西安某纺织企业职工餐厅冬季空调系统改造方案优化设计

刘瑞龙 颜苏芊 周茂德 秦 莉



西安某纺织企业职工餐厅冬季空调系统改造方案优化设计

刘瑞龙1颜苏芊1周茂德2秦 莉1

（1.西安工程大学环境与化学工程学院 西安 710048；2.西安大明宫建材实业（集团）有限公司技术部 西安 710016）

采用实地测试与理论计算相结合的研究方法，为某纺织企业职工餐厅出现的墙体、屋面严重霉变提出了不同解决方案。通过分析发现，解决该企业餐厅墙面与屋顶霉变严重可以通过采用暖风机送风系统或全新风系统全热回收加热方式来实现。企业在进行改造时，应按照实际运行情况采用切实可行的节能、环保的优化改造方案。

职工餐厅；霉变；暖风机；全热回收

0 引言

职工餐厅已成为大多数工业企业不可缺少的组成部分。对于绝大多数企业餐厅而言，它们具有营业时间内人流量大而其它时间人员稀少的特点。在就餐时间内，大多数企业餐厅出入口均处于开放状态。因此，餐厅通风设计是否合理对企业员工就餐环境和餐厅工作人员工作环境起到了决定性作用。然而，目前部分企业员工食堂仍经常出现室内温湿度达不到设计要求和厨房油烟排出不畅等问题，造成这一现象的主要原因是项目建设中施工单位与甲方之间初期协调不利和餐厅通风设计不够合理[1]。

本文基于西安某纺织企业职工餐厅在使用中存在墙体和屋顶大面积霉变的问题，通过实地测试与理论计算对该企业餐厅墙体霉变原因进行分析后提出了两种不同的解决方案，并对不同方案进行了对比探讨。

图1 餐厅平面位置布置图

1 西安某纺织厂餐厅出现的问题及原因分析

西安某纺织厂为近年新建纺织厂，餐厅容纳人数为200人，餐厅位于企业厂房内部，餐厅东、西、南、北侧分别为纱管房、准备穿筘室、经轴库和织布车间主通道。该餐厅除屋顶外无外围护结构，该餐厅有六扇窗和两个大门，详细位置见餐厅平面布置图1；通风环境相对恶劣。该企业餐厅层高为5.5米，其墙体1米以下部分采用砖混结构，其它位置均使用石膏板。目前，西安某纺织企业餐厅主要存在的问题是餐厅东墙面和屋顶大面积霉变。因此，本文在研究该企业职工餐厅的热湿环境时，取冬季取餐厅内3个测点（测点布置在距离墙体0.1，地面高度为1.5m处）和其对应的表面温度进行测试得出结果见表1。

通过对餐厅热湿环境进行测试发现，该餐厅室内相对湿度较大，这主要是由于：（1）纺织企业生产车间工艺要求，相邻车的温度和相对湿度较高；（2）配餐间工作时产生大量水蒸汽使空气的相对湿度提高，并且未有向外排放水蒸气的出口。（3）餐厅内部的水池和就餐人员也是使相对湿度提高的原因。

表1 西安某纺织企业职工餐厅热湿环境测试结果

2 企业餐厅冬季室内参数确定、负荷及送风量计算

2.1 确定冬季室内参数

由表1可知墙体和门的表面温度低于空气的露点温度才会产生霉变，因此当墙体和门的表面温度高于空气的露点温度时就可以消除霉变现象。

当室内空气的设计参数为t=25℃，相对湿度为60%，由焓湿图可知室内空气的露点温度为l=16.5℃，比较表1可知，均小于各处墙体表面温度；假设企业餐厅屋顶内表面温度比墙体温度低1℃，即17.0℃，也高于设定空气的露点温度。

已知屋顶的热阻=0.83（m2·K）/W（即传热系数=1.2W/（m2·K）），查设计用室外参数可得西安地区冬季空气调节室外计算温度t=-5.6℃，相对湿度为66%。此楼板内表面的换热系数α为8.7W/（m2·K），温差修正系数=1.00。为了避免出现凝水现象，要求屋顶的内表面温度高于空气的露点温度。

为了防止结露，当围护结构内表面温度τ=l+1℃时，所算出的热阻为允许最小热阻[2]：

（m2·K）/W

因实际屋顶的热阻0.83（m2·K）/W>min，则当室内空气参数为t=25℃，相对湿度为60%，此时屋顶的结构满足不结露要求。

2.2 西安某纺织企业餐厅负荷计算

2.2.1 餐厅湿负荷计算

西安某纺织企业餐厅湿负荷主要有配餐间炊具、水池和人员的散湿量三部分组成，它们的计算见式（2）～（3）[3,4]。

配餐间（1）及水池散湿量（2）：

式中：为蒸发表面积，m2；P.b为相应于水表面温度下饱和空气的水蒸汽分压力，Pa；P为室内空气中的蒸汽分压力，Pa；为标准大气压力，Pa；’为当地实际大气压力，Pa；为蒸发系数,水池对应的温度30℃时取为0.00017g/（m2·h·Pa）；配餐间对应水蒸汽温度为80℃时取为0.00038g/（m2·h·Pa）。

