CN103512081B - 一种太阳能与冷凝式燃气壁挂炉联合供暖系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能与冷凝式燃气壁挂炉联合供暖系统,它包括:(1)太阳能集热器,太阳能集热器安放在屋顶上迎着太阳的位置;(2)蓄热罐;(3)冷凝式燃气壁挂炉;(4)采暖盘管;(5)气候补偿器。本发明的优点:(1)本发明以太阳能作为供暖的主要热源,用燃气作为辅助能源,可以有效的减小化石能源的消耗,减小了环境污染物的排放,优化了能源利用效率。(2)本发明可以克服以太阳能或燃气作为采暖单一热源存在缺点,使供暖系统更加可靠和稳定,同时也扩大了系统的使用范围;(3)本发明利用太阳能为采暖热源,可以降低燃气的消耗量,从而降低用户的供暖成本,起到经济节约的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种供暖系统,尤其涉及一种太阳能与冷凝式燃气壁挂炉联合供暖系统。
背景技术
随着我国经济的快速发展和能源短缺、环境污染问题的日益严重,节能减排、低碳生活已成为各行各业的发展趋势。我国具有丰富的太阳能资源,三分之二以上国土面积的太阳能年总辐射量超过5.0GJ/m2,年平均日照时数超过2200小时。尤其是广大的华北、西北地区,日照充足,为开发利用太阳能提供了良好的自然条件。天然气是洁净的矿物燃料,已成为世界上增长最快的一种能源。随着中国经济的迅速发展,人们生活质量的不断提高,对天然气的需求也迅速增加。我国西气东输工程、广东液化天然气进口项目建设、引进俄罗斯及中亚国家天然气及进一步开发海洋天然气等工程的开展,标志着中国能源发展的新趋势。这些有利因素为燃气具的开发利用创造了良好条件。
太阳能虽然在我国得到了快速发展和推广,但还主要局限在提供生活热水范围,由于其受到天气、昼夜等自然条件的制约,供热能力不稳定,大多以电力和燃气作为辅助能源;在市政热力尚未覆盖的区域,或者对供热时间有特殊要求的用户,冷凝式燃气壁挂炉作为供热热源具有自动化程度高、控制灵活方便、能效利用高、对环境友好等优点,受到青睐,但燃气成本和供热费用较高,大规模推广应用受到限制。
单纯采用太阳能或冷凝式燃气壁挂炉进行生活热水的加热及采暖都有各自的局限性。专利200720019424.8,太阳能热水直接用于供暖,易发生污染,在冬天,容易发生管道冻裂情况,专利200820103475.3管道阻力过大,为充分利用太阳能,且太阳能热水直接用于供暖,易发生污染;专利200820201588.7生活热水和采暖热水未分开,且太阳能热水直接进入采暖和生活热水,易发生污染,太阳能预热热水进入燃气壁挂炉,易发生结垢堵塞;专利200910062283.1生活热水和采暖热水未分开,在同时需要采暖和热水时,产生矛盾,且水量不足时需要补水,影响供暖稳定,另外,生活热水温度设置过高,采暖供水设置40℃,未充分利用太阳能,该专利使用了混水装置,占据一定的室内空间;专利201020129575.0中的蓄热罐采用多个换热器,降低了换热效率,未充分利用太阳能;专利201020243754.7在生活热水利用上可能存在达不到生活热水使用温度,而且会吸收部分供暖热水热量,不利于供暖稳定;专利201120232330.5太阳能热水进入燃气炉内,可能会存在水质污染,冬天易发生管道冻裂现象,在供暖上未利用太阳能;专利201210330458.4生活热水和供暖热水未分开使用,采暖温度设定过高,不能充分利用太阳能。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点,提供一种最大限度地利用了可再生能源,减少了传统能源的消耗和污染物排放,而且降低了采暖和生活热水供应成本,实现了节能、减排和经济效益,同时解决了居民的供暖和生活热水需求,实现了多种能源的优化组合的一种太阳能与冷凝式燃气壁挂炉联合供暖系统。
