太阳能热水系统逻辑模型及远程下载

太阳能热水系统逻辑模型及远程下载

邢国红

山东力诺瑞特新能源有限公司 山东省 济南市 250103

摘要：在严寒地区，太阳能—土壤源热泵复合式系统能够为建筑供热供冷。为最大程度开发利用太阳能集热系统，论文利用复合式系统中的太阳能集热系统实现建筑物非供暖期时的热水供应，通过与其他常规热水供应系统的对比，发现太阳能热水系统具有良好的经济性和环保性，从而为太阳能-土壤源热泵复合式系统的应用和推广提供参考依据。

关键词：太阳能热水系统；模型；远程升级

引言

太阳能热水工程是以太阳能集热单元为核心，集热单元种类较多，有全玻璃真空管集热器、平板集热器、热管集热器等，它们也可以组合起来应用。太阳能热利用的发展比较迅速，应用在各个领域。标准ISO9459根据太阳能热水系统的特点进行了分类，将系统分为七大类，从太阳能应用层面、集热换热方式、太阳能集热循环方式、系统的组成、系统承压情况、制热模式、加热介质方式等方面进行了分类，分类虽然很清晰，但实际的应用种类非常复杂，系统的控制逻辑也出现了很多的组合。为了让用户对系统有所参考，使系统设计更合理，让系统与控制系统的逻辑进行更好的匹配，我们对系统进行了软硬件分类，但也达到了500多种类型。发现完全标准化成少数几个典型模式实在困难，即便可以抽象出20种、涵盖50%以上系统模型，然后将程序逻辑放入一个控制单元内，快速开发出相应的产品，让客户选择应用，也会是极大的考验。所以我们对物联网技术的应用进行了分析，通过管理平台进行归纳可以达到这个目标，有效解决这个问题，通过迭代分析总结模型，归纳出一些较好的太阳能热水工程系统，便于行业的推广和发展。

1系统模型及远程升级

1.1系统模型

依据太阳能热水工程的应用，我们进行了系统模型的抽象，在抽象过程中进行了多阶的模型层次划分，图1是模型的表示，如图1中110是一个系统的代码，是在系统抽象时自定义的，第一个数字代表的是系统中水箱数量，第二个数字代表的是集热循环的数量，第三个数字代表区分系统是承压系统还是非承压系统。按此方法可以将市场上常用太阳能热利用系统进行多层次的归类。在平台上点击可以进入子模型，依次找到对应的具体系统，选择系统就是选择了系统固定好的控制逻辑，以便于给系统进行远程逻辑升级。

1.2远程升级

在系统平台服务器中，与远程升级相关的信息存在数据库表中。数据管理采用了MySQL数据库管理系统，不仅包含远程升级模块设计的表，也包括整个平台内的表，下载的逻辑文件存储在硬盘上，通过路径的管理进行文件的操作。传输设备采用的是GPRS无线传输，通过TCP\IP协议实现与平台服务器的链接，同时具备与控制系统的接口。远程升级指令是接口指令中的一类，它通过电路接口实现，服务器根据用户的相关操作获取程序源文件的数据，然后形成指令包格式，发送给传输设备，传输设备解析后通过接口下载线擦除STM32芯片的FLASH，并把已获取的数据写入到FLASH，即可实现远程更新。控制系统的接口电路上有一片STM32芯片，内部固化了BootLoader程序，它可以通过一种通讯接口，我们使用了GPRS的uart接口连接，GPRS芯片采用了SIMCOM800C，为了能使平台传输过来的程序和应用数据下载到存储器中，我们对BootLoader进行了适当的调整，调整的基本原则是增加了800C的驱动程序，可以通过TCP协议与数据中心服务器进行连接，可以通过设定好的协议格式进行bin文件程序的连续下载。STM32允许用户在应用程序中重新烧写闪存存储器中的内容。BootLoader是使用ICP方式烧到存储器中的。

图1：系统模型

2太阳能热水系统问题的改进策略

2.1对两种辅助热源的优化选择

太阳能热系统的弊端其实也跟天气的好坏息息相关，尤其对于东北地区来说，冬天比较漫长，而冬天太阳光直射的时间大大缩减，所以，太阳能本身能量的供给就成为首要问题。为了确保太阳能热水器的正常运行使用，在设计过程中，应适当的考虑引入辅助热源作为能量的补充。目前，市场上所提供的太阳能辅助热源包括两种，一种是电加热、一种是锅炉加热，不过从安全性、实用性、经济性方面考虑，锅炉加热占据了一定优势。如果为了单纯的提高加热速度，保证热水的时时供应，可以在热水储水箱中设置热媒热水盘管，把它与锅炉供水回水管相连接，当热水器中的水温低于系统设定值时，锅炉就开始工作，及时补充热水资源，而水温达到设定值时，阀门自动关闭。所以作为高校来说，选择锅炉加热辅助热源更切实际一些。

2.2太阳能热水器的冬季防冻措施

对北方地区来说，漫长的冬季来临时，一些高校的太阳能热水器就会出现冻裂冻爆的现象。而通常情况下采取的措施就是用一些保温材料包裹管道，还有的高校在管道外设置了电能的伴热装置，不过，如果在整个冬季全部采用这种防冻方式，无疑会耗费大量的电能，给高校带来不小的经济损失。此外，一旦发生停电或断电的情况，防冻措施失效。更好的解决办法是双效合一，即采用低温循环加电伴热装置的防冻方法，这样有利于增加太阳能热水器的防冻可靠性。这种方法的工作原理是，当楼顶的热水循环管水温低于零上五度，管路的循环电泵开启，当水温高于零上十五度时，管路循环电泵自动停止工作。

2.3选择合适的材料

在物理学当中，有一种现象，叫作应力集中，而太阳能的真空管是全玻璃材料制成的，对高校来说，使用量特别大，因此真空管的数量也非常多，玻璃材料的真空管在生产加工时，由于玻璃本身的属性差异，导致在安装过程中产生应力集中现象，爆管的发生在所难免。解决这一问题，一般属于采购部门的责任，在前期采购时，采购人员尽量确保选择一些市场上流行的大品牌热水系统，也可以选择一些抗炸管做为玻璃材料真空管的替代品。

结语

太阳能热水系统应用场合非常普遍，系统的类型极其繁多，系统控制逻辑种类也极其繁多。如果在太阳能热水系统中增加远程升级的功能，可以解决两个大问题，一是逻辑的变化不会给客户制造成本。由于系统比较分散，逻辑发生变化后需要更换主控单元，发配件或上门服务给客户进行更换，增加了相应的成本。二是引导用户使用成熟的控制逻辑，在太阳能管理平台上集成了多种成熟的太阳能热水系统模型，让用户找到满足自己系统要求的系统模型，对合理使用和优化太阳能热利用系统起到推动作用。

参考文献

[1]韩雨佟.基于B/S物联网环境监测系统MySQL数据库的设计与实现[D].天津大学,2014.

[2]郭嘉羽．太阳能热水系统使用模式和优化运行的研究［Ｄ］．北京：北京建筑大学，２０１７．

[3]张艳丽,牛国玲.东北农户屋顶太阳能发电系统设计[J].安徽农业科学,2016(22):169-170.