鄧志寶

（寧夏煤礦設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)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(jì)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(duì)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(shí)數(shù)多達(dá)2835 h，年日照百分率達(dá)64%。寧東礦區(qū)地域開闊，有著得天獨(dú)厚的優(yōu)越條件，太陽能開發(fā)利用潛力巨大。

關(guān)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(shè)施內(nèi)設(shè)來賓澡堂、職工澡堂。來賓澡堂共裝淋浴38個(gè)，男澡堂共裝淋浴186個(gè)，女澡堂共裝淋浴52個(gè)。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(shè)計(jì)規(guī)模。

2 太陽能系統(tǒng)運(yùn)行原理

根據(jù)使用要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成共有七個(gè)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(yùn)行方式介紹如下：

（1）水箱自動(dòng)補(bǔ)水，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)水箱始終為滿水位狀態(tài)。

①當(dāng)打開進(jìn)水閥時(shí)，管網(wǎng)水通過浮球閥進(jìn)入保溫水箱，一直至水箱滿水位時(shí)，浮球閥關(guān)閉，上水完成。

②當(dāng)水箱給水時(shí)，水箱水位下降，浮球閥打開，補(bǔ)水開始，當(dāng)水箱水位至滿水位時(shí)，停止補(bǔ)水。

③恒溫水箱和保溫水箱連通，水位相同。而且補(bǔ)水入口于保溫水箱內(nèi)底部，防止冷水進(jìn)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(yùn)行模式為差溫循環(huán)，即當(dāng)集熱器頂部溫度T1與水箱溫度T3之差T1-T3>7℃（可調(diào)）時(shí)，水泵P1打開，進(jìn)行循環(huán)，將儲(chǔ)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(dāng)T1-T3<3℃（可調(diào)）時(shí)，水泵P1關(guān)斷，停止循環(huán)。

②當(dāng)太陽能集熱器T3溫度再次升高時(shí)，水泵P1再次啟動(dòng)，循環(huán)運(yùn)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(hù)模式：當(dāng)集熱器頂部溫度T1>95℃時(shí)，P1不啟動(dòng)（按泵循環(huán)按鍵可啟動(dòng)P1，5分鐘后停）；當(dāng)T1<90℃時(shí)，恢復(fù)啟動(dòng)P1。

⑤為保證三班工人都有熱水使用，系統(tǒng)將設(shè)置恒溫水箱水溫T3最低溫度值（例如45℃），低于該溫度時(shí)，系統(tǒng)將開啟輔助加熱設(shè)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(shè)定輔助加熱定時(shí)啟動(dòng)時(shí)間（建議設(shè)定在下午3時(shí)至5時(shí)之間）。當(dāng)水箱溫度T3在設(shè)定時(shí)間前達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，輔助加熱自動(dòng)取消；而當(dāng)水箱溫度T3在設(shè)定時(shí)間前未達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，輔助加熱自動(dòng)啟動(dòng)，電加熱循環(huán)泵P3同時(shí)啟動(dòng)，直到水箱溫度T3大于設(shè)定值時(shí)電鍋爐停止加熱，循環(huán)泵P3停止運(yùn)行。真正做到光電互補(bǔ)，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(shè)定為45℃，當(dāng)水量不夠時(shí)，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(dāng)管道管溫T2低于設(shè)定溫度值（例如5℃），水箱溫度T3高于設(shè)定溫度值+5℃時(shí)，循環(huán)水泵P1自動(dòng)啟動(dòng)，將水箱內(nèi)的熱水傳輸至保溫水管內(nèi)，當(dāng)管道管溫T2高于設(shè)定溫度值+3℃或T3低于設(shè)定溫度值-2℃時(shí)，循環(huán)泵P2自動(dòng)停止運(yùn)行，此過程循環(huán)運(yùn)行。

管溫探頭T2至于循環(huán)管路末處，并且相對(duì)管溫較低的位置。

②電熱帶管道加熱防凍模式：

當(dāng)管道管溫T4低于設(shè)定溫度值（例如5℃）時(shí)，管道外壁的電伴熱帶自動(dòng)啟動(dòng)加熱，當(dāng)管道管溫T4達(dá)到設(shè)定溫度+3℃時(shí)，延時(shí)2分鐘后電加熱停止，此過程循環(huán)運(yùn)行。

管溫探頭T4至于相對(duì)管溫較低的位置。

（5）恒壓給水運(yùn)行模式

①熱水給水由恒壓變頻水泵P2輸出，當(dāng)出水端打開時(shí)，管道失壓，變頻水泵P2自動(dòng)啟動(dòng)，停止用水時(shí)，管道水壓達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，水泵P2停止運(yùn)行。

熱水給水管道設(shè)置有回路， 管道回路閉式電磁閥E2，當(dāng)熱水給水管道管溫低于設(shè)定值（例如30℃）時(shí)，電磁閥E2與變頻給水水泵P2同時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)熱水給水管道管溫低于設(shè)定值+5℃時(shí)，電磁閥E2與變頻給水水泵P2同時(shí)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(shí)供水，在閑時(shí)啟動(dòng)P4使系統(tǒng)管道水循環(huán)，一小時(shí)按兩次計(jì)。

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(yùn)行狀態(tài)時(shí)，處于高溫狀態(tài)下，太陽能集熱系統(tǒng)內(nèi)的水會(huì)使得包括集熱器、管道、水箱、水泵等均會(huì)形成鈣質(zhì)層，降低集熱器集熱效率，影響水泵正常運(yùn)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(zhì)硬度較低，水中的鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）離子相對(duì)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(zhì)，達(dá)到保護(hù)太陽能熱水系統(tǒng)的安全。

3 太陽能方案設(shè)計(jì)

（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(jià)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(jià)格相對(duì)較高，維護(hù)成本相對(duì)較高，使用壽命不長，綜合考慮，本次設(shè)計(jì)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(jì)算

經(jīng)計(jì)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(jì)758塊，根據(jù)3層排列規(guī)則，取為756塊，系統(tǒng)實(shí)際集熱面積為3976.6㎡。

（3）其他設(shè)備

其他水箱、水泵等均按設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 運(yùn)行效果

羊場灣太陽能自2013年運(yùn)行以來，已有三年有余，目前運(yùn)行效果良好。280m3/d的太陽能系統(tǒng)相當(dāng)于一臺(tái)4噸鍋爐的制水量，其運(yùn)行費(fèi)用每年節(jié)省184.1萬元，可節(jié)約標(biāo)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(jì)及社會(huì)效益。