煙葉醇化庫室內環境控制策略研究

摘 要：介紹了湖北恩施某煙葉醇化庫控溫除濕系統設計，針對系統調試過程中遇到的實際工程問題，提出了兩套整改方案以及在兩套整改方案下控溫除濕系統的運行策略，并從實施難易程度、整改成本以及后期運營維護等方面進行評價。根據現場測試結果及研究發現，當控溫除濕系統再熱能力不足時，在低溫高濕工況下，采用制冷除濕模式將無法有效降低空氣相對濕度。兩種整改方案相比較，增設電加熱裝置實施更容易，但對不同工況適應性相對較差，后期運行費用較高；采用熱泵型風冷除濕機組實施難度大、費用高，周期較長，但能更好地適應不同工況，同時節能高效，后期運營費用低。

關鍵詞：煙葉醇化庫；控溫除濕系統；系統調試；運行策略

中圖分類號：TS44+4? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）03-0049-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.03.013

0? ? 引言

煙葉醇化庫作為煙葉發酵的場所，其室內的溫濕度環境對煙葉發酵的過程有著明顯的影響[1]，溫度過高或過低，均不利于煙葉發酵，同時還會帶來蟲害、霉變等問題。相關研究表明，當相對濕度超過70%時，煙葉極易產生霉變[2]，影響煙葉質量，造成損耗。

本文的研究對象為位于恩施地區的某卷煙廠煙葉醇化庫，根據該實際工程案例中出現的問題，進行分析總結，探討煙葉醇化庫適宜的室內環境控制方案。

1? ? 工程概況

該煙葉醇化庫地上5層，建筑高度為22.8 m（屋面完成面至室外地面），總建筑面積33 252 m2，共分為3個存儲單元，每個存儲單元有1～5層5個庫房，每個存儲單元的通風空調系統獨立設置。

1.1? ? 室內設計參數

煙葉醇化及養護環境由庫內控溫除濕系統及帳幕內“四位一體煙葉養護系統”共同完成，當需要對煙葉進行殺蟲、氣調等工藝處理時，通過帳幕對相應的煙葉堆垛進行密封圍合，帳幕內的環境通過獨立的煙葉堆垛專用除濕機組、制氮機組、通風系統進行控制，庫房內的環境參數僅滿足煙葉常規的醇化環境要求即可。根據YC/T 205—2017《煙草及煙草制品 倉庫 設計規范》[3]，庫房全年溫度控制范圍：10～30 ℃，相對濕度控制范圍：≤65%。

1.2? ? 通風空調設備配置

根據庫房的使用性質，室內無固定的工作人員，僅偶爾倉儲轉運時有工作人員，煙葉醇化時間一般為1～3年，倉庫周轉時間較長，工作人員少，同時為防止蟲害，庫房內門、窗（設有窗簾）正常情況下為關閉狀態，煙葉發酵過程有少量發熱，且大部分時間在帳幕內進行，在研究時可近似按照無內熱源、無內部散濕考慮。因此，煙葉醇化庫室內空調負荷主要考慮圍護結構負荷、新風負荷、滲透風負荷。通風空調系統配置按照YC/T 205—2017《煙草及煙草制品 倉庫 設計規范》[3]、GB 50019—2015《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》執行。

1.2.1? ? 控溫除濕系統

每個存儲單元豎向共5層共用一套獨立的控溫除濕系統，每套系統設置一臺大型風冷調溫型除濕機組，機組含風冷冷凝段、混風段、初效過濾段、一級直接蒸發盤管段、深度除濕段、冷凝再熱段、風機送風段，風機變頻，送風量根據末端負荷自動調整。機組主要參數如表1所示。

風冷調溫型除濕機組設于庫房屋面，送/回風干管通過豎井通至各層庫房，庫房內風系統采用上送風、上回風，各層庫房送/回風干管均設置電動風閥，空調送風口均勻布置，避免氣流死角。每個存儲單元各樓層庫房內均設置溫濕度監控系統，當庫房內溫濕度傳感器反饋的信號顯示需要進行除濕控溫時，開啟對應的電動風閥及除濕機組。

