摘要 本文分别对3种典型的华南地区学校太阳能热水系统运行原理和智能水表在热水系统中的应用进行具体的阐述，并对其运行过程中存在的问题进行分析。

关键词 太阳能 华南地区 学校 运行原理 智能水表

前言
在太阳能热水工程应用领域，学校的应用较为普遍，而华南地区学校因其得天独厚的地理优势和气象条件，一直以来都是各太阳能公司重点争夺的细分市场。而太阳能系统设计会直接影响到系统的运行效果，因此，现对华南地区学校太阳能热水系统运行原理做一详细阐述。

1 单水箱系统
1.1 系统运行原理图

图1 单水箱系统运行原理

1.2 运行原理说明
1.2.1 集热系统温差循环
(当集热器上循环末端出水口温度T1和太阳能水箱的温度T2的温差到达设定值时（如5℃），太阳能循环泵启动，通过循环加热太阳能水箱内的水，当温差低于设定温度时（如2℃），太阳能循环泵停止，集热系统停止循环。

1.2.2 定时补水控制：

在设定的时间段（可设定每天用水结束后）检测水箱的水位S1，当水箱S1中的水位未满时，开启补水电磁阀，补水至水箱水满时关闭补冷水电磁阀。

1.2.3 空气源热泵机组控制
辅助加热1：在每天上午（如10：00）检测水箱的水温T3，如果水温低于设定温度20℃时，控制系统开启空气源热泵机组，对水箱进行加热，加热至设定温度（如30℃）时停止。

辅助加热2：在每天中午（如12：00）检测水箱的水温T3，如果水温低于设定温度30℃时，控制系统开启空气源热泵机组，对水箱进行加热，加热至设定温度（如35℃）时停止。

辅助加热3：在每天下午（如14：00）检测水箱的水温T3，如果水温低于设定温度35℃时，微信公众号：LXF888518518，控制系统开启空气源热泵机组，对水箱中的水进行加热，加热至设定温度（如45℃）时停止。

辅助加热4：在每天下午（如下午16：00）检测水箱的水温T3，如果水温低于设定温度45℃时，控制系统开启空气源热泵机组，对水箱中的水进行加热，加热至设定温度（如50℃）时停止。

1.2.4 供、回水控制

在供热水管上安装加压回水泵和供水电动蝶阀，受管网压力、温度、供水时间段控制，当管网有用水并达到供热水时间时，启动加压泵供应热水。在管网末端设定温度回水电磁阀，管网末端温度低于40℃时电磁阀开启，高于45℃时回水电磁阀关闭。


1.3 系统运行思考
对于单水箱系统，从结构上看，系统较简单，对降低工程造价有一定的帮助。但是集热器和辅助能源对同一水箱中的水加热，系统整体控制复杂程度增加，集热器和辅助能源的工作的时间上存在着交叉，降低对集热器利用率。 例如当供热水箱水中的温度达到45℃时，而集热系统是靠温差来循环的，只有温差达到一定的范围才能将集热器中的热水带到水箱中，假设集热器中的热水已达到42℃，但温差没达到要求，那42℃的热水就不能进入到供热水箱中，更多资讯请搜索微信公众号：李晓锋，如果刚好此时供热水箱在这一时段水位没达到一定的水位，补水电磁阀又开启补充冷水到供热水箱中，辅助能源这时启动消耗电能将水加热，这样就造成了能源的浪费。

2 带过渡泵的双水箱系统
2.1 系统运行原理图

图2 带过渡泵的双水箱系统运行原理

2.2 运行原理说明
2.2.1 集热系统分两种模式运行
1.当过渡水箱满水位时，为温差强制循环模式
当集热器上循环末端出水口温度T1和过渡水箱底部温度T2的温差（T1—T2）≥5℃（可调）时，太阳能循环泵启动，通过循环加热过渡水箱内的水，当温差（T1－T2）≤2℃（可调）时，太阳能循环泵停止。

2.当过渡水箱未达到满水位时，为定温放水模式：
当集热器上循环末端出水温度T1≥55℃时（可调），定温补水泵启动，将集热器中的高温水顶入到过渡水箱中；当T1≤45℃或过渡水箱满水位时，定温补水泵停止。

2.2.2 过渡泵控制：
当系统检测到过渡水箱水温T3≥50℃（可调）且供热水水箱水位未满水时，过渡泵启动，将过渡水箱中的热水抽到供热水水箱中；当供热水水箱满水位或过渡水箱处于下限水位时，过渡泵停止。

2.2.3 空气源热泵机组控制及补水电磁阀控制
辅助加热1：在每天上午（如10：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定30%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到30%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。

辅助加热2：在每天中午（如12：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定50%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到50%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。

辅助加热3：在每天下午（如15：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定75%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到75%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。

辅助加热4：在每天下午（如18：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定100%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到100%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。

