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摘要：為有效解決寒冷氣候條件下隧道消防系統(tǒng)保溫問題，文章基于陜北地區(qū)充足的環(huán)保太陽能資源，以黃延高速公路擴能工程府村川隧道為依托，開展太陽能熱水系統(tǒng)用于隧道消防保溫研究。通過工程兩個周期運行效果監(jiān)測，對太陽能熱水保溫系統(tǒng)的應(yīng)用效果進行評價；為明確太陽能熱水保溫系統(tǒng)經(jīng)濟效益情況，與傳統(tǒng)電伴熱系統(tǒng)進行了能耗比對分析。結(jié)果表明：太陽能熱水保溫系統(tǒng)能夠滿足冬季氣候條件下消防保溫要求；太陽能熱水保溫系統(tǒng)能耗約為電伴熱能耗的15%。

關(guān)鍵詞：隧道消防；管道保溫；太陽能熱水系統(tǒng)；節(jié)能環(huán)保

1引言

寒冷地區(qū)隧道消防系統(tǒng)經(jīng)常會面臨管道結(jié)冰問題，導(dǎo)致消防系統(tǒng)無法正常使用，一旦發(fā)生火災(zāi)災(zāi)害，對整個隧道的安全性將造成極大影響[1]。為解決冬季等不利氣候條件下隧道消防管道保溫問題，現(xiàn)階段研究主要采取電伴熱系統(tǒng)及保溫材料包裹等外部保溫技術(shù)措施[2-3]。通過實際應(yīng)用可知，傳統(tǒng)電伴熱系統(tǒng)等技術(shù)措施存在初期投資高、使用能耗大、運行狀態(tài)不穩(wěn)定、維養(yǎng)費用高等問題。同時由于采用外部保溫方式，其存在升溫慢及降溫快等缺陷，導(dǎo)致保溫效果不佳[4]。本文基于目前保溫技術(shù)弊端，研究將節(jié)能環(huán)保型太陽能熱水系統(tǒng)用于隧道消防水管道保溫中，并采用“管中管”的內(nèi)加熱保溫方式，通過合理的集熱、儲熱、循環(huán)及控制技術(shù)手段，在消防管道內(nèi)部形成高效循環(huán)加熱保溫，確保消防水在低溫條件下不結(jié)冰，保證了消防系統(tǒng)在冬季條件下的適用性和穩(wěn)定性。介紹了太陽能熱水保溫系統(tǒng)技術(shù)原理及其系統(tǒng)組成，根據(jù)實體工程監(jiān)測研究，分析其系統(tǒng)工程應(yīng)用的可行性；根據(jù)太陽能熱水保溫系統(tǒng)及傳統(tǒng)電伴熱系統(tǒng)能耗比對分析，分析其系統(tǒng)應(yīng)用推廣的經(jīng)濟性。

2太陽能熱水保溫系統(tǒng)技術(shù)原理及系統(tǒng)組成

太陽能熱水保溫系統(tǒng)技術(shù)原理為：于消防管道內(nèi)放置一定尺寸的螺旋形內(nèi)加熱管（地暖管或其他材質(zhì)）形成一個回路（技術(shù)原理如圖1所示）。在合理應(yīng)用太陽能的情況下，將冷水從基礎(chǔ)水溫加熱至60℃左右（可調(diào)節(jié)參數(shù)），通過熱水循環(huán)泵將太陽能熱水送至內(nèi)加熱管道來加熱消防管道內(nèi)的冷水，保證冬季消防管道內(nèi)的水溫維持在5℃～10℃（根據(jù)環(huán)境條件進行設(shè)定）左右，以防止消防管道內(nèi)消防水結(jié)冰。太陽能熱水系統(tǒng)是利用一定規(guī)模的太陽能集熱器部件，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能并用來加熱水的一種裝置[5]。根據(jù)隧道消防保溫技術(shù)要求，本文采用的太陽能熱水系統(tǒng)主要由太陽能集熱裝置、水泵循環(huán)裝置、系統(tǒng)智能控制裝置、輔助（電）加熱裝置、儲熱裝置及附屬裝置等組成[6-8]。太陽能熱水保溫系統(tǒng)組成如圖2所示。

3太陽能熱水保溫系統(tǒng)試運行監(jiān)測結(jié)果及分析

3.1監(jiān)測儀器及方法

采用RC-4型高精度連續(xù)溫度記錄儀進行太陽能熱水保溫系統(tǒng)溫度參數(shù)監(jiān)測。RC-4型為外置型溫度傳感器，記錄儀通過USB連接電腦后，上位機軟件可以直接上傳數(shù)據(jù)（記錄儀軟件操作界面見圖3所示），采集頻率為次/15min。本文分別對太陽能熱水保溫系統(tǒng)的熱水供應(yīng)管溫度（進水管）T1、循環(huán)回水管（出水管）T2溫度進行溫度連續(xù)監(jiān)測記錄，評價其實際使用效果。

