太陽能采暖在工業(yè)廠房的應用

由于氣候條件的限制，我國北方地區(qū)大部分工業(yè)廠房在冬季都需要采暖，而采暖費用在企業(yè)成本中是一筆不小支出，普遍存在著能耗高、成本高的問題。 　　因此，根據(jù)實際情況采用最佳的采暖方式，減少工業(yè)廠房采暖能耗，降低采暖成本刻不容緩，太陽能作為一種可再生的清潔能源，近年來在采暖中的利用受到關注。我國屬于太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2000小時，輻射總量高于5000MJ/（m2•a）。 　　北方采暖地區(qū)，大多數(shù)地區(qū)處于太陽能資源豐富區(qū)，為太陽能采暖提供了可能。本文以天津福臻工業(yè)裝備有限公司研發(fā)基地二期工程2#車間太陽能采暖項目為例，該項目以太陽能為主，低谷電為輔進行采暖實現(xiàn)建筑節(jié)能，為高大空間工業(yè)廠房推廣太陽能采暖提供依據(jù)。 　　1項目概況 　　天津福臻工業(yè)裝備有限公司研發(fā)基地二期工程2#車間位于津南(雙港)工業(yè)開發(fā)區(qū)。該車間建筑面積為3721.27m2。車間建筑為一層鋼結構，建筑高度9.3米。外墻標高1.2m以下采用240mm（局部370mm）厚頁巖磚，標高1.2m以上采用雙層彩鋼板內夾100mm厚玻璃棉（局部370mm厚頁巖磚)。本項目原擬采用市政供暖，鑒于市政供暖接口費投資過大，現(xiàn)采用太陽能+低谷電蓄熱采暖進行采暖。系統(tǒng)末端選用風機盤管。 　　2系統(tǒng)運行原理及控制方式 　　本項目分為兩套太陽能系統(tǒng)，南屋面一套太陽能系統(tǒng)，北屋面一套太陽能系統(tǒng)，系統(tǒng)采用太陽能短期蓄熱+低谷電輔助加熱方式進行采暖。 　　太陽能系統(tǒng)控制： 　　南坡北坡太陽能系統(tǒng)均采用溫差循環(huán)方式自動運行，加熱水箱中的水。 　　當太陽能系統(tǒng)管路溫度低于4度時，太陽能循環(huán)泵啟動，系統(tǒng)開始循環(huán)防凍。 　　采暖控制： 　　1．正常采暖模式：輔助加熱在低谷電時段按需啟動(深冬期間使用該模式)。 　　在低谷電時段，當水箱溫度低于設定溫度時，電鍋爐啟動。當水箱溫度高于設定溫度，電鍋爐停止運行。 　　2．假日模式：輔助加熱在低谷電時段僅僅保證系統(tǒng)的防凍（假日停工、停產階段使用該模式）。 　　3．無輔助加熱采暖模式（剛入冬或冬季結束期間使用該模式）。 　　防凍控制： 　　采用循環(huán)防凍的方式防凍。 　　詳見系統(tǒng)原理圖（圖1）。 圖1太陽能系統(tǒng)原理圖 　　3系統(tǒng)參數(shù)及配置 表1系統(tǒng)參數(shù)及配置表 　　4系統(tǒng)設計特點 　　1．太陽能集熱器設計 　　由于本項目屋面面積有限，為保證屋面最大化安裝太陽能且能均勻承重，本項目集熱器均勻布置在南北兩面坡屋面上（圖2），并按南坡、北坡的區(qū)域分別為一套獨立的太陽能運行系統(tǒng)，互不影響。 圖2屋面太陽能系統(tǒng) 　　2．風機盤管的設計 　　該車間為高大空間廠房，且操作面均在3m以下。為保證操作面溫度，本項目采用下吹安裝風機盤管（圖3），來保證車間的溫度，有效避免了車間下部操作面溫度低，上部無人區(qū)域溫度較高的情況，實現(xiàn)了熱量的最大化利用。 圖3風機盤管 　　3．輔助熱源的設計 　　該項目采用了電鍋爐輔助加熱，并利用蓄熱的方式，有效利用了低谷電。從而大大降低了系統(tǒng)輔助熱源的費用。同時，根據(jù)車間的生產模式及當?shù)氐臍庀筇攸c，創(chuàng)造性的采用了入冬模式、深冬模式和假日模式多模式控制。最大限度的降低了系統(tǒng)的運行費用。 圖4蓄熱水箱和電鍋爐輔助加熱 　　4．防凍系統(tǒng)設計 　　鑒于該項目的圍護材料彩鋼板內填物易燃的特點，太陽能系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的伴熱帶防凍的設計。整個系統(tǒng)采用局部小循環(huán)、大循環(huán)等多種循環(huán)方式進行防凍。確保安全的同時，保證了系統(tǒng)的正常運行。 　　5.系統(tǒng)經濟效益分析 　　1．系統(tǒng)運行狀況及運行費用 　　2．系統(tǒng)年節(jié)約費用 　　系統(tǒng)采用市政供暖年供暖費用為：80元/m2×3721.27m2=297701.6元 　　系統(tǒng)年節(jié)約費用為：采用市政供暖費用-太陽能系統(tǒng)年運行費用=297701.6元-114135.8元=183565.8元 　　3．系統(tǒng)回收年限 　　市政供暖接入費用為：60萬元 　　系統(tǒng)投資：90萬元 　　系統(tǒng)回收年限：（90萬元-60萬元）/18.36萬元=1.64年，小于2年 　　天津地區(qū)屬于我國太陽能利用的Ⅱ類地區(qū)屬于資源豐富區(qū)。12月份太陽輻照量12.610MJ/（m2•d）。根據(jù)天津的太陽能輻照資源，考慮太陽能的效率、熱損的影響，本系統(tǒng)采暖期太陽能年節(jié)能量為：555036MJ。折合標煤18.9噸標煤。減排二氧化碳46.683噸，二氧化硫0.378噸，粉塵0.189噸。 　　通過以上分析可知,高大空間廠房采用太陽能采暖是完全可行的。但需要結合廠房的類型和生產特點進行合理的設計。目前，高大空間廠房已成為工業(yè)開發(fā)區(qū)的建筑主體，大部分采用生產用熱和供暖結合的方式，存在能源浪費和運行費用高的特點。作為清潔、節(jié)能的太陽能采暖系統(tǒng)的大力推廣，必將產生巨大的經濟效益和社會效益。（文/天普新能源科技有限公司   郭玉興　王亞龍  張慧麗）