裁紙車間空調系統設計

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摘 要： 本文以某造紙廠裁紙車間的空調系統設計為例，分別從空調室內計算參數、空調負荷計算、圍護結構保溫、空調系統選擇、一、二次回風系統控制等方面，對裁紙車間空調系統設計要點進行概述，為裁紙車間空調系統設計提供參考。

關鍵詞：裁紙車間；空調系統；一、二次回風；焓濕圖中圖分類號：TS78 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 05. 023

Design of Air Conditioning System for Paper Cutting Workshop

LI Mengzhu* LI Na XIA Xin（China Light Industry International Engineering Co.，Ltd.，Beijing，）（*E-mail：limzh@cliec. cn）

Abstract：Taking the air conditioning system design for a paper cutting workshop in a paper mill as an example，the key points of the design of an air conditioning system in a paper cutting workshop were summarized from calculation parameters of indoor air conditioning，load calcu‐ lation，insulation of the enclosure structure，selection of the air conditioning system，and the control of primary and secondary return air sys‐ tems，etc. This paper provided a reference for the design of air conditioning systems in paper cutting workshop. Key words：paper cutting workshop；air conditioning system；primary and secondary return air；enthalpy and humidity diagram

裁紙車間主要工藝設備有切紙機、包裝機、箱堆機等，車間主要工藝是將成卷的紙經過切紙機，裁剪成不同規格的紙張，由包裝機整理打包成箱，密封后運輸到用紙單位。由于紙張為多孔結構，具有較強的親水性，在裁剪過程中易受環境溫、濕度的影響，造成紙張發生伸縮、卷曲、翹邊、起皺等變形現象，故裁紙車間需要維持一定的溫、濕度環境，以保證裁剪過程中產品的質量穩定。

本文以某造紙企業后加工裁紙車間為例，對裁紙車間空調系統設計要點等相關問題進行闡述。

1 空調計算參數

1. 1 室外空調計算參數

本設計所在地室外空調計算參數[1]，如表1所示。

1. 2 室內空調計算參數

本裁紙車間主要裁剪的是高檔雙面膠板印刷紙及高檔靜電復印紙，為避免剪裁過程中紙張受環境溫、濕度影響而變形，保證產品質量穩定，由工藝專業提出，裁紙車間室內溫、濕度要求為：溫度 （25±2）°C 、相對濕度 （45±5）% 。

表1 室外空調計算參數

Table 1 Calculation parameters of outdoor air conditioning

1. 3 圍護結構的保溫

本設計是利用原有建筑，將其使用功能改為后加工裁紙車間，由于原建筑內工藝生產無特殊要求，僅設置自然通風系統，且該建筑使用年限也較長，所以本次設計針對圍護結構進行相應的修繕，其中重點是對圍護結構的保溫功能進行了改造。

原建筑設計外墻材料為加氣混凝土砌塊墻（厚度200mm， ），傳熱系數 K=1.09W/（m²?K） ，熱惰性指標D=3.66 ，本次改建增加巖棉板（ 30mm ）保溫，傳熱系數達到 K=0.65W/（m²?K） ，熱惰性指標 D=4.012 。

原屋面材料為鋼筋混凝土板（ 120mm ），外加擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板（ 20mm， ），其傳熱系數 K= 1.11W/（m²?K） ，熱惰性指標 D=2.43 ，本次改建將保溫材料擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板再增加 30mm ，改為50mm ，其傳熱系數達 K=0.59W/（m²?K） ，熱惰性指標 D=3.01 。

通過對墻體和屋面增加保溫材料，減小了圍護結構傳熱系數，提高其熱惰性指標值，有效減少了圍護結構的空調冷、熱負荷，滿足工藝性空調圍護結構節能要求。

2 空調設計方案確定

2. 1 冷、熱源

該設計為改建項目，原廠區內配套設施較為完善，設計所用冷源由制冷站內冷水機組為空調系統提供 7/12^°C 冷凍水；熱源由換熱站為空調系統提供60/50^°C 熱水。

2. 2 負荷計算

車間冷、熱負荷主要由以下幾部分組成：車間圍護結構負荷、工藝設備散熱負荷以及人員和新風產生的負荷。本車間總建筑面積 20000m² ，車間高度 8m 。車間夏季計算空調冷負荷（不含新風） 800kW ，冬季計算空調熱負荷（不含新風） 925kW ，工藝設備發熱量 150kW ，新風冷負荷 1409kW 。

