紡織空調變頻多風機系統送風均勻性設計分析

周義德，余珊珊,李進彥

(1.中原工學院，河南 鄭州 450007; 2.河南省紡織建筑設計院有限公司，河南 鄭州 450007)

紡織空調變頻多風機系統送風均勻性設計分析

周義德1，余珊珊1,李進彥2

(1.中原工學院，河南 鄭州 450007; 2.河南省紡織建筑設計院有限公司，河南 鄭州 450007)

文章應用流體力學原理及設計方法，結合多風機送風原理和車間對均勻送風的要求，分析影響變頻多風機送風效果的因素。

紡織空調；多風機送風；均勻性；變頻

隨著紡織廠車間規模增大，紡織空調送風系統送風量也越來越大，送風距離較以往更遠，單側的送風距離可達80m以上，越來越多的大型紡織廠房采用多風機送風系統。由于節能的需要，企業將多風機送風設計為變頻控制方式，根據車間負荷變化，以適應不同情況下的變風量運行。但在實際運行中，多采用風管變徑和調節風口的方法來調節送風均勻性，調節操作不便，送風均勻性差。主要原因是在采用變頻調速的情況下，由于管道內送風量的變化，致使原設計送風管道系統不能滿足變風量均勻送風的要求，車間送風的均勻度很難得到保障,造成送風距離減小，車間溫濕度差異大，送風不均勻的現象。如何預防在變頻狀態下，紡織空調多風機送風系統送風不均勻現象的發生,是變頻多風機送風設計和運行中必須考慮的重要問題。

1　多風機送風系統

1.1多風機送風系統原理

多風機送風系統是在每條支風道的送風口設計一個送風機，如圖1所示。和傳統送風系統的最大不同在于：在多風機送風系統中，經過噴淋室處理過的空氣直接進入主風道，在主風道中通過支風道入口的送風機進入支風道[1]。

1.2多風機送風優點

空調多風機送風是將空調室處理過的空氣送入一個公共送風道內(稱為主風道)，每臺風機都直接安裝在支風道的入口，每套送風系統有兩個或兩個以上的送風機，各臺風機可根據車間不同區域特性,進行分別送風。多風機送風系統不僅可以解決車間送風距離較長、送風量有保障、部分區域空調參數變化的需要，而且可以增大每套空調的送風量。

圖1　紡織廠多風機送風系統示意圖

1.3多風機送風均勻性影響因素

均勻送風要求把等量的空氣沿風道開設的送風口送出，常見的均勻送風道形式有：①改變送風條縫寬度或孔口面積，風道截面積不變；②均勻改變風道截面積，但送風條縫寬度或孔口面積不變；③送風條縫寬度或孔口面積和風道截面積均不變。

若要實現均勻送風，就需要各個風口速度相等，即沿管道的長度方向各風口靜壓值相等，這僅僅是其中的一個必要條件，還應當使得各個側孔的流量系數相等。而流量系數的大小與孔口的形狀，出流角α以及孔口風量與孔口前風道內風量之比等因素有關[2]。由此可見風口靜壓、流量系數、阻力系數、孔口形狀、出流角α以及孔口風量與孔口前風道風量之比都會對送風均勻性造成影響。實踐表明：第1種均勻送風道，雖然可以實現均勻送風，但沿著風道條縫長度和每個孔口尺寸和出風速度不相等，而且制作工藝比較復雜；第2種送風道可以保證均勻送風，而且沿著條縫長度或每個孔口的出風速度也相等，但風道制作要求高；第3種送風道制作方便，但僅能實現近似均勻送風。

為克服以上各均勻送風道的不足之處，保證實現均勻送風，在等截面等條縫送風道的基礎上研制出分段等靜壓均勻送風道(如圖2所示)。

圖2　逐級變截面均勻送風管示意圖

采用這種分段等靜壓管道，使該分段內靜壓基本相等，根據風管內阻力變化規律可知，應使管段內首末端動壓差等于該管段內阻力損失，滿足下列等式成立。

式中；V1,Vm分別為管道內始末端風速，ΔPm、ΔPj分別為管道內沿程損失和局部損失，l為管段長度，ρ為氣體密度。由于各支風口送風。V1>Vm。采取措施調整風口局部阻力，使上式成立，即可滿足均勻送風的基本條件。

當變頻多風機送風時，由于風機直接安裝在支風道入口處，所帶支風道條數較少，支風道間容易實現平衡，但支風道內由于送風量的變化，易引起各風口靜壓變化幅度較大，需在設計時采取必要措施。