1.2.2? ? 通風系統

通風系統的運行能耗相對空調系統要低，當室外環境參數適宜時，可以通過通風系統對室內環境進行一定程度的控制。醇化庫內設置有自然通風窗及機械通風系統，機械通風系統與庫房內機械排煙系統共用風機及管道，機械通風換氣次數不小于2次/h。

2? ? 出現的問題及原因分析

2021年3月，本項目機電系統組裝完畢，進行調試，此時恩施地區正處于初春季節，氣溫較低，雨水較多，室外環境為典型的低溫高濕環境。

2.1? ? 空調系統調試過程中出現的問題

調試期間，室內與室外環境參數基本一致，白天平均溫度為15 ℃左右，相對濕度在70%以上。在調試過程中發現，開啟除濕機后，始終無法使室內溫濕度達到設計要求，以3月24日現場測試數據為例：開啟除濕機組前庫內溫度為15.7 ℃，相對濕度74.2%，運轉除濕機一段時間后，庫內溫度為13.5 ℃，相對濕度76.8%。同時，由于除濕機組回風溫度過低，制冷劑無法在蒸發器中順利地吸熱蒸發，制冷劑循環無法正常進行，機組頻繁出現故障。

2.2? ? 原因分析

除濕機除濕原理為蒸發降溫冷凝除濕，即當空氣通過蒸發器時，將空氣溫度降至露點溫度以下，空氣中水蒸氣凝結為液態水，此時空氣含濕量降低，但相對濕度升高；隨后空氣通過冷凝再熱段，溫度升高，相對濕度降低。通過蒸發器后的空氣狀態點與蒸發器盤管溫度、送風量、回風的溫濕度有關，當空氣含濕量下降至某一程度d時，除濕機將無法進一步降低空氣含濕量，根據現場測試結果d≈7.35 g/kg。

根據3月24日現場測試數據查焓濕圖，開啟除濕機前空氣含濕量為8.23 g/kg，開啟除濕機后空氣含濕量為7.38 g/kg，空氣中水蒸氣降低0.85 g/kg，證明除濕機實現了除濕功能，但是由于再熱能力不足，室內空氣溫度由15.7 ℃降低至13.5 ℃，導致相對濕度反而增大2.6%至76.8%，偏離了設計要求的≤65%目標值。

綜上分析可知，除濕機除濕效果達不到設計要求的根本原因在于再熱能力不足，最大冷凝再熱量僅為機組制冷量的30%，在低溫高濕工況下，需要通過再熱裝置提高空氣溫度，從而達到降低相對濕度的效果。查焓濕圖可知，當d=7.35 g/kg時，需保證室內溫度在15 ℃以上，才能使室內相對濕度≤65%。

3? ? 解決方案

根據以上分析結論，提出了兩套解決方案。

3.1? ? 方案一：增加電加熱設備

降低空氣相對濕度有兩種思路：1）降低空氣中的含濕量；2）提高空氣溫度。結合風冷調溫型除濕機組的特點，在高溫高濕工況下，開啟除濕機組，關閉電加熱即可達到除濕效果；在低溫高濕工況下，除濕機已不能正常工作，此時需要提高室內溫度，以達到降低相對濕度的效果。

因此，通過增加電加熱設備，提高機組制熱能力。恩施地區冬季空氣調節室外計算溫度為0.4 ℃，冬季工況需要維持室內溫度在10 ℃以上，根據鴻業負荷計算結果，當室內外溫差為9.6 ℃時，通過圍護結構傳熱形成的負荷為77.02 kW。考慮極端天氣影響，預留一定的冗余系數，每套機組需增加120 kW電加熱裝置。

由于調試時本項目電力系統施工已完成，若增加機組的配電功率，則電力系統改造實施難度大、費用高，因此電加熱裝置與除濕機組壓縮機不可同時運行。綜上，采用方案一進行改造后，控溫除濕系統有兩種運行模式，即降溫除濕模式和電加熱制熱模式，其中降溫除濕模式適用于高溫工況，電加熱模式適用于低溫工況。控溫除濕系統運行策略如表2所示。

