太阳能热水系统教学测试装置的制作方法
专利名称：太阳能热水系统教学测试装置的制作方法
技术领域：
太阳能热水系统隶属于建筑给排水领域中的热水系统部分，可以用于热水系统教 学演示以及测试研究。
背景技术：
为了解决能源危机，实现节能减排的目标，国家正在大力推行建筑节能和绿色建 筑工程。随着《能源法》的出台，倡导地低碳理念的太阳能热水器的强制安装标准被进一步 扩大。当前在开设有给水排水专业的各大专院校当中，在完成建筑热水系统以及建筑节 能相关理论知识学习后，缺少与实际相结合的实践环节，使得教学与实践分离、理论研究与 实际工程脱节。造成这种现象的关键原因在于缺少一套完整的实测研究系统。目前国内尚没有一套完整的开设这一门实验技术所需的教学装置——太阳能热 水系统教学测试装置。已有的太阳能测试装置大多针对太阳能热水器个别部分的单体性能 研究，本装置着眼于整个系统的性能测试，根据不同的需要实现不同的测试功能，旨在锻炼 学生的自主研究能力，将理论创新应用于实际工程。所以说本装置的开发具有创新性和重 要的实际应用价值。本实用新型的装置填补了同类产品在各大中专院校教学实测研究中的空白。
实用新型内容本实用新型的目的在于完成教学实体演示以及太阳能热水系统的测试研究两项 功能。在可切换的两套实体太阳能热水系统上安装了不同的传感器，通过A/D转换与采集 卡采集测量数据，最后将实际测量数据显示在电脑的Labview控制面板上，测量数据可存 Λ excel表格中。为了实现上述目的，本实用新型装置的实用新型整体结构图可以分为三部分，一 是太阳能热水系统，二是数据测试系统，三是数据采集及处理系统。在上述的太阳能热水系统中，平板集热器1通过防冻液出流管2分别与双循环水 箱4和单循环水箱5相连，双循环水箱4和单循环水箱5又分别通过防冻液回流管3与平 板集热器1相连，冷水供水管8分别与双循环水箱4和单循环水箱5相连，由双循环水箱4 和单循环水箱5引出的热水供水管7连接至花洒11 ；双循环水箱手动控制阀13分别安装于 防冻液出流管2、防冻液回流管3、热水供水管7、冷水供水管8分流后与双循环水箱4相连 接的支管上；手动单循环水箱手动控制阀12分别安装于防冻液出流管2、防冻液回流管3、 热水供水管7、冷水供水管8与单循环水箱5相连接的支管上；循环控制装置6安装于防冻 液回流管3上；经平板集热器1加热的防冻液通过防冻液出流管2分别进入双循环水箱4 和单循环水箱5内，换热后由防冻液回流管3流出回流至平板集热器1中；冷水经由冷水供 水管8分别进入双循环水箱4和单循环水箱5内加热，被加热的水通过热水供水管7流出 至花洒11中；当手动打开双循环水箱手动控制阀13，关闭单循环水箱手动控制阀12时，双循环水箱4被使用，此时集热器内的防冻液通过与防冻液出流管2和防冻液回流管3相连 的盘管加热水箱内的水，再通过管路7和8相连的盘管进行二次换热后从热水供水管7流 入混水器10，从花洒11放出；当开启单循环水箱手动控制阀12，关闭双循环水箱手动控制 阀13时，单循环水箱5被使用，此时集热器内的防冻液通过与防冻液出流管2和防冻液回 流管3相连的盘管加热水箱内的水，水箱内被加热的水通过热水供水管7流入混水器10后 通过花洒11被放出，同时，冷水由冷水供水管8补充双循环水箱4和单循环水箱5内的水； 在热水供水管7上装有热水混水器10，市政冷水管9的冷水与热水供水管7的热水经混水 器混合后至花洒11喷出；双循环水箱手动控制阀13分别安装于防冻液出流管2、防冻液回 流管3、热水供水管7、冷水供水管8分流后与双循环水箱4相连接的支管上；手动单循环水 箱手动控制阀12分别安装于防冻液出流管2、防冻液回流管3、热水供水管7、冷水供水管8 与单循环水箱5相连接的支管上；循环控制装置6安装于防冻液回流管3上。