機械工廠空調熱回收技術應用研究

劉俊偉

（中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

空調系統節能越來越引起人們重視，對于空調系統的節能措施也越來越多，但針對不同的地區、建筑物特征、生產工藝特點等所選用的方法不盡相同。對節能研究不僅要從建筑環境方面入手，更要考慮依據不同地區的氣候條件進行深入分析，本文主要根據工程實例從不同地區機械工廠的空調熱回收系統進行節能探討，涵蓋內容有限，但不乏代表性，望能達到拋磚引玉之效果。

1 工藝及建筑特征

機械工廠的工作制度大多為每周工作5天，全年250天，每天2班，每班8小時工作時間，年時基數3810小時。勞動強度中等，除鑄造、鍛壓等屬于熱工藝生產，其他屬于冷加工為主的生產工藝。在機械工廠各車間內空調系統、送排風系統既要滿足整個生產線的需要，也為人員提供舒適性條件，本文所探討的節能措施主要從熱回收利用方面考慮。機械工廠的各生產車間一般均采用單層結構以滿足工藝需要，大多以鋼結構為主。為達到保溫、隔熱效果，圍護結構傳熱系數一般不大于1.0W/(m2·k)，內墻多采用240厚混凝土多孔磚、輕鋼龍骨雙面紙面石膏板、成品玻璃隔斷等作為功能性隔斷。由于機械工廠各車間面積、層高一般較大，需要大量補充新風以改善車間空氣品質，因此新風能耗較大，而建筑物本身的能耗基本可以忽略不計。

2 機械工廠空調系統耗能現狀

機械工廠的空調分為兩大部分，一部分是為滿足車間大環境正壓(或負壓)要求的車間舒適性空調（下稱車間空調），一部分是為滿足工藝設備溫、濕度、潔凈度要求的工藝空調。本文僅對車間空調進行討論。對于正壓(或負壓)要求，沒有統一規定，而只是泛泛的給出相對于室外環境高出5～10Pa的標準，一般設計人員僅僅根據房間正壓與換氣次數的關系作為送風量的一個決定因素，再根據工藝設備及輔助房間的排風量，簡單的加減計算出總送風量，使車間空調選型過大，消耗大量電能。對室外新風處理所需冷、熱量巨大，且由于機械工廠生產特點，很多車間大多采用全新風系統，能源消耗更大。另為保持車間內風平衡，還需要設置排風系統將室內空氣有組織的排出室外，而排出的空氣與室內環境基本一致，造成很大的能源浪費，例如，在北方嚴寒、寒冷地區冬季排風溫度約為18℃(考慮高大廠房溫度梯度，且排風一般為頂部排風)，而室外氣溫為零下5～20℃，溫差很大，有熱回收的空間；而在南方冬暖夏熱地區夏季排風溫度約為26℃，而室外氣溫為33℃以上，且室外空氣濕度大，潛熱大，也有相當的熱回收空間。因此對空調系統采用熱回收裝置的節能措施在我國很多地區可以應用。本文主要介紹成都地區某涂裝車間轉輪熱回收系統的應用實例。

3 轉輪式熱回收器

轉輪蓄熱芯體由鋁箔制成。以黏結形式的波紋通過一平直鋁箔在上部相互黏結包裝在一起。通過此方式，根據波紋高度，氣流通道就被制成不同尺寸，其形狀就是用來度量效率同時不同的壓力降與應用。在全效率時轉輪以10轉每分鐘轉動。通過減少轉動，可以減少傳遞。設計中采用臥式空調機組，轉輪設置于空調機組內，橫跨送風通道和排風通道，在新風段設置初中效過濾器，排風段設置中效過濾器。主要過濾空氣中的灰塵、顆粒、少量漆霧等，保證轉輪正常運轉。轉輪熱回收器可以用壓縮空氣、水、蒸汽和特殊清潔劑進行清洗。

4 轉輪式熱回收器選型及計算

4.1 轉輪式熱回收器的選擇要點

根據轉輪品牌不同，其熱回收效率曲線不同。選擇轉輪時一般保持迎面風速2～3m/s。轉輪的效率隨著轉輪轉速的升高而升高，但當轉速大于10r/min后，其效率幾乎沒有變化。選擇轉輪轉速一般10r/min為宜。轉輪單位體積的換熱表面積，稱為比表面積。比表面積越大，熱回收效率越高，但隨著比表面積增大，空氣流過轉輪時的阻力也增大，一般為2800～3000㎡/m3為宜。新風量和排風量宜相等，過渡季節熱回收器不運行的系統，可設置旁通風管，以減少送風阻力，降低風機運行能耗。轉輪的空氣入口處，宜設置空氣過濾器。在嚴寒和寒冷地區應用時，必須考慮防凍措施。轉輪長期不工作時，應每間隔一段時間自動啟動做短暫運行。

4.2 轉輪式熱回收器的計算

根據工程實例計算，該工程位于成都地區，成都屬亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和、四季分明、無霜期長、雨量充沛、日照較少。多年年平均氣溫為16.2℃，年最高氣溫為37.3℃，年極端最低氣溫為-5.9℃，最熱月出現在7～8月，月平均氣溫為25.4和25.0℃，最冷月出現在1月，月平均氣溫為5.6℃。

4.2.1 焓轉輪式熱回收器熱回收計算

在上述氣候條件下應用焓轉輪式熱回收器,統計結果分別見表1～4。

表1 夏季運行工況

表2 夏季熱回收計算結果

表3 冬季運行工況

表4 冬季熱回收計算結果

4.2.2 高效吸濕轉輪式熱回收器熱回收計算

在上述氣候條件下應用高效吸濕轉輪式熱回收器，分別見表5～8所示。

表5 夏季運行工況

5 結語

由于我國的氣候特點自北向南，由西向東氣溫呈上升趨勢，空氣中含濕量逐漸加大，不同地區的氣候特點決定轉輪熱回收器選型時不能只片面關注全熱效率，更應根據地區的不同，選用經濟合適的轉輪熱回收器。由上述理論分析及數據計算，采用焓轉輪的情況下，顯熱效率遠遠大于潛熱效率，而高效吸濕轉輪的顯熱效率和潛熱效率相差不大。

表6 夏季熱回收計算結果

表7 冬季運行工況

表8 冬季熱回收計算結果

例如，東北地區，屬嚴寒型氣候特征，夏季平均氣溫低，使用空調降溫的時間短，而冬季寒冷，平均氣溫極低，冬季采暖季長，采用顯熱效率高的焓轉輪能夠更有效的回收熱量，更能減少由于冬季嚴寒造成轉輪結冰風險，延長轉輪使用壽命，更具實用性、經濟性。而長江以南地區，新風中潛熱負荷占全熱負荷的70%以上，顯熱負荷很小，如果只回收顯熱，即使顯熱效率達到90%以上，全熱效率也不到30%，因此選型時要采用全熱回收，尤其要強調潛熱回收。

在機械工廠節能的問題上，已有大量的研究成果，但大多都很粗放，不能精益的細微分析研究機械工廠節能措施。本文主要目的將本專業精益化設計思路應用于機械工廠中，根據機械工廠的生產車間特點將設計、計算、選型細節著重突出。既要能滿足節能需要，又能節約投資，以期短時間內將節能成本回收。