本发明涉及太阳能热水系统控制领域，特别是一种太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法。
背景技术：
太阳能热水系统是目前技术较为成熟和有效利用太阳能的方式之一。储热水箱作为太阳能热水系统的重要储热设备，能有效解决太阳能自身间歇性和不可靠性，提高太阳能的利用率。由于水的密度与温度成反比，水箱中低温热水密度大而聚在水箱的底部，高温热水密度小则浮升到水箱的顶部，从而实现了不同温度的水在水箱中的垂直分层现象。
在太阳能系统运行时，集热器产生的热水会以一定的流量进入储热水箱中。由于进入的热水与入口处的热水在混合时有一定的温差，不仅会在入水口产生明显的扰动，而且温差引起的对流现象也会使得温度分层发生紊乱，从而增大斜温层的厚度，严重影响水箱中的温度分层现象。此外，因储热水箱顶层温度处于较低水平，将影响到系统热水供应的质量和可靠性，从而影响了热水系统的整体性能。
水箱分层效果的好坏能直接影响整个太阳能热水系统的运行效果，储热性能良好的水箱不仅能满足用户热负荷的需求，减少辅助加热量，还能降低集热器的进口水温，提高太阳能的利用效率。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法，包括以下步骤：
1)将储热水箱分为n+1个温度层，其中进水端位于储热水箱上部的n层，分别记为1、2…、i、…n层，出水端设置于储热水箱最底层，记作0层；在各温度层水体内加装温度传感器，连续监测各温度层的水温，分别记为t0、t1、t2…、ti、…tn；同时监测太阳能集热器的出水温度，记作tc；进水端的第1、2…、i、…n层分别设有阀门v1…、vi、…vn；出水端为第0层设有阀门v0；
2)当测得的太阳能集热器出水温度tc与储热水箱底层温度t0的差值tc-t0大于最小开启温差设定值sd1时，将tc与储热水箱中1至n温度层的水温t1至tn分别进行比较，并判断绝对差值最小的温度层，将该绝对差值最小的温度层记为m；
a)如果当前入口阀门开关信号b≠m，且当同一状态连续运行时长c大于设定值sd3时：
①如果b＝-1，即进水端、出水端所有阀门均关闭时，则打开储热水箱底层出水管路阀门v0和进水管路阀门vm，打开集热循环水泵，令b＝m；
②如果b≠-1，则关闭储热水箱进水管路阀门vb，打开阀门vm；
b)如果当前入口阀门开关信号b≠m，且当同一状态连续运行时长c≤sd3时，维持所有阀门的当前开关状态不变；
c)如果当前入口阀门开关信号b＝m时，维持所有阀门的当前开关状态不变；
3)当测得的集热器出水温度tc与储热水箱底层温度t0的差值tc-t0小于最大关闭温差设定值sd2时：
a)如果当前阀门开关信号b≠-1时，则关闭所有阀门v0至vn，关闭集热循环水泵，且令b＝-1；
b)如果当前阀门开关信号b＝-1时，则继续保持所有阀门v0至vn的关闭状态不变，继续保持集热循环水泵的关闭；
4)当测得的集热器出水温度tc与储热水箱底层温度t0的差值tc-t0介于最大关闭温差sd2和最小开启温差sd1之间时，维持集热系统阀门的开关状态不变，并按照上述步骤1)和2)判断调整阀门和循环泵的开关状态。
