本發(fā)明涉及采暖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能源替代技術(shù)的地板輻射采暖系統(tǒng)及其工作方法、熱量計算方法。

背景技術(shù)：

太陽能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到人們的關(guān)注，很多發(fā)達(dá)國家將發(fā)展光伏光熱技術(shù)作為可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。在我國，光伏光熱技術(shù)作為一種能源替代技術(shù)已經(jīng)成為新能源發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分，它的商業(yè)化開發(fā)和利用是重要的發(fā)展方向。

地板輻射采暖和傳統(tǒng)的供暖方式相比，具有舒適、健康、使用壽命長、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)地板輻射采暖的熱源一般來自城市集中供熱熱水，現(xiàn)有集中供熱系統(tǒng)還不能完全做到綠色環(huán)保，這也是導(dǎo)致京津冀地區(qū)霧霾嚴(yán)重的主要原因之一；其次集中供熱熱水的溫度較高，既影響居住舒適度又存在熱能浪費(fèi)，水管的使用壽命也大大縮短；在維護(hù)成本方面，水地暖在使用過程中容易出現(xiàn)漏水故障，處理起來十分麻煩，長期運(yùn)行后，水管內(nèi)壁會出現(xiàn)大量污垢，后期維護(hù)成本比較高。

利用太陽能作為低溫?zé)嵩垂┑匕遢椛洳膳到y(tǒng)是節(jié)能減排的一個有效途徑，但是由于太陽能本身的不穩(wěn)定性，易受季節(jié)、地點(diǎn)、氣候等多種因素影響，現(xiàn)有光熱地板輻射采暖系統(tǒng)需要借助其他方式解決光源不足的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中已有采用交流發(fā)熱電纜進(jìn)行采暖的系統(tǒng)，但其通常使用市電220v供電，加大了使用費(fèi)用。此外，由于電地暖技術(shù)目前還處于發(fā)展階段，電地暖的采暖效果良莠不齊，存在耗電量大、溫度不足、溫度難控制等情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種基于能源替代技術(shù)的地板輻射采暖系統(tǒng)及其工作方法、熱量計算方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種基于能源替代技術(shù)的地板輻射采暖系統(tǒng)，其特征在于：包括光熱地板輻射采暖系統(tǒng)和光電地板輻射采暖系統(tǒng)；所述光熱地板輻射采暖系統(tǒng)包括供熱水管、水箱、太陽能集熱器；所述太陽能集熱器的集熱進(jìn)水管和集熱回水管分別與所述水箱連通，所述集熱進(jìn)水管上設(shè)有排氣管和第一溫度傳感器，所述集熱回水管上安裝有第二溫度傳感器、第一流量變送器以及集熱水泵；所述水箱另一側(cè)連接有供熱進(jìn)水管和供熱回水管，供熱進(jìn)水管和供熱回水管分別與供熱水管的兩端連接，所述供熱進(jìn)水管上安裝有供熱水泵、電動調(diào)節(jié)閥、第二流量變送器、第三溫度傳感器，所述供熱回水管上安裝第四溫度傳感器；

所述光電地板輻射采暖系統(tǒng)包括交流發(fā)熱電纜、太陽能電池、直流穩(wěn)壓器、蓄電池、逆變器以及充電器；所述太陽能電池采集的電能通過所述直流穩(wěn)壓器傳送給所述逆變器，所述逆變器通過多功能電表與交流發(fā)熱電纜連接；所述直流穩(wěn)壓器還為所述蓄電池充電，所述充電器用于為所述蓄電池充電以及為所述逆變器供電；

所述交流發(fā)熱電纜和供熱水管同時鋪設(shè)在室內(nèi)地板上，相互交織并均勻分布，在室內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器。

優(yōu)選地，所述太陽能電池與所述直流穩(wěn)壓器之間的線路上連接有直流斷路器k1和直流接觸器km1，并且并聯(lián)一個直流電壓傳感器v1；所述直流穩(wěn)壓器與所述逆變器之間的線路串聯(lián)有直流電流傳感器a1、直流電流傳感器a2、直流斷路器k2和直流接觸器km2；蓄電池的輸入端并聯(lián)直流電壓傳感器v2，蓄電池為系統(tǒng)提供48v和24v電壓；220v市電經(jīng)過交流斷路器k4、交流接觸器km4、充電器與所述蓄電池連接；所述逆變器與所述多功能電表之間的線路上連接有交流電流傳感器a3、交流電壓傳感器v3；所述多功能電表與所述交流發(fā)熱電纜之間的線路上連接有交流斷路器k3、交流接觸器km3；220v市電經(jīng)過交流斷路器k5和交流接觸器km5與交流發(fā)熱電纜連接。

