關(guān)于某車間空調(diào)節(jié)能設(shè)計的分析

陳培琪

同濟大學(xué) 上海紡織建筑設(shè)計研究院

引言

紡織行業(yè)作為我國傳統(tǒng)性的支柱產(chǎn)業(yè)之一，曾被貼著高能耗、低利潤的標(biāo)簽。近些年來，面對產(chǎn)業(yè)的升級與調(diào)整，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量成為我國紡織企業(yè)增強競爭力的關(guān)鍵。據(jù)統(tǒng)計表明，紡織廠的空調(diào)系統(tǒng)是生產(chǎn)過程中的用能大戶，空調(diào)設(shè)備的用電量約占企業(yè)總用電量的30%左右[1]，因此在空調(diào)設(shè)計及系統(tǒng)運行上的節(jié)能降耗成為企業(yè)降低成本的一個重要方面。本文結(jié)合羊絨車間設(shè)計過程中采用的節(jié)能措施進行了分析與總結(jié)。

1 設(shè)計概況

1.1 設(shè)計參數(shù)

本項目為浙江某毛紡集團的搬遷項目，羊絨車間的建筑面積達22080m2，第一層為生產(chǎn)車間和設(shè)備輔助用房，第二層為倉庫。生產(chǎn)車間根據(jù)不同的產(chǎn)品劃分成特種紗車間與精紡紗車間兩部分。根據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊及業(yè)主對技術(shù)的要求，確定了該羊絨車間的溫度、濕度設(shè)計參數(shù)，如表1所示。

表1 羊絨車間各工段溫、濕度設(shè)計參數(shù)

1.2 熱工計算

在紡織廠空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計中，一般是按夏季工況來確定設(shè)計風(fēng)量及設(shè)備選型。經(jīng)計算，車間的冷負(fù)荷以及空調(diào)室的熱工計算分別如表2和表3所示：

根據(jù)車間溫度和濕度的要求以及工藝設(shè)備的排列布置，整個車間共設(shè)置4套水噴淋空調(diào)室，其中前紡工段單獨設(shè)置，紡紗與后紡工段合并設(shè)置。在空調(diào)室熱工計算時，繪制夏季空氣處理過程的焓濕圖，如圖1所示。

圖1 夏季空氣處理過程焓濕圖點1—室外狀態(tài)點；點2—室內(nèi)狀態(tài)點；點3—混合狀態(tài)點；點4—送風(fēng)狀態(tài)點

在實際生產(chǎn)中，圖中混合狀態(tài)點3所對應(yīng)的新、回風(fēng)的比例會根據(jù)不同的季節(jié)、室外的氣溫、以及滿足車間衛(wèi)生要求所需的新風(fēng)量等因素來進行調(diào)節(jié)。

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，從混合狀態(tài)點3到空調(diào)送風(fēng)點4反映出的是冷卻去濕的過程。所以在夏季，我們選擇噴淋室噴冷凍水的方法來對空氣進行處理，從而達到冷卻去濕的效果。

1.3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

該車間選用傳統(tǒng)的噴淋式空調(diào)系統(tǒng)，并采用上部送風(fēng)、下部結(jié)合側(cè)部回風(fēng)的氣流組織形式?？照{(diào)室布置在環(huán)繞車間四周的附房內(nèi)，在空調(diào)室上方設(shè)有建筑夾層，用作總風(fēng)道。所有支風(fēng)管與總風(fēng)道之間設(shè)有風(fēng)閥，用來調(diào)節(jié)風(fēng)量。經(jīng)空調(diào)室處理過后的空氣被送入總風(fēng)道，再通過支風(fēng)管以及末端風(fēng)口，被送至車間的工作區(qū)。在車間的地下設(shè)有回風(fēng)地溝，在地面上分布著格柵式回風(fēng)口。另外，在空調(diào)室靠車間側(cè)的內(nèi)墻上開有回風(fēng)窗，在回風(fēng)窗上設(shè)置了圓盤式回風(fēng)過濾器。來自空調(diào)室的空氣由上至下進入車間，在工作區(qū)吸熱吸濕后，通過回風(fēng)地溝以及回風(fēng)側(cè)窗返回空調(diào)室，進行處理。該空調(diào)系統(tǒng)的示意圖如圖2所示。

1.4 空調(diào)室設(shè)計

圖3、圖4反映的是本設(shè)計中一個典型的噴淋式空調(diào)室。整個空調(diào)室利用建筑隔墻劃分為若干個功能段，包括：過濾段Ⅰ、回風(fēng)段Ⅱ、混合段Ⅲ、噴淋段Ⅳ以及送風(fēng)段Ⅴ。