在所述的数据测试系统中，包括有环境风速测试仪、太阳辐照测试仪、环境温度传 感器、压力传感器、电磁流量计、四线制PtlOO温度传感器；环境风速测试仪、太阳辐照测试 仪、环境温度传感器单独安装在楼顶，其它传感器均安装在太阳能热水系统上；各个传感器 通过远传数据线将信号传给电脑中的采集卡，由Labview编程软件进行显示和处理。在所述的数据采集及处理系统中，Labview显示面板可以实现对整个系统的风速、 辐照、环境温度、压力、流量、温度情况的实时曲线显示以及数据储存。本实用新型可以取得如下有益效果本实用新型能够很好的巩固学生在课堂上学到的理论知识，同时也能够加强学生 在课堂上所学不到的实际动手能力和工程分析能力，培养了工程意识，开拓了思维，达到了 理论与实践相结合的教学目的。同时本实用新型装置具有占地小，经济实用，环保无污染， 安全可靠，运行稳定的特点，有利于其推广使用。
图1为本实用新型的整体结构框图；图2为本实用新型的总体装置结构示意图；图中1、平板集热器，2、防冻液出流管，3、防冻液回流管，4、双循环水箱，5、单循环 水箱，6、循环控制装置，7、热水供水管，8、冷水供水管，9、市政供水管，10、混水装置，11、花 洒，12、双循环水箱手动控制阀13、单循环水箱手动控制阀Tl T10、温度传感器，Fl F7 压力传感器，Ll L3、电磁流量计，Cl、环境风速测试仪，C2、太阳辐照测试仪，C3、环境温 度传感器
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步地说明。如图1所示，该系统包括实际安装的太阳能热水系统部分、数据测试系统、数据采 集及处理系统。下面分别对各个部分进行说明一、太阳能热水系统部分。如图2所示，太阳能热水系统由平板集热器1防冻液出流管2和防冻液回流管3组成。经平板集热器1极热的水通过防冻液出流管2进入水箱内，换热后由防冻液回流管 3流出。冷水供水管由8进入水箱，被加热的水通过热水供水管7流出，四条管路分别与双 循环水箱4和单循环水箱5相连。通过手动双循环水箱手动控制阀13与手动单循环水箱 手动控制阀12进行集热系统与水箱之间的切换。当使用双循环水箱时，开启双循环水箱手 动控制阀13，关闭单循环水箱手动控制阀12 ；使用单循环水箱时开启单循环水箱手动控制 阀12，关闭双循环水箱手动控制阀13。通过循环控制装置6调节两种水箱实验需要的相应 循环泵参数。市政水由市政压力通过冷水供水管8进入水箱，经过水箱换热后从热水供水 管7流出。热水供水管7和市政供水管9经由混水装置10混合出合适的温度后由花洒11 喷出。二、数据测试系统。本实用新型的数据采集及处理系统采用32路PCI6224采集卡，可以同时对实验装 置中各个测试节点的工作性能进行同时测定，也可对单个节点单独测试。可以根据需要自 主选择测试仪器的采点频率，太阳能热水系统测试软件即时绘制的各种曲线，可以观察数 据的变化趋势和过程，让学生更直观的去认识，掌握。本实用新型测点齐全，不同的测试方案所选用的测点不同。具体测点用途说明见 表1表1测点用途说明