3.2? ? 方案二：采用帶熱回收的熱泵型風冷除濕機組，并提高機組冷凝再熱量

原除濕設備不具備制熱功能，同時在降溫除濕模式下運行時，冷凝再熱量為89 kW，而制冷量為300 kW，不能滿足在低溫高濕工況下的運行需求。故方案二為更換機組，采用帶熱回收的熱泵型風冷除濕機組，最大再熱量理論上不小于機組制冷量，同時再熱量可根據需要調節。由于采用熱泵型機組，不會額外增加機組配電功率，對電力系統無影響。采用方案二進行改造后，控溫除濕具備3種運行模式，即降溫除濕模式、降溫除濕+再熱模式和制熱模式。

降溫除濕模式：庫房內回風通過蒸發器進行熱濕交換，此過程空氣含濕量降低、溫度下降。此運行模式適用于高溫工況。

降溫除濕+再熱模式：回風通過蒸發器進行降溫除濕過程后，再經過再熱盤管進一步加熱，此過程為等濕升溫過程，空氣含濕量不變而相對濕度下降。此運行模式適用于溫度較低而濕度較高的工況。再熱熱源為經壓縮機壓縮后的一部分高溫、高壓冷媒，無須額外消耗能源，其工藝流程圖如圖1所示。

制熱模式：回風經過冷凝器進行熱交換，此過程空調溫度升高，含濕量不變，相對濕度降低。此運行模式適用于低溫工況。

需根據不同的工況選擇相應的運行模式，其中降溫除濕+再熱模式下再熱熱源無須額外消耗能源，同時空氣在經過降溫除濕后再熱可以進一步降低相對濕度，此過程除濕效果好，可以有效縮短機組運行時間，降低總能耗，應優先采用。當采用帶熱回收的熱泵型風冷除濕機組時，控溫除濕系統運行策略如表3所示。

3.3? ? 方案對比分析

方案一和方案二都考慮了配電條件，未增加機組總功率，不需要進行電力擴容。

從方案實施難易程度來看，方案一實施起來比較容易，只需在機組內部增設一套電加熱裝置即可，根據與廠家溝通，可以直接調配相關的配件進行現場組裝，實施周期較短；方案二需要全面更換除濕機組，施工現場塔吊已經拆除，設備運輸、吊裝難度大，實施周期長。

從方案整改成本來看，方案一增加電加熱設備及相關配件，造價低，實施簡單，人工費用也少；方案二需要全面更換除濕機組，設備本身費用高，同時運輸成本、安裝成本也較高。

從后期運營維護來看，方案一采用電加熱模式進行再熱，制熱能力有限，對不同工況的適應性較差，同時直接采用電加熱能源利用率低，后期運行費用高；方案二采用熱泵型機組，制熱能力強，同時在制冷除濕工況下，機組再熱性能高，充分利用了冷凝器余熱，對不同工況的適應性更強，能效高，運行費用低。

4? ? 輔助運行策略

除濕機組運行能耗較高，在煙葉醇化庫日常管理中，應盡量利用建筑圍護結構本身的保溫特性，采用通風的方法，減少除濕機組的運行時間，降低能耗。

在夏季，當夜間氣溫下降，室外溫濕度適宜時，開啟通風設施，降低庫房內溫度；白天室外氣溫升高時，關閉庫房通風設施。在冬季，當白天氣溫上升時，開啟通風設施，提升庫房內溫度；夜間室外氣溫降低時，關閉庫房通風設施。

5? ? 結論

在調試過程中出現的除濕效果滿足不了設計要求這一問題，其原因在于：受制冷劑蒸發溫度的限制，在低溫高濕環境下，風冷型除濕機組除濕能力受限，而再熱能力不足，導致室內空氣含濕量略有下降，溫度降低，相對濕度反而增高。解決的辦法在于提高機組制熱能力。兩種整改方案相比較，方案一實施起來更加容易，費用較省，實施周期短，但后期運營費用高、適應性相對較差；方案二實施難度大、費用高，但具備節能效果好，運營成本低，對不同工況適應性更強的優點。當條件允許時，在設計中應盡量考慮采用帶熱回收的熱泵型除濕機組。同時，煙葉醇化庫的控溫除濕系統應盡量與通風系統相互配合運行，以減少運營費用。

[參考文獻]

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[3] 煙草及煙草制品 倉庫 設計規范：YC/T 205—2017[S].

收稿日期：2023-11-01

作者簡介：孫輝（1989—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：暖通設計。