涂装车间工艺空调季节性设定值研究

肖梦然

（天津一汽丰田汽车有限公司 天津 塘沽 300450）

涂装车间工艺空调季节性设定值研究

肖梦然

（天津一汽丰田汽车有限公司 天津 塘沽 300450）

随着科学技术日新月异的进步，利用能源的方式也在迅猛的发展，与此同时工业生产与民用生活中消耗量日益增大，若无新型可再生能源的替代，资源型的石油、煤等终必将出现枯竭的现象。在整车汽车制造领域中耗能最大的工艺就是涂装，而喷漆间的空调耗能则占去整个涂装工艺耗能的50%左右，所以从涂装车间的空调节能工作入手可以取得显著的效果。

涂装工艺；空调节能；季节性

1 引言

喷漆间依靠空调的调温调湿功能保持工艺要求的温湿度以及适宜喷涂的风速。供给方式均为上送风下排风，且为100%新风。除去提高空调的制冷、换热、加湿以及除湿的效率以外，降低进出空调的温度差和湿度差即可大幅降低空调整体负荷。

2 水性涂料及其工艺特点

2.1 水性涂料和油性涂料

随着涂料工业的发展，涂料的花色、品种、功能越来越多，分工也越来越细。按照稀释剂分类可以分为油性涂料和水性涂料。油性涂料是以有机溶剂为稀释剂的，含有大量的甲苯、二甲苯、醋酸丁酯等有毒有害的化学物质，在涂料的制造和施工过程中因有机溶剂的大量排放而对环境和接触人员造成巨大的污染。而水性涂料是以水为稀释剂的，更确切的说水起到了一种分散介质的作用，同时几乎不含有有机溶剂，具有绿色、节能、安全等特点，无论对环境还是接触人员的危害都很小。

2.2 水性涂料的特点

水性涂料与油性涂料相比具有低挥发速率、高表面张力、高导电性、腐蚀性以及易产生气泡的特点，导致水性涂料在施工设备和工艺方面与油性涂料相比有所不同。油性涂料通过调整稀释剂的挥发速率来调整固体份含量，而水性涂料中水的挥发主要是通过喷漆室的温湿度来进行控制的。喷涂水性涂料所用的一般空气喷枪与溶剂型涂料相同，但对环境条件（主要是温度、湿度）的要求与溶剂型涂料相比存在一定的差别。在喷漆室中喷涂水性涂料时，水变成水蒸气体积膨胀1244倍，可以使喷漆室中的湿度瞬间升高，当湿度达到90%以上时涂在被涂物上的涂膜会流淌下来。所以，喷涂水性涂料时控制喷漆室的湿度很重要，同时温度也要保持在不产生流挂和流淌的范围，一般认为，温度在19～28℃，相对湿度在65%～80%之间较为适宜。

3 工艺空调原理及控制方法

3.1 工艺空调工作原理

涂装车间喷漆室的温湿度是依靠工艺空调控制在设定的温湿度范围内的。工艺空调的升温方式是蒸汽通过热交换器加热，降温方式为溴化锂冷冻机制冷水通过热交换器制冷，增湿方式为预热空气后经过水喷淋增湿，减湿方式为将空气温度降低至露点以下通过凝结除湿。通过以上过程的组合可以将任何工况下的室外空气调节到目标温湿度的状态送入喷漆室内，通过传感器对新风的状态进行判断后，分别采取过滤、预热、喷淋、再过滤、加湿、冷却、加热等过程后，将已达到目标状态的空气送入喷漆室内，保证喷漆室内的温湿度稳定。

3.2 空调控制方法

以升温增湿过程举例，在焓湿图上表示此过程如图1所示。外界空气经过预热后，干球温度升高，相对湿度降低，空气焓值增加但绝对湿度保持不变曲线沿PH（Pre Heat）方向变化。升温后的空气进入水洗过程，在水洗时液态水吸收热量蒸发进入空气中，空气的绝对湿度和相对湿度均增加，干球温度由于蒸发潜热降低，但焓值保持不变，曲线沿W（Washer）方向变化。进入蒸汽直喷时，蒸气与空气混合后，空气的绝对湿度、温度以及焓值均增加，但相对湿度保持不变，曲线沿DS（Direct Steam）变化。再次重复加热过程，干球温度上升，焓值增加同时相对湿度降低，绝对湿度保持不变，曲线沿RH（Re-Heat）变化至目标温湿度点后送入车间内使用。

