太阳能热水远程监控与能耗计量系统开发
2022-06-09
摘要：阐述了太阳能热水工程的研究发展及特点，提出了太阳能热水远程监控与能耗计量系统的设计与实现方案，并且依据技术经济指标计算公式得到系统的节能减排数据。配备了具有GPRS/以太网模块的数据采集装置，开发了基于.Net平台的数据中心软件以及web发布平台，具有数据接收、处理、分析、查询等功能。应用结果表明，系统运行稳定，操作简单，数据可靠性高。
关键词：太阳能；远程监控；数据中心；能耗计量
中图分类号：TN911.7 34文献标识码：A文章编号：1004 373X（2014）21 0145?04
Developmentofremotemonitoringandenergymetrology
systemforsolarheatingwaterproject
HUANGChun?tao，JIANGZhou?shu，RUANZhi?peng，HUANGGuo hui
（AutomationCollege，HangzhouDianziUniversity，Hangzhou310018，China）
Abstract： Thedevelopmentandcharacteristicsofthesolarheatingwaterprojectareelaborated.Thedesignschemeandrealizingsolutionoftheremotemonitoringsystemofthesolarheatingwaterprojectwereproposed.Theenergyconservationandemissionreductiondataweregotdependingonthedesignformulasabouttechnologicalandeconomicindicators.GPRS/Ethernettransmittermodulewasequipped.Thedatacenterutilitysoftwarebasedon.NETdigitalplatformandWebissueplatformwithfunctionsfordatareception，display，analysis，queryandsoon.Theapplicationresultindicatesthatthesystemisstableandeasytooperate，andhashighdatareliability.
Keywords：solarenergy；remotemonitoring；datacentre；energymetrology
0引言
太阳能作为一种可再生能源，分布广泛，资源丰富，是理想的未来能源。广泛利用太阳能是解决能源短缺、减少环境污染的有效途径之一。近年来，太阳能行业在新能源行业内发展迅速，其中太阳能热水器总集热面积逐年上涨，目前总利用面积高达1.5亿平方米[1]。近些年家用太阳能市场趋于饱和，增速缓慢，而太阳能热水工程集热面积的年增长率逐年上升，越来越多的工厂、学校、医院、酒店开始建设太阳能集热工程。
但我国在工程太阳能热利用上存在的问题却是显而易见的[2]，太阳能工程项目大多不配备计量与监控系统，这使得太阳能系统的实时运行状态、运行参数、能源节约指标、环境效益指标等无法得到真实可靠的数据支持。因此开发一种针对太阳能热水工程的远程监控与能耗计量系统具有较高的工程应用价值，可以为优化太阳能热水系统控制、探索太阳能最大利用率等问题提供坚实的数据基础。
1系统整体架构设计
太阳能热水远程监控系统由分布在不同地区、不同气候的现场监测系统与数据中心平台构成。现场监测系统通过GPRS与数据中心平台软件进行数据交互，实现对现场的远程监控，同时监测数据通过服务器以网页的形式发布。
1.1现场监测计量系统
现场监测计量系统（以总系统中某个单水箱?热泵系统为例）主要由现场监测仪表和数据采集装置构成。
现场监测计量仪表主要包括：环境温度传感器T4、集热管道温度传感器T0、集热器温度传感器T1、用户侧管道温度传感器T3、水箱温度传感器T2、热能表、电能表、流量计、辐照表、风速仪、压力计等构成。系统构成如图1所示。
数据采集装置采集现场工程运行状态及相对应的能耗数据信息，如气象信息、太阳能集热器运行状态、辅助能源供热设备运行状态、集热器入出口水温、集热器循环水流量、设备功耗、系统总功耗等数据；数据中继器接受采集器所采集的数据信息并将数据打包、加密，以标准网络数据传输格式通过GPRS或以太网发送给远程数据监控中心。
图1太阳能?热泵系统
1.2系统网络架构
本文设计的太阳能热水远程监控与能耗计量系统采用三层网络架构：第一层为现场设备层，该层由数据采集器、数据中继器、GPRS通信模块及各种传感器组成，控制器用于控制现场执行机构的正常工作，协调数据采集器对各个传感器的输出参数进行采集，并将采集结果输出到通信模块完成数据的上传；第二层为数据处理层，在监测中心服务端开发远程数据通信与管理软件，利用Socket通信技术实现监测中心与工程现场之间基于TCP/IP的数据通信；第三层为门户应用层，采用ASP.NET技术开发了数据发布网站，该网站部署在监测中心IIS服务器内，通过浏览器访问该网站，用户可随时随地浏览工程数据。系统网络拓扑图如图2所示。
