用为 3800 元左右，与普通小区供暖费用相当。第 4 页 共 10 页太阳能供暖：在住宅小区、学校、办公楼房大面积应用初始投资合 100 平方米约2400030000 元。 ，后期使用费用大部分是用太阳能，用电补充一部分，一个采暖季 4 个月电费是 12001500 元左右。 结论：全国各地供暖条件不同，初始投资和运行费用也不相同。而太阳能供暖自身不需费用，其它供暖方式费用都逐渐提高。一般在同样取暖效果下，对于个人用户根据取暖面积和热水用量，对比其他供暖方式36 年太阳能供暖可回收其他供暖方式投资及费用，在之后的 10 年左右时间，使用太阳能供暖费用大大低于其他供暖方式投资与费用（因为锅炉与
13、空调的寿命在 58 年，太阳能供暖系统寿命在 15 年以上）太阳能供暖系统适用于中国北方南方的气候情况，对于家庭用户、别墅、厂房、住宅楼、办公楼等需要较大面积供暖的单位尤其适用。因为性价比的优势，会成为太阳能热水器之后第二个太阳能大面积应用的领域。总体市场容量在每年 1 千亿元以上。5、太阳能采暖特点介绍：1太阳能供暖适用性国内第一：经过山东、北京、山西、陕西、河北、辽宁、黑龙江、河南等几百个家庭单位的应用实践，冬天环境温度在 10 度零下 40 度之间，包括平房、楼房、别墅、幼儿园、厂房、办公室、几十万平方的小区都可以适用，根据用户情况进行合理设计、安装，使投资最低，效果最好。 2太阳能供暖
14、舒适性第一：人性化界面，操作简单，可根据用户情况分时分流分室控制，集中了锅炉供暖和空调采暖的优点，使用者的舒适程度大大提高。3、太阳能几大优点：能够实现冬季太阳能供暖气（也可全年使用）和全年洗浴使用。这是太阳能热水器的革命性进步，也是太阳能应用的重大技术突破。太阳能供暖系统的一次性投资明显低于集中供热、燃油燃煤锅炉等的初始投资，不需要审批，在同等供热情况下日常运行费用大大低于集中供热、燃油燃煤气电锅炉，甚至比土暖气、空调还便宜很多，还可以实现全年的洗浴功能，解决了本系统春夏秋设备闲置，设备折旧加速的问题。每天 24 小时应用，每年根据气温想用多少天就用多少天，不用象使用燃气锅炉或空调等担心费用
15、高而只能一天开上 2 个小时，其它时间硬撑着了。太阳能与电的完美结合，动态智能运行方式，日常费用降到最低。太阳能供暖洗浴系统由楼顶高温太阳能加热系统和室内计算机智能控制系统组成。运行设定简单，在很多地第 5 页 共 10 页区晴朗天气下，一天工作 24 小时全用太阳能供热即可。如果阴雨天或夜间感觉室内需要更高温度，则用电补充即可。太阳能宽频技术与电补变频技术的应用，使太阳能在整套系统能源使用最高能够达到 60-95的比例。二、 供热系统概况1、系统控制原理本系统控制原理为开关式控制，通过带变送器的温度传感器对集热板、储能池、供暖区等地进行温度采集，并以 4 到 20ma 电流送回。经过采集电路
16、的处进后由高档 AVR 单片机 ATmega16 进行 AD 转换。经 CPU 分析处理后，通过光耦隔离，推动大功率三极管TIP41，再由 41 驱动继电器，继电器使接触器导通。再由接触器驱动电机和电磁阀来控制系统。控制算法为：当集热板温度和储能池中水温差到达设定值时集热板和储能池之间开始循环，当温差达到关断值时循环停止。当供暖区和设定温差大于设定值并且储能池中水温高于供暖区时，供暖开始循环，当供暖区室温达到设定值时，系统停止。控制方框图如下：2、厂房概况厂房平面图如下第 6 页 共 10 页图中 A、B、C 为钢结构厂房，总面积约 3600 平米，其中 A 区设集热器 6 排，每排 16组，共 96 组；B 区各 C 区各 18 排，每排 3 组，共 108 组，总计 204 组。别外还设有二个储能池，每个储能池长 25 米，宽 5 米高 3 米。三、供暖系统各部分设计1、积热板集热板每块长 1.5 米，宽 1 米，采用铝合金型材并涂有下正丁烷和碳粉配制而成的涂料。每五块集热板组