3.2監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果

3.2.1第一階段系統(tǒng)運行監(jiān)測①太陽能熱水系統(tǒng)進水管溫度T1。監(jiān)測期間進水管道溫度T1最大值為60.9℃，溫度最小值為43.5℃，溫度平均值為51.3℃。其曲線如圖4所示。②太陽能熱水系統(tǒng)出水管溫度T2。監(jiān)測期間回水管道溫度T2最大值為為44.3℃，溫度最小值為27.1℃，溫度平均值達到34.7℃。其曲線如圖5所示。

3.2.2第一階段系統(tǒng)運行監(jiān)測①太陽能熱水系統(tǒng)進水管溫度T1。監(jiān)測期間進水管道溫度T1最大值為50.6℃，溫度最小值為13.5℃，溫度平均值為38.5℃。其曲線如圖6所示。②太陽能熱水系統(tǒng)出水管溫度T2。監(jiān)測期間出水管道溫度T2最大值為42.2℃，溫度最小值為20.9℃，溫度平均值為30.8℃。其曲線如圖7所示。

3.3運行監(jiān)測結(jié)果分析

①由此兩階段溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，太陽能熱水保溫系統(tǒng)的熱水供應(yīng)（進水）T1穩(wěn)定可靠，進水管溫度T1達到了38℃~51℃，出水管溫度T2達到了30℃~34℃，能夠完全滿足消防管道水保持在冰點（0℃）以上的保溫要求。②太陽能熱水保溫系統(tǒng)的使用效果會一定程度受到外界環(huán)境影響，在低溫階段（降雪、多云等不利氣候條件）供水溫度會有所波動，但整體運行轉(zhuǎn)態(tài)良好，數(shù)據(jù)均處在30℃以上設(shè)計溫度要求范圍內(nèi)。③第二階段進水管溫度T1存在小范圍低溫區(qū)，即進水溫度約為15℃左右（數(shù)據(jù)見圖8所示）。但溫度滿足保溫要求，其原因為：進水循環(huán)不暢，熱水供應(yīng)不足導(dǎo)致測溫區(qū)溫度下降引起。

4太陽能熱水保溫系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析

為明確太陽能熱水保溫系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，本文針對太陽能熱水保溫系統(tǒng)與隧道傳統(tǒng)電伴熱系統(tǒng)的工程造價及使用能耗等進行了比對分析。

4.1工程造價分析對比

①太陽能熱水系統(tǒng)工程造價。太陽能熱水系統(tǒng)工程造價主要包括集熱器、水箱、加熱管道、輔料配件等材料費、人工費、運輸費用等。府村川隧道共設(shè)置兩套4t規(guī)模熱水系統(tǒng)，其工程造價約為65萬元。②府村川隧道電伴熱工程造價。隧道電伴熱工程造價主要包括伴熱電纜、溫控器、配電箱、供電電纜、上位機控制軟件等材料設(shè)備費及施工安裝費等。府村川隧道電伴熱系統(tǒng)方案采用兩根伴熱電纜，纏繞系數(shù)為1.2，兩個隧道總長度為2900m，經(jīng)過測算可知，洞內(nèi)電伴熱系統(tǒng)造價約為180.52萬元（不包括洞外部分電伴熱系統(tǒng)）。

4.2功率能耗比對分析

①太陽能熱水保溫系統(tǒng)能耗分析。太陽能熱水系統(tǒng)功率總計27kw（水泵功率共5kw、水箱電加熱功率22kw），其中水泵主要為泵送循環(huán)熱水進出隧道消防管，水泵為24h運作；水箱電加熱設(shè)備為輔助加熱，主要為在不利氣候條件下的溫度要求，電加熱啟動控制溫度為30℃。②府村川隧道電伴熱系統(tǒng)能耗計算分析。兩個隧道電伴熱系統(tǒng)總功率約124kw，電伴熱系統(tǒng)啟動溫度為10℃啟動，高于15℃停止。根據(jù)隧道消防溫度監(jiān)測可知，電伴熱在本階段內(nèi)平均每天啟動時長為8h。電伴熱系統(tǒng)第一階段總功率能耗為4月×30d×8h×124kw=119040kw•h。電伴熱系統(tǒng)第二階段總功率能耗為3月×30d×8h×124kw=89280kw•h。由功率能耗分析可知：太陽能熱水系統(tǒng)能耗約為電伴熱能耗的15%。

5結(jié)語

本文通過工程驗證，對太陽能熱水保溫系統(tǒng)應(yīng)用效果及能耗進行了分析研究并得出以下結(jié)論：①由兩階段溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，太陽能熱水保溫系統(tǒng)熱水穩(wěn)定可靠，其使用能夠完全滿足消防管道保溫要求，各周期內(nèi)進水管溫度基本維持在30℃以上。②太陽能熱水保溫系統(tǒng)相比電伴熱系統(tǒng)的前期投資較低，可有效降低工程總造價30%~40%左右。③由于采用綠色環(huán)保太陽能資源作為系統(tǒng)能量供應(yīng)，太陽能熱水保溫系統(tǒng)總能耗明顯較傳統(tǒng)電伴熱系統(tǒng)低，約為電伴熱系統(tǒng)總能耗的15%。

參考文獻

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作者：申來明 蓋衛(wèi)鵬 張東省 單位：陜西省交通建設(shè)集團公司