家用热水集成系统

家用热水集成系统（精选三篇）

家用热水集成系统 篇1

随着能源供需矛盾的日益尖锐,太阳能热水器的用户会大大增加[1]。与其他热水系统相比具有节约能源、无污染, 结构简单, 维护使用方便安全且经济效益明显[2],但在使用中还存在一些局限性,主要有以下五点:

(1)在冬季或阴雨天气,阳光不充足使太阳能热水器的水温偏低;

(2)国内普遍使用的真空管太阳能热水器是用水作为循环介质,当冬季夜晚温度较低时,存在结冻的问题;

(3)随着生活水平的提高,在大户型和别墅型的住宅中有多个用水点,输送管道过长,则需先排出冷水,难以实现即开即热;

(4)普通太阳能热水器采用电辅加热,加热时间过长。

(5)城市中高层住宅越来越多,若使用真空管热水器放置在屋顶,需要设置许多管道[3,4,5]。

目前在城市中,国内外趋向于使用平板式太阳能热水器解决上述中(2)和(5)的问题,而回水系统可实现即开即热。针对上述五点,本文将平板式太阳能热水器和回水系统结合在一起,设计出一种新型的家用集成热水系统实现日常使用热水更加便利的目的。

1 方案设计

1.1 太阳能热水器的选型

市场上的太阳能热水器主要有真空管式和平板式两种。与真空管式相比,平板式具有面积效率和耐用性均较高、价格低廉,可与建筑集成以及大面积使用、结构坚固等优点,其次集热板采用的循环介质是防冻液(冷却液),可解决冬天结冻的问题,因此选用平板式太阳能热水器。

1.2 辅助热源的选型

家用太阳能热水器一般采用的辅助热源——电加热,虽然具有寿命较长、安全、环保等优点,但其缺点是使用前需预热和有限的连续使用热水量。燃气热水器具有热效率高、加热速度快、可连续使用的优点,其不足之处在于需要先排出管道里的冷水。本文设计的系统需在短时间内使管道中充满热水,然而电热水器的加热速度无法与燃气热水器相比,而且有研究表明,辅助热源对太阳能系统的节能性和环境效益有较大的影响, 应尽量使用燃气[6],因此选用燃气热水器。

1.3 结构设计

大户型和别墅型的住宅有多个热水用点。在使用时,需要先排放出热水管道中的冷水,导致两个缺点:(1)存在水资源浪费的问题;(2)无法即开即热。因此需在平板式太阳能热水器和燃气热水器的基础上加入回水循环系统,其优势在于,打开水龙头就能直接使用热水,无需排除管道里面的冷水,同时填补了燃气热水器的缺点,实现即开即热和节约水资源。整个系统采用PLC智能控制,无需过多的人为操作,使用简单方便。

2 回水加热循环系统

回水加热循环系统主要由燃气热水器、回水循环泵、水流开关、单向阀和温度探头。该系统原理图如图1所示。

此系统在启动之后,回水循环泵运转,通过燃气热水器加热冷水,让整个回路中充满热水,则可直接出热水。当温度探头探测到温度达到设定值时,则回水循环泵停止工作,进入保温状态。反之,在保温时间内,当温度探头探测的温度低于设定值时,再次启动回水循环泵进行加热。

3 家用集成热水系统

家用集成热水系统是将平板式太阳能热水器与回水加热循环系统结合起来,其主要由板式太阳能热水器、回水循环泵、燃气热水器、水流开关、2个电磁阀、单向阀、2个温度探头等组成,该系统原理图如图2所示。

阳光充足时使用太阳能热水器,储热水箱的温度能达到设定温度,可以直接使用。即使在阳光不足的冬季,也能将储热水箱的温度提高十几摄氏度至二十几摄氏度。将这部分能量利用起来,可节省燃气消耗,相对于单纯的回水加热循环系统更加节能。其工作原理从以下三种情形进行分析。

3.1 无电的情况下

在无电的情况下,因燃气进水口阀设置为常闭,太阳能旁通阀设置为常开,则能正常使用平板式太阳能热水器,回水加热循环系统不工作。

3.2 储热水箱出水口温度达到的情况下

当储热水箱出水口温度达到设定温度(一般设为45℃左右),则无需经过燃气热水器加热,直接可以回水循环和使用热水,此时燃气进水口阀和太阳能旁通阀都处于断电状态。此为家用集成热水系统最理想的状态。

3.3 储热水箱出水口温度未达到的情况下

当储热水箱出水口温度未达到设定温度,在用水的过程中,则需要经过燃气热水器辅助加热之后再进行回水循环和使用,此时需控制燃气进水口阀和太阳能旁通阀均通电,则燃气进水口阀打开,太阳能旁通阀关闭。当回水温度达到设定的温度时,停止加热。

