太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的研究與開發(fā)

收稿日期：2023-02-09

通信作者：郭?。?986—），男，學(xué)士、高級(jí)工程師，主要從事物資、設(shè)備管理方面的工作。417300984@qq.com

DOI： 10.19911/j.1003-0417.tyn20230209.03 文章編號(hào)：1003-0417（2024）02-86-10

摘 要：在建筑工程項(xiàng)目施工前期，若缺乏市政用電，傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)則無(wú)法使用，亟需研究一種新的低能耗的噴淋系統(tǒng)，以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋需求。從傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)面臨的問(wèn)題入手，開發(fā)出一種太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)，介紹了該噴淋系統(tǒng)的開發(fā)思路及設(shè)計(jì)步驟，并通過(guò)測(cè)試對(duì)其是否可以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋需求進(jìn)行了驗(yàn)證。為降低成本，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保要求，該噴淋系統(tǒng)采用“光伏+儲(chǔ)能”形式，且具備移動(dòng)性與安全性，小容量光伏發(fā)電系統(tǒng)可以保障整個(gè)太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的低壓工作環(huán)境；針對(duì)光伏發(fā)電量不足的情況，該噴淋系統(tǒng)加裝了市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)電源，從而可保障噴淋系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)；該噴淋系統(tǒng)可通過(guò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)進(jìn)行智能化管理，還可以與再生水系統(tǒng)相結(jié)合，可最大限度地對(duì)施工中的廢水進(jìn)行再次利用，減少水資源的浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)可以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋需求，符合綠色環(huán)保、節(jié)能減排的標(biāo)準(zhǔn)，且具備較好的安全性、經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益，為建筑施工項(xiàng)目進(jìn)一步強(qiáng)化節(jié)能、提高能效提供了可能。

關(guān)鍵詞：噴淋系統(tǒng)；太陽(yáng)能；光伏組件；用電設(shè)備；儲(chǔ)能裝置；環(huán)保

中圖分類號(hào)：TM615/TU733 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

20世紀(jì)90年代，美國(guó)太陽(yáng)能協(xié)會(huì)創(chuàng)始人首次提出太陽(yáng)能建筑住宅一體化的構(gòu)想，根據(jù)這一構(gòu)想，太陽(yáng)能行業(yè)研究人員研究出了大量的太陽(yáng)能建材產(chǎn)品，太陽(yáng)能利用技術(shù)逐漸走進(jìn)人們的視野[1]。例如，將光伏發(fā)電與建筑結(jié)合的應(yīng)用形式，應(yīng)用于建筑屋面的大功率光伏組件如圖1所示。

2021年，中共中央政治局會(huì)議提出，要統(tǒng)籌有序做好碳達(dá)峰、碳中和工作，盡快出臺(tái)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案，堅(jiān)持全國(guó)一盤棋，糾正運(yùn)動(dòng)式“減碳”。其中，及時(shí)制止運(yùn)動(dòng)式“減碳”這一政策備受人們關(guān)注[2]。中國(guó)大氣污染主要來(lái)源于煤炭的巨量消耗，而善加利用豐富的太陽(yáng)能、地?zé)崮?、海洋能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源，可以改變能源結(jié)構(gòu)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，中國(guó)家用光伏電源的累計(jì)推廣量約為15萬(wàn)臺(tái)（套），總功率約為2.9 MW。光伏發(fā)電為上海世博會(huì)提供了很大幫助，為展館減輕了40%的能源壓力。由此可見，將“光伏+儲(chǔ)能”帶動(dòng)電氣設(shè)備的概念運(yùn)用在建筑的電氣設(shè)計(jì)中可更好地利用光伏發(fā)電技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[3]。在部分城市街道上，經(jīng)常能看到太陽(yáng)能監(jiān)控設(shè)備、太陽(yáng)能警示燈、太陽(yáng)能交通信號(hào)燈、太陽(yáng)能路燈等各種太陽(yáng)能設(shè)備，如圖2所示。

2013年，許耀新[4]研發(fā)了一種太陽(yáng)能自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，發(fā)揮了太陽(yáng)能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，利用水位差變化實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的電能控制，使該系統(tǒng)具有定時(shí)開關(guān)的功能。該太陽(yáng)能自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的產(chǎn)品示意圖[4]如圖3所示。

