0前言
隨著人們生活質(zhì)量的提高，環(huán)保意識(shí)加強(qiáng)，原來采用鍋爐加熱工業(yè)用水設(shè)施消耗大量常規(guī)能源，運(yùn)行費(fèi)用也比較高昂。為了解決上述問題，本項(xiàng)目采用太陽能等設(shè)備來解決，太陽能是一種環(huán)保、無污染、可再生的清潔能源，充分利用太陽能將可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。本項(xiàng)目是太陽能應(yīng)用領(lǐng)域的又一次嶄新的嘗試，又是太陽能在工業(yè)用水加熱中的成功應(yīng)用典范。本文以浙江亞太特寬幅印染有限公司（以下簡稱“亞太特寬幅”）工業(yè)用水太陽能供熱系統(tǒng)為例談一下該項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路與理念。
1項(xiàng)目背景概述
亞太特寬幅坐落于江南水鄉(xiāng)名鎮(zhèn)浙江省紹興縣安昌鎮(zhèn)，緊鄰亞洲最大的輕紡市場——中國輕紡城，為國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。亞太特寬幅年產(chǎn)各類全棉、麻、棉麻、粘麻、化纖等中高檔特寬幅產(chǎn)品，并具有各種寬幅的服飾面料、裝飾用布、床上用品等印花和染色的能力?，F(xiàn)有24臺(tái)印染設(shè)備日需求90℃和120℃熱水5600t（退煮漂聯(lián)合機(jī)、絲光機(jī)、水洗機(jī)、軋染機(jī)：水溫90℃；染缸：水溫120℃）?，F(xiàn)該廠消耗蒸汽年均每日900多t，工業(yè)廢水余熱沒有經(jīng)過回收利用，能源消耗嚴(yán)重。為響應(yīng)國家節(jié)能減排號(hào)召，將節(jié)能減排付諸實(shí)際行動(dòng)，也為了節(jié)省企業(yè)的能源費(fèi)用，從而取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，亞太特寬幅積極推進(jìn)太陽能利用，采用太陽能供熱系統(tǒng)節(jié)能改造及余熱回收利用項(xiàng)目。
亞太特寬幅計(jì)劃采用太陽能光熱（太陽能供熱系統(tǒng)）和余熱回收提供主要的工業(yè)用水加熱需求。
經(jīng)過土建、鋼結(jié)構(gòu)整改后的可利用廠房屋面空間約50000㎡。該項(xiàng)目建設(shè)期預(yù)計(jì)為15個(gè)月，太陽能系統(tǒng)將分期建設(shè)（一期、二期），一期現(xiàn)已實(shí)施完畢，已正常運(yùn)行，效果良好。
2項(xiàng)目實(shí)施要點(diǎn)
2.1本項(xiàng)目實(shí)施依據(jù)參照的國家標(biāo)準(zhǔn)、浙江省和當(dāng)?shù)貧庀筚Y料
GB/T18713-2002《太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》
GB 50364-2005《民用建筑太陽熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》
GB50015-2003《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》
GBJ1788《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》
GB50275《壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》
查有關(guān)資料，紹興市：緯度30º14′，經(jīng)度120º10′。
表1 紹興市全年各月平均室外氣溫/當(dāng)?shù)鼐暥刃泵嫔系脑缕骄仗栞椪樟縈J/（㎡·d）
|
月份 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
氣溫/℃ |
4.3 |
5.6 |
9.5 |
15.8 |
20.7 |
24.3 |
28.4 |
27.9 |
23.4 |
18.3 |
12.4 |
6.8 |
|
水平面/m |
6.813 |
7.753 |
9.021 |
12.542 |
14.468 |
13.218 |
17.405 |
16.463 |
12.013 |
10.276 |
8.388 |
7.303 |
|
緯度斜面 |
11.546 |
14.158 |
16.448 |
17.858 |
18.916 |
17.929 |
15.548 |
15.597 |
15.714 |
14.272 |
11.234 |
10.408 |
2.2項(xiàng)目實(shí)施方案
2.2.1總體概括
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用50000㎡的太陽能供熱系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)結(jié)合使用，晴好天氣（日輻照量17MJ/㎡時(shí)）滿足日提供60℃5000t熱水，不足部分和陰雨天氣由蒸汽系統(tǒng)供給所需熱量。