4 PLC集中控制系统

家用集成热水系统采用PLC控制,选用西门子LOGO!230RC。此控制系统共有3个输入信号和3个输出信号。输入信号分为储热水箱出水口温度信号、回水温度信号和水流开关信号。输出信号分别为回水循环泵电机、燃气进水口电磁阀和太阳能旁通电磁阀。整个程序可分为系统启动、防止水流波动、防止频繁启动、自动保温启动和保温控制5个部分进行分析。根据家用集成热水系统的工作原理,PLC控制流程图如图3所示。

4.1 系统启动

整个系统的启动信号有水流开关信号和时段控制信号:(1)水流开关启动是当用户需要用水之前,先打开热水龙头产生水流来启动整个回水系统;(2)时段启动是用户根据自己的用水时间,设定系统启动的时间。

4.2 防止水流波动

因采用水流开关作为启动信号,为防止回路中有水流波动而产生错误信号,需要在水流开关信号后面加入延时控制,保证信号的准确性。

4.3 防止频繁启动

为了防止频繁启动,将以回水循环泵信号为输入的关断延时定时器与回水循环泵信号分别连接到异或门的两个输入,当燃烧时间达到,回水循环泵停止工作之后异或门的输出就变为1,再将异或门的输出与非门连接,最后将非门的输出连接到回水循环泵工作条件的与门上。当关断延时定时器定的时间达到后,回水循环泵才能重新工作。这样能保护回水循环泵电机的作用,延长使用寿命。

4.4 自动保温启动

启动之后,即使在一段时间内不用水,整个回水系统仍正常运行。在防止频繁启动的时间结束之后,利用与防止频繁启动类似的程序使其自动启动回水循环,此时回水循环泵重新开始工作,进行回水,保证管道中仍为热水,达到保温的效果。

4.5 保温控制

在启动后,利用接通延时定时器进行控制,其作用在于如果水流开关在设置的保温时间(约为45分钟)内检测不到用水,则回水系统自动断电。在保温时间内,若回水系统内的回水温度低于设定的温度值,则产生触发信号,回水系统将通电运行。

5 结语

家用集成热水系统充分利用太阳能,降低了人们在日常生活中的水、电、气的消耗,符合建立“资源节约型和环境友好型”社会的要求。虽然初期投资较高,但是运行费用低,且可以适用于城市高层住宅。如果房屋还有供暖的需求,还可以在该系统中加入地暖系统,无需增加热源。

参考文献

[1]唐赣民,史忠科,刘勇,等.一种高效太阳能热水器设计[J].制造业自动化,2005,27(6):18-20.

[2]张喜明,白莉,王佩元,等.太阳能热水系统的实验研究[J].节能技术,2004,22(6):56-57,61.

[3]刘晓琴,张吉光,杜付昌,等.分体式家用太阳热水器[J].可再生能源,2005(6):34-35.

[4]孙明建,张永,魏群,等.即时循环热水系统设计[J].给水排水,2010,36(5):81-83.

[5]安赢,胡明辅,刘峰,等.热水供给回水系统管道热损失的分析[J].山西能源与节能,2009(6):74-76.

如何选择家用热水器 篇2

大家都想着又要热水器节能，又要热水器性能好，可是面对这样多的选择，我们该如何选择实用的家用热水器呢？

类型一：燃气热水器

燃气热水器问世较早，大家对它比较熟悉。挑选此类热水器，可以先考虑排气种类。燃气热水器排气种类有：直排式、烟道式、强排式、平衡式。直排式所需氧气取于室内，且废气也放于室内，属淘汰产品；烟道式用烟道将废气排于室外，用处比较广：强排式用电机强排风，是今后热水器的发展方向；平衡式对室内空气既不消耗，也不污染，但安装这样的热水器需要像装空调一样预留通道，价格较贵。

随着新技术不断被研发，燃气型热水器也有了不少改进。旧式的燃气热水器进水过滤装置不方便清洗，如果过滤装置堵塞，就有可能影响出水的水量大小：而时下各品牌的新式燃气热水器都安装了方便清洗的进水过滤网，旋下进水接口上的过滤网，就可以清除进水管道中堵塞的垃圾。

安全度：★★★☆☆

燃气热水器安装最重要，燃具的安装、改装必须经过专业培训并获主管部门资质审查合格的单位派专业人员进行。对烟道式燃气热水器，要求经销企业必须配售排烟道，确保整机完备，避免发生事故。