2　變頻多風機送風系統設計

在變頻多風機送風系統設計中，除應滿足均勻送風的基本要求以外，還需針對風機的并聯特性、系統風量風壓隨時變化的特點，研究變風壓風量情況下均勻送風原理。有如下設計要點。

2.1送風風機

變頻多風機系統每條主風道可采用兩臺或者兩臺以上送風機，為使風機變頻特性、并聯特性較好，宜采用同型號，性能曲線相似的風機。并應計算各個送風機的并聯特性參數。一般并聯風機臺數以兩臺為宜，如果由于主風道的位置限制，兩條或三條支風道可共用一個送風機；送風機不僅應滿足送風量和風壓要求，也應滿足車間噪聲要求，宜采用墻式安裝的低噪聲軸流風機。

2.2阻力分配

為使系統運行穩定,變頻多風機送風系統阻力分配和零壓點控制至關重要。對變頻多風機送風系統而言，一般公用回路上消耗的風壓不得超過多風機并聯送風中最小風機風壓的30%[4]。其公用回路主要阻力在空調噴淋室區段，由于多風機送風系統送風量大，空氣全部通過噴淋室洗滌，該段的阻力一定很大，若要減小該段阻力，就需要很大的噴淋室斷面，既不現實也不需要，有效的做法是采用二次回風的方法，使一部分空氣不經噴淋室洗滌，直接進入公共主風道內，這樣，由于減少了噴淋室通過空氣量，噴淋段的空氣阻力大大減少，可以達到減少公用回路風阻的目的。

一般多風機送風空調室入口段有新風入口，系統壓力接近大氣，將該處設計為系統的零壓點較為合適。若車間壓力也接近大氣壓力，多風機送風只有噴淋室這一段公共回路(如圖1所示)，在采取措施減少噴淋段空氣阻力后，公共端的并聯影響會降至最小。紡織車間因為工藝生產的需要，一般要求有微正壓要求，可保持車間正壓值在5～10Pa。這樣一方面滿足車間正壓的需要，另一方面，相當于多臺風機同時向大氣送風，并聯的影響最小。在變頻的情況下，一定要核算最低頻率情況下新風口處和車間壓力狀態。

2.3送風管道

因為各分區風機的能力必須要滿足克服公用回路和專用回路風阻的需要，如專用風路風阻過大，勢必選用的風機的全壓要高,這樣就要出現各臺風機能力不一致和風壓相差過大的現象,也就增加了風機并聯運轉的不穩定因素。在風機變頻時，由于風機壓力和頻率的平方成正比，阻力平衡將更為復雜。因此對風道設計有更高的要求。

(1)選擇恰當的初速比，支風道起始端的設計風速不宜大于8m/s在條件許可時，宜使管道內風速逐步降速，這樣容易均勻送風。采用分段靜壓復得法的方法進行設計，即當支風道的風速衰減至風機出口速度的50%～60%時，此時送風量約衰減至總風量的1/2，對支管道進行變徑，以保證支風道的風速重新恢復至設計風速。這就要求多風機送風時，支風道的送風速度不能過高，支風道各段的平均風速宜為5～6m/s，最大風速不宜大于8m/s,

(2)支風道長度宜盡量接近，減少支風道間差別。風管宜采用粗糙度較小的風管，粗糙度K約為0.15mm(如鍍鋅鋼板)，從而減小沿程阻力。

(3)在變頻的工況下，風管中總風量降低，風機的風壓和頻率平方成正比，衰減很快，而在等截面段上出風口截面積和總風管截面積之比f0/F不變。造成送風距離縮短，前端送風口送風量比例增大，末端出風口不能滿足送風量的要求，達不到均勻送風的目的。因此需要設計采用隨風機頻率變化進行調整局部阻力系數的自適應送風口。并將風機的變頻范圍控制在一定的范圍之內。

2.4風口設計

變頻均勻送風要求各個出風口在變頻的情況下送風量大小相等，各個風口速度相等，即沿管道的長度方向各風口靜壓值相等。滿足上述條件，在風口設計時，要求各風口的流量系數、出流角α相等。通常要求出風口流速大于首端風管內的流速，出流角大于α≥60°，流量系數為0.60～0.65，并盡量使支風口沿風管長度方向開設[5]。

圖3　帶型勻流式自適應送風口示意圖

為實現變頻情況下的均勻送風，通常采取在孔口處裝設垂直于側壁的垂直導風葉片，如帶型勻流式自適應送風口(如圖4所示)，長條形出風口與送風道鏈接的入口處設有一組垂直的導風葉片，人為增大出流角。出風口的下部設有風量調節閥，下方吊裝縱向連接的導風板，出風氣流因導風板的阻擋作用不會直接吹向工作區，而是由導風板形成左右兩側水平送風和斜下方送風的三向出風形式。通過調節閥葉片相互間的角度，還可以改變三個方向出風量的比例。

