淺析紡織廠大小環(huán)境空調系統(tǒng)與蒸發(fā)冷卻技術的關系

宋祥龍，黃 翔，衛(wèi) 晨

（西安工程大學，陜西 西安710048）

隨著人們對工作環(huán)境的要求越來越高，以及國家節(jié)能減排政策的大趨勢，紡織車間大小環(huán)境空調系統(tǒng)應需而生。與此同時，蒸發(fā)冷卻空調技術由于其綠色、節(jié)能的獨特優(yōu)勢，在工業(yè)生產中逐漸占有重要地位［1－2］。將兩種節(jié)能空調技術有機結合，探索新型的節(jié)能空調送風方式，對于空調能耗占總能耗20%左右的紡織企業(yè)而言，意義重大。

1 大小環(huán)境空調系統(tǒng)

1.1 產生背景

伴隨著噴氣織機等高速、高自動化機器設備的引進，紡織企業(yè)的生產效率得到大幅提升，但與此同時，由于噴氣織機的功率大，對車間溫濕度要求較高（t≤31℃，RH≥75），且運行需要消耗大量的干燥壓縮空氣，因此需要低溫高濕的送風。對于傳統(tǒng)全面送風方式而言，G＝Q／（iN－i0），將造成送風量大，能耗增加，空調規(guī)模龐大，設備投資、運行費用顯著增加，與此同時車間高濕環(huán)境使得操作人員極不舒適，極大影響健康和工作效率。為了降低能耗，改善工作和生產環(huán)境，提出紡織廠大小環(huán)境分區(qū)空調系統(tǒng)［3－5］。

1.2 大小環(huán)境空調系統(tǒng)概念

大小環(huán)境空調系統(tǒng)將整個車間分為織機局部工作的小環(huán)境以及工人活動、操作所處的大環(huán)境。由于工藝要求，小環(huán)境需要保持較高的相對濕度，一般不低于75%，而大環(huán)境為了滿足人體舒適度要求，需要營造較低的相對濕度（RH≤65%）。將局部小環(huán)境工藝送風與車間大環(huán)境普通送風分開進行的送風方式，稱為大小環(huán)境分區(qū)送風［6］。

1.3 空氣處理過程

大小環(huán)境空調系統(tǒng)可分為單露點式和雙露點式兩種。單露點是將空氣經同一個空調系統(tǒng)處理后，露點相同，將處理過的空氣再與不同比例的車間回風混合后分別送入大、小環(huán)境；雙露點是將大、小環(huán)境的送風分開，經兩組空調系統(tǒng)處理，露點不同，經處理的空氣達到各自的送風狀態(tài)點后送入大、小環(huán)境［7－9］。

2 蒸發(fā)冷卻技術在紡織廠的應用

2.1 直接蒸發(fā)冷卻

直接蒸發(fā)冷卻在紡織廠的應用存在多種形式，如普通噴水室、填料式噴水室、高壓噴霧等，各類形式均有自己的優(yōu)勢與缺陷，如普通噴水室具有金屬耗量少，已實現標準化制作安裝，可進行減焓、降溫、減濕、增焓、升溫、加濕等多種空氣處理過程，但普通噴水室具有占地面積大的缺點；高壓噴霧加濕效率高，可大幅度節(jié)水節(jié)電，但其只能對空氣進行等焓加濕處理，且其特制的噴嘴對水質要求高，需經過嚴格的過濾及軟化；填料式噴水室將金屬填料與撞擊流噴嘴有機結合，大大提高了加濕效率，同時對空氣中的粉塵也具有較好的過濾洗滌功能，但由于填料特殊的結構，在含塵濃度較高的紡織廠，容易出現填料結垢、堵塞等問題，從而增大阻力，縮短使用壽命［10－11］。綜上所述，對于紡織行業(yè)，在空間允許的條件下，普通噴水室仍具有較好的適應性，自問世以來一直沿用至今。

2.2 間接蒸發(fā)冷卻

目前應用較多的間接蒸發(fā)冷卻有管式和板式兩種形式。板式間接蒸發(fā)冷卻器具有結構緊湊、換熱效率高等優(yōu)點，但其流道狹窄，容易發(fā)生堵塞，造成換熱效率降低，流動阻力增大；管式間接蒸發(fā)冷卻器管外容易形成較穩(wěn)定的水膜，且其流道較寬，不會出現流道堵塞現象，流動阻力?。?2］。綜合對比，對于紡織廠而言，管式間接更為適用。