優(yōu)選地，還包括控制器，所述控制器包含do1～do8端口、ai1～ai16端口、ao1端口、ao2端口、電源端口和rs485通訊端口；其中do1和do2端口輸出控制器數(shù)字量指令，控制直流接觸器km1和直流接觸器km2的通斷，供電電源來自蓄電池輸出的48v直流電；do3～do8端口輸出控制器數(shù)字量指令，控制交流接觸器km3～km8的通斷，交流接觸器km4和km5線圈的供電來自市電220v，交流接觸器km3、km6～km8的供電電源來自逆變器輸出的220v交流電，接觸器km1～km8對應(yīng)設(shè)置hl1～hl8指示燈，當(dāng)線圈得電，相應(yīng)觸點(diǎn)動作，指示燈亮；ai1～ai16端口用于采集模擬量信號，包括回路上的交直流電壓和電流、液位變送器信號、室內(nèi)溫濕度傳感器信號、集熱回路和供熱回路上的溫度和流量信號以及電動調(diào)節(jié)閥的開度反饋信號；ao1端口用于輸出電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，控制器通過模糊pid算法，可以根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)際溫度改變供熱回路上電動調(diào)節(jié)閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制；控制器可以采集和監(jiān)控光熱地板輻射采暖系統(tǒng)和光電地板輻射采暖系統(tǒng)的運(yùn)行時間；電源端口為控制器提供來自蓄電池的24v直流電，此dc24v還為觸摸屏供電；控制器和觸摸屏通過rs485通訊端口進(jìn)行數(shù)據(jù)互傳和共享，觸摸屏上實(shí)時監(jiān)測整個系統(tǒng)的各采集數(shù)值，同時可以接受用戶指令進(jìn)行閥門開度控制和接觸器的通斷控制；k10是控制系統(tǒng)電源回路上的直流斷路器，用于控制系統(tǒng)的手動投切。

優(yōu)選地，逆變器的輸出電壓為集熱水泵、供熱水泵和補(bǔ)水電池閥提供220v交流電，k9是總交流斷路器，k6～k8是每一個分支上的交流斷路器，km6～km8是每個分支上的交流接觸器，km6～km8線圈得電后會動作閉合，從而啟動相應(yīng)設(shè)備，正常運(yùn)行情況下，斷路器k1～k10處于閉合狀態(tài)，系統(tǒng)可以進(jìn)行觸摸屏遠(yuǎn)程集中控制和自動控制，當(dāng)緊急情況發(fā)生時，可以通過斷路器緊急停止設(shè)備的運(yùn)行。

一種基于能源替代技術(shù)的地板輻射采暖系統(tǒng)控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、運(yùn)行光熱地板輻射采暖系統(tǒng)，讀取觸摸屏設(shè)定的溫度，控制器讀取室內(nèi)的溫度；

步驟二、控制器判斷室內(nèi)溫度是否在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，若不在則進(jìn)行步驟三，若在設(shè)定溫度范圍內(nèi)則返回步驟一；

步驟三、控制器判斷室內(nèi)溫度是否大于設(shè)定溫度范圍，如果大于設(shè)定溫度則進(jìn)行步驟四，若小于設(shè)定溫度進(jìn)行步驟五；

步驟四、通過模糊pid減小電動調(diào)節(jié)閥開度；再返回步驟一；

步驟五、判斷電動調(diào)節(jié)閥是否全部打開，若沒有全部打開，則通過模糊pid增大電動調(diào)節(jié)閥開度，若全部打開則進(jìn)行步驟六；

步驟六、控制器運(yùn)行光電地板輻射采暖系統(tǒng)；

步驟七、控制器判斷室內(nèi)溫度是否在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，若不在則進(jìn)行步驟八，若在設(shè)定溫度范圍內(nèi)則返回步驟一；

步驟八、控制器判斷室內(nèi)溫度是否大于設(shè)定溫度范圍，若否，則使用市電給交流發(fā)熱電纜供電；若是，則通過模糊pid減小電動調(diào)節(jié)閥開度；

步驟九、判斷電動調(diào)節(jié)閥開度是否小于10％，若否，則返回步驟六，若是則執(zhí)行步驟十；

步驟十、停止光電地板輻射采暖系統(tǒng)，并返回步驟一。

一種基于能源替代技術(shù)的地板輻射采暖系統(tǒng)的熱量計算方法：

根據(jù)傳熱學(xué)原理，地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量q(i)：

q(i)＝qr(i)+qc(i)(1)

其中：

q(i)為地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量，w/m²；qr(i)為地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時輻射熱量，w/m²；qc(i)為地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時對流熱量，w/m²；

a.所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量計算方法

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)地板內(nèi)的傳熱過程為：熱水管內(nèi)的熱水先將熱量傳給管壁，管壁再加熱地板，最后地面通過對流和熱輻射方式將熱量傳給墻壁和室內(nèi)空氣；

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量qpt(i)：

qpt(i)＝qptr(i)+qptc(i)(2)

qptr(i)＝4.98×10^-8[(tp(i)+273)⁴-(tr+273)⁴](3)

qptc(i)＝2.17×[tp(i)-tr]^1.31(4)

qpt(i)＝4.98×10^-8[(tp(i)+273)⁴-(tr+273)⁴]+2.17×[tp(i)-tr]^1.31(5)

其中：

qpt(i)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量，w/m²；qptr(i)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時輻射熱量，w/m²；qptc(i)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時對流熱量，w/m²；tp(i)為光熱地板輻射采暖系統(tǒng)所對應(yīng)的地板表面溫度，℃，該溫度由紅外測溫儀測得，用于計算光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量；tr為室內(nèi)溫度，℃，該溫度由室內(nèi)溫濕度傳感器測得；tr為非加熱面的平均輻射溫度，℃，(其中：tsk為各部分的表面溫度(℃)；ak為對應(yīng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積(m²))；

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量qpt：

其中：

n為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)一年內(nèi)運(yùn)行的總時間，s；qpt為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。運(yùn)行總時間定義為：光熱系統(tǒng)及其儲能系統(tǒng)運(yùn)行時間總和；

b.所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量計算方法

對于所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)，其地板內(nèi)的傳熱過程為：交流發(fā)熱電纜加熱地板，最后地面通過對流和熱輻射方式將熱量傳給墻壁和室內(nèi)空氣。光電地板輻射采暖系統(tǒng)地板內(nèi)的熱量傳遞過程與光熱地板輻射采暖系統(tǒng)不同。其計算方法如下：

ql＝i²×r’(7)

