本发明公开了一种太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，根据集热器出水与储热水箱分层水体之间的温差，对集热器出水进入储热水箱的分层位置进行自动控制，达到改善储热水箱温度分层效果的作用。本发明所提出的太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，能有效改善储热水箱的稳定分层效果，提高生活热水的供应质量和可靠性，提高系统的能源利用效率，适用于大中型太阳能热水系统。
1.一种太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将储热水箱分为n+1个温度层，其中进水端位于储热水箱上部的n层，分别记为1、
2…、i、…n层，出水端设置于储热水箱最底层，记作0层；在各温度层水体内加装温度传感器，连续监测各温度层的水温，分别记为T0、T1、T2…、Ti、…Tn；同时监测太阳能集热器的出水温度，记作Tc；进水端的第1、2…、i、…n层分别设有阀门V1…、Vi、…Vn；出水端为第0层设有阀门V0；
2)当测得的太阳能集热器出水温度Tc与储热水箱底层温度T0的差值Tc-T0大于最小开启温差设定值SD1时，将Tc与储热水箱中1至n温度层的水温T1至Tn分别进行比较，并判断绝对差值最小的温度层，将该绝对差值最小的温度层记为m；
a)如果当前开启状态入口阀门编号B≠m，且当同一状态连续运行时长C≤运行状态转变最小时长设定值SD3时：①如果B＝-1，即进水端、出水端所有阀门均关闭，且集热循环水泵亦关闭时，则打开储热水箱底层出水管路阀门V0和进水管路阀门Vm，打开集热循环水泵，令B＝m，开始计时并记录为C；
②如果B≠-1，则维持所有阀门的当前开关状态不变；
b)如果当前开启状态入口阀门编号B≠m，且当同一状态连续运行时长C大于SD3时，则关闭阀门VB，打开阀门Vm，令B＝m，开始计时并记录为C；
c)如果当前开启状态入口阀门编号B＝m时，维持所有阀门的当前开关状态不变；
3)当测得的太阳能集热器出水温度Tc与储热水箱底层温度T0的差值Tc-T0不大于最小开启温差设定值SD1时：a)如果当前开启状态入口阀门编号B≠-1时，判断测得的太阳能集热器出水温度Tc与储热水箱底层温度T0的差值Tc-T0是否小于最大关闭温差设定值SD2，若小于，则关闭所有阀门V0至Vn，关闭集热循环水泵，且令B＝-1；
b)如果当前开启状态入口阀门编号B＝-1时，则继续保持所有阀门V0至Vn的关闭状态不变，继续保持集热循环水泵的关闭；
4)当测得的太阳能集热器出水温度Tc与储热水箱底层温度T0的差值Tc-T0介于最大关闭温差SD2和最小开启温差SD1之间时，维持集热系统阀门的开关状态不变，并返回步骤1)；
温差设定值SD1的范围为4.0～10.0℃，SD2的范围为1.0～5.0℃，且SD1大于SD2，SD1与SD2的差值大于1.0℃。
2.根据权利要求1所述的太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，其特征在于，所述储热水箱容积≥600L。
3.根据权利要求1所述的太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，其特征在于，所述储热水箱为圆柱形，所述圆柱形的高度与直径的比值范围为3.0～4.0。
4.根据权利要求3所述的太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，其特征在于，所述储热水箱的温度层数N的范围为4～10层，每个温度层的高度范围为0.1～0.4m。
5.根据权利要求1所述的太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，其特征在于，设定值SD3的范围为30～120秒。
6.根据权利要求1～5之一所述的太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，其特征在于，所述温度传感器的测温范围为-20℃～100℃，测温精度为±0.1℃。