太陽能集熱模塊在定型車間、前處理車間、染色車間和印花車間的屋頂鋼構(gòu)架上進(jìn)行安裝鋪設(shè)。安裝時(shí)，太陽能適當(dāng)傾斜，之間留有一定的間距，保持光照、安全和通風(fēng)。
本太陽能項(xiàng)目：由若干個(gè)小單元組成一個(gè)系統(tǒng)，再由若干個(gè)系統(tǒng)組成一個(gè)大的集成系統(tǒng)，最后統(tǒng)一集成控制。
2.2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
高效先進(jìn)性：保持系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，最大化優(yōu)先利用太陽能，力求5～10a內(nèi)該項(xiàng)目保持國內(nèi)和國際領(lǐng)先，本項(xiàng)目采用國際先進(jìn)的德國西門子集成控制系統(tǒng)，將太陽能系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)集成，利用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和控制。
安全可靠性：本項(xiàng)目采用高可靠性、技術(shù)成熟的太陽能和集成控制設(shè)備，結(jié)合完善的施工和保護(hù)措施來提高太陽能系統(tǒng)的整體安全性和供熱水可靠性。
和諧美觀性：結(jié)合現(xiàn)有建筑安裝，充分考慮原建筑設(shè)計(jì)，保持建筑的原有風(fēng)格和美學(xué)觀感。
公共展示性：本項(xiàng)目充分顯示各級(jí)政府對(duì)節(jié)能減排的重視和決心，體現(xiàn)對(duì)可再生能源利用的重視，因此本項(xiàng)目重點(diǎn)考慮了能源循環(huán)利用的展示性，本項(xiàng)目建成后將成為國內(nèi)規(guī)模較大的太陽能工業(yè)用水項(xiàng)目，將起到良好的展示效果，向相關(guān)企業(yè)、單位、市民直觀展示綠色能源的有效、循環(huán)利用，宣揚(yáng)節(jié)能環(huán)保理念。
2.2.3技術(shù)運(yùn)行
本項(xiàng)目采用直流式定溫加熱太陽能系統(tǒng)：太陽能將經(jīng)過凈化的冷水加熱到設(shè)定的溫度（60℃左右）后進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱，再將儲(chǔ)熱水箱的熱水泵至用水設(shè)備，利用蒸氣加熱至90℃～120℃。經(jīng)過印染設(shè)備使用的污水進(jìn)入污水處理池，通過熱交換器將污水的熱量充分利用，再進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱。
本項(xiàng)目既充分利用了太陽能系統(tǒng)，又充分解決了污水余熱再利用的問題，減少原污水直接排放對(duì)地表的危害，降低了對(duì)大地?zé)崮艿呐欧?，保護(hù)了地表的原生態(tài)，真正體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。
2.2.4系統(tǒng)控制方式
1.太陽能自動(dòng)補(bǔ)水：太陽能溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，冷水電動(dòng)閥自動(dòng)打開補(bǔ)水；直至太陽能末端溫度點(diǎn)低于設(shè)定值；
2.太陽能定溫加熱：太陽能溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，熱水自動(dòng)保存在儲(chǔ)熱水箱內(nèi)；
3.輔助熱源：儲(chǔ)熱水箱熱水經(jīng)過水泵泵至設(shè)備水池內(nèi)，溫度不足時(shí)，蒸氣自動(dòng)加熱至設(shè)備所需溫度；
4.余熱回收利用：余熱回收設(shè)備將余熱回收至儲(chǔ)熱保溫水箱內(nèi)；
5.系統(tǒng)內(nèi)部局域監(jiān)控：可利用電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2.2.5系統(tǒng)其他技術(shù)措施
防雷：系統(tǒng)按照三類民建防雷、漏電設(shè)計(jì)，系統(tǒng)與建筑接地網(wǎng)可靠接地；
防震：系統(tǒng)與建筑之間連接可靠，按抗風(fēng)10級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)施工，防震防裂90；
防火：系統(tǒng)設(shè)備、配件均采用不燃或阻燃材料，電器部分按照國家規(guī)范設(shè)計(jì)、施工，太陽能系統(tǒng)場地預(yù)留消防通道；
