基于能耗監測系統的某織布車間空調能耗分析

余國妮　顏蘇芊　韓曉磊

摘要：對西安某紡織廠織布車間空調系統的估算能耗和實際運行監測能耗進行對比，在此基礎上，從控制區域溫濕度和風機水泵運行穩定性角度進一步分析了實際運行情況，并提出了優化節能措施。結果表明：織布車間在使用大小環境分區空調系統時，存在大小環境溫濕度耦合效果不理想的情況；相同的空調系統在相同的室外參數和室內參數條件下，耗電量和實際運行情況均不相同，說明優化空調系統的運行狀態可以節能。

關鍵詞：織布車間；空調系統；耗電量；節能優化

目前，傳統紡織行業整體利潤率下降，紡織產品市場競爭日益加劇，而紡織廠空調系統以高能耗著稱。據統計，空調系統耗電量約占企業用電成本的25%，是除工藝機以外的主要耗能部分，因此減少空調系統能耗是降低紡織廠綜合生產成本的重要途徑。目前紡織廠空調系統運行存在諸多問題，應對其運行狀態進行分析，為調節空調設備和優化空調系統運行提供基礎。本文以西安某紡織廠織布車間空調系統為研究對象，對其進行能耗測試和運行參數分析，分析了系統的穩定性和節能潛力，并在此基礎上提出節能優化措施。

1.織布車間空調系統和能耗組成

西安某紡織集團織布車間一期工程建設規模為820臺噴氣織機，主廠房為鋼筋混凝土大梁風道結構型廠房，附房為磚混結構，主廠房高度為7.65 m，織布車間總面積為19 977.46 m2，分為4個區域。車間內空調系統均為LUWA空調自控系統，共8個空調室。本文選取13#和14#空調室為研究對象，對應的織布車間面積為4 925.Cm2，共有噴氣織機192臺，噴氣織機的型號和數量如表1所示。

1.1空調系統概況

在織布車間中，為了同時滿足生產工藝和人體熱舒適性的需要，對織機織造區域和工人操作區域采用多風機分別送風的方式，即大小環境分區空調。該織布車間大小環境分區空調系統流程如圖1所示，其設計思想是：由局部送風來滿足小環境（即織造區域）的工藝性要求，而大環境（即整個車間）則按照舒適性空調的要求進行全面送風，車間內氣流組織形式為上送下回，回風采用地排回風方式。

所選取的空調系統大小環境共用一個噴水室，因此送風露點溫度相同。車間內大小環境溫濕度由各自的溫濕度傳感器測定，PLC自控系統實時計算實際露點溫度，并和設定露點溫度相比較，從而調整新、回和排風閥開度。根據露點溫度，大小環境系統分別通過車間溫濕度傳感器的反饋值，經PLC自控系統優先調節新、回風量以控制溫度，調節二次回風量控制相對濕度。其中，該紡織廠織布車間空調系統執行標準和具體設定值如表2所示。

1.2空調系統能耗組成

結合所選織布車間空調系統的流程圖，可知該織布車間空調系統的能耗組成主要包括：大小環境送風風機、地排風風機、噴淋水泵、集塵風機、水過濾器、轉籠式過濾器。空調系統主要設備參數如表3所示。

2.空調系統能耗分析

2.1估算能耗

由表3中空調系統主要耗能設備的性能參數表可知：13#空調系統和14#空調系統中都有1個大環境送風機、2個小環境送風機、3個地排回風機、2個噴淋水泵、2個集塵風機、2個水過濾器、3個轉籠式過濾器。根據表3中所示的空調系統主要耗電設備功率，可以估算出所選取的織布車間日平均耗電量為：

（18.5×2+22+18.5×3+22+11+18.5+4×2+0.12×2+0.37×3）X2×24×60%=4 416.48 kW·h/d上式中，考慮空調自控系統中水泵和風機都安裝了變頻器，可以根據生產車間實際溫濕度和室外溫濕度變化情況對風機和水泵的運行狀況進行及時調節，所以水泵和風機不會全天滿負荷運行，故乘以系數60%。

紡織廠生產用電屬于工業用電，根據目前西安地區工業用電收費標準0.786 9元/（kW·h），則所選取的織布車間空調系統日平均電費為：

0.786 9元/（kW·h）×4416.48（kW·h）/d=3 475.33元/d

2.2監測能耗

該織布車間的能源監測采用基于PLC和iFIX的SCADA監測控制與數據采集系統，用來對整個空調系統運行進行實時監測，從而實現整個系統的經濟運行及自動控制，其數據來源于PLC空調自控系統傳輸的實時數據，PLC自控監測畫面如圖2所示。

在測試日，由SCADA監測系統記錄的結果如表4所示。測試日室外溫度為18～30℃。由表4可知：13#空調室耗電2 217.15 kW·h，14#空調室耗電2 580.74 kW·h，總耗電量為4 797.89 kW·h，共需電費為3 775.46元。

2.3對比及分析

對比估算能耗和實際監測能耗，可以看出：所選取的織布車間空調系統估算耗電量為4 416.48 kW·h，所需電費為3 475.33元；監測總耗電量為4 797.89 kW·h，折合成電費為3 775.46元。

兩組數據存在差異的原因主要是：估算耗電量偏小的原因主要是系數60%選取過小，這也說明該空調系統還有較大的節能空間。同時對比測試日13#空調系統和14#空調系統的耗電量可知：兩個相同的空調系統，在室外氣象參數和室內設定參數相同的條件下耗電量并不相同，說明空調系統的耗能可能與實際運行情況有關。

