摘要：净化厂公寓楼热水系统依托生产用锅炉产生的蒸汽换热进行热水供应，耗能高且维护维修频繁，尤其在夏季全厂停产检修期间，公寓楼蒸汽需求量为锅炉总负荷的5%左右，造成锅炉频繁启停，严重影响锅炉寿命，存在大马拉小车的问题；又结合净化厂锅炉供热系统改造为热媒炉系统，蒸汽系统停运，公寓楼的热水供应换热方式急需解决。基于以上问题，经过调研，选用既符合国家环保政策，又降低能耗、节约成本的太阳能热水系统替代蒸汽换热进行热水供应。
关键词：公寓楼；太阳能热水器；运行评价
一、概况
净化厂公寓楼换热设备安装在公寓楼顶部房间内，日常热水使用人数约80-100人，加上员工餐厅热水使用，综合日用水量10吨/天。
设备安装间有10m3水箱一座，板式换热器一台，换热后的水进入水箱备用，换热过程中随时要调整换热蒸汽的大小，以防止发生水击或水温偏低的现象。如果使用水量较大时，还需再进行补水加热操作，使用过程中板式换热器经常出现结垢、堵塞、密封垫片刺漏等问题，操作繁杂且存在安全风险。
二、调研与实施
根据生活用水质情况、安装位置等要求，对目前市场上比较知名的太阳能热水器进行调研和对比，如果选用水管式换热的太阳能系统容易引起管线和换热管结垢堵塞和冬季防冻措施的问题，且改造费用都在38万左右，后续维护维修将是一笔较大的支出，达不到节能降耗的目的。
根据需求和投资费用等计算，选用了不炸管、不结垢、热效高、噪音小（基本无噪音），适宜北方高寒地区（-40℃）炸管不漏水专利的集热器，它具有吸收太阳热量升温和电辅热升温、蒸汽升温三种形式。运行时，水不在换热管内进行换热，换热管只起到吸收、传递热量的作用，任何一根换热管故障损坏，都不会影响设备的运行，也不会有水流出，只需更换炸管即可。水只在联箱内经过，通过一级一级换热管吸收的热量对联箱内的水进行加热，从而使水温升高，最终进入水箱内备用；在阴雨雪天气下，自动切换到电辅热进行加热升温，从而确保热水的正常供应，整个改造费用为28万元，与其他太阳能系统相比节约费用10万元。
三、改造后运行情况
改造完成后试运行，停运锅炉蒸汽，切换至太阳能系统试运行，设定水温45℃，运行情况如下。
（一）存在的问题
运行10天后，发现如下问题，经整改后系统正常运行至今：
1、电加热器故障，原因是生活区停电，未采取断电措施，造成损坏，后对电加热器安装断电保护开关，更换新的电加热棒后运行正常。
2、给水泵压力高，宿舍用水压力过大，经调整给水泵电机变频器至28Hz，出水压力由原来的0.22MPa降至0.10MPa，出水稳定舒适。
3、晚上23：00至第二天早8：00用水量小甚至不用水，但系统为保持设定温度电加热器还在循环加热，造成电量消耗。经调整夜间23：00至第二天早7：00间将温度设定为防冻（≥10℃）温度即可，早晨8：00后系统自动进行加热，水温调整至50℃，供员工正常使用。
（二）运行情况
存在问题解决后，正常供水对员工宿舍进行了检查和员工使用情况进行调研，均反映热水温度适宜，水压大小合适，尤其运行时没有噪音，热水供应随时可调整，出水干净无垢。
正常运行后，设定水温50摄氏度，每度电0.40元计算系统能耗情况如下：
公寓楼太阳能热水器试运行情况统计表
使用太阳能热水器后主要能耗为电量的消耗，水量消耗和以往没有较大区别，只有气温的变化，对电量消耗影响较大。
针对净化厂所属地区为北方高寒地区，在进入十月份后，日照时间变短，夜间气温与白天气温温差在10-15℃之间，随着气温的降低，太阳能加热逐渐被电加热代替，所用电量也逐渐升高，经过一周的观察记录，每天的耗电量基本维持在500KW左右，最大用水量为11吨/天，每天消耗电费约为200元左右。
（三）产生的效益
原蒸汽换热系统，换热后水温可达70℃左右，换热时蒸汽压力为0.40MPa的饱和蒸汽，按照初始水温为20℃，热损失率为5％，加热至70℃，10吨水被加热后消耗约10.55吨蒸汽（饱和蒸汽冷凝成水放热按潜热计算2200kj/kg左右，而水的定压比热为4.17kj/kg*k左右，水的初始温度按20度计算，t=70-20=50，需要蒸汽M=2200/4.175/50=10.55t）。
按照原使用蒸汽换热，锅炉每小时可产生10吨蒸汽，能耗为：锅炉热效率60%，蒸汽压力0.40MPa，使用鼓风机一台55KW，凝结水泵一台11KW，增压泵一台7.5KW，锅炉给水泵一台37KW，消耗燃气量650方/h，消耗水12吨，电0.4元/度，水4元/方，天然气1.6元/方，费用约为：电110.5（KW）*0.4（元）+水12（吨）*4（元）+天然气650（方/h）*1.6（元）=1132.2元/h；使用太阳能热水系统后，自9月14日投运至12月31日共计109天，共计消耗电量29615KW，每天产生的费用为29615（KW）*0.4（元/度）/109（天）=271.70元/天。
通过对比可以看出，太阳能系统每天节约1132.2-271.7=860.5（元），按照采购时的28万元计算，325天就可以将投资成本收回。
四、总结
太阳能系统设计日供水量10吨/天，经过三个月的使用，实际用水量11吨/天，根据季节变化设定出水温度45℃-55℃，调整系统使用参数，节能效果会更加明显，改造成功。
采用太阳能系统替代蒸汽加热供应热水以来，运行稳定，公寓楼、餐厅用水情况良好。总结如下：
1、改造采用全新节能远程智能控制技术，节能性、稳定性、可控性优良；
2、改造采用多重防冻措施，完全满足高寒地区冬季防冻要求；
3、改造后，设备布置、标准化、运行状况良好，水温、压力可控可调性高，智能化水平较高，完全满足公寓楼和员工餐厅热水供应需要；
4、设备维护成本低，正常运行时只需进行巡检，完全不用人工操作
5、设备运行无噪音，保障了公寓楼安静的环境，确保了员工休息不受影响。
6、节能降耗效果明显，获得了极高的经济效益，无污染，完全满足环保要求。
论文作者:刘振宁
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
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