关于某车间空调节能设计的分析

陈培琪

同济大学 上海纺织建筑设计研究院

引言

纺织行业作为我国传统性的支柱产业之一，曾被贴着高能耗、低利润的标签。近些年来，面对产业的升级与调整，降低生产成本和提高产品质量成为我国纺织企业增强竞争力的关键。据统计表明，纺织厂的空调系统是生产过程中的用能大户，空调设备的用电量约占企业总用电量的30%左右[1]，因此在空调设计及系统运行上的节能降耗成为企业降低成本的一个重要方面。本文结合羊绒车间设计过程中采用的节能措施进行了分析与总结。

1 设计概况

1.1 设计参数

本项目为浙江某毛纺集团的搬迁项目，羊绒车间的建筑面积达22080m2，第一层为生产车间和设备辅助用房，第二层为仓库。生产车间根据不同的产品划分成特种纱车间与精纺纱车间两部分。根据相关设计手册及业主对技术的要求，确定了该羊绒车间的温度、湿度设计参数，如表1所示。

表1 羊绒车间各工段温、湿度设计参数

1.2 热工计算

在纺织厂空调系统的设计中，一般是按夏季工况来确定设计风量及设备选型。经计算，车间的冷负荷以及空调室的热工计算分别如表2和表3所示：

根据车间温度和湿度的要求以及工艺设备的排列布置，整个车间共设置4套水喷淋空调室，其中前纺工段单独设置，纺纱与后纺工段合并设置。在空调室热工计算时，绘制夏季空气处理过程的焓湿图，如图1所示。

图1 夏季空气处理过程焓湿图点1—室外状态点；点2—室内状态点；点3—混合状态点；点4—送风状态点

在实际生产中，图中混合状态点3所对应的新、回风的比例会根据不同的季节、室外的气温、以及满足车间卫生要求所需的新风量等因素来进行调节。

从图1可以发现，从混合状态点3到空调送风点4反映出的是冷却去湿的过程。所以在夏季，我们选择喷淋室喷冷冻水的方法来对空气进行处理，从而达到冷却去湿的效果。

1.3 空调系统设计

该车间选用传统的喷淋式空调系统，并采用上部送风、下部结合侧部回风的气流组织形式。空调室布置在环绕车间四周的附房内，在空调室上方设有建筑夹层，用作总风道。所有支风管与总风道之间设有风阀，用来调节风量。经空调室处理过后的空气被送入总风道，再通过支风管以及末端风口，被送至车间的工作区。在车间的地下设有回风地沟，在地面上分布着格栅式回风口。另外，在空调室靠车间侧的内墙上开有回风窗，在回风窗上设置了圆盘式回风过滤器。来自空调室的空气由上至下进入车间，在工作区吸热吸湿后，通过回风地沟以及回风侧窗返回空调室，进行处理。该空调系统的示意图如图2所示。

1.4 空调室设计

图3、图4反映的是本设计中一个典型的喷淋式空调室。整个空调室利用建筑隔墙划分为若干个功能段，包括：过滤段Ⅰ、回风段Ⅱ、混合段Ⅲ、喷淋段Ⅳ以及送风段Ⅴ。

表2 车间各工段的冷负荷

过滤段Ⅰ对来自车间的地沟回风进行过滤处理。车间中的各条回风支沟在总沟处汇集后通向过滤段，并在该段的地面上开设格栅式回风口。在过滤段内设置外吸式回转滤尘器，含尘空气在穿过滤料进入转笼的过程中得到过滤。为保证设备连续工作，滤尘器装有1-2个自动往复吸嘴，用来把滤料表面的尘杂吸入集尘器中。

回风段Ⅱ中设置了轴流回风机、回风窗以及排风窗。回风机将地沟回风抽吸至空调室中，而回风按一定比例进行回用与排放，该比例通过调节回风百叶与排风百叶的开度来实现。

混合段Ⅲ用于新风与回风的混合。混合段与回风段以回风窗相连，同时在外墙上开设新风窗，在靠车间侧的内墙上开设回风窗（该回风窗即1．3节中所述的侧墙回风），并在回风窗上设置圆盘式回风过滤器。车间内靠近空调室的空气经圆盘式回风过滤器的过滤后，从侧墙回到空调室。这部分空气无需回风机的抽吸，而是利用混合段的负压，将空气吸入空调室内。

