太陽(yáng)能、電能互聯(lián)家庭取暖設(shè)施的研制

陳福亮，陳有雙，岳曉輝，王嚴(yán)頡，高 源，羅梓鳴，羅梓軒

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司遷西縣供電分公司，河北 遷西 64300）

1 選題理由

目前，中國(guó)農(nóng)村大多數(shù)地區(qū)仍在用燃煤取暖。一進(jìn)入冬季，村莊上空籠罩著濃濃煙霧，氣味嗆人，煙塵滿(mǎn)院，空氣污染嚴(yán)重，能源消耗大，利用率低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2023年4月，京津冀地區(qū)有4 424萬(wàn)農(nóng)村人口，冬季取暖燃煤近3 000萬(wàn)t，每天排放二氧化碳1 572萬(wàn)t、二氧化硫51萬(wàn)t、氮氧化物444萬(wàn)t，粉塵2萬(wàn)t。這些污染物的排放直接導(dǎo)致了冬季空氣質(zhì)量的惡化，這也是造成冬季霧霾嚴(yán)重的重要原因之一。為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)，國(guó)家推出了一系列節(jié)能減排措施，在廣大農(nóng)村推廣電采暖。然而由于現(xiàn)在推行的電采暖產(chǎn)品部分設(shè)備熱效率低，成本高，居民應(yīng)用積極性不高。為此QC小組人員集思廣益，通過(guò)廣泛借鑒，決定研制一種太陽(yáng)能、電能互聯(lián)家庭取暖設(shè)施，提高熱效應(yīng)，降低成本，減少用電量，進(jìn)而提高老百姓冬季采暖清潔能源應(yīng)用率，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。

2 確定課題

小組成員通過(guò)頭腦風(fēng)暴法，結(jié)合走訪調(diào)研和理論數(shù)據(jù)分析進(jìn)行充分討論。

經(jīng)過(guò)小組成員分析，目前采用的電采暖設(shè)備分別是蓄熱式電采暖設(shè)備、鍋爐式電采暖設(shè)備主要存在以下問(wèn)題：

設(shè)備用電量大。每臺(tái)平均功率2.4 kW，每家農(nóng)戶(hù)3臺(tái)設(shè)備，總功率達(dá)到7.2 kW。

電采暖設(shè)備執(zhí)行峰谷電價(jià)時(shí)間為08:00—20:00，如果全時(shí)段采暖峰段電費(fèi)很高。

熱效率低。傳統(tǒng)電采暖設(shè)備冬季“三九”天屋內(nèi)溫度平均12 ℃，不能滿(mǎn)足冬季取暖要求。

3 廣泛借鑒

現(xiàn)有的電采暖設(shè)備熱效率低，采暖成本高，居民應(yīng)用積極性不高，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際要求。小組研制一種太陽(yáng)能、電能互聯(lián)家庭取暖設(shè)施，借鑒溫室大棚新能源聯(lián)供的方法，新能源聯(lián)供包括光伏發(fā)電、太陽(yáng)能熱水器和沼氣熱水3個(gè)系統(tǒng)。白天利用光伏發(fā)電提供電能加熱鍋爐中循環(huán)水；晚上利用沼氣燒水加熱鍋爐中循環(huán)水，借鑒其能源互聯(lián)技術(shù)。

4 目標(biāo)設(shè)定

課題目標(biāo)：在保證農(nóng)村居民用戶(hù)冬季取暖屋內(nèi)最低溫度達(dá)到17 ℃以上的前提下，整個(gè)冬季采暖電費(fèi)降至1 400元以下。

5 提出最佳方案

小組根據(jù)借鑒思路和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能、電能順暢互聯(lián)轉(zhuǎn)換，太陽(yáng)能熱水器利用太陽(yáng)能將水加熱，電熱水器通過(guò)電能將水加熱。2種能源通過(guò)2根水管無(wú)縫對(duì)接無(wú)間隙轉(zhuǎn)換傳輸?shù)轿輧?nèi)供暖設(shè)備上。而且充分利用現(xiàn)有資源和政策支持，利用低谷電價(jià)，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保、節(jié)能高效目的，同時(shí)也能降低成本。小組提出了研制太陽(yáng)能、電能互聯(lián)家庭取暖設(shè)施的總體方案，如圖1所示。

圖1 最佳方案圖

6 對(duì)策實(shí)施

按照原理圖2所示，進(jìn)行對(duì)策實(shí)施。

圖2 原理圖

對(duì)策實(shí)施一：選擇U型集熱管，其太陽(yáng)能熱量吸收比為95%，價(jià)格為1 400元，集熱管能承受水壓為1.6 MPa，密封可靠性為98%。

對(duì)策實(shí)施二：小組按照設(shè)定目標(biāo)選購(gòu)PPR水管，安裝時(shí)管線(xiàn)接頭須配套，熱熔機(jī)須清潔，管子切口應(yīng)整齊，對(duì)接時(shí)須端正，注意溫度和對(duì)接時(shí)間，管子與接頭要插接到位。

