關于某車間空調節能設計的分析

陳培琪

同濟大學 上海紡織建筑設計研究院

引言

紡織行業作為我國傳統性的支柱產業之一，曾被貼著高能耗、低利潤的標簽。近些年來，面對產業的升級與調整，降低生產成本和提高產品質量成為我國紡織企業增強競爭力的關鍵。據統計表明，紡織廠的空調系統是生產過程中的用能大戶，空調設備的用電量約占企業總用電量的30%左右[1]，因此在空調設計及系統運行上的節能降耗成為企業降低成本的一個重要方面。本文結合羊絨車間設計過程中采用的節能措施進行了分析與總結。

1 設計概況

1.1 設計參數

本項目為浙江某毛紡集團的搬遷項目，羊絨車間的建筑面積達22080m2，第一層為生產車間和設備輔助用房，第二層為倉庫。生產車間根據不同的產品劃分成特種紗車間與精紡紗車間兩部分。根據相關設計手冊及業主對技術的要求，確定了該羊絨車間的溫度、濕度設計參數，如表1所示。

表1 羊絨車間各工段溫、濕度設計參數

1.2 熱工計算

在紡織廠空調系統的設計中，一般是按夏季工況來確定設計風量及設備選型。經計算，車間的冷負荷以及空調室的熱工計算分別如表2和表3所示：

根據車間溫度和濕度的要求以及工藝設備的排列布置，整個車間共設置4套水噴淋空調室，其中前紡工段單獨設置，紡紗與后紡工段合并設置。在空調室熱工計算時，繪制夏季空氣處理過程的焓濕圖，如圖1所示。

圖1 夏季空氣處理過程焓濕圖點1—室外狀態點；點2—室內狀態點；點3—混合狀態點；點4—送風狀態點

在實際生產中，圖中混合狀態點3所對應的新、回風的比例會根據不同的季節、室外的氣溫、以及滿足車間衛生要求所需的新風量等因素來進行調節。

從圖1可以發現，從混合狀態點3到空調送風點4反映出的是冷卻去濕的過程。所以在夏季，我們選擇噴淋室噴冷凍水的方法來對空氣進行處理，從而達到冷卻去濕的效果。

1.3 空調系統設計

該車間選用傳統的噴淋式空調系統，并采用上部送風、下部結合側部回風的氣流組織形式。空調室布置在環繞車間四周的附房內，在空調室上方設有建筑夾層，用作總風道。所有支風管與總風道之間設有風閥，用來調節風量。經空調室處理過后的空氣被送入總風道，再通過支風管以及末端風口，被送至車間的工作區。在車間的地下設有回風地溝，在地面上分布著格柵式回風口。另外，在空調室靠車間側的內墻上開有回風窗，在回風窗上設置了圓盤式回風過濾器。來自空調室的空氣由上至下進入車間，在工作區吸熱吸濕后，通過回風地溝以及回風側窗返回空調室，進行處理。該空調系統的示意圖如圖2所示。

1.4 空調室設計

圖3、圖4反映的是本設計中一個典型的噴淋式空調室。整個空調室利用建筑隔墻劃分為若干個功能段，包括：過濾段Ⅰ、回風段Ⅱ、混合段Ⅲ、噴淋段Ⅳ以及送風段Ⅴ。

表2 車間各工段的冷負荷

過濾段Ⅰ對來自車間的地溝回風進行過濾處理。車間中的各條回風支溝在總溝處匯集后通向過濾段，并在該段的地面上開設格柵式回風口。在過濾段內設置外吸式回轉濾塵器，含塵空氣在穿過濾料進入轉籠的過程中得到過濾。為保證設備連續工作，濾塵器裝有1-2個自動往復吸嘴，用來把濾料表面的塵雜吸入集塵器中。

回風段Ⅱ中設置了軸流回風機、回風窗以及排風窗。回風機將地溝回風抽吸至空調室中，而回風按一定比例進行回用與排放，該比例通過調節回風百葉與排風百葉的開度來實現。

混合段Ⅲ用于新風與回風的混合。混合段與回風段以回風窗相連，同時在外墻上開設新風窗，在靠車間側的內墻上開設回風窗（該回風窗即1．3節中所述的側墻回風），并在回風窗上設置圓盤式回風過濾器。車間內靠近空調室的空氣經圓盤式回風過濾器的過濾后，從側墻回到空調室。這部分空氣無需回風機的抽吸，而是利用混合段的負壓，將空氣吸入空調室內。

