機械工廠空調(diào)熱回收技術應用研究

劉俊偉

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能越來越引起人們重視，對于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施也越來越多，但針對不同的地區(qū)、建筑物特征、生產(chǎn)工藝特點等所選用的方法不盡相同。對節(jié)能研究不僅要從建筑環(huán)境方面入手，更要考慮依據(jù)不同地區(qū)的氣候條件進行深入分析，本文主要根據(jù)工程實例從不同地區(qū)機械工廠的空調(diào)熱回收系統(tǒng)進行節(jié)能探討，涵蓋內(nèi)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(shù)3810小時。勞動強度中等，除鑄造、鍛壓等屬于熱工藝生產(chǎn)，其他屬于冷加工為主的生產(chǎn)工藝。在機械工廠各車間內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、送排風系統(tǒng)既要滿足整個生產(chǎn)線的需要，也為人員提供舒適性條件，本文所探討的節(jié)能措施主要從熱回收利用方面考慮。機械工廠的各生產(chǎn)車間一般均采用單層結(jié)構以滿足工藝需要，大多以鋼結(jié)構為主。為達到保溫、隔熱效果，圍護結(jié)構傳熱系數(shù)一般不大于1.0W/(m2·k)，內(nèi)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(zhì)，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(diào)系統(tǒng)耗能現(xiàn)狀

機械工廠的空調(diào)分為兩大部分，一部分是為滿足車間大環(huán)境正壓(或負壓)要求的車間舒適性空調(diào)（下稱車間空調(diào)），一部分是為滿足工藝設備溫、濕度、潔凈度要求的工藝空調(diào)。本文僅對車間空調(diào)進行討論。對于正壓(或負壓)要求，沒有統(tǒng)一規(guī)定，而只是泛泛的給出相對于室外環(huán)境高出5～10Pa的標準，一般設計人員僅僅根據(jù)房間正壓與換氣次數(shù)的關系作為送風量的一個決定因素，再根據(jù)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(diào)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(chǎn)特點，很多車間大多采用全新風系統(tǒng)，能源消耗更大。另為保持車間內(nèi)風平衡，還需要設置排風系統(tǒng)將室內(nèi)空氣有組織的排出室外，而排出的空氣與室內(nèi)環(huán)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(qū)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(qū)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?shù)臒峄厥湛臻g。因此對空調(diào)系統(tǒng)采用熱回收裝置的節(jié)能措施在我國很多地區(qū)可以應用。本文主要介紹成都地區(qū)某涂裝車間轉(zhuǎn)輪熱回收系統(tǒng)的應用實例。

3 轉(zhuǎn)輪式熱回收器

轉(zhuǎn)輪蓄熱芯體由鋁箔制成。以黏結(jié)形式的波紋通過一平直鋁箔在上部相互黏結(jié)包裝在一起。通過此方式，根據(jù)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(zhuǎn)輪以10轉(zhuǎn)每分鐘轉(zhuǎn)動。通過減少轉(zhuǎn)動，可以減少傳遞。設計中采用臥式空調(diào)機組，轉(zhuǎn)輪設置于空調(diào)機組內(nèi)，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(zhuǎn)輪正常運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪式熱回收器選型及計算

4.1 轉(zhuǎn)輪式熱回收器的選擇要點

根據(jù)轉(zhuǎn)輪品牌不同，其熱回收效率曲線不同。選擇轉(zhuǎn)輪時一般保持迎面風速2～3m/s。轉(zhuǎn)輪的效率隨著轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的升高而升高，但當轉(zhuǎn)速大于10r/min后，其效率幾乎沒有變化。選擇轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速一般10r/min為宜。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)熱回收器不運行的系統(tǒng)，可設置旁通風管，以減少送風阻力，降低風機運行能耗。轉(zhuǎn)輪的空氣入口處，宜設置空氣過濾器。在嚴寒和寒冷地區(qū)應用時，必須考慮防凍措施。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪式熱回收器的計算

根據(jù)工程實例計算，該工程位于成都地區(qū)，成都屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，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(xiàn)在7～8月，月平均氣溫為25.4和25.0℃，最冷月出現(xiàn)在1月，月平均氣溫為5.6℃。

4.2.1 焓轉(zhuǎn)輪式熱回收器熱回收計算

在上述氣候條件下應用焓轉(zhuǎn)輪式熱回收器,統(tǒng)計結(jié)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(jié)果

表3 冬季運行工況

表4 冬季熱回收計算結(jié)果

4.2.2 高效吸濕轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪式熱回收器，分別見表5～8所示。

表5 夏季運行工況

5 結(jié)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(qū)的氣候特點決定轉(zhuǎn)輪熱回收器選型時不能只片面關注全熱效率，更應根據(jù)地區(qū)的不同，選用經(jīng)濟合適的轉(zhuǎn)輪熱回收器。由上述理論分析及數(shù)據(jù)計算，采用焓轉(zhuǎn)輪的情況下，顯熱效率遠遠大于潛熱效率，而高效吸濕轉(zhuǎn)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(jié)果

表7 冬季運行工況

表8 冬季熱回收計算結(jié)果

例如，東北地區(qū)，屬嚴寒型氣候特征，夏季平均氣溫低，使用空調(diào)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(zhuǎn)輪能夠更有效的回收熱量，更能減少由于冬季嚴寒造成轉(zhuǎn)輪結(jié)冰風險，延長轉(zhuǎn)輪使用壽命，更具實用性、經(jīng)濟性。而長江以南地區(qū)，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(diào)潛熱回收。

在機械工廠節(jié)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(jié)能措施。本文主要目的將本專業(yè)精益化設計思路應用于機械工廠中，根據(jù)機械工廠的生產(chǎn)車間特點將設計、計算、選型細節(jié)著重突出。既要能滿足節(jié)能需要，又能節(jié)約投資，以期短時間內(nèi)將節(jié)能成本回收。