噴漆室循環(huán)風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

趙緒亞，邢汶平，李靜

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

噴漆室循環(huán)風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

趙緒亞，邢汶平，李靜

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先論述了循環(huán)風(fēng)空調(diào)對于汽車涂裝降低能耗的重要性以及循環(huán)風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成，闡述了在循環(huán)風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中新風(fēng)、循環(huán)風(fēng)比例的要求與計(jì)算方法，并對循環(huán)風(fēng)空調(diào)冷熱量參數(shù)的計(jì)算做了介紹。

噴漆室；循環(huán)風(fēng)；空調(diào)；降低能耗

CLC NO.: U463.85+1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)11-69-03

引言

空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車涂裝生產(chǎn)線，是涂裝生產(chǎn)線必不可少的系統(tǒng)組成部分，該系統(tǒng)對保證涂漆區(qū)域的作業(yè)環(huán)境、保證涂裝質(zhì)量具有重要的作用。但因空調(diào)送風(fēng)需要調(diào)溫調(diào)濕，據(jù)統(tǒng)計(jì)噴漆室空調(diào)是汽車車身涂裝車間能耗最大的設(shè)備，占涂裝車間總能耗的40%左右，可見降低噴漆空調(diào)的能耗對降低整個(gè)汽車生產(chǎn)成本具有積極的意義。

目前大部分汽車涂裝生產(chǎn)線使用的空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)仍然為全新風(fēng)空調(diào)，所送新風(fēng)經(jīng)過調(diào)溫調(diào)濕后，經(jīng)噴漆室后通過排風(fēng)通道進(jìn)入煙囪，能耗很大。循環(huán)風(fēng)空調(diào)即是針對高能耗的全新風(fēng)空調(diào)所做的創(chuàng)新，已在國內(nèi)少部分汽車涂裝生產(chǎn)線上得到應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，可節(jié)約涂裝總能源成本的20%左右。

循環(huán)風(fēng)空調(diào)是指在噴漆室排風(fēng)經(jīng)循環(huán)風(fēng)空調(diào)機(jī)組調(diào)溫調(diào)濕過濾后，再循環(huán)送入噴漆室，因進(jìn)入循環(huán)風(fēng)空調(diào)進(jìn)出口的溫差幾乎為零，所以能大幅地降低調(diào)溫的能耗。本文就我司新港卡車基地項(xiàng)目車身涂裝車間的濕式噴漆室循環(huán)風(fēng)空調(diào)的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 噴漆室循環(huán)風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)思路

噴漆室配置空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的目的是及時(shí)排除噴涂時(shí)產(chǎn)生的未附著在被涂物上的飛散漆霧和溶劑，防止飛散的漆霧再掉落在新噴涂的工件表面上和防止溶劑（VOC）濃度超標(biāo)，產(chǎn)生安全問題，并為噴漆作業(yè)創(chuàng)造最佳的作業(yè)環(huán)境。

1.1 基本參數(shù)

在汽車涂裝場合中，色漆、罩光漆噴漆作業(yè)必須在配置空調(diào)供風(fēng)裝置的潔凈的噴漆室中進(jìn)行，其風(fēng)源是室外的新鮮空氣，受室外氣溫的變動，新鮮空氣空調(diào)冬季需加熱升溫，夏季需冷卻降溫，確保色漆、罩光漆涂料的最佳噴漆作業(yè)環(huán)境（溫度23±2℃，相對濕度60%-70%）。合肥地區(qū)多年統(tǒng)計(jì)氣象條件為：夏季最高36℃，冬季最低-7℃，調(diào)溫幅度越大，能耗就越大（見表1）。

表1 噴漆室空調(diào)供新鮮空氣調(diào)溫所需能耗[1]

注：1）能耗按1萬m3/h風(fēng)量計(jì)算；

4）本表中空氣按理想氣體計(jì)。中涂、底色漆實(shí)現(xiàn)水性化后，對于作業(yè)環(huán)境的溫濕度要求進(jìn)一步提高，空調(diào)加熱和冷卻的能耗進(jìn)一步增大，與采用原有的有機(jī)溶劑型涂料相比，上升約1.6倍。

采用循環(huán)風(fēng)空調(diào)，排風(fēng)在噴漆室體系內(nèi)循環(huán)代替（或局部代替）新鮮空氣供風(fēng)量，因其溫差一般在±2℃，能大幅地降低調(diào)溫的能耗。

從職業(yè)安全衛(wèi)生角度角度考慮：噴漆室排風(fēng)經(jīng)循環(huán)風(fēng)空調(diào)處理后主要供給自動靜電噴漆區(qū)段；新鮮風(fēng)空調(diào)供給手工噴涂區(qū)段或人員經(jīng)常出入的工作段。