本发明中，所述储热水箱容积≥600l；所述储热水箱为圆柱形，所述圆柱形的高度与直径的比值范围为3.0～4.0；，所述储热水箱的温度层数n的范围为4～10层，每个温度层的高度范围为0.1～0.4m；温差设定值sd1的范围为4.0～10.0℃，sd2的范围为1.0～5.0℃，且sd1大于sd2，sd1与sd2的差值大于1.0℃；设定值sd3的范围为30～120秒；所述温度传感器的测温范围为-20℃～100℃，测温精度为±0.1℃。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过对比储热水箱各层水温与集热器出口水温，判断出与集热器出水温差最小的水箱温度层，开启相应储热水箱该层入水口位置的自动控制阀并关断之前的阀门，将集热器出水导入到与之温差最小的储热水箱温度分层水体中，从而减小对水箱温度分层的影响，提高系统效率和热水供应的可靠性；维持储热水箱中的热水处于较为稳定的分层状态，降低因冷热水混合而带来的效率降低问题；良好的温度分层可以减小水箱顶层温度达到预定要求的时间，提高系统供水的质量及可靠性；广泛适用于各种太阳能热水分层储热水箱，甚至可以衍生到非太阳能热源的储热水箱中，例如以热泵作为热源的储热水箱。
附图说明
图1是本发明中太阳能热水系统储热水箱分层进水控制方法原理图，其中：
1-1——太阳能集热器1-2——控制模块
1-3——太阳能循环泵1-4——自动控制阀
1-5——储热水箱1-6——温度传感器(集热器出口)
1-7——温度传感器(储热水箱各层)v0——水箱底层出水管路控制阀门
v1…、vi、…vn——水箱各分层温度进水管路阀门
图2是本发明的控制方法流程图。
具体实施方式
图1为集热器出水按温度分层进入水箱的技术原理图，集热侧循环泵和储热水箱出水口的自动控制阀与控制模块1-2连接，储热水箱进水口的自动控制阀与控制模块1-2连接。此外，储热器出口处安装温度传感器1-6，储热水箱每个分层内安装有温度传感器1-7，所有的温度传感器均通过信号线与控制模块1-2连接。
参照图2，本发明的控制方法流程图，具体操作如下：
(1)控制模块1-2中预先设定储热水箱进出口开关信号b为“-1”(即进出口阀门全部关闭，集热循环泵关闭)，集热循环水泵连续开启时间长度c为“0”，读取最小开启温差设定值sd1，读取最大关闭温差设定值sd2，读取运行状态转变最小时长设定值sd3。(步骤s1)
(2)集热器出口温度传感器1-6不断将温度信号tc传送至控制模块1-2，储热水箱各分层温度传感器1-7不断将各层水温ti(各层依次为t0、t1、t2……tn)传送至控制模块1-2。(步骤s2)
(3)计算tc与t0差值，记作tj。(步骤s3)
(4)判断tj与sd1的大小关系。(步骤s4)
(5)若tj小于sd1，判断b是否等于“-1”(步骤l1)。
若b不等于“-1”，则判断tj与sd2的大小关系(步骤l2)，如tj小于sd2，则关闭集热侧循环泵1-3和所有控制阀v0至vn(步骤l3)，返回步骤s2，如tj大于sd2，则等于“-1”，直接返回步骤s2。
(6)若tj大于等于sd1，依次计算储热水箱集热侧入水口对应的各层温度ti(t1至tn)与集热器出口水温tc的绝对差值，记为tdi。(步骤s5)
(7)比较并获取tdi的最小值，将对应的储热水箱层数记为m。(步骤s6)
(8)判断b是否与m相等。(步骤s7)
(9)若b等于m，则直接返回步骤s2。
(10)若b不等于m，则判断c与sd3的大小。(步骤s8)
(11)若c大于sd3，则关闭控制阀vb，继续进入步骤s10。(步骤s9)
(12)打开控制阀vm，设定b等于m，开始计时并记录为c。(步骤s10)
(12)若c小于等于sd3，则判断b是否等于“-1”。(步骤l4)
若b等于“-1”，则开启集热循环水泵1-3和控制阀v0(步骤l4)，之后执行步骤s10；若b不等于“-1”，则直接返回步骤s2。
(13)判断系统是否收到开机信号。(步骤s11)
(14)若收到关机信号，则关闭循环泵和所有控制阀，结束循环。(步骤s12)
(15)若没有收到关机信号，则直接返回步骤s2。