（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071001）

1 太陽能熱水洗浴系統(tǒng)注意要點

1.1 真空管爆炸

真空管爆炸問題是太陽能熱水器使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，尤其是在各大高校的公共浴室中，每天都會有學(xué)生進行洗浴，一旦真空管爆炸，就會影響學(xué)生們的正常洗浴。真空管爆炸的主要原因為水箱室與樓頂之間形成不同的高度差，熱水器在工作的過程中水壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致集熱器缺水，造成爆炸。因此，在設(shè)計太陽熱水系統(tǒng)時，要注意保持水壓，而且真空水管自身的質(zhì)量也是導(dǎo)致爆炸的原因之一，因此在采購時選擇可靠的品牌，保證學(xué)生們洗浴安全。

1.2 冬季防凍措施

北方冬季寒冷，太陽能熱水器是在樓頂存放。如果不能采取適當?shù)谋卮胧┚蜁霈F(xiàn)設(shè)備凍裂問題，不僅會影響設(shè)備的壽命，也會影響人們的生活。所以需要通過合理的方法提高設(shè)備的抗凍能力，除了上文提到的伴熱裝置，還會在管道上包裹保溫材料，以此降低伴熱裝置的電量消耗。其中低溫循環(huán)加電伴熱裝置是目前效益最好的裝置，在溫度低于5℃時自動啟動，有效地減少電量的消耗。為了保證冬季熱水系統(tǒng)的正常運行，需要借助輔助熱源進行熱量的補充。當熱水器溫度低于固定值時自動補充熱水，供應(yīng)人們的正常需求。

1.3 水溫恒定

水溫恒定是我們良好洗浴體驗的保證條件之一，如果不能保持溫度的穩(wěn)定將會影響人們的洗浴。在高校中，一般將水溫設(shè)置在50℃，但是太陽能系統(tǒng)要達到這個水溫是需要經(jīng)過混水實現(xiàn)恒定。實現(xiàn)混水的設(shè)備為恒溫水箱，不管洗浴人數(shù)多少都能控制水溫。但是，這種調(diào)節(jié)水溫的方法需要較大的面積進行恒溫水箱的建設(shè)，也需要資金的支持。這就需要技術(shù)人員加強對系統(tǒng)的研究，提高水溫恒定的效率[1]。

2 太陽能熱水洗浴系統(tǒng)設(shè)計

2.1 太陽能集熱器選擇

在上文中也提到真空會出現(xiàn)爆炸問題，因此，在系統(tǒng)設(shè)計時要選擇防炸管，而且需要設(shè)立多個運行系統(tǒng)，避免因為一個系統(tǒng)出現(xiàn)問題影響整個系統(tǒng)。一般情況下，太陽能的安放地點都是在屋面、樓頂，在設(shè)計的過程中還應(yīng)當根據(jù)地理位置，考慮集熱效率、太陽能造價等，使得太陽能熱水洗浴系統(tǒng)能夠以最低的成本獲得最大的效益。

2.2 集熱器的擺放數(shù)量以及方式

集熱器產(chǎn)生的熱量跟地理緯度以及地形有很大的關(guān)系，而且集熱器品牌不同也會導(dǎo)致其集熱能力不同。而且根據(jù)太陽位置的變化，集熱的效果也會不同，因此像是學(xué)校這種全年都要應(yīng)用到浴室的地方，平板型集熱器的采光面與水平面的夾角是當?shù)氐木暥冉?。對于U 型真空管因為其能夠自動調(diào)節(jié)，可以水平放置[2]。該文以北京某高校為例，其所處位置在北緯40°，根據(jù)學(xué)校人口洗浴用水需求，選擇全玻璃真空管集熱器180 塊，全玻璃真空管9 870 支，采光面積為656 m2。

2.3 太陽能產(chǎn)熱

太陽能的產(chǎn)熱水量計算結(jié)果見表1。

表1 太陽能的產(chǎn)熱水量計算結(jié)果

2.4 輔助加熱系統(tǒng)設(shè)計

學(xué)校的輔助加熱系統(tǒng)將整體的溫度控制在50℃左右。要想在短時間內(nèi)提升加熱速度，可以在熱水儲水箱中設(shè)置熱水盤管，在水溫降低時，可以通過回水管進行熱水的補充，實現(xiàn)水溫的平衡。

2.5 恒溫?zé)崴到y(tǒng)的設(shè)計

該系統(tǒng)的設(shè)計提出了3 個方案。1）多個電磁閥調(diào)節(jié)，實現(xiàn)冷熱水的混合，但是這種方法會使得水溫不能實現(xiàn)完美控制。2）智能電動控制，利用電腦系統(tǒng)控制水溫的調(diào)節(jié)，水溫控制的精確度得到了提升但是成本較高。3）恒溫閥與恒溫水箱相結(jié)合的方法，冷熱水在恒溫水箱的調(diào)節(jié)后，水溫得到了控制，而且在溫度不會受到洗浴人數(shù)的影響。綜合考量之下決定應(yīng)用第三種方案，恒溫閥與恒溫水箱相結(jié)合的方法，滿足學(xué)生們洗浴的需求。

