全空氣型溫濕度獨立控制空調系統

王曉建 上海煙草集團有限責任公司基建設備處

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全空氣型溫濕度獨立控制空調系統

王曉建 上海煙草集團有限責任公司基建設備處

摘要：分析了傳統一次回風空調系統和風機盤管加新風溫濕度獨立控制空調系統的優缺點，在此基礎之上提出適用于卷煙生產的全空氣型溫濕度獨立控制空調系統。風機盤管加新風溫濕度獨立控制空調系統為空氣-水系統不適用于卷煙生產，全空氣型溫濕度獨立控制空調系統吸收了其控制精確又節能的優點且解決了一次回風系統再熱再濕能源浪費的問題。

關鍵詞：全空氣空調系統；溫濕度獨立控制；煙廠空調；節能

我國卷煙生產約占世界卷煙總產量的35 %，煙草行業消耗能源總量折合標準煤230萬t，其中煤炭消耗量97萬t，電力消耗量37億kWh。在卷煙廠全年總能耗中，空調系統能耗通常占30%～50%［1］，是卷煙能耗的重要組成部分，也是卷煙廠的節能重點。

卷煙生產的過程中發熱、產濕且揚塵，空間較大，不同工藝段溫濕度要求不同，設備較多且發熱量較大等等因素決定了煙廠空調的復雜性。因此在對煙廠空調設計時，如何在滿足卷煙廠設計規范要求的基礎之上合理設計高效節能的空調系統需要深入研究。本文在分析傳統一次回風系統和風機盤管加新風溫濕度獨立控制系統優缺點基礎之上提出適用于卷煙生產的全空氣型溫濕度獨立控制系統。

1　一次回風系統與風機盤管加新風溫濕度獨立控制空調系統

傳統的卷煙廠空調即一次回風系統，空調處理過程如圖1所示，新風W與室內回風N混合至C，經表冷除濕至L，再熱至送風點O送至房間。表冷盤管進水溫度為7 ℃，遠遠低于表冷器入口空氣露點溫度（一般16℃左右）導致過度降溫，需要加熱盤管對空氣進行再熱（LO段），冷熱空氣處理設備同時打開，致使一部分冷量和熱量做了無用功；同時若除濕過度還造成再加濕。某煙廠卷包車間一臺120 000 m3/h空調箱經表冷盤管后再加熱段耗能為63.1 kW，約占整個空調箱耗能的20.58%［2］，可見再熱部分的能耗是相當嚴重。

圖1　一次回風空調系統

SARS疫情以后考慮室內空氣質量，民用和商用建筑領域提出風機盤管加新風系統（以下簡稱風機盤管空調系統），后來進一步發展為溫濕度獨立控制系統，基本原理如圖2所示，風機盤管表面溫度高于室內空氣N的露點溫度，盤管干工況運行，將室內空氣降溫處理到N'點，與由新風機組送出的W'狀態的風混合至C點，送到室內帶走濕熱負荷。冷源包括兩部分：高溫冷源用于干式盤管冷卻室內回風，低溫冷源用于新風機組進行除濕，兩者分別控制溫、濕參數，該技術能更好地保證溫濕度等參數的精確控制，工程實踐表明節能效果顯著［3］。在同樣的室內環境下，研究發現風機盤管空調系統要比傳統的一次回風系統耗冷量減少26.9%，綜合COP有效提高17.95%，且對空氣參數控制更有效［4］。

但結合卷煙廠特點，風機盤管系統并不適用。主要原因是機組分散設置，臺數較多，維修管理工作量大；室內空氣品質比較差，煙廠粉塵多，很難進行二級過濾且易發生凝結水滲頂事故。一旦出現凝結水滲頂事故，將嚴重影響卷煙廠生產，造成的損失巨大。風機盤管機組方式本身解決新風量困難，由于機組風機的靜壓小，氣流分布受限制，適用于進深小于6 m的房間并不適用卷煙廠大空間。

2　全空氣型溫濕度獨立控制系統

傳統的卷煙廠空調屬于全空氣空調系統，而風機盤管系統屬于空氣-水系統，深刻研究風機盤管溫濕獨立控制空調系統的控制精確和節能特點，考慮一次回風系統再熱再濕的弊端，提出全空氣型溫度濕度獨立控制空調系統（見圖3）。

圖2　風機盤管加新風空調系統

圖3　全空氣型溫濕度獨立空調系統示意

如圖3所示，該系統由高低溫兩種冷機、兩臺空調箱及其配套設備組成，新風空調箱專用于處理新風，處理好的新風與室內回風混合經回風型空調箱處理至送風狀態。其中，在新風處理過程中，室外新風經過兩次表冷器，先經高溫冷水降溫冷卻，再由低溫冷水進一步降溫達到除濕目的。

該系統空氣處理原理如圖4所示，室外狀態點W經一次高溫冷水冷卻至W'，后由低溫冷水降溫除濕至W''，處理好的新風W''與室內回風N混合至C點，經降溫處理（CO）至送風點O。

