陶一煤矿太阳能热水工程项目案例
来源：中国太阳能产业联盟网
1项目背景
陶一煤矿位于河北省邯郸市西北约15km处，武安市康城镇康东村村东，西邻太行山，东为华北平原，属东亚大陆性、中温带、亚干旱、季风气候，四季分明。
陶一煤矿洗浴情况见表1。
该系统按春、夏、秋、冬四季浴池、淋浴均使用太阳能热力系统洗浴进行设计，用水方式为全时供水。
项目建设内容（见表2）。
整套太阳能热力系统共计真空管14400支，总计集热面积1800m2。
安装TFS-SKR1600型空气源热泵6台。
安装150kW电加热机组2台。
安装水泵18台。
安装红外淋浴器：男浴室58个，干部浴室21个，女浴室21个，共计100个。
安装水箱情况：不锈钢内胆储热水箱1台，规格：8m×7m×1.5m，容积84m3；
不锈钢内胆恒温水箱1台，规格：8m×3m×1.5m，容积36m3。
安装除垢器1台，日处理水120t。
2工程突破点、亮点
控制系统根据陶一煤矿用水特点及要求，本项目太阳能热力控制系统具有以下特点：
1.控制系统采用双PLC智能控制(一用一备)、触摸屏显示，以实现系统全自动、智能化控制(定温放水、自动补水功能、恒温恒压供水、温控自动防冻、系统安全运行自动保护、辅助加热系统自动运行等)，无需专人管理，保证控制系统稳定、运行可靠；触摸屏显示界面友好，具有动态演示功能，参数设置、修改方便，各种运行参数显示一目了然，并且在矿调度室用显示器对以上数据进行显示，由矿调度员监视系统的运行情况。
2.控制程序将温度、水位、时间、流量等参数巧妙融合，实现充分和优先利用太阳能，将太阳能热力系统与辅助加热系统完美结合，最大限度地减少辅助加热系统的运行时间，降低电能的消耗。
3.控制系统设有应急手动功能，保证在控制系统出现问题时，能实现手动控制，系统在应急状态下能正常运行，保证职工的正常洗浴。
4.控制系统实现“一用一备”设备的自动切换，使“一用一备”设备实现月度替换运行。
5.控制系统具有断电记忆功能，有记忆控制系统的设置数据和系统运行的各种参数，保证数据不丢失。
6.系统具有很强的抗干扰和屏蔽性能，不因其他系统的信号干扰本系统的正常工作，或本系统的信号干扰其他系统的正常工作。
7.系统故障自诊断功能，能随时反应系统内设备和传感器的工作状态，自动进行故障诊断并完成故障点和原因显示，并声光报警。
8.系统管理功能，为确保系统的正常运行，集控软件设置用户登陆界面，对不同登陆人员设置不同的权限，并对登陆人员做操作记录。
3太阳能集热器（见图1）
太阳能集热器是太阳能热力系统的核心元件，其性能的好坏直接决定了系统能否取得应有的效果。该项目太阳能热力系统中真空管采用三靶镀膜技术和旋转磁扫描结构，加入稀有金属成分，改善镀膜层分子结构，真空管(真空度高达5×10-3Pa)，对阳光有很高的吸收率(a＞96%)和极低的热发射率(β＜4%)，具有集热效率高、热损小、耐高温(空晒温度高达330℃)、抗高寒(-40℃)等特点，从而减少了太阳能真空管由于长期空晒而造成的膜层老化、变色、性能衰减等问题，使用寿命长。采用了三高全玻璃真空管集热器，每个模块有60支太
阳能真空管组成。与普通太阳能集热器相比，该款太阳能集热器具有太阳能真空管排列密集，单位长度集热管数量多，吸热快、效率高；保温层采用50mm环保型无氟聚氨酯发泡保温，保温性好，绿色环保；采用304/2B食品级不锈钢内胆，卫生洁净，水箱外壳采用仿不锈钢拉丝板，外观漂亮大方。
4太阳能水箱（见图2）
该项目太阳能水箱内胆材质使用304/2B食品级不锈钢，保温采用80mm聚氨酯现场发泡，外护材质0.5mm不锈钢。与原有水泥水箱相比，不锈钢内胆水箱具有以下特点：
1.款式新颖，技术一流：由单元矩形成型板任意拼装焊接，具有漂亮的外观，对应配套，选择灵活。
2.安全卫生，经久耐用：整个系统为封闭式，不锈钢材料表面光滑，不易附生藻类，水中沉淀物易清洗冲刷。
3.安装方便，任意组合：采用单元矩形不锈钢成型板拼装焊接组成，可依据设备设置场所，任意组合成多边形、阶梯形、L形等形态各异的水箱。
4.选材优异防蚀抗裂：选用性能优异的奥氏体、铁素体、超低碳不锈钢板材拉伸压制，具有独特的耐腐蚀抗裂性能。