2.2.4 供、回水控制
在供热水管上安装加压回水泵和供水电动蝶阀，受管网压力、温度、供水时间段控制，当管网有用水并达到供热水时间时，启动加压泵供应热水。在管网末端设定温度回水电磁阀，管网末端温度低于40℃时电磁阀开启，高于45℃时回水电磁阀关闭。


2.3 系统运行的思考
带过渡泵的双水箱系统相比单水箱系统，解决了集热器和辅助能源工作上的交叉，有利于发挥各自的功能，辅助能源的控制也变得很简单，只受供热水箱水温控制。更多资讯请搜索微信公众号：李晓锋，再者，系统在供水方式的形式上可根据学校的具体要求选择定时供水或是全天候供水，主要归功于供热水箱中的水温波动较小。

实际运行过程中，有时由于供热水箱中的的水位探头位置没有调节好，造成过渡泵不启动，过渡水箱中的热水无法被输送到供热水水箱中，造成太阳能资源的浪费。

实际运行过程中还有一种情况较常见，就是学校放假期间，学校用热水量减少或几乎不用水，而这期间，天面上的太阳能系统还是在正常运行的，这就带来了过渡水箱中水温过热的的问题。

定温补水泵的选型也应注意其扬程及流量，应避免其频繁地启动，尽量让其每一次运行的时间稍长点，形成冷水顶入集热器时，在流动的过程就可以缓缓升温被加热为热水，所以定温补水泵的流量可以适当的选小点。


3 无过渡泵的双水箱系统
3.1系统运行原理图

图3改进后无过渡泵的双水箱系统运行原理图

3.2运行原理说明
3.2.1 集热器系统温差循环
当集热器上循环末端出水口温度T1和过渡水箱底部温度T2的温差（T1－T2）≥5℃（可调）时，太阳能循环泵启动，通过循环加热过渡水箱内的水，当温差（T1－T2）≤2℃（可调）时，太阳能循环泵停止。

3.2.2 定温顶水控制
当过渡水箱平均水温T3≥55℃时（可调），补水电磁阀开启，将过渡水箱中的热水顶入到供热水水箱中，直至T3≤40℃时（可调）或供热水水箱满水位时，补水电磁阀关闭。

3.2.3 空气源热泵机组控制及补水控制：
辅助加热1：在每天上午（如10：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定30%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到30%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。

辅助加热2：在每天中午（如12：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定50%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到50%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。

辅助加热3：在每天下午（如15：00）检测供热水箱的水位S2，如果水位低于设定75%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到75%为止，热泵机组启动，对供热水箱中的水加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。

辅助加热4：在每天下午（如18：00）检测供热水箱中的水位S2，如果水位低于设定100%时，打开补水电磁阀M1进行补水，直至水位达到100%为止，热泵机组启动，对供热水箱加热，加热至设定温度T4（如50℃）时停止。


3.2.4 供、回水控制
在供热水管上安装加压回水泵和供水电动蝶阀，受管网压力、温度、供水时间段控制，当管网有用水并达到供热水时间时，启动加压泵供应热水。在管网末端设定温度回水电磁阀，管网末端温度低于40℃时电磁阀开启，高于45℃时回水电磁阀关闭。

3.3 对系统的思考
无过渡泵的双水箱系统是总结了前面两个系统的经验而设计出来的，以双水箱之间高位连通管来代替过渡泵，从而降低了系统控制的复杂性。

设计时必须合理的分配双水箱容积的比例，以及确定高位连通管的开孔位置，高位连通管的管径也尽量选大点，增加其过流能力，大致是比补冷水管管径大上两个规格。

4.智能水表在热水系统中的应用

4.1、产品用途

IC卡智能水表（水控器）也叫IC卡热水刷卡消费器，是热水供应计量收费的高科技智能仪表，配合水控管理软件使用，主要用于学校学生、工厂员工宿舍里或澡堂如：学校安装了热泵、太阳能热水供应工程系统，热水需要收费或限制用量，安装IC卡智能水控系统后，就能在管理软件上进行发卡、收费或限量管理，学生/员工持卡可到水控机上刷卡用水，按每个人的用水量进行扣费，多用多付费，出多少水相对应就扣多少钱或一天一个人限制用多少升水。

4.2、产品类型

IC卡智能水表（水控器）分为：计量型、限量型、计时型和预扣费型。

4.2.1、一体计量型：计量的水控器由由IC卡控制器、全铜电子脉冲水表、全铜电磁阀、电源变压器四部分组成。控制器读取用户IC卡上的金额，在使用过程中以电子脉冲水表的流量（脉冲信号）为依据扣除用户卡上金额，控制用水量。该感应式IC卡热水表将热水计量、控制用水量和扣减IC卡上储值金额三项功能设计为一体，确保系统稳定可靠、操作简单、科学合理。，水控器按流量来计费，按用水流量续分收费，两者都可精确到升，计费精确到分。可分以下的型号、功能：

