工人生活区临建设施太阳能加热洗浴及冬季供暖系统的制作方法

本发明涉及一种临时居住房屋的供热水系统。

背景技术：

现有的临建设施，板薄（50mm厚），密封性差，冬季保温性能差。

施工总承包单位为了改善居住条件，通常的做法，拉设一根空调专线，定时供电，工人通过空调取暖。存在问题：在供电时段，工人从室外插座接一个插线板，将电源接入室内，然后，私自使用大功率电器或劣质电热毯等设备，导致线路存在用电安全。

施工总承包单位为了减少管理成本，要求进场的劳务单位（主体/二次结构）安装空调，施工完成后，自行拆除拖走，这导致有的劳务单位安装，有的劳务单位不安装，未安装空调的劳务单位的劳务人员在宿舍通电时间同样私拉乱接，导致了用电安全。

安装空调存在以下问题：a、遥控器易丢失；b、人走空调不关，浪费电；c、由于临时设施周期短（半年——三年之间），空调经常移机、加氟，制热效果不好，费用高；d、空调转运和储存易导致空调损坏，而且占用大量的场地和人员管理费用；e、租用第三方专用空调租赁单位，春秋两季基本不用，但租赁费用高，性价比不合适。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种工人生活区临建设施太阳能加热洗浴及冬季供暖系统，以解决建筑行业工人在临时居住设施中热水洗浴及宿舍冬季供暖等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种工人生活区临建设施太阳能加热洗浴及冬季供暖系统，包括热源、淋浴管道循环系统、供暖系统的第一循环系统、供暖系统的第二循环系统和plc电脑控制柜；a热源包括太阳能加热系统和辅助电加热系统；太阳能加热系统包括太阳能集热器、加热储热水箱、连接在太阳能集热器与加热储热水箱之间的太阳能加热系统的上、回水管路；太阳能加热系统的上水管路包括依次连接的止回阀、第一组一备一用并联的温控开关控制水泵和闸阀；辅助电加热系统包括安装在加热储热水箱内的电加热棒、时间控制器、温度控制器和电源交流接触器；时间控制器、温度控制器与plc电脑控制柜电路连接；控制交流接触器的温度控制器与连接到plc电脑控制柜中的时间控制器共同作用辅助电加热系统的工作；b淋浴管道循环系统连接在加热储热水箱上，包括依次连接的第一组一备一用并联的时间控制器控制的水泵、闸阀和一组淋浴喷头组成的开式循环回路；c供暖系统的第一循环系统，包括连接在加热储热水箱与板式换热器一次侧之间的第一循环系统的上水回路和回水回路；第一循环系统的上水回路包括依次连接的闸阀和第二组一备一用并联的温控开关控制水泵和温度计；d供暖系统的第二循环系统包括连接在板式换热器二次侧与临建房屋屋内供暖管道之间的第二循环系统上、回水回路；第二循环系统的回水回路上连接有第二组一备一用并联的时间控制器控制的水泵；第二循环系统上、回水回路上的闸阀、膨胀管、安全阀、压力表和安装在靠近临建房屋处的阀门井内闸阀；各组控制水泵与plc电脑控制柜进行电器连接。

本发明的优点及效果如下：

本套系统全过程无明火、无超荷载、无污染、无电源入户，集中控制。不锈钢水箱（贮热设备）无压力，采用太阳能等清洁能源，节约能源，四季可洗浴，冬季可供暖，设备利用率超高，造价低，极大地提高了临建设施居住的舒适性、安全性，是一个非常值得推广的设备。在日照系数大于1400h/a且年太阳辐射量大于4200mj/m²、年极端最低气温不低于零下45度的地区，均可以使用该系统。

通过本套系统，极大地方便了施工总承包单位和劳务单位，减少了管理成本，本套系统为集中控制，设备通用性高，系统残值高，运行原理简单，可多次拆装使用，再次投入使用，所花劳务费和补充管件设施费用少；且完全杜绝强电（220—380v）入户，确保了临建设施居住的安全性和舒适性。

