涂裝空調綠色節能技術的應用研究

楊安玲，趙緒亞

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涂裝空調綠色節能技術的應用研究

楊安玲，趙緒亞

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 231200）

在汽車市場競爭越來越激烈的當代，生產制造成本成為企業生存發展的關鍵。因此在工藝工程項目設計過程中，利用好資源節約性技術，能夠降低成本，提高企業的競爭能力。把協調平衡的原理融入到資源節約型制造技術中，充分運用系統思考的理念來豐富和創新資源節約型制造技術的內容，是汽車發展資源節約型制造技術，建設和諧企業的重要手段。

空調；風機；變頻；節能

引言

對于汽車生產的四大工藝而言，涂裝生產所消耗的能源分布情況為：涂裝生產電消耗占總消耗的55%左右，水消耗占總消耗的75%-80%，天然氣消耗占總消耗的90%以上。因此在涂裝生產線的設計、實施過程中充分考慮采用節能降耗是非常必要的。

涂裝線電力消耗主要分布在水泵、風機及機械化等方面，其中噴漆室送排風風機的用電量占涂裝線總用量的30%左右，生產線的自動化程度越低，噴漆室送排風風機的用電量比例就越高。因此如何降低噴漆室空調送風系統的用電量成為我們關注的焦點。

1 空調變頻節能技術的必要性

噴漆室送風空調風機的選型一般要考慮如下兩點：

風機送風量：不低于該空調送風區域（噴漆室）的所需要總風量

風機壓力：保證風機送風可以克服空調器及噴房中的過濾材料達到最終使用壽命時的終阻力及空調器、風道、噴房等阻力之和，一般情況下還要有一定的富余量；在保證風機送風量及壓力的情況下，確定出風機的軸功率。

而過濾材料的初始阻力與總阻力之間一般有150-400Pa左右的壓力差，一般而言，在整個空調送風過程中共需經過四道過濾，如下圖1所示：

圖1 噴漆室空調送風系統示意圖

空調器中的初效過濾段（G4）、中效過濾段（F6），噴漆室動室的中高效過濾（F7）和靜壓段的頂棉過濾（F5），綜合目前國內幾家的過濾材料的阻力情況，匯總數據如下表1所示：

表1 各種過濾器材的初終阻力參數

根據上表合計：送風系統終阻力與初始阻力差最大為1185Pa，即使在考慮過濾器一般不會使用到最大終阻力以及不會同時更換的情況下，根據江淮汽車空調系統阻力計算和實際運行經驗，系統阻力波動值可達到600Pa。

因此風機在過濾器材處于剛使用過程中，風機所送出的風壓遠遠高于實際所需要的風壓，導致風機運行過程中的能耗浪費，或者會出現由于風壓不夠而提前更換過濾器材，導致過濾器材的使用成本增加。

2 變頻技術的節能原理

2.1 變頻器的節能原理

通常來說，空調送風機采用變頻器控制可通過下面五個原理進行降低節能降耗：

2.1.1變頻調速節能

為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。電機不能在滿負荷下運行，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，在壓力偏高時，可降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節約電能。

當電機轉速從 N1 變到 N2時，其電機軸功率（P）的變化關系如下：

P2／P1 =（N2/N1）3，由此可見降低電機轉速可得到立方級的節能效果。

2.1.2動態調整節能

迅速適應負載變動，供給最大效率電壓。變頻調速器在軟件上設有高頻率的測控輸出功能，始終保持電機的輸出高效率運行。

2.1.3通過變頻自身的V/F功能節能

在保證電機一定的力矩輸出情況下，通過自動調節V/F曲線。降低輸出力矩值，減小輸入電流，達到節能的效果。

2.1.4利用變頻自帶軟啟動節能

在電機全壓開啟時，由于啟動力矩有一定的需要，需從電網引入 7 倍的電機額定電流，而較大的啟動電流會浪費電能，對電網的電壓波動也有較大的損害，同時增加了線、變損。通過軟啟動，啟動電流可以從0 至電機額定電流，降低了啟動電流對電網的沖擊，節省了電費，同時也降低了對設備的大慣量的轉速沖擊，增加了設備的使用時間。