方便度：★★★★☆

燃气热水器比较方便，只要有燃气，随时随地都可使用。

节能度：★★☆☆☆

目前许多省市的燃气价格，和采用分时电表后的电价相比较高，和完全节能的太阳能相比，就更加没有竞争力了。

实惠度：★★★☆☆

燃气热水器的价格在热水器中还算实惠。以某国产品牌产品为例，10L的售价为1109元，13L的售价为1340元。进口品牌的产品起码要贵几百元。

建议：

一般三口之家，选择10—13L大小的燃气热水器为宜。

恒温控制的热水器比一般热水器贵三四百元，但是能避免水温忽冷忽热引起感冒，且比起花个千元买恒温水龙头，还是合算的。

居住面积不大的家庭，燃气热水器较适用。如果家里厨、卫距离较远，可考虑卫生间装电热水器，而厨房装燃气热水器。

类型二：电热水器

李先生家用的是电热水器。他每晚定时给热水器加热，保温到第二天早晨，就能洗个舒服的热水澡了。他买的进口品牌热水器每天还能再为他节省0.80元左右的钱，李先生别提有多满意了。

如果三口之家，选择80L大小的较为实惠，经济条件许可情况下多花一倍的钱，150L能满足日常用水需要。不少电热水器在安装时，线控开关可以全隐藏、半隐藏，比较美观，消费者就更要注意排线安全等问题。

安全度：★★★☆☆

时下的电热水器都有隔电网，还有不少安全措施，比如自动监测系统。但是在使用时还是要小心。使用时，电源插头要尽可能插紧。如果是第一次使用电热水器，必须先注满水，然后再通电。

方便度：★★☆☆☆

电热水器要事先用电加热较长时间，如果忘记加热，就不能龙头一开，热水自然来；如果容积不大，一家洗澡还需要错开时间。

节能度：★★☆☆☆

电热水器是否耗电与各个地区电费收取标准相关，一般而言，采用了分时电表的地区，电热水器在节能度上有一定竞争力。

实惠度：★★★☆☆

电热水器的售价和燃气热水器差不多，只有个别几个牌子较贵，某美国品牌热水器，60L的售价为2368元，80L为2588元，要是150L，就要4000元以上了。

建议：

一般三口之家，选择80L大小的电热水器为宜。如果经济条件允许，可选择大型的电热水器。

在使用热水器时，淋浴代替盆浴可节约50%的用水和电力。另外，淋浴器温度设定要合理，一般在60—80℃间，开停时间可根据实际需要确定。

使用电热水器应尽量避开用电高峰，夏天可将温控器调低。

如果家里每天随时需要使用热水，并且热水器保温效果比较好，那么就应该让热水器始终通电，并设置在保温状态，因为保温一天所用的电，比把一箱凉水加热到相同温度所用的电要少。这样不仅用起热水来很方便，而且还能达到省电的目的。

类型三：太阳能热水器

老张的复式新家装的是太阳能热水器，要6000多元。虽然价格昂贵，但说到安全节能，燃气热水器和电热水器都不是太阳能热水器的“对手”。虽然它价格不菲，但是使用时不用出电费、燃气费，而且只要有阳光，随时都能用上热水。

但是，选择太阳能热水器也要注意一些问题。首先就是天气。尤其遇上连日阴雨，太阳能热水器就有点“力不从心”。若遇到凝冻天气，使用太阳能热水器的用户就遇到冰冻的问题。所以不少商家建议消费者在太阳能热水器中加一根电热棒，如果光照不足，便可以把它作为一个电热水器使用。

安全度：★★★★☆

不怕煤气中毒，不怕漏电，使用太阳能热水器很安全。但是也要考虑到雷电天气的影响。太阳能热水器应安装在低于建筑物避雷带（针）以下一定的位置或安装避雷针，避免安全隐患。

方便度：★★★☆☆

放在楼顶上，只要有太阳光，每分钟都有热水供应，不用等待，非常方便。

节能度：★★★★★

太阳能热水器不用付电费、燃气费，使用自然界的太阳能，是目前热水器产品中最为节能的。

实惠度：★★☆☆☆

太阳能热水器一次性投入是最大的。市面上便宜的，也要卖到3000多元，容积大一点，功能全一点的，都要六七千元。但是想想以后就不要为此花一分钱，还是挺合算的。

建议：

洗澡时，如果太阳能热水器的水恰巧用完，而澡还没有洗完，这时用户可以上些冷水，利用冷水下沉、热水上浮的原理，将真空管内的热水顶出，就能接着洗澡了。如果洗完澡后，太阳能热水器里还有一点热水，这时上几分钟冷水，所得热水就可以多洗一人，每支真空管产热水量为6—8升。

根据天气预报决定上水量，可以获得比较满意的水温。如果明天晴天，可把水上满；阴天或者多云，则上半箱水；有雨，保留原有的水，不上冷水。

家用燃气热水器的自适应控制系统 篇3

每年由于燃气热水器使用不当引发的安全事故时有发生。在高海拔区域, 燃气热水器不能适应缺氧环境或达不到最佳的均衡燃烧状态, 产生大量的有害气体CO, 并损失一定的燃气费用;在洗澡中途关水会造成停水温升过高, 停水温升过热的水放掉会造成一定的浪费, 水压和气压的变化会造成热水水温波动等, 这些均对燃气热水器控制技术提出了新的挑战。

