摘要：太陽能采暖系統投入自動運行后，供回水溫度應始終在規定的范圍內運行。當水箱中的水溫達不到規定范圍時，電加熱器會自動啟動對供水進行加熱直至達到規定值；同時，水箱中的水位過低或過高時，報警裝置會自動啟動報警并采取措施。通過實時曲線和報表還可以隨時了解到系統運行時的詳細情況，還通過歷史趨勢曲線和歷史報表查詢任意時間段的歷史數據，對整個系統有更全面的了解，以保證系統的安全，經濟地運行。
　　關鍵詞：組態軟件，模擬，太陽能，采暖
　　中圖分類號TK519文獻標識號：A
　　
　　1引言
　　近年來，隨著資源的日益短缺，常規能源的綜合利用以及新能源的開發利用迫在眉睫，太陽能采暖系統在建筑中得到廣泛的應用和發展。其中，多熱源低溫地板采暖系統能耗低的特點特別適合別墅以及中國農村用戶廣泛應用。一方面保證甚至提高人民的生活質量水平，另一方面降低常規能源的消耗提高能源利用率，因此，多熱源太陽能供熱系統受到了廣泛的關注和研究。
　　為了方便研究和系統的優化設計，使設計過程簡單化，并且方便多熱源太陽能供熱系統的模擬，需要利用計算機在建立數學模型的基礎上模擬多熱源太陽能供熱系統運行情況。在建立的多熱源采暖系統的模擬系統上可以通過多次設定多熱源供熱系統的各個參數后觀察運行狀況，并記錄運行結果。對得到的多個運行結果進行比較分析，可以比較容易的得到該模擬系統的優化參數。該參數可以作為該模型工程設計的參考參數，極大的方便了工程設計
　　的參數選擇，為成功設計出高質量多熱源太陽能供熱系統的奠定了基礎，并且大大減少了試驗開銷，以及試驗的工作量。
　　該系統的建立與實際各個系統設備越接近，其中各個控制參數選取得當的話可以起到全天候的精確控制，是系統能否安全運行的關鍵。
　　2總體設計方案
　　2.1多熱源太陽能采暖系統
　　本文采用的是以太陽能集熱為主，電加熱器為輔助熱源的低溫地板雙循環采暖模擬系統。雙循環太陽能采暖系統是一種間接加熱的采暖方式，主要設備是太陽能集熱器、循環水泵、熱交換器、儲熱水箱、電加熱器。該系統循環均采用水泵提供循環動力強制循環。考慮到冬季室外氣溫較低，太陽能集熱系統有凍結的可能，所以集熱器內循環工質采用防凍液，這樣就必須采用間接式系統，因此有兩個循環：即太陽能集熱系統和采暖系統，兩個循環通過一個換熱器結合在一起，利用換熱器進行熱量交換。其中太陽能集熱系統利用防凍液做為工質，防凍液在換熱器中走管外，這樣它在集熱器與換熱器之間循環流動加熱管內工質，利用溫差控制全自動強制循環，控制器隨時檢測換熱器與集熱器出口溫度差，達到設定指標，即啟動循環泵，若低于設定指標，即自動停泵；采暖系統利用水做為工質，在換熱器內的盤管與地板采暖盤管之間循環流動，從而將熱量散發給房間，為了保證系統的正常運行，系統還必須配有自動控制系統，以控制太陽能集熱系統和輔助加熱系統，儲熱水箱用來儲備在光照強度超出用戶消耗熱時的多余的太陽能，以作為晚上無光照的時候應用。日照不足時，當儲熱水箱的熱量已達不到用戶要求，自動啟動電熱水輔助加熱系統，使供水溫度保持設定值，為保證系統安全可靠，換熱器與電加熱系統采用串聯運行方式，換熱器出水做為電加熱系統進水，太陽能充足時電加熱系統不啟動，由太陽能集熱器提供室內用熱需求，太陽能不足時由電補熱到設定溫度，保證用戶使用舒適。對太陽能供熱系統進行綜合系統工藝設計可實現了自動控制，不但保證在陰天和晚上熱用戶的需求，而且實現了系統節能與優化。
