西安某紡織企業(yè)職工餐廳冬季空調(diào)系統(tǒng)改造方案優(yōu)化設(shè)計

劉瑞龍 顏蘇芊 周茂德 秦 莉

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西安某紡織企業(yè)職工餐廳冬季空調(diào)系統(tǒng)改造方案優(yōu)化設(shè)計

劉瑞龍1顏蘇芊1周茂德2秦 莉1

（1.西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 西安 710048；2.西安大明宮建材實業(yè)（集團）有限公司技術(shù)部 西安 710016）

采用實地測試與理論計算相結(jié)合的研究方法，為某紡織企業(yè)職工餐廳出現(xiàn)的墻體、屋面嚴重霉變提出了不同解決方案。通過分析發(fā)現(xiàn)，解決該企業(yè)餐廳墻面與屋頂霉變嚴重可以通過采用暖風(fēng)機送風(fēng)系統(tǒng)或全新風(fēng)系統(tǒng)全熱回收加熱方式來實現(xiàn)。企業(yè)在進行改造時，應(yīng)按照實際運行情況采用切實可行的節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)化改造方案。

職工餐廳；霉變；暖風(fēng)機；全熱回收

0 引言

職工餐廳已成為大多數(shù)工業(yè)企業(yè)不可缺少的組成部分。對于絕大多數(shù)企業(yè)餐廳而言，它們具有營業(yè)時間內(nèi)人流量大而其它時間人員稀少的特點。在就餐時間內(nèi)，大多數(shù)企業(yè)餐廳出入口均處于開放狀態(tài)。因此，餐廳通風(fēng)設(shè)計是否合理對企業(yè)員工就餐環(huán)境和餐廳工作人員工作環(huán)境起到了決定性作用。然而，目前部分企業(yè)員工食堂仍經(jīng)常出現(xiàn)室內(nèi)溫濕度達不到設(shè)計要求和廚房油煙排出不暢等問題，造成這一現(xiàn)象的主要原因是項目建設(shè)中施工單位與甲方之間初期協(xié)調(diào)不利和餐廳通風(fēng)設(shè)計不夠合理[1]。

本文基于西安某紡織企業(yè)職工餐廳在使用中存在墻體和屋頂大面積霉變的問題，通過實地測試與理論計算對該企業(yè)餐廳墻體霉變原因進行分析后提出了兩種不同的解決方案，并對不同方案進行了對比探討。

圖1 餐廳平面位置布置圖

1 西安某紡織廠餐廳出現(xiàn)的問題及原因分析

西安某紡織廠為近年新建紡織廠，餐廳容納人數(shù)為200人，餐廳位于企業(yè)廠房內(nèi)部，餐廳東、西、南、北側(cè)分別為紗管房、準備穿筘室、經(jīng)軸庫和織布車間主通道。該餐廳除屋頂外無外圍護結(jié)構(gòu)，該餐廳有六扇窗和兩個大門，詳細位置見餐廳平面布置圖1；通風(fēng)環(huán)境相對惡劣。該企業(yè)餐廳層高為5.5米，其墻體1米以下部分采用磚混結(jié)構(gòu)，其它位置均使用石膏板。目前，西安某紡織企業(yè)餐廳主要存在的問題是餐廳東墻面和屋頂大面積霉變。因此，本文在研究該企業(yè)職工餐廳的熱濕環(huán)境時，取冬季取餐廳內(nèi)3個測點（測點布置在距離墻體0.1，地面高度為1.5m處）和其對應(yīng)的表面溫度進行測試得出結(jié)果見表1。

通過對餐廳熱濕環(huán)境進行測試發(fā)現(xiàn)，該餐廳室內(nèi)相對濕度較大，這主要是由于：（1）紡織企業(yè)生產(chǎn)車間工藝要求，相鄰車的溫度和相對濕度較高；（2）配餐間工作時產(chǎn)生大量水蒸汽使空氣的相對濕度提高，并且未有向外排放水蒸氣的出口。（3）餐廳內(nèi)部的水池和就餐人員也是使相對濕度提高的原因。

表1 西安某紡織企業(yè)職工餐廳熱濕環(huán)境測試結(jié)果

2 企業(yè)餐廳冬季室內(nèi)參數(shù)確定、負荷及送風(fēng)量計算

2.1 確定冬季室內(nèi)參數(shù)

