中央空调在除湿季节采用温、湿度偏差运行的节能研究

叶岑YE Cen；谭传伟TAN Chuan-wei；王亚光WANG Ya-guang

（江西中烟工业有限责任公司井冈山卷烟厂，吉安 343199）

0 引言

当前，烟草行业内的环境工艺温湿度要求需通过空调系统控制在一定范围，空调系统能耗较大，本文通过开展在除湿季节采用温、湿度偏差运行的节能研究，利用之前大量的系统运行数据和气象数据，作为系统建模的数据基础，依据数学模型对空调的运行状态及能量关系进行全面分析，得出最合理的运行方式传送给空调本体控制器，由本体控制器完成对中央空调的控制，将控制误差保证在工艺允许偏差的1/2以内，将另外的1/2偏差区间利用起来做为降低能耗的资源，实现了空调系统的节能运行。

1 井冈山卷烟厂贮丝车间空调情况介绍

1.1 空调机组结构如图1

①图1所示为整个空调机箱结构，风在机组中的流向是从左到右；

②新回风混合段：包含新风门、回风门；

③自清洁高效过滤段：由机壳、滤网组件、吸污器、回转马达、排污装置、控制系统等部件组成；

④表冷挡水段：有三组表冷器，配备冷水电动阀；

⑤加热段：配备加热电动阀；

⑥干蒸汽加湿段：配备加湿电动阀；

⑦送风机段：送风机功率75kW，回风机风量120000m3/h。

1.2 被控区域特征

贮丝房为独立的车间，只有一台K07中央空调为其提供合格的环境温湿度，贮丝房贮存成品烟丝，具有一定的热湿负荷。

1.3 控制指标要求

贮丝房对温湿度指标要求较高，温度指标=25±2℃，湿度指标=58±5%。

2 降低由新风引入的空调机组热、湿负荷

2.1 新风引入的热湿负荷分析

按照国家标准，为了工作人员健康，空调机组运行必须引入新风，研究对象空调的新风引入设计为5%。引入新风产生的热湿负荷，称为新风热湿负荷。

新风热负荷Nr及新风湿负荷Ns表示如下：

式（1）、式（2）中：

tr：车间内部温度（℃）；

tx：新风温度（℃）；

dr：车间内部含湿量（g/kg.干）；

dx：新风含湿量（g/kg.干）；

k：新风比（%）；

r1：干空气比热容（kj/kg.℃）；

r2：水在0℃的汽化潜热（kj/kg）；

f：送风量（kg/s）。

由式（1）和式（2）可以看出，空调机组的新风热负荷与车间内外温差线性相关。在其它因素不变的前提下tr-tx的值越小，新风热负荷也就越小。同理，dr-dx的值越小新风湿负荷也就越小。空调机组的新风热湿荷与车间内外的含湿量差线性相关。

2.2 偏差值控制介绍

2.2.1 设定值控制

见图2，图中十字线交点为空调运行设定值，设定值是固定的值，见表1。

表1 空调温湿度传统设定值

2.2.2 偏差值控制

见图3，图中的外四边形为空调运行满足工艺要求的区域，内四边形为空调的偏差值。显然，设定值有原来的一个点扩展问一个区域。空调在运行时，选取偏差值内能耗消耗最小的点做为设定值，也就是说，设定值是根据节能需要在一定范围内浮动的，见表2。本文对除湿季节的偏差值控制的节能效果进行论述。

表2 空调温湿度偏差值

2.2.3 除湿季节偏差值控制的特征

吉安地区除湿季节气象条件平均温度=30℃，平均湿度=68%，平均含湿量=18g/kg。在这种气象条件下，空调工作在表冷除湿、蒸汽加温状态。显然，实现偏差值控制的实际设定值应位于图1所示的内四边形右下角位置。即处于温湿度偏差运行状况，见表3。