图3 空调室的平面布置图1—轴流送风机；2—挡水板；3—喷排；4—水池；5—圆盘式回风过滤器；6—吸尘风机；7—外吸式回转滤尘器；8—轴流回风机；9—排风窗；10—回风窗；11—新风窗；12—水泵;13—钢爬梯；14—密闭门。

喷淋段Ⅳ作为喷淋式空调系统的核心区域，用来完成空气与水之间的热湿交换。喷淋段设置了水池、水泵、喷排、挡水板以及各种附配件。该项目中，采用二级喷淋来处理空气，第一级采用循环水两排对喷，第二级采用冷冻水单排逆喷，冷冻水由厂区的制冷站提供。

送风段Ⅴ将处理好的空气送入总风道。送风段设置了轴流送风机，同时在该区段的顶板上开设了送风口。在送风机前部加设干蒸汽加湿器，在冬季利用饱和蒸汽对空气进行辅助加湿。

表4 工艺设备散热量所占比例

2 节能措施的分析与总结

2.1 求取工艺设备的实际散热量

在纺织车间冷负荷的计算中，工艺设备的散热量占有相当大的比重，因此它的确定对于空调室的热工计算以及之后的设备选型有着重大的影响。在本例中，工艺设备的散热量在前纺工段占到50%左右，而在纺纱及后纺工段高达80%左右，如表4所示：

从概念界定上看，狭义商标戏仿是一种商标性使用行为，但这种使用的效果是有利于公众在类似比较广告的戏仿中获取关于驰名商标更为透彻的消费信息。但由于淡化行为不正当损害了驰名商标权益人的利益而有违利益平衡考量，构成淡化的所谓“戏仿”并非严格意义上的商标戏仿行为。正如著作权法中的戏仿被认定为合理使用，恰恰也是由于其具备未不合理损害他人法益的基础，否则就并非法律意义上的戏仿行为。可见，从反不正当竞争法的角度上讲，抗辩者所称“戏仿”仍有概念混淆之嫌，为法理所认可的商标戏仿应当有别于商标淡化行为，二者宜加以区分。

图4 空调室的局部剖面图

在过往的一些毛纺项目中，总有业主反映空调系统的设计风量、喷水量、制冷量会偏大，这对前期的设备投资以及后期的运行能耗都会造成不小的浪费，而本人认为这与工艺设备散热量计算值过大有关。在《毛纺织工厂设计规范》发布之前，许多设计者会借用《棉纺织工厂设计规范》中的电动机系数进行计算。虽然毛纺与棉纺的生产工序有相似之处，但两者的设备仍有较大差别，主要体现在电动机的各项系数上。特别是在毛纺的粗纺工艺中，梳毛机与细纱机的安装功率非常大，但其电动机的实耗功率往往只有50-60%。因此，在近来发布的《毛纺织工厂设计规范》中没有给出相关系数的数值，而是建议设计人员通过实测来积累经验。在本例中，我们就委托业主单位的技术人员对设备电动机的相关系数进行采集，并通过计算整理出一项“综合散热系数”。下面对棉纺与毛纺的“综合散热系数”（α）进行了对比，并对计算公式进行了说明。

表5 “综合散热系数”（α）的比较

说明：

从表5中可见，棉纺设备的“α”值确实要比毛纺的要高，这也意味着设计中如果采用实测值进行计算的话，车间冷负荷将比过往有一定幅度的下降，并最终反映成设计风量、喷水量、制冷量上的全面下调，从而达到减少设备投资、降低运行能耗的目的。

2.2 地沟回风与侧墙回风的结合使用

目前，纺织车间常用的气流组织有上送下回、上送侧回两种。前者的车间气流自上而下垂直流动，有利于纤尘的沉降[2]，同时能形成均匀的温度场和速度场。但工程上会涉及回风地沟的制作，其工程造价不菲，而且属于双风机系统，会增加运行能耗。而上送侧回的车间气流以水平方向流向空调室，其温度场、速度场不如前者均匀，回流途中温度、含尘浓度逐渐升高，相对湿度不断下降[3]。由于这种回风方式属于单风机系统，在削减前期投资的同时，也降低了运行能耗。

表6 特种纱车间-两种回风方式的能耗比较

表7 精纺纱车间-两种回风方式的能耗比较

在冬季模式或工厂减产的情况下，随着送风量的下降，回风量也会减少。此时的前纺工段，可以停开回风机，只用侧墙回风，这样节能效果将更加显著，且能满足车间温、湿度要求。当然，相较于地沟回风，侧墙回风有着回风不均匀的缺点，即越是远离空调室的区域回风效果越差。考虑到这一点，在设计中，本人以30米为界划分两种回风方式，从一定程度上改善了这个问题。