本发明的一种太阳能与冷凝式燃气壁挂炉联合供暖系统,它包括:
(1)太阳能集热器,太阳能集热器安放在屋顶上迎着太阳的位置,在太阳能集热器的下端口连接有装有第四电磁阀的放空管,在太阳能集热器的出水端设置有第一温度传感器,太阳能集热器的出水端与设置有第五电磁阀的太阳能出水管相连;
(2)蓄热罐,在所述的蓄热罐外设置有保温层,在所述的蓄热罐内安装有内部盘管,在所述的蓄热罐上安装有排气阀和水位仪,在蓄热罐上设置有内部盘管进水口、内部盘管出水口、生活热水进水口和生活热水出水口、采暖回水口和采暖供水口,所述的蓄热罐的内部分为两个独立空间,一个空间用于采暖储水,另一个空间用于生活热水储水,在用于生活热水储水空间的内壁上设置有生活热水水位感应器;内部盘管进水口与太阳能出水管相连,内部盘管出水口与太阳能进水管进水口相连,所述的太阳能进水管出水口与太阳能集热器的进水端相连,从太阳能进水管进水口至出水口的管线上依次连接有膨胀罐、太阳能循环泵和第三电磁阀,自来水管道分为两个支路,安装有第一截止阀的一个支路与生活热水混水管相连,安装有第二截止阀的另一个支路分为设置有第一电磁阀和第一止回阀的生活热水进水管道和设置有第二电磁阀和第二止回阀的采暖补水管道,生活热水进水管道与蓄热罐上的生活热水进水口相连,采暖补水管道与蓄热罐上的采暖回水口相连通,位于第二电磁阀和第二止回阀之间的采暖补水管道与采暖回水混合管出口相连;生活热水供水管与生活热水出水口相连,在生活热水出水口处的生活热水供水管上设置有生活热水供水温度传感器,在生活热水供水管上设置有第二电动三通阀;
(3)冷凝式燃气壁挂炉,所述的冷凝式燃气壁挂炉包括安装有泵的壁挂炉采暖回水管、设置第三止回阀的壁挂炉采暖供水管、壁挂炉生活热水供水管、壁挂炉生活热水出水管,第二电动三通阀的一端与壁挂炉生活热水供水管入口相连,壁挂炉生活热水出水管出口与生活热水供水管连接并与生活热水混合管相连;
(4)采暖供水管的进口与采暖供水口相连,所述的采暖供水管的出口与安装有采暖循环泵的地暖盘管的进口相连通,从进口至出口的采暖供水管上依次安装有第一电动三通阀、采暖供水混合处温度传感器、第三电动三通阀和地暖采暖供水温度传感器,第一电动三通阀剩余的一端与壁挂炉采暖回水管相连,壁挂炉采暖供水管的出水口与采暖供水管相连,第三电动三通阀剩余的一端与安装有第六电磁阀的采暖旁通管的一端相连,采暖旁通管的另一端与采暖回水混合管相连,在地暖盘管的出水口安装有地暖采暖回水温度传感器,地暖盘管的出水口与采暖回水混合管进口相连;
(5)气候补偿器,该气候补偿器通过信号传输线与室外温度传感器、室内温度传感器、采暖供水混合处温度传感器、地暖采暖供水温度传感器、地暖采暖回水温度传感器、第三电动三通阀、采暖循环泵以及第六电磁阀相连,气候补偿器与集中控制器相连进行信号交换和反馈,第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀,第一电动三通阀、第二电动三通阀,太阳能循环泵,水位仪,生活热水水位感应器,太阳能出水温度传感器,太阳能进水温度传感器,采暖供水温度传感器,生活热水供水温度传感器,以及冷凝式燃气壁挂炉的控制系统均通过信号传输线与集中控制器相连,进行集中控制调节。
本发明的优点:
(1)本发明以太阳能作为供暖的主要热源,用燃气作为辅助能源,可以有效的减小化石能源的消耗,减小了环境污染物的排放,优化了能源利用效率;