关键词：太阳能；远程监控；数据中心；能耗计量
中图分类号：TN911.7 34文献标识码：A文章编号：1004 373X（2014）21 0145?04
Developmentofremotemonitoringandenergymetrology
systemforsolarheatingwaterproject
HUANGChun?tao，JIANGZhou?shu，RUANZhi?peng，HUANGGuo hui
（AutomationCollege，HangzhouDianziUniversity，Hangzhou310018，China）
Abstract： Thedevelopmentandcharacteristicsofthesolarheatingwaterprojectareelaborated.Thedesignschemeandrealizingsolutionoftheremotemonitoringsystemofthesolarheatingwaterprojectwereproposed.Theenergyconservationandemissionreductiondataweregotdependingonthedesignformulasabouttechnologicalandeconomicindicators.GPRS/Ethernettransmittermodulewasequipped.Thedatacenterutilitysoftwarebasedon.NETdigitalplatformandWebissueplatformwithfunctionsfordatareception，display，analysis，queryandsoon.Theapplicationresultindicatesthatthesystemisstableandeasytooperate，andhashighdatareliability.
Keywords：solarenergy；remotemonitoring；datacentre；energymetrology
0引言
太阳能作为一种可再生能源，分布广泛，资源丰富，是理想的未来能源。广泛利用太阳能是解决能源短缺、减少环境污染的有效途径之一。近年来，太阳能行业在新能源行业内发展迅速，其中太阳能热水器总集热面积逐年上涨，目前总利用面积高达1.5亿平方米[1]。近些年家用太阳能市场趋于饱和，增速缓慢，而太阳能热水工程集热面积的年增长率逐年上升，越来越多的工厂、学校、医院、酒店开始建设太阳能集热工程。
但我国在工程太阳能热利用上存在的问题却是显而易见的[2]，太阳能工程项目大多不配备计量与监控系统，这使得太阳能系统的实时运行状态、运行参数、能源节约指标、环境效益指标等无法得到真实可靠的数据支持。因此开发一种针对太阳能热水工程的远程监控与能耗计量系统具有较高的工程应用价值，可以为优化太阳能热水系统控制、探索太阳能最大利用率等问题提供坚实的数据基础。
1系统整体架构设计
太阳能热水远程监控系统由分布在不同地区、不同气候的现场监测系统与数据中心平台构成。现场监测系统通过GPRS与数据中心平台软件进行数据交互，实现对现场的远程监控，同时监测数据通过服务器以网页的形式发布。
1.1现场监测计量系统
现场监测计量系统（以总系统中某个单水箱?热泵系统为例）主要由现场监测仪表和数据采集装置构成。
现场监测计量仪表主要包括：环境温度传感器T4、集热管道温度传感器T0、集热器温度传感器T1、用户侧管道温度传感器T3、水箱温度传感器T2、热能表、电能表、流量计、辐照表、风速仪、压力计等构成。系统构成如图1所示。
数据采集装置采集现场工程运行状态及相对应的能耗数据信息，如气象信息、太阳能集热器运行状态、辅助能源供热设备运行状态、集热器入出口水温、集热器循环水流量、设备功耗、系统总功耗等数据；数据中继器接受采集器所采集的数据信息并将数据打包、加密，以标准网络数据传输格式通过GPRS或以太网发送给远程数据监控中心。
图1太阳能?热泵系统
1.2系统网络架构
本文设计的太阳能热水远程监控与能耗计量系统采用三层网络架构：第一层为现场设备层，该层由数据采集器、数据中继器、GPRS通信模块及各种传感器组成，控制器用于控制现场执行机构的正常工作，协调数据采集器对各个传感器的输出参数进行采集，并将采集结果输出到通信模块完成数据的上传；第二层为数据处理层，在监测中心服务端开发远程数据通信与管理软件，利用Socket通信技术实现监测中心与工程现场之间基于TCP/IP的数据通信；第三层为门户应用层，采用ASP.NET技术开发了数据发布网站，该网站部署在监测中心IIS服务器内，通过浏览器访问该网站，用户可随时随地浏览工程数据。系统网络拓扑图如图2所示。