車間余濕量主要由紙張的散濕量及人體散濕量組成。由于車間操作人數不超過10 人，故紙張的散濕量是主要的濕負荷來源。紙張散濕量 W₁ （ kg/h ）計算見式（1）。

式中， X₁ 為紙張初始干度，取 90% ； X₂ 為紙張成品干度，取 90.2% ； Q_d 為紙張產量， kg/h 。

本設計紙張產量 Q_d=75333.3kg/h ，紙張散濕量W₁=144kg/h 。

2. 3 空調系統的選擇及空調機組功能段組成

裁紙車間屬于高大廠房，為滿足車間溫、濕度控制要求，空調送風量大。空調系統采用一、二次回風系統，相較一次回風系統，可有效避免冷熱抵消，節省系統的再熱能耗，節能效果明顯，具有較好的抗干擾和較高的控制精度[2]。因此針對本設計采用一、二次回風空調系統。

空調機組主要功能段由回風段、回風風機段、初效過濾段、新回風混合段、表冷器、二次回風段、熱水盤管加熱段、干蒸汽加濕段、送風機、中效過濾段、送風風機段等組成，具體示意圖見圖1。

2. 4 空氣處理過程

2. 4. 1 夏季空氣處理過程

夏季空氣處理過程見圖2，室外狀態點W 的新風與室內一次回風狀態點 N 混合至狀態點 C ，狀態點 C 的混合空氣經表冷器冷卻除濕至機器露點 L ，再與二次回風混合到狀態點M，再熱后至送風狀態點 o ，通注 ① 一次回風段； ② 回風機； ③ 混風段； ④ 初效過濾器； ⑤ 表冷器； ⑥ 二次回風段； ⑦ 熱水盤管加熱段； ⑧ 干蒸汽加濕器； ⑨ 送風機；⑩ 中效過濾器； ① 送風段。

圖1 恒溫恒濕組合式空氣處理機組功能段示意圖

Fig. 1 Schematic diagram of functional segments of air handling units with constant temperature and humidity過調節二次回風量系統再熱量為0， M 與 o 點可重疊，此時的系統最節能，然后送至車間空調區域。各狀態點參數如表2所示。

Fig. 2 Enthalpy and humidity chart of primary and second‐ ary return air conditioning system in summer

送風量 G_s 的確定，對于采用一、二次回風空調系統的高大廠房，系統送風量增大，送風溫差減小，室內溫、濕度的波動減小。夏季空調工況下，車間換氣 次 數 確 定 為 7.5 次/h， 車 間 總 送 風 量 為 G_s= 1200000m³/h 。

一、二次回風空調系統計算設備耗冷量： Q_L= 2310kW ；若采用一次回風空調系統，其計算設備耗冷量： Q_L1=5840kW 。由此可見，一、二次回風空調系統相比一次回風空調系統，節省了系統的再熱量：Q_z=3479kW 。采用一、二次回風空調系統，夏季工況系統節能效果明顯。

2. 4. 2 冬季空氣處理過程

冬季與夏季采用相同的送風量，冬季空氣處理過程見圖3，室外狀態點 W^′ ′的新風與室內回風狀態點N^′ ′混合至狀態點 C^′ ′，狀態點 C^′ ′的混合空氣經加熱盤管加熱至狀態點 L^′"′，蒸汽等溫加濕至送風狀態點""′，然后送至車間恒溫恒濕區域。各狀態點參數如表3所示。

Fig. 3 Enthalpy and humidity chart of primary and second‐ ary return air conditioning system in winter

Table 2 Parameters of each state point during primary and secondary return air treatment in summer

計算設備加熱量 Q₁=2972kW ，在冬季設計條件下，一、二次回風空調系統所需的再熱量低于一次回風空調系統的再熱量，但2種空調系統的設備總加熱量相等[3]，為運行管理調節方便，冬季工況中將一、二次回風系統可按一次回風系統運行。

2. 5 空調系統控制

隨著室外氣候的變化以及室內熱、濕負荷的變化，空調系統在運行時需通過運行調節才能保證室內空氣溫、濕度的要求，并實現節能的目的。一、二次回風空調機組控制原理圖見圖 4^[4] 。

