夏玲娜（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

太陽能供暖技術在油田中的應用

夏玲娜（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

太陽能作為一種清潔、高效、可持續(xù)的熱輻射能源，日益受到社會各界的重視。大慶所處的經度和緯度，其太陽能資源豐富，采暖期日照率高，對利用太陽能供暖提供了優(yōu)越的條件。它以較為簡單、經濟、環(huán)保、改善環(huán)境的方法，適合油礦的供暖方式，在采油廠得到了大力推廣和應用。

太陽能 采暖 應用 能耗

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。太陽能的利用在大慶油田采油六廠第三油礦已得到大力的推廣并進入實用階段。針對配水間室溫較低的情況，在喇62、喇65配水間開展了太陽能和電能采暖對比試驗，經過2010—2011年一個采暖期的現場應用,年節(jié)約費用5362元，太陽墻加熱裝置回收周期為2.96年。在應用過程中，針對裝置存在的問題，不斷地完善、改進，開發(fā)研制出第二代太陽能加熱系統(tǒng)，目前三礦有10座配水間計劃安裝太陽墻用于冬季取暖。隨著太陽能在油田逐步推廣應用，油田的整體能耗將進一步降低。

1 太陽能供暖技術及工作原理

1.1 太陽能供暖技術

太陽能供暖技術是一種把自然能源轉換為熱能的新型技術，通過一種先進設備的互換處理以空氣為介質，把太陽能轉換為熱能，從而達到了采暖的效果。只需一次性支出，減少了人員和資金的不斷投入，充分發(fā)揮了自然環(huán)境的潛能，大幅節(jié)約了寶貴的不可再生能源。

1.2 太陽墻的工作原理

太陽墻系統(tǒng)由集熱器、供熱管道和風機組成。主要熱轉換部件是太陽墻板，太陽墻板是在鋼板或鋁板表面鍍上一層熱轉換效率達80%的高科技涂層，并經過特殊設計和加工處理制成，能最大限度地將太陽能轉換成熱能。

太陽墻板在太陽輻射作用下升到較高溫度，同時太陽墻與墻體之間的空氣間層在風機作用下形成負壓，室外冷空氣在負壓作用下通過太陽墻板上的孔縫進入空氣間層，同時被加熱，到達太陽墻頂部的熱空氣被風機通過管道系統(tǒng)送至房間，通過空氣置換系統(tǒng)，實現供暖和換氣雙重功效，對室內進行取暖。

2 現場應用及效果分析

2009年，各轉油站實行了冬季冷輸和低溫輸送，所有冷輸轉油站帶的配水間值班室溫度都很低，影響員工正常工作。而員工每天工作的時間（8∶00—16∶00），正是利用太陽能的最佳時段，此時的陽光充足，太陽能供暖系統(tǒng)能達到最好的運行效果?；ㄙM少量電能就可以得到較高的熱量，緩解能源短缺，改善空氣質量，帶來可觀的環(huán)境效益和經濟效益，所以，利用太陽能供暖是完全可行的。

2010年我們引進了太陽能供暖技術，在喇62配水間安裝4 m2太陽墻，對這種新型能源進行嘗試，開展太陽能和電能采暖對比試驗，進一步了解其中的節(jié)能潛力。

喇62和喇65配水間均為磚混結構，值班室和庫房建筑面積20m2。我們在兩座配水間采取了不同采暖方式，喇62配水間采用太陽能采暖輔助電采暖方式，在值班室安裝2組2500W電暖氣，庫房安裝1組2000W電暖氣，室外屋頂安裝太陽墻；而喇65配水間只采取電采暖方式，在值班室安裝2組2500W電暖氣，庫房安裝1組2000W電暖氣。

為搞清太陽能和電能采暖應用情況及耗能，首先設定了一個基礎方案，即在一個采暖期內對兩座配水間的耗電量進行實測，通過測試數據分析各配水間采暖的應用效果，并不斷調整裝置在使用過程中所暴露的問題，縮短太陽墻裝置投資回收周期。

2010年3月，在喇62、喇65配水間分別安裝了電量計量儀表、溫度顯示儀表，同時開始試驗并錄取數據，見圖1。

2010年4月，實際測量，太陽墻輔助電采暖日均耗電僅有2k W h左右，裝置最高出口溫度可達65℃，而電采暖日均耗電達到39k W h，節(jié)電效果非常顯著。到10、11月，耗電量也在逐步增加，喇62配水間日均耗電在7.5 k W h左右，由于晝夜溫差大，員工上崗后，室內溫度仍較低，裝置的有效工作時間較短，影響了節(jié)能效果。我們嘗試改進輔助電加熱系統(tǒng)，使裝置工作時間更加合理，保證室內溫度。

進入12月份以后，陰天及下雪天較多，最低溫度為零下31℃，由于室內外溫差較大，太陽墻板附著水蒸汽后結霜嚴重，無法發(fā)揮裝置的優(yōu)點，裝置出口溫度大大降低，最高溫度僅有40℃，影響了采暖效果。針對這種情況，我們采取了不同的措施，最終通過化學藥劑除霜，取得較好的效果，經一段時間運行，裝置出口溫度明顯提高，最高可達50℃，裝置結霜問題基本得到解決，提高了熱效率。

數據顯示，2010年12月—2011年2月，喇62配水間太陽墻輔助電采暖日均耗電18k W h左右，喇65配水間電采暖日均耗電67k W h。太陽墻采暖在結霜的情況下，每天仍能節(jié)電49k W h左右，隨著裝置結霜問題的解決，節(jié)電效果將更加明顯，滿足了我們對節(jié)能、環(huán)保的需求。