據(jù)了解，在建筑領(lǐng)域中，許多建筑工程項(xiàng)目由于夜間無(wú)市政用電照明，會(huì)在白天采用小的儲(chǔ)能裝置收集電能，并于夜間自動(dòng)開啟用于現(xiàn)場(chǎng)照明。雖然太陽(yáng)能照明類應(yīng)用在建筑領(lǐng)域中很常見，但太陽(yáng)能噴淋設(shè)備的應(yīng)用卻鮮少見到。針對(duì)建筑工程項(xiàng)目而言，在打圍階段，需要為圍擋增加噴淋系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)是否有效運(yùn)行會(huì)直接影響項(xiàng)目的施工進(jìn)度。但傳統(tǒng)的噴淋系統(tǒng)自帶大功率用電設(shè)備，在缺少發(fā)電機(jī)、箱式變壓器的情況下，沒(méi)有市政用電會(huì)對(duì)項(xiàng)目的安全生產(chǎn)造成巨大影響。而利用“光伏+儲(chǔ)能”帶動(dòng)大功率用電設(shè)備并非易事，因此研發(fā)出低能耗的太陽(yáng)能噴淋系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。

縱觀國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，尚缺乏成熟的太陽(yáng)能噴淋系統(tǒng)，鑒于此，本文針對(duì)傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)面臨的問(wèn)題，從直流水泵入手，開發(fā)出一種太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)。為降低其成本，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保要求，該系統(tǒng)采用“光伏+儲(chǔ)能”的形式，將儲(chǔ)能裝置置于太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)中以達(dá)到收集電能的目的，既可滿足直流水泵的使用要求，還可以滿足太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)自身移動(dòng)性與安全性的需求；最終通過(guò)測(cè)試對(duì)該系統(tǒng)是否可以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋需求進(jìn)行驗(yàn)證。

1" 太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)方案的形成

1.1" 傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)面臨的問(wèn)題

傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)實(shí)物圖如圖4所示。對(duì)傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行研究后，發(fā)現(xiàn)有以下3個(gè)問(wèn)題需要解決：

1）建筑工程施工隊(duì)伍進(jìn)場(chǎng)后，需要在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)圍擋上搭設(shè)噴淋系統(tǒng)，安裝現(xiàn)場(chǎng)需要鋪設(shè)大量電纜線，而市政用電往往不能及時(shí)送達(dá)。

2）傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)采用的三級(jí)控制柜，無(wú)任何智能功能，一般施工時(shí)也不會(huì)派人專門值守，且控制柜數(shù)量較多，不方便操控。

3）傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)的用電設(shè)備大部分采用220 V高壓供電，更有甚者采用380 V高壓供電，且其用電設(shè)備的功率高，通常為3 kW或6 kW，而噴淋設(shè)備周邊環(huán)境難免潮濕，使用大功率用電設(shè)備存在安全隱患。

1.2" 太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的運(yùn)行特性及開發(fā)思路[5]

針對(duì)上述傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)需要解決的3個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一套能自動(dòng)噴淋的太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)，采用光伏組件、蓄電池、直流水泵、遠(yuǎn)程控制器、儲(chǔ)水箱進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，利用光伏發(fā)電對(duì)噴淋系統(tǒng)自動(dòng)供能，從而可節(jié)約市政用電。充分發(fā)揮局域網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，在太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)中嵌入手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制，通過(guò)實(shí)時(shí)控制與監(jiān)測(cè)的方式達(dá)到對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)噴淋系統(tǒng)智能管控的目的。為保障太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，借助低壓用電技術(shù)，采用新的用電設(shè)備并設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，保證用電設(shè)備與控制系統(tǒng)所采用的電壓均為12 V安全電壓。本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖5所示。

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的開發(fā)思路包括：

1）開發(fā)控制系統(tǒng)可移動(dòng)功能，通過(guò)將控制系統(tǒng)設(shè)置在可移動(dòng)裝置中，使太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)具備移動(dòng)功能，以滿足太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)可隨施工位置不斷變化快速就位的要求，從而減少控制系統(tǒng)的投入數(shù)量，但應(yīng)滿足施工現(xiàn)場(chǎng)各種噴

淋養(yǎng)護(hù)的需要；同時(shí)，光伏組件采用自動(dòng)追光設(shè)計(jì)，可隨日照方向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以提高光伏組件發(fā)電效率。

2）開發(fā)噴淋系統(tǒng)恒壓控制技術(shù)，采用“儲(chǔ)水箱+恒壓泵”組合，一方面保證噴淋系統(tǒng)的供水壓力，另一方面保證噴淋管網(wǎng)恒壓，以確保施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋效果；儲(chǔ)水箱的水位高度采用浮球閥進(jìn)行自動(dòng)控制。

