基于微信小程序的太阳能-空气源热泵智能三联供系统控制器设计.pdf

2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.010基于微信小程序的太阳能-空气源热泵智能三联供系统控制器设计（1.江苏省华扬太阳能有限公司，江苏 扬州 225009；2.扬州市职业大学，江苏 扬州 225009）摘要 太阳能-空气源热泵耦合智能三联供集热系统是针对农民自建房、宾馆、学校等用户的热水需求而设计的。针对目前大多数太阳能集热系统使用单片机控制，不能实现远程监控、用户体验不好的状况，采用智能、易使用、投入少的开发理念，设计了一种基于微信小程序的太阳能集热系统控制器。该系统服务器端可以实时监测并控制集热系统中的每一台机器的温度、水位，客户端提供单独控制模块控制每一台热水器。实践表明，该系统性能稳定，可以在装有微信的所有平台上运行，使用效果良好，具有一定的推广价值。关键词 太阳能集热系统;远程监控;微信小程序中图分类号TU822文献标识码A文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0034蛳 020引言太阳能热泵将太阳能热水器和空气能热泵热水器有效结合，是一种能从太阳能和空气能中同时提取热量的更为高效的节能热水设备。其避免了单一太阳能热水器、热泵热水器受时间和天气影响的不足咱员暂。但该系统只能供热，不能充分利用热泵的制冷特性。而新型的太阳能-空气源热泵耦合智能三联供系统具有集热和制冷双重功能。该系统将太阳能和空气源热泵 2 种集热方式耦合使用，将用户的热水需求、地暖和制冷融为一体，同时最大限度地做到环保节能。该系统避免了单一太阳能热水器、热泵热水器受时间和天气影响的不足，同时也减少了用户装修的流程，降低了复杂度，具有明显的社会效益和远期的经济效益，在能源和环境问题日益突出的今天具有显著的意义。多位学者进行了热泵热水器控制器的设计，且取得了有效的成果。学者张建成等咱2暂研究了并联式太阳能热泵热水器的控制器，设计了一套以ATmega48 单片机为核心的控制系统。但限于当时技术条件的限制，大部分学者设计的控制系统都是基于单片机的手动控制，而没有考虑到远程控制、智慧家庭的建设。自 21 世纪以来，家用设备的智能控制已成为智慧家庭建设的一部分，受到消费者的青睐。随着无线局域网以及通信技术、计算机技术的迅速发展，家用设备的远程控制和智能维护引起了广泛关注。微信小程序以它的便利、小巧、经济性优势，更是成为当今用户远程家用设备控制的首选方式。本文针对太阳能-空气源热泵耦合智能三联供系统，设计一款基于微信小程序的控制器。1太阳能-空气源热泵耦合智能三联供系统功能太阳能-空气源热泵耦合智能三联供系统将太阳能和空气源热泵 2 种集热方式耦合使用，将用户的热水需求、地暖和制冷融为一体。系统具有如下功能咱3-4暂：（1）产生生活热水。产生热水的方式有 2 种，一是利用集热器将太阳光照转换为热能；二是利用热泵吸收空气中的热量，消耗电能。从绿色环保和节能的角度考虑，最大限度使用太阳能集热器产生热能。当太阳能集热器产生热水的温度达不到用户生活需求时，才启动热泵制热；当热水温度超过一定数值时，停止热泵。（2）采暖。根据用户对环境温度的需求，使热水在地暖盘管中循环流动时，将热能散发到空气中，通过空气流动，使室内空气温度升高达到采暖的目的。在制暖的过程中，热能不断地散发到空气中，要保持一个恒定的热水温度，需要持续不断地对循环水加热，仅靠太阳能集热器远远不能达到用户对室内温度的需求，采暖时一般是需要启动热泵制热。在这个过程中可以通过设定水温控制热泵的启停。（3）制冷。启动热泵制冷。（4）太阳能集热循环控制。太阳能集热过程中基金项目：江苏省现代教育技术研究 2022 年度立项课题（2022-R-99942冤能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4342023 年 8 月Aug.,2023吴仁平，等基于微信小程序的太阳能-空气源热泵智能三联供系统控制器设计产生的热能过高时，可以通过设定水箱中水温的最高值控制循环启停。（5）防冻循环。当环境温度低于设定值时，停止太阳能集热器集热。太阳能-空气源热泵耦合智能三联供系统如图 1 所示。图 1太阳能-空气源热泵耦合智能三联供系统2微信小程序控制系统设计2.1开发技术微信小程序由腾讯公司于 2017 年 1 月正式推出，是一种不需要安装就能使用的应用。其具有开发成本低、社交分享功能突出、使用便捷等优势，手机上安装了微信就可以使用微信小程序。小程序基于微信平台，有成熟的框架、组件等工具，开发周期更短且流程更简单；它无需安装，用户可以由扫码等方式通过微信直接打开；无需卸载，用户用完之后小程序会自动隐藏，无需再进行其它操作；对于相同的查询支持多级缓存，信息获取的效率更高。同时为了 节约开发成本，使用云开发技术。云开发为开发者提供完整的原生云端支持和微信服务支持，弱化后端和运维概念，无需搭建服务器，使用平台提供的 API 进行核心业务开发，即可实现快速上线和迭代。2.2控制器设计根据本系统需求，智能控制系统分成 5 个子模块。