0 绪 论

随着能源紧缺和环境污染问题日益严重，转变采暖方式开发清洁能源供热是社会发展解决能源问题的必然趋势.北方独立民居大部分采暖方式均采用煤做燃料传统采暖模式，采暖系统多采用水自然循环方式.这种采暖方式具有燃煤价格高，炉火燃烧慢，室温有显著热惰性，燃烧不充分浪费严重还造成空气污染，燃料注入频繁等缺点.另外独立民居不宜使用天然气，因为运输不便且价格高，热泵在寒冷地区制热效率偏低，无法达到高效节能的指标[1].太阳能采暖技术的发展给独立民居采暖打开了新的方向[2-4].

而张家口地区风资源和太阳能丰富，风电能力已经饱和，地域年日照时间达2800～3100h，采用风电的谷电蓄热与太阳能蓄热相结合的供暖方式具有广泛的应用前景.当前大部分研究主要针对太阳能供热的可行性和经济性进行分析[5]，对系统的运行控制研究还比较少.本文以张家口地区气候特点为例，针对谷电蓄热与太阳能蓄热相结合的供热系统，基于ARM控制器进行监控系统的设计研究.

1 太阳能与谷电蓄热供热系统

太阳能与谷电蓄热供热系统属于液态工质太阳能集热器与电加热的短期蓄热联合供热系统.由太阳能集热器、蓄热水箱、循环泵、电加热装置、定压装置、阀门和仪表组成，如图1所示.考虑到张家口水质较硬，系统中引入嵌套水箱，自来水在嵌套水箱内流动，嵌套水箱外为软化后的循环水，可有效解决系统结垢问题.末端采暖系统采用地面辐射供热，太阳能产生的热水温度一般不超过60 ℃，而地板辐射供热只需30～45 ℃[6]，采用太阳能热水与地板辐射供热系统相结合既节能又舒适.

本系统加热部分由太阳能集热器和电加热器两部分组成，主要分时段采用不同的加热方式：夜晚采用谷电对蓄热水箱的水加热，白天主要采用太阳能集热器对蓄热水箱的水进行加热，遇到极端天气采用电加热装置补充.系统采用循环泵提供动力，电动调节阀调节流量实现温度调节，电磁阀自动启闭实现自动补水.

火烧油层技术虽然驱油效果较好，但其有诸多技术难点：无法控制地下真实燃烧状态；对燃烧带前缘的调整与控制；点火、注气、举升工艺对装备的要求较高；产出流体的检测和安全环保控制较难。

  

图1 太阳能与电蓄热供热系统图

2 太阳能与谷电蓄热供热监控系统

随着太阳能热利用产业的迅猛发展，对太阳能供热系统的智能化控制的要求也与日俱增.图2为太阳能加电蓄热供热监控系统的示意图.本系统中现场布置的传感器会逐时将现场信号传送至控制器，控制器对数据进行处理并运用相应控制算法进行运算，再将控制信号发送至现场执行器实现现场各器件控制调节，与此同时，控制器将运算结果及现场信号上传至现场监控触摸屏，一方面对现场设备进行监控，一方面工作人员可以通过触摸屏对控制器传达控制命令.远程计算机与现场监控触摸屏通过互联网相互传递信号数据，实现数据采集、控制、管理、保护功能和异地监控.

  

图2 太阳能与电蓄热供热监控系统示意图

2.1 供热监控系统组成及功能

关闭太阳能集热器侧循环泵1、阀1、阀2，启动电加热装置，并监测蓄热水箱水温，当水温达到设定温度时，停止加热，循环泵2带动水箱的热水参与换热以满足房间供热；当水温度降到一定范围时，再次启动电加热装置.依次循环.

采暖侧温度控制：检测采暖一二次侧供回水温度，控制器将采集到的数据运用内部编写的算法与设定值进行比较偏差运算，控制调节阀3的开度达到调节流量控制供热量的目的；水箱液位控制：液位传感器将检测到的嵌套水箱液位信号上传至控制器，控制器进行运算后下发控制指令到电磁阀6，实现自动补水，太阳能集热侧布置了定压罐，同时考虑供热特点，采用手动补水；防过热控制：若太阳能集热器出口温度或蓄热水箱温度超过设定值，开启集热系统安全阀，报警提示.安全阀设定的开启压力，应与系统可耐受的最高工作温度所对应的饱和蒸汽压力一致[7]；防冻控制：在夜间或极端天气运行方式中当集热器温度小于一定值后(一般为6℃)开启集热器侧水泵1和调节阀1、2，使其具有微小的流量.

利用谷电蓄的热量来供热，当蓄热量不满足需求时，开启电加热器辅助供热以弥补供热量的不足.

2.1.2 控制部分

图3为本系统控制系统图，系统图中虚线表示信号线.共设置11个监测点，其中9个温度测点监测水箱水温、太阳能集热器内水温及采暖一二次侧供回水温度，1个压力测点监测水箱压力，1个液位测点监测嵌套水箱液位.这些测点及阀门开度的输入信号均为4～20MA的模拟量；系统还需监测水流开关(设在两个水泵前以检测管道内是否有水，如果没有水则报警并且停止水泵运行)、补水水位(检测补水箱内的水位，当水位到设定值时，报警并自动补水)、水泵1和水泵2的运行状态以及电加热器的运行状态等，输入信号为开关量.

2.1.1 监测部分

[例8]In face her attitude towards this work was the same as someone with a passion for sweet-eating,indulged,indulged in solitude,or some other private pastime,like acting out scenes with an invisible alter ego,or carrying on conversation with one’s image in thelooking-glass.（1972：167）

(1)谷电(00:00-8:00)蓄热运行方式.