测点编号用途说明测点编号用途说明Tl集热板出流温度Fl集热板出流压力T2集热板入流温度F2集热板入流压力T3单/双循环加热盘管入水温度F3防冻液出水管压力T4单/双循环热水供水温度F4热水供应管压力T5双循环水箱上部温度F5冷水供应管压力T6双循环水箱上部温度F6防冻液进水管压力T7双循环水箱下部温度F7生活热水供应管压力T8单/双循环加热盘管出水温度Ll热水供应量T9生活热水供应管温度L2冷水供应量TlO单/双循环冷水供水温度L3防冻液循环流量Cl测量室外风速C2测量辐照C3测量室外温度 三、数据采集及处理系统太阳能热水系统教学演示时，图2中太阳能热水系统首先启动，调节控制柜运行 工况，设定需要的循环泵运行参数。然后打开传感器供电系统，同时打开电脑上的数据采 集装置，设定数据采样率。通过Labview显示面板可以实现对整个系统的风速、辐照、环境 温度、压力、流量、温度情况的实时曲线显示以及数据储存。可以观察水箱温度变化情况与 循环泵不同运行工况的关系，可以观测不同环境温度、辐照、风速对集热器的温度变化影响 等。学生对循环泵不同参数的设定以及对23个传感设备的不同组合可以得到不同的测试 成果。通过在北京工业大学建筑工程学院给水排水专业的本科生中进行教学演示实验 和第二课堂创新实验实践表明本实用新型达到了预期的目的。在所述的数据采集及处理系统中，Labview显示面板可以实现对整个系统的风速、辐照、环境温度、压力、流量、温度情况的实时曲线显示以及数据储存，可以观察水箱温度变 化情况与循环泵不同运行工况的关系。
权利要求1. 一种太阳能热水系统教学测试装置，包括太阳能热水系统、数据测试系统、数据采集 及处理系统三部分，其特征在于在所述的太阳能热水系统中，平板集热器(1)通过防冻液出流管( 分别与双循环水 箱(4)和单循环水箱( 相连，双循环水箱(4)和单循环水箱( 又分别通过防冻液回流 管C3)与平板集热器(1)相连，冷水供水管(8)分别与双循环水箱(4)和单循环水箱(5) 相连，由双循环水箱(4)和单循环水箱( 引出的热水供水管(7)连接至花洒(11)；双循环 水箱手动控制阀(1 分别安装于防冻液出流管O)、防冻液回流管C3)、热水供水管(7)、冷 水供水管(8)分流后与双循环水箱(4)相连接的支管上；手动单循环水箱手动控制阀(12) 分别安装于防冻液出流管O)、防冻液回流管(3)、热水供水管(7)、冷水供水管(8)与单循 环水箱( 相连接的支管上；循环控制装置(6)安装于防冻液回流管C3)上；在所述的数据测试系统中，包括有环境风速测试仪、太阳辐照测试仪、环境温度传感 器、压力传感器、电磁流量计、四线制PtlOO温度传感器；环境风速测试仪、太阳辐照测试 仪、环境温度传感器单独安装在楼顶，其它传感器均安装在太阳能热水系统上；各个传感器 通过远传数据线将信号传给电脑中的采集卡。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能热水系统教学测试装置，包括三个部分一是太阳能热水系统，其包括平板太阳能集热器(1)、双循环水箱(4)、单循环水箱(5)、以及循环控制装置(6)；二是数据测试系统，其完成对整个测试装置的环境风速、太阳辐照、环境温度、压力、流量、温度六种数据共计23个测点的数据测量；三是数据采集及处理系统，通过采集卡和Labview编程软件采集处理整套系统的测试数据，并将测试曲线实时显示在控制面板上。本装置着眼于整个系统的性能测试，根据不同的需要实现不同的测试功能，旨在锻炼学生的自主研究能力，将理论创新应用于实际工程，填补了同类产品在各大中专院校教学实测研究中的空白。
文档编号G09B23/16GK201910180SQ20102059878
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者丁孟达, 何媛媛, 卜晓明, 吕鑑, 张英, 汤潇, 甄帅, 马晓虹 申请人:北京工业大学
技术领域：