3 蒸發(fā)冷卻技術與大小環(huán)境空調系統(tǒng)的結合

目前，蒸發(fā)冷卻空調機組已有多種組合形式，并在實際的工程運用中發(fā)揮著節(jié)能、環(huán)保的作用［13］。將蒸發(fā)冷卻空調技術與紡織廠大小環(huán)境送風相結合，可以更進一步地實現紡織企業(yè)節(jié)能降耗的目標，意義深遠。

3.1 空調系統(tǒng)示意圖

一種蒸發(fā)冷卻與大小環(huán)境相結合的空調系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)為雙露點送風系統(tǒng)。由于不同地區(qū)間氣象條件各不相同，該空調系統(tǒng)亦存在不同的功能段組合形式，例如對于我國西北地區(qū)具有豐富的干空氣能，采取直接蒸發(fā)冷卻的方式即可滿足送風要求，因此，此類地區(qū)無需設置管式間接蒸發(fā)冷卻段和機械制冷設備［14］。同樣，對于某一特定地區(qū)，亦可以根據一年中室外氣象參數的變化來調節(jié)新回風比例和啟閉部分功能段，從而選擇合理的空氣處理方式來達到送風要求。

3.2 氣候適應性分區(qū)

我國幅員遼闊，氣候多種多樣，且同一地區(qū)全年室外氣象參數時刻變化，因此對室外氣象條件進行分區(qū)，并根據不同的氣候區(qū)來選擇相應的空氣處理過程就顯得尤為必要?，F將不同室外氣象參數在焓濕圖上進行簡要分區(qū)（見圖2），N1、O1代表小環(huán)境的設計狀態(tài)點和送風狀態(tài)點，N2、O2代表大環(huán)境的設計狀態(tài)點和送風狀態(tài)點，N為大小環(huán)境空氣混合后的回風狀態(tài)點［15］。針對每一分區(qū)，標注了夏季空調室外設計參數落入該區(qū)域的典型城市。

3.2.1 室外空氣狀態(tài)點在象限Ⅰ區(qū)，即hW＜h02，如烏魯木齊的夏季，此類地區(qū)無需設置管式間接段及機械制冷設備［16］。應充分利用室外空氣的干空氣能，采取室外新風與室內回風混合后經噴水室噴循環(huán)水處理，即可達到送風要求，空氣處理過程及焓濕圖如圖3（a）、圖3（b）所示：

圖3 Ⅰ區(qū)空氣處理過程及焓濕圖

3.2.2 室外氣象參數在象限Ⅱ區(qū)時，即h02≤hW≤h01，dW＜d02，如延安等地區(qū)的夏季，此類地區(qū)小環(huán)境空調無需設置管式間接段，且大、小環(huán)境空調均無需設置機械制冷。此時大環(huán)境應采用全新風，經管式間接等濕冷卻、噴水室噴循環(huán)水兩級處理，將空氣處理到送風狀態(tài)點；小環(huán)境則采用新回風按一定比例混合，經噴水室噴循環(huán)水等焓降溫處理到送風狀態(tài)點，空氣處理過程及焓濕圖如圖4（a）、圖4（b）所示：

圖4 Ⅱ區(qū)空氣處理過程及焓濕圖

3.2.3 室外空氣狀態(tài)點在象限Ⅲ區(qū)，即h01＜hW＜hN，此類地區(qū)亦無需機械制冷設備，大小環(huán)境均采取全新風，經管式間接等濕冷卻、噴水室噴循環(huán)水兩級處理后，送入各自空調區(qū)域。對于該象限部分地區(qū)，大環(huán)境送風經此過程處理后只能落在熱濕比線ε上的情況，可采取加大送風量的方法來保證大環(huán)境空調區(qū)處于設計范圍內，該象限空氣處理過程及焓濕圖如圖5（a）、圖5（b）所示：

