淺談卷煙廠冷水系統 高水溫大溫差表冷器運行性能分析

黃斌，張嘯，舒欣，王虎

（浙江中煙工業有限責任公司杭州卷煙廠，浙江 杭州 310024）

目前，卷煙廠的空調機組一般情況下設計方案是基于7℃/12℃冷凍供回水工況進行表冷器選型。冷水系統供水溫度也是設定在7℃。但是在空調系統的實際運行過程中，由于受氣象條件等因素變化的影響，在全年運行過程中，空調的逐時負荷小于設計負荷。因此，可以根據空調負荷的全年變化情況，在部分負荷時段調整冷水系統的運行參數，如適當提高制冷機的冷水供水溫度，從而降低制冷機組的運行能耗；適當提高冷水系統的供回水溫差，從而節省冷水系統的輸送能耗。

為了適應于以上的節能運行方式，必須對空調機組的表冷器進行適當的優化改造，使得表冷器選型與之相匹配。

本文對不同條件參數下的表冷器運行性能進行分析，為實現冷水系統高水溫、大溫差運行尋求更好的參數依據。

1 卷煙廠中央空調系統形式

中央空調系統由冷熱源系統和空氣調節系統組成，制冷系統為空氣調節系統提供所需冷量，用以抵消室內環境的冷負荷；制熱系統為空氣調節系統提供用以抵消室內環境熱負荷的熱量。制冷系統是中央空調系統至關重要的部分，其采用種類、運行方式、結構形式直接影響了中央空調系統在運行中的經濟性、高效性、合理性。空氣調節系統對空氣溫濕度處理的方式對于整個中央空調空調系統高效洗、節能型具有很重要的影響。

一般卷煙廠空氣調節系統由空調機柜、過濾器、表冷器、加熱器、加濕器、送回風電機風機及管道閥門控制系統組成。它是通過各種空氣處理功能段組合而成的一種對環境溫濕度精度控制的空氣處理設備，如圖所示。

圖1 空氣調節系統

本文針對以上空調機組內表冷器的運行性能進行分析，由于現有的空調機機組尺寸已經決定了表冷器的管路行程、翅片結構、迎風面積等結構參數不變，所以本文只針對表冷器的翅片材質和排數來研究分析，忽略風阻的影響。選取2臺額定送風量12萬m3/h配置結構相同的空調機組，一臺表冷器采用4排鋁箔材質，另一臺表冷器采用8排全銅材質進行性能測定實驗。

2 表冷器性能測定原理

依據國標GBT 7725-2004，空氣焓值法：一種測定空調器制冷、制熱能力的試驗方法，它對空調器的送風參數、回風參數以及循環風量進行測量，用測出的風量與送風、回風燴差的乘積確定空調器的能力。

（1）通過卷尺測得空調表冷器的寬L（m）、高H（m），那么表冷器迎風面積為:

（2）通過風速儀測得空調風系統表冷器風速v（m/s），并取標況下空氣密度ρ=1.195kg/m3，那么空調送風質量M（kg/s）為:

（3）通過溫濕度在線傳感器測量經過表冷器前的空氣干球溫度t1（℃）、相對濕度φ1，經過表冷器后的空氣干球溫度t2（℃）、相對濕度φ2，并利用濕空氣焓濕圖查詢軟件計算出表冷器前空氣焓i1（KJ/kg）、含濕量d1（g/kg）、表冷器后空氣焓i2（KJ/kg）、含濕量d2（g/kg）。那么表冷器制冷量Q（KW）和除濕量Δd（KJ/kg）分別為：

3 測定過程及結果分析

3.1 冷水系統高水溫下表冷器運行工況分析

兩臺空調分別設定：表冷器冷水電動閥開度100%；蒸汽加熱電動閥開度0%；蒸汽加濕電動閥開度0%；新風閥開度0%；排風閥開度0%；送、回風電機滿頻運行；冷水系統水泵滿頻運行。

當回風溫度24±2℃、濕度55±5%的工況下，逐步設定制冷機供水溫度，待空調系統工況穩定后，記錄下冷水系統表冷器供水溫度7℃、8℃、9℃、10℃時的相關參數，并計算繪制出以下圖表：

圖2 冷水系統水溫實驗

由上圖可知隨著冷水系統水溫的升高，4排鋁箔和8排全銅表冷器的制冷量和除濕量均下降，且相同冷水水溫條件下8排全銅表冷器比4排鋁箔的制冷量和除濕量都要大；8排全銅表冷器在水溫8℃時制冷量和除濕量達到最高，當水溫達到10℃時，8排全銅表冷器的制冷量和除濕量出現較大的降幅。

3.2 冷水系統大溫差下表冷器運行工況分析

2臺空調分別設定：表冷器冷水電動閥開度100%；蒸汽加熱電動閥開度0%；蒸汽加濕電動閥開度0%；新風閥開度0%；排風閥開度0%；送、回風電機滿頻運行；冷水系統表冷器供水溫度7℃。

當回風溫度24±2℃、濕度55±5%的工況下，逐步設定冷水系統水泵的頻率，待空調系統工況穩定后，記錄下對應的冷水系統供回水溫差4.0℃、4.5℃、5.0℃、5.5℃時的相關參數，并計算繪制出以下圖表：

圖3 冷水系統溫差實驗

由上圖可以看出冷水溫度7℃時，隨著冷水系統溫差的增大，4排鋁箔和8排全銅表冷器的制冷量和除濕量均下降，且相同冷水溫差條件下8排全銅表冷器比4排鋁箔的制冷量和除濕量都要大。

4 結語

采用空氣焓值法，對卷煙廠工藝空調冷水系統高水溫大溫差條件下不同材質的表冷器的運行性能進行實驗分析，得到如下結論：

（1）在冷水系統相同的供水溫度條件下，8排全銅表冷器比4排鋁箔的制冷能力和除濕能力都要強；隨著冷水系統供水溫度從7℃提高到10℃時，兩種表冷器的制冷能力和除濕能力均下降，水溫在8℃時，8排全銅表冷器的制冷能力和除濕能力最強。

（2）冷水出水溫度的確定必須合適。一方面冷水溫度必須足夠低，以保證車間溫濕度要求；另一方面，冷水出水溫度又必須足夠高，使制冷機組的能耗降到最低。冷水系統高水溫造成換熱能力下降，因此要選取更大面積、換熱效率更高的材質的表冷器來彌補。

（3）在冷水系統相同的供回水溫差條件下，8排全銅表冷器比4排鋁箔的制冷能力和除濕能力都要強；隨著冷水系統供回水溫差從4℃提高到5.5℃時，2種表冷器的制冷能力和除濕能力均下降。

（4）冷水系統溫差的確定也必須合適，一方面冷水溫差應適當減小，以保證車間溫濕度要求；另一方面，冷水溫差又可以適當增大，使冷水系統水泵的能耗降到最低。冷水系統大溫差造成水流量減小，也會造成換熱能力下降，因此要選取更大面積、換熱效率更高的材質的表冷器來彌補。