■产品型号：LXSGRZ-L

功能特点：按用水流量续分收费，放卡即出水，拿卡即停水。内装带表盘脉冲水表、计量确度高、适用范围广。

■产品型号：LXSGRZ-LX

功能特点：按用水流量续分收费，放卡即出水，拿卡即停水。有时间、日期显示，可设置用户卡每天限量用水，内装带表盘脉冲水表、计量精确度高；多用于热水量供应不足或福利用水场合，水控器可以实现限制每天每人的用水量。具有补贴功能，对于工厂宿舍的热水收费可以采取补贴功能。 比如：工厂免费给员工一天用水是30升/人 ，一个月就1500升，可以折算成钱存进每个员工的卡里，员工用完就要另外充钱方可使用。

■产品型号：LXSGRZ-LG

功能特点：按用水流量续分收费，放卡即出水，拿卡即停水。有时间、日期显示，具有脱机挂失功能，可设置用户卡每天限量用水，内装带表盘脉冲水表、计量精确度高；适合大型学校、企事业单位管理要求高的场合使用。

4.2.2、一体计时型：由IC卡控制器、全铜电磁阀、电源变压器四部分组成。控制器读取用户IC卡上的金额，在使用过程中以时间长短（S）为依据扣除用户卡上金额，控制用水量。该感应式IC卡热水表将用水时间、控制用水量和扣减IC卡上储值金额三项功能设计为一体，确保系统稳定可靠、操作简单。水控器按时间来计费，故计时的水控器会受水压影响，同一样的时间如果水压大就会水流的多一点，水压小就会流少一点。可分以下的型号、功能：

■产品型号：LXSGRZ-S

功能特点：按使用时间续分收费,放卡即出水，拿卡即停水。价格便宜，仅适合水流量稳定场合。

■产品型号：LXSGRZ-SX

功能特点：按使用时间续分收费,，放卡即出水，拿卡即停水。有时间、日期显示，可设置用户卡每天限量用水，价格便宜，适合水流量稳定热水量供应不足或特别要求的场所使用。

■产品型号：LXSGRZ-SG

功能特点：按使用时间续分收费,，放卡即出水，拿卡即停水。具有脱机挂失功能，有时间、日期显示，可设置用户卡每天限量用水，价格便宜，适合水流量稳定热水量供应不足的大型学校、企业单位使用。

4.2.3、预扣费计量型：由IC卡控制器、全铜高精度电子脉冲水表、全铜电磁阀、电源变压器四部分组成。控制器读取用户IC卡上的金额，在使用过程中以电子脉冲水表的流量（脉冲信号）为依据扣除用户卡上金额，控制用水量。该感应式IC卡热水表将热水计量、控制用水量和扣减IC卡上储值金额三项功能设计为一体，确保系统稳定可靠、操作简单、科学合理。本型号水控器有一体式和分体式，计量精度高，多用于直饮水、开水计量收费场所。

■产品型号：LXSGRZ-YF

功能特点：按用水流量续分计费，预扣费方式，碰卡拿开即出水；再碰卡即停水。用完预扣款亦自动停水，可回收余额。可设定每次刷卡取水量，使用灵活、带高精确度脉冲水表、计量精确度为0.016升。

4.3水控系统功能特点

IC卡水控管理系统由管理软件、IC卡水表（水控器）、充值发卡管理器组成；在电脑上安装兆基IC卡热水控制系统管理软件，并连接发卡器对所有使用热水的用户IC卡进行开户、充值、退费、注销等操作，并对所有IC卡水表进行费率调节、最大用水量设定等操作。管理系统软件功能包括人事资料管理、IC卡管理、数据资料查询、报表打印、系统安全维护等功能，是IC卡热水控制系统的核心部分。系统设计结构合理，操作维护简单，并有如下特点：

1、刷卡用水，将卡放置感应区或插入卡槽，设备自动计费出水；将卡拿走，设备自动断水，停止计费。

2、设备更人性化，安装使用更方便。独特设计，安全、防水、防潮、防磁、防拆、防破坏。

3、一体计量设备配备电磁阀、流量表，无需另外安，装从而减少繁琐的安装调试过程。

4、液晶屏显示。显示卡中余额、费率、用量及消费金额等。

5、设备分计量无表盘型、计量带表盘型、计时型，三种（可联网/脱机）。

6、计量型设备采用计量方式扣费，计时型设备采用计时方式扣费，采用计时扣费方式，费率设置灵活，可满足用户各种需求；采用计量扣费方式，计费更准确、更科学、更合理。

7、可设置消费卡每日或每月最大用水时间、用水金额。

8、设备使用不锈钢螺丝、全铜电磁阀、全铜流量表，设备经久耐用。整机进行水浸测试和压力测试，完全合格。

9、设备工作电压为12V，保证使用者安全。

10、设备可通过管理卡轻松设置费率、限额。

11、系统使用双电子钱包，账目更准确，数据更安全。