由表1可知墻體和門的表面溫度低于空氣的露點溫度才會產(chǎn)生霉變，因此當墻體和門的表面溫度高于空氣的露點溫度時就可以消除霉變現(xiàn)象。

當室內(nèi)空氣的設(shè)計參數(shù)為t=25℃，相對濕度為60%，由焓濕圖可知室內(nèi)空氣的露點溫度為l=16.5℃，比較表1可知，均小于各處墻體表面溫度；假設(shè)企業(yè)餐廳屋頂內(nèi)表面溫度比墻體溫度低1℃，即17.0℃，也高于設(shè)定空氣的露點溫度。

已知屋頂?shù)臒嶙?0.83（m2·K）/W（即傳熱系數(shù)=1.2W/（m2·K）），查設(shè)計用室外參數(shù)可得西安地區(qū)冬季空氣調(diào)節(jié)室外計算溫度t=-5.6℃，相對濕度為66%。此樓板內(nèi)表面的換熱系數(shù)α為8.7W/（m2·K），溫差修正系數(shù)=1.00。為了避免出現(xiàn)凝水現(xiàn)象，要求屋頂?shù)膬?nèi)表面溫度高于空氣的露點溫度。

為了防止結(jié)露，當圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度τ=l+1℃時，所算出的熱阻為允許最小熱阻[2]：

（m2·K）/W

因?qū)嶋H屋頂?shù)臒嶙?.83（m2·K）/W>min，則當室內(nèi)空氣參數(shù)為t=25℃，相對濕度為60%，此時屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)滿足不結(jié)露要求。

2.2 西安某紡織企業(yè)餐廳負荷計算

2.2.1 餐廳濕負荷計算

西安某紡織企業(yè)餐廳濕負荷主要有配餐間炊具、水池和人員的散濕量三部分組成，它們的計算見式（2）～（3）[3,4]。

配餐間（1）及水池散濕量（2）：

式中：為蒸發(fā)表面積，m2；P.b為相應(yīng)于水表面溫度下飽和空氣的水蒸汽分壓力，Pa；P為室內(nèi)空氣中的蒸汽分壓力，Pa；為標準大氣壓力，Pa；’為當?shù)貙嶋H大氣壓力，Pa；為蒸發(fā)系數(shù),水池對應(yīng)的溫度30℃時取為0.00017g/（m2·h·Pa）；配餐間對應(yīng)水蒸汽溫度為80℃時取為0.00038g/（m2·h·Pa）。

人體散濕量（3）：

式中：為就餐人數(shù)，個；為單個成年男子的散濕量為56g/h；為群集系數(shù)，紡織廠的群集系數(shù)為0.9。

通過計算，該餐廳就餐時間室內(nèi)濕源散濕量結(jié)果見表2。

表2 就餐時間室內(nèi)散濕量總計

2.2.2 餐廳熱負荷計算

西安某紡織企業(yè)餐廳冬季熱負荷主要集中為餐廳屋面與室外的傳熱（為了最大限度的減少結(jié)露現(xiàn)象，忽略人員和燈光向餐廳的散熱），計算式見（4）。

式中：為溫差修正系數(shù)，取為1.0；為室內(nèi)屋頂傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；取屋頂傳熱系數(shù)為1.2W/（m2·K）；為餐廳屋頂面積，m2，通過測試；該餐廳屋頂面積為475m2；通過計算，該企業(yè)餐廳冬季屋頂熱負荷為-17.44kW。

2.3 餐廳送風(fēng)量計算

要達到消除霉變的要求必須使室內(nèi)常年保持空氣狀態(tài)為：t=(25±1)℃，=60%±5%，當?shù)卮髿鈮毫?5980Pa。

則熱濕比：

在-圖上（圖2）確定室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài)點S，通過該點畫出=-6113的過程線。取送風(fēng)溫差為△=5℃，則送風(fēng)溫度t=25+5=30℃，得送風(fēng)狀態(tài)點S。

