一种基于物联网能量优化控制的太阳能-热泵供水系统技术领域
本发明主要应用行业电力、热力、燃气及水生产和供应业，新能源与高效节能技术
和相关产品，建筑节能技术及相关产品，具体涉及一种基于物联网能量优化控制的太阳能-
热泵供水系统。
背景技术
当今世界，能源已经成为制约世界各国经济社会发展的主要因素之一。我国是能
源消费大国，由于能源过度消耗以及结构不合理已引起严重的环境污染。
太阳能作为无污染的绿色能源是实现“节能减排”的有效手段。太阳能光热利用在
我国的新能源领域中贡献最大、影响最广、实用性最强、普及率最高、自有技术含量最高，其
中太阳能热水器的发展最为迅速，产业规模巨大，一直保持快速增长态势。随着城市化进程
的推进，鼓励太阳能热利用发展的政策相继出台，太阳能热利用正向建筑一体化、工程化方
向发展。目前太阳能热水工程已在在医院、游泳馆以及工农业上得到迅速应用。几年来，我
国太阳能热水系统工程市场以每年40％以上速度增长。但是常规的太阳能热水系统受季节
和天气影响较大、热流密度低，加热周期长，无法全天候供热水，在冬季和阴雨天气下需要
辅助热源加热，导致各种形式的太阳能直接热利用系统在应用上都受到一定的限制。热泵
热水技术是基于热泵技术之上的一种热水供应方式，应用少量的电能作为驱动力，并以制
冷剂作为主要的载体，可以不断的吸收到空气当中难以利用的热能，从而转化为可利用的
热能再把热能全面释放到水当中，以制取到生活热水，从而达到生活热水的需要。这种方式
水电分离，无废烟废热排出，能效比高，具有安全环保，节约能源、不受阳光辐照度影响等优
点。将空气源热泵机组和太阳能集热系统两者有机组合，既可充分利用太阳能，又可节约辅
助能源，最大限度降低运行成本，节省费用。然而，太阳能-热泵热水工程远比家用太阳能热
水器复杂，对系统的运行稳定性、可靠性提出更高要求，需要远程监控系统运行状态，并及
时进行维护和处理。我国幅员辽阔，气候多样，太阳能热利用系统形式多样，系统复杂，管理
难度大。使用传统的人工定期巡检、管理显得费时又费力，迫切需要太阳能热水工程具备远
程监控和故障诊断功能。另外，现有太阳能热水工程由于缺乏节能减排权威、准确的计量数
据，无法让用户直观地认识到太阳能利用效益，也无法得到政府的认同和节能补贴。合同能
源管理和碳交易项目由于缺乏可信的计量系统，导致实际节能指标不明确，容易对节能效
果产生争议，最终导致项目失败的实例屡有发生。
因此，实现太阳能热水工程远程监控和能耗计量管理已成为了太阳能热利用行业
亟待需要解决的问题。针对太阳能-热泵热水工程地域分布范围广、管理难度大、节能指标
不明确等问题，开发了基于物联网多维信息通讯，能耗计量分析和实时智能监控为一体的
“基于物联网能量优化控制的太阳能-热泵供水系统”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网能量优化控制的太阳能-热泵供水系统，
是基于物联网多维信息通讯，能耗计量分析和实时智能监控为一体的基于物联网能量优化
控制的太阳能-热泵供水系统。
本发明采用如下技术方案：一种基于物联网能量优化控制的太阳能-热泵供水系
统，主要包括集热器、集热水箱、恒温水箱、空气源热泵和监控装置组成；其特征在于：集热
器通过供水管道和集热水箱循坏连接，集热水箱通过供水管道和恒温水箱连接，恒温水箱
通过供水管道和空气源热泵循坏连接，监控装置分别和集热器、集热水箱、恒温水箱、空气
源热泵连接。
本发明所述集热器上下二端分别设置有温度计，集热器上端通过设有热量表的供
水管道连接集热水箱顶端进水口，集热器下端通过设有循坏水泵的供水管道连接集热水箱
左下端，其中集热水箱的顶端和左下端上的供水管道设有阀门。
本发明所述集热水箱左上端设有马达，右下端出水口通过循坏水泵连接恒温水箱
的顶端进水口，恒温水箱顶端的供水管道设有阀门。
本发明所述恒温水箱左上端设有马达，右上端通过设有热量表的供水管道和空气
源热泵左上端连接，恒温水箱右下端通过设有循坏水泵的供水管道连接空气源热泵左下
端；恒温水箱右上端和右下端设有阀门。
本发明所述恒温水箱顶端外接进水管道，外接的进水管道上依次设有补水泵、热