其中：

ql為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜加熱地板單位長度的熱量，w/m；i為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜的電流，a；r’為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜的修正電阻，ω/m；

其中：

r為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜的電阻，ω/m；αe為材料電阻的熱系數(shù)，℃^-1；α0為熱膨脹系數(shù)，℃^-1；td為電纜的表面溫度，℃；

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量qpv(j)：

其中：

qpv(j)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量，w/m²；qpvr(j)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時輻射熱量，w/m²；qpvc(j)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時對流熱量，w/m²；tp(j)為光電地板輻射采暖系統(tǒng)所對應(yīng)的地板表面溫度，℃，該溫度由紅外測溫儀測得，用于計算光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量；

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量qpv：

其中：

m為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)一年內(nèi)運(yùn)行的總時間，s；qpv為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。運(yùn)行總時間定義為：光電系統(tǒng)及其儲能系統(tǒng)運(yùn)行時間總和；

c.所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量計算方法

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量包括：光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量、光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量和極端情況下的輔助熱源提供的補(bǔ)充熱量。由此總熱量q：

其中：

q為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²；qs為極端情況下的輔助熱源提供的補(bǔ)充熱量，w/m²；

d.所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量的修正計算方法

對于本發(fā)明專利提出的地板輻射采暖系統(tǒng)，其包括了兩種不同采暖形式。對于不同的采暖形式其負(fù)荷不同，同時考慮到了極端情況下的輔助熱源的負(fù)荷。由此，本發(fā)明專利提出使用負(fù)荷因子來修正地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量的計算；

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)的總負(fù)荷包括：光熱地板輻射采暖系統(tǒng)的負(fù)荷、光電地板輻射采暖系統(tǒng)的負(fù)荷和極端情況下的輔助熱源的負(fù)荷；

負(fù)荷因子為lpt、lpv、ls。修正計算方法得出的總熱量qz：

qz＝lpt·qpt+lpv·qpv+ls·qs(12)

lpt+lpv+ls＝1(13)

其中：

lpt為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)的負(fù)荷占總負(fù)荷的比例，％；lpv為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)的負(fù)荷占總負(fù)荷比例，％；ls為極端情況下的輔助熱源的負(fù)荷占總負(fù)荷比例，％；qz為修正計算方法下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。

優(yōu)選地，極端情況下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量計算方法

極端情況下，可能出現(xiàn)三種情況：

1)光電地板輻射采暖系統(tǒng)無法提供熱量，光熱地板輻射采暖系統(tǒng)只能提供較少熱量，主要熱量由輔助熱源提供?？偀崃縬z’：

qz’＝qpt+qs(14)

其中：

qz’為第一種極端情況下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²；

2)光電地板輻射采暖系統(tǒng)與光熱地板輻射采暖系統(tǒng)都無法提供熱量，總熱量由輔助熱源提供。當(dāng)光熱地板輻射采暖系統(tǒng)無法提供熱量時，必須立刻關(guān)閉光熱地板輻射采暖系統(tǒng)循環(huán)，防止室內(nèi)熱量通過該系統(tǒng)散失；

總熱量qz”：

qz”＝qs(15)

其中：

qz”為第二種極端情況下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²；

3)光熱地板輻射采暖系統(tǒng)無法提供熱量，光電地板輻射采暖系統(tǒng)只能提供較少熱量，主要熱量由輔助熱源提供?？偀崃縬z”’：

qz”’＝qpv+qs(16)

其中：

qz”’為第三種極端情況下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²；

當(dāng)光熱地板輻射采暖系統(tǒng)無法提供熱量時，必須立刻關(guān)閉光熱地板輻射采暖系統(tǒng)循環(huán)，防止室內(nèi)熱量通過該系統(tǒng)散失。

本發(fā)明的有益效果是:水地暖和電地暖作為兩種熱源不同的地板輻射采暖方式，各自有優(yōu)點(diǎn)和缺陷。本系統(tǒng)方案將清潔環(huán)保的能源替代技術(shù)應(yīng)用在地板輻射采暖系統(tǒng)上，同時使用本系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的控制與調(diào)節(jié)，充分體現(xiàn)了新能源的綜合利用。交流發(fā)熱電纜和熱水管路的敷設(shè)保證了供熱的穩(wěn)定性，同時又不缺乏靈活性。自供電設(shè)計可以使系統(tǒng)在離網(wǎng)狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，只有在極端天氣下需要使用市電進(jìn)行臨時供電，同時還可以利用谷電為蓄電池充電，提高了能源利用率，節(jié)約了能源。本系統(tǒng)通過模糊pid算法調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度來控制室內(nèi)溫度，將其精準(zhǔn)控制在設(shè)定范圍之內(nèi)，保證室內(nèi)的舒適度與系統(tǒng)的節(jié)能性。本系統(tǒng)的計算方法給出了系統(tǒng)可提供的總熱量計算方法及其修正計算方法和極端情況下可提供的總熱量計算方法。在不需要采暖的情況下，可將本系統(tǒng)的多余能量進(jìn)行存儲或用于基本生活用能。本系統(tǒng)使用方便有效，整個控制系統(tǒng)設(shè)計清晰明了，可以通過觸摸屏進(jìn)行監(jiān)控和人機(jī)交互。