系统控制模块实时监控集热器及水箱的水温，可以设定最高水温和防冻最低水温，根据用户设定值自动启停太阳能集热循环阀门，防止过度制热及太阳能系统的防冻保护。生活热水控制模块，可以设定期望的热水温度，根据水箱中实际水温与期望水温的差值控制空气源热泵的开启和停止;远程控制生活热水模块启动，保证到家就能有热水使用。采暖控制，可以设定采暖需要的最低水温和最高水温，根据循环水箱实际水温与期望水温高低控制空气源热泵的启停；远程控制采暖系统启停。制冷控制，可以设定制冷需要的最低水温，根据循环水箱实际水温与期望水温高低控制空气源热泵的启停；远程控制制冷系统启停。一键启停模块，根据系统预设的参数或用户上一次设定的参数值，开启采暖或制冷阀门。智能控制系统功能模块如图 2 所示。图 2智能控制系统功能模块2.3控制器功能模块实现（1）太阳能集热器控制模块。假定太阳能集热器温度为 T1，储热水箱上部温度为 T2，储热水箱底部温度为 T3。太阳能集热器控制实现温差控制，通过定时检测 T1、T2、T3 的实时值并进行比较，控制太阳能集热器阀门 V1 的开启与关闭。控制流程如图 3 所示。图 3太阳能集热器控制流程（2）生活热水控制模块。假设生活热水需要的最低温度为 t21，默认40；生活热水最高温为（t21+5）。在生活热水控制模块，由用户设定 t21 的值，当用户打开生活热水开关时，（下转第 125 页）制冷阀门 V4制暖阀门 V3生活热水阀门 V2水池冷水风机盘管蓄热水箱热泵阀门V5空气源热泵太阳能集热器集热循环阀门 V1地暖盘管网络控制信号系统控制生活热水控制一键启停制冷控制采暖控制耦合智能三联供系统太阳能-空气源热泵V1V2，V5V3，V5V4，V5V3，V4，V5读取 T1读取 T3关闭 V1打开 V1否是T1T3352023 年 8 月Aug.,2023（上接第 35 页）系统发出打开 V2 指令，控制热泵的开关 V5 保证热水供应，执行流程如图 4 所示。当用户关闭生活热水开关时，系统发出关闭 V2 指令，同时关闭 V5。图 4热水控制流程（3）采暖控制模块。假设采暖时需要的热水最低温度为 t22，默认55；最高温度 t23，默认 80。在采暖控制模块中，由用户设定 t22 和 t23 的值。当用户发出采暖命令时，打开 V3，同时根据水箱中上部水温 T2 和 t22、t23 的关系控制热泵开启或关闭。如果 T2t22 则打开热泵阀门 V5，如果T2t23 则关闭热泵阀门 V5，重复上述流程。当用户发出关闭采暖命令时，关闭 V2、V5。（4）制冷控制模块。当用户发出制冷命令时，开启热泵 V5；当用户发出停止制冷命令时，关闭热泵 V5。（5）防冻保护模块。设太阳能管道温度为 T4，设防冻保护最低温度为 t41，默认值为 5；设人体舒适温度为 t42，默认值 22。开启防冻保护模块时，用户设定 t4 的值。系统会定时比较 T4 与 t4 的值，当 T4t4 时，关闭太阳能集热器循环，否则打开太阳能集热器循环。（6）一键控制模块。根据系统预设的参数值，当用户发出一键启动控制信号时，系统首先会判断 T4 与 t42 的关系，如果 T4t42，则启动制冷模块，否则启动采暖模块。当用户关闭一键启动控制信号时，则关闭热泵 V5。3结语根据以上对太阳能-空气源热泵耦合智能三联供系统的分析，以控制模块实现的微信小程序控制系统，能实现用户对房间采暖和制冷的远程控制，极大地改善了居室环境的舒适度，提升了生活质量。这也让以前繁琐的手工操作变得更方便，尤其是一键启动功能，更适合于现代年青人快节奏的生活需求。参考文献1矫洪涛，王学生，魏国.太阳能热泵技术研究进展 J.能源技术，2007（5）：270-274.2张建成，吴永明，苗文凭.并联式太阳能热泵热水器控制系统设计 J.计算机测量与控制，2012，20（4）：987-990.3顾祥红，彭齐鑫.太阳能集热器和空气源热泵联合供暖的研究现状 J.大连大学学报，2020，41（3）：24-27.4王汉青，陈裕，寇广孝，等.太阳能热泵热水系统研究进展及其经济分析 J.建筑热能通风空调，2009，28（6）：30-33.作者简介吴仁平（1975-），男，工程师，毕业于合肥工业大学电气工程学院，主要从事空气源热泵系统控制的研究工作。收稿日期：2022-11-14打开 V2T2t21+5T2t21设定 t21检测 T2打开 V5关闭 V5是是否否为煤矿采掘衔接提供了有力的保障。（2）新型号风机虽然风量大、效率高，但由于矿井管网特性的变化，致使该轴流局部通风机的运行工况逐渐偏离设计工况。这是因为轴流局部通风机具有前置叶轮、后置叶轮 2 组叶轮，而后置叶轮的气动负荷比前置叶轮的气动负荷更大，长时间运行使得叶轮的功率特性发生了相应的变化。为得到更好的通风效果，需及时调整前置叶轮与后置叶轮的转速比。参考文献1高嵩，师泽轩.煤矿掘进工作面长距离通风应用研究 J.煤矿现代化，2022，31（5）：88-91.2韩院生.王庄煤矿长距离单巷掘进工作面局部通风技术研究 J.煤，2020，29（5）：73-75.作者简介李美艳（1985-），女，助理工程师，毕业于太原理工大学安全工程专业，主要从事矿井通风安全教学工作。收稿日期：2022-11-07能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4125