1.2 空調(diào)循環(huán)風(fēng)送風(fēng)分區(qū)確定

在新港卡車基地項(xiàng)目中噴漆線包括色漆噴漆室和罩光漆噴漆室兩部分，平面布置見下圖2。根據(jù)上述風(fēng)量分配原則，初步確定：色漆噴漆室離子風(fēng)、氣封、BC2內(nèi)噴機(jī)器人軌道、人工檢查1段、人工檢查2段、潔凈間工段送新風(fēng)，其余各段送循環(huán)風(fēng)。罩光噴漆室氣封、人工檢查1段、CC內(nèi)噴機(jī)器人軌道、人工檢查2段送新風(fēng)，其余各段送循環(huán)風(fēng)。

圖1 噴漆室平面布置圖

1.3 空調(diào)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

循環(huán)風(fēng)空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)按功能包括送風(fēng)空調(diào)、混風(fēng)箱、回風(fēng)管、排風(fēng)管（風(fēng)道）、排風(fēng)機(jī)。送風(fēng)空調(diào)一般包括進(jìn)風(fēng)段、兩個(gè)初效過濾段、表冷段、加熱段和風(fēng)機(jī)送風(fēng)段，詳見圖2。

圖2 循環(huán)風(fēng)空調(diào)分段圖

在噴漆室文丘里水槽下方設(shè)置不銹鋼混風(fēng)箱，噴漆室排風(fēng)（含循環(huán)風(fēng)、新風(fēng)）通過風(fēng)管進(jìn)入混風(fēng)箱進(jìn)行充分混合，其中大部分（按比例）通過回風(fēng)管路進(jìn)入循環(huán)風(fēng)空調(diào)進(jìn)風(fēng)段，小部分混合風(fēng)（按比例）進(jìn)入廢氣處理裝置處理后通過煙囪排出。

2 濕式噴漆室循環(huán)風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算

循環(huán)風(fēng)與全新風(fēng)對比，噴漆室排風(fēng)中含有漆霧、顆粒物、有機(jī)溶劑氣體（VOC）等污染物。經(jīng)濕式漆霧捕集裝置及二次過濾材料后，基本上除掉排風(fēng)中的漆霧及顆粒物（除塵率可達(dá)98%-99%，顆粒含量≤3mg/m3），但VOC幾乎除不掉，同時(shí)排風(fēng)的濕度很大（≥90%），需經(jīng)再除濕后才可滿足噴漆室所需的工藝條件。因此如何控制循環(huán)風(fēng)的 VOC濃度及循環(huán)風(fēng)除濕是整個(gè)循環(huán)風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2.1 新風(fēng)、循環(huán)風(fēng)比例的計(jì)算

噴漆室排風(fēng)中的 VOC含量是決定排風(fēng)可循環(huán)利用（或排風(fēng)利用率）的關(guān)鍵因素，確保噴漆作業(yè)的人身安全和消防安全，必須嚴(yán)控噴漆作業(yè)工位空氣的VOC含量。可理解為：有人操作的作業(yè)區(qū) VOC含量應(yīng)維持在衛(wèi)生許可濃度以內(nèi)，自動作業(yè)區(qū)（無人區(qū)）VOC含量應(yīng)維持在消防濃度以下（即可燃?xì)怏w爆炸下限濃度的25%以下）。以涂裝常用的正丁醇、醋酸乙酯、二甲苯等3種溶劑為代表，其爆炸濃度和衛(wèi)生許可濃度見表2，其平均爆炸下限濃度為(51+80.4+130)/3 =87.1 g/m3，消防安全濃度為 87.1/4=21.78g/m3，衛(wèi)生許可濃度為(0.20+0.20+0.05)/3=0.15mg/L。

表2 涂裝常用有機(jī)溶劑的特性

因此，噴漆室循環(huán)風(fēng)比例與單位時(shí)間內(nèi)噴涂的涂料量、涂料類型、涂料施工固體含量（或VOC含量）、涂裝方法及涂著效率等因素有關(guān)。噴漆室的空調(diào)的送排風(fēng)風(fēng)量由噴漆作業(yè)面積（噴漆室噴涂區(qū)段的長度×寬度）和風(fēng)速設(shè)計(jì)選定，基本是定值，因而，產(chǎn)能越大，單位時(shí)間的噴漆量越大，涂料的 VOC含量越高，排風(fēng)循環(huán)利用率越低。采用水性涂料（見表 3）的場合，排風(fēng)循環(huán)利用率可明顯提高。以金屬底色漆為例，現(xiàn)有溶劑型VOC含量為80%，而水性底色漆VOC含量為10-15%。

表3 汽車用中涂、面漆的固體含量和VOC含量

因本項(xiàng)目采用水性漆工藝及全機(jī)器人噴涂方式，故確定自動段采用循環(huán)風(fēng)，其余各段因人員經(jīng)常出入全部采用新風(fēng)。然后，計(jì)算各工作段所需風(fēng)量及新風(fēng)比例是否滿足要求。各工作段所需送風(fēng)量按下式計(jì)算：Q=3600Sv