圖3 空調室的平面布置圖1—軸流送風機；2—擋水板；3—噴排；4—水池；5—圓盤式回風過濾器；6—吸塵風機；7—外吸式回轉濾塵器；8—軸流回風機；9—排風窗；10—回風窗；11—新風窗；12—水泵;13—鋼爬梯；14—密閉門。

噴淋段Ⅳ作為噴淋式空調系統的核心區域，用來完成空氣與水之間的熱濕交換。噴淋段設置了水池、水泵、噴排、擋水板以及各種附配件。該項目中，采用二級噴淋來處理空氣，第一級采用循環水兩排對噴，第二級采用冷凍水單排逆噴，冷凍水由廠區的制冷站提供。

送風段Ⅴ將處理好的空氣送入總風道。送風段設置了軸流送風機，同時在該區段的頂板上開設了送風口。在送風機前部加設干蒸汽加濕器，在冬季利用飽和蒸汽對空氣進行輔助加濕。

表4 工藝設備散熱量所占比例

2 節能措施的分析與總結

2.1 求取工藝設備的實際散熱量

在紡織車間冷負荷的計算中，工藝設備的散熱量占有相當大的比重，因此它的確定對于空調室的熱工計算以及之后的設備選型有著重大的影響。在本例中，工藝設備的散熱量在前紡工段占到50%左右，而在紡紗及后紡工段高達80%左右，如表4所示：

從概念界定上看，狹義商標戲仿是一種商標性使用行為，但這種使用的效果是有利于公眾在類似比較廣告的戲仿中獲取關于馳名商標更為透徹的消費信息。但由于淡化行為不正當損害了馳名商標權益人的利益而有違利益平衡考量，構成淡化的所謂“戲仿”并非嚴格意義上的商標戲仿行為。正如著作權法中的戲仿被認定為合理使用，恰恰也是由于其具備未不合理損害他人法益的基礎，否則就并非法律意義上的戲仿行為。可見，從反不正當競爭法的角度上講，抗辯者所稱“戲仿”仍有概念混淆之嫌，為法理所認可的商標戲仿應當有別于商標淡化行為，二者宜加以區分。

圖4 空調室的局部剖面圖

在過往的一些毛紡項目中，總有業主反映空調系統的設計風量、噴水量、制冷量會偏大，這對前期的設備投資以及后期的運行能耗都會造成不小的浪費，而本人認為這與工藝設備散熱量計算值過大有關。在《毛紡織工廠設計規范》發布之前，許多設計者會借用《棉紡織工廠設計規范》中的電動機系數進行計算。雖然毛紡與棉紡的生產工序有相似之處，但兩者的設備仍有較大差別，主要體現在電動機的各項系數上。特別是在毛紡的粗紡工藝中，梳毛機與細紗機的安裝功率非常大，但其電動機的實耗功率往往只有50-60%。因此，在近來發布的《毛紡織工廠設計規范》中沒有給出相關系數的數值，而是建議設計人員通過實測來積累經驗。在本例中，我們就委托業主單位的技術人員對設備電動機的相關系數進行采集，并通過計算整理出一項“綜合散熱系數”。下面對棉紡與毛紡的“綜合散熱系數”（α）進行了對比，并對計算公式進行了說明。

表5 “綜合散熱系數”（α）的比較

說明：

從表5中可見，棉紡設備的“α”值確實要比毛紡的要高，這也意味著設計中如果采用實測值進行計算的話，車間冷負荷將比過往有一定幅度的下降，并最終反映成設計風量、噴水量、制冷量上的全面下調，從而達到減少設備投資、降低運行能耗的目的。

2.2 地溝回風與側墻回風的結合使用

目前，紡織車間常用的氣流組織有上送下回、上送側回兩種。前者的車間氣流自上而下垂直流動，有利于纖塵的沉降[2]，同時能形成均勻的溫度場和速度場。但工程上會涉及回風地溝的制作，其工程造價不菲，而且屬于雙風機系統，會增加運行能耗。而上送側回的車間氣流以水平方向流向空調室，其溫度場、速度場不如前者均勻，回流途中溫度、含塵濃度逐漸升高，相對濕度不斷下降[3]。由于這種回風方式屬于單風機系統，在削減前期投資的同時，也降低了運行能耗。