(2)本发明可以克服以太阳能或燃气作为采暖单一热源存在缺点,使供暖系统更加可靠和稳定,同时也扩大了系统的使用范围;
(3)本发明利用太阳能为采暖热源,可以降低燃气的消耗量,从而降低用户的供暖成本,起到经济节约的作用;
(4)本系统采用自动控制技术,可以降低人工成本,同时,提高了系统运行的稳定性;
(5)在非采暖季,可以利用太阳能提供生活用水,既环保又经济。
(6)本系统采用气候补偿器,能够根据室外环境温度的变化自动调节采暖供回水温度,维持室内合适温度,提高采暖舒适性。
附图说明
附图是本发明的一种太阳能与冷凝式燃气壁挂炉联合供暖系统的结构示意图。
图中:1-太阳能循环泵 2-膨胀罐 3-太阳能集热器 4-冷凝式燃气壁挂炉 5-蓄热罐 6-采暖循环泵 7-气候补偿器 8-集中控制器 9-地暖盘管 10-保温层11-内部盘管 12-排气阀 13-内部盘管进水口 14-内部盘管出水口 15-生活热水进水口 16-生活热水出水口 17-采暖回水口 18-采暖供水口 19-水位仪 20-信号传输线 21-生活热水水位感应器 D1-D6:电磁阀 Z1-Z3:止回阀 F1-F3:电磁三通阀 J1-J2:截止阀 T1-太阳能出水温度传感器 T2-太阳能进水温度传感器T3-采暖供水温度传感器 T4-生活热水供水温度传感器 T5-采暖供水混合处温度传感器 T6-地暖采暖供水温度传感器 T7-地暖采暖回水温度传感器 T8-室外温度传感器 T9-室内温度传感器 G1-太阳能进水管 G2-太阳能出水管 G3-自来水管 G4-生活热水供水管 G5-采暖供水管 G6-壁挂炉采暖回水管 G7-壁挂炉采暖供水管 G8-壁挂炉生活热水供水管 G9-壁挂炉生活热水出水管 G10-采暖旁通管 G11-生活热水混合管 G12-采暖回水混合管 G13-放空管
具体实施方式
如附图所示本发明的一种太阳能与冷凝式燃气壁挂炉联合供暖系统,它包括:
(1)太阳能集热器,太阳能集热器安放在屋顶上迎着太阳的位置,在太阳能集热器3的下端口连接有装有第四电磁阀D4的放空管G13,在太阳能集热器3的出水端设置有第一温度传感器T1,太阳能集热器3的出水端与设置有第五电磁阀D5的太阳能出水管G2相连;
(2)蓄热罐5,在所述的蓄热罐5外设置有保温层10,在所述的蓄热罐5内安装有内部盘管11,在所述的蓄热罐上安装有排气阀12和水位仪19,在蓄热罐5上设置有内部盘管进水口13、内部盘管出水口14、生活热水进水口15和生活热水出水口16、采暖回水口17和采暖供水口18,所述的蓄热罐5的内部分为两个独立空间,一个空间用于采暖储水,另一个空间用于生活热水储水,在用于生活热水储水空间的内壁上设置有生活热水水位感应器21;内部盘管进水口13与太阳能出水管G2相连,内部盘管出水口14与太阳能进水管G1进水口相连,所述的太阳能进水管G1出水口与太阳能集热器3的进水端相连,从太阳能进水管G1进水口至出水口的管线上依次连接有膨胀罐2、太阳能循环泵1和第三电磁阀D3,自来水管道G3分为两个支路,安装有第一截止阀J1的一个支路与生活热水混水管G11相连,安装有第二截止阀J2的另一个支路分为设置有第一电磁阀D1和第一止回阀Z1的生活热水进水管道和设置有第二电磁阀D2和第二止回阀Z2的采暖补水管道,生活热水进水管道与蓄热罐5上的生活热水进水口15相连,采暖补水管道与蓄热罐上的采暖回水口相连通,位于第二电磁阀D2和第二止回阀Z2之间的采暖补水管道与采暖回水混合管G12出口相连;生活热水供水管G4与生活热水出水口16相连,在生活热水出水口16处的生活热水供水管上设置有生活热水供水温度传感器T4,在生活热水供水管G4上设置有第二电动三通阀F2;
