涂装空调绿色节能技术的应用研究

杨安玲，赵绪亚



涂装空调绿色节能技术的应用研究

杨安玲，赵绪亚

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 231200）

在汽车市场竞争越来越激烈的当代，生产制造成本成为企业生存发展的关键。因此在工艺工程项目设计过程中，利用好资源节约性技术，能够降低成本，提高企业的竞争能力。把协调平衡的原理融入到资源节约型制造技术中，充分运用系统思考的理念来丰富和创新资源节约型制造技术的内容，是汽车发展资源节约型制造技术，建设和谐企业的重要手段。

空调；风机；变频；节能

引言

对于汽车生产的四大工艺而言，涂装生产所消耗的能源分布情况为：涂装生产电消耗占总消耗的55%左右，水消耗占总消耗的75%-80%，天然气消耗占总消耗的90%以上。因此在涂装生产线的设计、实施过程中充分考虑采用节能降耗是非常必要的。

涂装线电力消耗主要分布在水泵、风机及机械化等方面，其中喷漆室送排风风机的用电量占涂装线总用量的30%左右，生产线的自动化程度越低，喷漆室送排风风机的用电量比例就越高。因此如何降低喷漆室空调送风系统的用电量成为我们关注的焦点。

1 空调变频节能技术的必要性

喷漆室送风空调风机的选型一般要考虑如下两点：

风机送风量：不低于该空调送风区域（喷漆室）的所需要总风量

风机压力：保证风机送风可以克服空调器及喷房中的过滤材料达到最终使用寿命时的终阻力及空调器、风道、喷房等阻力之和，一般情况下还要有一定的富余量；在保证风机送风量及压力的情况下，确定出风机的轴功率。

而过滤材料的初始阻力与总阻力之间一般有150-400Pa左右的压力差，一般而言，在整个空调送风过程中共需经过四道过滤，如下图1所示：

图1 喷漆室空调送风系统示意图

空调器中的初效过滤段（G4）、中效过滤段（F6），喷漆室动室的中高效过滤（F7）和静压段的顶棉过滤（F5），综合目前国内几家的过滤材料的阻力情况，汇总数据如下表1所示：

表1 各种过滤器材的初终阻力参数

根据上表合计：送风系统终阻力与初始阻力差最大为1185Pa，即使在考虑过滤器一般不会使用到最大终阻力以及不会同时更换的情况下，根据江淮汽车空调系统阻力计算和实际运行经验，系统阻力波动值可达到600Pa。

因此风机在过滤器材处于刚使用过程中，风机所送出的风压远远高于实际所需要的风压，导致风机运行过程中的能耗浪费，或者会出现由于风压不够而提前更换过滤器材，导致过滤器材的使用成本增加。

2 变频技术的节能原理

2.1 变频器的节能原理

通常来说，空调送风机采用变频器控制可通过下面五个原理进行降低节能降耗：

2.1.1变频调速节能

为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。

当电机转速从 N1 变到 N2时，其电机轴功率（P）的变化关系如下：

P2／P1 =（N2/N1）3，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。

2.1.2动态调整节能

迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有高频率的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。

2.1.3通过变频自身的V/F功能节能

在保证电机一定的力矩输出情况下，通过自动调节V/F曲线。降低输出力矩值，减小输入电流，达到节能的效果。

2.1.4利用变频自带软启动节能

在电机全压开启时，由于启动力矩有一定的需要，需从电网引入 7 倍的电机额定电流，而较大的启动电流会浪费电能，对电网的电压波动也有较大的损害，同时增加了线、变损。通过软启动，启动电流可以从0 至电机额定电流，降低了启动电流对电网的冲击，节省了电费，同时也降低了对设备的大惯量的转速冲击，增加了设备的使用时间。

2.1.5采用提高功率因数节能

电动机由定子和转子绕组通过电磁作用来产生力矩。绕组因其感抗作用。对电网来说，阻抗特性显示感性，电机在运行过程中吸收了大量的无用功率，导致功率因数低。

改为变频调速器后，因其电路已变更为：AC-DC-AC，通过整流滤波，负载特性产生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性显示阻性，功率因数得到了提高，降低了无功损耗。

