本發(fā)明屬于太陽能集熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實時測量太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量和集熱量的裝置及方法。

背景技術(shù)：

由于流量計價格昂貴，為了減少工程成本，工程實際中的太陽能熱水系統(tǒng)大都不安裝流量計。即使有的太陽能熱水系統(tǒng)安裝了流量計，但流量計的準(zhǔn)確測量往往需要一定的安裝條件，這極大地限制了實際施工過程中的管路布置，有時為了滿足管路緊湊布置以節(jié)省管路空間的目的，不得不犧牲流量計的測量精度。另外，流量計通常需要安裝在管路系統(tǒng)上，安裝拆卸過程都相對復(fù)雜，所以流量計一旦安裝，一般便不再拆卸，導(dǎo)致流量計無法重復(fù)使用，增加了太陽能熱水系統(tǒng)的初投資。

基于以上分析，現(xiàn)有的太陽能熱水系統(tǒng)一般只對太陽能集熱器及循環(huán)系統(tǒng)的溫度、泵的啟停狀態(tài)進行檢測，而缺乏實時循環(huán)水流量數(shù)據(jù)，導(dǎo)致很難細(xì)致掌握整個系統(tǒng)的集熱量、太陽能利用、系統(tǒng)運行等情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種實時測量太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量和集熱量的裝置及方法。

一種實時測量太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量和集熱量的裝置，包括太陽能集熱器、循環(huán)水泵和集熱水箱，在集熱水箱上設(shè)有液位傳感器和第三溫度傳感器，在集熱水箱的循環(huán)水進口設(shè)有第一溫度傳感器，在集熱水箱的循環(huán)水出口設(shè)有第二溫度傳感器；

并設(shè)有環(huán)境溫度傳感器；

液位傳感器、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器分別連接至數(shù)據(jù)采集處理器。

一種實時測量太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量和集熱量的方法，采集集熱水箱循環(huán)水進出口的水溫、集熱水箱內(nèi)的水溫、集熱水箱內(nèi)的液位、環(huán)境溫度，以及測量的時間，進而根據(jù)集熱水箱能量守恒方程如下所示：

mc(t_in-t_out)＝f(h,U,t_w,t_a)

式中m——太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)水流量，kg/s；

c——水的比熱容，kJ/(kg·℃)；

t_in——集熱水箱循環(huán)水進口水溫，℃；

t_out——集熱水箱循環(huán)水出口水溫，℃；

h——集熱水箱內(nèi)的液位，m；

U——集熱水箱熱損系數(shù)，kJ/(℃·m²)；

t_w——集熱水箱內(nèi)的水溫，℃；

t_a——環(huán)境溫度，℃；

得出太陽能熱水系統(tǒng)τ時刻的循環(huán)水流量m(τ)：

同時可得太陽能熱水系統(tǒng)τ時刻的集熱量Q(τ)：

Q(τ)＝m(τ)c(t_in(τ)-t_out(τ))

某一時間段τ₀～τ₀+nΔτ內(nèi)太陽能熱水系統(tǒng)的集熱量Q：

式中，τ₀——所述某一時間段的初始時刻；Δτ——測量的時間步長；n——時間步長數(shù)。

所述集熱水箱熱損系數(shù)U的計算方法為：

當(dāng)太陽能熱水系統(tǒng)的循環(huán)水泵停止運行時，此時循環(huán)水流量m＝0，集熱水箱能量守恒方程如下所示：

f(h,U,t_w,t_a)＝0

通過測量集熱水箱內(nèi)的液位h、集熱水箱內(nèi)的水溫t_w及環(huán)境溫度t_a，即可計算得出集熱水箱熱損系數(shù)U。

為了提高所述集熱水箱熱損系數(shù)U的準(zhǔn)確度，多次算得集熱水箱熱損系數(shù)U，取其平均值

本發(fā)明的有益效果為：

本方法不需要價格昂貴、安裝復(fù)雜的流量計，只需要監(jiān)測環(huán)境溫度、集熱水箱進出口水溫、集熱水箱內(nèi)的水溫和集熱水箱內(nèi)的液位，便可依據(jù)集熱水箱的能量守恒方程計算出太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量和集熱量，提供循環(huán)流量和集熱量的實時數(shù)據(jù)；而且測量儀器價格低廉、安裝方便。另外當(dāng)測量結(jié)束后，相關(guān)測量儀器可方便地從被測太陽能熱水系統(tǒng)中取走，測量儀器重復(fù)利用率高，大大節(jié)省了太陽能熱水系統(tǒng)的測量成本。

