涂裝車間工藝空調季節性設定值研究

肖夢然

（天津一汽豐田汽車有限公司 天津 塘沽 300450）

涂裝車間工藝空調季節性設定值研究

肖夢然

（天津一汽豐田汽車有限公司 天津 塘沽 300450）

隨著科學技術日新月異的進步，利用能源的方式也在迅猛的發展，與此同時工業生產與民用生活中消耗量日益增大，若無新型可再生能源的替代，資源型的石油、煤等終必將出現枯竭的現象。在整車汽車制造領域中耗能最大的工藝就是涂裝，而噴漆間的空調耗能則占去整個涂裝工藝耗能的50%左右，所以從涂裝車間的空調節能工作入手可以取得顯著的效果。

涂裝工藝；空調節能；季節性

1 引言

噴漆間依靠空調的調溫調濕功能保持工藝要求的溫濕度以及適宜噴涂的風速。供給方式均為上送風下排風，且為100%新風。除去提高空調的制冷、換熱、加濕以及除濕的效率以外，降低進出空調的溫度差和濕度差即可大幅降低空調整體負荷。

2 水性涂料及其工藝特點

2.1 水性涂料和油性涂料

隨著涂料工業的發展，涂料的花色、品種、功能越來越多，分工也越來越細。按照稀釋劑分類可以分為油性涂料和水性涂料。油性涂料是以有機溶劑為稀釋劑的，含有大量的甲苯、二甲苯、醋酸丁酯等有毒有害的化學物質，在涂料的制造和施工過程中因有機溶劑的大量排放而對環境和接觸人員造成巨大的污染。而水性涂料是以水為稀釋劑的，更確切的說水起到了一種分散介質的作用，同時幾乎不含有有機溶劑，具有綠色、節能、安全等特點，無論對環境還是接觸人員的危害都很小。

2.2 水性涂料的特點

水性涂料與油性涂料相比具有低揮發速率、高表面張力、高導電性、腐蝕性以及易產生氣泡的特點，導致水性涂料在施工設備和工藝方面與油性涂料相比有所不同。油性涂料通過調整稀釋劑的揮發速率來調整固體份含量，而水性涂料中水的揮發主要是通過噴漆室的溫濕度來進行控制的。噴涂水性涂料所用的一般空氣噴槍與溶劑型涂料相同，但對環境條件（主要是溫度、濕度）的要求與溶劑型涂料相比存在一定的差別。在噴漆室中噴涂水性涂料時，水變成水蒸氣體積膨脹1244倍，可以使噴漆室中的濕度瞬間升高，當濕度達到90%以上時涂在被涂物上的涂膜會流淌下來。所以，噴涂水性涂料時控制噴漆室的濕度很重要，同時溫度也要保持在不產生流掛和流淌的范圍，一般認為，溫度在19～28℃，相對濕度在65%～80%之間較為適宜。

3 工藝空調原理及控制方法

3.1 工藝空調工作原理

涂裝車間噴漆室的溫濕度是依靠工藝空調控制在設定的溫濕度范圍內的。工藝空調的升溫方式是蒸汽通過熱交換器加熱，降溫方式為溴化鋰冷凍機制冷水通過熱交換器制冷，增濕方式為預熱空氣后經過水噴淋增濕，減濕方式為將空氣溫度降低至露點以下通過凝結除濕。通過以上過程的組合可以將任何工況下的室外空氣調節到目標溫濕度的狀態送入噴漆室內，通過傳感器對新風的狀態進行判斷后，分別采取過濾、預熱、噴淋、再過濾、加濕、冷卻、加熱等過程后，將已達到目標狀態的空氣送入噴漆室內，保證噴漆室內的溫濕度穩定。

3.2 空調控制方法

以升溫增濕過程舉例，在焓濕圖上表示此過程如圖1所示。外界空氣經過預熱后，干球溫度升高，相對濕度降低，空氣焓值增加但絕對濕度保持不變曲線沿PH（Pre Heat）方向變化。升溫后的空氣進入水洗過程，在水洗時液態水吸收熱量蒸發進入空氣中，空氣的絕對濕度和相對濕度均增加，干球溫度由于蒸發潛熱降低，但焓值保持不變，曲線沿W（Washer）方向變化。進入蒸汽直噴時，蒸氣與空氣混合后，空氣的絕對濕度、溫度以及焓值均增加，但相對濕度保持不變，曲線沿DS（Direct Steam）變化。再次重復加熱過程，干球溫度上升，焓值增加同時相對濕度降低，絕對濕度保持不變，曲線沿RH（Re-Heat）變化至目標溫濕度點后送入車間內使用。