2.1.5采用提高功率因數節能

電動機由定子和轉子繞組通過電磁作用來產生力矩。繞組因其感抗作用。對電網來說，阻抗特性顯示感性，電機在運行過程中吸收了大量的無用功率，導致功率因數低。

改為變頻調速器后，因其電路已變更為：AC-DC-AC，通過整流濾波，負載特性產生了變化。變頻調速器對電網的阻抗特性顯示阻性，功率因數得到了提高，降低了無功損耗。

3 節能研究

基于離心風機的特性，同一臺離心風機在不同的轉速下有不同的全壓H-風量Q曲線特性圖，如下圖2所示：

圖2 離心風機的風壓H-風量Q曲線特性圖

其中：

n1-代表風機在額定轉速運行時的特性；

n2-代表風機降速運行在n2轉速時的特性；

R1-代表風機管路阻力最小時的阻力特性；

R2-代表風機管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。

在過濾器材處于初始階段，系統阻力交小的工況下運行，風機在曲線R1工作時，工況位置為C，其壓力和流程分別為H3、Q2，此時風機需求功率與Q2和H3的乘積成正比，即與OQ2CH3的面積成正比。因風機設計的選型按最終的阻力設計取值，再輸出功率恒定的情況，為保證系統風量Q2值，實際上利用調節風閥等方法提高管網管阻，將風機的工作點移至曲線R2上的B位置，風壓提升至H2，此事風機需求功率與Q2H2的面積成正比，即與OQ2BH2的面積成正比。顯然，此時風機運行的功率遠遠大于實際所需要的功率。此調節方法雖然控制簡單，但消耗功率功大，能耗高，是通過高運行成本為代價換取簡單的控制方法。

如果利用變頻調速，將風機轉速降至n2，此時工作位置由B移至C，流量不變，壓力則降低至H3，此時變頻調速后風機需求功率與OQ2CH3的面積成正比，如圖2所示，功率降低較明顯。

風機風量與壓力比值的變化量，綜上所述，利用變頻調速是有效的節能措施。根據GB12497對電機經濟運行管理的規定有如下的計算公式。

采用檔板調節系統阻力對應電動機輸入功率P1V與風量Q（或壓力H）的關系為：

P1V≈[0.45+0.55(H/HN)2]P1e

式中：P1e——額定流量時電動機輸入功率（kW）。

HN——送風系統的額定壓阻

H——送風系統的實際壓阻

電動機改為變頻調速后，其輸出功率與風量Q（或壓力H）成正比的關系，因此，利用變頻調速器改變壓力時，相對調節風門調風量的節電率Ki為：

根據上述計算條件，風機采用變頻調速器調節風量時相對調節風門調風量的年節電量為：

Pd=t*D*P1V*Ki

其中：Pd——電動機年節電量，單位kWh；

t——電動機每天運行時間，單位h；

D——電動機每年的工作天數；

同理：對于在恒定流量條件下，采用變頻調速器適應實際壓力時，相對通過調整風閥等措施，提高送風系統的阻力的節電率Ki同上式。

風機電動機采用變頻器調速后，節電效果是非常明顯的。

如以一臺風量為240000m3/h，風壓為1400Pa 功率為160kw 的離心風機為例，根據江淮汽車的實際使用經驗，送風系統的過濾器材更換周期為2-3個月，在此期間送風系統的阻力由800Pa向1400Pa不斷增加，我們取平均值1100Pa情況下進行計算：

P1V≈[0.45+0.55(H/HN)2]P1e≈126.3

Ki =1-0.61=0.39

Pd = t*D*P1V*Ki=16*250*126.3*0.39=19.7028萬度

根據上述計算一臺風機每年即可節約近20萬元的運行費用是相當可觀的。因此對于汽車涂裝生產線而言，空調送風機組采用變頻技術控制是相當有必要的。

4 總結

空調變頻節能技術的關鍵在于對空調送風機的電機采用變頻器控制， 通過設定變頻器的輸出頻率對風機電機的轉速進行控制，有自動控制和手動控制。生產線可根據兩種控制方案的優缺點選擇合適的方案。

涂裝空調節能技術可有效的節約企業的生產成本，通過技術優化提高企業競爭力，在競爭日益加劇當下，為汽車企業發展提供豐富的技術創新保障。

Study on the Application of Green Energy Saving Technology for Painting Air Conditioning

Yang Anling, Zhao Xuya

（Jianghuai Automobile Co. Ltd, anhui province, Anhui Hefei 231200）

In the passenger car market competitive manufacturing cost of contemporary, production becomes the key to the development of business survival. Therefore in the process of project design, the use of resource-saving technologies that can reduce costs, improve enterprise's competitiveness. The coordination of the principles of balance into the resource-saving manufacturing technology, making full use of system thinking of ideas to enrich and innovative resource-saving manu -facturing technology development group, is resource-saving technologies, building a harmonious enterprise, an important means.

Air conditioning; fans; variable frequency; energy-saving

A

1671-7988(2018)24-264-03

U445

A

1671-7988(2018)24-264-03

U445

楊安玲，女，(1975.4-)，安徽合肥人，2006年1月畢業于合肥職工大學、大專學位、技師，目前在安徽江淮汽車商用車車架廠涂裝線工作，崗位涂裝質量管理，研究方向是車架涂裝技術。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.096