3）采用市政用電補(bǔ)償控制技術(shù)，加裝市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)電源[6]，從而可保障太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的日常正常運(yùn)行，一旦出現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)提供電力不足的情況，及時(shí)驅(qū)動(dòng)市政用電實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)電源加裝在太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的配電柜中，如圖6所示。

2" 太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

對(duì)本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行具體說(shuō)明。

1）選擇直流水泵及蓄電池的規(guī)格。查閱相關(guān)資料，確定本噴淋系統(tǒng)選擇規(guī)格為12V/100W的直流水泵；通過(guò)試驗(yàn)對(duì)該直流水泵的性能進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試得到其出水量為8 L/min，與該直流水泵廠家給出的參數(shù)相當(dāng)，其工作電流為6 A。

蓄電池的容量P需要滿足以下公式：

P=IH" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：I為直流水泵的工作電流，A；H為直流水泵的工作時(shí)長(zhǎng)，h。

以直流水泵的工作時(shí)長(zhǎng)為8 h進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)式（1），蓄電池容量滿足大于48 Ah即可。綜合考慮，本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置采用1組12V/65Ah的蓄電池。

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，1組12V/65Ah的蓄電池可帶動(dòng)12V/100W的直流水泵工作10 h，可滿足施工現(xiàn)場(chǎng)日常噴淋的工作需求。若想提高直流水泵的工作能力，采用2組12V/65Ah的蓄電池并聯(lián)，可帶動(dòng)12V/100W的直流水泵工作19 h；采用3組12V/65Ah的蓄電池并聯(lián)，可滿足12V/100W的直流水泵24 h不停工作。

2）將蓄電池充滿電后，按12V/100W的直流水泵負(fù)載總長(zhǎng)度200 m的噴淋管網(wǎng)和40個(gè)流量為0.02 L/min的噴頭進(jìn)行測(cè)試，該噴淋系統(tǒng)未達(dá)到預(yù)期噴淋效果。考慮到可能是水壓造成的影響，為確保噴淋水壓，將負(fù)載減少為總長(zhǎng)度100 m的噴淋管網(wǎng)和20個(gè)流量為0.04 L/min的噴頭再次進(jìn)行測(cè)試，該噴淋系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期噴淋效果，能滿足施工現(xiàn)場(chǎng)噴淋需求。實(shí)驗(yàn)條件下太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的使用效果如圖7所示。

3）進(jìn)水處管道的進(jìn)水流量為30 L/min，為了減少進(jìn)水流量對(duì)儲(chǔ)水箱中浮球閥的沖擊，需要縮小進(jìn)水管的管徑，管徑縮小后的進(jìn)水流量為15 L/min。儲(chǔ)水箱容積的設(shè)計(jì)儲(chǔ)水量為“能滿足無(wú)補(bǔ)給水情況下工作20 min”，根據(jù)搭配負(fù)

載后的實(shí)測(cè)情況，當(dāng)直流水泵的抽水流量為3 L/min時(shí)，儲(chǔ)水箱的設(shè)計(jì)儲(chǔ)水量至少為60 L。為了方便加工，儲(chǔ)水箱采用400 mm×500 mm×350 mm的容積尺寸。

4）儲(chǔ)水箱采用厚度為3 mm的不銹鋼板拼裝而成。在儲(chǔ)水箱指定位置加工進(jìn)水口，并在進(jìn)水口內(nèi)側(cè)安裝浮球閥、在外側(cè)安裝DN15公頭；公頭一側(cè)與浮球閥連接，另一側(cè)與DN15軟水管的出水口對(duì)接；DN15軟水管的進(jìn)水口與市政供水管網(wǎng)的出水口相連。

5）在儲(chǔ)水箱底部加工出水口，在出水口處安裝海底閥，以便清理儲(chǔ)水箱；儲(chǔ)水箱供水口與管徑為φ20的噴淋管網(wǎng)相連接。安裝海底閥后對(duì)儲(chǔ)水箱進(jìn)行測(cè)試，打開海底閥，進(jìn)水流量大于出水流量時(shí)，浮球閥正常工作，儲(chǔ)水箱能保持設(shè)計(jì)水位；關(guān)閉海底閥，進(jìn)水流量為15 L/min、直流水泵不工作的情況下，浮球閥可控制儲(chǔ)水箱水位。儲(chǔ)水箱的水循環(huán)能滿足太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的噴淋需求。

