本發(fā)明涉及一種可再生能源熱水系統(tǒng)的能量監(jiān)測設備及能效計算方法，可再生能源利用領域，尤其是關于太陽能、空氣能、地熱能或其他可再生能源驅(qū)動的熱水系統(tǒng)中能量監(jiān)測與能效計算的技術。

背景技術：

1、隨著能源危機和環(huán)境問題的日益嚴重，可再生能源的開發(fā)利用成為了全球關注的焦點。其中，可再生能源熱水系統(tǒng)因其清潔、高效的特點而得到廣泛應用。然而，現(xiàn)有的可再生能源熱水系統(tǒng)在運行過程中缺乏有效且精確的能量監(jiān)測與能效計算方法，導致用戶無法準確了解系統(tǒng)的實時能耗狀態(tài)和長期能效表現(xiàn)，從而難以進行優(yōu)化管理和節(jié)能改進。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的上述不足，而提供一種結構設計合理的可再生能源熱水系統(tǒng)的能量監(jiān)測設備及能效計算方法。

2、本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案是：該可再生能源熱水系統(tǒng)的能量監(jiān)測設備，包括熱源和數(shù)據(jù)采集末端，所述熱源包括一號熱源、二號熱源和三號熱源，所述數(shù)據(jù)采集末端包括流量計、溫度傳感器、液位傳感器和遠傳式電表，其結構特點在于：還包括貯熱水箱、冷水補水管、熱水供水管、熱水回水管、熱源出水管、熱源進水管和用電設備，所述貯熱水箱的出口與一號熱源的進口通過熱源進水管連接，所述一號熱源的出口與貯熱水箱的進口通過熱源出水管連接，所述貯熱水箱的出口與二號熱源的進口通過熱源進水管連接，所述二號熱源的出口與熱源出水管連接，所述貯熱水箱的出口與三號熱源的進口通過熱源進水管連接，所述三號熱源的出口與貯熱水箱的進口通過熱源出水管連接，所述冷水補水管與貯熱水箱的進口、熱源進水管連接，所述遠傳式電表與用電設備連接。

3、進一步地，所述用電設備包括電加熱器，所述電加熱器設置在貯熱水箱內(nèi)。

4、進一步地，所述一號熱源為可再生能源熱源，如太陽能、熱泵等；二號熱源和三號熱源均為常規(guī)(非可再生)能源熱源，如電(燃氣)熱水機組、鍋爐熱水、城市熱網(wǎng)熱水等。

5、進一步地，所述流量計包括一號流量計、二號流量計、三號流量計、四號流量計、五號流量計和六號流量計，所述五號流量計和一號流量計沿著流動方向依次安裝在熱水供水管上，所述二號流量計安裝在熱水回水管上，所述三號流量計安裝在冷水補水管上，所述四號流量計安裝在一號熱源與貯熱水箱連接的熱源出水管上，所述六號流量計安裝在三號熱源與貯熱水箱連接的熱源出水管上。

6、進一步地，所述溫度傳感器包括一號溫度傳感器、二號溫度傳感器、三號溫度傳感器、四號溫度傳感器、五號溫度傳感器、六號溫度傳感器、七號溫度傳感器、八號溫度傳感器、九號溫度傳感器、十號溫度傳感器和十一號溫度傳感器，所述五號溫度傳感器和一號溫度傳感器沿著流動方向依次安裝在熱水供水管上，所述二號溫度傳感器安裝在熱水回水管上，所述三號溫度傳感器安裝在冷水補水管上，所述四號溫度傳感器安裝在一號熱源與貯熱水箱連接的熱源出水管上，所述六號溫度傳感器安裝在三號熱源與貯熱水箱連接的熱源出水管上，所述七號溫度傳感器安裝在貯熱水箱與一號熱源連接的熱源進水管上，所述八號溫度傳感器安裝在貯熱水箱與二號熱源連接的熱源進水管上，所述九號溫度傳感器安裝在貯熱水箱與三號熱源連接的熱源進水管上，所述十號溫度傳感器安裝在貯熱水箱上，所述十一號溫度傳感器安裝在二號熱源上。

7、進一步地，其特征在于：所述液位傳感器包括一號液位傳感器和二號液位傳感器，所述一號液位傳感器安裝在貯熱水箱上，所述二號液位傳感器安裝在二號熱源上。

8、進一步地，本發(fā)明的另一個技術目的在于提供一種可再生能源熱水系統(tǒng)的能量監(jiān)測設備的能效計算方法。

9、本發(fā)明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現(xiàn)的。

10、一種可再生能源熱水系統(tǒng)的能量監(jiān)測設備的能效計算方法，其特點在于：所述能效計算方法如下：

11、第一步、設置傳感器網(wǎng)絡：在可再生能源熱水系統(tǒng)內(nèi)的關鍵位置安裝流量計、溫度傳感器、液位傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器，用于實時監(jiān)測可再生能源熱水系統(tǒng)的入口水溫、出口水溫、流經(jīng)水流量以及環(huán)境溫濕度等參數(shù)；