农村居家养老服务是为了服务农村居家老人，本研究从内、外部环境客观地对农村居家养老模式进行分析之后得出SWOT矩阵分析图（图4）。

（2）对购置崭新的汽车货车等固定资产应该想到最节税的办法方案去执行。在营业税改增值税的方案落实之后，购入机器设备等固定资产的进项税额是可以开始扣除掉的，因此物流公司应该努力想方设法去研究应该在哪个时间点上去购置新的固定资产，以何种方式去购置，购置哪种金额的设备，该设备的预计使用年限及耗损率等等，才能以最优的方式去节税少税。

  

图3 太阳能与电蓄热供热控制系统图

2.2 供热系统运行方式

针对重载转动副实例，其可装配性主要考虑装配过程产生的偏差累积能否由后装配的轴承外圈与底座内孔装配产生的间隙抵消。而根据式(8)，同轴度t=0.025 mm，可得∣Δv∣≤0.012 5 mm，通过式(13)、式(14)分析可得结果满足重载转动副存在可装配性的条件，但不一定能装配成功。由于此类重载转动副考虑装配过程偏差累积时的有效公差左右两边是对称分布，且具体数值相同，因此考虑轴承1先装配或者轴承2先装配结果相同。

监控系统由ARM-cortex-M3为内核的STM32单片机为主控制器，与外围报警电路和人机交互界面组成，通过SPI总线扩展的2.4G无线模块，可实现远程控制.居民还可通过人机交互界面对系统手动控制.

(2)太阳能蓄热运行方式.

开启太阳能集热系统，太阳能集热器收集太阳能并加热内部的水，集热系统运行采用温差循环控制，通过太阳能集热器内温度传感器和蓄热水箱内温度传感器检测水温的反馈信号，当二者温差大于设定值(宜取5～10 ℃)时，启动集热器侧循环泵1，与此同时开启阀门1、2，将冷水传送至太阳能集热器，热水送至蓄热水箱，当二者温差小于设定值(宜取2～5 ℃)时，控制系统关闭阀门1、2和循环泵1，以此类推.

(3)极端天气(阴天)系统运行方式.

目前超声诊断PLSVC标准：⑴三血管气管切面上显示肺动脉主干左侧见静脉频谱血管横断面。⑵沿该血管90°转动探头，探及该血管长轴，血流为向心方向汇流至冠状静脉窦。⑶可间接观察到冠状静脉窦（四腔心切面左侧房室沟处）扩张。正常胎儿冠状静脉窦较细，超声不易探及。由于左侧头臂及心脏回流的静脉血量汇入冠状静脉窦内，血流量增多，故其内径明显扩张。

3 基于ARM的软硬件设计

本系统采用ARM-cortex-M3内核的STM32单片机.ARM-cortex-M3作为处理器内核，是本控制系统的核心，ARM-cortex-M3它是一个面向成本、小管脚数目以及功耗的应用，并且具有极高的运算能力和中断响应能力，且运行频率快.

本文设计的控制器的功能范围主要包括：定时器，用于输出PWM信号驱动开关电磁阀；用SPI总线扩展2.4 G无线模块，实现远程控制；通用串口，不仅能实现与上位机通信，方便调试，而且还能与串口屏进行485通信，显示系统中阀门开度及各部件工作情况；STM32自带的AD模块，能完成对传感器信号的采集信号处理；丰富的I/O口，可用于控制器工作模式的切换以及工作状态的显示.控制器总体框图如图4所示.

  

图4 控制器组成框图

本控制系统的程序由Keil软件编写，主要包括主程序、温度检测程序、太阳能集热控制程序、电加热控制程序、防过热控制程序、报警程序，上位机显示程序，阀门开度控制程序等.

主程序流程图如图5所示.首先要进行系统自检，判断本系统中的仪表、传感器及控制执行机构等设备仪器是否正常工作，检测水位、压力、各个测点温度是否正常，自检程序内设置的标志位判断系统功能是否正常，如果任意一种情况出现异常，系统会自动报警提示，并采取相应的自动保护措施，如果一切正常，程序初始化，程序正常运行，进入控制状态，各个子程序也开始运行.

  

图5 主程序流程图

4 结 语

太阳能与谷电蓄热联合供热系统是一种新型供热模式，符合我国的能源政策，具有广泛的应用前景.本文设计的太阳能与谷电蓄热供热监控系统，能够充分利用清洁无污染的太阳能和张家口地区丰富的电力资源，有效解决了独立民居燃煤供暖造成的能源浪费和环境污染问题，与此同时为应用于独立民居的太阳能与谷电蓄热供热系统设计提供参考.

参 考 文 献

[1]刘宝雨,朱道维,陈云.东我国北方农村采暖现状及发展趋势探讨[J].机械电子，2012,15:168

[2]卜亚明.太阳能采暖系统在小城镇住宅建筑中应用技术的研究[D].上海：同济大学，2006：1～18

[3]王如竹.关于建筑物节能及复合能量系统的几点思考[J].太阳能学报，2002，23(3)：322～335

[4]HADDAD K.Solar energy utilization of a residential radiant floor heating system[G]//ASHRAE Trans，2011，117(1)：79～86

[5]石金凤.村镇住宅建筑太阳能供热系统技术经济分析[C].西安建筑科技大学，2009

[6]焦浩,王万江,张叶.北京建筑大学邵宗义]严寒地区太阳能相变蓄热地板辐射供暖系统运行控制策略实验研究[J].暖通空调，2016,46(2):78～110

[7]郑瑞澄.《民用太阳能热水系统工程技术手册》[M].化学工业出版社，2006,02