　　雙循環太陽能采暖系統的主要特點是：系統的太陽能集熱器采用平板式太陽能集熱器，系統承壓能力很高，適合機械循環的方式，而且循環介質是防凍液，沒有冬季凍結的擔憂；系統采用間接式系統，集熱和采暖循環是兩個獨立的系統，既可以方便防凍液的使用，同時又有利于采暖的運行；系統配備電加熱輔助系統，可以滿足太陽能集熱不足時的需要。一般當太陽能集熱面積足夠時，電加熱的開啟時間可以推遲到23點以后，此時正是峰谷電價的谷段，電價很低，經濟性好；系統配備了自動控制裝置，可以按照事先設定的自動啟動或關閉太陽能集熱系統，同時，也可以根據太陽能集熱的實際情況自動啟動電加熱，以達到系統穩定、高效運行的要求。
　　在該系統中，要能夠動態顯示一天當中室外溫度的變化，并且要求根據室外溫度變化調整熱負荷。在太陽能集熱循環中通過數據顯示模擬一天當中光照輻射強度變化情況以及集熱器的吸熱情況。熱交換器是關鍵設備，在熱交換器中通過間接換熱使太陽能集熱循環工質防凍液吸收的太陽能傳遞給地板采暖系統循環工質水，用于連接兩大循環從而實現熱量從太陽能集熱循環系統中傳遞給低溫地板采暖循環系統中。
　　2.2多熱源太陽能采暖系統模擬方案
　　整個模擬系統式以MCGS6.20版本作為開發編輯平臺。整個系統具有以下功能。
　　（1）總體監視：顯示采集數據的事實模擬數據，主要包括流量，溫度，輻射強度，功率，吸熱量等數據；（2）控制功能：能動態的開啟和關閉閥門，循環水泵等可控制對象；
　　（3）數據存儲：每隔一段時間將數據保存起來，方便以后的查詢，所保存的數據還可以通過查詢進行二次處理；（4）報警功能：當有事故或者故障發生時，微機通過指示燈報警并且在電腦屏幕上顯示出來；報警畫面上可以設置報警的上限、上上限、下限和下下限，當超過了設置的范圍時候就會產生報警信息，保證了系統的運行；（5）報表曲線查詢：該系統提供了實時報表和實時曲線的查詢，以用來監控當前系統的運行。
　　3多熱源太陽能采暖系統計算機模擬實現
　　3.1變量定義
　　如圖1所示：在MCGS中，數據不同于傳統意義的數據或變量，以數據對象的形式來進行操作與處理。數據對象不僅包含了數據變量的數值特征，還將與數據相關的其它屬性（如數據的狀態、報警限值等）以及對數據的操作方法（如存盤處理、報警處理等）封裝在一起，作為一個整體，以對象的形式提供服務，這種把數值、屬性和方法定義成一體的數據稱為數據對象。
　　
　　3.2界面的構建
　　在MCGS中構建動畫界面需要用到動畫構件，動畫構件本身是一個獨立的實體，它比圖元和圖符包含有更多的特性和功能，它不能和其它圖形對象一起構成新的圖符。MCGS中動畫構件工具箱和常用圖符如圖2所示：
　　
　
　　要建立完整的組態工程，首先要利用動畫構件和常用圖符構件組態界面，然后在把各個構件和圖元和對應的變量建立連接關系，再通過編程使其在運行策略中最終實現系統組態工程。下面以儲熱水箱為例建立組態界面：
　　使用流動塊構件繪制管道，雙擊繪制的流動塊便可以彈出流動塊屬性對話框，如圖3所示。在流動塊構件屬性對話框中有三個選項卡：基本屬性，流動屬性和可見度屬性。在基本屬性選項卡中可以設置流動塊的外觀，流動方向和流動速度。如圖4所示流動屬性需要通過表達式中選取與該流動塊對應的變量來控制該流動快的流動。如圖5所示可見度屬性中選取表達式來控制流動塊的可見度。如圖6所示通過插入元件構件，選取儲藏罐中罐53元件作為儲熱水箱。
　　
