隧道消防太陽能保溫系統工程應用范文

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摘要：為有效解決寒冷氣候條件下隧道消防系統保溫問題，文章基于陜北地區充足的環保太陽能資源，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用于隧道消防保溫研究。通過工程兩個周期運行效果監測，對太陽能熱水保溫系統的應用效果進行評價；為明確太陽能熱水保溫系統經濟效益情況，與傳統電伴熱系統進行了能耗比對分析。結果表明：太陽能熱水保溫系統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能耗約為電伴熱能耗的15%。

關鍵詞：隧道消防；管道保溫；太陽能熱水系統；節能環保

1引言

寒冷地區隧道消防系統經常會面臨管道結冰問題，導致消防系統無法正常使用，一旦發生火災災害，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，現階段研究主要采取電伴熱系統及保溫材料包裹等外部保溫技術措施[2-3]。通過實際應用可知，傳統電伴熱系統等技術措施存在初期投資高、使用能耗大、運行狀態不穩定、維養費用高等問題。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，導致保溫效果不佳[4]。本文基于目前保溫技術弊端，研究將節能環保型太陽能熱水系統用于隧道消防水管道保溫中，并采用“管中管”的內加熱保溫方式，通過合理的集熱、儲熱、循環及控制技術手段，在消防管道內部形成高效循環加熱保溫，確保消防水在低溫條件下不結冰，保證了消防系統在冬季條件下的適用性和穩定性。介紹了太陽能熱水保溫系統技術原理及其系統組成，根據實體工程監測研究，分析其系統工程應用的可行性；根據太陽能熱水保溫系統及傳統電伴熱系統能耗比對分析，分析其系統應用推廣的經濟性。

2太陽能熱水保溫系統技術原理及系統組成

太陽能熱水保溫系統技術原理為：于消防管道內放置一定尺寸的螺旋形內加熱管（地暖管或其他材質）形成一個回路（技術原理如圖1所示）。在合理應用太陽能的情況下，將冷水從基礎水溫加熱至60℃左右（可調節參數），通過熱水循環泵將太陽能熱水送至內加熱管道來加熱消防管道內的冷水，保證冬季消防管道內的水溫維持在5℃～10℃（根據環境條件進行設定）左右，以防止消防管道內消防水結冰。太陽能熱水系統是利用一定規模的太陽能集熱器部件，將太陽輻射能轉化為熱能并用來加熱水的一種裝置[5]。根據隧道消防保溫技術要求，本文采用的太陽能熱水系統主要由太陽能集熱裝置、水泵循環裝置、系統智能控制裝置、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組成如圖2所示。

3太陽能熱水保溫系統試運行監測結果及分析

3.1監測儀器及方法

采用RC-4型高精度連續溫度記錄儀進行太陽能熱水保溫系統溫度參數監測。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據（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的熱水供應管溫度（進水管）T1、循環回水管（出水管）T2溫度進行溫度連續監測記錄，評價其實際使用效果。

3.2監測數據結果

3.2.1第一階段系統運行監測①太陽能熱水系統進水管溫度T1。監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太陽能熱水系統出水管溫度T2。監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第一階段系統運行監測①太陽能熱水系統進水管溫度T1。監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太陽能熱水系統出水管溫度T2。監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運行監測結果分析

①由此兩階段溫度監測數據可知，太陽能熱水保溫系統的熱水供應（進水）T1穩定可靠，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的使用效果會一定程度受到外界環境影響，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，但整體運行轉態良好，數據均處在30℃以上設計溫度要求范圍內。③第二階段進水管溫度T1存在小范圍低溫區，即進水溫度約為15℃左右（數據見圖8所示）。但溫度滿足保溫要求，其原因為：進水循環不暢，熱水供應不足導致測溫區溫度下降引起。

4太陽能熱水保溫系統經濟效益分析

為明確太陽能熱水保溫系統的經濟效益，本文針對太陽能熱水保溫系統與隧道傳統電伴熱系統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太陽能熱水系統工程造價。太陽能熱水系統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。府村川隧道共設置兩套4t規模熱水系統，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備費及施工安裝費等。府村川隧道電伴熱系統方案采用兩根伴熱電纜，纏繞系數為1.2，兩個隧道總長度為2900m，經過測算可知，洞內電伴熱系統造價約為180.52萬元（不包括洞外部分電伴熱系統）。

4.2功率能耗比對分析

①太陽能熱水保溫系統能耗分析。太陽能熱水系統功率總計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熱水進出隧道消防管，水泵為24h運作；水箱電加熱設備為輔助加熱，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能耗計算分析。兩個隧道電伴熱系統總功率約124kw，電伴熱系統啟動溫度為10℃啟動，高于15℃停止。根據隧道消防溫度監測可知，電伴熱在本階段內平均每天啟動時長為8h。電伴熱系統第一階段總功率能耗為4月×30d×8h×124kw=119040kw•h。電伴熱系統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：太陽能熱水系統能耗約為電伴熱能耗的15%。

5結語

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

參考文獻

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[2]朱彤.電伴熱技術及其應用[J].節能與環保.2003，（11）：51-52.

[3]劉顯茜，陳君若.保溫材料管道保溫性能分析[J].湖南科技大學學報：自然科學版，2009，24（1）：41-44.

[4]賴遠明，等.寒區隧道保溫效果的現場觀察研究[J].鐵道學報，2003，（02）:81-86．

[5]于易平.嚴寒地區太陽能熱水供熱系統設計及優化分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012.

[6]張嘉.集中太陽能熱水系統關鍵技術研究[D].北京：北京建筑大學，2013.

[7]羅運俊，何梓年，王長貴.太陽能利用技術[M].北京：化學工業出版社，2005.

[8]喻勇，高巖，張廣宇，等.太陽能集熱系統流量優化研究[J].建筑科學，2014，30（6）：72-76.

作者：申來明 蓋衛鵬 張東省 單位：陜西省交通建設集團公司