該空氣處理過程原理本質上與風機盤管一致：濕負荷由經低溫冷源處理的新風處理，而室內的熱負荷則有高溫冷水處理，即新風空調箱與回風型空調箱分別控制濕、溫參數，實現全空氣系統溫濕分控技術。由此根源上解決了一次回風系統過度除濕帶來的再熱和再濕過程。在該過程中，一共用兩處高溫冷水，一處在新風預冷（從W-W'-W''而不是直接W-W''），另一處在處理好的新風與室內回風混合之后的降溫處理，兩處均不需處理濕負荷，因此合理使用高溫冷水，避免高品位冷源的浪費。一項研究表明［2］：當負荷率一定時，隨著冷凍水溫度的提高，冷機COP 升高，如負荷率為60%時，冷凍水供水溫度從7 ℃到9 ℃，冷機COP 由6 提高到6.6，到11 ℃時冷機COP 達到7.1；供水溫度12 ℃ 時，與供水溫度7 ℃ 時相比，可節能28%。全空氣溫度獨立控制空調系統設計高溫冷機供、回水溫為14/19℃，低溫冷機供、回水溫為7/12℃，低溫冷機一般在濕負荷較大時使用，一年中使用時間相對短暫，而高溫冷機也就有在夏季時使用，過度季節以及冬季需供冷一般都采用冷卻塔供冷技術［5］。因此采用全空氣型溫濕度獨立控制空調系統可大大減少常規低溫冷機的開機時間，不但提高冷機使用壽命，且提升整個空調系統的節能率。

須指出，相比傳統煙廠空調系統，全空氣溫濕度獨立控制空調系統節能且控制精確，但也造成初投資增加及機房站房面積增大。但從煙廠運行管理以及長期運行的角度出發，全空氣溫濕度獨立控制空調系統較傳統煙廠空調無疑更具優勢。設計時，為減少站房面積及初投資，新風機組可采用一臺供多臺的形式，如卷接包車間配套設置3套新風獨立處理空調系統，送風量3×100 000 m3/h，可滿足13套回風型空調系統使用，送風量13×120 000 m3/h。

3　結論

提出了一種全新的適用煙廠大空間空調系統，即全空氣型溫濕度獨立控制空調系統，由獨立的新風處理系統承擔排除室內余濕并改善室內空氣品質的任務，由另一套獨立的空氣處理系統承擔排除室內余熱的任務。在新風空調系統只要控制絕對含濕量（室內余濕），回風型空調系統控制溫度（室內余熱），做到溫濕獨立控制。主要有以下優點。

（1）可顯著提升空調系統的綜合能效，全空氣型溫濕獨立控制空調系統的夏季綜合能率（綜合COP）可以提高20%以上，節能優勢顯著。

（2）通過溫濕獨立控制，可避免夏季由于過度除濕而造成的再熱能源浪費，該系統可以通過對新風系統出風工況的調整，實現室內相對濕度的精確控制，在滿足工藝要求與節能之間尋求一種平衡。

（3）可有效解決梅雨季節的問題，系統除濕由新風系統獨立承擔，只需起用部分低溫冷源實現新風除濕，即可解決上述“梅雨”季節的問題。

參考文獻

［1］ 張小芬，郜義軍，李先庭，沈恒根.卷煙廠空調系統及節能研究現狀［J］.暖通空調，2011，41（11）：107-113.

［2］ 張小芬，吳偉，張穎，李先庭，沈恒根.卷煙廠空調系統提高冷凍水供水溫度的實驗測試［J］.煙草科技，2012（7）：24-28.

［3］ 劉曉華，江億.溫濕度獨立控制空調系統［M］.建筑節能技術與實踐叢書.中國建筑工業出版社，2006.

［4］ 歐陽琴，譚超毅.雙冷源溫濕分控空調系統在粘膠長絲生產中的應用［J］.設備與控制，2011，34（4）：56-59.

［5］ 陳華平，邵征宇.卷煙廠生產車間冷卻塔冬季供冷節能技術研究［J］.煙草科技，2010（2）：11-14.

All Air Type Dedicated Temperature and Humidity Control Air Conditioning System

Wang Xiaojian
Shanghai Tobacco Group Co.，Ltd Infrastructure Facility Office

Abstract：The article analyzes advantages and disadvantages of traditional primary return air air conditioning system and fan coil plus fresh air dedicated temperature and humidity control air conditioning system.It puts forward all air type dedicated temperature and humidity control air conditioning system，which is suitable for cigarette production on basis of analysis.Fan coil plus fresh air dedicated temperature and humidity control air conditioning system uses air-water system，which is not suitable for cigarette production.All air type dedicated temperature and humidity control air conditioning system not only absorbs its accurate control and energy saving advantages but also solves problems，such as reheat and rehumidifying causing energy waste in primary return air system.

Key words：All Air Conditioning System，Dedicated Temperature and Humidity Control，Tobacco Factory Air Conditioning，Energy Saving

［作者簡介］

王曉建：（1987-），碩士，主要從事煙廠空調設計和管理及技改工作。

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.04.013