12、第二步、數(shù)據(jù)采集與傳輸：通過流量計、溫度傳感器、液位傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器收集的數(shù)據(jù)被傳輸至中央處理單元，該中央處理單元具備數(shù)據(jù)存儲、分析和計算能力；

13、第三步、能量監(jiān)測：中央處理單元根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，運用熱力學公式計算熱水系統(tǒng)總供熱量、常規(guī)能源替代量(節(jié)能量)、管路循環(huán)熱損失量和減排量；

14、第四步、能效計算：結合實際能量消耗量和熱水輸出量，計算熱水系統(tǒng)的能效比，即單位電能產(chǎn)生的總供熱量；

15、第五步、數(shù)據(jù)分析與反饋：對計算出的能效比進行歷史數(shù)據(jù)對比分析，評估系統(tǒng)性能變化趨勢，并提供優(yōu)化建議。

16、進一步地，所述一號溫度傳感器、一號流量計用于分別監(jiān)測熱水供水溫度t1(℃)和累計流量q1(m3)；

17、所述二號溫度傳感器、二號流量計用于分別監(jiān)測熱水回水溫度t2(℃)和累計流量q2(m3)；

18、所述三號溫度傳感器、三號流量計用于分別監(jiān)測冷水補水溫度t3(℃)和累計流量q3(m3)；

19、所述四號溫度傳感器、四號流量計用于分別監(jiān)測一號熱源的出水溫度t4(℃)和累計流量q4(m3)；

20、所述七號溫度傳感器用于監(jiān)測一號熱源的進水溫度t7(℃)；

21、所述五號溫度傳感器、五號流量計用于分別監(jiān)測二號熱源的出水溫度t5(℃)和累計流量q5(m3)；

22、所述八號溫度傳感器用于監(jiān)測二號熱源的進水溫度t8(℃)；

23、所述六號溫度傳感器、六號流量計用于分別監(jiān)測三號熱源的出水溫度t6(℃)和累計流量q6(m3)；

24、所述九號溫度傳感器用于監(jiān)測三號熱源的進水溫度t9(℃)；

25、所述十號溫度傳感器、一號液位傳感器用于分別監(jiān)測貯熱水箱的溫度t10(℃)和液位l1(m)；

26、所述十一號溫度傳感器、二號液位傳感器用于分別監(jiān)測二號熱源的貯熱容積溫度t11(℃)和液位l2(m)；

27、所述遠傳式電表用于監(jiān)測系統(tǒng)總耗電量d(kw·h)，包括熱源的耗電量、循環(huán)泵的耗電量、電伴熱的耗電量等；直接用于熱水加熱的耗電量為d1(kw·h)，如貯熱水箱內(nèi)置的用電設備、電伴熱的耗電量等；熱源的耗電量為d2(kw·h)，如熱泵機組耗電量等。

28、進一步地，所述第四步中，時間ti，第i次采集到的數(shù)據(jù)為t1i、t2i、t3i、t4i、t5i、t6i、t7i、t8i、t9i、t10i、t11i、t12i、q1i、q2i、q3i、q4i、q5i、q6i、l1i、l2i、di；

29、時間ti+△t，第i+1次采集到的數(shù)據(jù)為t1i、t2i、t3i、t4i、t5i+1、t6i+1、t7i+1、t8i+1、t9i+1、t10i+1、t11i+1、q1i+1、q2i+1、q3i+1、q4i+1、q5i+1、q6i+1、l1i+1、l2i+1、di+1。

30、進一步地，所述第四步中，時間ti，第i次采集數(shù)據(jù)時，貯熱水箱的貯熱容積vr1i(m3)和二號熱源的貯熱容積vr2i(m3)可以分別通過液位與貯熱水箱和二號熱源貯熱容積的有效面積之積l1i×a1(有效面積)、l2i×a2計算得出。