5.制作精良，保温优良、外形美观：以精密的成型模具液压拉伸成型，单元矩形凹凸水箱板成型精度高，保温效果好，昼夜温差＜3℃。
5辅助加热设备
该项目辅助热源设备采用超低温热泵热水机组TFS-SKR1600D。机组技术特点：低温风冷热泵机组克服了传统风冷热泵机组的运行温度限制，大大扩展了其温度应用范围，在-20℃的环境温度下依旧可以稳定地运行；低温风冷热泵机组之所以能够如此高效、稳定地运行，是由于在机组系统中采用了经济器系统，以实现补气增焓。
机组还具有如下特点：低环温热泵机组可在-20℃的环境中正常供热，结构紧凑，换热面积大，空气流动阻力小，换热效率高，泄漏率低，机组组合方便；选型灵活，互为备用；运行经济、高温出水，最高可达60℃；配件精良，智能除霜，全电脑控制，低噪声。
5.2电加热机组（见图4)
若太阳能热力系统和空气源热泵都无法满足用水量需要时启动电加热。DFT太阳能热力工程辅助电加热器是依据太阳能热力系统辅助电加热特点而制成的系列产品，与其他产品相比具有以下优越性：
1.安全性高：本产品为外置式循环加热，内置两套过热保护探头，保证超温100%断电。产品出厂经过10kg水压检测，电气性能（耐压2000V不击穿,绝缘性能≥100mΩ）检测。接线盒部分防潮、透气，散热效果好。
2.热效率高：使用高效电热管，加热均匀，配置折流板，
无温度死角。
3.节能省水：辅助加热器内外胆之间采用3cm厚聚氨酯发泡保温，保温性能优越；更换加热管只需打开排水阀，排出筒体内存水即可更换。
4.美观耐用：辅助电加热器内胆采用4mm厚SUS304不锈钢材质，外胆采用3mm厚SUS304镜面板，外形美观，经久耐用。
6感应淋浴器（见图5）
感应淋浴器由于节水效果显著、不用触碰开关即可出水，产品具备以下功能：
1.节水效果好，用水量是普通淋浴器的1/3；
2.超大滤杯，减少清洁次数，更适合浴池使用；
3.滤杯采用法兰连接，拆开不锈钢螺丝即可取下滤网清洁螺丝，使滤杯可实现拆卸；
4.配备后备电源，即使停电，也能洗浴，解决洗浴中突然停电的问题；
5.防浓雾、防搭毛巾；
6.喷头采用脉冲阀，喷头只是在出水、停水瞬间通电，洗浴过程喷头不通电；
7.控制器采用独特固定结构，去掉两侧固定耳；
8.采用直流6V供电，安全无忧；
9.可选红外遥控器自主调整淋浴器感应距离、灵敏度等。
7效益分析
1.系统总能量每天系统将120t15℃的水升温到50℃，总共耗费的能量为：
若上述热量由燃油锅炉提供：
每天耗油量为：(1.8×107)/（46040×80％）≈489（kg）
每天燃烧柴油费用：489kg×9.5元/kg≈4646元
若上述热量由燃气锅炉提供:
每天耗气量为：(1.8×107)/（16742×85％）≈1265（m3）
每天燃气费用：1265×2.2=2783（元）
若上述热量由电锅炉提供:
每天耗电量为：(1.8×107)/（3600×95％）≈5263（kW·h）
每天电费：5263（工业用电)＝5263（元）
若上述热量由空气源热泵提供:
每天耗电量为：(1.8×107)/（3600×95％）≈5263（kW·h）
空气源热泵的全年COP：
每天消耗的电量为5263/3=1754（kW·h）
每天电费：1754（工业用电)＝1754（元）
若上述热量由燃煤锅炉提供:
每天耗煤量为：(1.8×107)/（13536×55％）≈2418（kg）
每天燃煤费用：2418×0.8≈1934（元）
2.太阳能热力系统寿命在15a以上。系统每年使用太阳能将120t15℃的水升温到50℃，总共节约耗费的能量为：4939200MJ。阴雨天气或阳光不足时，系统每年使用空气源热泵辅助加热120t15℃的水升温到50℃，总共节约耗费的能量为：749700MJ。
每年总共节约能量为：5688900MJ。
若上述热量由燃煤锅炉提供:
消耗标准煤量为：5688900/（29.308×65％）≈298626.8（kg）
总结：
该太阳能热力系统每年节约标准煤298.6t，减排二氧化碳746t。15a节约标准煤4479t，减排二氧化碳11190t。
