噴漆室循環風空調系統的設計探討

趙緒亞，邢汶平，李靜

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

噴漆室循環風空調系統的設計探討

趙緒亞，邢汶平，李靜

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先論述了循環風空調對于汽車涂裝降低能耗的重要性以及循環風空調系統的構成，闡述了在循環風空調系統設計過程中新風、循環風比例的要求與計算方法，并對循環風空調冷熱量參數的計算做了介紹。

噴漆室；循環風；空調；降低能耗

CLC NO.: U463.85+1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)11-69-03

引言

空調送風系統廣泛應用于現代汽車涂裝生產線，是涂裝生產線必不可少的系統組成部分，該系統對保證涂漆區域的作業環境、保證涂裝質量具有重要的作用。但因空調送風需要調溫調濕，據統計噴漆室空調是汽車車身涂裝車間能耗最大的設備，占涂裝車間總能耗的40%左右，可見降低噴漆空調的能耗對降低整個汽車生產成本具有積極的意義。

目前大部分汽車涂裝生產線使用的空調送排風系統仍然為全新風空調，所送新風經過調溫調濕后，經噴漆室后通過排風通道進入煙囪，能耗很大。循環風空調即是針對高能耗的全新風空調所做的創新，已在國內少部分汽車涂裝生產線上得到應用，據統計，可節約涂裝總能源成本的20%左右。

循環風空調是指在噴漆室排風經循環風空調機組調溫調濕過濾后，再循環送入噴漆室，因進入循環風空調進出口的溫差幾乎為零，所以能大幅地降低調溫的能耗。本文就我司新港卡車基地項目車身涂裝車間的濕式噴漆室循環風空調的設計進行探討。

1 噴漆室循環風空調設計思路

噴漆室配置空調送風系統的目的是及時排除噴涂時產生的未附著在被涂物上的飛散漆霧和溶劑，防止飛散的漆霧再掉落在新噴涂的工件表面上和防止溶劑（VOC）濃度超標，產生安全問題，并為噴漆作業創造最佳的作業環境。

1.1 基本參數

在汽車涂裝場合中，色漆、罩光漆噴漆作業必須在配置空調供風裝置的潔凈的噴漆室中進行，其風源是室外的新鮮空氣，受室外氣溫的變動，新鮮空氣空調冬季需加熱升溫，夏季需冷卻降溫，確保色漆、罩光漆涂料的最佳噴漆作業環境（溫度23±2℃，相對濕度60%-70%）。合肥地區多年統計氣象條件為：夏季最高36℃，冬季最低-7℃，調溫幅度越大，能耗就越大（見表1）。

表1 噴漆室空調供新鮮空氣調溫所需能耗[1]

注：1）能耗按1萬m3/h風量計算；

4）本表中空氣按理想氣體計。中涂、底色漆實現水性化后，對于作業環境的溫濕度要求進一步提高，空調加熱和冷卻的能耗進一步增大，與采用原有的有機溶劑型涂料相比，上升約1.6倍。

采用循環風空調，排風在噴漆室體系內循環代替（或局部代替）新鮮空氣供風量，因其溫差一般在±2℃，能大幅地降低調溫的能耗。

從職業安全衛生角度角度考慮：噴漆室排風經循環風空調處理后主要供給自動靜電噴漆區段；新鮮風空調供給手工噴涂區段或人員經常出入的工作段。

1.2 空調循環風送風分區確定

在新港卡車基地項目中噴漆線包括色漆噴漆室和罩光漆噴漆室兩部分，平面布置見下圖2。根據上述風量分配原則，初步確定：色漆噴漆室離子風、氣封、BC2內噴機器人軌道、人工檢查1段、人工檢查2段、潔凈間工段送新風，其余各段送循環風。罩光噴漆室氣封、人工檢查1段、CC內噴機器人軌道、人工檢查2段送新風，其余各段送循環風。

圖1 噴漆室平面布置圖

1.3 空調系統基本結構

循環風空調送排風系統按功能包括送風空調、混風箱、回風管、排風管（風道）、排風機。送風空調一般包括進風段、兩個初效過濾段、表冷段、加熱段和風機送風段，詳見圖2。

圖2 循環風空調分段圖

在噴漆室文丘里水槽下方設置不銹鋼混風箱，噴漆室排風（含循環風、新風）通過風管進入混風箱進行充分混合，其中大部分（按比例）通過回風管路進入循環風空調進風段，小部分混合風（按比例）進入廢氣處理裝置處理后通過煙囪排出。

2 濕式噴漆室循環風空調設計計算

循環風與全新風對比，噴漆室排風中含有漆霧、顆粒物、有機溶劑氣體（VOC）等污染物。經濕式漆霧捕集裝置及二次過濾材料后，基本上除掉排風中的漆霧及顆粒物（除塵率可達98%-99%，顆粒含量≤3mg/m3），但VOC幾乎除不掉，同時排風的濕度很大（≥90%），需經再除濕后才可滿足噴漆室所需的工藝條件。因此如何控制循環風的 VOC濃度及循環風除濕是整個循環風空調設計的關鍵。