量表、温度计、电磁阀，电磁阀靠近恒温水箱顶端。
本发明所述恒温水箱右下端通过供水管道和用户用水管道(用户用水区)循坏连
接，供水管道依次设有电磁阀、温度计、热量表、用户用水管道、热量表、循环水泵、阀门；所
述电磁阀和阀门靠近恒温水箱右下端。
本发明所述恒温水箱顶端设置有风速仪，底端连接液位传感器。
本发明所述监控装置由现场监控设备和远程监测中心组成；现场监控设备和集热
器、集热水箱、恒温水箱、空气源热泵、热量表、电磁阀等等连接。
本发明所述现场监控设备包括触摸型智能控制器、模拟量模块、开关量模块以及
数据采集器、传感器、电表、热量表；触摸型智能控制器安装在集热水箱、恒温水箱上，触摸
型智能控制器和模拟量模块、开关量模块、数据采集器、温度传感器和液位传感器、电表、热
量表连接；现场监控设备部署在工程现场，它们负责定时热水工程各监测对象及系统的运
行状态信息，并实现系统运行控制，并与远程数据监控中心实现数据交换。
本发明所述远程监测中心包括路由器、数据服务器、监控计算机主机、检测中心网
关、检测中心防火墙、手机APP、平板电脑APP、电脑APP；路由器和触摸型智能控制器连接，通
过路由器无线发射信号，数据服务器和数据采集器无线连接，路由器和监控计算机主机、检
测中心网关、检测中心防火墙、手机APP、平板电脑APP、电脑APP无线连接。
本发明所述还包括有远程监控软件，部署在位于远程数据监控中心的独立数据服
务器上。它包括数据中心远程监控软件和WEB发布软件。数据中心远程监控软件用来与各个
现场监控设备进行数据交互，主要完成数据的接收、处理、显示、查询，系统远程监控、参数
配置，报警数据，日志等；WEB发布软件服务器用来响应管理人员及客户的请求，以网页的形
式将数据发布给客户。
本发明的有益效果是：主要由太阳能-热泵复合热水设备、现场数据采集和监控设
备、远程数据监测中心以及系统监控和能耗计量软件等部分组成。该系统具有能源利用率
高、节能显著、运行可靠、精确计量、监控报警功能齐全、数据分析功能完备、可实现对系统
运行参数和节能减排等指标全方位远程监测等特点，可广泛适用于小区住宅供水、商业用
水、建筑采暖以及工业、农业、畜牧业等热水利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的监控装置结构示意图。
在图中，集热器1、集热水箱2、恒温水箱3、空气源热泵4、监控装置5、供水管道6、温
度计7，热量表8，循坏水泵9，阀门10，马达11，补水泵12、电磁阀13，用水管道14，风速仪15，
液位传感器16。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于
说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、
“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或
暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连
接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机
械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体
含义。
如图1所示，一种基于物联网能量优化控制的太阳能-热泵供水系统，主要包括集
热器1、集热水箱2、恒温水箱3、空气源热泵4和监控装置5组成；其特征在于：集热器1通过供
水管道6和集热水箱2循坏连接，集热水箱2通过供水管道和恒温水箱3连接，恒温水箱3通过
供水管道6和空气源热泵4循坏连接，监控装置5分别和集热器1、集热水箱2、恒温水箱3、空
气源热泵4连接；所述集热器1上下二端分别设置有温度计7，集热器1上端通过设有热量表8
的供水管道6连接集热水箱顶端进水口，集热器1下端通过设有循坏水泵9的供水管道连接
集热水箱2左下端，其中集热水箱2的顶端和左下端上的供水管道设有阀门10；所述集热水