6）安裝密封膠條，防止水濺射溢出儲(chǔ)水箱造成滴漏。在儲(chǔ)水箱上安裝鋼板，用于安裝直流水泵與蓄電池，并加裝遠(yuǎn)程控制器。組裝完成后進(jìn)行測(cè)試，可滿足設(shè)計(jì)要求。

7）設(shè)計(jì)1個(gè)尺寸為400 mm×500 mm×400 mm的配電柜對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行封裝。同時(shí)，考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋及養(yǎng)護(hù)用水點(diǎn)較為分散，在太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)下部安裝移動(dòng)裝置，可使該噴淋系統(tǒng)快速移動(dòng)至作業(yè)需要的位置。

8）在配電柜上方安裝光伏組件（見圖5）。傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)采用固定式的市政電網(wǎng)方式進(jìn)行供電，與之相比，本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于若無(wú)特殊情況，不需要配置電纜線，可采用光伏發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立供電，且具備較好的移動(dòng)性。同時(shí)，光伏組件配置了追光系統(tǒng)，其可以隨著日照方位的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，提高光伏組件接收的太陽(yáng)輻射量，從而提高其發(fā)電效率。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)前所描述配置為本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的最低配置，本噴淋系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際用電需求量增加光伏組件，也可以根據(jù)實(shí)際發(fā)電量增加蓄電池，從而保證太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)可滿足各種施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)參數(shù)需求。

9）加裝市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)電源。陰、雨等天氣會(huì)造成光伏組件表面接收的太陽(yáng)輻射量減少。將光伏組件與蓄電池連接，通過(guò)手機(jī)APP監(jiān)測(cè)蓄電池的充放電情況。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，陰、雨天氣條件下蓄電池?zé)o充電電流。因此，若無(wú)電力補(bǔ)償裝置，特殊天氣條件時(shí)太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)受到影響。

基于此，為彌補(bǔ)光伏發(fā)電的不足之處，采取市政用電補(bǔ)償策略，在太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)中加裝市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)電源[7]。在陰、雨天氣情況下，可手動(dòng)打開市政用電供電開關(guān)（也可以一直開著），當(dāng)光伏發(fā)電量不足時(shí)，啟動(dòng)市政用電進(jìn)行用電補(bǔ)償，確保太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的正常運(yùn)行。太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)增設(shè)了接觸器，可通過(guò)接觸器自動(dòng)切換該噴淋系統(tǒng)的供電模式，控制光伏發(fā)電與市政用電單項(xiàng)輸入儲(chǔ)能裝置。接觸器安裝在配電柜中；儲(chǔ)能裝置電路設(shè)置有電壓表與鑰匙開關(guān)；配電柜設(shè)置開關(guān)，用于控制太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)采用自動(dòng)控制模式或手動(dòng)控制模式。本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)策略圖如圖8所示。

本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的電路圖如圖9所示。當(dāng)接觸器常閉觸點(diǎn)閉合，此時(shí)光伏發(fā)電量通入控制器，太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)采用光伏發(fā)電供電。當(dāng)光伏發(fā)電量不能滿足需要時(shí)，啟動(dòng)市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)電源，繼電器KA1吸合，接觸器常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)市政用電通入控制器，太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)采用市政用電供電；市政用電的充電器安裝在接觸器的前端，自帶保護(hù)功能，蓄電池充滿后會(huì)自動(dòng)切斷市政用電。

經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，加裝市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)電源后，本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)在任何天氣條件下均可正常運(yùn)行。

3" 實(shí)際運(yùn)行情況分析

3.1" 根據(jù)電力需求調(diào)整光伏組件配置

安裝完成后進(jìn)行太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)使用測(cè)試。太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)運(yùn)行期間可在手機(jī)上通過(guò)APP對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控；其還可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際噴淋需求情況增加光伏組件配置的數(shù)量[8]。

以配置12V/100W的直流水泵、放電電流為6 A作為基礎(chǔ)條件，對(duì)本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的光伏組件配置情況進(jìn)行測(cè)試。光伏組件配置數(shù)量不同的情況下手機(jī)APP顯示的信息監(jiān)控界面如圖10所示。