圖2 確定送風(fēng)狀態(tài)的h-d圖

Fig.2 The h-d of the air supply status determine

h=60.9kJ/kg，d=12.0g/kg；h=57.3kJ/kg，d=12.6g/kg。

消除室內(nèi)濕負荷風(fēng)量（1）：

式中：為總含濕量，kg/s；為空氣密度，1.2kg/m3。

則：

m3/h

消除室內(nèi)熱負荷風(fēng)量（2）：

通過計算，西安某紡織企業(yè)餐廳消除濕負荷與熱負荷的送風(fēng)量見表3。

表3 西安某紡織企業(yè)餐廳冬季送風(fēng)量計算值

3 西安某紡織企業(yè)餐廳空調(diào)系統(tǒng)不同優(yōu)化方案設(shè)計分析

通過上文的計算已經(jīng)得出，消除餐廳熱濕負荷需要的送風(fēng)量為20928m3/h，為了保證該餐廳不發(fā)生霉變現(xiàn)象，取送風(fēng)量為21000m3/h。西安某紡織企業(yè)為全天運轉(zhuǎn)，該企業(yè)餐廳全天提供早、中、晚三餐，其它時間餐廳不開放，同時本文在該問題上為企業(yè)提出了兩種空氣處理方案，方案一是采用一部分穿筘室內(nèi)的空氣與室外新風(fēng)混合處理后的送風(fēng)系統(tǒng)，方案二是全部使用室外新風(fēng)處理的全新風(fēng)系統(tǒng)[5-7]。

3.1 暖風(fēng)機送風(fēng)系統(tǒng)（方案一）

如圖3所示，首先配餐間與餐廳之間，除了售飯窗口外，應(yīng)做到完全分隔，配餐間應(yīng)吊頂，利用排風(fēng)機將配餐間產(chǎn)生的余熱余濕直接排出室外；然后，在餐廳內(nèi)設(shè)置三臺暖風(fēng)機（注：暖風(fēng)機需接入車間蒸汽管道），暖風(fēng)機使用80%穿筘室內(nèi)的空氣（其狀態(tài)參數(shù)為27℃，相對濕度為60%）、20%室外新風(fēng)W混合后加熱送入餐廳，使餐廳內(nèi)的溫度和濕度滿足要求，其露點溫度始終低于餐廳內(nèi)墻和屋頂?shù)谋砻鏈囟龋瑥亩ＷC四周墻體及屋面不再結(jié)露。

圖3 暖機送風(fēng)系統(tǒng)示意圖

W:室外空氣狀態(tài)點；K:從穿筘室引入的空氣的狀態(tài)點；C:混合點

設(shè)備選取步驟：（1）根據(jù)總風(fēng)量為21000m3/h，選取三臺暖風(fēng)機進行送風(fēng)，可知每臺的送風(fēng)量為=7000m3/h；（2）由圖4知各臺暖風(fēng)機需要把混合后的空氣從混合點C處加熱到S處，由1=(t-t)，可以得出單臺暖風(fēng)機所需加熱量，查焓濕圖可知t=20.6℃，則加熱量1=1.2×1.01×7000×(30-20.6)/3600=22.15kW；（3）由以上兩點綜合選取送風(fēng)量為7500m3/h，加熱量為25kW的SH25型暖風(fēng)機。由總的送風(fēng)量選取排風(fēng)量為21000m3/h的Y-100L-4型屋頂排風(fēng)機。

3.2 全新風(fēng)系統(tǒng)全熱回收加熱方式（方案二）

如圖5所示，此方案將配餐間的高濕空氣經(jīng)全熱換熱器與室外新風(fēng)進行熱交換，提升室外新風(fēng)的溫度，然后利用蒸汽加熱器把新風(fēng)再次等濕加熱達到送風(fēng)要求，利用圓形噴口把加熱后的空氣平行送入餐廳，使回流氣流經(jīng)過職工用餐區(qū)域，再經(jīng)配餐間排風(fēng)機排至室外。

圖5 全新風(fēng)系統(tǒng)示意圖

O:經(jīng)全熱換熱器等濕加熱后的空氣狀態(tài)點

設(shè)備選取步驟：（1）由圖6可知全熱換熱器將室外新風(fēng)從W加熱到0點，所需加熱量為2=`(t-t)，參考全熱換熱器效率為65%，，經(jīng)計算得t=14.29℃。因已知`=21000m3/h，則換熱量2=1.2×1.01×21000× [14.29-(-5.6)]/3600=140.6kW；（2）由圖6可知蒸汽加熱器需要把經(jīng)全熱換熱器加熱后的空氣從O點再次加熱到S點，則蒸汽加熱器所需提供的加熱量3=`(t-t)，計算的3=1.2×1.01×21000× (30-14.29)/3600=111.1kW；（3）由總的送風(fēng)量21000m3/h及換熱量140.6kW選取的K-140WD型號全熱換熱器；由送風(fēng)量為21000m3/h，加熱量為111.1kW選取SH120H型高效蒸汽加熱器；排風(fēng)機選取21000m3/h的Y-100L-5型屋頂排風(fēng)機。