针对临时设施周期短，经常拆除和移位等特点，本套设备安拆不易损耗，安拆下来的管道易存储，且与施工现场消防管道通用，设备的残值高，易周转。再次安装，仅需投入少量的人工费和根据现场实际补充部分管道，即可再次发挥该系统的价值，对劳务班组和施工单位均是一种解放。

附图说明

图1是本发明的太阳能加热系统图。

图2是本发明的辅助电加热系统图。

图3是本发明的淋浴管道循环系统图。

图4是本发明的供暖系统第一循环系统图。

图5是本发明的供暖系统第二循环系统图

图6是本发明的栋板房明敷暖气管道布置图。

图7是本发明的闸阀井示意图。

图8是本发明的工人生活区临建设施太阳能加热洗浴及冬季供暖系统总体原理框图。

图中编号：1、太阳能集热器，2、止回阀，3、第一组一备一用并联的温控开关控制水泵，4、闸阀之一，5、不锈钢水箱，6、浮球，7、溢水口，8、泄水口，9、隔离开关，10、电度表，11、强电控制柜，12、交流接触器，13、电加热棒，14、温度感应器，15、漏电保护器，16、第一组一备一用并联的时间控制器控制的水泵，17、温度计，18、闸阀之二，19、淋浴喷头，20、闸阀之三，21、第二组一备一用并联的温控开关控制水泵，22、温度计，23、板式换热器，25、板式换热器一次侧，26、板式换热器二次侧，27、第二组一备一用并联的时间控制器控制的水泵，28、压力表，29、安全阀，30、膨胀罐，31、自来水供应系统补水端，32、设备间，33、阀门井，34、阀门，35、每栋板房，36、泄水阀，37、排气阀，38、井盖，39、去水端，40、回水端。

具体实施方式

本发明的具体结构及工作原理参见附图所示。

本发明由两个系统组成，第一个系统为淋浴系统；第二个系统为供暖系统；两个系统共用一个热/贮热设备，主要由以下几大部分组成：包括热源、淋浴管道循环系统、供暖系统的第一循环系统、供暖系统的第二循环系统和plc电脑控制柜；热源又包括太阳能加热系统、辅助电加热系统两部分。

以上系统设计依据：

《建筑给排水工程》中国建筑工业出版社（2015版）

《建筑给水排水设计手册》中国建筑工业出版社

《全国民用建筑工程设计技术措施--给水排水》（2009）

《建筑给水排水工程学》中国建筑工业出版社（2002）

《使用供暖空调设计手册》中国建筑工业出版社（陆耀庆主编）

（1）太阳能加热系统

太阳能加热系统是将太阳能转换成热能，并将水加热的系统。可直接制备所需的热水，也可将热量贮备在储热水箱中。其优点是节约燃料，运行费用低，不存在环境污染，结构简单，维护方便；缺点是受天气、季节、地理位置等因素影响，不能连续稳定运行，占地面积大，布置受一定限制。

太阳能加热系统由集热器、贮热设备、闸阀、循环水泵、配套控制电路、管道等组成，如图1所示.

由于劳务班组人数较多，为保证太阳能热水器尽可能长时间为劳务人员提供热水，同时确保系统工作的稳定性，一般采取机械循环，即设置循环水泵；集热器是太阳能加热系统的主要部件，考虑到费用和集热效果，一般项目考虑采用全玻璃真空管（采用10组太阳能全玻璃真空管）。经验数据表明，天气晴朗，太阳能可将水温加热到70度左右；而且t1>t2≥t3；若t3温度高达85度以上时，可由温控开关控制水泵p1的关停，如果不锈钢水箱水位因使用下降时，可由浮球控制自来水的关停，水泵p1坏时，可关停阀门进行维修，此处水泵为两套，一备一用，循环运转，可延长水泵的工作寿命，水泵的扬程以稍大于水体在管道中运行的阻力和水箱出水口到屋面的高差之和即可，水泵的电源接入到plc电脑控制柜，由温度控制水泵的关停。