對(duì)策實(shí)施三：小組人員去市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)屏蔽泵前，用卡尺測(cè)量循環(huán)泵管口外形直徑，選擇合適電壓、功率、揚(yáng)程、價(jià)格適中的循環(huán)泵，且靜音效果好。循環(huán)泵要安裝在上水管中間位置，并靠近電熱水器出水口側(cè)，充分利用儲(chǔ)水罐壓力，減輕循環(huán)泵負(fù)擔(dān)，有利于熱水循環(huán)。

對(duì)策實(shí)施四：根據(jù)設(shè)計(jì)方案畫(huà)出安裝圖紙，購(gòu)買(mǎi)價(jià)格低、使用壽命30年的PERT 4分地暖管，保溫板選擇保溫性強(qiáng)耐火巖棉板，水暖炕管材質(zhì)與地暖管一致2分管，分水器選用5路。測(cè)量畫(huà)印，地暖管間距20 cm， 炕暖管間距10 cm。排管安裝，打眼固定，安裝分水器，水炕暖安裝調(diào)溫控制器。

對(duì)策實(shí)施五：選擇合適位置安裝空氣源熱泵，按照?qǐng)D紙進(jìn)行管路連接、傳感器安裝，在安裝室內(nèi)和連接太陽(yáng)能管線(xiàn)轉(zhuǎn)換閥時(shí)注意閥體方向性；安裝完后，進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換供水循環(huán)系統(tǒng)調(diào)試和能效比測(cè)試。

對(duì)策實(shí)施六：選購(gòu)-40 ℃防凍液，200 kg純凈水，按照1∶0.5比例加入防凍液制作成所需軟化水。

對(duì)策實(shí)施七：組裝調(diào)試，小組安裝試驗(yàn)前對(duì)制作過(guò)程進(jìn)行檢查，制作太陽(yáng)能、電能互聯(lián)家庭取暖設(shè)施主體制作流程圖，使用PDPC法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，如圖3所示。

圖3 流程圖

7 效果檢查

太陽(yáng)能、電能互聯(lián)家庭取暖設(shè)施研制完成后，本課題小組對(duì)4個(gè)月采暖期用電實(shí)地考察，1月2—15日，連續(xù)14 d每晚18:00測(cè)得屋內(nèi)溫度達(dá)到19 ℃。混合能源采暖設(shè)備白天不消耗電量，晚上應(yīng)用節(jié)能型電能采暖設(shè)備供暖5 kW空氣能熱水器，執(zhí)行谷段電價(jià)，每晚耗電量33 kW·h，電費(fèi)10元，4個(gè)月用電電費(fèi)約1 200元?？疾炱陂g整個(gè)采暖期陰天、雨雪天氣共11 d，按白天使用6 h計(jì)算，峰段共用電330 kW·h，峰段電價(jià)0.55元/(kW·h)，采暖季白天共電費(fèi)182元。冬季采暖4個(gè)月，合計(jì)電費(fèi)約為1 382元，達(dá)到了課題目標(biāo)，實(shí)施成果圖如圖4所示。

圖4 成果照片

8 標(biāo)準(zhǔn)化

8.1 推廣價(jià)值評(píng)估

QC小組委托遷西縣住建局煤改電辦公室對(duì)太陽(yáng)能、電能互聯(lián)家庭取暖設(shè)施的推廣價(jià)值開(kāi)展評(píng)估。住建局煤改電辦公室組織團(tuán)隊(duì)從采購(gòu)成本、運(yùn)行維護(hù)成本、應(yīng)用收益折算等價(jià)值因素出發(fā)，深入評(píng)估裝置在遷西地區(qū)范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用價(jià)值，設(shè)備成本2000元，對(duì)比現(xiàn)有電采暖設(shè)備取暖節(jié)省 3302元，充分明確了該裝置在全區(qū)范圍內(nèi)的可推廣性。

8.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

本成果在遷西縣推廣使用，設(shè)備納入遷西住建局雙代辦設(shè)備之一，設(shè)定專(zhuān)人負(fù)責(zé)檢查操作。同時(shí)小組對(duì)安全注意事項(xiàng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，小組成員根據(jù)、設(shè)備的不同狀況采取相應(yīng)措施，小組編制了標(biāo)準(zhǔn)化文件，如表1所示。

9 結(jié)束語(yǔ)

本次QC活動(dòng)小組成功研制了一種太陽(yáng)能、電能互聯(lián)家庭取暖設(shè)施。解決了現(xiàn)在的電采暖產(chǎn)品部分設(shè)備熱效率低，成本高，通過(guò)試用，深受廣大群眾歡迎，下一步小組將研究如何進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化和經(jīng)驗(yàn)推廣，讓“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)。