太阳能热水系统隶属于建筑给排水领域中的热水系统部分，可以用于热水系统教 学演示以及测试研究。
背景技术：
为了解决能源危机，实现节能减排的目标，国家正在大力推行建筑节能和绿色建 筑工程。随着《能源法》的出台，倡导地低碳理念的太阳能热水器的强制安装标准被进一步 扩大。当前在开设有给水排水专业的各大专院校当中，在完成建筑热水系统以及建筑节 能相关理论知识学习后，缺少与实际相结合的实践环节，使得教学与实践分离、理论研究与 实际工程脱节。造成这种现象的关键原因在于缺少一套完整的实测研究系统。目前国内尚没有一套完整的开设这一门实验技术所需的教学装置——太阳能热 水系统教学测试装置。已有的太阳能测试装置大多针对太阳能热水器个别部分的单体性能 研究，本装置着眼于整个系统的性能测试，根据不同的需要实现不同的测试功能，旨在锻炼 学生的自主研究能力，将理论创新应用于实际工程。所以说本装置的开发具有创新性和重 要的实际应用价值。本实用新型的装置填补了同类产品在各大中专院校教学实测研究中的空白。
实用新型内容本实用新型的目的在于完成教学实体演示以及太阳能热水系统的测试研究两项 功能。在可切换的两套实体太阳能热水系统上安装了不同的传感器，通过A/D转换与采集 卡采集测量数据，最后将实际测量数据显示在电脑的Labview控制面板上，测量数据可存 Λ excel表格中。为了实现上述目的，本实用新型装置的实用新型整体结构图可以分为三部分，一 是太阳能热水系统，二是数据测试系统，三是数据采集及处理系统。在上述的太阳能热水系统中，平板集热器1通过防冻液出流管2分别与双循环水 箱4和单循环水箱5相连，双循环水箱4和单循环水箱5又分别通过防冻液回流管3与平 板集热器1相连，冷水供水管8分别与双循环水箱4和单循环水箱5相连，由双循环水箱4 和单循环水箱5引出的热水供水管7连接至花洒11 ；双循环水箱手动控制阀13分别安装于 防冻液出流管2、防冻液回流管3、热水供水管7、冷水供水管8分流后与双循环水箱4相连 接的支管上；手动单循环水箱手动控制阀12分别安装于防冻液出流管2、防冻液回流管3、 热水供水管7、冷水供水管8与单循环水箱5相连接的支管上；循环控制装置6安装于防冻 液回流管3上；经平板集热器1加热的防冻液通过防冻液出流管2分别进入双循环水箱4 和单循环水箱5内，换热后由防冻液回流管3流出回流至平板集热器1中；冷水经由冷水供 水管8分别进入双循环水箱4和单循环水箱5内加热，被加热的水通过热水供水管7流出 至花洒11中；当手动打开双循环水箱手动控制阀13，关闭单循环水箱手动控制阀12时，双循环水箱4被使用，此时集热器内的防冻液通过与防冻液出流管2和防冻液回流管3相连 的盘管加热水箱内的水，再通过管路7和8相连的盘管进行二次换热后从热水供水管7流 入混水器10，从花洒11放出；当开启单循环水箱手动控制阀12，关闭双循环水箱手动控制 阀13时，单循环水箱5被使用，此时集热器内的防冻液通过与防冻液出流管2和防冻液回 流管3相连的盘管加热水箱内的水，水箱内被加热的水通过热水供水管7流入混水器10后 通过花洒11被放出，同时，冷水由冷水供水管8补充双循环水箱4和单循环水箱5内的水； 在热水供水管7上装有热水混水器10，市政冷水管9的冷水与热水供水管7的热水经混水 器混合后至花洒11喷出；双循环水箱手动控制阀13分别安装于防冻液出流管2、防冻液回 流管3、热水供水管7、冷水供水管8分流后与双循环水箱4相连接的支管上；手动单循环水 箱手动控制阀12分别安装于防冻液出流管2、防冻液回流管3、热水供水管7、冷水供水管8 与单循环水箱5相连接的支管上；循环控制装置6安装于防冻液回流管3上。