人体散湿量（3）：

式中：为就餐人数，个；为单个成年男子的散湿量为56g/h；为群集系数，纺织厂的群集系数为0.9。

通过计算，该餐厅就餐时间室内湿源散湿量结果见表2。

表2 就餐时间室内散湿量总计

2.2.2 餐厅热负荷计算

西安某纺织企业餐厅冬季热负荷主要集中为餐厅屋面与室外的传热（为了最大限度的减少结露现象，忽略人员和灯光向餐厅的散热），计算式见（4）。

式中：为温差修正系数，取为1.0；为室内屋顶传热系数，W/（m2·K）；取屋顶传热系数为1.2W/（m2·K）；为餐厅屋顶面积，m2，通过测试；该餐厅屋顶面积为475m2；通过计算，该企业餐厅冬季屋顶热负荷为-17.44kW。

2.3 餐厅送风量计算

要达到消除霉变的要求必须使室内常年保持空气状态为：t=(25±1)℃，=60%±5%，当地大气压力为95980Pa。

则热湿比：

在-图上（图2）确定室内送风状态点S，通过该点画出=-6113的过程线。取送风温差为△=5℃，则送风温度t=25+5=30℃，得送风状态点S。

图2 确定送风状态的h-d图

Fig.2 The h-d of the air supply status determine

h=60.9kJ/kg，d=12.0g/kg；h=57.3kJ/kg，d=12.6g/kg。

消除室内湿负荷风量（1）：

式中：为总含湿量，kg/s；为空气密度，1.2kg/m3。

则：

m3/h

消除室内热负荷风量（2）：

通过计算，西安某纺织企业餐厅消除湿负荷与热负荷的送风量见表3。

表3 西安某纺织企业餐厅冬季送风量计算值

3 西安某纺织企业餐厅空调系统不同优化方案设计分析

通过上文的计算已经得出，消除餐厅热湿负荷需要的送风量为20928m3/h，为了保证该餐厅不发生霉变现象，取送风量为21000m3/h。西安某纺织企业为全天运转，该企业餐厅全天提供早、中、晚三餐，其它时间餐厅不开放，同时本文在该问题上为企业提出了两种空气处理方案，方案一是采用一部分穿筘室内的空气与室外新风混合处理后的送风系统，方案二是全部使用室外新风处理的全新风系统[5-7]。

3.1 暖风机送风系统（方案一）

如图3所示，首先配餐间与餐厅之间，除了售饭窗口外，应做到完全分隔，配餐间应吊顶，利用排风机将配餐间产生的余热余湿直接排出室外；然后，在餐厅内设置三台暖风机（注：暖风机需接入车间蒸汽管道），暖风机使用80%穿筘室内的空气（其状态参数为27℃，相对湿度为60%）、20%室外新风W混合后加热送入餐厅，使餐厅内的温度和湿度满足要求，其露点温度始终低于餐厅内墙和屋顶的表面温度，从而保证四周墙体及屋面不再结露。

图3 暖机送风系统示意图

W:室外空气状态点；K:从穿筘室引入的空气的状态点；C:混合点

设备选取步骤：（1）根据总风量为21000m3/h，选取三台暖风机进行送风，可知每台的送风量为=7000m3/h；（2）由图4知各台暖风机需要把混合后的空气从混合点C处加热到S处，由1=(t-t)，可以得出单台暖风机所需加热量，查焓湿图可知t=20.6℃，则加热量1=1.2×1.01×7000×(30-20.6)/3600=22.15kW；（3）由以上两点综合选取送风量为7500m3/h，加热量为25kW的SH25型暖风机。由总的送风量选取排风量为21000m3/h的Y-100L-4型屋顶排风机。

3.2 全新风系统全热回收加热方式（方案二）

如图5所示，此方案将配餐间的高湿空气经全热换热器与室外新风进行热交换，提升室外新风的温度，然后利用蒸汽加热器把新风再次等湿加热达到送风要求，利用圆形喷口把加热后的空气平行送入餐厅，使回流气流经过职工用餐区域，再经配餐间排风机排至室外。

