中央空調濕膜加濕在卷煙工業中的應用探討

摘" 要：為推動行業綠色低碳循環發展，助力碳達峰、碳中和，建設資源節約型、環境友好型企業。對昆明卷煙廠耗能情況進行調研，當前卷煙廠采用干蒸汽加濕維持近似恒溫恒濕的環境，但是該方式效率低，能耗高。因此，該文根據昆明卷煙廠實際情況，分析不同加濕方式優缺點，選擇濕膜加濕作為卷煙廠中央空調改造的最佳方案，并進行可行性分析。

關鍵詞：中央空調改造；卷煙工業；濕膜加濕；加濕機理；性能分析

中圖分類號：TU831" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0172-04

Abstract： In order to promote the development of green and low-carbon cycles in the industry， help carbon peak and carbon neutrality， and build resource-saving and environmentally friendly enterprises. The energy consumption situation of Kunming Cigarette Factory was investigated. Currently， cigarette factories use dry steam humidification to maintain a constant temperature and humidity environment， but this method is inefficient and consumes high energy. Therefore， based on the actual situation of Kunming Cigarette Factory， this paper analyzes the advantages and disadvantages of different humidification methods， selects wet film humidification as the best plan for the renovation of central air conditioning in the cigarette factory， and conducts a feasibility analysis.

Keywords： central air-conditioning transformation; cigarette industry; wet film humidification; humidification mechanism; performance analysis

中央空調是一種在同一建筑內，以集中或半集中的形式，對空氣進行凈化、冷卻或加熱、加濕或除濕等處理、輸送和分配的空調系統。其目標是要創建一個具有標準溫度、標準濕度、標準潔凈度和新鮮度的室內室外空氣環境，從而滿足生活舒適性或者工藝性等的空氣調節要求[1]。

卷煙生產技術對于環境有較高的要求，制絲生產線與卷包、成型生產線都有設置空調設備。根據生產工藝要求，貯葉房和煙絲庫區域需要恒溫恒濕的環境，貯葉房作為儲存初加工煙葉的關鍵環節，恒溫恒濕的環境有助于保持煙葉的新鮮度和品質，避免溫度和濕度的波動導致煙葉質量下降。煙絲庫區是存放成品煙絲的地方，煙絲在這個階段的含水率、整絲率以及填充值等物理指標，直接受到環境條件的影響。適當的濕度可以防止煙絲過于干燥，從而引起燃燒時的不均勻燃燒和口感變差；適當的溫度則可以避免因過高或過低而導致的化學性質變化，保持煙草的香氣和味道[2]。為此，結合昆明卷煙廠實際情況，對中央空調加濕系統進行調研模擬，探討濕膜加濕在卷煙工業的可行性。

1" 問題分析

昆明卷煙廠地處云南省中部地區，屬于亞熱帶高原山地季風氣候，其特點是氣候溫和、四季如春、年溫差小，室外溫度常年在15～25 ℃，氣候干燥，空氣濕度較低。

卷煙廠空調系統如圖1所示，空氣處理流程為：新風—風機/回風—排風—初效過濾—中效過濾—制冷—蒸汽加熱—蒸汽加濕—風機—出風。

卷煙生產過程中，需要消耗大量蒸汽，用于制絲工藝與生產空調[3]。空調用汽主要包括各空調機房組合式空調設備的加熱、加濕，其日平均用汽量約為72 t，結合昆明氣候情況。空調冷量、熱量用量較少，更多的是用于空調加濕，空調耗汽量約占總蒸汽消耗的21%。空調能耗占卷煙廠綜合能耗比例較大。所以，空調蒸汽能耗是卷煙廠的主要能耗指標。

昆明卷煙廠的中央空調系統目前采用飽和蒸汽加濕方式，這種方式以快速的加濕速度和高控制精度而著稱，能夠有效地調節生產過程中所需的濕度條件。然而，盡管有這些顯著優點，飽和蒸汽加濕系統的運行成本相對較高，這主要源于蒸汽本身的生成和輸送成本。

在長期運行過程中，昆明卷煙廠的組合式空調機組已運行了13年，其蒸汽加濕系統開始出現一系列性能問題。首先是蒸汽量控制不準確，這可能是系統老化或傳感器失準導致的，使得實際加濕效果與預設值存在偏差。這種控制的不精確不僅影響到了加濕的均勻性，也對生產區域內的溫度和濕度穩定性造成了影響。

