太陽能熱水系統(tǒng)在羊場灣煤礦洗浴中的應用

鄧志寶

（寧夏煤礦設計研究院有限責任公司 寧夏 銀川 750011）

摘 要：寧夏太陽能資源豐富，是我國太陽輻射的高能區(qū)之一.據(jù)1961--1990年寧夏太陽輻射資料統(tǒng)計表明，全區(qū)平均5781 MJ/（㎡·a），太陽輻射能直接輻射多，散射輻射少，對于太陽能利用十分有利.全年平均總云量低于5成， 寧夏太陽輻射年總量分布圖天多，陰天少，日照時數(shù)多達2835 h，年日照百分率達64%。寧東礦區(qū)地域開闊，有著得天獨厚的優(yōu)越條件，太陽能開發(fā)利用潛力巨大。

關鍵詞：太陽能 羊場灣煤礦 洗浴

1 概述

根據(jù)礦方提供資料：羊場灣煤礦聯(lián)合福利建筑設施內(nèi)設來賓澡堂、職工澡堂。來賓澡堂共裝淋浴38個，男澡堂共裝淋浴186個，女澡堂共裝淋浴52個。共有6m3浴池兩座。在職洗浴共1820人。根據(jù)洗浴人數(shù)及規(guī)范要求，取280m3/d為本礦太陽能熱水設計規(guī)模。

2 太陽能系統(tǒng)運行原理

根據(jù)使用要求，系統(tǒng)設計成共有七個部分組成，分別是：太陽能集熱器部分、太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)部分、保溫水箱、冷水給水部分、輔助加熱部分、變頻恒壓供水部分、太陽能控制部分。

運行方式介紹如下：

（1）水箱自動補水，在系統(tǒng)運行時水箱始終為滿水位狀態(tài)。

①當打開進水閥時，管網(wǎng)水通過浮球閥進入保溫水箱，一直至水箱滿水位時，浮球閥關閉，上水完成。

②當水箱給水時，水箱水位下降，浮球閥打開，補水開始，當水箱水位至滿水位時，停止補水。

③恒溫水箱和保溫水箱連通，水位相同。而且補水入口于保溫水箱內(nèi)底部，防止冷水進入恒溫水箱，保證恒溫水箱水位恒定。

（2）太陽能集熱器加熱水箱水的模式：

①太陽能集熱系統(tǒng)集熱運行模式為差溫循環(huán)，即當集熱器頂部溫度T1與水箱溫度T3之差T1-T3>7℃（可調(diào)）時，水泵P1打開，進行循環(huán)，將儲熱水箱的冷水傳輸?shù)郊療崞鲀?nèi)，將集熱器內(nèi)的熱水頂入水箱中；當T1-T3<3℃（可調(diào)）時，水泵P1關斷，停止循環(huán)。

②當太陽能集熱器T3溫度再次升高時，水泵P1再次啟動，循環(huán)運行。

③太陽能集熱器輸送的熱水出口置于恒溫水箱內(nèi)下部，水泵P1輸送的冷水入口置于保溫水箱底部。

④高溫保護模式：當集熱器頂部溫度T1>95℃時，P1不啟動（按泵循環(huán)按鍵可啟動P1，5分鐘后停）；當T1<90℃時，恢復啟動P1。

⑤為保證三班工人都有熱水使用，系統(tǒng)將設置恒溫水箱水溫T3最低溫度值（例如45℃），低于該溫度時，系統(tǒng)將開啟輔助加熱設備加熱。

（3）輔助加熱系統(tǒng)——電輔助（在陰雨天和陽光不足的天氣里）

①可任意設定輔助加熱定時啟動時間（建議設定在下午3時至5時之間）。當水箱溫度T3在設定時間前達到設定溫度時，輔助加熱自動取消；而當水箱溫度T3在設定時間前未達到設定溫度時，輔助加熱自動啟動，電加熱循環(huán)泵P3同時啟動，直到水箱溫度T3大于設定值時電鍋爐停止加熱，循環(huán)泵P3停止運行。真正做到光電互補，既節(jié)電又保證全天候使用。