　　
　　

　　
　　在上述工作的基礎初上，再在元件庫中插入兩個液位傳感器和一個溫度傳感器，用來測量儲熱水箱的溫度和液位，用流動塊元件連接各個部件最終建立集熱水箱的界面圖如圖7所示。建立集熱水箱變量的連接，變量tanklevel是指的水箱當前水位，tanktemp指的是水箱水當前溫度。
　　

　　按照上述的方法，可以建立換熱器，太陽能集熱器，電加熱器，水泵，閥門和管道界面和變量的連接得到最終的效果圖，如圖8所示。
　

　　該系統總圖中主要有控制面板、指示模塊、注釋說明和系統動畫界面。整個系統動畫界面中，主要包含太陽能集熱循環、采暖循環和生活用水管路三大部分。太陽能集熱循環用來收集太陽能輻射能。采暖循環用來為用戶提供才怒啊熱水。生活用水管路用來給用戶提供所需的生活熱水。
　　3.6實時曲線建立
　　實時曲線用來監控當前系統的運行,它的建立顯得尤為重要，如圖9所示,在控制臺的用戶窗口選項卡中新建用戶窗口，并且命名窗口名為實時曲線。雙擊實時曲線窗口進入窗口組態狀態，利用實時曲線構件建立該系統的實時曲線如圖10所示。
　　
　　
　　
　　圖10實時曲線示意圖
　　Fig.10drawingofrealtimecure
　　雙擊實時曲線構件，彈出實時曲線屬性設置窗口。設置屬性值如圖11，圖12，圖13所示，點擊檢查無錯誤后，點擊確定完成實時曲線的編輯。這樣正在運行的系統既可查看運行曲線，如圖14所示。
　　
　　　　
　　　　
　
　　
　　　　3.7實時報表建立
　　實時報表用來監控當前系統的運行，如圖15所示在控制臺的用戶窗口選項卡中新建用戶窗口，并且命名窗口名為實時報表。雙擊實時報表窗口進入窗口組態狀態，利用自由表格構件建立實時報表如圖16所示。
　　
　　
　　
　　
　　
　　點擊確定完成實時報表建立圖的編輯，運行效果圖如圖17所示，給出多熱源太陽能地板采暖系統數據報表
　　

　　
　　4結論
　　本系統采用的是太陽能低溫地板輻射采暖技術。創建綠色環保工程,有效節約能源,這是當今社會發展對基礎設施建設提出的新要求,低溫熱水地板輻射采暖技術的應用順應了這一歷史的潮流,它是以低溫熱水為熱媒,通過埋設于地板墊層內加熱盤管把地板加熱,均勻地向室內輻射熱量,是對房間熱微氣候進行調節的節能采暖系統。地板輻射采暖的實感溫度比室內環境溫度高出2℃～4℃,住宅室內采暖溫度每降低1℃,可以節約燃料10%。采用地板輻射采暖,可使人們同時感受到輻射溫度和空氣溫度的雙重效應,其室內溫度梯度比對流采暖時小,因而可以大大減少房屋上部的熱損失,熱壓減小,冷風滲透量也減小。與傳統散熱器對流供暖方式相比，它具有許多顯著的特點，熱效率提高20%~30%左右，即可以節能20—30%能耗，施工方便簡單易操作,可縮短施工時間,可節約施工人工費成本,因而非常具有實用經濟性。
　　通過組態模擬系統可將虛擬的數據進行匯總、存儲和處理，運用分散控制與集控制相結合手段，對該系統運行的全面測量、管理和控制。當供水溫度達不到規定值時，系統可以自動啟電加熱，將供水加熱到規定值，以保證供熱質量；當蓄熱水箱水溫過高和水位過高或過低時，系統會自動啟動報警，并采取處理措施，以保證系統的安全經濟運行。
　　綜上所述，本系統具有較高的經濟實用性，具有很好的發展前景。
　　
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