表2 車間各工段的冷負(fù)荷

過濾段Ⅰ對來自車間的地溝回風(fēng)進行過濾處理。車間中的各條回風(fēng)支溝在總溝處匯集后通向過濾段，并在該段的地面上開設(shè)格柵式回風(fēng)口。在過濾段內(nèi)設(shè)置外吸式回轉(zhuǎn)濾塵器，含塵空氣在穿過濾料進入轉(zhuǎn)籠的過程中得到過濾。為保證設(shè)備連續(xù)工作，濾塵器裝有1-2個自動往復(fù)吸嘴，用來把濾料表面的塵雜吸入集塵器中。

回風(fēng)段Ⅱ中設(shè)置了軸流回風(fēng)機、回風(fēng)窗以及排風(fēng)窗?；仫L(fēng)機將地溝回風(fēng)抽吸至空調(diào)室中，而回風(fēng)按一定比例進行回用與排放，該比例通過調(diào)節(jié)回風(fēng)百葉與排風(fēng)百葉的開度來實現(xiàn)。

混合段Ⅲ用于新風(fēng)與回風(fēng)的混合?；旌隙闻c回風(fēng)段以回風(fēng)窗相連，同時在外墻上開設(shè)新風(fēng)窗，在靠車間側(cè)的內(nèi)墻上開設(shè)回風(fēng)窗（該回風(fēng)窗即1．3節(jié)中所述的側(cè)墻回風(fēng)），并在回風(fēng)窗上設(shè)置圓盤式回風(fēng)過濾器。車間內(nèi)靠近空調(diào)室的空氣經(jīng)圓盤式回風(fēng)過濾器的過濾后，從側(cè)墻回到空調(diào)室。這部分空氣無需回風(fēng)機的抽吸，而是利用混合段的負(fù)壓，將空氣吸入空調(diào)室內(nèi)。

圖3 空調(diào)室的平面布置圖1—軸流送風(fēng)機；2—擋水板；3—噴排；4—水池；5—圓盤式回風(fēng)過濾器；6—吸塵風(fēng)機；7—外吸式回轉(zhuǎn)濾塵器；8—軸流回風(fēng)機；9—排風(fēng)窗；10—回風(fēng)窗；11—新風(fēng)窗；12—水泵;13—鋼爬梯；14—密閉門。

噴淋段Ⅳ作為噴淋式空調(diào)系統(tǒng)的核心區(qū)域，用來完成空氣與水之間的熱濕交換。噴淋段設(shè)置了水池、水泵、噴排、擋水板以及各種附配件。該項目中，采用二級噴淋來處理空氣，第一級采用循環(huán)水兩排對噴，第二級采用冷凍水單排逆噴，冷凍水由廠區(qū)的制冷站提供。

送風(fēng)段Ⅴ將處理好的空氣送入總風(fēng)道。送風(fēng)段設(shè)置了軸流送風(fēng)機，同時在該區(qū)段的頂板上開設(shè)了送風(fēng)口。在送風(fēng)機前部加設(shè)干蒸汽加濕器，在冬季利用飽和蒸汽對空氣進行輔助加濕。

表4 工藝設(shè)備散熱量所占比例

2 節(jié)能措施的分析與總結(jié)

2.1 求取工藝設(shè)備的實際散熱量

在紡織車間冷負(fù)荷的計算中，工藝設(shè)備的散熱量占有相當(dāng)大的比重，因此它的確定對于空調(diào)室的熱工計算以及之后的設(shè)備選型有著重大的影響。在本例中，工藝設(shè)備的散熱量在前紡工段占到50%左右，而在紡紗及后紡工段高達80%左右，如表4所示：

從概念界定上看，狹義商標(biāo)戲仿是一種商標(biāo)性使用行為，但這種使用的效果是有利于公眾在類似比較廣告的戲仿中獲取關(guān)于馳名商標(biāo)更為透徹的消費信息。但由于淡化行為不正當(dāng)損害了馳名商標(biāo)權(quán)益人的利益而有違利益平衡考量，構(gòu)成淡化的所謂“戲仿”并非嚴(yán)格意義上的商標(biāo)戲仿行為。正如著作權(quán)法中的戲仿被認(rèn)定為合理使用，恰恰也是由于其具備未不合理損害他人法益的基礎(chǔ)，否則就并非法律意義上的戲仿行為?？梢?，從反不正當(dāng)競爭法的角度上講，抗辯者所稱“戲仿”仍有概念混淆之嫌，為法理所認(rèn)可的商標(biāo)戲仿應(yīng)當(dāng)有別于商標(biāo)淡化行為，二者宜加以區(qū)分。