式中：Q為送風(fēng)量（m3/h）。

S為作業(yè)段的地坪面積（m2）。

v為垂直于地坪的空氣流速（m/s)。

經(jīng)計(jì)算后單條色漆噴漆室所需送新風(fēng)量之和為 60000 m3/h，參與循環(huán)風(fēng)總量為240000 m3/h。色漆噴漆室空調(diào)循環(huán)風(fēng)利用率為：（240000-60000）/240000×100%=75% ，新風(fēng)比例為1-75%=25%，符合爆炸極限的要求。單條罩光漆噴漆室所需送新風(fēng)量之和為 56000 m3/h，參與循環(huán)風(fēng)總量為190000 m3/h。罩光漆噴漆室空調(diào)循環(huán)風(fēng)利用率為：（190000-56000）/190000×100%=70.5%，新風(fēng)比例為1-70.5%=29.5%，符合爆炸極限的要求。

2.2 循環(huán)風(fēng)空調(diào)冷熱量參數(shù)的計(jì)算

在往常新風(fēng)空調(diào)制冷機(jī)組設(shè)計(jì)過程中，冷熱量根據(jù)空氣焓濕圖進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)當(dāng)?shù)叵奶旒岸靽覙?biāo)準(zhǔn)測定的設(shè)計(jì)氣象條件進(jìn)行計(jì)算。下面分別針對新風(fēng)空調(diào)和循環(huán)風(fēng)空調(diào)的冷熱量需求進(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 新風(fēng)空調(diào)制冷量及加熱量的計(jì)算

圖3 空氣變化曲線

表4 夏季降溫除濕各過程空氣參數(shù)表

空調(diào)進(jìn)風(fēng)條件：將干球溫度35℃，濕球溫度28.2℃，送風(fēng)要求：溫度24℃，相對濕度65%。調(diào)節(jié)過程是表冷器將空氣降溫，氣溫低于當(dāng)時(shí)空氣的露點(diǎn)溫度，析出冷凝水，繼續(xù)降溫除濕至濕度絕對含濕量符合送風(fēng)要求，再二次升溫實(shí)現(xiàn)送風(fēng)的溫濕度要求，空氣變化曲線見圖3，起點(diǎn)A-B-C-D,其中A-B為降溫過程，B-C為除濕過程，C-D為升溫過程。其中各點(diǎn)對應(yīng)的空氣參數(shù)值見表4。

2.2.2 循環(huán)風(fēng)空調(diào)制冷量及加熱量的計(jì)算

經(jīng)過濕式文丘里漆霧捕捉后排風(fēng)溫度下降，濕度上升，因此循環(huán)風(fēng)空調(diào)進(jìn)風(fēng)條件一般為：溫度 21±2℃，相對濕度95%±5%，送風(fēng)要求：溫度24℃，相對濕度65%?？照{(diào)調(diào)節(jié)過程是表冷器將空氣降溫，氣溫低于當(dāng)時(shí)空氣的露點(diǎn)溫度，析出冷凝水，繼續(xù)降溫除濕，繼續(xù)降溫除濕至濕度絕對含濕量符合送風(fēng)要求，再二次升溫實(shí)現(xiàn)送風(fēng)的溫濕度要求。根據(jù)晗濕圖確定目標(biāo)點(diǎn)及查詢相關(guān)計(jì)算參數(shù)，a-b為降溫除濕過程，b-c為升溫過程。詳細(xì)計(jì)算過程見表5。

表5 夏季降溫除濕各過程空氣參數(shù)表

經(jīng)以上方法計(jì)算后，結(jié)合空調(diào)送風(fēng)風(fēng)量，最終得出空調(diào)的所需制冷量和二次加熱量。

3 結(jié)論

根據(jù)上文的計(jì)算可以得出循環(huán)風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)相比，能較大幅度地降低能耗和削減CO2的排放量，尤其是在室外氣溫與噴漆室的工藝溫度（23±2）℃相差較大的季節(jié)和地區(qū)，節(jié)能效果更顯著，如夏季極限溫度下，制冷量需求循環(huán)風(fēng)空調(diào)比全新風(fēng)空調(diào)低了80%。因此循環(huán)風(fēng)空調(diào)具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，將會在涂裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

[1] 王錫春 噴漆室排風(fēng)循環(huán)利用的技術(shù)分析——談噴漆室節(jié)能減排技術(shù) 現(xiàn)代涂料與涂裝第16卷第12期 p13-22.

Design of circulating air conditioning system in spray booth

Zhao Xuya, Xing Wenping, Li Jing
( Anhui Jianghuai Automobile Group Limited by Share Ltd, Anhui Hefei 230601 )

This article firstly presents the importance of the RAU in the paintshop of car to reduce energy consumption and the composition of RAU, describes requirements and computing method of fresh air and recirculatal air in the design process of the RAU system, finally introduces the computing process for the cooling/heating parameter of the RAU.

Booth; Recirculating air; air conditioning units; reducing energy consumption

U463.85+1

：A

：1671-7988 (2017)11-69-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.11.025

趙緒亞，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。