2.1 新風、循環風比例的計算

噴漆室排風中的 VOC含量是決定排風可循環利用（或排風利用率）的關鍵因素，確保噴漆作業的人身安全和消防安全，必須嚴控噴漆作業工位空氣的VOC含量。可理解為：有人操作的作業區 VOC含量應維持在衛生許可濃度以內，自動作業區（無人區）VOC含量應維持在消防濃度以下（即可燃氣體爆炸下限濃度的25%以下）。以涂裝常用的正丁醇、醋酸乙酯、二甲苯等3種溶劑為代表，其爆炸濃度和衛生許可濃度見表2，其平均爆炸下限濃度為(51+80.4+130)/3 =87.1 g/m3，消防安全濃度為 87.1/4=21.78g/m3，衛生許可濃度為(0.20+0.20+0.05)/3=0.15mg/L。

表2 涂裝常用有機溶劑的特性

因此，噴漆室循環風比例與單位時間內噴涂的涂料量、涂料類型、涂料施工固體含量（或VOC含量）、涂裝方法及涂著效率等因素有關。噴漆室的空調的送排風風量由噴漆作業面積（噴漆室噴涂區段的長度×寬度）和風速設計選定，基本是定值，因而，產能越大，單位時間的噴漆量越大，涂料的 VOC含量越高，排風循環利用率越低。采用水性涂料（見表 3）的場合，排風循環利用率可明顯提高。以金屬底色漆為例，現有溶劑型VOC含量為80%，而水性底色漆VOC含量為10-15%。

表3 汽車用中涂、面漆的固體含量和VOC含量

因本項目采用水性漆工藝及全機器人噴涂方式，故確定自動段采用循環風，其余各段因人員經常出入全部采用新風。然后，計算各工作段所需風量及新風比例是否滿足要求。各工作段所需送風量按下式計算：Q=3600Sv

式中：Q為送風量（m3/h）。

S為作業段的地坪面積（m2）。

v為垂直于地坪的空氣流速（m/s)。

經計算后單條色漆噴漆室所需送新風量之和為 60000 m3/h，參與循環風總量為240000 m3/h。色漆噴漆室空調循環風利用率為：（240000-60000）/240000×100%=75% ，新風比例為1-75%=25%，符合爆炸極限的要求。單條罩光漆噴漆室所需送新風量之和為 56000 m3/h，參與循環風總量為190000 m3/h。罩光漆噴漆室空調循環風利用率為：（190000-56000）/190000×100%=70.5%，新風比例為1-70.5%=29.5%，符合爆炸極限的要求。

2.2 循環風空調冷熱量參數的計算

在往常新風空調制冷機組設計過程中，冷熱量根據空氣焓濕圖進行計算，依據當地夏天及冬天國家標準測定的設計氣象條件進行計算。下面分別針對新風空調和循環風空調的冷熱量需求進行計算。

2.2.1 新風空調制冷量及加熱量的計算

圖3 空氣變化曲線

表4 夏季降溫除濕各過程空氣參數表

空調進風條件：將干球溫度35℃，濕球溫度28.2℃，送風要求：溫度24℃，相對濕度65%。調節過程是表冷器將空氣降溫，氣溫低于當時空氣的露點溫度，析出冷凝水，繼續降溫除濕至濕度絕對含濕量符合送風要求，再二次升溫實現送風的溫濕度要求，空氣變化曲線見圖3，起點A-B-C-D,其中A-B為降溫過程，B-C為除濕過程，C-D為升溫過程。其中各點對應的空氣參數值見表4。

2.2.2 循環風空調制冷量及加熱量的計算

經過濕式文丘里漆霧捕捉后排風溫度下降，濕度上升，因此循環風空調進風條件一般為：溫度 21±2℃，相對濕度95%±5%，送風要求：溫度24℃，相對濕度65%。空調調節過程是表冷器將空氣降溫，氣溫低于當時空氣的露點溫度，析出冷凝水，繼續降溫除濕，繼續降溫除濕至濕度絕對含濕量符合送風要求，再二次升溫實現送風的溫濕度要求。根據晗濕圖確定目標點及查詢相關計算參數，a-b為降溫除濕過程，b-c為升溫過程。詳細計算過程見表5。

表5 夏季降溫除濕各過程空氣參數表

經以上方法計算后，結合空調送風風量，最終得出空調的所需制冷量和二次加熱量。

3 結論

根據上文的計算可以得出循環風空調系統與全新風空調系統相比，能較大幅度地降低能耗和削減CO2的排放量，尤其是在室外氣溫與噴漆室的工藝溫度（23±2）℃相差較大的季節和地區，節能效果更顯著，如夏季極限溫度下，制冷量需求循環風空調比全新風空調低了80%。因此循環風空調具有高效節能的特點，將會在涂裝行業得到廣泛應用。

[1] 王錫春 噴漆室排風循環利用的技術分析——談噴漆室節能減排技術 現代涂料與涂裝第16卷第12期 p13-22.

Design of circulating air conditioning system in spray booth

Zhao Xuya, Xing Wenping, Li Jing
( Anhui Jianghuai Automobile Group Limited by Share Ltd, Anhui Hefei 230601 )

This article firstly presents the importance of the RAU in the paintshop of car to reduce energy consumption and the composition of RAU, describes requirements and computing method of fresh air and recirculatal air in the design process of the RAU system, finally introduces the computing process for the cooling/heating parameter of the RAU.

Booth; Recirculating air; air conditioning units; reducing energy consumption

U463.85+1

：A

：1671-7988 (2017)11-69-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.11.025

趙緒亞，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。