摘 要

随着社会提倡绿色发展和人们环保意识的提高，人类对太阳能的热利用技术越来越成熟，当前，在太阳能热利用中，发展最快、产品普及率高的当属太阳能热水器、太阳能光伏发电和太阳能制冷。太阳能热水器已经成为了许多家庭洗漱用水的首要选择，因此，空气源热泵产品的利用越来越多。在空气源热泵热水系统中，为了使太阳光能够充分吸收利用以及提高系统与建筑的一体化程度，水箱常放在房顶或阳台，所以人们在使用热水时观察不到水箱中水温水位的变化。因此，在空气源热泵热水系统中，水温水位检测成为了系统中的一个问题。

在过去，人们在解决水箱的水温检测的问题时，一般使用热敏电阻浸入水箱，通过温度和电阻的变化转换成温度值，此装置的检测精度受热敏电阻质量的影响。由于采用浸入式安装，热敏电阻和导线的接头处容易被高温热水腐蚀而可能断开，故障率较高。人们在解决水箱的水位检测时一般使用多点多组水位探头直接检测。每组探头代表一个水位点，利用水的导电性，每组探头通过极点之间的通/断来表征水位的实际高度。侵入水中的探头组件，探头的电极和导线的接头处容易被高温热水腐蚀而可能断开，也会因水质不良，电极表面结垢而无法导通，故障率较高。

基于以上问题，应该设计出一种新型的非接触式水温水位检测集成探头，它能够有效的防止水质以及水温对探头组件的损坏，从而提高水温水位探头的寿命，保障每家每户在使用太阳能热水器时对水温水位的精准调配，方便使用热水。

本设计适用于太阳能热水系统，主要对过去水温水位检测的改进，延长热水系统的工作寿命。

关键词：水温检测；水位检测；空气源热泵；太阳能热水器

Abstract

With the community to promote green development and people's awareness of environmental protection, the human use of solar energy technology more and more mature, the current, in the solar heat utilization, the fastest growing, high product penetration is undoubtedly a solar water heater, solar photovoltaic And solar refrigeration. Solar water heaters have become the primary choice for many household wash water, therefore, the use of air source heat pump products more and more. In the air source heat pump hot water system, in order to make the sun can fully absorb and improve the integration of the system and the building, the water tank often on the roof or balcony, so people can not use the hot water when the water tank water level The change. Therefore, in the air source heat pump hot water system, water temperature water level detection has become a problem in the system.

In the past, people in the water tank to solve the problem of water temperature detection, the general use of thermistor immersed in the tank, through the temperature and resistance changes into temperature values, the detection accuracy of the device by the thermistor quality. Due to the use of immersion installation, thermistor and wire joints easily be high temperature hot water corrosion and may be broken, the higher the failure rate. People in the water tank to solve the water level when the general use of multi-point multi-group water level probe directly detected. Each set of probes represents a water level, using the conductivity of water, each group of probes through the pole between the on / off to characterize the actual height of the water level. Intrusion of the probe components in the water, the probe electrode and the wire joints can easily be high temperature hot water corrosion and may be broken, but also because of poor water quality, electrode surface scaling and can not turn on, the failure rate is high.

Based on the above problems, it is necessary to design a new type of non-contact water temperature detection integrated probe, which can effectively prevent the water quality and water temperature damage to the probe assembly, thereby improving the water temperature of the water level probe life, to protect each household in the use of solar energy Water heater when the water temperature of the precise deployment of water, easy to use hot water.

This design is suitable for solar hot water system, mainly on the past water temperature water level improvement, extend the working life of hot water system.

Key Words：Water temperature detection; water level detection; air source heat pump; solar water heaters

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 太阳能利用现状 2

1.2.1 国际发展现状 2

1.2.2 国内发展现状 3

1.3 本文主要研究内容 4

第2章 总体设计背景 5

2.1 研究空气源热泵热水器中的水温水位探头的必要性 5

2.2 空气源热泵热水器原理及优点 6

2.3 本章小结 7

第3章 非接触式水温水位探头设计 8

3.1 温度检测模块的设计 8

3.2 水位检测模块的设计 12

3.2.1 水位传感器的选择 12

3.2.2 变送器的选择 16

3.3 探头结构设计 16

3.3.1 探头结构图设计 17

3.3.2 探头外部材料的选择 18

3.4 本章小结 19

第4章 控制模块的设计 21

4.1自动上水模块 22

4.2 水位控制模块 23

4.3 水温控制模块 24

4.4 淋浴模块的设计 26

4.5 本章小结 26

第5章 总结 28

致谢 29

参考文献 30

第1章 绪论

1.1 研究背景

能源，是人类社会发展的物质基础。纵观历史，能源伴随着时代的变化，推动了社会大变革，改变了世界格局。随着人口的不断增和经济的快速发展，能源的消耗增加。21世纪以后，人们在大力发展经济的同时，也不断感受到不可再生资源的迅速消耗，例如煤、石油、天然气等，生态环境也面临威胁，为了资源的争夺，还引发了领海、领土的纠纷和冲突，甚至战争。近年来，人类开始意识到能源枯竭和环境恶化的危机感，正在积极寻求清洁、安全、可靠的可再生的清洁型能源。

太阳能具有长久持续性、安全可靠、处处均可开发和利用、廉价低碳以及清洁安全等方面的特点，是各国可持续发展的优选。太阳辐射发射量为2.009×10⁷瓦每平方米（W / m ²），总共为2.845×10²⁶瓦（W）。太阳能是其他可再生能源的基本能源，太阳每年投射到地球的辐射能相当于12.9万亿吨标准煤。我国国土面积大，年光照量大，太阳能资源非常丰富，在太阳能开发利用上有着巨大潜力。因此，太阳能可以保持能源的长期的可持续供应。