考虑到冬季供暖不锈钢水箱的贮热功能，在此，选择20m³容量作为不锈钢水箱容积，在春夏秋冬四季不作为供暖设备时，水箱蓄水设定为10m³，在冬季作为供暖设备时，水箱蓄水设定为20m³，根据水箱的容积、安装的空间面积和费用，我们选用10组太阳能集热器。（主要为经验值）

（2）辅助电加热系统

由于太阳能受日照时间、气象变化的影响，在不允许热水供应间断的场所，太阳能热水供应系统应设置辅助热源，由于项目施工均处于未开发地带，仅有水电的引入，在此建设项目只能选用电加热系统辅助加热；在保证充分利用太阳能集热量的前提下，一般采用定时自动方式控制辅助热源的启闭和运行。

太阳能辅助电加热系统包括以下部分：电加热棒、强电控制柜、时间控制器、温度控制器、交流接触器、电流计量表等配件构成；如图2所示。

这一部分分为两个时段进行控制使用，在春夏秋冬四季温度较高时段，不锈钢水箱水源仅仅作为淋浴、洗漱用的热水水源；在冬季温度较低（比如：气温低至0℃以下时），此时开启供暖系统，不锈钢水箱作为提供热媒的贮热设备。鉴于这方面的考虑，在20m³不锈钢水箱预先安装20支电加热棒（每支电加热棒功率参数：9—12kw.h），总功率合计200kw左右。

春夏秋冬温度较高时段：

由于此时外界气温较高，能满足人体感知温度的最低要求，此时，不必开启供暖系统，不锈钢水箱水源仅作为淋浴、洗漱和食堂用热水水源，此时，设定水箱容量为10m³左右；白天，在太阳光照射下，此时，不锈钢水箱里的水仅仅在太阳能玻璃真空管与水箱之间，在水泵的作用下进行微循环，不断提升水温；夜间，在电力部门规定时段（比如：电价低谷时段【23:00-7:00】），如果，不锈钢水箱水温达到了设定的温度（60-70℃），此时，温度控制器控制强电控制箱中的交流接触器断开，电加热棒不工作；如果由于阴天、下雨等因素，不锈钢水箱水温达不到设定的温度（60-70℃），此时温度控制器控制强电控制箱中的交流接触器吸合，电加热棒工作加热水温，水温提升至设定温度，温度控制器控制强电控制箱中的交流接触器断开，电加热棒停止工作。在不供暖模式下，人工手动开启20支电加热棒中的6—7支的漏电保护器，使其处于待工作状态。

冬季温度较低时段：

在冬季温度气温低至0℃以下时，人工开启20支电加热棒漏电保护器，使其处于待工作状态，此时，不锈钢水箱水源作为提供热源的贮热设备，水箱蓄水设定为20m³，由于此时系统作为供暖模式使用，设定不锈钢水箱温度为80℃，白天，在太阳光照射下，不锈钢水箱里的水仅仅在太阳能玻璃真空管与水箱之间，在水泵的作用下进行微循环，不断提升水温；夜间，在电力部门规定时段（比如：电价低谷时段【23:00-7:00】），如果，不锈钢水箱水温达到了设定的温度（80℃），此时，温度控制器控制强电控制箱中的交流接触器断开，电加热棒不工作；如果由于阴天、下雨等因素，不锈钢水箱水温达不到设定的温度（80℃），此时温度控制器控制强电控制箱中的交流接触器吸合，电加热棒工作加热水温，水温提升至设定温度，温度控制器控制强电控制箱中的交流接触器断开，电加热棒停止工作。

此处，控制交流接触器的温度控制器与连接到plc电脑控制柜中的时间控制器共同作用，一方面，由不锈钢水箱水温控制交流接触器的启闭；另一方面，由时间控制器控制电源的接通和断开。