此外，由于設備故障和損壞，加濕系統的故障頻發，這不僅增加了維護成本，而且影響到生產的連續性和穩定性。當加濕系統出現故障，嘗試進行修復或維持運行時，常常會導致加濕蒸汽的消耗量異常增加。增加的蒸汽量帶入大量熱量，這些熱量進入空調機組后會引起風溫升高，從而影響整個空調系統的溫度控制。風溫的升高可能導致所謂的“對立工況”，即系統內部的冷卻除濕功能與加熱器及加濕器的再熱再濕功能相互抵消，造成能源的無效循環和浪費。這一現象也成為了空調系統能耗高的一個重要原因。

在過渡季節或者冬季的部分時節，由于室外溫度較低，可以采用調節新風比的方式控制室內溫度，但是由于昆明的高原氣候特征，室外空氣干燥，幾乎全年需要加濕。若新風占比過大，會明顯增加空調機組的加濕負荷，又進一步導致風溫升高，需要開啟表冷器降溫處理，進一步加大能耗。

2" 中央空調常用加濕方式分析

目前，中央空調主流加濕方式有飽和蒸汽加濕、超聲波加濕、高壓微霧加濕和濕膜加濕。飽和蒸汽加濕是目前昆明卷煙廠采用的加濕方式，加濕速度快，控制精度高，但是能耗過高；超聲波加濕的加濕效率高，但是對環境傷害較大，對水質與改造空間要求較高；高壓微霧加濕水霧顆粒小，加濕均勻，不會造成二次污染，但是運行聲音較大，且對水質要求較高，耗電量大；濕膜加濕是通過潔凈的水輸送到加濕器頂部的淋水器，水均勻地淋到濕膜的頂部， 水在重力作用下沿濕膜材料向下浸透，淋濕濕膜內部的所有層面，同時被濕膜材料吸收，形成均勻的水膜， 當干燥的風通過濕膜材料時，干燥的空氣和濕潤的濕膜表面有較大面積的接觸，水分充分吸收空氣的熱量而汽化、蒸發，從而達到對空氣加濕的目的。濕膜加濕屬于等焓加濕，在這一加濕過程中，空氣濕度增加，溫度下降，但是空氣的焓值不變。濕膜加濕安全可靠，對空氣有洗滌、凈化作用，不產生“白粉”現象，無噪聲，對水質要求不高，控制方便且相對精確，能耗較低[4]。因此，根據實際情況及需求，選擇濕膜加濕的方式對中央空調空氣進行加濕。

3" 濕膜加濕器加濕性能分析

3.1" 加濕性能理論分析

濕膜加濕主要是清潔自來水通過供水管路送到濕膜頂部布水器，水在重力作用下沿著濕膜的表面向下流，將濕膜表面潤濕，水流到接水盤中，通過排水管道直接排到下水管道，進入中水站二次利用。濕膜加濕是等焓加濕，即在水蒸發的過程中，需要吸收熱量，這部分熱量通常來自空氣，因此通過蒸發過程，空氣的溫度會有所降低，但總的熱量（焓值）保持相對穩定。這種效應使得濕膜加濕器在增加濕度的同時，也具有一定的降溫效果[5]。

對濕膜加濕器進行加濕性能評價主要參考2個性能參數：飽和效率、加濕效率[6]。

3.1.1" 飽和效率

飽和效率是指在等焓加濕過程中，加濕器入口空氣經加濕后達到飽和的效率，如式（1）所示。實際上是指加濕器最大能把空氣加濕的程度。這個參數對于評估濕膜加濕器的性能至關重要，因為它直接影響到設備的加濕極限和穩定性。高飽和效率意味著加濕器能更有效地利用提供的水分，實現更大程度的空氣濕度飽和，從而提高整體的加濕效能[6]。

3.2" 加濕效果前后對比

昆明地區由于其獨特的高原氣候特征，幾乎在全年的各個時段內，都面臨著需要增加空氣濕度的需求。特別是在冬季以及從一個季節過渡到另一個季節的時期，由于氣溫較低或變化較大，空調系統的蒸汽使用量普遍較大。針對卷煙廠的特定實際情況，對中央空調系統進行改造前后的蒸汽加濕所引起的溫度和濕度變化進行了詳細的分析。有助于了解改造措施的有效性以及對環境控制精度的實際影響，從而為進一步優化空調系統運行提供科學依據。

3.2.1" 改造前蒸汽加濕溫濕度變化

1）冬季模式。在冬季采用蒸汽加濕的方式，外氣進入中央空調后，與回風混合，需要消耗2部分能量：一是將混合空氣加熱至28 ℃；二是將混合空氣加濕到60%。在這種工況下，采用蒸汽加濕減少了加熱的消耗。