表6 特種紗車間-兩種回風方式的能耗比較

表7 精紡紗車間-兩種回風方式的能耗比較

在冬季模式或工廠減產的情況下，隨著送風量的下降，回風量也會減少。此時的前紡工段，可以停開回風機，只用側墻回風，這樣節能效果將更加顯著，且能滿足車間溫、濕度要求。當然，相較于地溝回風，側墻回風有著回風不均勻的缺點，即越是遠離空調室的區域回風效果越差。考慮到這一點，在設計中，本人以30米為界劃分兩種回風方式，從一定程度上改善了這個問題。

2.3 細紗機車頭工藝排風的利用與排放

在本例中，對于細紗機車頭的工藝排風采用一套單獨的排風系統，在地溝中不與地吸回風相混合。在冬季開冷車或車間溫度較低時，對工藝排風進行回用；而在其他季節則選擇直接排放，并用相應量的新風來做補充。在細紗機運行時，其電動機散發的大部分熱量會通過工藝排風排出，排風溫度往往比室溫高出5～15℃[4]，而且在全年工況下，工藝排風的焓值都要比室外新風的焓值高。以本項目的夏季工況為例，兩者焓值的比較如表8所示，差值為9．8kJ/kg。

表8 夏季新風與工藝排風的焓值比較

當用室外新風來取代工藝排風時，節省的制冷量如表9所示：

表9 室外新風取代工藝排風時節省的制冷量

2.4 噴淋段中冷凍水的二級直噴

在該毛紡廠的老車間中，冷凍水供往空調室之后，會先與水池中的循環水進行混合，然后再進行噴淋。這在一定程度上造成了冷量的浪費，所以在本項目中，空調室的噴淋段被設計成冷凍水在第二級噴排上進行直噴。

當噴淋段采用二級噴水室時，空氣在第一級噴水室中的處理過程主要為降溫降焓，在第二級中主要為去濕降焓，其處理過程如圖5所示。

因此，在噴淋段的第二級噴淋室中，采用冷凍水的直接噴淋來取代冷凍水與循環水混合后的噴淋，將提高冷凍水的去濕效率。空氣與水之間的顯熱交換取決于它們之間的溫度差，濕交換則取決于兩者之間水蒸氣的分壓力差，而全熱交換則取決于兩者的焓差[5]，如麥凱爾方程所示：

圖5 二級噴水室中空氣與水的狀態變化

在冷卻去濕的處理過程中，被處理空氣的焓值一定時，降低噴淋水溫實際上是降低值，增大了空氣與水之間熱、濕交換的動力。在相同的噴淋條件下，降低噴水溫度，空氣的終溫也會降低，空氣的溫降與水的溫升都會增大，這有利于降溫和去濕的進行，從一定程度上增強了熱濕交換的效果[6]。

3 結論

通過對該毛紡項目的設計與思考，得出如下結論：

（1）毛紡與棉紡雖生產工序相仿，但工藝設備存有差異。將棉紡設備的“綜合散熱系數”用作毛紡的相應系數進行冷負荷計算時，計算值往往會偏大，從而對設備投資及運行能耗造成浪費。建議在項目中，對設備電動機的相關系數進行實測并整理成“綜合散熱系數”用于計算，從而使計算依據更加貼近實際情況。

（2）當空調室的回風量過大時，可以考慮采用地溝回風與側墻回風相結合的方式，以此來減少回風機的風量負擔。該方法在保證車間溫、濕度要求的同時，也降低了回風機的裝機功率與運行能耗。可將距空調室30米處作為兩種回風方式的劃分邊界，近處采用側墻回風，遠處采用地溝回風，如此便能從一定程度上克服側墻回風流場不均勻的缺點。

（3）細紗機車頭的工藝排風與地吸回風分開處理。鑒于全年工藝排風的焓值都要比室外新風高，故除了在冬季進行回用外，其他季節選擇直接排放，并用相應量的新風來做補充，從而降低了對冷量的需求。

（4）當噴淋段采用二級噴水室時，空氣在第二級噴水室中的處理過程主要為去濕降焓，因此建議采用冷凍水在第二級噴排上進行直噴，從而提高冷凍水的去濕降溫效率。

參考文獻：

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