（3）淋浴管道循环系统

依据作业班组人员的作息时间安排，本着既要节约用水，又能满足作业人员基本需求，提高幸福指数的思想，项目一般采取修建单独的淋浴房，采取冷热水供应的模式，实施定时供应的办法。

淋浴管道循环系统包括以下部分：闸阀、热水泵、温度计、管件、淋浴头、混水阀、冷水供应管道等，如图3所示。

淋浴管道循环系统中的用水部位设置在淋浴房，淋雨花洒的数量设置按照jgj/t188-2009《施工现场临时建筑物技术规范》5.3.4规定：淋浴器与员工按照1:20的比例配置，淋浴器间距不宜小于1000mm，由于水温较高，另引入一根冷水阀，用于作业人员自行调节洗浴水温；淋浴管道循环系统中的控制部位设置在控制室中，由于不锈钢水箱自身本无压力差，为使水箱中热水有序定向移动，必须人为给管道加压，让热水沿着一定的途径反复循环，为此，在热水出水端加装两套热水泵，一备一用，这样，既能保证水泵能正常工作，同时又能满足水泵出故障时的维修和供应要求，还能延长水泵的使用寿命。在晚上设定的6:30—9:30时段，时间控制器控制交流接触器吸合通电，水泵开始工作加压，热水流出；同时在交流接触器下方加装一个转换开关，定时转换，这样，两台水泵就能交叉接替作业；在超出规定的时段，时间控制器控制交流接触器断开断电，水泵停止工作，热水关闭，此时，淋浴房仅有冷水供应，作业人员自然也会根据水温来决定是否继续洗浴。淋浴管道循环系统中的控制部位，在水泵的后方加装一根温度计，能实时显示管道中热水的温度，便于管理人员直观了解管道运行状况。

（4）供暖系统第一循环系统

在冬季温度气温低至0℃以下时，人工开启供暖模式。由于供暖面积大，热量损耗明显，人工开启20支电加热棒漏电保护器，使其处于待工作状态，此时，不锈钢水箱水源作为提供热源的贮热设备，水箱蓄水设定为20m³，保证在供暖期间，供暖效果明显，供暖有效。

供暖系统第一循环系统包括以下部分：闸阀、水泵、温度计、板式换热器、管件等组成，如图4所示

由于作业人员白天大部分时间在施工现场上班，晚上才回到生活区宿舍休息，为了保证夜间宿舍的温度（15℃左右），不至于作业人员难以入睡，我们设定：在气温低于0℃以下，在低谷时段（23:00-7:00），开启时间控制器，将交流接触器吸合，然后由温度控制器控制热水泵的运行。

在本系统中，热水泵也是一备一用，并将水泵电源接入电脑控制柜中，由温度控制开关来控制水泵的转速。若不锈钢水箱的水温较高，水泵运转速度慢，热水在板式换热器停滞的时间长，热量充分被交换；若不锈钢水箱的水温较低，水泵运转速度快，水流速度快，水流快速地将水箱中的热量带入板式换热器中。这样，热水泵将不锈钢水箱里面贮备的热量源源不断输送至板式换热器中，为作业人员宿舍提供热源。

在施工现场，一般项目按正常情况考虑，劳动力大致在1000人左右，每8人一间宿舍，每间宿舍面积不到20m²（正规活动板房），一个项目的临建房，我们按125间考虑，整个项目的供暖面积为：125*20=2500平米。为此，我们选取板式换热器的参数为：换热面积20m²，设计压力1.3mpa，设计温度150℃，流程组合1*36/1*35，板片材料：不锈钢；根据选材的通用性原理（现场消防主管，管径100mm）换热器进出口接口管径也为100mm；为满足二次侧对热源的要求，不锈钢水箱水温设定为80℃（一次侧出水水温），调节一次侧热水泵流速，使得经过板式换热器换热后，从板式换热器流出的二次侧出水水温达到设定的50℃。