3 节能研究

基于离心风机的特性，同一台离心风机在不同的转速下有不同的全压H-风量Q曲线特性图，如下图2所示：

图2 离心风机的风压H-风量Q曲线特性图

其中：

n1-代表风机在额定转速运行时的特性；

n2-代表风机降速运行在n2转速时的特性；

R1-代表风机管路阻力最小时的阻力特性；

R2-代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

在过滤器材处于初始阶段，系统阻力交小的工况下运行，风机在曲线R1工作时，工况位置为C，其压力和流程分别为H3、Q2，此时风机需求功率与Q2和H3的乘积成正比，即与OQ2CH3的面积成正比。因风机设计的选型按最终的阻力设计取值，再输出功率恒定的情况，为保证系统风量Q2值，实际上利用调节风阀等方法提高管网管阻，将风机的工作点移至曲线R2上的B位置，风压提升至H2，此事风机需求功率与Q2H2的面积成正比，即与OQ2BH2的面积成正比。显然，此时风机运行的功率远远大于实际所需要的功率。此调节方法虽然控制简单，但消耗功率功大，能耗高，是通过高运行成本为代价换取简单的控制方法。

如果利用变频调速，将风机转速降至n2，此时工作位置由B移至C，流量不变，压力则降低至H3，此时变频调速后风机需求功率与OQ2CH3的面积成正比，如图2所示，功率降低较明显。

风机风量与压力比值的变化量，综上所述，利用变频调速是有效的节能措施。根据GB12497对电机经济运行管理的规定有如下的计算公式。

采用档板调节系统阻力对应电动机输入功率P1V与风量Q（或压力H）的关系为：

P1V≈[0.45+0.55(H/HN)2]P1e

式中：P1e——额定流量时电动机输入功率（kW）。

HN——送风系统的额定压阻

H——送风系统的实际压阻

电动机改为变频调速后，其输出功率与风量Q（或压力H）成正比的关系，因此，利用变频调速器改变压力时，相对调节风门调风量的节电率Ki为：

根据上述计算条件，风机采用变频调速器调节风量时相对调节风门调风量的年节电量为：

Pd=t*D*P1V*Ki

其中：Pd——电动机年节电量，单位kWh；

t——电动机每天运行时间，单位h；

D——电动机每年的工作天数；

同理：对于在恒定流量条件下，采用变频调速器适应实际压力时，相对通过调整风阀等措施，提高送风系统的阻力的节电率Ki同上式。

风机电动机采用变频器调速后，节电效果是非常明显的。

如以一台风量为240000m3/h，风压为1400Pa 功率为160kw 的离心风机为例，根据江淮汽车的实际使用经验，送风系统的过滤器材更换周期为2-3个月，在此期间送风系统的阻力由800Pa向1400Pa不断增加，我们取平均值1100Pa情况下进行计算：

P1V≈[0.45+0.55(H/HN)2]P1e≈126.3

Ki =1-0.61=0.39

Pd = t*D*P1V*Ki=16*250*126.3*0.39=19.7028万度

根据上述计算一台风机每年即可节约近20万元的运行费用是相当可观的。因此对于汽车涂装生产线而言，空调送风机组采用变频技术控制是相当有必要的。

4 总结

空调变频节能技术的关键在于对空调送风机的电机采用变频器控制， 通过设定变频器的输出频率对风机电机的转速进行控制，有自动控制和手动控制。生产线可根据两种控制方案的优缺点选择合适的方案。

涂装空调节能技术可有效的节约企业的生产成本，通过技术优化提高企业竞争力，在竞争日益加剧当下，为汽车企业发展提供丰富的技术创新保障。

Study on the Application of Green Energy Saving Technology for Painting Air Conditioning

Yang Anling, Zhao Xuya

（Jianghuai Automobile Co. Ltd, anhui province, Anhui Hefei 231200）

In the passenger car market competitive manufacturing cost of contemporary, production becomes the key to the development of business survival. Therefore in the process of project design, the use of resource-saving technologies that can reduce costs, improve enterprise's competitiveness. The coordination of the principles of balance into the resource-saving manufacturing technology, making full use of system thinking of ideas to enrich and innovative resource-saving manu -facturing technology development group, is resource-saving technologies, building a harmonious enterprise, an important means.

Air conditioning; fans; variable frequency; energy-saving

A

1671-7988(2018)24-264-03

U445

A

1671-7988(2018)24-264-03

U445

杨安玲，女，(1975.4-)，安徽合肥人，2006年1月毕业于合肥职工大学、大专学位、技师，目前在安徽江淮汽车商用车车架厂涂装线工作，岗位涂装质量管理，研究方向是车架涂装技术。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.096