表3 除湿季节空调温湿度执行设定值

3 设定值控制与设定域控制的数学模型仿真计算能耗对比

我们利用空调系统数学模型对设定值控制与偏差值控制进行了同样工艺条件下的仿真对比研究。仿真计算结果以焓湿图及空调各工艺段运行数据的方式给出，见图2、图3。（表4、表5）

表4 原始设定值仿真计算数据

表5 偏差设定值仿真计算数据

3.1 仿真计算的工艺条件

新风温度：tx=30℃，新风湿度：sx=68%

新风比：kfx=10%

3.2 热媒能量消耗计算公式

Pn=（（送风温度-表冷除湿）*r1+（混风湿量-表冷除湿）*r2）*kfx （3）

式中：r1=1.01kj/kg，干空气的比热容；

r2=2.26kj/g，水的汽化潜热；

kfx：空调送风量（kg/s）。

3.3 蒸汽加湿、蒸汽加温工况仿真计算

3.3.1 标准设定值仿真计算结果

目标温度：tv=25℃，目标湿度：sv=58%

将图1中的数值代入式（3）

3.3.2 偏差设定值仿真计算（见图2）

目标温度：tv=24℃，目标湿度：sv=60.4%

将图2中的数值代入式（4）

3.3.3 能量消耗对比

p21/p11=（5.47*kxf）/（6.22*kxf）=88%

仿真结果表明在该工况下偏差控制可节约热媒能量12%。

4 空调实际运行能量测试

4.1 测试仪器

K7空调增加1台蒸汽流量计和一台冷水计量水表，其中蒸汽流量计选用斯派莎克Gilflo ILVA流量计系统，流量计系统自带压力、压差等补偿元件以及流量积算仪，量程比最大可达100:1，测量范围比较宽，准确度为一级。冷水流量计选用积成电子LXLE系列水表，垂直螺翼式、具有压力损失小，流量大，精度高，使用寿命长等优点，准确度为一级。

4.2 测试方法

交替运行新老程序，每隔固定时间（24小时）由PLC自动切换一次，切换整点选为早上6点。新老程序切换时可能会产生扰动，PLC控制程序通过自动调节，使其在短时间内恢复到稳态。

从2022.07.04开始，每天上午6点整完成新老程序切换。2022-07-04 6:00:00到2022-07-05 06:00，运行老程序，2022-07-05 6:00:00到2022-07-06 06:00，运行新程序。新老程序间隔24小时交替运行。能管系统将自动记录K7空调运行数据，包括阀门开度、车间温湿度、电机频率、蒸汽流量、冷水流量等数据。

4.3 运行数据

空调节能监控系统经过调试试运行后，于2022.07.04日正式运行，从能管系统查询K7空调系统蒸汽用量、空调系统冷水用量、空调系统用电量数据，对新老系统用能数据进行对比。各取有效运行天数16天，对新老程序消耗能源进行对比，见表6。

表6 新老程序消耗能源数据

4.4 能耗分析

K7空调改造前后能耗对比见表7。

表7 K7空调改造前后能耗对比

①按1t蒸汽耗75m3天然气计算，天然气折标系数为1.33kgce/m3。

②冷水是循环的，根据冷冻水能量转换：P=FT*（T1-T2）/0.86/COP，制冷机供回水温差为3℃，即（T1-T2）=3，动力中心制冷机系统能效COP值约为4.5，即1kW电产4.5kW冷量。将冷冻水流量转换成kWh。

③电折标系数为0.1229 kgce/kWh。

④将蒸汽和冷冻水用量均折标后，计算综合能耗：

综合能耗节约百分比为：

（2943.50+70.95+2551.41-67.07）/（2943.50+70.95）*100%=13.14 %

5 结论

通过仿真计算与实际运行的结果来看，理论与实际是一致的。除湿季节引用最小新风量10%，通过采用合理的控制策略，在工艺要求范围内，中央空调除湿季节温、湿度采用偏差运行，达到节能降耗的目的，可为企业带来极大的经济效益。