在其余时段（7:00-23:00），由于电加热棒不工作，仅靠20m³不锈钢水箱余热或者白天太阳能加热的热量，热水泵缓慢运转，主要是防止二次侧供暖主管内水流结冻，由于二次侧供暖管道为密闭系统，也可以考虑在二次侧供暖主水管中加入一定量的防冻液，同时，所有外露部分的主水管（包括配套管件、闸阀等），不包括宿舍内的供暖部分均外敷保温棉，避免或减少不必要的热量损失。

（5）供暖系统第二循环系统

项目临建设施一般由活动板房组装而成，板房的标准模数为1.8米的n倍。板房与板房之间的消防安全距离为4—6米，每间板房的标准尺寸：5.4米*3.6米，每间板房按20m²考虑，正如前面所说，一个项目的供暖面积为2500平米，我们通过机械循环（热水泵），将流经板式换热器取得的热水流经敷设在各房间中的管道，最终，管道中水流又流回板式换热器中，周而复始，二次侧管道中的水流将持续地将板式换热器中热量带到各个房间中，将房间温度逐渐提升，达到适宜的温度。由于板房为临时设施，板房的缝隙、窗户的散热效果，板材的保温能力均不如正式房屋。所以，我们没有将临建房的升温效果比照正式房屋考虑，我们只要求临建房室内温度达到15℃左右，就达到了我们的设计要求。

供暖系统第二循环系统包括以下部分：闸阀、水泵、电脑控制柜、压力表、安全阀、膨胀罐、管件等组成，如图5所示。

本发明的临建房房内管道布置图如图6所示。

本发明的室外地坪预埋管道闸阀井如图7所示。

本系统的组成参见图8所示。其中太阳能集热器1为十组；第一组一备一用并联的温控开关控制水泵3为小功率泵，接入电源可24小时运转；电加热棒13参数为9-12kw.h/支，共20支；温度感应器14通过plc电脑控制柜对温控开关控制工作，包括超过一定温度后的断电控制和在夜间用电低谷时段通电控制等；第一组一备一用并联的时间控制器控制的水泵16连接到plc电脑控制柜由时间控制水泵开关（如晚上18:30-21:00通电供应热水）；第二组一备一用并联的温控开关控制水泵21连接到plc电脑控制柜，由温度来控制水泵流量（温度高，水泵流量低，温度低，水泵流量高，水温一般设置在50℃左右）；第二组一备一用并联的时间控制器控制的水泵27连接到plc电脑控制柜，水泵的参数：扬程、流量和定频等由临时设施的高度和水管的管径来决定；32为包括淋浴间、20m³不锈钢水箱及电脑控制柜、配电室和水暖设备等设备间；每栋板房35内水暖的管道采用3米长，直径100mm的钢管，并且钢管之间用沟槽管件相通。

首先，供暖系统第二循环系统是一个密闭系统，理想状态下，系统内的水（液体）不会损耗，既不会被取用，又不会蒸发。这套系统里面的水仅仅只作为传递热量的媒介，如果有必要还可以在水中预加防冻液，同时，为了防止管道连接部位的滴漏，在密闭循环系统上接上一根市政管网上水的自来水管，补充管道滴漏所带来的损失，为了防止密闭系统污染上水的自来水管，在市政管网上水自来水管出口处加装止回阀。

其次，由于密闭系统中的水源本身没有动力，无法运动。水不运动，热量也不可能被传递，密闭系统里面的水源要想定向运动，就必须克服水流在管道中的摩擦力和管道竖向的扬程，为此，选择热水泵的扬程要比二者之和还要大一些，并留有一定的余量。

第三，为了直观了解密闭循环系统内水的热量传递和损耗情况在板式换热器的入口端和出口端均加装一温度计，它能直观地显示供暖系统出水温度和回水温度，从而反映出宿舍内管道供暖状况，并依据显示温度来调节是否需要加大电热棒功率或者调解二次侧热水泵的流速。