附圖說明

圖1為實施方式中所涉及的一種實時測量太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量和集熱量的裝置示意圖。

標(biāo)號說明：1—環(huán)境溫度傳感器；2—第一溫度傳感器；3—第二溫度傳感器；4—液位傳感器；5—數(shù)據(jù)采集處理器；6—太陽能集熱器；7—循環(huán)水泵；8—集熱水箱；9—第一閥門；10—第二閥門；11—第三閥門；12—第三溫度傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

太陽能熱水系統(tǒng)的循環(huán)水流量是在用戶側(cè)水泵不開啟而太陽能熱水系統(tǒng)集熱器側(cè)循環(huán)水泵7開啟的條件下測定的。

如圖1所示一種實時測量太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量和集熱量的裝置，包括太陽能集熱器6、循環(huán)水泵7和集熱水箱8連接形成循環(huán)水的閉合回路。具體為，太陽能集熱器6的循環(huán)水出口通過第一閥門9連接至集熱水箱8的循環(huán)水進口，集熱水箱8的循環(huán)水出口依次經(jīng)過第二閥門10、循環(huán)水泵7和第三閥門11連接至太陽能集熱器6的循環(huán)水進口。進一步地，在集熱水箱8上設(shè)有液位傳感器4和第三溫度傳感器12，在集熱水箱8的循環(huán)水進口設(shè)有第一溫度傳感器2，在集熱水箱8的循環(huán)水出口設(shè)有第二溫度傳感器3。

并設(shè)有環(huán)境溫度傳感器1。

液位傳感器4、第一溫度傳感器2、第二溫度傳感器3、第三溫度傳感器12和環(huán)境溫度傳感器1分別連接至數(shù)據(jù)采集處理器5，所述數(shù)據(jù)采集處理器5連接有顯示屏。

以下說明一種實時測量太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)流量和集熱量的方法：

第一溫度傳感器2和第二溫度傳感器3分別采集集熱水箱8循環(huán)水進出口的溫度，第三溫度傳感器12采集集熱水箱8內(nèi)的水溫，液位傳感器4采集集熱水箱8內(nèi)的液位，環(huán)境溫度傳感器1采集環(huán)境溫度，并各自將采集的數(shù)據(jù)分別發(fā)送至數(shù)據(jù)采集處理器5，由數(shù)據(jù)采集處理器5對各數(shù)據(jù)及測量的時刻進行記錄、儲存，并進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

集熱水箱8的能量守恒方程如下所示：

mc(t_in-t_out)＝f(h,U,t_w,t_a) (1)

式中m——太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)水流量，kg/s；

c——水的比熱容，kJ/(kg·℃)；

t_in——集熱水箱循環(huán)水進口水溫，℃；

t_out——集熱水箱循環(huán)水出口水溫，℃；

h——集熱水箱內(nèi)的液位，m；

U——集熱水箱熱損系數(shù)，kJ/(℃·m²)；

t_w——集熱水箱內(nèi)的水溫，℃；

t_a——環(huán)境溫度，℃。

當(dāng)太陽能熱水系統(tǒng)的循環(huán)水泵7停止運行時，此時循環(huán)水流量m＝0，得出：

f(h,U,t_w,t_a)＝0 (2)

將數(shù)據(jù)采集器5所采集的數(shù)據(jù)代入公式(2)，即可計算得出集熱水箱熱損系數(shù)U。

為了提高所得集熱水箱熱損系數(shù)的準(zhǔn)確度，可依據(jù)數(shù)據(jù)采集器5所采集的數(shù)據(jù)，多次獲得集熱水箱熱損系數(shù)U，并求其平均值

當(dāng)太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)水泵7運行時，將數(shù)據(jù)采集器5所采集的數(shù)據(jù)和集熱水箱熱損系數(shù)U的平均值代入方程(3)中，

即可求得太陽能熱水系統(tǒng)瞬時循環(huán)水流量m(τ)：

由所求的太陽能熱水系統(tǒng)瞬時循環(huán)水流量m(τ)即可獲得太陽能熱水系統(tǒng)瞬時集熱量Q(τ)：

Q(τ)＝m(τ)c(t_in(τ)-t_out(τ)) (5)

某一時間段τ₀～τ₀+nΔτ內(nèi)太陽能熱水系統(tǒng)的集熱量Q：

式中，τ₀——所述某一時間段的初始時刻；Δτ——測量的時間步長；n——時間步長數(shù)。