氣密安全：太陽能按照國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)、檢驗(yàn)，保證出廠產(chǎn)品完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的氣密性條件；熱水系統(tǒng)管路和設(shè)備在連接時(shí)完全按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行施工，保證系統(tǒng)的氣密性和水密性要求；
防漏電：系統(tǒng)電器部分具備防漏電保護(hù)功能，電器部分可靠接地；
防腐：系統(tǒng)防腐性能保證使用達(dá)到15a以上的防腐要求；
防漏水：系統(tǒng)在安裝時(shí)，太陽能炸管漏水有可靠的預(yù)防措施，同時(shí)屋面也做防水處理；
防水質(zhì)污染：本系統(tǒng)設(shè)備、管道等材料均采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的材質(zhì)，水質(zhì)污染可能性為零；
自然光處理：考慮到屋頂太陽能設(shè)備會(huì)對(duì)建筑本身的自然光有一定的遮擋，本項(xiàng)目考慮在北向的屋頂鋪設(shè)防水反光材料，既保證了建筑本身的防水要求，又保證了建筑本身的自然采光，保證了生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格要求。
2.2.6本項(xiàng)目工藝流程
本項(xiàng)目采用直流式定溫加熱太陽能熱水工程系統(tǒng)：經(jīng)過若干個(gè)系統(tǒng)和單元（一棟建筑5個(gè)單元組成一個(gè)系統(tǒng)，13棟建筑共計(jì)13套太陽能供熱系統(tǒng)）組成的太陽能系統(tǒng)將冷水加熱到設(shè)定的溫度（60℃左右）后進(jìn)入保溫儲(chǔ)熱水箱，再將保溫儲(chǔ)熱水箱的熱水，泵至用水設(shè)備，再利用蒸氣加熱至90℃～120℃。經(jīng)過設(shè)備使用的污水進(jìn)入污水處理池，通過熱交換器將污水的熱量經(jīng)過換熱后充分利用，再進(jìn)入保溫儲(chǔ)熱水箱。
太陽能工業(yè)用水加熱系統(tǒng)流程
2.2.7關(guān)鍵設(shè)備選型
2.2.7.1太陽能集熱模塊選擇
目前國內(nèi)的太陽能光熱元件掌握了核心技術(shù)，在國際上處于領(lǐng)先水平，本項(xiàng)目采用具有領(lǐng)先水平的天普太陽能集熱設(shè)備。
本項(xiàng)目采用高性能全玻璃真空管太陽能集熱器，密集式排列，吸熱快，效率高。
1. 真空管：采用國際具有領(lǐng)先水平的高效全玻璃真空集熱管，性能參數(shù)，見表2：
表2 真空集熱管性能參數(shù)
|
項(xiàng)目名稱 |
性能參數(shù) |
備注 |
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長度/mm |
1800 |
符合國標(biāo) |
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罩玻璃長度/mm |
58 |
符合國標(biāo) |
|
壁厚/mm |
1.5/1.6 |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
膨脹系數(shù) |
3.3×10–6 |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
罩玻璃的透射率 |
≥0.95 |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
吸收體 |
濺射漸變鋁-氮/鋁 |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
太陽吸收比 |
≥0.96 |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
發(fā)射比 |
≤0.05 |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
真空度 |
≤5×10–2Pa |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
空曬度 |
≥250℃ |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
平均熱損系數(shù) |
≤0.52W/㎡·℃ |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
抗冰雹能力 |
D25mm冰雹沖擊不破損 |
優(yōu)于國標(biāo) |
|
耐壓能力/MPa |
≥0.6～0.8 |
優(yōu)于國標(biāo) |
2.太陽能集熱器內(nèi)膽：0.8mm厚度304/2B食品級(jí)不銹鋼，不影響水質(zhì)；全自動(dòng)高頻氬弧焊接，質(zhì)量可靠，壽命長，可達(dá)12a-15a；
3.太陽能集熱器保溫：采用進(jìn)口高壓發(fā)泡設(shè)備，無氟聚氨酯整體發(fā)泡保溫，發(fā)泡均勻，閉孔率超過98%，保溫性能良好；