附圖說明

圖1為本發(fā)明專利的系統(tǒng)流程圖；

圖2為本發(fā)明專利的一部分電氣控制原理圖；

圖3為本發(fā)明專利的另一部分電氣控制原理圖；

圖4為本發(fā)明專利的主程序流程圖；

圖5為本發(fā)明專利的模糊pid控制器模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。如圖1所示，一種基于能源替代技術(shù)的地板輻射采暖系統(tǒng)，包括光熱地板輻射采暖系統(tǒng)和光電地板輻射采暖系統(tǒng)；所述光熱地板輻射采暖系統(tǒng)包括供熱水管1、水箱2、太陽能集熱器3；所述太陽能集熱器的集熱進(jìn)水管4和集熱回水管5分別與所述水箱連通，所述集熱進(jìn)水管上設(shè)有排氣管6和第一溫度傳感器7，所述集熱回水管上安裝有第二溫度傳感器8、第一流量變送器9以及集熱水泵10；所述水箱另一側(cè)連接有供熱進(jìn)水管11和供熱回水管12，供熱進(jìn)水管和供熱回水管分別與供熱水管的兩端連接，所述供熱進(jìn)水管上安裝有供熱水泵13、電動調(diào)節(jié)閥14、第二流量變送器15、第三溫度傳感器16，所述供熱回水管上安裝第四溫度傳感器17；水箱上設(shè)有補(bǔ)水管，補(bǔ)水管上設(shè)有補(bǔ)水電池閥20。

所述光電地板輻射采暖系統(tǒng)包括交流發(fā)熱電纜18、太陽能電池、直流穩(wěn)壓器、蓄電池、逆變器以及充電器；所述太陽能電池采集的電能通過所述直流穩(wěn)壓器傳送給所述逆變器，所述逆變器通過多功能電表與交流發(fā)熱電纜連接；所述直流穩(wěn)壓器還為所述蓄電池充電，所述充電器用于為所述蓄電池充電以及為所述逆變器供電；

所述交流發(fā)熱電纜和供熱水管同時鋪設(shè)在室內(nèi)地板上，相互交織并均勻分布，在室內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器19。

所述太陽能電池與所述直流穩(wěn)壓器之間的線路上連接有直流斷路器k1和直流接觸器km1，并且并聯(lián)一個直流電壓傳感器v1；所述直流穩(wěn)壓器與所述逆變器之間的線路串聯(lián)有直流電流傳感器a1、直流電流傳感器a2、直流斷路器k2和直流接觸器km2；蓄電池的輸入端并聯(lián)直流電壓傳感器v2，蓄電池為系統(tǒng)提供48v和24v電壓；220v市電經(jīng)過交流斷路器k4、交流接觸器km4、充電器與所述蓄電池連接；所述逆變器與所述多功能電表之間的線路上連接有交流電流傳感器a3、交流電壓傳感器v3；所述多功能電表與所述交流發(fā)熱電纜之間的線路上連接有交流斷路器k3、交流接觸器km3；220v市電經(jīng)過交流斷路器k5和交流接觸器km5與交流發(fā)熱電纜連接。

如圖1所示，室內(nèi)的地板采暖系統(tǒng)同時敷設(shè)水管和交流發(fā)熱電纜，相互交織并均勻分布。水管中的熱水來源于水箱，通過供熱水泵提供循環(huán)動力。供熱回路上還安裝有電動調(diào)節(jié)閥、第二流量變送器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器。電動調(diào)節(jié)閥接受控制器ao1指令進(jìn)行開度控制，參與室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)。第二流量變送器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器通過控制器ai端口采集供熱熱水的流量和進(jìn)水回水溫度，進(jìn)而計算并得到供給室內(nèi)熱量。另外一個回路是集熱回路，太陽能集熱器將太陽能熱能通過水循環(huán)傳遞給水箱，集熱水泵提供集熱回路的循環(huán)動力。集熱回路上還安裝有排氣管、第一流量變送器、第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，排氣管用于排氣泄壓，第一流量變送器、第一溫度傳感器和第二溫度傳感器通過控制器ai端口采集集熱水流的流量和集熱器的進(jìn)出水溫度，進(jìn)而計算并得到集熱熱量。水箱中還安裝有液位變送器、補(bǔ)水電池閥和排污閥?？刂破鲿?shí)時采集水箱液位數(shù)據(jù)，當(dāng)液位過低時會自動開啟補(bǔ)水電池閥進(jìn)行補(bǔ)水。排污閥是手動閥門，需要定期打開排除水箱污垢和沉積。室內(nèi)安裝有溫濕度傳感器，用于采集溫濕度信號參與模糊pid控制。模糊pid控制比傳統(tǒng)的pid控制更加智能，控制精度更高。pid控制品質(zhì)的好壞很大程度上在于kp、ki、kd的選取，模糊pid控制是將誤差和誤差變化率作為輸入，根據(jù)不同的偏差和偏差率對pid參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，使被控對象有良好的動、靜態(tài)性能。此溫度控制系統(tǒng)將室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度的差值和該差值的變化率作為輸入，通過模糊化、模糊規(guī)則推理、去模糊化等處理，得到最后的修正參數(shù)，并將這3個修正參數(shù)與初始參數(shù)值疊加之后參與到pid運(yùn)算過程中去。通過使用模糊pid控制算法，還可以完成系統(tǒng)快速加熱、精準(zhǔn)控制等較為復(fù)雜的任務(wù)。