圖5 Ⅲ區(qū)空氣處理過程及焓濕圖

3.2.4 室外空氣狀態(tài)點落在Ⅳ區(qū)（hW≥hN），例如西安、杭州、?？诘戎械葷穸取⒊睗竦貐^(qū)的夏季，對于此類室外氣象條件，因室外空氣焓值大于車間回風焓值，為節(jié)約能源，小環(huán)境僅采用車間回風，經管式間接等濕冷卻、噴水室噴循環(huán)水兩級處理來滿足工藝送風；大環(huán)境因存在操作人員，采用最小新風量與車間回風混合，經管式間接預冷，噴水室噴冷凍水兩級處理來達到送風要求，其空氣處理過程及焓濕圖分別如圖6（a）、圖6（b）所示：

圖6 Ⅳ區(qū)空氣處理過程及焓濕圖

對于我國西北部干燥地區(qū)，當遇到場地空間的限制而無法使用噴水室時，在做好過濾情況下，可以采用蒸發(fā)式冷氣機直接蒸發(fā)冷卻形式來完成大小環(huán)境的空氣處理要求，從而大大節(jié)省占地空間，且布置方便靈活。

4 結束語

蒸發(fā)冷卻技術與紡織廠大小環(huán)境空調系統(tǒng)結合，根據室外氣象條件的不同可進行靈活多樣的組合方式。對于我國西北干旱地區(qū)，全年氣象參數均在象限Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，此類地區(qū)蒸發(fā)冷卻可完全替換機械制冷設備；即便是中等濕度以及潮濕地區(qū)，雖夏季氣象參數落于Ⅳ區(qū)，但在春秋過渡季節(jié)時也可采用蒸發(fā)冷卻，盡量推遲機械制冷設備的開啟時間，并在夏季起到預冷作用，節(jié)能效果顯著，值得在紡織企業(yè)中推廣應用。

［1］周義德，楊瑞梁，等.紡織空調除塵節(jié)能技術［M］.北京：中國紡織出版社，2009.

［2］黃翔.空調工程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［3］周義德，趙楠楠，楊瑞梁.織造車間應用大小環(huán)境分區(qū)空調的要點分析［J］.棉紡織技術，2010，38（3）：33—35.

［4］樊瑞，楊瑞梁，等.布機車間新型節(jié)能送風方式及CFD模擬［J］.節(jié)能技術，2008，26（3）：243—246.

［5］李帆，劉剛.兩種空調送風方式在織造車間運用的比較分析［J］.山東紡織科技，2005，46（4）：19—22.

［6］黃翔.現代織造廠空調系統(tǒng)述評［J］.通風除塵，1997，（1）：50—53.

［7］周義德，樊瑞，楊瑞梁.噴氣織機車間分區(qū)空調節(jié)能原理分析［J］.棉紡織技術，2008，36（10）：585—587.

［8］劉鵬輝.織造車間空調大小環(huán)境送風的節(jié)能原理及應用［J］.紡織空調除塵，2009，（1）：7—10.

［9］吳杲，周義德，等.高濕環(huán)境雙露點送風加濕研究［J］.暖通空調，2008，38（10）：70—73.

［10］黃翔，孫鐵柱，汪超.蒸發(fā)冷卻空調技術的詮釋（1）［J］.制冷與空調，2012，12（2）：1—6.

［11］黃翔，孫鐵柱，汪超.蒸發(fā)冷卻空調技術的詮釋（2）［J］.制冷與空調，2012，12（3）：9—14.

［12］黃翔，孫鐵柱，汪超.蒸發(fā)冷卻空調技術的詮釋（3）［J］.制冷與空調，2012，12（4）：1—3.

［13］黃翔，白延斌，汪超，等.蒸發(fā)冷卻技術在紡織空調改造中的應用［J］.棉紡織技術，2012，40（6）：11—14.

［14］張彥.露點間接蒸發(fā)冷卻技術在紡織廠的應用［J］.山東紡織科技，2011，52（2）：33—35.

［15］卞克玉.淺談紡織廠空調系統(tǒng)節(jié)能降耗的措施與方法［J］.山東紡織科技，2008，49（5）：24—26.

［16］張飛躍.水蓄冷空調系統(tǒng)在紡織廠的應用［J］.山東紡織科技，2011，52（2）：44—47.