陳廷秀

(鄭州鐵路局鄭州北建筑段，河南鄭州 450052)

鐵路單位普遍具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、車間分散的特點(diǎn)。以鄭州鐵路局鄭州北建筑段為例:鄭州北建筑段主要承擔(dān)管內(nèi)鄭州、新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽(yáng)、長(zhǎng)垣、東明、焦作、晉城、長(zhǎng)治北等鐵路各單位房建運(yùn)營(yíng)設(shè)備大維修、住宅設(shè)備大維修、生產(chǎn)用水、客車上水、職工生活用水以及林業(yè)技術(shù)管理工作，包括鐵路沿線植樹(shù)造林和鐵路地界內(nèi)的林木管理工作。單位目前現(xiàn)有房建、給水維修以及林場(chǎng)等20個(gè)車間。職工在鐵路沿線作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、體力消耗大，且大多數(shù)車間布置在鐵路沿線，所在位置偏僻，離市區(qū)較遠(yuǎn)，再加之車間缺少洗浴設(shè)施，給職工的生活帶來(lái)很大不便。

為了防治大氣污染，保護(hù)和改善大氣環(huán)境，鄭州北建筑段積極開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能，2011年將安陽(yáng)林場(chǎng)浴池鍋爐房?jī)?nèi)原提供洗浴用熱水的1臺(tái)0.2 t/h燃煤蒸汽鍋爐拆除，安裝了太陽(yáng)能熱水器;2012年對(duì)新鄉(xiāng)給水車間浴池安裝了太陽(yáng)能熱水器，以解決沿線單位職工洗浴用熱水問(wèn)題。

1 太陽(yáng)能資源的特點(diǎn)

我國(guó)的太陽(yáng)能資源非常豐富，全年太陽(yáng)能輻照量在3 500 MJ/m2和日照時(shí)數(shù)在2 200 h以上的地區(qū)，占國(guó)土面積的76%。即使在資源缺乏地區(qū)，也有一部分日照時(shí)數(shù)在1 200 h以上，因此，上述地區(qū)基本上都適合設(shè)計(jì)、使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，而不必使用大量的燃?xì)?、燃煤和電力?lái)提供生活熱水〔1〕。

安陽(yáng)林場(chǎng)地處河南省安陽(yáng)市，新鄉(xiāng)給水車間地處河南省新鄉(xiāng)市。按照我國(guó)的太陽(yáng)能資源分區(qū)劃分，屬于三等(資源較富區(qū))太陽(yáng)能輻照地區(qū)〔2〕。年太陽(yáng)輻照量為 5 100 ～5 300 MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)為2 200～3 000 h。年太陽(yáng)輻照量和年日照時(shí)數(shù)滿足《民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》〔1〕要求和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，適合安裝使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。

2 太陽(yáng)能集熱器面積的選用

太陽(yáng)能集熱器的總面積是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中的一個(gè)重要參數(shù)，它與系統(tǒng)的節(jié)能特性和經(jīng)濟(jì)性緊密相關(guān)〔2〕，另外，還要確定太陽(yáng)能的保證率 f，太陽(yáng)能保證率f是確定所需太陽(yáng)能集熱器總面積的一個(gè)關(guān)鍵因素，也是影響太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能的重要參數(shù)〔2〕。太陽(yáng)能保證率和太陽(yáng)能集熱器總面積即為太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)選取的集熱器總面積設(shè)計(jì)值。安陽(yáng)林場(chǎng)和新鄉(xiāng)給水車間地處河南省，據(jù)資料可查，本地太陽(yáng)能保證率為40% ～50%〔2〕，對(duì)于全年使用的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)太陽(yáng)能保證率可取中間值，因此，安陽(yáng)林場(chǎng)和新鄉(xiāng)給水車間太陽(yáng)能保證率選用45%。

根據(jù)安陽(yáng)市和新鄉(xiāng)市地理位置和氣候特點(diǎn)，結(jié)合職工人數(shù)和洗浴時(shí)間安排情況，安陽(yáng)林場(chǎng)和新鄉(xiāng)給水車間安裝太陽(yáng)能集熱器面積計(jì)算方法如下:

(1)熱水量估算

安陽(yáng)林場(chǎng)和新鄉(xiāng)給水車間浴室日均洗浴人數(shù)60人次，公共浴池有淋浴器的熱水定額標(biāo)準(zhǔn)為100 ～150 L/人次〔3〕，取 100 L/人次，用熱水量為(熱水溫度按45℃計(jì)):100 L/人次 ×60人次 =6 000 L，則每天太陽(yáng)能熱水器需產(chǎn)生熱水6 000 L。

(2)太陽(yáng)能集熱器面積計(jì)算

該太陽(yáng)能集熱器配置采用真空管太陽(yáng)能熱水器，集熱模塊串、并聯(lián)安裝，6 000 L熱水需要熱負(fù)荷為:

Q=6000 L×(45℃ －15℃)×4.187/1000=753.66 MJ

注:安陽(yáng)林場(chǎng)和新鄉(xiāng)給水車間貯水箱內(nèi)水為地下水，地下水溫度為 10 ～15℃〔1〕，取 15℃。

安陽(yáng)地區(qū)和新鄉(xiāng)地區(qū)年平均日輻照量為14.301 MJ/m2〔2〕(參考鄭州市典型年設(shè)計(jì)用氣象參數(shù))，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)集熱效率為76%，則太陽(yáng)能集熱器總面積為:

A=753.66 MJ÷(14.301 MJ/m2×76%)=69.34 m2

3 太陽(yáng)能熱水器主要設(shè)備的選用

安陽(yáng)林場(chǎng)和新鄉(xiāng)給水車間太陽(yáng)能熱水器安裝主要設(shè)備如下:

(1)真空管太陽(yáng)能集熱器:集熱器總面積為69.34 m2;規(guī)模:16組;排列方式:雙矩陣形式。

(2)空氣源熱泵:型號(hào):5 HP;數(shù)量:2臺(tái)。單臺(tái)輸入功率:5.5 kW。

(3)冷熱水箱循環(huán)泵:型號(hào):HI-250 E;數(shù)量:3臺(tái)。單臺(tái)輸入功率:1 kW。

(4)全功能智能控制柜，數(shù)量:1臺(tái)。該控制柜能對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)實(shí)行全自動(dòng)控制，自動(dòng)進(jìn)水、循環(huán)泵自動(dòng)循環(huán)、防凍保護(hù)、水溫自動(dòng)加熱等，保證全天候24小時(shí)供應(yīng)熱水(也可定時(shí)放水)、安全可靠、管理方便。

(5)貯水箱:雙層不銹鋼保溫貯水箱，數(shù)量:2臺(tái)，分冷熱貯水箱，單臺(tái)貯水箱容量6 000 L。

4 太陽(yáng)能熱水器應(yīng)用的方法

安陽(yáng)林場(chǎng)和新鄉(xiāng)給水車間太陽(yáng)能集熱器采用真空管太陽(yáng)能集熱器，其每m2集熱面在太陽(yáng)能輻射時(shí)間〔在日照17 000 kJ/(m2·d)條件下〕從上午9時(shí)到下午3時(shí)，水溫設(shè)定在40～60℃，春秋季產(chǎn)熱水量60～70 L/(m2·d);夏季產(chǎn)熱水量70～80 L/(m2·d);冬季產(chǎn)熱水量50 ～60 L/(m2·d)(太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)熱水量參考鄭州市各月的設(shè)計(jì)用氣象參數(shù):1～3月室外平均氣溫為3.2℃，4～6月室外平均氣溫為20.7℃，7～9月室外平均氣溫為24.6℃，10 ～12 月室外平均氣溫為8.2℃〔2〕)。

春夏秋三季洗浴用熱水主要靠太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)提供，陰雨天或冬季日照強(qiáng)度不高時(shí)采用空氣源熱泵系統(tǒng)輔助加熱，形成組合能源系統(tǒng)。