(3)冷凝式燃气壁挂炉4,所述的冷凝式燃气壁挂炉4包括安装有泵的壁挂炉采暖回水管G6、设置第三止回阀Z3的壁挂炉采暖供水管G7、壁挂炉生活热水供水管G8、壁挂炉生活热水出水管G9,第二电动三通阀F2的一端与壁挂炉生活热水供水管G8入口相连,壁挂炉生活热水出水管G9出口与生活热水供水管G4连接并与生活热水混合管G11相连;冷凝式燃气壁挂炉4市场有售,其内部结构为:冷凝式燃气壁挂炉4的壁挂炉采暖回水管G6通过冷凝式燃气壁挂炉内部的烟气换热器与壁挂炉采暖供水管G7连接,壁挂炉生活热水供水管G8通过冷凝式燃气壁挂炉的采暖与热水换热器与壁挂炉生活热水出水管G9相连。
(4)采暖供水管G5的进口与采暖供水口18相连,所述的采暖供水管G5的出口与安装有采暖循环泵6的地暖盘管9的进口相连通,从进口至出口的采暖供水管G5上依次安装有第一电动三通阀F1、采暖供水混合处温度传感器T5、第三电动三通阀F3和地暖采暖供水温度传感器T6,第一电动三通阀F1剩余的一端与壁挂炉采暖回水管G6相连,壁挂炉采暖供水管G7的出水口与采暖供水管G5相连,第三电动三通阀F3剩余的一端与安装有第六电磁阀D6的采暖旁通管G10的一端相连,采暖旁通管G10的另一端与采暖回水混合管G12相连,在地暖盘管9的出水口安装有地暖采暖回水温度传感器T7,地暖盘管9的出水口与采暖回水混合管G12进口相连;
(5)气候补偿器7,该气候补偿器7通过信号传输线20与室外温度传感器T8、室内温度传感器T9、采暖供水混合处温度传感器T5、地暖采暖供水温度传感器T6、地暖采暖回水温度传感器T7、第三电动三通阀F3、采暖循环泵6以及第六电磁阀D6相连,气候补偿器7与集中控制器8相连进行信号交换和反馈,第一电磁阀D1、第二电磁阀D2、第三电磁阀D3、第四电磁阀D4、第五电磁阀D5,第一电动三通阀F1、第二电动三通阀F2,太阳能循环泵1,水位仪19,生活热水水位感应器21,太阳能出水温度传感器T1,太阳能进水温度传感器T2,采暖供水温度传感器T3,生活热水供水温度传感器T4,以及冷凝式燃气壁挂炉4的控制系统均通过信号传输线20与集中控制器8相连,进行集中控制调节。
本发明装置的工作过程如下:
一、初始运行时,首先关闭第四电磁阀D4,打开第三电磁阀D3,第五电磁阀D5,太阳能循环泵1,将太阳能集热器系统的工质冲入到管道和膨胀罐中,直到膨胀罐达到一定的压力后,关闭太阳能循环泵1。打开第一截止阀J1,第二截止阀J2,第一电磁阀D1,第二电磁阀D2,排气阀12,关闭第一、第二、第三电磁三通阀F1,F2,F3,使自来水进入蓄热罐5里,直到蓄热罐5里的水位达到设定的位置后,水位仪将作用信号反馈到集中控制器8上,并由集中控制器8传输信号,关闭第一、第二电磁阀D1,D2,排气阀12。打开三通电磁阀F1通向冷凝式燃气壁挂炉4的阀门,关闭与生活热水混合管G11相连的阀门,打开三通电磁阀F3通向采暖旁通管G10的阀门,关闭与采暖循环泵6的阀门,打开电磁阀D6,同时保证冷凝式燃气壁挂炉4采暖系统水压达到工作压力后,运行冷凝式燃气壁挂炉4一段时间后,关闭冷凝式燃气壁挂炉4上的燃气阀门。然后进入正常运行阶段。
二、正常运行实施。在采暖季节,设定白天6:00~18:00,由太阳能出水温度传感器T1和太阳能进水温度传感器T2感应相应的温度,若太阳能出水温度传感器T1的温度高于太阳能进水温度传感器T2的温度不超过4℃时(T1高温水,T2低温水,只有在T1>=T2+4℃时,太阳能系统才运行),太阳能循环泵1和第三、第五电磁阀D3,D5关闭,太阳能系统停止运行,若太阳能出水温度传感器T1的温度高于太阳能进水温度传感器于T2的温度等于或超过4℃时,太阳能循环泵1和第三、第五电磁阀D3,D5打开,太阳能系统运行。