4 空調設定值分析

4.1 濕空氣的焓

圖1 空調控制動作示意圖

焓值是衡量空氣熱量的方式，是干空氣焓值與水蒸氣焓值之和。干空氣焓值只與干球溫度有關，水蒸氣焓值與絕對濕度和干球溫度都有關。

式中，h為空氣焓值，kJ/kg；ha為干空氣焓值；hg為水蒸氣焓值；t為干球溫度，℃；W為絕對濕度，kg/kg。實際上，空氣的焓值變化能夠直接體現室內空氣熱量的變化。舉例來說，若溫度為t1，濕度為W1的濕空氣的焓值為h1，變化至溫度為t2，濕度為W2，焓值為h2的濕空氣時，理論上釋放或吸收的能量為兩者焓值之差（︱h2-h1︱）。當忽略其他擾動因素時，空調系統所耗費能量多少與空氣熱量變化（焓值差）大小成正比。如果僅從節省能源角度而言，減小空氣焓值的變化能夠就可以減輕系統負荷達到節能的目的。

4.2 空調設定值的確定

將水性涂料的噴涂條件：溫度19～28℃，相對濕度65～80%，在焓濕圖上繪制兩條等溫線和兩條等濕線圍成的區域如圖2中虛線所示，可以發現四個邊界點組成了一個四邊形。也就是說進入噴漆室內的空氣狀態處在這個范圍內，均可以保證噴涂工藝溫濕度條件。

圖2 溫濕度控制焓濕圖

如果用等焓線對此區域進行劃分的話，可得到如上三個區域。從實際天氣來看，藍色區域屬于低溫低濕區域，一般出現在冬季，圖中A點是適宜噴涂條件與藍色區域的交點；粉色區域屬于高溫高濕區域，一般出現在夏季，圖中B點是適宜噴涂條件與粉色區域的交點；顯而易見處在中間的黃色區域屬于過渡區域，一般出現在春秋兩季，圖中C點是溫度的平均值24℃，以及濕度的平均值75%的狀態點。從此圖中不難得出如下結論，藍色區域內的濕空氣，變化至A點需要的焓變值最小；粉色區域內的濕空氣，變化至B點需要的焓變值最小；處于黃色區域內的濕空氣的最小焓變有多種情況，但從空調實際操作上來講，C點是此區域內的最優點。如果我們將空調設定三種模式：冬季模式，夏季模式，以及春秋季模式，在相應的季節啟動相應的模式，即可直接減小空調負荷，達到省能源的目的。

5 空調的季節性設定

5.1 天津的氣候特點

天津位于中緯度歐亞大陸東岸，主要受季風環流的支配，是東亞季風盛行的地區，屬大陸性氣候。主要氣候特征春季多風，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。在四季中，冬季最長，有156～167天；夏季次之，有87～103天；春季56～61天；秋季最短，僅為50～56天。年平均氣溫在11.4～12.9℃，1月最冷，平均氣溫在-3～-5℃；7月最熱，平均氣溫在26～27℃。

5.2 空調設定值現狀

空調初始設定值如表1所示。

表1 涂裝工藝空調設定值

將室外空氣焓值與空調設定焓值繪制在一張圖上，如圖3所示。

圖3 天津空氣焓值變化圖

圖中粉色線為空調的設定焓值變化線，可以看出4月、5月以及9月、10月（紅色圓圈處），空調的設定焓值與外界空氣的焓值差值較大，存在過加熱的現象。為減小空調負荷，根據外界空氣條件改變空調的運行模式，即可得出圖4。

圖4 空調設定值優化圖

將4月份調整為冬季模式，5月份變更為春秋模式，9月份變更為春秋模式，10月份變更為冬季模式。

6 結語

從設計之初就將節能考慮進去，節能量是非常巨大的。在充分理解運行原理的同時，針對自身的用能特點加以改善，在保證質量的前提下降低了能源消耗。由于外氣溫濕度變化較復雜，如何實現空調靈活調節達到最佳節能效果是下一步的研究方向。

[1]葉宇程，趙旭輝.應用焓值分析的車間溫濕度分區控制[J].河南科技大學學報：自然科學版，2014，35(4)：64-67.

[2]覃振，羅祖憲.涂裝車間噴房溫濕度控制[J].自動化博覽，2010(8)：106-108.

TS108.61 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0245-03

肖夢然(1982-)，男(漢族)，河南，碩士，主管，工程師，節能環保。