該太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)采用同程式強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)水泵的啟動(dòng)、水溫及流量控制采用自動(dòng)化系統(tǒng)控制，配備電氣控制柜，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)水溫、水位實(shí)時(shí)監(jiān)控，定位自動(dòng)上水，達(dá)到四季、全天候、智能化全自動(dòng)運(yùn)行。

5 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的使用維護(hù)注意事項(xiàng)

(1)要有專人管理，經(jīng)常巡視，做好運(yùn)行記錄。

(2)太陽(yáng)能集熱器表面經(jīng)常落有塵土，影響集熱效果，所以要經(jīng)常沖洗集熱器，一般1個(gè)月1～2次。

(3)在使用過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)集熱器真空管破裂漏水，造成集熱器溫度過(guò)高，一般應(yīng)停止運(yùn)行。應(yīng)先關(guān)閉電源，待天黑之后或第二天清晨太陽(yáng)出來(lái)之前，換上新管，之后進(jìn)行系統(tǒng)上水操作，繼續(xù)運(yùn)行(換管時(shí)應(yīng)注意防止熱水器內(nèi)熱水或蒸汽噴出傷人)。

(4)冬季，不能關(guān)閉太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的電源，避免溫度過(guò)低破壞系統(tǒng)。如遇停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)排放太陽(yáng)能設(shè)備內(nèi)存水，保護(hù)系統(tǒng)安全。

(5)如果冬季停用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將太陽(yáng)能設(shè)備、循環(huán)水泵及其它設(shè)備的水體排放干凈，然后關(guān)閉電源。排水方法如下:

①首先將冷水進(jìn)水閥門(mén)關(guān)閉;

②太陽(yáng)能集熱器下部供水管打開(kāi)絲堵排水;

③循環(huán)水泵泵體一側(cè)設(shè)有1個(gè)排氣螺栓，將其打開(kāi)排除泵體內(nèi)的存水;

④恒溫混水器底部設(shè)有排水閥門(mén)，將其打開(kāi)排水。

6 費(fèi)用分析

表1為鄭州北建筑段安陽(yáng)林場(chǎng)原燃煤鍋爐與新安裝的太陽(yáng)能熱水器運(yùn)行費(fèi)用分析。

表1 燃煤鍋爐與太陽(yáng)能熱水器運(yùn)行費(fèi)用分析 萬(wàn)元

表1數(shù)據(jù):操作鍋爐人工費(fèi)按2人配置，每人工資每天100元;煤燃料價(jià)格以2012年價(jià)格為準(zhǔn)，鍋爐每日運(yùn)行10 h，運(yùn)行時(shí)間360 d，煤燃料價(jià)格750元/t;鍋爐補(bǔ)水泵開(kāi)啟時(shí)間每日按10 h計(jì)算，耗電量按單臺(tái)水泵功率1 kW計(jì)算，電費(fèi)價(jià)格:0.83元/(kW·h);爐渣運(yùn)費(fèi)40元/t。太陽(yáng)能集熱器在春夏秋三季天氣晴好時(shí)提供熱水無(wú)需產(chǎn)生費(fèi)用，如遇連續(xù)陰雨天或者冬季利用空氣熱源泵加熱提供熱水。全年空氣熱源泵、循環(huán)泵開(kāi)啟時(shí)間按150 d計(jì)算(春夏秋三季空氣熱源泵開(kāi)啟時(shí)間按30 d計(jì)算，冬季空氣熱源泵開(kāi)啟時(shí)間按120 d計(jì)算)，空氣熱源泵、循環(huán)泵開(kāi)啟時(shí)間每日按10 h計(jì)算。

7 結(jié)論

積極利用太陽(yáng)能資源和推廣利用太陽(yáng)能熱水器技術(shù)，是解決我國(guó)煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源短缺問(wèn)題的重要措施之一，既可滿足人們對(duì)生活熱水的需求，同時(shí)對(duì)于節(jié)能降耗、減少成本支出亦具有重大的意義。

［1］GB50364—2005，民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］鄭瑞澄．民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)〔M〕．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012:1，26 －27，32，89，91，314．

［3］GB50015—2003，建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．