摘要　　

　　介紹了某光伏組件廠房空調系統冷熱源、水系統、風系統及廢氣處理系統設計。重點分析了光伏組件廠房的空調負荷特性、空調系統的節能措施、廢氣處理設施的配置，為其他類似項目設計提供參考。

　　關鍵詞　

　　光伏組件廠房；暖通空調系統；冷熱源；熱回收；廢氣處理

　　作者李春光¹ 付永飛²

　　1.中國聯合工程有限公司；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“雙碳”目標任重道遠，加快開發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濟性等優點，在長期的能源戰略中具有重要地位。光伏發電是國家推進能源轉型的核心內容和應對氣候變化的重要途徑，在世界環境與能源危機的背景下，尤其是在我國實現“雙碳”目標的進程中，太陽能光伏發電的應用價值更加凸顯，發展前景廣闊。

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

　　光伏組件生產工序復雜，不同工序對溫濕度要求不同，廠房單體面積大，室內人員密集，生產設備發熱量大，有多種有害廢氣產生，運行能耗高，對暖通空調系統設計帶來一定的挑戰。因此，在保證工藝生產要求的環境參數下盡量降低系統運行能耗，同時使有害氣體經處理后達標排放是項目的設計重點。

　　項目概況　

　　項目位于長三角地區A市產業聚集區，該地區為典型夏熱冬冷地區。單體建筑面積97 882m2，建筑高度17.85m，地上2層，火災危險類別為丁類。功能為生產光伏組件，年產能為3GW單晶光伏組件。采用三班工作制生產，主要生產流程為上料、串焊、疊層、層壓、裝框、裝接線盒、清洗、測試、成品檢驗、包裝。暖通空調系統設計目標是為不同生產流程提供滿足要求的溫濕度環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施并使之達標排放，在此基礎上盡量降低一次投資及系統運行費用。室外空氣計算參數和室內主要房間設計參數分別見表1、2。

　　冷熱源及空調水系統　　

　　夏季空調計算總冷負荷為8 796kW，分類統計結果見表3。分析可知：其空調冷負荷主要為工藝生產設備發熱量，由于生產實行三班制，全天不停工，設備熱負荷穩定，與室外季節及晝夜變化無關；新風負荷較大，主要是由于生產過程中產生的有害廢氣需要排出并處理，車間排風量較大，而空調區相對非空調區及室外需維持正壓，所以新風量需要略大于排風量；存在冬季冷負荷，由于生產設備發熱量大，已超過冬季圍護結構傳熱量，所以一些工藝生產區冬季仍然需要供冷。冬季空調計算總熱負荷為2 282kW，負荷較小，只有設備發熱不大的生產區、恒溫倉庫及辦公輔房存在冬季熱負荷。

　　基于以上負荷特點，空調系統冷源選擇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 ℃。

　　冷熱源設備均采用一級能效產品，冷水機組配置時為以后技改增產留有一定余量。熱源選擇方面，工藝生產有穩定的壓縮空氣需求，設置的水冷離心式空氣壓縮機為生產提供壓縮空氣的同時產生可觀的余熱量，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，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換熱器，既降低了設備投資，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。設置真空熱水機組作為備用熱源是考慮投產初期未達產時空氣壓縮機負荷率低，余熱不足以承擔空調熱負荷，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置旁通調節閥，冷水機組設低溫保護。當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，實現冷卻水進水溫度提升。

　　空調水系統均采用一級泵變流量系統，供回水主管間設電動旁通閥以滿足冷水機組最小流量要求。空調系統補水均采用軟化水，由軟化水站提供。空調供回水采用分區兩管制，部分內熱源較大的生產區域全年供給冷水；其他生產區域、恒溫倉庫及辦公輔房根據季節進行空調冷熱水切換。通過空調水管路上電動閥的啟閉實現水源熱泵供冷/供熱模式的切換。空調水系統圖見圖1。