測(cè)試結(jié)果顯示：本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)配置12V/100W的直流水泵、放電電流為6 A的情況下，采用1塊光伏組件的配置（即最低配置）時(shí)，實(shí)測(cè)得到蓄電池的日累計(jì)充電量為14.5 Ah，可滿足太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)每日工作2 h；采用6塊光伏組件并聯(lián)的配置時(shí)，實(shí)測(cè)得到蓄電池的最大充電電流可達(dá)5.2 A，日累計(jì)充電量可達(dá)55 Ah，可滿足太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)24 h無(wú)間斷運(yùn)行所需電量。用戶可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)噴淋要求自行調(diào)整光伏組件的配置數(shù)量。

3.2" 系統(tǒng)的維修保養(yǎng)

太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的維修保養(yǎng)需要注意以下幾個(gè)方面：

1）需要及時(shí)清潔光伏組件的采光面。先對(duì)光伏組件表面進(jìn)行清掃，當(dāng)污垢無(wú)法清掃干凈時(shí)，可以使用清水進(jìn)行清洗。

2）需要重點(diǎn)做好光伏組件下方金屬支架的防腐與固定工作。

3）使用過(guò)程中需對(duì)光伏組件的電性能參數(shù)進(jìn)行定期檢測(cè)，以保證光伏組件的正常運(yùn)行。

3.3" 經(jīng)濟(jì)效益分析

對(duì)單臺(tái)傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)與本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的制造成本進(jìn)行對(duì)比，具體如表1所示。

從表1可以看出：?jiǎn)闻_(tái)太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的制造成本為5295元，單臺(tái)傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)的制造成本為8750元，太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的制造成本明顯低于傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)的制造成本。

另外，傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)只能依靠市政用電才能工作，以其工作電機(jī)為3 kW交流水泵為例進(jìn)行估算，其每日工作8 h需要耗電24 kWh；按電價(jià)0.6元/kWh計(jì)算，電費(fèi)為14.4元/天。

本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利（ZL 2022 2 1672505.9），但尚未被廣泛推廣使用。在房建施工領(lǐng)域，此前一直存在太陽(yáng)能設(shè)備投入高、效率低的錯(cuò)誤認(rèn)知；再加上房建項(xiàng)目前期的資金非常緊張，傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)的安裝周期短，而本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)目前尚不能批量生產(chǎn)和安裝，制作周期較長(zhǎng)且使用效果存在一定風(fēng)險(xiǎn)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋需求無(wú)法得到滿足，會(huì)影響施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)保效果。因此，考慮是否可以采用本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)帶動(dòng)傳統(tǒng)的3 kW交流水泵。經(jīng)過(guò)估算，該噴淋系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)采用最低配置時(shí)的日發(fā)電量為14.5×12=174 Wh，不足1 kWh，施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋需求無(wú)法得到滿足。由此可見，用電設(shè)備選型直接關(guān)系到噴淋系統(tǒng)的使用，因此，為提高經(jīng)濟(jì)效益，需要采用低能耗的用電設(shè)備。

本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)采用12V/100W的直流水泵，降低用電設(shè)備能耗的同時(shí)，還可以調(diào)整光伏組件配置，從而滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際噴淋需求。

在中鐵八局集團(tuán)有限公司白鶴花園棚戶區(qū)改造項(xiàng)目一期、二期工程的施工中對(duì)本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的實(shí)際使用情況進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)分為4個(gè)區(qū)域，均為100 m臨時(shí)圍擋長(zhǎng)度（均設(shè)置1臺(tái)噴淋設(shè)備），試驗(yàn)時(shí)間為7個(gè)月。其中，分別采用傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)和太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的方案為24 h不間斷運(yùn)行，采用“外架濕法作業(yè)+傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)”和“塔式起重機(jī)+太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)”的方案為每日工作8 h。對(duì)試驗(yàn)期間采用不同噴淋系統(tǒng)方案時(shí)的費(fèi)用情況進(jìn)行對(duì)比，具體如圖11、圖12所示。

從圖11、圖12可以看出：試驗(yàn)期間，涉及太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的噴淋方案的費(fèi)用均較低且較為平穩(wěn)。另外，從4種噴淋方案的費(fèi)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得出，除初期制造及安裝成本外，傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)一直有電費(fèi)支出，而太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)

為零支出（試驗(yàn)期間日照條件較好，市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)一直未啟動(dòng)），經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。

