摘要　　

　　介紹了某光伏組件廠房空調(diào)系統(tǒng)冷熱源、水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)及廢氣處理系統(tǒng)設(shè)計。重點分析了光伏組件廠房的空調(diào)負(fù)荷特性、空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施、廢氣處理設(shè)施的配置，為其他類似項目設(shè)計提供參考。

　　關(guān)鍵詞　

　　光伏組件廠房；暖通空調(diào)系統(tǒng)；冷熱源；熱回收；廢氣處理

　　作者李春光¹ 付永飛²

　　1.中國聯(lián)合工程有限公司；2.隆基綠能科技股份有限公司

　　引言

　　中國是目前世界上碳排放量最大的國家，實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)任重道遠(yuǎn)，加快開發(fā)利用可再生能源已成為共識。太陽能是重要的可再生能源之一，取之不盡、用之不竭，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟性等優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。光伏發(fā)電是國家推進能源轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容和應(yīng)對氣候變化的重要途徑，在世界環(huán)境與能源危機的背景下，尤其是在我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進程中，太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用價值更加凸顯，發(fā)展前景廣闊。

　　光伏組件作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈的中游產(chǎn)品，是指具有封裝及內(nèi)部連接的、能單獨提供直流電、不可分割的最小光伏電池組合裝置。它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。在“雙碳”背景下，我國光伏裝機規(guī)模呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢，對光伏組件的需求也與日俱增。隨著頭部企業(yè)紛紛增產(chǎn)擴能、新資方不斷投資入局、地方政府持續(xù)招商引資，各地興建了一批光伏組件生產(chǎn)基地項目。

　　光伏組件生產(chǎn)工序復(fù)雜，不同工序?qū)貪穸纫蟛煌?，廠房單體面積大，室內(nèi)人員密集，生產(chǎn)設(shè)備發(fā)熱量大，有多種有害廢氣產(chǎn)生，運行能耗高，對暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計帶來一定的挑戰(zhàn)。因此，在保證工藝生產(chǎn)要求的環(huán)境參數(shù)下盡量降低系統(tǒng)運行能耗，同時使有害氣體經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放是項目的設(shè)計重點。

　　項目概況　

　　項目位于長三角地區(qū)A市產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，該地區(qū)為典型夏熱冬冷地區(qū)。單體建筑面積97 882m2，建筑高度17.85m，地上2層，火災(zāi)危險類別為丁類。功能為生產(chǎn)光伏組件，年產(chǎn)能為3GW單晶光伏組件。采用三班工作制生產(chǎn)，主要生產(chǎn)流程為上料、串焊、疊層、層壓、裝框、裝接線盒、清洗、測試、成品檢驗、包裝。暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)是為不同生產(chǎn)流程提供滿足要求的溫濕度環(huán)境并兼顧操作人員的熱舒適要求，為不同種類有害廢氣配置適合的處理設(shè)施并使之達(dá)標(biāo)排放，在此基礎(chǔ)上盡量降低一次投資及系統(tǒng)運行費用。室外空氣計算參數(shù)和室內(nèi)主要房間設(shè)計參數(shù)分別見表1、2。

　　冷熱源及空調(diào)水系統(tǒng)　　

　　夏季空調(diào)計算總冷負(fù)荷為8 796kW，分類統(tǒng)計結(jié)果見表3。分析可知：其空調(diào)冷負(fù)荷主要為工藝生產(chǎn)設(shè)備發(fā)熱量，由于生產(chǎn)實行三班制，全天不停工，設(shè)備熱負(fù)荷穩(wěn)定，與室外季節(jié)及晝夜變化無關(guān)；新風(fēng)負(fù)荷較大，主要是由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害廢氣需要排出并處理，車間排風(fēng)量較大，而空調(diào)區(qū)相對非空調(diào)區(qū)及室外需維持正壓，所以新風(fēng)量需要略大于排風(fēng)量；存在冬季冷負(fù)荷，由于生產(chǎn)設(shè)備發(fā)熱量大，已超過冬季圍護結(jié)構(gòu)傳熱量，所以一些工藝生產(chǎn)區(qū)冬季仍然需要供冷。冬季空調(diào)計算總熱負(fù)荷為2 282kW，負(fù)荷較小，只有設(shè)備發(fā)熱不大的生產(chǎn)區(qū)、恒溫倉庫及辦公輔房存在冬季熱負(fù)荷。

　　基于以上負(fù)荷特點，空調(diào)系統(tǒng)冷源選擇3臺離心式冷水機組，其中1臺為變頻機組，單臺制冷量為4 220kW，供/回水溫度為7 ℃/12 ℃。熱源選擇1臺螺桿式水源熱泵機組，單臺制熱量為2 470kW，同時設(shè)置1臺真空熱水機組作為備用熱源，單臺制熱量為1 600kW，供/回水溫度為45 ℃/40 ℃。