②電加熱加熱停止溫度T3一般設定為45℃，當水量不夠時，可以升高加熱溫度，但一般不超過55℃，以最大限度降低水垢的形成。

（4）防凍方式：

①低溫循環(huán)防凍模式：

當管道管溫T2低于設定溫度值（例如5℃），水箱溫度T3高于設定溫度值+5℃時，循環(huán)水泵P1自動啟動，將水箱內(nèi)的熱水傳輸至保溫水管內(nèi)，當管道管溫T2高于設定溫度值+3℃或T3低于設定溫度值-2℃時，循環(huán)泵P2自動停止運行，此過程循環(huán)運行。

管溫探頭T2至于循環(huán)管路末處，并且相對管溫較低的位置。

②電熱帶管道加熱防凍模式：

當管道管溫T4低于設定溫度值（例如5℃）時，管道外壁的電伴熱帶自動啟動加熱，當管道管溫T4達到設定溫度+3℃時，延時2分鐘后電加熱停止，此過程循環(huán)運行。

管溫探頭T4至于相對管溫較低的位置。

（5）恒壓給水運行模式

①熱水給水由恒壓變頻水泵P2輸出，當出水端打開時，管道失壓，變頻水泵P2自動啟動，停止用水時，管道水壓達到設定壓力時，水泵P2停止運行。

熱水給水管道設置有回路， 管道回路閉式電磁閥E2，當熱水給水管道管溫低于設定值（例如30℃）時，電磁閥E2與變頻給水水泵P2同時啟動，當熱水給水管道管溫低于設定值+5℃時，電磁閥E2與變頻給水水泵P2同時停止，電磁閥E2選用低流量為佳。保證出水端即開即熱，節(jié)約水資源，

②系統(tǒng)循環(huán)變頻水泵P4，因考慮礦區(qū)為定時供水，在閑時啟動P4使系統(tǒng)管道水循環(huán)，一小時按兩次計。

③冷水直接接礦區(qū)生活給水管網(wǎng)，冷水出水量與熱水出水流量比約為1：3.

（6）水處理

太陽能熱水系統(tǒng)在運行狀態(tài)時，處于高溫狀態(tài)下，太陽能集熱系統(tǒng)內(nèi)的水會使得包括集熱器、管道、水箱、水泵等均會形成鈣質層，降低集熱器集熱效率，影響水泵正常運行，影響管道流速，甚至使管道堵塞。

礦區(qū)太陽能集熱系統(tǒng)給水水質硬度較低，水中的鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）離子相對較少，本次使用電子水處理器，防止水中的鈣鎂離子在系統(tǒng)中形成鈣質，達到保護太陽能熱水系統(tǒng)的安全。

3 太陽能方案設計

（1）集熱器選擇

目前集熱器有平板型、全玻璃管真空管和金屬玻璃真空管，根據(jù)比較，平板型雖然在價格及使用上有一定優(yōu)勢，但不抗凍，不適合于北方使用，金屬玻璃管在集熱效率有一定優(yōu)勢，但其價格相對較高，維護成本相對較高，使用壽命不長，綜合考慮，本次設計選用Z-QB/0.05-WF-5.26/60-47/1型玻璃熱管真空管太陽能集熱器。

（2）集熱板面積計算

經(jīng)計算集熱板所需面積3987.9㎡，選用Z-QB/0.05-WF-5.26/60-47/1型全玻璃熱管真空管太陽能集熱器，集熱面積為5.26㎡/塊，需要該集熱器共計758塊，根據(jù)3層排列規(guī)則，取為756塊，系統(tǒng)實際集熱面積為3976.6㎡。

（3）其他設備

其他水箱、水泵等均按設計規(guī)范進行設計。

4 運行效果

羊場灣太陽能自2013年運行以來，已有三年有余，目前運行效果良好。280m3/d的太陽能系統(tǒng)相當于一臺4噸鍋爐的制水量，其運行費用每年節(jié)省184.1萬元，可節(jié)約標煤4210t，減少了二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放量，具有良好的環(huán)保效益，因此太陽能系統(tǒng)有良好的經(jīng)濟及社會效益。