王遠(yuǎn)巍，胡冬楠

摘 要：工藝廠房環(huán)境控制是為了給車間創(chuàng)造或提供一個(gè)符合工藝需求且健康的車間環(huán)境，將車間溫度、濕度、空氣流動(dòng)速度、潔凈度和空氣品質(zhì)都控制在一定范圍內(nèi)，因此采用的空調(diào)方案需滿足節(jié)能、環(huán)保的要求。以寧波某工藝廠房空調(diào)節(jié)能改造為例，通過分析工藝廠房溫濕度控制原理，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)，為廠房提出合理的改造方案，以期為同類工藝廠房節(jié)能改造提供參考。

關(guān)鍵詞：工藝廠房；溫濕度獨(dú)立控制；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TU831? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2024）05-0106-03

0引言

工藝廠房環(huán)境控制的主要目標(biāo)是為了給車間創(chuàng)造或提供一個(gè)符合工藝需求且健康的車間環(huán)境，將車間溫度、濕度、空氣流動(dòng)速度、潔凈度和空氣品質(zhì)都控制在一定范圍內(nèi)[1]。本文以寧波某工藝廠房空調(diào)節(jié)能改造為例，通過分析工藝廠房溫濕度控制原理，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)，為廠房提出合理的改造方案。

1工程概況

該廠房地塊位于浙江省寧波市，建筑性質(zhì)丙類工業(yè)建筑，2層。建筑高度10.550 m，建筑面積6 813.70㎡。

2空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)

2.1 室外空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)（寧波）

夏季：干球溫度35.1℃，濕球溫度28.0℃，通風(fēng)溫度31.9℃，風(fēng)速2.6 m/s，主風(fēng)向S。

冬季：干球溫度-1.5℃，相對(duì)濕度79%，通風(fēng)溫度4.9℃，風(fēng)速2.3 m/s，主風(fēng)向N。

2.2 室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

2.3 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)計(jì)算，廠房空調(diào)冷熱負(fù)荷如下：空調(diào)夏季冷負(fù)荷為1 185 kW，冬季熱負(fù)荷為524 kW。

2.4 空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)

廠房采用風(fēng)冷熱泵作為空調(diào)冷熱源。冷熱源選用 2 臺(tái)制冷量為 630 kW 的螺桿式風(fēng)冷熱泵機(jī)組，設(shè)置于屋面。空調(diào)供冷供回水溫度為 7℃/12℃，供熱供回水溫度45℃/40℃。

3廠房空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及節(jié)能分析

廠房對(duì)于冬夏季均有溫濕度要求，空調(diào)系統(tǒng)使用過程中，由于寧波地區(qū)梅雨季、臺(tái)風(fēng)天室外環(huán)境不利因素以及車間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，業(yè)主反饋車間溫度低、濕度高、能耗偏高的情況，基于此需對(duì)廠房進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造。

該工程空調(diào)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)?？諝馓幚頇C(jī)組的盤管在設(shè)計(jì)狀態(tài)下對(duì)混合空氣（回風(fēng)+新風(fēng)）進(jìn)行降溫、除濕處理后，按照設(shè)計(jì)的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)（為“機(jī)組露點(diǎn)”）送入車間。在設(shè)計(jì)狀態(tài)下， 機(jī)組露點(diǎn)的相對(duì)濕度一般可取 90%～95%，在此基礎(chǔ)上可確定出空氣處理機(jī)組的設(shè)計(jì)送風(fēng)點(diǎn)[2]。

空調(diào)車間的熱濕比ε如式（1）。

ε=（Qs+Qq）/W? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中： Qs為車間顯熱負(fù)荷，單位是kW；Qq為車間潛熱負(fù)荷，kW；W為車間濕負(fù)荷，單位是kg/s。

在夏季空調(diào)使用過程中，車間熱濕比并不是固定不變的。以本案車間為例，車間的濕負(fù)荷主要為人員的散濕量（伴隨產(chǎn)生了潛熱負(fù)荷）。當(dāng)車間人員不變化時(shí)，W和Qq也就穩(wěn)定不變。而車間的顯熱負(fù)荷況會(huì)因室外氣候、車間發(fā)熱設(shè)備使用等因素發(fā)生較大變化，從而導(dǎo)致車間的熱濕比ε在整個(gè)夏季空調(diào)過程中在較大范圍變化[3]。如果在整個(gè)空調(diào)時(shí)段要實(shí)時(shí)滿足車間的熱濕平衡，就要求空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)也必須同時(shí)改變，來滿足車間不斷變化的熱濕比需求。