箱2左上端设有马达11，右下端出水口通过循坏水泵9连接恒温水箱3的顶端进水口，恒温水
箱3顶端的供水管道设有阀门10；所述恒温水箱3左上端设有马达11，右上端通过设有热量
表8的供水管道和空气源热泵4左上端连接，恒温水箱3右下端通过设有循坏水泵9的供水管
道连接空气源热泵4左下端；恒温水箱右上端和右下端设有阀门10；所述恒温水箱顶端外接
进水管道，外接的进水管道上依次设有补水泵12、热量表8、温度计7、电磁阀13，电磁阀13靠
近恒温水箱3顶端；所述恒温水箱3右下端通过供水管道6和用户用水管道14(用户用水区)
循坏连接，供水管道依次设有电磁阀13、温度计7、热量表8、用户用水管道14、热量表8、循环
水泵9、阀门10；所述电磁阀和阀门靠近恒温水箱右下端；所述恒温水箱顶端设置有风速仪
15，底端连接液位传感器16。
本发明现场监控主要仪表包括触摸型智能控制器、开关量模块、模拟量模块和数
据采集器；触摸型智能控制器是现场监控设备的关键仪表，该触摸型控制器采用真彩触摸
屏构成，具有强大的功能，包括详细的用户参数设置、专家设置、系统参数设置、报警历史查
询。可以进行多时段。触摸屏采用全中文的操作界面，简单易用。在功能方面，用户可以通过
触摸型控制器对系统的运行状态、各项指标数据进行实时监测，并可以根据工程具体情况，
配置工程模式，选择合适的控制策略及控制参数，还可以对热水系统中的泵、阀门进行实时
控制，当系统出现工作异常或故障时，触摸屏能自动提示故障并报警，通用测控模块包括模
拟量模块和开关量模块，主要承担现场监控的模拟量、开关量采集以及输出，采用RS485总
线结构与智能控制器构成完整的测控系统。该结构可根据工程大小进行任意扩展，同时便
于维修。数据中继器(也叫数据采集器)承担了电能表、热量表、信号采集器以及其它数字仪
表实时数据采集、处理，存储、计算、加密、协议转换、通讯管理等多项关键工作，是现场采集
和监控层的核心设备。该数据中继器采用了ARM-CortexM3的系列32位单片机为核心，带有2
路全隔离的RS354通讯、1路标准以太网接口以及GPRS无线通信接口，其主要功能如下：实时
数据采集，实时数据标定，统计累计数据，节能指标计算系统，故障判断，数据计算参数可配
置，仪表通信地址可配置，SD卡数据存储，XML格式封装，AES数据加密，MD5身份验证，以太
网/GPRS远程通信。
远程监控软件的功能1)实时监测。可通过现场监控设备在线监测太阳能-热泵热
水工程的集热器出口水温、集热水箱温度和液位、恒温水箱温度和液位、回水管温度、系统
总进水量、总耗电量，热泵设备主要运行参数(热泵本身带远程通信接口)，并计算由上述数
据推导出的供热量、节能量(换算为标煤)、减排量(二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘)等
指标，实现太阳能-热泵集热工程状况的实时监测。2)远程监控和系统参数配置。通过远程
数据中心监控软件可以实现系统控制参数的远程配置，同时可以实现对阀门和水泵进行远
程开关。3)数据处理、分析、显示功能。接收到的数据经过解析后存入企业数据库，并将数据
以曲线、表格和文本的形式多样化展现。4)数据存储功能，应能自动生成并储存为通用数据
文件，按不同项目存储在数据库中以便随时查询和调用。5)生成统计报表，可生成并存储月
统计报表。6)自动报警功能，可对系统出现的上下限、高温保护、低温防冻等信息进行报警。
7)多客户端远程通信。支持多客户端同时上传数据至监测中心，方便快捷。8)WEB发布软件
可满足用户通过网络浏览器实现远程监视，内容包括实时监视的全部内容，但不能实现远
程监控与配置。9)工程地图定位。各地区的热水工程在地图上予以标记，用户通过地图标记
可以快速定位本工程，在提供认证后，即可浏览本工程的监控信息。10)气象预报。提供全国
各大中型城市当天的详细气象信息。11)灵活的系统配置。主要包括服务器地址、端口配置，
方便软件的部署。12)用户权限管理。根据用户的级别对登录系统的用户分配相应的权限，
实现差异用户的访问控制。13)该软件可适用于颐养院同类太阳能-热泵复合热水系统的远
程监控。