在所述的数据测试系统中，包括有环境风速测试仪、太阳辐照测试仪、环境温度传 感器、压力传感器、电磁流量计、四线制PtlOO温度传感器；环境风速测试仪、太阳辐照测试 仪、环境温度传感器单独安装在楼顶，其它传感器均安装在太阳能热水系统上；各个传感器 通过远传数据线将信号传给电脑中的采集卡，由Labview编程软件进行显示和处理。在所述的数据采集及处理系统中，Labview显示面板可以实现对整个系统的风速、 辐照、环境温度、压力、流量、温度情况的实时曲线显示以及数据储存。本实用新型可以取得如下有益效果本实用新型能够很好的巩固学生在课堂上学到的理论知识，同时也能够加强学生 在课堂上所学不到的实际动手能力和工程分析能力，培养了工程意识，开拓了思维，达到了 理论与实践相结合的教学目的。同时本实用新型装置具有占地小，经济实用，环保无污染， 安全可靠，运行稳定的特点，有利于其推广使用。
图1为本实用新型的整体结构框图；图2为本实用新型的总体装置结构示意图；图中1、平板集热器，2、防冻液出流管，3、防冻液回流管，4、双循环水箱，5、单循环 水箱，6、循环控制装置，7、热水供水管，8、冷水供水管，9、市政供水管，10、混水装置，11、花 洒，12、双循环水箱手动控制阀13、单循环水箱手动控制阀Tl T10、温度传感器，Fl F7 压力传感器，Ll L3、电磁流量计，Cl、环境风速测试仪，C2、太阳辐照测试仪，C3、环境温 度传感器
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步地说明。如图1所示，该系统包括实际安装的太阳能热水系统部分、数据测试系统、数据采 集及处理系统。下面分别对各个部分进行说明一、太阳能热水系统部分。如图2所示，太阳能热水系统由平板集热器1防冻液出流管2和防冻液回流管3组成。经平板集热器1极热的水通过防冻液出流管2进入水箱内，换热后由防冻液回流管 3流出。冷水供水管由8进入水箱，被加热的水通过热水供水管7流出，四条管路分别与双 循环水箱4和单循环水箱5相连。通过手动双循环水箱手动控制阀13与手动单循环水箱 手动控制阀12进行集热系统与水箱之间的切换。当使用双循环水箱时，开启双循环水箱手 动控制阀13，关闭单循环水箱手动控制阀12 ；使用单循环水箱时开启单循环水箱手动控制 阀12，关闭双循环水箱手动控制阀13。通过循环控制装置6调节两种水箱实验需要的相应 循环泵参数。市政水由市政压力通过冷水供水管8进入水箱，经过水箱换热后从热水供水 管7流出。热水供水管7和市政供水管9经由混水装置10混合出合适的温度后由花洒11 喷出。二、数据测试系统。本实用新型的数据采集及处理系统采用32路PCI6224采集卡，可以同时对实验装 置中各个测试节点的工作性能进行同时测定，也可对单个节点单独测试。可以根据需要自 主选择测试仪器的采点频率，太阳能热水系统测试软件即时绘制的各种曲线，可以观察数 据的变化趋势和过程，让学生更直观的去认识，掌握。本实用新型测点齐全，不同的测试方案所选用的测点不同。具体测点用途说明见 表1表1测点用途说明