交流發(fā)熱電纜的供電來自于光伏系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)輸出48v直流電，通過直流穩(wěn)壓電源將不穩(wěn)恒電壓轉(zhuǎn)換成dc48v連接逆變器，逆變器輸出220v交流電通過多功能電表監(jiān)測后為交流發(fā)熱電纜供電。蓄電池并聯(lián)在直流穩(wěn)壓電源出口處，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以對蓄電池進(jìn)行浮充充電。蓄電池還為控制系統(tǒng)提供48vdc和24vdc電源。220v市電可以通過充電器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電直接為蓄電池充電或者直接為交流發(fā)熱電纜供電。km1～km2是直流接觸器，用于控制器控制供電回路的通斷，相應(yīng)的k1～k2是直流斷路器，用于手動斷開供電回路。km3～km5是交流接觸器，用于控制器控制所在供電回路的通斷，相應(yīng)的k3～k5是交流斷路器，用于手動斷開供電回路。在逆變器入口處和出口處安裝有熔斷器進(jìn)行短路過載保護(hù)。v1和v2是直流電壓傳感器，分別檢測太陽能電池板輸出電壓和蓄電池輸入電壓，v3是交流電壓傳感器，用于檢測逆變器的輸出電壓。a1和a2是直流電流傳感器，分別檢測直流穩(wěn)壓電源的輸出電流和逆變器輸入電流，a3是交流電流傳感器，用于檢測逆變器的輸出電流。

如圖2所示，控制器包含do、ai、ao端口、電源端口和rs485通訊端口。do1和do2端口輸出控制器數(shù)字量指令，控制km1和km2的通斷，供電電源來自蓄電池輸出的48v直流電；do3～do8端口輸出控制器數(shù)字量指令，控制km3～km8的通斷，交流接觸器km4和km5線圈的供電來自市電220v，原因是交流接觸器km4和km5控制市電對蓄電池的充電和市電直接為交流發(fā)熱電纜供電，這部分供電需要脫離光伏發(fā)電系統(tǒng)，防止長期因太陽能不足導(dǎo)致系統(tǒng)無法啟動。km3、km6～km8的供電電源來自逆變器輸出的220v交流電，hl1～hl8是對應(yīng)于km1～km8的指示燈，當(dāng)線圈得電，相應(yīng)觸點(diǎn)動作，指示燈亮；ai1～ai16端口用于采集模擬量信號，包括回路上的交直流電壓和電流、液位變送器信號、室內(nèi)溫濕度傳感器信號、集熱回路和供熱回路上的溫度和流量信號，以及電動調(diào)節(jié)閥的開度反饋信號；ao1端口用于輸出電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，控制器通過模糊pid算法，可以根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)際溫度改變供熱回路上電動調(diào)節(jié)閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制；控制器可以采集和監(jiān)控光熱地板輻射采暖系統(tǒng)和光電地板輻射采暖系統(tǒng)的運(yùn)行時間；電源端口為控制器提供來自蓄電池的24v直流電，此dc24v還為觸摸屏供電；控制器、觸摸屏和多功能電表通過rs485通訊端口進(jìn)行數(shù)據(jù)互傳和共享，觸摸屏上可以實(shí)時監(jiān)測整個系統(tǒng)的各采集數(shù)值，同時可以接受用戶指令進(jìn)行閥門開度控制和接觸器的通斷控制。k10是控制系統(tǒng)電源回路上的直流斷路器，用于控制系統(tǒng)的手動投切。

如圖3所示，逆變器的輸出電壓為集熱水泵、供熱水泵和補(bǔ)水電磁閥提供220v交流電，k9是總交流斷路器，k6～k8是每一個分支上的交流斷路器，km6～km8是每個分支上的交流接觸器，當(dāng)圖2中的km6～km8線圈得電后會動作閉合，從而啟動相應(yīng)設(shè)備。正常運(yùn)行情況下，斷路器k1～k10處于閉合狀態(tài)，系統(tǒng)可以進(jìn)行觸摸屏遠(yuǎn)程集中控制和自動控制，當(dāng)緊急情況發(fā)生時，可以通過斷路器緊急停止設(shè)備的運(yùn)行。

如圖4所示，控制策略是優(yōu)先使用光熱地板輻射采暖系統(tǒng)，通過模糊pid算法調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度來控制室內(nèi)溫度，如果電動調(diào)節(jié)閥全開室內(nèi)溫度依然不能滿足需求，說明此時光熱地板輻射采暖系統(tǒng)的供給能量不足，需要光電地板輻射采暖系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。若運(yùn)行光電地板輻射采暖系統(tǒng)后，室內(nèi)溫度還不能達(dá)到要求，就需要使用市電為交流發(fā)熱電纜供電。若運(yùn)行光電地板輻射采暖系統(tǒng)后，室內(nèi)溫度過熱，可以通過模糊pid算法減小光熱地板輻射采暖系統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。這樣可以減少光電地板輻射采暖系統(tǒng)的啟停次數(shù)，有利于提高系統(tǒng)的使用壽命。若電動調(diào)節(jié)閥的開度已經(jīng)小于10％(幾乎關(guān)閉)，再停止光電地板輻射采暖系統(tǒng)。這里的設(shè)定溫度是一個允許范圍，室內(nèi)溫度不在此范圍內(nèi)才進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣可以降低系統(tǒng)頻繁的動作和調(diào)節(jié)，提高穩(wěn)定性。此外，主程序流程圖中的溫度改變和調(diào)節(jié)過程，例如運(yùn)行光熱地板輻射采暖系統(tǒng)、模糊pid調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度、運(yùn)行光電地板輻射采暖系統(tǒng)、使用市電供交流發(fā)熱電纜、停止光電地板輻射采暖系統(tǒng)，需要在程序中設(shè)置延時，當(dāng)室內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定后再進(jìn)行下一步驟。