2）過渡季節。在過渡季節采用蒸汽加濕，需要先用冷凍水將混合空氣溫度降低至25 ℃，再沿著等溫線加濕，需要消耗3部分能量：一是將混合空氣降溫至25 ℃；二是將混合空氣加熱至28 ℃；三是將混合空氣加濕到60%。這種工況下，采用蒸汽加濕增加了對立工況，出現了冷凍水和蒸汽熱量的不必要消耗，造成了能源浪費。

3.2.2" 改造后蒸汽加濕溫濕度變化

1）冬季模式。冬季采用濕膜加濕需要先將混合空氣加熱至30 ℃，再沿著等焓線降溫加濕，需要消耗：一是將混合空氣加熱至30 ℃所需熱量；二是消耗加濕所需水量。

2）過渡季節。在過渡季節采用濕膜加濕，需先用冷凍水將混合空氣溫度降低至28 ℃，再沿著等焓線加濕，消耗為：一是將混合空氣降低至28 ℃的制冷量；二是加濕所需水量。

綜上所述，昆明卷煙廠在對中央空調系統進行改造前，不論任何季節，均需消耗大量的蒸汽以維持恒溫恒濕的生產環境。然而，在引入了濕膜加濕技術后，情況有了顯著的改善。這種技術通過水蒸發的方式增加空氣濕度，同時降低溫度，有效利用了自然環境的調節能力，減少了對蒸汽的依賴。特別是在過渡季節，可能不需要消耗蒸汽。此外，昆明的氣候特征是高溫低濕的時間較長，傳統的蒸汽等溫加濕方法在這樣的氣候條件下需要消耗更多的能源。而采用等焓加濕的濕膜加濕技術，由于其工作原理更適應昆明的氣候特點，因此對能源的需求更小。從理論上講，濕膜加濕技術由于其對環境的適應性和能源使用的高效性，更能達到節能減排的作用。

4" 濕膜加濕方法技術經濟性分析

濕膜加濕的經濟性除去直接投入費用外，主要考慮節約成本、運行成本和維修與備件成本，在這里具體對濕膜加濕節約成本、運行成本和維修與備件成本進行計算評估，并用同樣的方法計算飽和蒸汽加濕成本進行比較。

4.1" 節約成本

根據調查，取濕膜加濕效率最低為50%，即供應2 kg自來水可以獲得1 kg加濕量計算。節約電量按YORK制冷機機組COP為5.8來計算。取干蒸汽加濕效率95%，需要4個15 W濕膜加濕電磁閥。根據計算可得表1濕膜加濕年節約能源計算表。

4.2" 運行成本

濕膜加濕正常運行消耗水量和電量。改造的5臺中央空調年需要水量為6 706.88 t。該系統可以不加裝水泵，僅用自來水的壓力可以運行，因此僅有4個15 W的電磁閥耗電，若按一年中央空調運行300 d計算。取水費為4元/t，電費為0.46元/kW·h，則年運行成本計算見表3。

4.3" 維修與備件成本

根據產品調研結果，目前濕膜加濕一年需清洗1～2次，每次清洗費用為6 000～10 000元。每年清洗2次，每次費用取6 000元。則平均每年的維修和備件成本為60 000元。

綜上所述，濕膜加濕系統年運行和維護成本為87 026.24元，年耗水量為6 706.88 t。同理可得飽和蒸汽加濕，濕膜加濕年運行和維護成本，見表4。

綜合考慮耗水量、運行成本與維護成本，進一步驗證選擇濕膜加濕是能耗低、經濟性好的改造方式。

5" 結論

結合昆明卷煙廠實際情況，通過對比中央空調主流加濕方式優缺點，采用濕膜加濕方式更適合卷煙廠空調加濕系統。濕膜加濕的方式在保證車間溫濕度恒定的同時，大大降低了能源消耗。因此，中央空調的濕膜加濕改造技術具有可觀的經濟效益和社會效益，適用于卷煙工業。

參考文獻：

[1] 趙斌.中央空調加濕系統淺析[J].城市建設理論研究：電子版，2014（6）.

[2] 葉校圳，林孟琰，曾靜，等.濕膜加濕及溫濕度獨立控制技術在卷煙廠空調系統中的應用[J].煙草科技，2017，50（2）：77-81.

[3] 王雷崗，王團結.卷煙廠余熱綜合利用可行性研究[J].建筑熱能通風空調，2020，39（11）：56-59，69.

[4] 那愷，林星春.淺談不同加濕形式的發展過程及其適用場合[J].制冷與空調，2011，11（1）：18-21.

[5] 黃秋菊，劉乃玲.濕膜加濕器的加濕機理及影響因素分析[J].節能，2005（10）：8-11，2.

[6] 李甲.空調加濕器加濕性能的試驗研究[D].沈陽：沈陽建筑大學，2011.