3.3 不同方案的對比分析

根據(jù)上文分析，當餐廳采用含暖風(fēng)機送風(fēng)系統(tǒng)時，企業(yè)需要投入的設(shè)備有回風(fēng)口、暖風(fēng)機和屋頂排風(fēng)機；當采用全新風(fēng)系統(tǒng)時，企業(yè)需投入的設(shè)備送回風(fēng)口、全熱換熱器和蒸汽加熱器，根據(jù)系統(tǒng)實際風(fēng)量與熱量要求，對該企業(yè)餐廳改造通風(fēng)系統(tǒng)所需設(shè)備進行選型計算，兩種方案的初期設(shè)備投資與額定功率見表4。

企業(yè)餐廳每天開放時間為早上6:30-7:30，中午11:00-13:00，下午5:00-7:00（含配餐時間），每天共5小時，冬季運行天數(shù)取為120天，且該企業(yè)電費為0.8元/kWh。該企業(yè)所需初期設(shè)備投資為7000元；冬季電費成本為3.88×5×120×0.8=1862.4元；已知所需的蒸汽參數(shù)為0.4MPa，汽化潛熱為2137.5kJ/kg，市場價格為230元/（t蒸汽），每小時單臺暖風(fēng)機蒸汽量為22.15/2137.5×3600 =37.3kg/h，則每天耗用蒸汽量為37.3×3×5= 559.6kg/d，蒸汽的費用為559.6/1000×120×230= 1.54萬元；因此方案一的運行費用為1.73萬元/年。

當采用方案二時，該企業(yè)需要初期設(shè)備投資2600元。冬季電費成本為15.27×5×120×0.8=7329.6元；考慮到蒸汽加熱器用于冬季，冬季運行天數(shù)取為120天，每小時蒸汽加熱器所需蒸汽量為111.1/2137.5×3600=187.1kg/h，則每天耗用蒸汽量為187.1×5=935.6kg/天，蒸汽的費用為935.6/1000×120×230=2.58萬元；因此方案二的運行費用為3.32萬元/年。

表4 兩種方案設(shè)備投資費用及額定功率

方案一的優(yōu)點是設(shè)備投資較少，施工量小，技術(shù)要求低，便于施工；缺點是該系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性較差，當餐廳內(nèi)溫濕度發(fā)生較大波動時，餐廳溫濕度有時達不到設(shè)計要求，職工在用餐舒適感相對較差。方案二的優(yōu)點是能夠徹底解決室內(nèi)霉變問題，同時滿足餐廳內(nèi)空氣潔凈度和職工就餐舒適度要求；缺點是設(shè)備初期投資大，運行費用高，且施工量大，同時對屋頂、墻體承重要求較高。

4 結(jié)論

通過分析得出此紡織企業(yè)餐廳墻體、屋頂產(chǎn)生霉變的原因主要是由于餐廳內(nèi)濕源散濕量較大且圍護結(jié)構(gòu)溫度較低。本文為解決該問題提出了兩種空氣處理方案，兩種方案各有特點，企業(yè)在進行優(yōu)化改造時，應(yīng)結(jié)合其實際運行情況采用切實可行的節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)化改造方案，在解決企業(yè)實際問題的同時，保證企業(yè)低成本運行[8]。

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The Optimization Design of Air Conditioning System Transformation Plan in Winter of a Textile Enterprise Catering in Xi'an

Liu Ruilong1Yan Suqian1Zhou Maode2Qin Li1

( 1.Xi'an Polytechnic University, Xi'an, 710048;2.Xi'an Daming Palace building materials industry (Group) Co., Ltd, Xi'an, 710016 )

The methods of field test and the combination of theory and calculation were adopted in this paper, different solutions were put forward for the matter of serious mildew of wall and roof a textile enterprise’s employee dining hall. The analysis revealed that, to solve the company restaurant walls and the roof severe mildew can contain Heater air system or a new wind-wide heat recovery system to achieve. In the transformation of the enterprises, should be the actual operation of the practical use of energy saving, environmental protection, optimization and reform program.

employee dining room; mildew; Heater air; wide heat recovery

1671-6612（2016）05-539-05

TS108.3

B

劉瑞龍（1987.8-），男，在讀碩士研究生，E-mail：1586530293@qq.com

顏蘇芊（1970.1-），女，博士，副教授，E-mail：746266396@qq.com

2016-01-26