　　冷熱源設(shè)備均采用一級能效產(chǎn)品，冷水機組配置時為以后技改增產(chǎn)留有一定余量。熱源選擇方面，工藝生產(chǎn)有穩(wěn)定的壓縮空氣需求，設(shè)置的水冷離心式空氣壓縮機為生產(chǎn)提供壓縮空氣的同時產(chǎn)生可觀的余熱量，為有效利用此部分余熱，選擇水源熱泵作為冬季熱源，直接從空氣壓縮機冷卻水管路上引出一根水管接至水源熱泵低溫水側(cè)，利用水源熱泵給空氣壓縮機冷卻水降溫，無需采用熱回收型空氣壓縮機或增設(shè)換熱器，既降低了設(shè)備投資，又利用空氣壓縮機余熱提高了水源熱泵的供熱效率。另外，水源熱泵在夏季還可作為補充冷源開啟制冷模式提供冷量。設(shè)置真空熱水機組作為備用熱源是考慮投產(chǎn)初期未達(dá)產(chǎn)時空氣壓縮機負(fù)荷率低，余熱不足以承擔(dān)空調(diào)熱負(fù)荷，開啟真空熱水機組補充熱量。

　　冷卻塔供/回水溫度為32 ℃/37 ℃，由于冬季也需要開啟冷卻塔，冷卻塔供回水總管間設(shè)置旁通調(diào)節(jié)閥，冷水機組設(shè)低溫保護。當(dāng)冷水機組冷卻水進水溫度低于允許最低冷卻水進水溫度時，低溫保護啟動，電動兩通閥連鎖開啟，使冷卻水回水旁流，實現(xiàn)冷卻水進水溫度提升。

　　空調(diào)水系統(tǒng)均采用一級泵變流量系統(tǒng)，供回水主管間設(shè)電動旁通閥以滿足冷水機組最小流量要求。空調(diào)系統(tǒng)補水均采用軟化水，由軟化水站提供。空調(diào)供回水采用分區(qū)兩管制，部分內(nèi)熱源較大的生產(chǎn)區(qū)域全年供給冷水；其他生產(chǎn)區(qū)域、恒溫倉庫及辦公輔房根據(jù)季節(jié)進行空調(diào)冷熱水切換。通過空調(diào)水管路上電動閥的啟閉實現(xiàn)水源熱泵供冷/供熱模式的切換?？照{(diào)水系統(tǒng)圖見圖1。

　　制冷機房及熱水機房布置于廠房1層?xùn)|側(cè)，面積約600m²。由于廠房屋面為輕鋼結(jié)構(gòu)，承重有限，不適合布置冷卻塔，冷卻塔就近布置在制冷機房東側(cè)綠化帶中。為防止冷卻水系統(tǒng)發(fā)生汽蝕影響系統(tǒng)運行，將冷卻塔抬高2.5m安裝并采用不銹鋼抗蝕葉輪。

　　空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

　　生產(chǎn)區(qū)采用全空氣系統(tǒng)，輔助辦公區(qū)采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，包裝區(qū)采用遠(yuǎn)程射流機組崗位送風(fēng)。

　　生產(chǎn)區(qū)夏季空氣處理采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)量根據(jù)補償室內(nèi)排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓之和計算，組合式空氣處理機組集中布置在專用機房內(nèi)。室內(nèi)氣流組織為上送上回，送風(fēng)口根據(jù)生產(chǎn)線布置，回風(fēng)口集中布置，可根據(jù)生產(chǎn)線生產(chǎn)情況開啟對應(yīng)的空調(diào)機組?？照{(diào)送風(fēng)機均采用變頻控制。生產(chǎn)區(qū)凈高4.8m，送風(fēng)口采用旋流風(fēng)口，向下送風(fēng)以加強氣流擾動混合，使工作區(qū)達(dá)到良好的熱舒適環(huán)境。過渡季及冬季，由于室內(nèi)工藝設(shè)備發(fā)熱穩(wěn)定，可調(diào)節(jié)新風(fēng)回風(fēng)比例直至全新風(fēng)工況運行，利用室外自然冷源承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷。新風(fēng)口尺寸均按照100%新風(fēng)工況設(shè)計。

