王君杰

摘 要：文章論述了太陽(yáng)能在煤礦中利用的必要性，介紹了煤礦供熱系統(tǒng)的主要構(gòu)成并闡述了太陽(yáng)能在煤礦供熱系統(tǒng)中的主要利用途徑，結(jié)合某礦井酒店公寓的工程實(shí)際情況，對(duì)該工程的主要系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)備選型進(jìn)行了詳細(xì)論述，并對(duì)其運(yùn)行效果進(jìn)行了分析，從中可以看出太陽(yáng)能在煤礦供熱系統(tǒng)中廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；供熱系統(tǒng)；利用

中圖分類號(hào)：TU883 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）14-0176-01

1 太陽(yáng)能概述

太陽(yáng)能指的是由太陽(yáng)光的輻射而產(chǎn)生的能量。氫”聚變成“氦”是一種原子核反應(yīng)，這一反應(yīng)是進(jìn)行在太陽(yáng)的內(nèi)部，在此過(guò)程中產(chǎn)生了極大的能量，這些能量不斷的向宇宙空間進(jìn)行輻射，這就是太陽(yáng)能。我國(guó)每年陸地接收的太陽(yáng)輻射總量在3.3×103-8.4×106 kJ/（m2·a）之間，可折算至2.4×104億 t標(biāo)煤，屬太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家之一。全國(guó)總面積2/3以上地區(qū)年日照時(shí)數(shù)>2 200 h，日照在5×106 kJ（m2·a）以上。我國(guó)是資源總量大國(guó)，但同時(shí)在資源人均值上是貧國(guó)，煤炭總儲(chǔ)量位居世界第三，但是人均占有量確只有世界人均水平的51.3%，石油為11.3%，天然氣為3.8%。我國(guó)的能耗萬(wàn)元GDP總能耗是國(guó)際平均水平的3倍。約有2/3的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是在對(duì)生態(tài)環(huán)境和資源的過(guò)度透支基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。目前，要想根本解決這個(gè)問(wèn)題，只有尋找替代能源，逐步使太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源取代煤炭，擺脫我國(guó)能源結(jié)構(gòu)對(duì)煤炭的單純依賴。

自20世紀(jì)90年代初以來(lái)，太陽(yáng)能利用技術(shù)應(yīng)用于民用的最大的成果是太陽(yáng)能熱水器的普及和發(fā)展。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、方便、衛(wèi)生、安全等眾多優(yōu)點(diǎn)被大眾所接受。特別是近年來(lái)，太陽(yáng)能采集熱水因?yàn)槠湎到y(tǒng)顯著的節(jié)能效果、方便的使用、良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益受到廣泛的關(guān)注和推廣。在大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的社會(huì)背景下，礦井太陽(yáng)能利用也勢(shì)在必行。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 煤礦供熱系統(tǒng)

煤礦供熱系統(tǒng)主要包括采暖、井筒防凍和生活用熱等。在很多中大型礦井中，采暖負(fù)荷和井筒防凍負(fù)荷都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生活用熱負(fù)荷的。在目前技術(shù)條件情況下，尚無(wú)法利用太陽(yáng)能解決礦井的采暖和井筒防凍。因此太陽(yáng)能在煤礦供熱系統(tǒng)中最佳的利用方式是生活用熱中的職工洗浴系統(tǒng)。煤礦職工洗浴系統(tǒng)每天要提供礦井職工、外來(lái)務(wù)人員及來(lái)賓洗浴上千人的洗浴用水。礦井洗浴系統(tǒng)運(yùn)行方式為間歇式運(yùn)行，且礦井洗浴系統(tǒng)為礦井重要輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，必須保證其供熱穩(wěn)定性。而太陽(yáng)能采集熱水由于其受季節(jié)、天氣和設(shè)備等因素影響大。因此為保證礦井的正常生產(chǎn)，礦井太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)考慮按如下方案設(shè)置：太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)采用太陽(yáng)能聯(lián)集式中央熱水系統(tǒng)，太陽(yáng)能系統(tǒng)需要考慮輔助能源進(jìn)行補(bǔ)充，可另外獨(dú)立建設(shè)換熱站。在光照充足的情況下，水經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)加熱后可滿足洗浴系統(tǒng)需要，則換熱站中加熱管路關(guān)閉，直接由太陽(yáng)能系統(tǒng)熱水進(jìn)入洗浴系統(tǒng)。但在陰天等光照不足的情況下，太陽(yáng)能系統(tǒng)以提高基礎(chǔ)水溫為目的，熱量不足部分由換熱站內(nèi)的蒸汽或熱水來(lái)補(bǔ)充。

2.2 太陽(yáng)能聯(lián)集式中央熱水系統(tǒng)運(yùn)行原理

陽(yáng)能聯(lián)集式中央熱水系統(tǒng)采用強(qiáng)制溫差循環(huán)方式，溫度傳感裝置探測(cè)太陽(yáng)能集熱器和儲(chǔ)熱水箱的溫度，智能控制儀采集并對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)溫差達(dá)到設(shè)置值時(shí)，循環(huán)泵啟動(dòng)，太陽(yáng)能集熱器與儲(chǔ)熱水箱的水實(shí)現(xiàn)一次循環(huán)，當(dāng)溫差低于設(shè)定值時(shí)，循環(huán)停止。這樣往復(fù)循環(huán)將儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的水溫加熱，再配以蒸汽加熱，滿足洗浴用熱水要求。