3.空調系統運行參數分析

在測試當日，該紡織廠冷凍站沒有運行，因此空調系統運行參數的采集主要包括：車間溫濕度、送風機頻率、回風機頻率和水泵頻率，并通過分析空調系統的運行參數來判斷系統運行的穩定性以及是否具有節能潛力。

3.1溫濕度測定和分析

在測試日對所選取的織布車間各個區域的溫濕度進行測試記錄，對數據進行樣本標準偏差分析來判斷車間溫濕度的穩定性；并計算平均值與設定值之間的相對偏差，進而分析溫濕度的精度是否滿足要求，具體記錄數據和處理結果如表5所示。

根據表5可以得出：a）結合車間內溫濕度執行標準，雖然兩部空調系統調節區域的溫度平均值都在執行標準25～31℃范圍內，但大環境的相對濕度均沒有達到70%～74%的要求；b）樣本標準差越小，空調系統運行越穩定，綜合4個參數的樣本標準差可知14#空調系統整體運行更穩定，但對于以調節相對濕度為主的小環境而言，13#空調系統小環境運行更為穩定，而在測試日13#空調系統和14#空調系統耗電量分別為2 217.15 kW·h和2 580.74 kW·h，表明空調系統溫濕度運行越穩定，耗電量越大，即系統運行的穩定是以能耗為代價；c）由平均值與設定值的相對偏差值可知，14#空調系統調節區域的溫濕度比13#空調系統調節區域的溫濕度更加接近設定值，并兩部空調系統調節區域的溫濕度除了14#空調系統小環境的相對濕度滿足設定值要求，其他參數的偏差都大于可以接受的范圍，說明系統的設定參數與實際運行參數之間存在差異，對空調系統的實際運行進行調節很有必要。

3.2風機、水泵頻率數據分析

在測試日記錄送風風機、回風風機和噴水室水泵的運行頻率，通過研究頻率變化趨勢來分析空調系統是否具有節能潛力，具體測試參數如下表6所示。

結合上文中車間溫濕度的分析，根據表6可知：a）不論室外條件如何變化，兩部空調系統中大環境所處區域的相對濕度都不能滿足執行標準φ=70%～74%和設定相對濕度φ=72%的要求，從而導致2#水泵運行頻率一直為50 Hz，即一直滿負荷運行，而14#空調系統中1#水泵存在經常停泵和啟動的問題，同時大環境送風風機也一直在較高頻率狀態下運行，說明PLC自控系統和空調系統在實際運行中并沒有合理結合，使自控系統的調節失去了一定的意義，沒有真正達到節能，由此可見該空調系統存在較大節能潛力；b）結合測試日13#空調系統和14#空調系統的耗電量，相同的空調系統在相同的外界參數和室內設定參數條件下，兩部空調系統實際運行情況并不完全相同，說明空調系統的耗電量與實際運行狀態有很大關系，故空調系統的節能需要優化運行狀態。

4.優化節能措施

空調系統的節能目前主要分為兩個方面：一是空調系統設計中的節能；二是空調系統運行中的節能。根據上文中對空調系統調節區域溫濕度的穩定性和風機水泵運行頻率的分析，本文從以下三個方面提出優化節能措施。

a）在車間生產工藝要求的范圍內，合理地設置空調系統車間室內參數。根據研究表明：空調能耗隨室內設計溫度和相對濕度升高而減小，其中溫度平均每升高1℃，空調能耗減少5.3%，而相對濕度平均每上升10%，空調能耗減少5.8%。因此在工藝生產要求范圍內合理升高車間設定溫度，降低相對濕度可以達到減小能耗的效果。

b）優化PLC控制。一是優化控制策略，織布車間空調系統需要使用大熱慣性，可以采用雙級控制，即將溫度傳感器分別安裝在車間和送風管中，借助控制方式使風道的溫度變化快于室內溫度變化，加速空調系統對溫濕度波動的響應，降低PLC自控系統調節的滯后性；二是提高空調自控系統的控制精度，有利于維持車間生產環境的穩定性，從而保證生產質量。

c）提高空調系統運行管理人員的素質。一個設計再好的空調系統，如果管理維護不善，同樣達不到真正節能，經研究表明日常運行管理維護在空調系統的節能中約占20%。紡織廠空調系統在實際運行過程中，經常會出現噴嘴及過濾網等設備由于長時間沒清洗而堵塞的情況，造成不必要的浪費。究其原因，是運行管理人員節能意識欠缺、疏忽大意導致，因此應對空調運行管理人員加強培訓以提高節能意識。

5.結論

a）通過對該織布車間空調系統的測試可知，在相同的外界條件和室內設定參數下，兩部相同的空調系統的監測能耗分別為2 217.15 kW·h和2 580.74 kW·h，與估算能耗存在較大差異，說明該織布車間空調系統還有一定的節能潛力，而提高空調系統能源利用率的關鍵是對空調系統運行進行全面的了解，在此基礎上對空調系統進行調整優化。

b）該織布車間采用的大小環境分區空調系統，但是除了14#空調系統的小環境與設定值的偏差為0.204%滿足精度要求外，其他參數的偏差均不滿足，表明該織布車間空調系統的大小環境溫濕度耦合性，還需要進一步研究車間大小環境最佳溫濕度設定值。

c）雖然該織布車間空調系統配有PLC自控系統，但在實際運行過程中并沒有和空調系統合理結合起來，導致風機和水泵運行狀態不佳，造成車間內溫濕度不穩定。而空調PLC自控系統的節能潛力很大，需要與紡織廠空調系統運行管理人員一起，共同探討最優控制調節方式。

d）紡織廠在進行能源使用審計的同時，也應對空調系統應進行定期測試和調試，找出系統運行存在的問題和節能潛力，使空調系統保持高效經濟運行。