　　測試間及固化間溫度精度要求高且工作時間與其他區(qū)域不完全一致，該區(qū)域設(shè)置帶獨立冷熱源的風(fēng)冷直膨式空調(diào)機組。室內(nèi)氣流組織測試間為上送側(cè)下回，以使室內(nèi)溫度場更加均勻；固化間為側(cè)下送上回，風(fēng)口盡量正對工件送風(fēng)。新風(fēng)按人員所需最小新風(fēng)量計算且與回風(fēng)固定比例。其中，固化區(qū)生產(chǎn)工藝是將外框與接線盒用密封膠固化，增強密封效果，保護組件免受外界影響。要保證好的固化速度和效果，需要環(huán)境空氣有較高的相對濕度，通常在70%以上，維持如此高濕度環(huán)境僅依靠提高空調(diào)送風(fēng)相對濕度是遠(yuǎn)不夠的，所以除在組合式空氣處理機組中設(shè)置高壓微霧加濕段外，還在房間內(nèi)布置了二流體加濕器噴嘴，直接對室內(nèi)空氣進行加濕，并在房間內(nèi)敷設(shè)二流體加濕器所需的軟水及壓縮空氣管路。

　　層壓間生產(chǎn)工藝是通過加熱使玻璃、EVA、組件、背板粘接在一起，冷卻后取出組件。固化溫度通常為140℃左右，采用電加熱設(shè)備，整體發(fā)熱量非常大。對于空調(diào)系統(tǒng)來說，存在大量的顯熱負(fù)荷，循環(huán)風(fēng)量也非常大。針對此負(fù)荷特點，設(shè)置排風(fēng)、回風(fēng)、新風(fēng)切換的空調(diào)模式。夏季采用全回風(fēng)模式，全部室內(nèi)負(fù)荷由空調(diào)機組承擔(dān)，維持室內(nèi)溫度；冬季采用全新風(fēng)、全排風(fēng)的直流模式，設(shè)置排風(fēng)機將排風(fēng)引入需供暖的房間如恒溫倉庫、玻璃上料區(qū)。該空調(diào)模式既利用自然冷源實現(xiàn)了對層壓區(qū)進行冷卻，又對該區(qū)域工藝余熱進行回收利用，實現(xiàn)了免費供冷與免費供熱，一舉兩得。

　　廢氣處理

　　在生產(chǎn)過程中部分工序會產(chǎn)生含有害物質(zhì)的廢氣，根據(jù)污染物種類、廢氣量及廢氣溫度合理劃分廢氣系統(tǒng)并采取適合的處理措施，使廢氣經(jīng)處理后達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。廢氣系統(tǒng)配置見表4。

　　其中，沸石轉(zhuǎn)輪機及三室RTO并聯(lián)2級活性炭吸附箱，作為檢修時的臨時措施，其余廢氣處理設(shè)備及排風(fēng)機均為一用一備配置，實現(xiàn)檢修不停機，從而最大程度保障生產(chǎn)運行穩(wěn)定性。廢氣處理設(shè)施均就近布置在廠房周圍綠化帶中，縮短主風(fēng)管長度，在地面上設(shè)置300mm高混凝土凸臺并設(shè)置圍護欄桿。廢氣系統(tǒng)均采用聚丙烯材質(zhì)風(fēng)管，摩擦阻力系數(shù)低且抗腐蝕能力強，連接方便。風(fēng)管均采用圓形風(fēng)管，防止積灰積液，風(fēng)管最低處設(shè)置排液管并設(shè)球閥。接工藝設(shè)備的排風(fēng)支管設(shè)置手動風(fēng)閥，排風(fēng)機采用變頻控制，可根據(jù)生產(chǎn)線開啟情況調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量，適配產(chǎn)能變化。每套廢氣處理設(shè)施排氣筒內(nèi)均設(shè)置尾氣排放在線監(jiān)測裝置，可實時對處理效果進行監(jiān)測。

　　結(jié)束語

　　該項目于2020年底竣工，已投產(chǎn)3年，根據(jù)運營方反饋，空調(diào)及廢氣處理系統(tǒng)運行良好，基本達(dá)到了設(shè)計預(yù)期效果。但也存在以下不足：1) 水系統(tǒng)局部區(qū)域分區(qū)不合理，由于實際設(shè)備發(fā)熱及同時使用系數(shù)與設(shè)計存在出入，導(dǎo)致冬季需要降溫的工段空調(diào)送熱風(fēng)。2) 制冷機房面積偏小，沒有為高壓供電冷水機組啟動柜配置專用機房，不方便運維及檢修。3) 直膨式空調(diào)機組室外機布置過于緊湊，導(dǎo)致夏季高溫天氣時散熱不良引起機組停機。4) 個別吊頂式空調(diào)機組冷凝排水管堵塞，冷凝水溢出至吊頂。以上問題均在運行中發(fā)現(xiàn)，已配合運營方采用合理的方案進行優(yōu)化，消除了使用隱患。希望該項目的暖通空調(diào)設(shè)計思路可以為類似項目提供參考。