由气候补偿器7的室外温度感应器T8感应室外温度,室内温度感应器T9感应室内温度,并设定在晚上22:00~6:00时段,保持室内温度在20℃,并保持地暖采暖供水温度传感器T6与地暖采暖回水温度传感器T7的温差维持在10℃,并由采暖供水温度传感器T3感应采暖供水温度,若采暖供水温度传感器T3的温度在35~50℃时,气候补偿器根据采暖供水温度传感器T3的温度,计算最佳采暖供水流量,此时,第一三通电磁阀F1通向燃气壁挂炉的阀门完全关闭,第三三通电磁阀F3连接旁通管G10的阀门完全关闭,蓄热罐5中的采暖热水在采暖循环泵6的作用下进入到地暖盘管进行供暖,采暖循环泵6在控制器的作用下按最佳采暖供水流量运行;若T3的温度低于35℃时,处于待机状态下的冷凝式燃气壁挂炉4进入运行状态,设定燃气壁挂炉采暖供水温度为60℃,采暖供水混合处温度传感器T5处的温度维持在45±2℃,气候补偿器以此温度计算采暖循环泵的最佳采暖供水流量,此时第三三通电磁阀F3连接旁通管G10的阀门完全关闭,第六电磁阀D6关闭,三通电磁阀F1的三个阀门均打开,并在最佳采暖供水流量下,调整各个阀门的开度,保证混合水温度在T5处的温度维持在45±2℃,采暖循环泵6在控制器的作用下按最佳采暖供水流量运行。
在晚上20:00~22:00时段,由室内温度传感器T9感应室内温度,若室内温度高于20℃时,采暖系统停止运行,直到室内温度低于或等于20℃时,按照晚上22:00~6:00时段的控制模式运行。
在白天6:00~20:00时段,保持室内温度不低于20℃,也不高于26℃,此时段房间温度可由用户自己设定,若不设定,则默认室内温度为20℃。气候补偿器7的室外温度感应器T8感应室外温度,室内温度感应器T9感应室内温度,并保持地暖采暖供水温度传感器T6与地暖采暖回水温度传感器T7的温差维持在10℃,并由采暖供水温度传感器T3感应采暖供水温度,反馈到气候补偿器7上,气候补偿器计算采暖供水流量,若采暖供水温度传感器T3的温度低于50℃时,按照晚上22:00~6:00时段的控制模式运行;若采暖供水温度传感器T3的温度在50~60℃时,气候补偿器依据供水温度50℃计算循环水泵的流量,此时第一三通电磁阀F1通向燃气壁挂炉的阀门完全关闭,第三三通电磁阀F3的三个阀门打开,打开第六电磁阀D6,蓄热罐5中的采暖热水在采暖循环泵6的作用下按计算出来的采暖供水流量运行进入到地暖盘管进行供暖,并由地暖采暖供水温度传感器T6感应实际进水温度,调节第三三通电磁阀F3的各个阀门的开度,待采暖供水温度传感器T3温度低于50℃时,按照晚上22:00~6:00时段的控制模式运行。
三、非采暖季的运行。若进入非采暖季,此时地暖盘管充满水后,关闭第二、第六电磁阀D2,D6,第三电磁三通阀F3,采暖循环泵6,以及气候补偿器7。
四、生活热水的正常运行。生活热水供水温度传感器T4感应蓄热罐5中的生活热水温度,若生活热水供水温度传感器T4的温度满足生活热水供水要求时,蓄热罐5中的生活热水通过电动三通阀F2进入到沐浴和热水管道中,供用户使用,若生活热水供水温度传感器T4的温度不满足生活热水供水要求时,此时若冷凝式燃气壁挂炉4处在供暖模式下运行,则冷凝式燃气壁挂炉4自动调整到生活热水模式下运行,蓄热罐5中的生活热水通过第二电动三通阀F2,一部分通过壁挂炉生活热水供水管G8进入到冷凝式燃气壁挂炉4中进行加热,一部分与冷凝式燃气壁挂炉4中从壁挂炉生活热水出水管G9的生活热水进行混合,混合后的生活热水进入沐浴和热水管道中,供用户使用;若冷凝式燃气壁挂炉4处在待机状态下,则冷凝式燃气壁挂炉4进入到生活热水模式下运行(将第二电磁三通阀F2打开、第一、三电磁三通阀F1、F3关闭),生产热水供用户使用;若用户停止生活热水的使用,则冷凝式燃气壁挂炉4进入到供暖模式或是待机状态。蓄热罐的生活热水内设有水位仪,与自来水进水管道的第一电磁阀D1联动:若水位仪获得加水的信号时,第一电磁阀自动打开,补入自来水,若水位感应器获得停水的信号时,第一电磁阀自动关闭。