31、進一步地，所述第四步中，

32、(1)貯熱容積熱量增值：

33、

34、其中：

35、c——熱水比熱容kj/kg·℃，取4.187；

36、ρ——熱水密度kg/m3；

37、vr1i、vr1i+1——第i次、i+1次采集的貯熱水箱的貯熱容積m3；

38、vr2i、vr2i+1——第i次、i+1次采集的二號熱源的貯熱容積m3；

39、t10i——第i次采集貯熱水箱的溫度℃；

40、t11i——第i次采集二號熱源的溫度℃；

41、(2)熱水供水熱量增值：

42、

43、其中：

44、c——熱水比熱容kj/kg·℃，取4.187；

45、ρ——熱水密度kg/m3；

46、q1i、q1i+1——第i次、i+1次采集的熱水供水管的累計流量m3；

47、t1i+1——第i+1次采集的熱水供水管的溫度℃；

48、(3)熱水回水熱量增值：

49、

50、其中：

51、c——熱水比熱容kj/kg·℃，取4.187；

52、ρ——熱水密度kg/m3；

53、q2i、q2i+1——第i次、i+1次采集的熱水回水管的累計流量m3；

54、t2i+1——第i+1次采集的熱水回水管的溫度℃；

55、(4)管路循環(huán)熱損失值：

56、

57、其中：

58、c——熱水比熱容kj/kg·℃，取4.187；

59、ρ——熱水密度kg/m3；

60、q2i、q2i+1——第i次、i+1次采集的熱水回水管的累計流量m3；

61、t2i+1——第i+1次采集的熱水回水管的溫度℃；

62、t1i+1——第i+1次采集的熱水供水管的溫度℃；

63、(5)冷水熱量增值：

64、

65、c——熱水比熱容kj/kg·℃，取4.187；

66、ρ——冷水密度kg/m3；

67、q3i、q3i+1——第i次、i+1次采集的冷水補水管的累計流量m3；

68、t3i+1——第i+1次采集的冷水補水管的溫度℃；

69、(6)可再生能源熱水系統(tǒng)的供熱量：

70、qz＝q1+q2-q3-q5??(kj)

71、(7)輔助熱源供熱量：

72、

73、其中：

74、c——熱水比熱容kj/kg·℃，取4.187；

75、ρ——熱水密度kg/m3；

76、q6i、q6i+1——第i次、i+1次采集的三號熱源的熱源出水管的累計流量m3；

77、t6i+1——第i+1次采集的三號熱源的熱源出水管的溫度℃；

78、t9i+1——第i+1次采集的三號熱源的熱源進水管的溫度℃；

79、q5i、q5i+i——第i次、i+1次采集的二號熱源的熱源出水管的累計流量m3；t5i+1——第i+1次采集的二號熱源的熱源出水管的溫度℃；

80、t8i+1——第i+1次采集的二號熱源的熱源進水管的溫度℃；

81、(8)常規(guī)能源替代量：

82、

83、其中：

84、qss——常規(guī)能源替代量(kgce)；

85、λ1——能源的折標煤系數(shù)，以天然氣為常規(guī)能源類型，λ1＝1.2143kgce/m3；

86、qz——熱水系統(tǒng)總供熱量(kj)；

87、q6——輔助熱源供熱量(kj)；

88、d1——直接用于熱水加熱的耗電量(kw·h)；

89、q——能源熱值(mj/m3)，以天然氣為常規(guī)能源類型，q＝35.544mj/m3；

90、ηt——以傳統(tǒng)能源為熱源時的運行效率，天然氣熱源系統(tǒng)的運行效率取0.85；

91、td——每度電折合所耗標準煤量，kgce/kwh；

92、η——輔熱系統(tǒng)運行效率，取0.85～0.9；

93、(9)減排量：

94、二氧化碳減排量：

95、二氧化硫減排量：

96、氮氧化物減排量：

97、顆粒物減排量：mpm＝qss×efpm

98、式中：

99、——二氧化碳排放因子，單位為千克每千克標準煤(kg/kgce)，取2.6kg/kgce；

100、——二氧化硫排放因子，單位為千克每噸標準煤(kg/tce)，取7.4kg/tce；

101、——氮氧化物排放因子，單位為千克每噸標準煤(kg/tce)，取1.6kg/tce；

102、eppm——顆粒物排放因子，單位為千克每噸標準煤(kg/tce)，取13.5kg/tce；

103、(10)系統(tǒng)能效比

104、

105、其中：

106、qz——可再生能源熱水系統(tǒng)的供熱量(kj)；

107、d——系統(tǒng)總耗電量(kw·h)。

108、相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

109、提高能源利用率：通過精確監(jiān)測與計算，有助于優(yōu)化系統(tǒng)運行參數(shù)，提升整體能源使用效率。

110、降低運營成本：準確的能耗數(shù)據(jù)可以幫助用戶更好地控制和管理能源消耗，進而減少不必要的開支。

111、環(huán)境保護：優(yōu)化系統(tǒng)能效有助于減少化石能源的依賴，減少溫室氣體排放，對環(huán)境保護具有積極意義。

112、提供決策支持：長期積累的數(shù)據(jù)可以作為系統(tǒng)升級改造和新技術應用的重要參考依據(jù)。