全空气型温湿度独立控制空调系统

王晓建 上海烟草集团有限责任公司基建设备处



全空气型温湿度独立控制空调系统

王晓建 上海烟草集团有限责任公司基建设备处

摘要：分析了传统一次回风空调系统和风机盘管加新风温湿度独立控制空调系统的优缺点，在此基础之上提出适用于卷烟生产的全空气型温湿度独立控制空调系统。风机盘管加新风温湿度独立控制空调系统为空气-水系统不适用于卷烟生产，全空气型温湿度独立控制空调系统吸收了其控制精确又节能的优点且解决了一次回风系统再热再湿能源浪费的问题。

关键词：全空气空调系统；温湿度独立控制；烟厂空调；节能

我国卷烟生产约占世界卷烟总产量的35 %，烟草行业消耗能源总量折合标准煤230万t，其中煤炭消耗量97万t，电力消耗量37亿kWh。在卷烟厂全年总能耗中，空调系统能耗通常占30%～50%［1］，是卷烟能耗的重要组成部分，也是卷烟厂的节能重点。

卷烟生产的过程中发热、产湿且扬尘，空间较大，不同工艺段温湿度要求不同，设备较多且发热量较大等等因素决定了烟厂空调的复杂性。因此在对烟厂空调设计时，如何在满足卷烟厂设计规范要求的基础之上合理设计高效节能的空调系统需要深入研究。本文在分析传统一次回风系统和风机盘管加新风温湿度独立控制系统优缺点基础之上提出适用于卷烟生产的全空气型温湿度独立控制系统。

1　一次回风系统与风机盘管加新风温湿度独立控制空调系统

传统的卷烟厂空调即一次回风系统，空调处理过程如图1所示，新风W与室内回风N混合至C，经表冷除湿至L，再热至送风点O送至房间。表冷盘管进水温度为7 ℃，远远低于表冷器入口空气露点温度（一般16℃左右）导致过度降温，需要加热盘管对空气进行再热（LO段），冷热空气处理设备同时打开，致使一部分冷量和热量做了无用功；同时若除湿过度还造成再加湿。某烟厂卷包车间一台120 000 m³/h空调箱经表冷盘管后再加热段耗能为63.1 kW，约占整个空调箱耗能的20.58%［2］，可见再热部分的能耗是相当严重。

图1　一次回风空调系统

SARS疫情以后考虑室内空气质量，民用和商用建筑领域提出风机盘管加新风系统（以下简称风机盘管空调系统），后来进一步发展为温湿度独立控制系统，基本原理如图2所示，风机盘管表面温度高于室内空气N的露点温度，盘管干工况运行，将室内空气降温处理到N'点，与由新风机组送出的W'状态的风混合至C点，送到室内带走湿热负荷。冷源包括两部分：高温冷源用于干式盘管冷却室内回风，低温冷源用于新风机组进行除湿，两者分别控制温、湿参数，该技术能更好地保证温湿度等参数的精确控制，工程实践表明节能效果显著［3］。在同样的室内环境下，研究发现风机盘管空调系统要比传统的一次回风系统耗冷量减少26.9%，综合COP有效提高17.95%，且对空气参数控制更有效［4］。

但结合卷烟厂特点，风机盘管系统并不适用。主要原因是机组分散设置，台数较多，维修管理工作量大；室内空气品质比较差，烟厂粉尘多，很难进行二级过滤且易发生凝结水渗顶事故。一旦出现凝结水渗顶事故，将严重影响卷烟厂生产，造成的损失巨大。风机盘管机组方式本身解决新风量困难，由于机组风机的静压小，气流分布受限制，适用于进深小于6 m的房间并不适用卷烟厂大空间。

2　全空气型温湿度独立控制系统

传统的卷烟厂空调属于全空气空调系统，而风机盘管系统属于空气-水系统，深刻研究风机盘管温湿独立控制空调系统的控制精确和节能特点，考虑一次回风系统再热再湿的弊端，提出全空气型温度湿度独立控制空调系统（见图3）。

图2　风机盘管加新风空调系统

图3　全空气型温湿度独立空调系统示意

如图3所示，该系统由高低温两种冷机、两台空调箱及其配套设备组成，新风空调箱专用于处理新风，处理好的新风与室内回风混合经回风型空调箱处理至送风状态。其中，在新风处理过程中，室外新风经过两次表冷器，先经高温冷水降温冷却，再由低温冷水进一步降温达到除湿目的。

该系统空气处理原理如图4所示，室外状态点W经一次高温冷水冷却至W'，后由低温冷水降温除湿至W''，处理好的新风W''与室内回风N混合至C点，经降温处理（CO）至送风点O。