2.6 系統(tǒng)運行情況介紹

在光照充足的條件下，水溫上升到水溫設(shè)定值55℃時，冷水閥門會自動開啟，冷水進入集熱器進行加熱。水箱將熱量達標的熱水傳輸?shù)降叵聝λ渲?，為了保持洗浴溫度的恒定（我們將溫度設(shè)置在45℃左右），需要在恒溫水箱中實現(xiàn)將熱水與涼水進行混合。如果遇到陰天天氣，需要鍋爐進行輔助加熱，系統(tǒng)自動鍋爐中的熱水補充到儲熱水箱。當儲水箱中的溫度降低時，利用換熱盤管加熱水溫，溫度到達45℃時，加熱裝置自動關(guān)閉。太陽能系統(tǒng)在初始運行時還需要技術(shù)人員對其設(shè)備進行維護，以保證系統(tǒng)的安全性。

3 太陽能熱水洗浴余熱回收技術(shù)

3.1 余熱回收現(xiàn)狀

公共浴室的開放有嚴格的時間限制，這就導(dǎo)致洗浴廢水的排除時間是固定的，大量污水一般是順著管線進入到污水處理廠，在此過程中余熱會散發(fā)掉一部分，進入污水廠的水經(jīng)過處理后其熱量就會散失。但是因為技術(shù)、資金等問題導(dǎo)致公共浴室中的洗浴廢水余熱并沒有得到真正的利用。我國人口眾多，會產(chǎn)生很多的洗浴廢水，余熱就白白流失，不僅不能節(jié)約資源還增加了公共浴室的經(jīng)營成本。因此，有必要采取合理的措施，加強對余熱的回收利用。

3.2 運行原理

運行的基本原理就是在洗浴后產(chǎn)生的廢水經(jīng)過管道流向污水箱，污水熱源泵運行利用余熱加熱樓頂?shù)膬崴?，然后儲熱水箱的水與冷水進行混合后就能正常進行洗浴。具體的原理如圖1 所示。

圖1 余熱回收流程圖

3.3 廢水回收水質(zhì)

公共浴室進行廢水余熱集中目的是提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，所以，在廢水余熱利用設(shè)計時，要根據(jù)廢水的性質(zhì)對其經(jīng)濟效益進行預(yù)判。在系統(tǒng)設(shè)計時主要有2 種方案。1）將廢水當作污水，利用污水設(shè)備進行處理。2）將其當作干凈的水源，利用清水設(shè)備進行處理。我們選擇不同的設(shè)備對某一季的污水進行處理分析，發(fā)現(xiàn)運用清水設(shè)備處理污水，所獲得的經(jīng)濟效益更好。因為多數(shù)的污水的水質(zhì)還算是較好的，可以經(jīng)過簡單的處理就能投入循環(huán)利用，不需要用到污水處理設(shè)備。

3.4 廢水回收水溫

洗浴廢水在回收的過程中有2 個主要的熱量流失環(huán)節(jié)。1）管道中的熱損失。2）就是廢水池中的熱量散失[3]。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)過保溫處理后的管道以及廢水池其保溫效果要明顯優(yōu)于沒有經(jīng)過保溫處理的管道。因此，學(xué)校相關(guān)部門在進行管道的處理時，要對管道以及廢水池進行保溫。

3.5 具體的余熱回收實例

以北京某學(xué)校為例，選取其在秋季廢水1 000 m3，洗浴溫度為42℃，污水溫度為30.8℃。進入廢水池后為30℃，經(jīng)過廢水余熱收集系統(tǒng)進行余熱的利用，與市場煤炭價錢以及電費進行比算。利用30℃的廢水對自來水進行預(yù)熱，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)太陽能設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的費用明顯降低，平均水費由一天18 元降低到10.5 元。給學(xué)生們的生活提供了諸多的便利，同時提升了學(xué)校設(shè)備運行的經(jīng)濟效益。但是設(shè)備在運行的過程中難免會造成磨損，需要工作人員定期對設(shè)備進行維護以及污垢清理，尤其要注意廢水管道中的頭發(fā)處理，熱泵環(huán)熱泵每半年清洗一次，延長設(shè)備的壽命。

4 結(jié)語

余熱利用是今后太陽能熱水洗浴系統(tǒng)研發(fā)的重點方向之一，我們在這方面的應(yīng)用仍然處于起步階段，有很多的技術(shù)還不夠成熟，需要技術(shù)人員進行深入的研究。尤其是嚴寒地區(qū)公共浴池在冬季的需求量是最大的，產(chǎn)生的洗浴廢水余熱如果得不到利用也會造成很大的污染，因此我們要在節(jié)約資源理念的指導(dǎo)下，通過合理的設(shè)計提高余熱的回收能力，促進資源的循環(huán)利用。余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計還要注意經(jīng)濟效益，通過對余熱、環(huán)境的充分考量，選成本較低的方案。