太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能热水系统控制领域，特别是一种太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法。
背景技术
[0002] 太阳能热水系统是目前技术较为成熟和有效利用太阳能的方式之一。储热水箱作为太阳能热水系统的重要储热设备，能有效解决太阳能自身间歇性和不可靠性，提高太阳能的利用率。由于水的密度与温度成反比，水箱中低温热水密度大而聚在水箱的底部，高温热水密度小则浮升到水箱的顶部，从而实现了不同温度的水在水箱中的垂直分层现象。
[0003] 在太阳能系统运行时，集热器产生的热水会以一定的流量进入储热水箱中。由于进入的热水与入口处的热水在混合时有一定的温差，不仅会在入水口产生明显的扰动，而且温差引起的对流现象也会使得温度分层发生紊乱，从而增大斜温层的厚度，严重影响水箱中的温度分层现象。此外，因储热水箱顶层温度处于较低水平，将影响到系统热水供应的质量和可靠性，从而影响了热水系统的整体性能。
[0004] 水箱分层效果的好坏能直接影响整个太阳能热水系统的运行效果，储热性能良好的水箱不仅能满足用户热负荷的需求，减少辅助加热量，还能降低集热器的进口水温，提高太阳能的利用效率。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，包括以下步骤：
[0007] 1)将储热水箱分为n+1个温度层，其中进水端位于储热水箱上部的n层，分别记为1、2…、i、…n层，出水端设置于储热水箱最底层，记作0层；在各温度层水体内加装温度传感器，连续监测各温度层的水温，分别记为T0、T1、T2…、Ti、…Tn；同时监测太阳能集热器的出水温度，记作Tc；进水端的第1、2…、i、…n层分别设有阀门V1…、Vi、…Vn；出水端为第0层设有阀门V0；
[0008] 2)当测得的太阳能集热器出水温度Tc与储热水箱底层温度T0的差值Tc-T0大于最小开启温差设定值SD1时，将Tc与储热水箱中1至n温度层的水温T1至Tn分别进行比较，并判断绝对差值最小的温度层，将该绝对差值最小的温度层记为m；
[0009] a)如果当前开启状态入口阀门编号B≠m，且当同一状态连续运行时长C≤运行状态转变最小时长设定值SD3时：
[0010] ①如果B＝-1，即进水端、出水端所有阀门均关闭，且集热循环水泵亦关闭时，则打开储热水箱底层出水管路阀门V0和进水管路阀门Vm，打开集热循环水泵，令B＝m，开始计时并记录为C；
[0011] ②如果B≠-1，则维持所有阀门的当前开关状态不变；
[0012] b)如果当前开启状态入口阀门编号B≠m，且当同一状态连续运行时长C大于SD3时，则关闭阀门VB，打开阀门Vm，令B＝m，开始计时并记录为C；
[0013] c)如果当前开启状态入口阀门编号B＝m时，维持所有阀门的当前开关状态不变；
[0014] 3)当测得的太阳能集热器出水温度Tc与储热水箱底层温度T0的差值Tc-T0不大于最小开启温差设定值SD1时：
[0015] a)如果当前开启状态入口阀门编号B≠-1时，判断测得的太阳能集热器出水温度Tc与储热水箱底层温度T0的差值Tc-T0是否小于最大关闭温差设定值SD2，若小于，则关闭所有阀门V0至Vn，关闭集热循环水泵，且令B＝-1；
[0016] b)如果当前开启状态入口阀门编号B＝-1时，则继续保持所有阀门V0至Vn的关闭状态不变，继续保持集热循环水泵的关闭；
[0017] 4)当测得的太阳能集热器出水温度Tc与储热水箱底层温度T0的差值Tc-T0介于最大关闭温差SD2和最小开启温差SD1之间时，维持集热系统阀门的开关状态不变，并返回步骤1)；温差设定值SD1的范围为4.0～10.0℃，SD2的范围为1.0～5.0℃，且SD1大于SD2，SD1与SD2的差值大于1.0℃。
[0018] 本发明中，所述储热水箱容积≥600L；所述储热水箱为圆柱形，所述圆柱形的高度与直径的比值范围为3.0～4.0；，所述储热水箱的温度层数N的范围为4～10层，每个温度层的高度范围为0.1～0.4m；设定值SD3的范围为30～120秒；所述温度传感器的测温范围为-20℃～100℃，测温精度为±0.1℃。
