精选案例 | 某光伏组件厂房暖通空调系统设计

　　摘要　　

　　介绍了某光伏组件厂房空调系统冷热源、水系统、风系统及废气处理系统设计。重点分析了光伏组件厂房的空调负荷特性、空调系统的节能措施、废气处理设施的配置，为其他类似项目设计提供参考。

　　关键词　

　　光伏组件厂房；暖通空调系统；冷热源；热回收；废气处理

　　作者李春光¹ 付永飞²

　　1.中国联合工程有限公司；2.隆基绿能科技股份有限公司

　　引言

　　中国是目前世界上碳排放量最大的国家，实现“双碳”目标任重道远，加快开发利用可再生能源已成为共识。太阳能是重要的可再生能源之一，取之不尽、用之不竭，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。光伏发电是国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径，在世界环境与能源危机的背景下，尤其是在我国实现“双碳”目标的进程中，太阳能光伏发电的应用价值更加凸显，发展前景广阔。

　　光伏组件作为光伏产业链的中游产品，是指具有封装及内部连接的、能单独提供直流电、不可分割的最小光伏电池组合装置。它是光伏发电系统的核心部件。在“双碳”背景下，我国光伏装机规模呈现快速增长的态势，对光伏组件的需求也与日俱增。随着头部企业纷纷增产扩能、新资方不断投资入局、地方政府持续招商引资，各地兴建了一批光伏组件生产基地项目。

　　光伏组件生产工序复杂，不同工序对温湿度要求不同，厂房单体面积大，室内人员密集，生产设备发热量大，有多种有害废气产生，运行能耗高，对暖通空调系统设计带来一定的挑战。因此，在保证工艺生产要求的环境参数下尽量降低系统运行能耗，同时使有害气体经处理后达标排放是项目的设计重点。

　　项目概况　

　　项目位于长三角地区A市产业聚集区，该地区为典型夏热冬冷地区。单体建筑面积97 882m2，建筑高度17.85m，地上2层，火灾危险类别为丁类。功能为生产光伏组件，年产能为3GW单晶光伏组件。采用三班工作制生产，主要生产流程为上料、串焊、叠层、层压、装框、装接线盒、清洗、测试、成品检验、包装。暖通空调系统设计目标是为不同生产流程提供满足要求的温湿度环境并兼顾操作人员的热舒适要求，为不同种类有害废气配置适合的处理设施并使之达标排放，在此基础上尽量降低一次投资及系统运行费用。室外空气计算参数和室内主要房间设计参数分别见表1、2。

　　冷热源及空调水系统　　

　　夏季空调计算总冷负荷为8 796kW，分类统计结果见表3。分析可知：其空调冷负荷主要为工艺生产设备发热量，由于生产实行三班制，全天不停工，设备热负荷稳定，与室外季节及昼夜变化无关；新风负荷较大，主要是由于生产过程中产生的有害废气需要排出并处理，车间排风量较大，而空调区相对非空调区及室外需维持正压，所以新风量需要略大于排风量；存在冬季冷负荷，由于生产设备发热量大，已超过冬季围护结构传热量，所以一些工艺生产区冬季仍然需要供冷。冬季空调计算总热负荷为2 282kW，负荷较小，只有设备发热不大的生产区、恒温仓库及办公辅房存在冬季热负荷。

　　基于以上负荷特点，空调系统冷源选择3台离心式冷水机组，其中1台为变频机组，单台制冷量为4 220kW，供/回水温度为7 ℃/12 ℃。热源选择1台螺杆式水源热泵机组，单台制热量为2 470kW，同时设置1台真空热水机组作为备用热源，单台制热量为1 600kW，供/回水温度为45 ℃/40 ℃。

　　冷热源设备均采用一级能效产品，冷水机组配置时为以后技改增产留有一定余量。热源选择方面，工艺生产有稳定的压缩空气需求，设置的水冷离心式空气压缩机为生产提供压缩空气的同时产生可观的余热量，为有效利用此部分余热，选择水源热泵作为冬季热源，直接从空气压缩机冷却水管路上引出一根水管接至水源热泵低温水侧，利用水源热泵给空气压缩机冷却水降温，无需采用热回收型空气压缩机或增设换热器，既降低了设备投资，又利用空气压缩机余热提高了水源热泵的供热效率。另外，水源热泵在夏季还可作为补充冷源开启制冷模式提供冷量。设置真空热水机组作为备用热源是考虑投产初期未达产时空气压缩机负荷率低，余热不足以承担空调热负荷，开启真空热水机组补充热量。

　　冷却塔供/回水温度为32 ℃/37 ℃，由于冬季也需要开启冷却塔，冷却塔供回水总管间设置旁通调节阀，冷水机组设低温保护。当冷水机组冷却水进水温度低于允许最低冷却水进水温度时，低温保护启动，电动两通阀连锁开启，使冷却水回水旁流，实现冷却水进水温度提升。