2.3 细纱机车头工艺排风的利用与排放

在本例中，对于细纱机车头的工艺排风采用一套单独的排风系统，在地沟中不与地吸回风相混合。在冬季开冷车或车间温度较低时，对工艺排风进行回用；而在其他季节则选择直接排放，并用相应量的新风来做补充。在细纱机运行时，其电动机散发的大部分热量会通过工艺排风排出，排风温度往往比室温高出5～15℃[4]，而且在全年工况下，工艺排风的焓值都要比室外新风的焓值高。以本项目的夏季工况为例，两者焓值的比较如表8所示，差值为9．8kJ/kg。

表8 夏季新风与工艺排风的焓值比较

当用室外新风来取代工艺排风时，节省的制冷量如表9所示：

表9 室外新风取代工艺排风时节省的制冷量

2.4 喷淋段中冷冻水的二级直喷

在该毛纺厂的老车间中，冷冻水供往空调室之后，会先与水池中的循环水进行混合，然后再进行喷淋。这在一定程度上造成了冷量的浪费，所以在本项目中，空调室的喷淋段被设计成冷冻水在第二级喷排上进行直喷。

当喷淋段采用二级喷水室时，空气在第一级喷水室中的处理过程主要为降温降焓，在第二级中主要为去湿降焓，其处理过程如图5所示。

因此，在喷淋段的第二级喷淋室中，采用冷冻水的直接喷淋来取代冷冻水与循环水混合后的喷淋，将提高冷冻水的去湿效率。空气与水之间的显热交换取决于它们之间的温度差，湿交换则取决于两者之间水蒸气的分压力差，而全热交换则取决于两者的焓差[5]，如麦凯尔方程所示：

图5 二级喷水室中空气与水的状态变化

在冷却去湿的处理过程中，被处理空气的焓值一定时，降低喷淋水温实际上是降低值，增大了空气与水之间热、湿交换的动力。在相同的喷淋条件下，降低喷水温度，空气的终温也会降低，空气的温降与水的温升都会增大，这有利于降温和去湿的进行，从一定程度上增强了热湿交换的效果[6]。

3 结论

通过对该毛纺项目的设计与思考，得出如下结论：

（1）毛纺与棉纺虽生产工序相仿，但工艺设备存有差异。将棉纺设备的“综合散热系数”用作毛纺的相应系数进行冷负荷计算时，计算值往往会偏大，从而对设备投资及运行能耗造成浪费。建议在项目中，对设备电动机的相关系数进行实测并整理成“综合散热系数”用于计算，从而使计算依据更加贴近实际情况。

（2）当空调室的回风量过大时，可以考虑采用地沟回风与侧墙回风相结合的方式，以此来减少回风机的风量负担。该方法在保证车间温、湿度要求的同时，也降低了回风机的装机功率与运行能耗。可将距空调室30米处作为两种回风方式的划分边界，近处采用侧墙回风，远处采用地沟回风，如此便能从一定程度上克服侧墙回风流场不均匀的缺点。

（3）细纱机车头的工艺排风与地吸回风分开处理。鉴于全年工艺排风的焓值都要比室外新风高，故除了在冬季进行回用外，其他季节选择直接排放，并用相应量的新风来做补充，从而降低了对冷量的需求。

（4）当喷淋段采用二级喷水室时，空气在第二级喷水室中的处理过程主要为去湿降焓，因此建议采用冷冻水在第二级喷排上进行直喷，从而提高冷冻水的去湿降温效率。

参考文献：

[1]王继征．把纺织空调的能耗降下来[N]．中国纺织报，2009-5-6（006）．

[2]李晓英．纺织车间空调系统节能设计的探讨[J]．上海纺织科技，2010，38（3）：55-57．

[3]周亚素，甘长德，赵敬德．纺织厂空气调节[M]．北京：中国纺织出版社，2009：171．

[4]高龙，周义德，杨瑞梁，牛艳青．二级复合间接蒸发冷却技术在纺织空调的应用．上海纺织科技，2010，38（2）：53-55．

[5]赵荣义，范存养．空气调节[M]．北京：中国建筑工业出版社，1994．

[6]樊荔，王春艳，李建南．冷水系统大温差对纺织空调的影响[J]．上海纺织科技，2009，37（6）：11-13．