溫度控制系統(tǒng)慣性大，滯后現(xiàn)象比較嚴(yán)重，本發(fā)明專利利用模糊pid算法對控制器中的kp、ki、kd進(jìn)行優(yōu)化，使溫度控制系統(tǒng)可以在不同工作條件下保持很好的控制品質(zhì)。如圖5所示，從模糊pid控制器模型可以看出，通過溫度設(shè)定值和室內(nèi)溫度(此時和上一時刻)的采集得到溫度偏差e和溫度偏差變化率ec，e和ec經(jīng)過模糊化得到輸入量的模糊子集，再經(jīng)過模糊規(guī)則得到δkp、δki和δkd的模糊子集，最后經(jīng)過精確化得到輸出量的精確值并分別和傳統(tǒng)pid控制器的kp、ki和kd進(jìn)行加和并作為新的控制參數(shù)參與調(diào)節(jié)，輸出ao1信號給電動調(diào)節(jié)閥，改變其開度。控制模型中加入了隸屬度函數(shù)，隸屬度函數(shù)表示精確值和模糊集合之間的隸屬關(guān)系，溫度偏差e和溫度偏差變化率ec要通過隸屬度的選擇來確定組合，δkp、δki和δkd的模糊集合和隸屬度函數(shù)共同確定δkp、δki和δkd的精確值，隸屬度函數(shù)通常使用三角型函數(shù)定義。圖中的模糊規(guī)則依據(jù)日常運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和人腦思維進(jìn)行設(shè)計，一般來說，當(dāng)e較大時，應(yīng)增加kp使溫度快速達(dá)到設(shè)定值，同時減小ki和kd，以防止穩(wěn)定性下降；當(dāng)e和ec為中等時，應(yīng)減小kp防止超調(diào)，適當(dāng)增大ki并選擇合適的kd；當(dāng)e較小時，應(yīng)增大ki以消除穩(wěn)態(tài)誤差，此時如果ec較大，應(yīng)該減小kd防止發(fā)生振蕩現(xiàn)象。

本發(fā)明專利涉及的計算方法：

a.在實(shí)際地板輻射采暖系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，滿足以下條件：

a)地板輻射采暖系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中的熱量傳遞過程是穩(wěn)定的，一切熱量傳遞的分析在穩(wěn)態(tài)傳熱條件下進(jìn)行；

b)地板輻射采暖系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，室內(nèi)溫度恒定；

c)在地板周圍敷設(shè)的一定厚度的保溫材料，向地板下方經(jīng)由保溫材料的傳熱忽略不計，地板周圍的熱量損失忽略不計；

d)忽略接觸熱阻；并且各層材料質(zhì)量均勻、物性相同并且恒定不變；

e)光熱地板輻射采暖系統(tǒng)管內(nèi)熱水流動均勻，光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜電流均勻；

f)熱水盤管表面和交流發(fā)熱電纜表面溫度均勻一致；

g)將內(nèi)墻和屋頂參數(shù)加權(quán)平均到室內(nèi)空氣中當(dāng)作一個整體，實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。

b.地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量計算方法

根據(jù)傳熱學(xué)原理，地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量q(i)：

q(i)＝qr(i)+qc(i)(1)

其中：

q(i)為地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量，w/m²；qr(i)為地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時輻射熱量，w/m²；qc(i)為地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時對流熱量，w/m²。

c.所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量計算方法

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)地板內(nèi)的傳熱過程為：熱水管內(nèi)的熱水先將熱量傳給管壁，管壁再加熱地板，最后地面通過對流和熱輻射方式將熱量傳給墻壁和室內(nèi)空氣。地板內(nèi)的熱量傳遞過程的計算方法遵循經(jīng)典傳熱學(xué)的計算方法，此處不再贅述。

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量qpt(i)：

qpt(i)＝qptr(i)+qptc(i)(2)

qptr(i)＝4.98×10^-8[(tp(i)+273)⁴-(tr+273)⁴](3)

qptc(i)＝2.17×[tp(i)-tr]^1.31(4)

qpt(i)＝4.98×10^-8[(tp(i)+273)⁴-(tr+273)⁴]+2.17×[tp(i)-tr]^1.31(5)

其中：

qpt(i)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量，w/m²；qptr(i)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時輻射熱量，w/m²；qptc(i)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時對流熱量，w/m²；tp(i)為光熱地板輻射采暖系統(tǒng)所對應(yīng)的地板表面溫度，℃，該溫度由紅外測溫儀測得，用于計算光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量；tr為室內(nèi)溫度，℃，該溫度由室內(nèi)溫濕度傳感器測得；tr為非加熱面的平均輻射溫度，℃，(其中：tsk為各部分的表面溫度(℃)；ak為對應(yīng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積(m²))。

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量qpt：

其中：

n為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)一年內(nèi)運(yùn)行的總時間，s；qpt為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。運(yùn)行總時間定義為：光熱系統(tǒng)及其儲能系統(tǒng)運(yùn)行時間總和。

d.所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量計算方法

對于所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)，其地板內(nèi)的傳熱過程為：交流發(fā)熱電纜加熱地板，最后地面通過對流和熱輻射方式將熱量傳給墻壁和室內(nèi)空氣。光電地板輻射采暖系統(tǒng)地板內(nèi)的熱量傳遞過程與光熱地板輻射采暖系統(tǒng)不同。其計算方法如下：

ql＝i²×r’(7)