當(dāng)以冷卻除濕為基本原理的空氣處理設(shè)備需要除濕時(shí)，必須將空氣冷卻降溫到其露點(diǎn)溫度之下。依據(jù)某一個(gè)設(shè)定工況來設(shè)計(jì)和制造的冷卻盤管產(chǎn)品，處理空氣后的送風(fēng)點(diǎn)，在全年處理過程中是無法實(shí)時(shí)做到不同送風(fēng)點(diǎn)需求。如果這時(shí)需要保證車間濕度處于符合工藝需求的水平，在不采取其他措施的情況下，就只有降低車間的室內(nèi)溫度，由此也就會(huì)帶來車間溫度偏低的情況發(fā)生[4]。

本案空調(diào)系統(tǒng)中以車間溫度為主要控制參數(shù)。當(dāng)室外溫度不高但車間散濕量相對(duì)較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致車間相對(duì)濕度偏高。在梅雨季節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)的“陰冷”現(xiàn)象，就是此問題的明顯反映之一。由此可知，采用冷卻除濕方式的空調(diào)系統(tǒng)中，經(jīng)過冷卻除濕處理后的空氣，送風(fēng)溫度較低。

為了滿足除濕需求，表冷器的冷水供水溫度采用 7℃。而若僅考慮排除余熱的要求，同時(shí)考慮換熱器選擇過程中的經(jīng)濟(jì)性問題，那么冷水供水溫度可以提高至 15～16℃左右。根據(jù)目前的冷水機(jī)組性能，蒸發(fā)器的趨近溫差為 1～2℃。因而，當(dāng)冷水供水溫為15～16℃時(shí)，冷水機(jī)組的蒸發(fā)溫度為 13～15℃；而對(duì)于常用的冷水供水溫度為7℃的情況，冷水機(jī)組的蒸發(fā)溫度則需降至 5～6℃，進(jìn)而導(dǎo)致此時(shí)的車間溫度偏低能耗偏高。

4廠房空調(diào)系統(tǒng)改造方案

針對(duì)上述分析，對(duì)廠房空調(diào)做出如下改造方案：方案一是在原有的空氣處理器設(shè)備內(nèi)增加再熱系統(tǒng)。方案二是在原有的空調(diào)系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上增設(shè)適量的除濕設(shè)備，實(shí)現(xiàn)溫度與濕度分控。

4.1 再熱方案分析

根據(jù)前面分析，為了同時(shí)達(dá)到車間溫度和濕度的要求，對(duì)所處理的空氣采用冷卻后再提高送風(fēng)溫度的方式，再熱方案空調(diào)處理原理如圖1。

原空調(diào)系統(tǒng)是針對(duì)排除余熱要求提出，方案一改造方案為余熱、余濕同時(shí)具備實(shí)現(xiàn)車間溫度、濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)有效調(diào)控。

4.2 溫濕度獨(dú)立控制方案分析

現(xiàn)有的車間空調(diào)系統(tǒng)中，采用冷卻除濕方式時(shí)，必須把空氣溫度降至其露點(diǎn)溫度以下，因此需要低于被處理空氣露點(diǎn)溫度的冷源。而針對(duì)車間空氣的降溫處理時(shí)，只需要冷源的溫度低于空氣溫度。由于車間空氣溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其露點(diǎn)溫度，因此降溫所需要的冷源溫度也就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于除濕所需要的冷源溫度。

由此使得采用不同冷源品質(zhì)應(yīng)對(duì)不同的任務(wù)需求成為可能，這樣不但有利于大幅降低制取空調(diào)冷源的能耗，而且還可以充分利用各設(shè)備的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)為空調(diào)區(qū)域降溫與除濕提供更好的思路?，F(xiàn)空調(diào)方案調(diào)整為溫、濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，正是依據(jù)這一客觀規(guī)律，從滿足不同需求出發(fā)，把對(duì)空氣的除濕和降溫區(qū)分開來，用不同的措施和不同的能源設(shè)備來應(yīng)對(duì)。空調(diào)區(qū)的全部顯熱負(fù)荷與部分潛熱負(fù)荷由原有空調(diào)工況及末端設(shè)備承擔(dān)，空調(diào)區(qū)域內(nèi)的部分散濕量用除濕機(jī)組經(jīng)濕處理承擔(dān)。