Claims (1)
1.一种太阳能与冷凝式燃气壁挂炉联合供暖系统,其特征在于它包括:
(1)太阳能集热器,太阳能集热器安放在屋顶上迎着太阳的位置,在太阳能集热器的下端口连接有装有第四电磁阀的放空管,在太阳能集热器的出水端设置有第一温度传感器,太阳能集热器的出水端与设置有第五电磁阀的太阳能出水管相连;
(2)蓄热罐,在所述的蓄热罐外设置有保温层,在所述的蓄热罐内安装有内部盘管,在所述的蓄热罐上安装有排气阀和水位仪,在蓄热罐上设置有内部盘管进水口、内部盘管出水口、生活热水进水口和生活热水出水口、采暖回水口和采暖供水口,所述的蓄热罐的内部分为两个独立空间,一个空间用于采暖储水,另一个空间用于生活热水储水,在用于生活热水储水空间的内壁上设置有生活热水水位感应器;内部盘管进水口与太阳能出水管相连,内部盘管出水口与太阳能进水管进水口相连,所述的太阳能进水管出水口与太阳能集热器的进水端相连,从太阳能进水管进水口至出水口的管线上依次连接有膨胀罐、太阳能循环泵和第三电磁阀,自来水管道分为两个支路,安装有第一截止阀的一个支路与生活热水混水管相连,安装有第二截止阀的另一个支路分为设置有第一电磁阀和第一止回阀的生活热水进水管道和设置有第二电磁阀和第二止回阀的采暖补水管道,生活热水进水管道与蓄热罐上的生活热水进水口相连,采暖补水管道与蓄热罐上的采暖回水口相连通,位于第二电磁阀和第二止回阀之间的采暖补水管道与采暖回水混合管出口相连;生活热水供水管与生活热水出水口相连,在生活热水出水口处的生活热水供水管上设置有生活热水供水温度传感器,在生活热水供水管上设置有第二电动三通阀;
(3)冷凝式燃气壁挂炉,所述的冷凝式燃气壁挂炉包括安装有泵的壁挂炉采暖回水管、设置第三止回阀的壁挂炉采暖供水管、壁挂炉生活热水供水管、壁挂炉生活热水出水管,第二电动三通阀的一端与壁挂炉生活热水供水管入口相连,壁挂炉生活热水出水管出口与生活热水供水管连接并与生活热水混合管相连;
(4)采暖供水管的进口与采暖供水口相连,所述的采暖供水管的出口与安装有采暖循环泵的地暖盘管的进口相连通,从进口至出口的采暖供水管上依次安装有第一电动三通阀、采暖供水混合处温度传感器、第三电动三通阀和地暖采暖供水温度传感器,第一电动三通阀剩余的一端与壁挂炉采暖回水管相连,壁挂炉采暖供水管的出水口与采暖供水管相连,第三电动三通阀剩余的一端与安装有第六电磁阀的采暖旁通管的一端相连,采暖旁通管的另一端与采暖回水混合管相连,在地暖盘管的出水口安装有地暖采暖回水温度传感器,地暖盘管的出水口与采暖回水混合管进口相连;
(5)气候补偿器,该气候补偿器通过信号传输线与室外温度传感器、室内温度传感器、采暖供水混合处温度传感器、地暖采暖供水温度传感器、地暖采暖回水温度传感器、第三电动三通阀、采暖循环泵以及第六电磁阀相连,气候补偿器与集中控制器相连进行信号交换和反馈,第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀,第一电动三通阀、第二电动三通阀,太阳能循环泵,水位仪,生活热水水位感应器,太阳能出水温度传感器,太阳能进水温度传感器,采暖供水温度传感器,生活热水供水温度传感器,以及冷凝式燃气壁挂炉的控制系统均通过信号传输线与集中控制器相连,进行集中控制调节。
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