4 空调设定值分析

4.1 湿空气的焓

图1 空调控制动作示意图

焓值是衡量空气热量的方式，是干空气焓值与水蒸气焓值之和。干空气焓值只与干球温度有关，水蒸气焓值与绝对湿度和干球温度都有关。

式中，h为空气焓值，kJ/kg；ha为干空气焓值；hg为水蒸气焓值；t为干球温度，℃；W为绝对湿度，kg/kg。实际上，空气的焓值变化能够直接体现室内空气热量的变化。举例来说，若温度为t1，湿度为W1的湿空气的焓值为h1，变化至温度为t2，湿度为W2，焓值为h2的湿空气时，理论上释放或吸收的能量为两者焓值之差（︱h2-h1︱）。当忽略其他扰动因素时，空调系统所耗费能量多少与空气热量变化（焓值差）大小成正比。如果仅从节省能源角度而言，减小空气焓值的变化能够就可以减轻系统负荷达到节能的目的。

4.2 空调设定值的确定

将水性涂料的喷涂条件：温度19～28℃，相对湿度65～80%，在焓湿图上绘制两条等温线和两条等湿线围成的区域如图2中虚线所示，可以发现四个边界点组成了一个四边形。也就是说进入喷漆室内的空气状态处在这个范围内，均可以保证喷涂工艺温湿度条件。

图2 温湿度控制焓湿图

如果用等焓线对此区域进行划分的话，可得到如上三个区域。从实际天气来看，蓝色区域属于低温低湿区域，一般出现在冬季，图中A点是适宜喷涂条件与蓝色区域的交点；粉色区域属于高温高湿区域，一般出现在夏季，图中B点是适宜喷涂条件与粉色区域的交点；显而易见处在中间的黄色区域属于过渡区域，一般出现在春秋两季，图中C点是温度的平均值24℃，以及湿度的平均值75%的状态点。从此图中不难得出如下结论，蓝色区域内的湿空气，变化至A点需要的焓变值最小；粉色区域内的湿空气，变化至B点需要的焓变值最小；处于黄色区域内的湿空气的最小焓变有多种情况，但从空调实际操作上来讲，C点是此区域内的最优点。如果我们将空调设定三种模式：冬季模式，夏季模式，以及春秋季模式，在相应的季节启动相应的模式，即可直接减小空调负荷，达到省能源的目的。

5 空调的季节性设定

5.1 天津的气候特点

天津位于中纬度欧亚大陆东岸，主要受季风环流的支配，是东亚季风盛行的地区，属大陆性气候。主要气候特征春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪。在四季中，冬季最长，有156～167天；夏季次之，有87～103天；春季56～61天；秋季最短，仅为50～56天。年平均气温在11.4～12.9℃，1月最冷，平均气温在-3～-5℃；7月最热，平均气温在26～27℃。

5.2 空调设定值现状

空调初始设定值如表1所示。

表1 涂装工艺空调设定值

将室外空气焓值与空调设定焓值绘制在一张图上，如图3所示。

图3 天津空气焓值变化图

图中粉色线为空调的设定焓值变化线，可以看出4月、5月以及9月、10月（红色圆圈处），空调的设定焓值与外界空气的焓值差值较大，存在过加热的现象。为减小空调负荷，根据外界空气条件改变空调的运行模式，即可得出图4。

图4 空调设定值优化图

将4月份调整为冬季模式，5月份变更为春秋模式，9月份变更为春秋模式，10月份变更为冬季模式。

6 结语

从设计之初就将节能考虑进去，节能量是非常巨大的。在充分理解运行原理的同时，针对自身的用能特点加以改善，在保证质量的前提下降低了能源消耗。由于外气温湿度变化较复杂，如何实现空调灵活调节达到最佳节能效果是下一步的研究方向。

[1]叶宇程，赵旭辉.应用焓值分析的车间温湿度分区控制[J].河南科技大学学报：自然科学版，2014，35(4)：64-67.

[2]覃振，罗祖宪.涂装车间喷房温湿度控制[J].自动化博览，2010(8)：106-108.

TS108.61 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2018）02-0245-03

肖梦然(1982-)，男(汉族)，河南，硕士，主管，工程师，节能环保。