3.4" 社會(huì)效益分析

為實(shí)施國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，基本國(guó)策中提出了環(huán)境保護(hù)，基于當(dāng)前能源緊張的形勢(shì)，以及國(guó)家碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的提出和綠色發(fā)展的國(guó)情，政府在不斷推進(jìn)可再生能源的發(fā)展，積極倡導(dǎo)使用太陽(yáng)能產(chǎn)品，人們也越來(lái)越關(guān)注如何在生產(chǎn)生活中進(jìn)行節(jié)能降耗。太陽(yáng)能屬于可再生能源，雖然其不能循環(huán)利用，但因其具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用不僅可以減輕環(huán)境保護(hù)的壓力，從能源來(lái)源角度還是“免費(fèi)”使用，大幅降低了能源成本。

在水資源利用方面，在開發(fā)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)期間，嘗試將此系統(tǒng)與再生水系統(tǒng)相結(jié)合，以達(dá)到最大限度地對(duì)施工中的廢水進(jìn)行再次利用，減少水資源的浪費(fèi)，使太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)達(dá)到更好的環(huán)保效果，并提高該噴淋系統(tǒng)的社會(huì)效益。

3.5" 小結(jié)

綜合前文分析，對(duì)傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)和太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)兩種方案的性能進(jìn)行對(duì)比總結(jié)，如表2所示。

太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)與其他噴淋系統(tǒng)最大的區(qū)別在于成本低，且其自身具備清潔與可再生能源產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，符合節(jié)能減排的政策要求；同時(shí)，其推廣應(yīng)用也有助于可再生能源的開發(fā)利用，可以助力改善能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展格局?；诖?，建議可在全國(guó)范圍內(nèi)推廣應(yīng)用本太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)。

4" 結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)面臨的問(wèn)題，開發(fā)出一種太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)，介紹了該噴淋系統(tǒng)的開發(fā)思路及設(shè)計(jì)步驟，并通過(guò)測(cè)試對(duì)其是否可以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋需求進(jìn)行了驗(yàn)證。該噴淋系統(tǒng)為“光伏+儲(chǔ)能”形式，且具備移動(dòng)性與安全性，小容量光伏發(fā)電系統(tǒng)可以保障整個(gè)太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)的低壓工作環(huán)境；針對(duì)光伏發(fā)電量不足的情況，該噴淋系統(tǒng)加裝了市政用電補(bǔ)償系統(tǒng)電源，從而可保障系統(tǒng)的日常實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)；通過(guò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可對(duì)該噴淋系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理；該噴淋系統(tǒng)還可以與再生水系統(tǒng)相結(jié)合，可最大限度地對(duì)施工中的廢水進(jìn)行再次利用，減少水資源的浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，太陽(yáng)能智能噴淋系統(tǒng)可以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的噴淋需求，其不僅能夠達(dá)到綠色環(huán)保、節(jié)能減排的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)適用性與經(jīng)濟(jì)性較好，操作人員的工作效率也得到明顯提升。

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RESEARCH AND DEVELOPMENT OF SOLAR INTELLIGENT SPRINKLER SYSTEM

Guo Jun

（No.7 Engineering Company of China Railway No.8 Engineering Group Co.，Ltd，Chengdu 610300，China）

Abstract：In the early stage of building construction projects，due to the lack of municipal electricity，traditional sprinkler systems cannot be used，and there is an urgent need to research a new low energy consumption sprinkler system to meet the sprinkler needs of the construction site. This paper starts with the problems faced by traditional sprinkler systems，develops a solar intelligent sprinkler system，introduces the development ideas and design steps of the sprinkler system，and verifies whether it can meet the sprinkler needs of construction sites through testing. To reduce costs and meet green environmental protection requirements，the sprinkler system adopts a \"PV + energy storage\" form and it has mobility and security. The small capacity PV power generation system can ensure the low-voltage working environment of the entire solar intelligent sprinkler system. In response to the insufficient PV power generation capacity，this sprinkler system has installed a municipal power compensation system power supply，which can ensure the real-time operation of the sprinkler system. This sprinkler system can be intelligently managed through remote control technology，and can also be combined with recycled water systems to maximize the reuse of wastewater during construction and reduce water resource waste. After practical verification，the solar intelligent sprinkler system can meet the sprinkler needs of construction sites，meet the standards of green environmental protection，energy conservation and emission reduction，and have good safety，economic and social benefits. It provides the possibility for building construction projects to further strengthen energy conservation and improve energy efficiency.

Keywords：sprinkler system；solar energy；PV modules；electrical equipment；energy storage devices；environmental protection