太阳能—空气能双热源温室加热控制系统设计

赵梦龙+++张东凤+++董燕红

摘 要：文章基于PLC开发设计太阳能-空气能的双热源温室加热控制系统，系统以室外光照强度、温室内空气温度、太阳能真空集热管顶端出水口处水的温度、空气热泵出水管处水温、保温水箱内水的温度五个指标作为监测指标，根据天气条件情况自动选择不同热源进行温室加热，控制温室自动加热，该系统运行可靠、充分利用了太阳能和空气能，节能、环保，有效提高了温室加热效率。

关键词：太阳能；空气热能；PLC；温室加热；控制系统

前言

设施农业由于环境相对可控，具有高效、优质、高产等特点，在农业发展中占据着越来越重要的地位。而现有的设施农业供暖多采用柴油、煤炭或天然气等单一的能源燃烧放热供暖，此方法易污染、不易于实现自动化控制；采用电加热功耗大、设备成本高。太阳能和空气能作为清洁、无污染的可再生能源，在日常生活中已广泛应用，在设施农业供暖中鲜有应用，文章将太阳能与空气能相结合，通过太阳能真空集热管、空气热泵双热源进行热量收集，以水作为蓄热介质，依据温室加热策略，基于PLC设计开发太阳能-空气能温室加热控制系统，此系统可根据天气情况、太阳能真空集热管出水口温度、保温水箱内水温、温室内空气温度自动选择加热方式，从而达到充分利用清洁能源，有效节约能源、降低能耗的目的。

1 系统的总体设计

太阳能-空气能双热源温室加热系统的工作原理系统图如图1所示，系统通过太阳能加热回路及空气能加热回路进行蓄热介质水的加热，加热后的水储存在阳能加热回路和空气能加热回路共用的保温水箱中，之后由温室加热回路进行温室内加热。

2 硬件设计

太阳能空气能温室加热系统的控制系统硬件组成主要包括：PLC可编程控制器、设置在保温水箱内的温度传感、太阳能加热循环泵、设置在真空集热管顶端的温度传感器、温室加热循环泵、设置在温室内的温度传感、热风管、设置在温室外部的光照传感器，PLC可编程控制器与上述各工作元件通过导线连接。分析系统所需I/O点数、可编程控制器的可存储量、响应速度，及特殊功能扩展等要求，本系统选用三菱FX1N系列FX1N-24MR-001作为核心控制器。作为系统核心控制器。FX1N系列是三菱PLC中功能很强大的PLC，可扩展致128点，结构紧凑，功能模块配制灵活，可靠性高，在温室环境控制中应用非常广泛。具体的I/O点分布如表1所示。

3 软件设计

为实现不同天气情况下均能保证温室加热系统可靠性工作，其温室加热控制策略为：蓄热过程为白天晴天状态下，当光照传感器监测的光照强度大于20000lux，且太阳能真空集热管上端温室传感器监测水的温室高于45°时，PLC控制器开启太阳能循环泵，对蓄热介质水进行循环加热，保存到保温水箱中，否则关闭；白天阴天或夜晚状态下，当保温水箱温度低于PLC控制器设置温度时，PLC控制器控制空气能热泵进行蓄热介质水加热。温室加热过程为当温室内空气温度低于PLC控制器设置的温度时，PLC控制器控制温室加热循环泵工作，进行温室加热。

针对上述控制策略由采用三菱GX-DEVELOPER 编程软件的梯形图语言进行编写，流程图如图2所示。

4 结束语

文章主要基于PLC开发设计了太阳能-空气能双热源温室加热控制系统，并参考温室加热策略、天气情况、太阳能集热管水温等多个参数设计开发PLC控制程序。该系统最大限度将太阳能和空气能结合利用，节约能源、避免了污染并且实现温室加热自动化控制，可为温室加热系统的设计提供一种参考。

参考文献

[1]孙先鹏，邹志荣，赵康，等.太阳能蓄热联合空气源热泵的温室加热试验[J].农业工程学报，2015，22：215-221.

[2]陈冰，罗小林，毕方琳，等.温室太阳能与空气源热泵联合加温系统的试验[J].中国农业科技导报，2011，01：55-59.

[3]施龙，刘刚，杨丰畅.以空气源热泵辅助加热的太阳能热水系统[J].可再生能，2013，31（1）：97-101.

[4]孙维拓，杨其长，方慧，等.主动蓄放热-热泵联合加温系统在日光温室的应用[J].农业工程学报，2013（19）.

[5]王顺生，马承伟，柴力龙，等.日光温室内置式太阳能集热调温装置试验研究[J].农机化研究，2007，02：130-133.