1 自适应新技术的概述

在日常生活中, 所谓“自适应”是指生物能改变自己的习性, 以适应新环境的一种特征。因此, 直观地说, 自适应控制器具有能修正自己的特性, 以适应对象和扰动的动态特性的变化。

燃气热水器的自适应新技术实际上就是机器自动适应外界诸多不利于均衡燃烧或恒温的环境, 以安全控制为首要目的, 追求、创造恒温、舒适体验的一种新技术。在其控制过程中仍然要对安装、产品维护和节能环保等方面进行综合考虑。

自适应控制理论为在普通家用燃气热水器系统中引入一些新型传感器提供了依据, 例如:在燃气管道上引入压力传感器, 以检测气源压力的波动;在燃烧或排烟系统中引入气体传感器, 以控制燃烧;在配风系统中引入风量或风速传感器, 以直接的数据定量指导配风等。系统根据检测到的实际水压、燃气气压值、温度、海拔高度和氧含量等参数, 采用一些新的理论控制算法, 比如自校正自适应控制算法、无模型自适应预测控制算法、多变量人工神经网络自适应控制算法等。新型传感器和控制算法的引入必然会使燃气热水器以一种新的面目出现, 在性能上体现出全新的控制指标, 不仅能满足高标准的要求, 在环保、节能、高效、舒适方面也会使人耳目一新。

2 自适应系统控制方案设计

家用燃气热水器自适应系统的主要技术指标, 除了要具备家用燃气热水器的常规技术指标外, 还应具有以下特殊的性能要求: (1) 在热水器工作过程中, 水流量或燃气压力值出现大幅度、快速波动, 出水温度超调应在±2℃范围内, 稳态误差应在±0.5℃范围内, 调节回复时间≤10 s。 (2) 热水器燃烧应始终保持燃气与空气的最佳配比, 以达到均衡燃烧的状态。使燃气燃烧效率最大化, CO排放量应满足欧洲标准要求≤0.01%. (3) 温升速度快, 开机后迅速达到设定温度, 调节时间≤10 s, 无停水温升。 (4) 系统有完备的安全保护措施, 电路安全设计需满足EN298的要求, 工艺设计严谨、可靠、耐用, 使用寿命应在10年以上。 (5) 系统有气种自动识别功能, 并能按不同气种系统自动调整参数, 最终燃烧输出效果相同。 (6) 系统显示操作界面简单, 具有易操作性。可手动设定出水温度, 也可根据季节、入水温度、室温智能设定出水温度, 可切换和记忆。

采用以上方案, 使用氧含量传感器控制燃烧效率和CO的排放, 并使用氧含量传感器闭环控制配风, 使用人工神经网络算法实现热水温度调节, 使用步进调节混水阀进行出水温度的二次调节, 使用热电偶结合算法鉴别气种。该方案对非线性快速扰动有很高的容错能力, 大大提高了响应速度。根据每项输出偏差梯度采用反向传播算法, 实时修改相应输入比例权重, 最终达到模型参考的希望输出值。以上控制方案在燃烧效率、烟气排放、出水温度稳定性、减少超调、降低调整恢复时间、消除停水温升等方面有较好的效果。

在以上方案中, 主要有以下输入量:水流量Lf、氧含量O2、气种鉴别热点偶R以及E0, EC0, E1, EC1。气种鉴别热电偶R用于鉴别气种, 以选择不同的模型参考向量。软件采用多输入非线性人工神经网络模型参考自适应控制算法, 图2所示的网络模型为自适应系统构建软件设计框图。

按神经网络三层前馈网络, 选择足够多的隐层节点, 得到的实际数据可以任意逼近于一个平滑的非线性函数, 直到与所要逼近的非线性函数之间达到要求的精度。

3 结束语

通过使用自适应新控制技术的燃气热水器, 在燃烧效率、烟气排放、出水温度的稳定性、减少超调, 降低调整恢复时间、消除停水温升等方面都收到较好的效果。相信自适应控制技术在不久的将来会给行业带来新一轮的技术变革。

摘要：针对家用燃气热水器的安装、使用会面临不同地域、不同气候、不同温度、不同压力和外界环境突变等情况, 提出一种全新的家用燃气热水器的自适应控制系统。该控制系统能根据当前的外界环境和条件的变化自动适应, 例如海拔高度、风速、温度、燃气压力和气种等, 并对电子控制系统作出调整, 以满足不同气种、不同气候、不同气压、外界环境和条件变化下对生活热水的需求。

关键词：家用,燃气热水器,控制系统,自适应控制

参考文献