通過一年來的現場實測，喇62配水間室內溫度明顯升高，見圖2。白天光線充足，太陽墻送風溫度大幅度提高，室內熱環(huán)境明顯改善，利用太陽墻來達到一定的保溫效果，這就相當于加厚墻體保溫層。同時太陽墻系統(tǒng)將室外新鮮空氣傳遞到室內，置換室內污濁空氣，起到供暖和換氣雙重功效。其供熱狀況良好、節(jié)電效果明顯，解決了野外配水間值班室采暖的問題。

通過2010—2011年一個采暖期的現場應用（見表1），安裝太陽墻加熱裝置的配水間共耗電2130k W h，合計費用1166元(太陽墻板材料改進后，耗電量將進一步降低)；使用電采暖裝置的配水間共耗電11928k W h，費用6528元（電量按0.55元/k W h計算）。太陽墻裝置每座配水間需投資15811元，年節(jié)約費用5362元，因此，太陽墻加熱裝置投資回收周期為2.96年。

表1 太陽能采暖與電能采暖費用對比表

3 太陽能加熱系統(tǒng)改進措施

在試驗過程中，我們針對裝置存在的問題，與廠家溝通，不斷提出改進意見。開發(fā)研制出第二代太陽能空氣加熱系統(tǒng)，最大限度地利用自然能源，降低能耗，改善室內空氣質量，實現了生產區(qū)域的環(huán)境和諧。

3.1 完善輔助電加熱控制系統(tǒng)

原溫控裝置與輔助電加熱裝置之間為插座聯(lián)接，崗位員工可自行改變聯(lián)接方式，針對這一問題，對輔助電加熱裝置進行了改進，使崗位員工不能自行調整。通過運用智能化的控制系統(tǒng)來設定裝置的啟、停時間，加熱裝置可按設定參數進行自動開啟，有利于整套系統(tǒng)的節(jié)能運行。

3.2 對墻板材料進行改進

使用原太陽墻板材料，整套裝置的出口溫度低，造成裝置供熱效果不好，通過改進太陽墻板材料，第二代加熱裝置的出口溫度有效提高，耗電量明顯下降，節(jié)能效果也將更加明顯，解決了全天候供熱問題。

3.3 完善裝置的除霜技術

由于室內外溫差大，太陽墻室外裝置表面易結霜，影響其采暖效果，通過不斷試驗，結霜問題得到解決，第二代太陽能系統(tǒng)的除霜技術更加完善，整套裝置的投資回收周期將進一步縮短。

3.4 加強集熱器密封性

由于配水間夜間無電輔助供熱，造成濕空氣順著風道流向集熱器，要想解決此問題，集熱器腹腔溫度必須高于室內溫度，最低也要和室內平衡，空氣互不流動，為此引進了全玻璃真空太陽集熱管，從而提高了集熱器密封性、保溫性能。

4 第二代太陽能加熱系統(tǒng)

為了使太陽能供熱系統(tǒng)在創(chuàng)造良好的經濟效益同時，充分發(fā)揮其潛能，我們與廠家協(xié)商，更新設計理念，圍繞上述不足之處逐一改進，開發(fā)研制出適合采油礦經濟現狀的第二代太陽能加熱系統(tǒng)。

4.1 使用現狀

目前，第二代太陽能加熱系統(tǒng)在喇64配水間剛剛安裝完成，該系統(tǒng)由金屬集熱器吸收太陽能，在進行光熱轉換同時加熱空氣，利用陽光罩的溫室效應起到隔熱保溫的作用，最后進入真空裝置，經過二次加熱，對室內進行供暖。同時安裝電量顯示儀表及溫度顯示儀表，要求崗位工人每天錄取數據，仔細對比分析，進一步挖掘第二代太陽能系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

4.2 第二代太陽能加熱系統(tǒng)的優(yōu)勢

第二代太陽能系統(tǒng)在晴朗天氣完全可以獨立取暖，把原一次加熱直排熱風取暖改為二次加熱取暖，增加了滲透型板式太陽能吸收體,使太陽能吸收率提高了約10%，發(fā)射率降低約30%，熱轉換效率由原來70%~80%提高到90%以上，提高了產品的光熱轉換效率，也減少了熱損失。同時采用熱轉換效率更高的全玻璃真空太陽集熱管，可形成長達48h的高溫真空，防止夜間室內潮濕高溫的空氣回流，解決裝置結霜問題。隨著熱效率的逐步上升、能耗的不斷降低，其投資回收周期也會逐步縮短。

第二代太陽能系統(tǒng)增大了進風口尺寸，取消原裝置的兩臺直排式軸流風機，在一次加熱后采用離心風機送風進行二次加熱的方式，增大了進入室內的熱風量，以200m3/h的熱空氣送入配水間，每小時置換4次之多，使崗位工人能夠精神飽滿地工作，充分體現資源的節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展，是一項減少污染、保護生態(tài)環(huán)境的綠色工程。

5 下步設想

通過對太陽能供暖系統(tǒng)的現場應用，可預測其長期節(jié)能效果，其使用安全、無需維修，不但有效地減少常規(guī)能源的使用量，而且對改善室內空氣的質量也有實質性的突破，為員工創(chuàng)造一個安全、健康的工作環(huán)境。

目前，采油礦打算在10座配水間安裝太陽墻用于冬季取暖，并陸續(xù)在計量間及變電所開展太陽能系統(tǒng)的應用試驗。隨著太陽能裝置在油田各個領域中的逐步推廣應用，為油田構建了多元的能源應用體系，使其具有更廣闊的發(fā)展前景。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.03.009

夏玲娜，2004年畢業(yè)于大慶石油學院，石油工程專業(yè)，從事地質儀表管理，E-mail：33689678@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田采油六廠第三油礦地質隊，1634114。

2012-02-03）