图5 全新风系统示意图

O:经全热换热器等湿加热后的空气状态点

设备选取步骤：（1）由图6可知全热换热器将室外新风从W加热到0点，所需加热量为2=`(t-t)，参考全热换热器效率为65%，，经计算得t=14.29℃。因已知`=21000m3/h，则换热量2=1.2×1.01×21000× [14.29-(-5.6)]/3600=140.6kW；（2）由图6可知蒸汽加热器需要把经全热换热器加热后的空气从O点再次加热到S点，则蒸汽加热器所需提供的加热量3=`(t-t)，计算的3=1.2×1.01×21000× (30-14.29)/3600=111.1kW；（3）由总的送风量21000m3/h及换热量140.6kW选取的K-140WD型号全热换热器；由送风量为21000m3/h，加热量为111.1kW选取SH120H型高效蒸汽加热器；排风机选取21000m3/h的Y-100L-5型屋顶排风机。

3.3 不同方案的对比分析

根据上文分析，当餐厅采用含暖风机送风系统时，企业需要投入的设备有回风口、暖风机和屋顶排风机；当采用全新风系统时，企业需投入的设备送回风口、全热换热器和蒸汽加热器，根据系统实际风量与热量要求，对该企业餐厅改造通风系统所需设备进行选型计算，两种方案的初期设备投资与额定功率见表4。

企业餐厅每天开放时间为早上6:30-7:30，中午11:00-13:00，下午5:00-7:00（含配餐时间），每天共5小时，冬季运行天数取为120天，且该企业电费为0.8元/kWh。该企业所需初期设备投资为7000元；冬季电费成本为3.88×5×120×0.8=1862.4元；已知所需的蒸汽参数为0.4MPa，汽化潜热为2137.5kJ/kg，市场价格为230元/（t蒸汽），每小时单台暖风机蒸汽量为22.15/2137.5×3600 =37.3kg/h，则每天耗用蒸汽量为37.3×3×5= 559.6kg/d，蒸汽的费用为559.6/1000×120×230= 1.54万元；因此方案一的运行费用为1.73万元/年。

当采用方案二时，该企业需要初期设备投资2600元。冬季电费成本为15.27×5×120×0.8=7329.6元；考虑到蒸汽加热器用于冬季，冬季运行天数取为120天，每小时蒸汽加热器所需蒸汽量为111.1/2137.5×3600=187.1kg/h，则每天耗用蒸汽量为187.1×5=935.6kg/天，蒸汽的费用为935.6/1000×120×230=2.58万元；因此方案二的运行费用为3.32万元/年。

表4 两种方案设备投资费用及额定功率

方案一的优点是设备投资较少，施工量小，技术要求低，便于施工；缺点是该系统可调节性较差，当餐厅内温湿度发生较大波动时，餐厅温湿度有时达不到设计要求，职工在用餐舒适感相对较差。方案二的优点是能够彻底解决室内霉变问题，同时满足餐厅内空气洁净度和职工就餐舒适度要求；缺点是设备初期投资大，运行费用高，且施工量大，同时对屋顶、墙体承重要求较高。

4 结论

通过分析得出此纺织企业餐厅墙体、屋顶产生霉变的原因主要是由于餐厅内湿源散湿量较大且围护结构温度较低。本文为解决该问题提出了两种空气处理方案，两种方案各有特点，企业在进行优化改造时，应结合其实际运行情况采用切实可行的节能、环保的优化改造方案，在解决企业实际问题的同时，保证企业低成本运行[8]。

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[8] 赵阳,颜苏芊,孙晓东.纺织企业空调系统节能技术措施[J].棉纺织技术,2014,42(7):75-78

The Optimization Design of Air Conditioning System Transformation Plan in Winter of a Textile Enterprise Catering in Xi'an

Liu Ruilong1Yan Suqian1Zhou Maode2Qin Li1

( 1.Xi'an Polytechnic University, Xi'an, 710048;2.Xi'an Daming Palace building materials industry (Group) Co., Ltd, Xi'an, 710016 )

The methods of field test and the combination of theory and calculation were adopted in this paper, different solutions were put forward for the matter of serious mildew of wall and roof a textile enterprise’s employee dining hall. The analysis revealed that, to solve the company restaurant walls and the roof severe mildew can contain Heater air system or a new wind-wide heat recovery system to achieve. In the transformation of the enterprises, should be the actual operation of the practical use of energy saving, environmental protection, optimization and reform program.

employee dining room; mildew; Heater air; wide heat recovery

1671-6612（2016）05-539-05

TS108.3

B

刘瑞龙（1987.8-），男，在读硕士研究生，E-mail：1586530293@qq.com

颜苏芊（1970.1-），女，博士，副教授，E-mail：746266396@qq.com

2016-01-26