太陽能相變蓄熱新風供暖系統研究

劉巖　傅振鶴

摘 要：為了進一步減少冬季北方地區建筑供暖能耗。本文提出了一種基于單片機的太陽能相變蓄熱新風供暖系統。本文對該系統中的全玻璃真空管集熱器與相變蓄熱系統建立了仿真數學模型，并對單片機控制系統進行了設計，驗證了該系統的可行性。

關鍵詞：太陽能；全玻璃真空管集熱器；相變蓄熱系統；單片機

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

將全玻璃真空管集熱系統與太陽能相變蓄熱系統有機結合承擔建筑物的新風負荷，可以通過此系統將多變且不穩定的太陽熱能變成可供供暖系統利用的穩定熱源[1]。

1 系統原理

在本系統中，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備吹入屋內，實現供暖功能[2]。圖1為太陽能相變蓄熱新風供暖系統原理圖。

2 控制系統

本系統利用AT89C51單片機作為供暖控制系統的主控制器[3]，主要包括溫度測量模塊、A/D轉換模塊、流量測量模塊、電源模塊、驅動模塊等構成。供暖系統通過檢測溫度和流量信號對閥門和水泵進行控制，實現自動切換供暖模式。圖2是用燈泡代替電磁閥和水泵的模擬實驗圖。

當toutc≤35℃，且max（tpcm）<30℃時，電鍋爐進行供暖，單片機I/O口P2.1、P2.4、P2.5、P3.3向驅動電路發信號，驅動繼電器動作，打開閥門V2、V5、V6和水泵2，供暖系統切換到白天電鍋爐供風機盤管機組運行模式；當toutc≤35℃，且max（tpcm）≥30℃時，儲熱相變蓄熱裝置進行供暖，單片機I/O口P2.2、P2.3、P2.4、P3.3向驅動電路發信號，驅動繼電器動作，打開閥門V3、V4、V5和水泵2，系統切換到相變蓄熱供風機盤管機組運行模式；當toutc>35℃，m2p≠0且tinp>toutp或toutc>35℃，m2p≠0且touta≥28.5℃時，說明集熱器可以邊供暖邊蓄熱，單片機I/O口P2.0、P2.1、P2.4、P2.7、P3.2、P3.3向驅動電路發信號，驅動繼電器動作，打開閥門V1、V2、V5、V7和水泵1、2，系統切換到集熱器邊供風機盤管機組邊向相變蓄熱裝置蓄熱運行模式；當toutc>35℃，m2p≠0且tinp>toutp或toutc>35℃，m2p=0且touta<28.5℃時，電鍋爐進行供暖，單片機I/O口P2.1、P2.4、P2.5、P3.3向驅動電路發信號，驅動繼電器動作，打開閥門V2、V5、V7和水泵2，系統切換到集熱器供風機盤管機組運行模式。

3 結束語

本系統利用太陽能供暖清潔環保，相變蓄熱方法蓄熱效果好，熱量損失較小，控制系統結構簡單，成本低廉且實用性較強，具有很好的研究和發展前景。

參考文獻：

[1]張姝婷.太陽能相變蓄熱吸收式空調系統數值模擬研究[D].廣東工業大學，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經濟性分析[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中的應用[J].資源節約與環保，2016（09）：114.

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