[0019] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过对比储热水箱各层水温与集热器出口水温，判断出与集热器出水温差最小的水箱温度层，开启相应储热水箱该层入水口位置的自动控制阀并关断之前的阀门，将集热器出水导入到与之温差最小的储热水箱温度分层水体中，从而减小对水箱温度分层的影响，提高系统效率和热水供应的可靠性；维持储热水箱中的热水处于较为稳定的分层状态，降低因冷热水混合而带来的效率降低问题；良好的温度分层可以减小水箱顶层温度达到预定要求的时间，提高系统供水的质量及可靠性；广泛适用于各种太阳能热水分层储热水箱，甚至可以衍生到非太阳能热源的储热水箱中，例如以热泵作为热源的储热水箱。
附图说明
[0020] 图1是本发明中太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法原理图，其中：
[0021] 1-1——太阳能集热器 1-2——控制模块
[0022] 1-3——太阳能循环泵 1-4——自动控制阀
[0023] 1-5——储热水箱 1-6——温度传感器(集热器出口)[0024] 1-7——温度传感器(储热水箱各层) V0——水箱底层出水管路控制阀门[0025] V1…、Vi、…Vn——水箱各分层温度进水管路阀门
[0026] 图2是本发明的控制方法流程图。
具体实施方式
[0027] 图1为集热器出水按温度分层进入水箱的技术原理图，集热侧循环泵和储热水箱出水口的自动控制阀与控制模块1-2连接，储热水箱进水口的自动控制阀与控制模块1-2连接。此外，储热器出口处安装温度传感器1-6，储热水箱每个分层内安装有温度传感器1-7，所有的温度传感器均通过信号线与控制模块1-2连接。
[0028] 参照图2，本发明的控制方法流程图，具体操作如下：
[0029] (1)控制模块1-2中预先设定储热水箱的开启状态入口阀门编号B为“-1”(即进出口阀门全部关闭，集热循环泵关闭)，集热循环水泵连续开启时间长度C为“0”，读取最小开启温差设定值SD1，读取最大关闭温差设定值SD2，读取运行状态转变最小时长设定值SD3。(步骤S1)
[0030] (2)集热器出口温度传感器1-6不断将温度信号Tc传送至控制模块1-2，储热水箱各分层温度传感器1-7不断将各层水温Ti(各层依次为T0、T1、T2……Tn)传送至控制模块1-2。(步骤S2)
[0031] (3)计算Tc与T0差值，记作TJ。(步骤S3)
[0032] (4)判断TJ与SD1的大小关系。(步骤S4)
[0033] (5)若TJ小于SD1，判断B是否等于“-1”(步骤L1)。
[0034] 若B不等于“-1”，则判断TJ与SD2的大小关系(步骤L2)，如TJ小于SD2，则关闭集热侧循环泵1-3和所有控制阀V0至Vn(步骤L3)，令B＝-1，返回步骤S2，如TJ大于SD2，直接返回步骤S2。
[0035] (6)若TJ大于等于SD1，依次计算储热水箱集热侧入水口对应的各层温度Ti(T1至Tn)与集热器出口水温Tc的绝对差值，记为Tdi。(步骤S5)
[0036] (7)比较并获取Tdi的最小值，将对应的储热水箱层数记为m。(步骤S6)[0037] (8)判断B是否与m相等。(步骤S7)
[0038] (9)若B等于m，则直接返回步骤S2。
[0039] (10)若B不等于m，则判断C与SD3的大小。(步骤S8)
[0040] (11)若C大于SD3，则关闭控制阀VB，继续进入步骤S10。(步骤S9)
[0041] (12)打开控制阀Vm，设定B等于m，开始计时并记录为C。(步骤S10)
[0042] (12)若C小于等于SD3，则判断B是否等于“-1”。(步骤L4)
[0043] 若B等于“-1”，则开启集热循环水泵1-3和控制阀V0(步骤L4)，之后执行步骤S10；若B不等于“-1”，则直接返回步骤S2。
[0044] (13)判断系统是否收到关机信号。(步骤S11)
[0045] (14)若收到关机信号，则关闭循环泵和所有控制阀，结束循环。(步骤S12)[0046] (15)若没有收到关机信号，则直接返回步骤S2。
