太阳能热水系统在羊场湾煤矿洗浴中的应用

邓志宝

（宁夏煤矿设计研究院有限责任公司 宁夏 银川 750011）

摘 要：宁夏太阳能资源丰富，是我国太阳辐射的高能区之一.据1961--1990年宁夏太阳辐射资料统计表明，全区平均5781 MJ/（㎡·a），太阳辐射能直接辐射多，散射辐射少，对于太阳能利用十分有利.全年平均总云量低于5成， 宁夏太阳辐射年总量分布图天多，阴天少，日照时数多达2835 h，年日照百分率达64%。宁东矿区地域开阔，有着得天独厚的优越条件，太阳能开发利用潜力巨大。

关键词：太阳能 羊场湾煤矿 洗浴

1 概述

根据矿方提供资料：羊场湾煤矿联合福利建筑设施内设来宾澡堂、职工澡堂。来宾澡堂共装淋浴38个，男澡堂共装淋浴186个，女澡堂共装淋浴52个。共有6m3浴池两座。在职洗浴共1820人。根据洗浴人数及规范要求，取280m3/d为本矿太阳能热水设计规模。

2 太阳能系统运行原理

根据使用要求，系统设计成共有七个部分组成，分别是：太阳能集热器部分、太阳能热水系统循环部分、保温水箱、冷水给水部分、辅助加热部分、变频恒压供水部分、太阳能控制部分。

运行方式介绍如下：

（1）水箱自动补水，在系统运行时水箱始终为满水位状态。

①当打开进水阀时，管网水通过浮球阀进入保温水箱，一直至水箱满水位时，浮球阀关闭，上水完成。

②當水箱给水时，水箱水位下降，浮球阀打开，补水开始，当水箱水位至满水位时，停止补水。

③恒温水箱和保温水箱连通，水位相同。而且补水入口于保温水箱内底部，防止冷水进入恒温水箱，保证恒温水箱水位恒定。

（2）太阳能集热器加热水箱水的模式：

①太阳能集热系统集热运行模式为差温循环，即当集热器顶部温度T1与水箱温度T3之差T1-T3>7℃（可调）时，水泵P1打开，进行循环，将储热水箱的冷水传输到集热器内，将集热器内的热水顶入水箱中；当T1-T3<3℃（可调）时，水泵P1关断，停止循环。

②当太阳能集热器T3温度再次升高时，水泵P1再次启动，循环运行。

③太阳能集热器输送的热水出口置于恒温水箱内下部，水泵P1输送的冷水入口置于保温水箱底部。

④高温保护模式：当集热器顶部温度T1>95℃时，P1不启动（按泵循环按键可启动P1，5分钟后停）；当T1<90℃时，恢复启动P1。

⑤为保证三班工人都有热水使用，系统将设置恒温水箱水温T3最低温度值（例如45℃），低于该温度时，系统将开启辅助加热设备加热。

（3）辅助加热系统——电辅助（在阴雨天和阳光不足的天气里）

①可任意设定辅助加热定时启动时间（建议设定在下午3时至5时之间）。当水箱温度T3在设定时间前达到设定温度时，辅助加热自动取消；而当水箱温度T3在设定时间前未达到设定温度时，辅助加热自动启动，电加热循环泵P3同时启动，直到水箱温度T3大于设定值时电锅炉停止加热，循环泵P3停止运行。真正做到光电互补，既节电又保证全天候使用。

②电加热加热停止温度T3一般设定为45℃，当水量不够时，可以升高加热温度，但一般不超过55℃，以最大限度降低水垢的形成。

（4）防冻方式：

①低温循环防冻模式：

当管道管温T2低于设定温度值（例如5℃），水箱温度T3高于设定温度值+5℃时，循环水泵P1自动启动，将水箱内的热水传输至保温水管内，当管道管温T2高于设定温度值+3℃或T3低于设定温度值-2℃时，循环泵P2自动停止运行，此过程循环运行。

管温探头T2至于循环管路末处，并且相对管温较低的位置。

②电热带管道加热防冻模式：

当管道管温T4低于设定温度值（例如5℃）时，管道外壁的电伴热带自动启动加热，当管道管温T4达到设定温度+3℃时，延时2分钟后电加热停止，此过程循环运行。

管温探头T4至于相对管温较低的位置。

（5）恒压给水运行模式

①热水给水由恒压变频水泵P2输出，当出水端打开时，管道失压，变频水泵P2自动启动，停止用水时，管道水压达到设定压力时，水泵P2停止运行。

热水给水管道设置有回路， 管道回路闭式电磁阀E2，当热水给水管道管温低于设定值（例如30℃）时，电磁阀E2与变频给水水泵P2同时启动，当热水给水管道管温低于设定值+5℃时，电磁阀E2与变频给水水泵P2同时停止，电磁阀E2选用低流量为佳。保证出水端即开即热，节约水资源，

②系统循环变频水泵P4，因考虑矿区为定时供水，在闲时启动P4使系统管道水循环，一小时按两次计。

③冷水直接接矿区生活给水管网，冷水出水量与热水出水流量比约为1：3.

（6）水处理

太阳能热水系统在运行状态时，处于高温状态下，太阳能集热系统内的水会使得包括集热器、管道、水箱、水泵等均会形成钙质层，降低集热器集热效率，影响水泵正常运行，影响管道流速，甚至使管道堵塞。

矿区太阳能集热系统给水水质硬度较低，水中的钙（Ca2+）、镁（Mg2+）离子相对较少，本次使用电子水处理器，防止水中的钙镁离子在系统中形成钙质，达到保护太阳能热水系统的安全。

3 太阳能方案设计

（1）集热器选择

目前集热器有平板型、全玻璃管真空管和金属玻璃真空管，根据比较，平板型虽然在价格及使用上有一定优势，但不抗冻，不适合于北方使用，金属玻璃管在集热效率有一定优势，但其价格相对较高，维护成本相对较高，使用寿命不长，综合考虑，本次设计选用Z-QB/0.05-WF-5.26/60-47/1型玻璃热管真空管太阳能集热器。

（2）集热板面积计算

经计算集热板所需面积3987.9㎡，选用Z-QB/0.05-WF-5.26/60-47/1型全玻璃热管真空管太阳能集热器，集热面积为5.26㎡/块，需要该集热器共计758块，根据3层排列规则，取为756块，系统实际集热面积为3976.6㎡。

（3）其他设备

其他水箱、水泵等均按设计规范进行设计。

4 运行效果

羊场湾太阳能自2013年运行以来，已有三年有余，目前运行效果良好。280m3/d的太阳能系统相当于一台4吨锅炉的制水量，其运行费用每年节省184.1万元，可节约标煤4210t，减少了二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放量，具有良好的环保效益，因此太阳能系统有良好的经济及社会效益。