4.聯(lián)箱外膽：采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕，壽命長；
5.集熱器邊框支架：采用0.6mm全鋼方管，機(jī)械性能好，抗彎曲，耐腐蝕。
2.2.7.2．太陽能集熱器性能規(guī)格參數(shù)(見表3)
表3 太陽能集熱器性能規(guī)格參數(shù)
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項(xiàng)目名稱 |
指標(biāo) |
國家標(biāo)準(zhǔn) |
備注 |
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型號(hào) |
58（mm）×1800（mm） |
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符合國標(biāo) |
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真空管/支數(shù) |
50 |
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符合國標(biāo) |
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集熱器接口 |
DN25 |
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優(yōu)于國標(biāo) |
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保溫材料 |
熟化聚氨酯 |
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優(yōu)于國標(biāo) |
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承受壓力/kg/㎡ |
0.6 |
0.5 |
優(yōu)于國標(biāo) |
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占地尺寸 |
2000（mm）×3300（mm） |
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優(yōu)于國標(biāo) |
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聯(lián)
箱
參
數(shù) |
內(nèi)膽材質(zhì) |
0.8mm厚度304/2B食品級(jí)不銹鋼 |
優(yōu)于國標(biāo) |
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外皮材質(zhì) |
采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕，壽命長。 |
優(yōu)于國標(biāo) |
||
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保溫材料 |
采用進(jìn)口高壓發(fā)泡設(shè)備，無氟聚氨酯整體發(fā)泡保溫，發(fā)泡均勻，閉孔率超過98%，保溫性能良好。 |
優(yōu)于國標(biāo) |
||
2.2.7.3工業(yè)余熱回收設(shè)備
本項(xiàng)目采用全球具有領(lǐng)先換熱技術(shù)的美國舒瑞普工業(yè)余熱回收設(shè)備4套，日換熱污水處理5000t。
2.2.7.4本項(xiàng)目工業(yè)控制系統(tǒng)
本項(xiàng)目采用全球工業(yè)控制系統(tǒng)知名品牌德國西門子工業(yè)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，穩(wěn)定性強(qiáng)，功能強(qiáng)大高效。
本項(xiàng)目共設(shè)13套PLC工業(yè)控制設(shè)備（13套PLC工業(yè)控制設(shè)備對(duì)由若干單元組成的系統(tǒng)A、B、C、D等進(jìn)行控制）。1套計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)13套太陽能系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)13套太陽能系統(tǒng)整體監(jiān)測(cè)和控制。
2.7.5工業(yè)水泵
采用80%材質(zhì)能夠再利用的國際名牌丹麥格蘭富工業(yè)水泵，該泵噪音低，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。
2.2.7.6工業(yè)用電動(dòng)閥
選用德國J+J工業(yè)用電動(dòng)閥，該電動(dòng)閥動(dòng)作靈敏準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定可靠。