空調機組溫、濕度傳感器及焓值傳感器分別對室內、送風總風管、一、二次回風總管、新回風混風段、二次回風混風段及新風總管的空氣狀態進行監控。其中溫度控制是通過二次回風混合段溫度傳感器的干球溫度與設定值比較，采用PID 控制算法，對冷卻器及加熱器管路上的電動二通閥實施比例調節控制；濕度控制是通過室內濕度傳感器與設定值比較，對冷卻器管道上的電動二通閥及加濕器管路上的電動調節閥進行調節控制，達到室內相對濕度。通過設置在一、二次回風管道上的電動風閥，調節一、二次回風風量分配。新風、排風控制通過設在新風管道內的焓值傳感器反饋，調節新風、排風管道上電動風閥。機組過濾器兩側壓差報警，壓差超過設定值時自動報警。

表3 一、二次回風冬季處理過程各狀態點參數表

Table 3 Parameters of each state point during primary and secondary return air treatment in winter

圖4 一、二次回風空調控制原理圖[4]

控制設計遵循“以一次回風焓值控制冷水管路上的比例積分二通閥開度，以送風溫度控制二次回風量，根據送風量調節變頻風機運行頻率”的思路[5]，實現室內溫、濕度設計要求的同時達到節能的目的。

聯鎖控制：防火閥與風機連鎖，系統中任一防火閥關閉，風機即停止運行，同時關閉新風電動閥、冷、熱水管上的電動二通閥及蒸汽管道上的電磁閥。

空調系統運行時由于雙風機系統的新風閥、回風閥以及排風閥之間按比例自動調節難度較大，風閥動態調節有一定的滯后性[6]，導致系統控制精度降低，為保證系統運行的穩定性，可采用風閥靜態調節混合比的方法，即新風閥、一次回風閥、二次回風閥、排風閥固定一個合適的開度，這樣系統控制簡單，精度也得到保障[7]。

3 氣流組織

該裁紙車間為利舊廠房，根據工藝生產需求，裁紙車間劃分成4個子車間，未設置空調專用機房，空調機組布置在車間內，由于各子車間空調負荷基本一致，根據上述計算結果，設計選用8臺規格性能完全相同的恒溫恒濕空調機組，單臺機組風量為150000m³/h 。即每2 臺機組負責1 個子車間的溫、濕度控制，這樣在實際運行時，可根據工藝生產情況靈活調控空調機組啟停數量，避免不必要的能源浪費。

恒溫恒濕空調系統中氣流組織的設計也是整個系統影響精度控制的主要因素之一，是空調系統設計的重要環節。合理的氣流組織設計需建立一個穩定均勻的溫度場，保證氣流到達工作區時，其平均溫度與工作區的溫差不超過允許的溫度波動值[7]。由于建筑空間大，環境溫、濕度要求較高，氣流組織設置采用“上送上回”形式，室內送風口設置在工藝設備人員操作的區域，均勻布置，為盡量保證送風均勻，送風風管設計采用枝狀布置，送風風管中心標高 6.0m ，見圖5。按照圖集《風口選用與安裝》（10K121）選型計算，送風口選用規格 ?400mm 的可調葉片旋流風口，根據送風溫度調節葉片角度，等溫送風（送風角 45^° ）送風口射程 5.2m ，送熱風（送風角 90^° ）送風口最大射程 4.9m 。回風口采用單層固定百葉風口，回風口設置在車間靠墻位置，風口底標高 5.0m ，回風口風速為 1.93m/s 。

圖5 車間恒溫恒濕空調系統平面布置

Fig.5 Layout of constant temperature and humidity air conditioning system in workshop

4 設計要點

1）裁紙車間內，紙張的散濕量較大，需要在設計計算中予以考慮。2）工藝設備的散熱量較大，冬季可以抵消一部分圍護結構的熱負荷，不容忽視。3）采用一、二次回風空調系統，增大送風量，減小送風溫差，滿足室內濕度的控制精度，保證生產產品的質量。4）采用一、二次回風空調系統相較一次回風空調系統，可有效減少系統再熱量，節省系統的制冷量。5）空調機組采用了雙風機系統，相比單風機系統，該系統調節能力更好，風機風壓低，噪聲值小，運行電耗低。

5 結 語

本文結合工程實踐，對造紙后加工裁紙車間的空調系統設計進行了分析。首先明確室內溫、濕度要求及波動范圍，其次了解廠房圍護結構的情況，對后期空調系統運行提供基礎保障，同時選擇合理的空調系統也至關重要，采用一、二次回風空調系統相較一次回風空調系統，可有效減少系統再熱量，節省系統的制冷量。空調機組采用雙風機系統，風機風壓低，噪聲值小，運行電耗低，系統運行達到更好的節能效果，為后續類似項目的空調設計提供一定的借鑒作用。

參 考 文 獻

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（責任編輯：宋佳翼）