4.3 方案可行性分析

方案一能實(shí)現(xiàn)目前車間溫、濕度達(dá)標(biāo)的這個(gè)指標(biāo)，彌補(bǔ)現(xiàn)有空調(diào)方案的車間溫度低、濕度偏高，能耗偏大的缺點(diǎn)，但該方案按目前現(xiàn)狀也有以下不足：①由于該方案是比較常規(guī)方案，會(huì)帶來明顯的冷、熱抵消問題，存在顯著的能量浪費(fèi)問題。②所要求的冷水機(jī)組的工作溫度范圍比僅排除余熱要求的工作范圍大出了近 40%左右。冷水機(jī)組運(yùn)行可能存在過載狀態(tài)，將導(dǎo)致冷水機(jī)組的使用壽命縮短。③就原有空氣處理器內(nèi)的安裝位置比較緊湊，施工時(shí)要進(jìn)行停機(jī)拆除整個(gè)空氣處理器箱體，并要更換箱體內(nèi)的結(jié)水盤，由于箱體內(nèi)空間有限且再熱盤管安裝條件不具備，只能安裝電加熱再熱裝置。而電加熱能源轉(zhuǎn)換效率低、能耗高且存在安全隱患。④在原有設(shè)備內(nèi)增加器件會(huì)影響車間正常生產(chǎn)要求，改裝施工周期較長(zhǎng)。

相比于方案一，采用方案二有以下優(yōu)勢(shì)：①在車間內(nèi)增設(shè)除濕設(shè)備，實(shí)現(xiàn)溫度與濕度分控，輔助空調(diào)除濕并實(shí)現(xiàn)車間溫度相對(duì)提升。彌補(bǔ)了空調(diào)機(jī)組因不斷表冷除濕導(dǎo)致室內(nèi)溫度較低的缺陷，保證了車間內(nèi)的濕度達(dá)標(biāo)。②改造因地制宜、定位方便相對(duì)簡(jiǎn)單又快捷，節(jié)能運(yùn)行可靠性高。

5溫濕度獨(dú)立控制實(shí)施方案

基于以上問題，針對(duì)本次車間濕度不達(dá)標(biāo)的具體問題，經(jīng)過各方溝通，并與使用單位一起通過實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，一致認(rèn)為方案二能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)車間熱濕環(huán)境的調(diào)控，并且具有較大的節(jié)能潛力。

根據(jù)任務(wù)分析，構(gòu)成了溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的原理與特點(diǎn)：將控制車間溫度和控制車間濕度分開，采用兩套不同的系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)對(duì)車間的溫度控制和濕度控制。溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)主要原理如圖2所示。

溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)主要包括溫度控制系統(tǒng)和濕度控制系統(tǒng)兩部分[5]?？諝饨?jīng)過“空氣處理機(jī)組”處理后的送風(fēng)點(diǎn)達(dá)到了相應(yīng)的需求后，由送風(fēng)管直接送入車間內(nèi)，直接實(shí)現(xiàn)對(duì)車間環(huán)境或人員活動(dòng)區(qū)的溫、濕度控制。末端設(shè)備通過冷媒交換送冷風(fēng)與車間進(jìn)行熱交換，消除車間顯熱，實(shí)現(xiàn)車間溫度的控制。

濕度控制系統(tǒng)主要包括制取干燥空氣的除濕機(jī)組、直接配置于車間內(nèi)區(qū)域送風(fēng)直排。在保持車間送、排風(fēng)量平衡的條件下，通過送入干燥空氣排除車間余濕以實(shí)現(xiàn)對(duì)車間濕度的控制。采用冷凍除濕，原車間空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行處理承擔(dān)為車間排熱、排濕的雙重任務(wù)?？諝馓幚頇C(jī)組的盤管對(duì)混合空氣（回風(fēng)+新風(fēng)）進(jìn)行降溫、除濕處理后，按照設(shè)計(jì)的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)（通常為“機(jī)器露點(diǎn)”）送入車間。以確保排熱、排濕同時(shí)進(jìn)行。

為此針對(duì)該項(xiàng)目的溫濕度獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)制定了其季節(jié)運(yùn)行模式表，如表2所示?，F(xiàn)該方案已投入實(shí)施，經(jīng)車間使用現(xiàn)場(chǎng)反饋，濕度達(dá)標(biāo)滿足要求，且運(yùn)行能耗得到了較好的改善。

6結(jié)束語(yǔ)

工藝性車間的空調(diào)系統(tǒng)在滿足工藝要求的溫度、濕度及潔凈度的同時(shí)，需要兼顧其節(jié)能性要求。本文通過車間的工藝性空調(diào)節(jié)能改造實(shí)例分析，得出以下3點(diǎn)結(jié)論：①工藝廠房?jī)?nèi)的空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)對(duì)溫、濕度均有要求時(shí)，普通一次回風(fēng)系統(tǒng)較難同時(shí)滿足溫濕度的需求，易造成室內(nèi)溫度較低，濕度較高的現(xiàn)象。②采用溫濕度獨(dú)立控制的工藝空調(diào)系統(tǒng)，比采用再熱系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)避免了冷熱抵消的現(xiàn)象，更利于節(jié)能。③采用溫濕度獨(dú)立控制的工藝空調(diào)系統(tǒng)，比冷凍除濕的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)能夠更好地控制房間濕度和適應(yīng)車間熱濕比的變化。

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