第四、每一栋板房对应的热水管道主管处，在室外阀门井内均要加装阀门：①便于管道维护（管道漏水情况）②如果作业人员人数随着工程的进展的变化而变化，可以在冬季将人员集中居住，空余的板房，可将板房对应的闸阀关闭，减少不必要的浪费

第五、将每栋板房供暖管道的最高位置处安装一排气阀，在管道接入口的最低处安装一泄水阀；主要作用：初次管道充水时，打开最高处排气阀，排除管道内的空气，使管道内完全充满水体；当工程结束需要拆除临建设施和供暖设施时，可将板房管道接口处的泄水阀和管道最高处的排气阀打开，排出管道内的水体，便于供暖设施的拆除。

第六、在密闭系统正常运转后，由于管道内的水循环带有一定的压力，若发生因水垢或冻胀等极端原因导致管道局部堵塞，我们在管道上加装了压力表、膨胀罐或安全阀，一是，直观了解管道内部水的运行状况；二是，发生极端情况，有泄压渠道。

第七、由于本系统的目的是供暖，所以，对于除板房内所有其他外露管道（包括埋地主管、主管引出端部分管件、控制室部分管道）均做外保温处理，同时，作为贮热设备的不锈钢水箱，其外壁同样做保温处理，其目的就是减少不必要的热损耗，

本发明的经济成本核算：

1、该套系统的建造成本：

该套洗浴及供暖装置，根据实际安装实测，初始成本为25万元左右，成本有以下部分组成：太阳能加热系统、不锈钢水箱、plc电脑控制柜、强电控制柜、热水泵、板式换热器、连接管道、管件、闸阀、压力表、压力罐及安装人工费等

此套装置安装后，可保证一年四季均可使用，春夏秋冬洗浴，冬季供暖，利用率极高，由于该套系统安装在独立的控制室内，除淋浴头和供暖管道外，作业人员无法接触到其他设施，被损坏的可能性小；

现在有些项目临时设施采用安装空调，使用空调专线这一措施进行供暖，这种措施有如下弊端：1、空调装拆一次要费用，而且空调使用周期短；2、空调遥控器丢失情况严重，集中开关，容易造成人走了，空调不关机情况；3、引入空调专线后，作业人员从强电接入口处接入插线板，违章使用大功率电器，这加大了项目管理难度；4、如果将空调安装转嫁由劳务队自行安装，主体劳务退场后，其后其他较小的专业分包或工期较短的专业分包就不会安装空调，这也加大了项目的管控难度；5、如果项目完工未承接到其他项目，大量堆积的空调无法调拨和再安装，浪费极其严重，管理成本也巨大。

本套系统所采用的供暖管道采用的是直径100mm的主管，这与项目上临时消防系统主管相配套；20m³不锈钢水箱为组装，可重复利用，各种控制柜、闸阀、压力表等管件安装在独立的控制室内，设备的完好性能得到保证。最主要的是，这套设备系统的运行，杜绝了宿舍引入强电的可能，作业人员无法接触到强电，也就杜绝了作业人员违章使用大功率电器的几率，宿舍只安装36v低压电照明和5v电压usb接口手机充电接口。这套设备（供暖时）最大功率仅为200kw，敷设一根120mm²的主电缆就完全能满足要求。

这套设备干净，零排放、安全、经济、利用率高，这套设备的残值高，再次安装仅仅只增加少量的人工费和配件费即可。

2、这套系统的运营成本：

春夏秋冬作为淋浴使用

由于有太阳能的作用，根据经验数据统计：

一个月：200度/天*30天*0.35元/度（低谷电价），一个月的电费：2100元

冬季供暖使用

根据经验数据统计：

20根电热棒在23:00—7:00（低谷时段）用电，平均200度/小时*7小时/天，一天大致使用1500度电。一个月的电费：1500度*30天*0.35元/度=15750元。而传统的空调或电油汀，对于100间板房来说，一个月的电费在5—6万元，由此可见这套设备经济价值非常可观。