其中：

ql為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜加熱地板單位長度的熱量，w/m；i為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜的電流，a；r’為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜的修正電阻，ω/m。

其中：

r為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)交流發(fā)熱電纜的電阻，ω/m；αe為材料電阻的熱系數(shù)，℃^-1；α0為熱膨脹系數(shù)，℃^-1；td為電纜的表面溫度，℃。

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量qpv(j)：

其中：

qpv(j)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時熱量，w/m²；qpvr(j)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時輻射熱量，w/m²；qpvc(j)為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的瞬時對流熱量，w/m²；tp(j)為光電地板輻射采暖系統(tǒng)所對應(yīng)的地板表面溫度，℃，該溫度由紅外測溫儀測得，用于計算光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量。

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量qpv：

其中：

m為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)一年內(nèi)運(yùn)行的總時間，s；qpv為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。運(yùn)行總時間定義為：光電系統(tǒng)及其儲能系統(tǒng)運(yùn)行時間總和。

e.所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量計算方法

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量包括：光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量、光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量和極端情況下的輔助熱源提供的補(bǔ)充熱量。由此總熱量q：

其中：

q為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²；qs為極端情況下的輔助熱源提供的補(bǔ)充熱量，w/m²。

f.所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量的修正計算方法

對于本發(fā)明專利提出的地板輻射采暖系統(tǒng)，其包括了兩種不同采暖形式。對于不同的采暖形式其負(fù)荷不同，同時考慮到了極端情況下的輔助熱源的負(fù)荷。由此，本發(fā)明專利提出使用負(fù)荷因子來修正地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量的計算。

所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)的總負(fù)荷包括：光熱地板輻射采暖系統(tǒng)的負(fù)荷、光電地板輻射采暖系統(tǒng)的負(fù)荷和極端情況下的輔助熱源的負(fù)荷。

負(fù)荷因子為lpt、lpv、ls。修正計算方法得出的總熱量qz：

qz＝lpt·qpt+lpv·qpv+ls·qs(12)

lpt+lpv+ls＝1(13)

其中：

lpt為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光熱地板輻射采暖系統(tǒng)的負(fù)荷占總負(fù)荷的比例，％；lpv為所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)中光電地板輻射采暖系統(tǒng)的負(fù)荷占總負(fù)荷比例，％；ls為極端情況下的輔助熱源的負(fù)荷占總負(fù)荷比例，％；qz為修正計算方法下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。

g.極端情況下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量計算方法

極端情況下，可能出現(xiàn)三種情況。

1)光電地板輻射采暖系統(tǒng)無法提供熱量，光熱地板輻射采暖系統(tǒng)只能提供較少熱量，主要熱量由輔助熱源提供。總熱量qz’：

qz’＝qpt+qs(14)

其中：

qz’為第一種極端情況下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。

2)光電地板輻射采暖系統(tǒng)與光熱地板輻射采暖系統(tǒng)都無法提供熱量，總熱量由輔助熱源提供。當(dāng)光熱地板輻射采暖系統(tǒng)無法提供熱量時，必須立刻關(guān)閉光熱地板輻射采暖系統(tǒng)循環(huán)，防止室內(nèi)熱量通過該系統(tǒng)散失。

總熱量qz”：

qz”＝qs(15)

其中：

qz”為第二種極端情況下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。

3)光熱地板輻射采暖系統(tǒng)無法提供熱量，光電地板輻射采暖系統(tǒng)只能提供較少熱量，主要熱量由輔助熱源提供?？偀崃縬z”’：

qz”’＝qpv+qs(16)

其中：

qz”’為第三種極端情況下，所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量，w/m²。

當(dāng)光熱地板輻射采暖系統(tǒng)無法提供熱量時，必須立刻關(guān)閉光熱地板輻射采暖系統(tǒng)循環(huán)，防止室內(nèi)熱量通過該系統(tǒng)散失。

h.本發(fā)明專利所涉及的一種基于能源替代技術(shù)的地板輻射采暖系統(tǒng)的計算方法(交流發(fā)熱電纜)，可以計算出所提出的地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的總熱量。除去極端情況，該總熱量全部由太陽能來提供。本發(fā)明專利提出的系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)的年節(jié)能量即為太陽能可提供的能量。

如圖1所示，多余的熱能可存儲于水箱內(nèi)也可用于生活用熱；多余的電能可存儲于蓄電池內(nèi)也可用于生活用電。

室內(nèi)的地板輻射采暖系統(tǒng)同時敷設(shè)有水管和交流發(fā)熱電纜，利用雙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供暖，室內(nèi)溫度可以設(shè)定與控制。交流發(fā)熱電纜的熱響應(yīng)快，熱水的散熱過程較慢，雙系統(tǒng)運(yùn)行可以提高供熱的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在陽光充足的情況下，優(yōu)先使用光熱地板輻射采暖系統(tǒng)并輔以光電地板輻射采暖系統(tǒng)，而光伏發(fā)電主要用于蓄電池充電；當(dāng)光強(qiáng)度降低，室內(nèi)溫度不能達(dá)到設(shè)定值時，利用由光伏發(fā)電得到并儲存的電能實(shí)現(xiàn)迅速供熱。極端惡劣天氣下，長期光強(qiáng)度不夠時，蓄電池的電能消耗完畢后可以利用市電直接為交流發(fā)熱電纜供電以保證室內(nèi)溫度，本系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的電加熱方式，提高了能源使用效率。