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)以上系統(tǒng)方案，現(xiàn)以某礦井酒店公寓為例，詳細(xì)介紹太陽(yáng)能在煤礦供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。

3.1 太陽(yáng)能集熱面積計(jì)算

根據(jù)《民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50364-2005）中規(guī)定，集熱面積計(jì)算如下：

系數(shù)含義如下：Ac為系統(tǒng)集熱器總面積（m2）；Qw為系統(tǒng)水量（kg）；Cw為水的定壓比熱容（kJ/kg·℃）；tend為貯熱水箱內(nèi)水的終止溫度（℃）；ti為水的初始溫度（℃）；jt為當(dāng)?shù)丶療崞魇軣崦嫔夏昶骄仗?yáng)輻照量（kJ/m2）；f為太陽(yáng)能保證率（無(wú)量綱）；？耷cd為集熱器全日集熱效率（無(wú)量綱）；？耷L為管路及貯水箱熱損失率（無(wú)量綱）。

其取值如下：Qw為90 000 kg；Cw為4.18 kJ/kg·℃；tend為60 ℃；ti為 10 ℃；jt為17 120 kJ/m2；f為根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，取值55%。

ηcd與（1-ηL）綜合后即為系統(tǒng)效率，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)平均效率在45%以上，在此按照45%計(jì)算。

根據(jù)上式取值，計(jì)算得Ac值為1 343 m2，JPS-60TX21-50？觷

型集熱器面積為5.22m2/臺(tái)，考慮系統(tǒng)補(bǔ)償量為3%，根據(jù)此計(jì)算需要的集熱器總面積為1 388 m2，選擇JPS-60TX21-

50 ？觷型集熱器133組，共計(jì)266臺(tái)。其實(shí)際集熱面積1 388.52 m2。集熱器布置在酒店公寓的樓頂。

3.2 主要配套設(shè)備的選擇

為了減少系統(tǒng)的熱損失以及屋面實(shí)際情況，屋面配置的60 t與30 t兩個(gè)熱水箱均需考慮保溫。每個(gè)集熱系統(tǒng)單元采用1臺(tái)熱水循環(huán)泵，作為太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)循環(huán)動(dòng)力。其流量根據(jù)集熱系統(tǒng)單元內(nèi)集熱器數(shù)量確定，其揚(yáng)程根據(jù)最遠(yuǎn)環(huán)路確定。根據(jù)計(jì)算，其選型見(jiàn)表1。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行工況

太陽(yáng)能聯(lián)集式中央熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為5個(gè)部分。分別是：太陽(yáng)能集熱器、熱水系統(tǒng)循環(huán)、保溫水箱、太陽(yáng)能控制系統(tǒng)及蒸汽加熱系統(tǒng)。

在太陽(yáng)能集熱器的溫度（T1）達(dá)到設(shè)計(jì)設(shè)定溫度（如 60 ℃）時(shí)，熱水循環(huán)泵開(kāi)始工作，將儲(chǔ)水箱的冷水傳輸?shù)郊療崞鲀?nèi)，此時(shí)集熱器內(nèi)的熱水被頂?shù)奖厮渲?，?dāng)T1的溫度達(dá)到45 ℃時(shí)，循環(huán)泵停止工作。而水箱內(nèi)的水溫達(dá)到設(shè)計(jì)的設(shè)定水溫時(shí)，此時(shí)進(jìn)行差溫循環(huán)，即T1的溫度比水箱內(nèi)水溫（T2）高10 ℃時(shí)，循環(huán)泵開(kāi)始工作，水箱內(nèi)的熱水被抽到太陽(yáng)能集熱器內(nèi)繼續(xù)加熱。為了保證陰雨或寒冷天氣時(shí)可保證足夠的熱水，系統(tǒng)需要配備輔助加熱系統(tǒng)，本方案采用蒸汽輔助加熱方式。當(dāng)水箱水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，送至換熱間的水將經(jīng)過(guò)蒸汽加熱器加熱達(dá)到設(shè)計(jì)溫度后，送至各用水點(diǎn)。在冬季運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)低溫循環(huán)系統(tǒng)：循環(huán)水泵可以自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)管道管溫<10 ℃，循環(huán)水泵將熱水傳輸至保溫水管內(nèi)，管溫達(dá)到35 ℃時(shí)，循環(huán)水泵則自動(dòng)停止。同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)配備節(jié)能監(jiān)測(cè)監(jiān)控儀表和系統(tǒng)故障告警，系統(tǒng)所有的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、保護(hù)功能均由自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

太陽(yáng)能利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已由技術(shù)開(kāi)拓期步人蓬勃發(fā)展時(shí)代，一個(gè)大規(guī)模利用太陽(yáng)能的新時(shí)代—太陽(yáng)能時(shí)代正在來(lái)臨。煤礦是能耗大戶，太陽(yáng)能在煤礦的供熱系統(tǒng)中利用只是太陽(yáng)能在煤礦中利用的起步階段，隨著技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能必然將在煤礦的更多領(lǐng)域得到利用。

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