當風機變頻送風時，在垂直導風葉片和導風板的不同風阻的作用下，由于出風口風速的變化，自動改變兩側送風量和下部送風量，自適應調整風口的局部阻力系數，實現各風口送風量的穩定性。實踐證明，在采用多風機送風系統時，在風機頻率在35～50Hz范圍變化時，采用帶型勻流式自適應送風口可以將各送風口送風量不勻率控制在8%以內。整個車間的溫濕度不勻率控制在5%以內。

2.5變頻均勻送風控制

紡織企業需要根據品種的變化和車間的設備開停情況進行區域溫濕度調節，由于空調系統是按最大負載進行設計，而實際上一年當中絕大部分時間負載都不在滿負荷下運行，由此可見，變頻調速節能控制技術對紡織空調系統的節能意義重大。采用變頻控制技術來控制風機，根據環境條件的需要改變轉速，從而實現降低風機的能耗。例如當風機頻率降低10%時，系統送風量下降10%時，風機送風壓力下降19%，風機輸出軸功率下降27%。節能效果明顯。

同時在變頻調速狀態下，當風量降低，風機的輸出功率下降，風道壓力也隨之下降。但風道壓力下降比例大于風量降低量，如在送風量降低25%時，送風全壓降低44%，致使原設計送風管道系統不能滿足變風量的需要，車間送風的正常狀況很難得到保障。造成送風距離短，車間溫濕度差異大，送風不均勻的現象，也不保證車間換氣次數的要求。

變頻多風機送風系統對控制的依賴性很大，為使送風機在變頻的情況下，系統能夠保證均勻送風，最大限度節約用電，控制方案宜采用浮動露點自動控制變頻送風方案。控制手段可采用根據車間的開機情況，室外溫濕度條件，在保證均勻送風的條件下，采用新風冷量優先、低電耗調節優先、充分利用二次回風的控制策略[6]。

鑒于上述情況，建議風機風量變化范圍限制在75%以上，保證送風均勻性和車間換氣次數的要求。也可保證變頻器的運行效率。當車間負荷降低至設計的75%以下時，啟動非露點噴淋或二次回風控制方法。由于車間負荷和季節、晝夜氣候變化較大，風機變頻控制宜采用浮動露點自動控制變頻送風方案。

3　結論

3.1為保證多風機送風系統的均勻性，應采用同型號風機并聯，并應合理分配系統阻力和零壓點控制，降低公用回路阻力。

3.2變頻狀態下，實現均勻性送風，應選擇恰當的初速比，采用分段靜壓復得法的方法進行支風道阻力設計，風管分段以風量遞減至1/2時進行變徑。風口宜采用帶型勻流式自適應送風口。出流角大于α≥60°，風口流量系數范圍為0.60～0.65。3.3為保證紡織車間的溫濕度和氣流的穩定性，變頻范圍宜控制在75%以上，控制方式宜采用浮

動露點自動控制變頻送風方案。

[1]樊瑞，楊瑞梁，周義德，王宏偉.紡織空調多風機送風系統設計運行分析[J].上海紡織科技.2011,39(3):57—59.

[2]周義德,楊瑞梁.紡織空調除塵節能技術[M].北京：中國紡織出版社，2009.

[3]郁履方.紡織廠空氣調節[M].北京：中國紡織出版社，1990.[4]李慶軍，侯國忠，黃曉波.淺談多風井多風機分區并聯通風[J].煤炭技術,2005，20(2)：67—68.

[5]陸耀慶．實用供熱工程設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[6]周義德，梁永智，何大四.浮動露點恒溫控制法在紡織空調中的應用[J].棉紡織技術，2012,40(6):5—8.

AnalysisforAirSupplyUniformityofFrequencyConversionMulti-fanSystemofTextileAir-conditioning

Zhou Yide1， Yu Shanshan1, Li Jinyan2

(1.ZhongyuanUniversityofTechnology，Zhengzhou450007,China;2.HenanTextileArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd.,Zhengzhou450007,China)

Combiningtheair-supplyprincipleofmulti-fansystemandtherequirementofairsupplyuniformityinthetextileworkshop,theinfluencedfactorsoffrequencyconversionmulti-fansystemwereanalyzedbyusingtheprincipleandthemethodoffluidmechanics.

textileairconditioning;multi-fansystem;uniformity;frequencyconversion

2014-11-20

周義德(1957—)，男，河南南陽人，教授。

TH43

B

1009-3028(2015)02-0015-04