　　空调水系统均采用一级泵变流量系统，供回水主管间设电动旁通阀以满足冷水机组最小流量要求。空调系统补水均采用软化水，由软化水站提供。空调供回水采用分区两管制，部分内热源较大的生产区域全年供给冷水；其他生产区域、恒温仓库及办公辅房根据季节进行空调冷热水切换。通过空调水管路上电动阀的启闭实现水源热泵供冷/供热模式的切换。空调水系统图见图1。

　　制冷机房及热水机房布置于厂房1层东侧，面积约600m²。由于厂房屋面为轻钢结构，承重有限，不适合布置冷却塔，冷却塔就近布置在制冷机房东侧绿化带中。为防止冷却水系统发生汽蚀影响系统运行，将冷却塔抬高2.5m安装并采用不锈钢抗蚀叶轮。

　　空调风系统

　　生产区采用全空气系统，辅助办公区采用风机盘管加新风系统，包装区采用远程射流机组岗位送风。

　　生产区夏季空气处理采用一次回风系统，新风量根据补偿室内排风和保持室内正压之和计算，组合式空气处理机组集中布置在专用机房内。室内气流组织为上送上回，送风口根据生产线布置，回风口集中布置，可根据生产线生产情况开启对应的空调机组。空调送风机均采用变频控制。生产区净高4.8m，送风口采用旋流风口，向下送风以加强气流扰动混合，使工作区达到良好的热舒适环境。过渡季及冬季，由于室内工艺设备发热稳定，可调节新风回风比例直至全新风工况运行，利用室外自然冷源承担室内负荷。新风口尺寸均按照100%新风工况设计。

　　测试间及固化间温度精度要求高且工作时间与其他区域不完全一致，该区域设置带独立冷热源的风冷直膨式空调机组。室内气流组织测试间为上送侧下回，以使室内温度场更加均匀；固化间为侧下送上回，风口尽量正对工件送风。新风按人员所需最小新风量计算且与回风固定比例。其中，固化区生产工艺是将外框与接线盒用密封胶固化，增强密封效果，保护组件免受外界影响。要保证好的固化速度和效果，需要环境空气有较高的相对湿度，通常在70%以上，维持如此高湿度环境仅依靠提高空调送风相对湿度是远不够的，所以除在组合式空气处理机组中设置高压微雾加湿段外，还在房间内布置了二流体加湿器喷嘴，直接对室内空气进行加湿，并在房间内敷设二流体加湿器所需的软水及压缩空气管路。

　　层压间生产工艺是通过加热使玻璃、EVA、组件、背板粘接在一起，冷却后取出组件。固化温度通常为140℃左右，采用电加热设备，整体发热量非常大。对于空调系统来说，存在大量的显热负荷，循环风量也非常大。针对此负荷特点，设置排风、回风、新风切换的空调模式。夏季采用全回风模式，全部室内负荷由空调机组承担，维持室内温度；冬季采用全新风、全排风的直流模式，设置排风机将排风引入需供暖的房间如恒温仓库、玻璃上料区。该空调模式既利用自然冷源实现了对层压区进行冷却，又对该区域工艺余热进行回收利用，实现了免费供冷与免费供热，一举两得。

　　废气处理

　　在生产过程中部分工序会产生含有害物质的废气，根据污染物种类、废气量及废气温度合理划分废气系统并采取适合的处理措施，使废气经处理后达到环保排放标准。废气系统配置见表4。

　　其中，沸石转轮机及三室RTO并联2级活性炭吸附箱，作为检修时的临时措施，其余废气处理设备及排风机均为一用一备配置，实现检修不停机，从而最大程度保障生产运行稳定性。废气处理设施均就近布置在厂房周围绿化带中，缩短主风管长度，在地面上设置300mm高混凝土凸台并设置围护栏杆。废气系统均采用聚丙烯材质风管，摩擦阻力系数低且抗腐蚀能力强，连接方便。风管均采用圆形风管，防止积灰积液，风管最低处设置排液管并设球阀。接工艺设备的排风支管设置手动风阀，排风机采用变频控制，可根据生产线开启情况调节系统风量，适配产能变化。每套废气处理设施排气筒内均设置尾气排放在线监测装置，可实时对处理效果进行监测。

　　结束语

　　该项目于2020年底竣工，已投产3年，根据运营方反馈，空调及废气处理系统运行良好，基本达到了设计预期效果。但也存在以下不足：1) 水系统局部区域分区不合理，由于实际设备发热及同时使用系数与设计存在出入，导致冬季需要降温的工段空调送热风。2) 制冷机房面积偏小，没有为高压供电冷水机组启动柜配置专用机房，不方便运维及检修。3) 直膨式空调机组室外机布置过于紧凑，导致夏季高温天气时散热不良引起机组停机。4) 个别吊顶式空调机组冷凝排水管堵塞，冷凝水溢出至吊顶。以上问题均在运行中发现，已配合运营方采用合理的方案进行优化，消除了使用隐患。希望该项目的暖通空调设计思路可以为类似项目提供参考。