圖4 空調(diào)室的局部剖面圖

在過往的一些毛紡項目中，總有業(yè)主反映空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計風(fēng)量、噴水量、制冷量會偏大，這對前期的設(shè)備投資以及后期的運行能耗都會造成不小的浪費，而本人認(rèn)為這與工藝設(shè)備散熱量計算值過大有關(guān)。在《毛紡織工廠設(shè)計規(guī)范》發(fā)布之前，許多設(shè)計者會借用《棉紡織工廠設(shè)計規(guī)范》中的電動機系數(shù)進行計算。雖然毛紡與棉紡的生產(chǎn)工序有相似之處，但兩者的設(shè)備仍有較大差別，主要體現(xiàn)在電動機的各項系數(shù)上。特別是在毛紡的粗紡工藝中，梳毛機與細(xì)紗機的安裝功率非常大，但其電動機的實耗功率往往只有50-60%。因此，在近來發(fā)布的《毛紡織工廠設(shè)計規(guī)范》中沒有給出相關(guān)系數(shù)的數(shù)值，而是建議設(shè)計人員通過實測來積累經(jīng)驗。在本例中，我們就委托業(yè)主單位的技術(shù)人員對設(shè)備電動機的相關(guān)系數(shù)進行采集，并通過計算整理出一項“綜合散熱系數(shù)”。下面對棉紡與毛紡的“綜合散熱系數(shù)”（α）進行了對比，并對計算公式進行了說明。

表5 “綜合散熱系數(shù)”（α）的比較

說明：

從表5中可見，棉紡設(shè)備的“α”值確實要比毛紡的要高，這也意味著設(shè)計中如果采用實測值進行計算的話，車間冷負(fù)荷將比過往有一定幅度的下降，并最終反映成設(shè)計風(fēng)量、噴水量、制冷量上的全面下調(diào)，從而達到減少設(shè)備投資、降低運行能耗的目的。

2.2 地溝回風(fēng)與側(cè)墻回風(fēng)的結(jié)合使用

目前，紡織車間常用的氣流組織有上送下回、上送側(cè)回兩種。前者的車間氣流自上而下垂直流動，有利于纖塵的沉降[2]，同時能形成均勻的溫度場和速度場。但工程上會涉及回風(fēng)地溝的制作，其工程造價不菲，而且屬于雙風(fēng)機系統(tǒng)，會增加運行能耗。而上送側(cè)回的車間氣流以水平方向流向空調(diào)室，其溫度場、速度場不如前者均勻，回流途中溫度、含塵濃度逐漸升高，相對濕度不斷下降[3]。由于這種回風(fēng)方式屬于單風(fēng)機系統(tǒng)，在削減前期投資的同時，也降低了運行能耗。

表6 特種紗車間-兩種回風(fēng)方式的能耗比較

表7 精紡紗車間-兩種回風(fēng)方式的能耗比較

在冬季模式或工廠減產(chǎn)的情況下，隨著送風(fēng)量的下降，回風(fēng)量也會減少。此時的前紡工段，可以停開回風(fēng)機，只用側(cè)墻回風(fēng)，這樣節(jié)能效果將更加顯著，且能滿足車間溫、濕度要求。當(dāng)然，相較于地溝回風(fēng)，側(cè)墻回風(fēng)有著回風(fēng)不均勻的缺點，即越是遠(yuǎn)離空調(diào)室的區(qū)域回風(fēng)效果越差?？紤]到這一點，在設(shè)計中，本人以30米為界劃分兩種回風(fēng)方式，從一定程度上改善了這個問題。

2.3 細(xì)紗機車頭工藝排風(fēng)的利用與排放

在本例中，對于細(xì)紗機車頭的工藝排風(fēng)采用一套單獨的排風(fēng)系統(tǒng)，在地溝中不與地吸回風(fēng)相混合。在冬季開冷車或車間溫度較低時，對工藝排風(fēng)進行回用；而在其他季節(jié)則選擇直接排放，并用相應(yīng)量的新風(fēng)來做補充。在細(xì)紗機運行時，其電動機散發(fā)的大部分熱量會通過工藝排風(fēng)排出，排風(fēng)溫度往往比室溫高出5～15℃[4]，而且在全年工況下，工藝排風(fēng)的焓值都要比室外新風(fēng)的焓值高。以本項目的夏季工況為例，兩者焓值的比較如表8所示，差值為9．8kJ/kg。