　　制冷機房及熱水機房布置于廠房1層東側，面積約600m²。由于廠房屋面為輕鋼結構，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綠化帶中。為防止冷卻水系統發生汽蝕影響系統運行，將冷卻塔抬高2.5m安裝并采用不銹鋼抗蝕葉輪。

　　空調風系統

　　生產區采用全空氣系統，輔助辦公區采用風機盤管加新風系統，包裝區采用遠程射流機組崗位送風。

　　生產區夏季空氣處理采用一次回風系統，新風量根據補償室內排風和保持室內正壓之和計算，組合式空氣處理機組集中布置在專用機房內。室內氣流組織為上送上回，送風口根據生產線布置，回風口集中布置，可根據生產線生產情況開啟對應的空調機組。空調送風機均采用變頻控制。生產區凈高4.8m，送風口采用旋流風口，向下送風以加強氣流擾動混合，使工作區達到良好的熱舒適環境。過渡季及冬季，由于室內工藝設備發熱穩定，可調節新風回風比例直至全新風工況運行，利用室外自然冷源承擔室內負荷。新風口尺寸均按照100%新風工況設計。

　　測試間及固化間溫度精度要求高且工作時間與其他區域不完全一致，該區域設置帶獨立冷熱源的風冷直膨式空調機組。室內氣流組織測試間為上送側下回，以使室內溫度場更加均勻；固化間為側下送上回，風口盡量正對工件送風。新風按人員所需最小新風量計算且與回風固定比例。其中，固化區生產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，維持如此高濕度環境僅依靠提高空調送風相對濕度是遠不夠的，所以除在組合式空氣處理機組中設置高壓微霧加濕段外，還在房間內布置了二流體加濕器噴嘴，直接對室內空氣進行加濕，并在房間內敷設二流體加濕器所需的軟水及壓縮空氣管路。

　　層壓間生產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，采用電加熱設備，整體發熱量非常大。對于空調系統來說，存在大量的顯熱負荷，循環風量也非常大。針對此負荷特點，設置排風、回風、新風切換的空調模式。夏季采用全回風模式，全部室內負荷由空調機組承擔，維持室內溫度；冬季采用全新風、全排風的直流模式，設置排風機將排風引入需供暖的房間如恒溫倉庫、玻璃上料區。該空調模式既利用自然冷源實現了對層壓區進行冷卻，又對該區域工藝余熱進行回收利用，實現了免費供冷與免費供熱，一舉兩得。

　　廢氣處理

　　在生產過程中部分工序會產生含有害物質的廢氣，根據污染物種類、廢氣量及廢氣溫度合理劃分廢氣系統并采取適合的處理措施，使廢氣經處理后達到環保排放標準。廢氣系統配置見表4。

　　其中，沸石轉輪機及三室RTO并聯2級活性炭吸附箱，作為檢修時的臨時措施，其余廢氣處理設備及排風機均為一用一備配置，實現檢修不停機，從而最大程度保障生產運行穩定性。廢氣處理設施均就近布置在廠房周圍綠化帶中，縮短主風管長度，在地面上設置300mm高混凝土凸臺并設置圍護欄桿。廢氣系統均采用聚丙烯材質風管，摩擦阻力系數低且抗腐蝕能力強，連接方便。風管均采用圓形風管，防止積灰積液，風管最低處設置排液管并設球閥。接工藝設備的排風支管設置手動風閥，排風機采用變頻控制，可根據生產線開啟情況調節系統風量，適配產能變化。每套廢氣處理設施排氣筒內均設置尾氣排放在線監測裝置，可實時對處理效果進行監測。

　　結束語

　　該項目于2020年底竣工，已投產3年，根據運營方反饋，空調及廢氣處理系統運行良好，基本達到了設計預期效果。但也存在以下不足：1) 水系統局部區域分區不合理，由于實際設備發熱及同時使用系數與設計存在出入，導致冬季需要降溫的工段空調送熱風。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) 直膨式空調機組室外機布置過于緊湊，導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現，已配合運營方采用合理的方案進行優化，消除了使用隱患。希望該項目的暖通空調設計思路可以為類似項目提供參考。