该空气处理过程原理本质上与风机盘管一致：湿负荷由经低温冷源处理的新风处理，而室内的热负荷则有高温冷水处理，即新风空调箱与回风型空调箱分别控制湿、温参数，实现全空气系统温湿分控技术。由此根源上解决了一次回风系统过度除湿带来的再热和再湿过程。在该过程中，一共用两处高温冷水，一处在新风预冷（从W-W'-W''而不是直接W-W''），另一处在处理好的新风与室内回风混合之后的降温处理，两处均不需处理湿负荷，因此合理使用高温冷水，避免高品位冷源的浪费。一项研究表明［2］：当负荷率一定时，随着冷冻水温度的提高，冷机COP 升高，如负荷率为60%时，冷冻水供水温度从7 ℃到9 ℃，冷机COP 由6 提高到6.6，到11 ℃时冷机COP 达到7.1；供水温度12 ℃ 时，与供水温度7 ℃ 时相比，可节能28%。全空气温度独立控制空调系统设计高温冷机供、回水温为14/19℃，低温冷机供、回水温为7/12℃，低温冷机一般在湿负荷较大时使用，一年中使用时间相对短暂，而高温冷机也就有在夏季时使用，过度季节以及冬季需供冷一般都采用冷却塔供冷技术［5］。因此采用全空气型温湿度独立控制空调系统可大大减少常规低温冷机的开机时间，不但提高冷机使用寿命，且提升整个空调系统的节能率。

须指出，相比传统烟厂空调系统，全空气温湿度独立控制空调系统节能且控制精确，但也造成初投资增加及机房站房面积增大。但从烟厂运行管理以及长期运行的角度出发，全空气温湿度独立控制空调系统较传统烟厂空调无疑更具优势。设计时，为减少站房面积及初投资，新风机组可采用一台供多台的形式，如卷接包车间配套设置3套新风独立处理空调系统，送风量3×100 000 m³/h，可满足13套回风型空调系统使用，送风量13×120 000 m³/h。

3　结论

提出了一种全新的适用烟厂大空间空调系统，即全空气型温湿度独立控制空调系统，由独立的新风处理系统承担排除室内余湿并改善室内空气品质的任务，由另一套独立的空气处理系统承担排除室内余热的任务。在新风空调系统只要控制绝对含湿量（室内余湿），回风型空调系统控制温度（室内余热），做到温湿独立控制。主要有以下优点。

（1）可显著提升空调系统的综合能效，全空气型温湿独立控制空调系统的夏季综合能率（综合COP）可以提高20%以上，节能优势显著。

（2）通过温湿独立控制，可避免夏季由于过度除湿而造成的再热能源浪费，该系统可以通过对新风系统出风工况的调整，实现室内相对湿度的精确控制，在满足工艺要求与节能之间寻求一种平衡。

（3）可有效解决梅雨季节的问题，系统除湿由新风系统独立承担，只需起用部分低温冷源实现新风除湿，即可解决上述“梅雨”季节的问题。

参考文献

［1］ 张小芬，郜义军，李先庭，沈恒根.卷烟厂空调系统及节能研究现状［J］.暖通空调，2011，41（11）：107-113.

［2］ 张小芬，吴伟，张颖，李先庭，沈恒根.卷烟厂空调系统提高冷冻水供水温度的实验测试［J］.烟草科技，2012（7）：24-28.

［3］ 刘晓华，江亿.温湿度独立控制空调系统［M］.建筑节能技术与实践丛书.中国建筑工业出版社，2006.

［4］ 欧阳琴，谭超毅.双冷源温湿分控空调系统在粘胶长丝生产中的应用［J］.设备与控制，2011，34（4）：56-59.

［5］ 陈华平，邵征宇.卷烟厂生产车间冷却塔冬季供冷节能技术研究［J］.烟草科技，2010（2）：11-14.

All Air Type Dedicated Temperature and Humidity Control Air Conditioning System

Wang Xiaojian
Shanghai Tobacco Group Co.，Ltd Infrastructure Facility Office

Abstract：The article analyzes advantages and disadvantages of traditional primary return air air conditioning system and fan coil plus fresh air dedicated temperature and humidity control air conditioning system.It puts forward all air type dedicated temperature and humidity control air conditioning system，which is suitable for cigarette production on basis of analysis.Fan coil plus fresh air dedicated temperature and humidity control air conditioning system uses air-water system，which is not suitable for cigarette production.All air type dedicated temperature and humidity control air conditioning system not only absorbs its accurate control and energy saving advantages but also solves problems，such as reheat and rehumidifying causing energy waste in primary return air system.

Key words：All Air Conditioning System，Dedicated Temperature and Humidity Control，Tobacco Factory Air Conditioning，Energy Saving

［作者简介］

王晓建：（1987-），硕士，主要从事烟厂空调设计和管理及技改工作。

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.04.013