测点编号用途说明测点编号用途说明Tl集热板出流温度Fl集热板出流压力T2集热板入流温度F2集热板入流压力T3单/双循环加热盘管入水温度F3防冻液出水管压力T4单/双循环热水供水温度F4热水供应管压力T5双循环水箱上部温度F5冷水供应管压力T6双循环水箱上部温度F6防冻液进水管压力T7双循环水箱下部温度F7生活热水供应管压力T8单/双循环加热盘管出水温度Ll热水供应量T9生活热水供应管温度L2冷水供应量TlO单/双循环冷水供水温度L3防冻液循环流量Cl测量室外风速C2测量辐照C3测量室外温度 三、数据采集及处理系统太阳能热水系统教学演示时，图2中太阳能热水系统首先启动，调节控制柜运行 工况，设定需要的循环泵运行参数。然后打开传感器供电系统，同时打开电脑上的数据采 集装置，设定数据采样率。通过Labview显示面板可以实现对整个系统的风速、辐照、环境 温度、压力、流量、温度情况的实时曲线显示以及数据储存。可以观察水箱温度变化情况与 循环泵不同运行工况的关系，可以观测不同环境温度、辐照、风速对集热器的温度变化影响 等。学生对循环泵不同参数的设定以及对23个传感设备的不同组合可以得到不同的测试 成果。通过在北京工业大学建筑工程学院给水排水专业的本科生中进行教学演示实验 和第二课堂创新实验实践表明本实用新型达到了预期的目的。在所述的数据采集及处理系统中，Labview显示面板可以实现对整个系统的风速、辐照、环境温度、压力、流量、温度情况的实时曲线显示以及数据储存，可以观察水箱温度变 化情况与循环泵不同运行工况的关系。
权利要求1. 一种太阳能热水系统教学测试装置，包括太阳能热水系统、数据测试系统、数据采集 及处理系统三部分，其特征在于在所述的太阳能热水系统中，平板集热器(1)通过防冻液出流管( 分别与双循环水 箱(4)和单循环水箱( 相连，双循环水箱(4)和单循环水箱( 又分别通过防冻液回流 管C3)与平板集热器(1)相连，冷水供水管(8)分别与双循环水箱(4)和单循环水箱(5) 相连，由双循环水箱(4)和单循环水箱( 引出的热水供水管(7)连接至花洒(11)；双循环 水箱手动控制阀(1 分别安装于防冻液出流管O)、防冻液回流管C3)、热水供水管(7)、冷 水供水管(8)分流后与双循环水箱(4)相连接的支管上；手动单循环水箱手动控制阀(12) 分别安装于防冻液出流管O)、防冻液回流管(3)、热水供水管(7)、冷水供水管(8)与单循 环水箱( 相连接的支管上；循环控制装置(6)安装于防冻液回流管C3)上；在所述的数据测试系统中，包括有环境风速测试仪、太阳辐照测试仪、环境温度传感 器、压力传感器、电磁流量计、四线制PtlOO温度传感器；环境风速测试仪、太阳辐照测试 仪、环境温度传感器单独安装在楼顶，其它传感器均安装在太阳能热水系统上；各个传感器 通过远传数据线将信号传给电脑中的采集卡。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能热水系统教学测试装置，包括三个部分一是太阳能热水系统，其包括平板太阳能集热器(1)、双循环水箱(4)、单循环水箱(5)、以及循环控制装置(6)；二是数据测试系统，其完成对整个测试装置的环境风速、太阳辐照、环境温度、压力、流量、温度六种数据共计23个测点的数据测量；三是数据采集及处理系统，通过采集卡和Labview编程软件采集处理整套系统的测试数据，并将测试曲线实时显示在控制面板上。本装置着眼于整个系统的性能测试，根据不同的需要实现不同的测试功能，旨在锻炼学生的自主研究能力，将理论创新应用于实际工程，填补了同类产品在各大中专院校教学实测研究中的空白。
文档编号G09B23/16GK201910180SQ20102059878
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者丁孟达, 何媛媛, 卜晓明, 吕鑑, 张英, 汤潇, 甄帅, 马晓虹 申请人:北京工业大学
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