2.2.7.7保溫儲(chǔ)熱水池
本項(xiàng)目保溫水池的整體容積5000t。
2.3項(xiàng)目配套工程
1.供水：利用廠內(nèi)市政管網(wǎng)供水管道，不足時(shí)申請(qǐng)市政管道。
2.供電：利用廠內(nèi)電力，不足時(shí)申請(qǐng)市內(nèi)電力。
3.供氣：仍采用熱電余熱蒸汽作為二次加熱。
4.土建：屋頂改造，屋面防水處理、反光材料處理；污水池建造、過濾池建造、半地下保溫儲(chǔ)水池改造等。
3項(xiàng)目效益分析
3.1有關(guān)節(jié)能計(jì)算公式及參數(shù)
3.1.1測(cè)算公式
Q = cmΔT /η；
式中： Q：熱量 KJ。
c：水的比熱 1KJ/(kg·℃)
m： 加熱水量，kg；
ΔT: 加熱溫差 ℃。
η：熱效率，無量綱。
3.1.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
亞太特寬幅日用水量：5600t，用水溫度：90℃/120℃，冷水溫度：10℃
1t蒸氣熱值：1t蒸氣=700kW/h
按照75%的熱效率計(jì)算：700kW×860（KJ/Kw/h）×75%＝451500KJ
3.2項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析
3.2.1每日將5600t10℃冷水加熱到90℃需要蒸氣量：
M1= cMΔT /Q蒸汽=1×5600×1000×（90-10）/451500=992.3 t；
3.2.2 600t10℃冷水加熱到90℃熱水需要蒸汽量為：
M2= cMΔT /Q蒸汽=1×600×1000×（90～10）/451500=106.3t
3.2.3 5600t60℃熱水加熱到90℃熱水需要蒸汽量為：
M3= cMΔT /Q蒸汽=1×5600×1000×（90～60）/451500=372.1t
3.2.4 5600t10冷水加熱到90℃熱水，在沒有太陽時(shí)日使用蒸氣量為 992.3 t，有太陽能時(shí)日使用蒸氣量 478.4t，每日節(jié)約蒸氣513.9t，折合33.2t標(biāo)煤。
綜上分析：1.本系統(tǒng)投資預(yù)算約6000萬元，蒸汽按160元/t，日節(jié)約費(fèi)用8.2224萬元； 2.每年按照250d晴好天氣計(jì)算：年節(jié)約費(fèi)用2055.6萬元； 3a～4a將可收回投資成本。 3.本系統(tǒng)可使用10a以上，10a內(nèi)可節(jié)約費(fèi)用2.0556億元。
太陽能系統(tǒng)的使用壽命在12a以上（一般可用12～15a）。由此可見，安裝太陽能供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。
3.3.項(xiàng)目環(huán)境效益分析
太陽能熱水系統(tǒng)使用壽命在12a以上，本項(xiàng)目實(shí)施后（按15a壽命計(jì)算），可節(jié)約標(biāo)煤約124.5萬t，降低了常規(guī)能源的消耗，減少CO2等廢氣、污染物的排放，達(dá)到有效的環(huán)保節(jié)能效果。該太陽能供熱系統(tǒng)無污染、無噪音、無廢物廢氣排放，可以有效降溫室氣體CO2的排放，有利于緩解全球氣候變暖；同時(shí)也減少酸雨氣體SO2和總懸浮顆粒物的排放量，有益于提高杭州地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，環(huán)境效益顯著；還能較大幅度地減少煤炭或其他化石燃料的消耗。
3.4項(xiàng)目社會(huì)效益分析
1.不占用土地資源，與建筑相結(jié)合的節(jié)能項(xiàng)目；
2.減少污染源的產(chǎn)生，增加消費(fèi)者、企業(yè)自身、上下游合作伙伴的信任度；
3.通過良好的集成設(shè)計(jì)，減少了常規(guī)能源帶來的資金、污染壓力，展示對(duì)環(huán)境、節(jié)能減排的重視態(tài)度。
以太陽能作為熱源提供生活熱水符合資源可持續(xù)發(fā)展的要求，GB50015-2003《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》也對(duì)此有明確的規(guī)定，其中第5.2.2條“集中熱水供水系統(tǒng)的熱源，宜首先利用工業(yè)余熱、廢熱、地?zé)岷吞柲堋?rdquo; 第5.2.6條也規(guī)定了“局部熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱源宜采用太陽能及電能、燃?xì)?、蒸汽?rdquo; ；同時(shí)采用太陽能供熱系統(tǒng)符合國家環(huán)保政策，利國利民，一次投資，長期受益。太陽能供熱系統(tǒng)的節(jié)能、環(huán)保、安全與社會(huì)發(fā)展潮流相符合，太陽能供熱系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，獲得了良好的社會(huì)效益。
圖1 項(xiàng)目一期安裝運(yùn)行后實(shí)景