浅谈卷烟厂冷水系统 高水温大温差表冷器运行性能分析

黄斌，张啸，舒欣，王虎

（浙江中烟工业有限责任公司杭州卷烟厂，浙江 杭州 310024）

目前，卷烟厂的空调机组一般情况下设计方案是基于7℃/12℃冷冻供回水工况进行表冷器选型。冷水系统供水温度也是设定在7℃。但是在空调系统的实际运行过程中，由于受气象条件等因素变化的影响，在全年运行过程中，空调的逐时负荷小于设计负荷。因此，可以根据空调负荷的全年变化情况，在部分负荷时段调整冷水系统的运行参数，如适当提高制冷机的冷水供水温度，从而降低制冷机组的运行能耗；适当提高冷水系统的供回水温差，从而节省冷水系统的输送能耗。

为了适应于以上的节能运行方式，必须对空调机组的表冷器进行适当的优化改造，使得表冷器选型与之相匹配。

本文对不同条件参数下的表冷器运行性能进行分析，为实现冷水系统高水温、大温差运行寻求更好的参数依据。

1 卷烟厂中央空调系统形式

中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成，制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。空气调节系统对空气温湿度处理的方式对于整个中央空调空调系统高效洗、节能型具有很重要的影响。

一般卷烟厂空气调节系统由空调机柜、过滤器、表冷器、加热器、加湿器、送回风电机风机及管道阀门控制系统组成。它是通过各种空气处理功能段组合而成的一种对环境温湿度精度控制的空气处理设备，如图所示。

图1 空气调节系统

本文针对以上空调机组内表冷器的运行性能进行分析，由于现有的空调机机组尺寸已经决定了表冷器的管路行程、翅片结构、迎风面积等结构参数不变，所以本文只针对表冷器的翅片材质和排数来研究分析，忽略风阻的影响。选取2台额定送风量12万m³/h配置结构相同的空调机组，一台表冷器采用4排铝箔材质，另一台表冷器采用8排全铜材质进行性能测定实验。

2 表冷器性能测定原理

依据国标GBT 7725-2004，空气焓值法：一种测定空调器制冷、制热能力的试验方法，它对空调器的送风参数、回风参数以及循环风量进行测量，用测出的风量与送风、回风烩差的乘积确定空调器的能力。

（1）通过卷尺测得空调表冷器的宽L（m）、高H（m），那么表冷器迎风面积为:

（2）通过风速仪测得空调风系统表冷器风速v（m/s），并取标况下空气密度ρ=1.195kg/m³，那么空调送风质量M（kg/s）为:

（3）通过温湿度在线传感器测量经过表冷器前的空气干球温度t1（℃）、相对湿度φ1，经过表冷器后的空气干球温度t2（℃）、相对湿度φ2，并利用湿空气焓湿图查询软件计算出表冷器前空气焓i1（KJ/kg）、含湿量d1（g/kg）、表冷器后空气焓i2（KJ/kg）、含湿量d2（g/kg）。那么表冷器制冷量Q（KW）和除湿量Δd（KJ/kg）分别为：

3 测定过程及结果分析

3.1 冷水系统高水温下表冷器运行工况分析

两台空调分别设定：表冷器冷水电动阀开度100%；蒸汽加热电动阀开度0%；蒸汽加湿电动阀开度0%；新风阀开度0%；排风阀开度0%；送、回风电机满频运行；冷水系统水泵满频运行。

当回风温度24±2℃、湿度55±5%的工况下，逐步设定制冷机供水温度，待空调系统工况稳定后，记录下冷水系统表冷器供水温度7℃、8℃、9℃、10℃时的相关参数，并计算绘制出以下图表：

图2 冷水系统水温实验

由上图可知随着冷水系统水温的升高，4排铝箔和8排全铜表冷器的制冷量和除湿量均下降，且相同冷水水温条件下8排全铜表冷器比4排铝箔的制冷量和除湿量都要大；8排全铜表冷器在水温8℃时制冷量和除湿量达到最高，当水温达到10℃时，8排全铜表冷器的制冷量和除湿量出现较大的降幅。

3.2 冷水系统大温差下表冷器运行工况分析

2台空调分别设定：表冷器冷水电动阀开度100%；蒸汽加热电动阀开度0%；蒸汽加湿电动阀开度0%；新风阀开度0%；排风阀开度0%；送、回风电机满频运行；冷水系统表冷器供水温度7℃。

当回风温度24±2℃、湿度55±5%的工况下，逐步设定冷水系统水泵的频率，待空调系统工况稳定后，记录下对应的冷水系统供回水温差4.0℃、4.5℃、5.0℃、5.5℃时的相关参数，并计算绘制出以下图表：

图3 冷水系统温差实验

由上图可以看出冷水温度7℃时，随着冷水系统温差的增大，4排铝箔和8排全铜表冷器的制冷量和除湿量均下降，且相同冷水温差条件下8排全铜表冷器比4排铝箔的制冷量和除湿量都要大。

4 结语

采用空气焓值法，对卷烟厂工艺空调冷水系统高水温大温差条件下不同材质的表冷器的运行性能进行实验分析，得到如下结论：

（1）在冷水系统相同的供水温度条件下，8排全铜表冷器比4排铝箔的制冷能力和除湿能力都要强；随着冷水系统供水温度从7℃提高到10℃时，两种表冷器的制冷能力和除湿能力均下降，水温在8℃时，8排全铜表冷器的制冷能力和除湿能力最强。

（2）冷水出水温度的确定必须合适。一方面冷水温度必须足够低，以保证车间温湿度要求；另一方面，冷水出水温度又必须足够高，使制冷机组的能耗降到最低。冷水系统高水温造成换热能力下降，因此要选取更大面积、换热效率更高的材质的表冷器来弥补。

（3）在冷水系统相同的供回水温差条件下，8排全铜表冷器比4排铝箔的制冷能力和除湿能力都要强；随着冷水系统供回水温差从4℃提高到5.5℃时，2种表冷器的制冷能力和除湿能力均下降。

（4）冷水系统温差的确定也必须合适，一方面冷水温差应适当减小，以保证车间温湿度要求；另一方面，冷水温差又可以适当增大，使冷水系统水泵的能耗降到最低。冷水系统大温差造成水流量减小，也会造成换热能力下降，因此要选取更大面积、换热效率更高的材质的表冷器来弥补。