表8 夏季新風(fēng)與工藝排風(fēng)的焓值比較

當(dāng)用室外新風(fēng)來取代工藝排風(fēng)時，節(jié)省的制冷量如表9所示：

表9 室外新風(fēng)取代工藝排風(fēng)時節(jié)省的制冷量

2.4 噴淋段中冷凍水的二級直噴

在該毛紡廠的老車間中，冷凍水供往空調(diào)室之后，會先與水池中的循環(huán)水進行混合，然后再進行噴淋。這在一定程度上造成了冷量的浪費，所以在本項目中，空調(diào)室的噴淋段被設(shè)計成冷凍水在第二級噴排上進行直噴。

當(dāng)噴淋段采用二級噴水室時，空氣在第一級噴水室中的處理過程主要為降溫降焓，在第二級中主要為去濕降焓，其處理過程如圖5所示。

因此，在噴淋段的第二級噴淋室中，采用冷凍水的直接噴淋來取代冷凍水與循環(huán)水混合后的噴淋，將提高冷凍水的去濕效率?？諝馀c水之間的顯熱交換取決于它們之間的溫度差，濕交換則取決于兩者之間水蒸氣的分壓力差，而全熱交換則取決于兩者的焓差[5]，如麥凱爾方程所示：

圖5 二級噴水室中空氣與水的狀態(tài)變化

在冷卻去濕的處理過程中，被處理空氣的焓值一定時，降低噴淋水溫實際上是降低值，增大了空氣與水之間熱、濕交換的動力。在相同的噴淋條件下，降低噴水溫度，空氣的終溫也會降低，空氣的溫降與水的溫升都會增大，這有利于降溫和去濕的進行，從一定程度上增強了熱濕交換的效果[6]。

3 結(jié)論

通過對該毛紡項目的設(shè)計與思考，得出如下結(jié)論：

（1）毛紡與棉紡雖生產(chǎn)工序相仿，但工藝設(shè)備存有差異。將棉紡設(shè)備的“綜合散熱系數(shù)”用作毛紡的相應(yīng)系數(shù)進行冷負(fù)荷計算時，計算值往往會偏大，從而對設(shè)備投資及運行能耗造成浪費。建議在項目中，對設(shè)備電動機的相關(guān)系數(shù)進行實測并整理成“綜合散熱系數(shù)”用于計算，從而使計算依據(jù)更加貼近實際情況。

（2）當(dāng)空調(diào)室的回風(fēng)量過大時，可以考慮采用地溝回風(fēng)與側(cè)墻回風(fēng)相結(jié)合的方式，以此來減少回風(fēng)機的風(fēng)量負(fù)擔(dān)。該方法在保證車間溫、濕度要求的同時，也降低了回風(fēng)機的裝機功率與運行能耗?？蓪⒕嗫照{(diào)室30米處作為兩種回風(fēng)方式的劃分邊界，近處采用側(cè)墻回風(fēng)，遠(yuǎn)處采用地溝回風(fēng)，如此便能從一定程度上克服側(cè)墻回風(fēng)流場不均勻的缺點。

（3）細(xì)紗機車頭的工藝排風(fēng)與地吸回風(fēng)分開處理。鑒于全年工藝排風(fēng)的焓值都要比室外新風(fēng)高，故除了在冬季進行回用外，其他季節(jié)選擇直接排放，并用相應(yīng)量的新風(fēng)來做補充，從而降低了對冷量的需求。

（4）當(dāng)噴淋段采用二級噴水室時，空氣在第二級噴水室中的處理過程主要為去濕降焓，因此建議采用冷凍水在第二級噴排上進行直噴，從而提高冷凍水的去濕降溫效率。

參考文獻：

[1]王繼征．把紡織空調(diào)的能耗降下來[N]．中國紡織報，2009-5-6（006）．

[2]李曉英．紡織車間空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的探討[J]．上海紡織科技，2010，38（3）：55-57．

[3]周亞素，甘長德，趙敬德．紡織廠空氣調(diào)節(jié)[M]．北京：中國紡織出版社，2009：171．

[4]高龍，周義德，楊瑞梁，牛艷青．二級復(fù)合間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)在紡織空調(diào)的應(yīng)用．上海紡織科技，2010，38（2）：53-55．

[5]趙榮義，范存養(yǎng)．空氣調(diào)節(jié)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994．

[6]樊荔，王春艷，李建南．冷水系統(tǒng)大溫差對紡織空調(diào)的影響[J]．上海紡織科技，2009，37（6）：11-13．