劉巖　傅振鶴

摘 要：為了進(jìn)一步減少冬季北方地區(qū)建筑供暖能耗。本文提出了一種基于單片機(jī)的太陽能相變蓄熱新風(fēng)供暖系統(tǒng)。本文對(duì)該系統(tǒng)中的全玻璃真空管集熱器與相變蓄熱系統(tǒng)建立了仿真數(shù)學(xué)模型，并對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：太陽能；全玻璃真空管集熱器；相變蓄熱系統(tǒng)；單片機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.072

將全玻璃真空管集熱系統(tǒng)與太陽能相變蓄熱系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合承擔(dān)建筑物的新風(fēng)負(fù)荷，可以通過此系統(tǒng)將多變且不穩(wěn)定的太陽熱能變成可供供暖系統(tǒng)利用的穩(wěn)定熱源[1]。

1 系統(tǒng)原理

在本系統(tǒng)中，集熱裝置采用全玻璃真空管收集能量；蓄熱裝置采用相變材料蓄熱，熱媒介為水。供暖季，白天陽光充足，利用集熱器收集多余太陽能通過板狀相變材料貯存到蓄熱裝置中；夜間或清晨，蓄熱裝置將白天貯存的能量利用供暖末端設(shè)備吹入屋內(nèi)，實(shí)現(xiàn)供暖功能[2]。圖1為太陽能相變蓄熱新風(fēng)供暖系統(tǒng)原理圖。

2 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)作為供暖控制系統(tǒng)的主控制器[3]，主要包括溫度測(cè)量模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、流量測(cè)量模塊、電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等構(gòu)成。供暖系統(tǒng)通過檢測(cè)溫度和流量信號(hào)對(duì)閥門和水泵進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換供暖模式。圖2是用燈泡代替電磁閥和水泵的模擬實(shí)驗(yàn)圖。

當(dāng)toutc≤35℃，且max（tpcm）<30℃時(shí)，電鍋爐進(jìn)行供暖，單片機(jī)I/O口P2.1、P2.4、P2.5、P3.3向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，打開閥門V2、V5、V6和水泵2，供暖系統(tǒng)切換到白天電鍋爐供風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組運(yùn)行模式；當(dāng)toutc≤35℃，且max（tpcm）≥30℃時(shí)，儲(chǔ)熱相變蓄熱裝置進(jìn)行供暖，單片機(jī)I/O口P2.2、P2.3、P2.4、P3.3向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，打開閥門V3、V4、V5和水泵2，系統(tǒng)切換到相變蓄熱供風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組運(yùn)行模式；當(dāng)toutc>35℃，m2p≠0且tinp>toutp或toutc>35℃，m2p≠0且touta≥28.5℃時(shí)，說明集熱器可以邊供暖邊蓄熱，單片機(jī)I/O口P2.0、P2.1、P2.4、P2.7、P3.2、P3.3向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，打開閥門V1、V2、V5、V7和水泵1、2，系統(tǒng)切換到集熱器邊供風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組邊向相變蓄熱裝置蓄熱運(yùn)行模式；當(dāng)toutc>35℃，m2p≠0且tinp>toutp或toutc>35℃，m2p=0且touta<28.5℃時(shí)，電鍋爐進(jìn)行供暖，單片機(jī)I/O口P2.1、P2.4、P2.5、P3.3向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，打開閥門V2、V5、V7和水泵2，系統(tǒng)切換到集熱器供風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組運(yùn)行模式。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)利用太陽能供暖清潔環(huán)保，相變蓄熱方法蓄熱效果好，熱量損失較小，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉且實(shí)用性較強(qiáng)，具有很好的研究和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]張姝婷.太陽能相變蓄熱吸收式空調(diào)系統(tǒng)數(shù)值模擬研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]卞峰，梁慧媛，牛蔚然，邵珠坤.空氣源熱泵輔助太陽能供暖技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J].煤氣與熱力，2018，38（09）：27-31.

[3]王柵，劉凱，李靜，侯景鑫.相變蓄熱材料在太陽能供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2016（09）：114.

作者簡介：劉巖（1992-），男，內(nèi)蒙古阿拉善人，碩士，主要研究方向：電力系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)化、新能源方向。