太陽能集熱器將熱能收集起來加熱水箱中的水，由集熱水泵提供循環(huán)動力。水箱的另一個回路是通過供熱水泵進(jìn)行室內(nèi)熱水循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)采暖?？刂破鞑杉覂?nèi)溫度信號，根據(jù)溫度設(shè)定值，通過模糊pid算法調(diào)節(jié)供熱回路上的電動調(diào)節(jié)閥的開度。集熱回路和供熱回路分別裝有溫度傳感器和流量變送器，用于溫度、流量和能量數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。水箱中安裝有液位變送器，控制器通過液位信號決定是否需要補(bǔ)水?？刂破鬟€可以采集和監(jiān)控光熱地板輻射采暖系統(tǒng)的運(yùn)行時間。此外，可以通過手動和自動兩種控制方法控制水泵的啟停。

太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，通過直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓并輸送給逆變器，逆變器將dc48v轉(zhuǎn)換成ac220v后為交流發(fā)熱電纜供電，太陽能電池板發(fā)電的同時為蓄電池浮充充電，蓄電池可以為控制系統(tǒng)提供48v和24v直流電。直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部安裝有二極管，可以防止蓄電池電流反充太陽能電池板。市電220v可以直接為交流發(fā)熱電纜供電，也可以在蓄電池電能不足的情況下，通過充電器為蓄電池充電，保證蓄電池的使用壽命。整個光伏供電回路安裝有多個斷路器、接觸器、熔斷器用于遠(yuǎn)程控制、自動控制和手動控制。電流傳感器和電壓傳感器用于電流電壓的監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)判定系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。多功能電表用于統(tǒng)計光伏發(fā)電的能量供給，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐?？刂破鬟€可以采集和監(jiān)控光電地板輻射采暖系統(tǒng)的運(yùn)行時間。

將太陽能替代傳統(tǒng)能源進(jìn)行地板輻射采暖，充分體現(xiàn)了節(jié)能減排的理念，是能源產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向。當(dāng)室外陽光長期不足時，蓄電池電能會嚴(yán)重不足，影響蓄電池使用壽命，所以本系統(tǒng)設(shè)計了可以通過市電220v接充電器為蓄電池臨時充電或者使用夜間谷電為蓄電池充電，白天投入采暖系統(tǒng)的方案，從而大大節(jié)約能源。

控制系統(tǒng)自行研發(fā)了控制器，可以對整個供熱系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制。該系統(tǒng)還設(shè)計了上位機(jī)交互系統(tǒng)，利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的顯示、實(shí)時曲線和歷史曲線的查詢、溫度的設(shè)定、用戶指令的采集、報警等功能，人機(jī)界面交互友好。

控制系統(tǒng)的直流供電包括dc24v和dc48v，由光伏系統(tǒng)提供；控制系統(tǒng)的交流供電是ac220v，由逆變器提供。可見，整個控制系統(tǒng)供電可以通過本身光伏發(fā)電系統(tǒng)獲得，在光照充足的地區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)長期的自供電離網(wǎng)運(yùn)行。

本發(fā)明專利同時涉及一種基于能源替代技術(shù)的地板輻射采暖系統(tǒng)的計算方法(交流發(fā)熱電纜)。該計算方法包括光熱地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量計算方法、光電地板輻射采暖系統(tǒng)可提供的熱量計算方法及系統(tǒng)可提供的總熱量計算方法。同時給出了可提供的總熱量的修正計算方法和極端情況下可提供的總熱量計算方法。本發(fā)明專利提出的系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)的年節(jié)能量即為太陽能可提供的能量。

該系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)的使用化石能源進(jìn)行集中供熱的大型系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的靈活性，特別是在不具備集中供熱的地區(qū)有很好的發(fā)展前景。此外，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于新能源專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，是一套功能齊全、理論和實(shí)操一體化的實(shí)訓(xùn)裝置，可以滿足的實(shí)訓(xùn)項目包括：不同類型太陽能電池板能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、太陽能蓄電池存儲實(shí)驗(yàn)、太陽能控制器研究實(shí)驗(yàn)、離網(wǎng)逆變器研究實(shí)驗(yàn)、太陽能發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)、監(jiān)控運(yùn)行設(shè)計實(shí)驗(yàn)、電能質(zhì)量檢測實(shí)驗(yàn)、電地暖系統(tǒng)發(fā)電效率實(shí)驗(yàn)、電地暖系統(tǒng)性能測試實(shí)驗(yàn)、太陽能集熱能量轉(zhuǎn)換原理實(shí)驗(yàn)、太陽能集熱管特性測試實(shí)驗(yàn)、環(huán)境對光熱轉(zhuǎn)換的影響實(shí)驗(yàn)、太陽能熱利用功能實(shí)驗(yàn)、太陽能熱利用系統(tǒng)管路連接實(shí)驗(yàn)、太陽能熱利用的應(yīng)用原理實(shí)驗(yàn)、平板型集熱器的工作原理實(shí)驗(yàn)、低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的測試與試驗(yàn)、不同類型地板輻射采暖系統(tǒng)的對比與分析實(shí)驗(yàn)等。

在不需要采暖的情況下，可將本系統(tǒng)的多余能量進(jìn)行存儲或用于基本生活用能。熱能可存儲于水箱，電能可存儲于蓄電池。多余能源也可滿足基本的用熱與用電需求。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。