中央空调湿膜加湿在卷烟工业中的应用探讨

摘" 要：为推动行业绿色低碳循环发展，助力碳达峰、碳中和，建设资源节约型、环境友好型企业。对昆明卷烟厂耗能情况进行调研，当前卷烟厂采用干蒸汽加湿维持近似恒温恒湿的环境，但是该方式效率低，能耗高。因此，该文根据昆明卷烟厂实际情况，分析不同加湿方式优缺点，选择湿膜加湿作为卷烟厂中央空调改造的最佳方案，并进行可行性分析。

关键词：中央空调改造；卷烟工业；湿膜加湿；加湿机理；性能分析

中图分类号：TU831" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）05-0172-04

Abstract： In order to promote the development of green and low-carbon cycles in the industry， help carbon peak and carbon neutrality， and build resource-saving and environmentally friendly enterprises. The energy consumption situation of Kunming Cigarette Factory was investigated. Currently， cigarette factories use dry steam humidification to maintain a constant temperature and humidity environment， but this method is inefficient and consumes high energy. Therefore， based on the actual situation of Kunming Cigarette Factory， this paper analyzes the advantages and disadvantages of different humidification methods， selects wet film humidification as the best plan for the renovation of central air conditioning in the cigarette factory， and conducts a feasibility analysis.

Keywords： central air-conditioning transformation; cigarette industry; wet film humidification; humidification mechanism; performance analysis

中央空调是一种在同一建筑内，以集中或半集中的形式，对空气进行净化、冷却或加热、加湿或除湿等处理、输送和分配的空调系统。其目标是要创建一个具有标准温度、标准湿度、标准洁净度和新鲜度的室内室外空气环境，从而满足生活舒适性或者工艺性等的空气调节要求[1]。

卷烟生产技术对于环境有较高的要求，制丝生产线与卷包、成型生产线都有设置空调设备。根据生产工艺要求，贮叶房和烟丝库区域需要恒温恒湿的环境，贮叶房作为储存初加工烟叶的关键环节，恒温恒湿的环境有助于保持烟叶的新鲜度和品质，避免温度和湿度的波动导致烟叶质量下降。烟丝库区是存放成品烟丝的地方，烟丝在这个阶段的含水率、整丝率以及填充值等物理指标，直接受到环境条件的影响。适当的湿度可以防止烟丝过于干燥，从而引起燃烧时的不均匀燃烧和口感变差；适当的温度则可以避免因过高或过低而导致的化学性质变化，保持烟草的香气和味道[2]。为此，结合昆明卷烟厂实际情况，对中央空调加湿系统进行调研模拟，探讨湿膜加湿在卷烟工业的可行性。

1" 问题分析

昆明卷烟厂地处云南省中部地区，属于亚热带高原山地季风气候，其特点是气候温和、四季如春、年温差小，室外温度常年在15～25 ℃，气候干燥，空气湿度较低。

卷烟厂空调系统如图1所示，空气处理流程为：新风—风机/回风—排风—初效过滤—中效过滤—制冷—蒸汽加热—蒸汽加湿—风机—出风。

卷烟生产过程中，需要消耗大量蒸汽，用于制丝工艺与生产空调[3]。空调用汽主要包括各空调机房组合式空调设备的加热、加湿，其日平均用汽量约为72 t，结合昆明气候情况。空调冷量、热量用量较少，更多的是用于空调加湿，空调耗汽量约占总蒸汽消耗的21%。空调能耗占卷烟厂综合能耗比例较大。所以，空调蒸汽能耗是卷烟厂的主要能耗指标。

昆明卷烟厂的中央空调系统目前采用饱和蒸汽加湿方式，这种方式以快速的加湿速度和高控制精度而著称，能够有效地调节生产过程中所需的湿度条件。然而，尽管有这些显著优点，饱和蒸汽加湿系统的运行成本相对较高，这主要源于蒸汽本身的生成和输送成本。

在长期运行过程中，昆明卷烟厂的组合式空调机组已运行了13年，其蒸汽加湿系统开始出现一系列性能问题。首先是蒸汽量控制不准确，这可能是系统老化或传感器失准导致的，使得实际加湿效果与预设值存在偏差。这种控制的不精确不仅影响到了加湿的均匀性，也对生产区域内的温度和湿度稳定性造成了影响。

此外，由于设备故障和损坏，加湿系统的故障频发，这不仅增加了维护成本，而且影响到生产的连续性和稳定性。当加湿系统出现故障，尝试进行修复或维持运行时，常常会导致加湿蒸汽的消耗量异常增加。增加的蒸汽量带入大量热量，这些热量进入空调机组后会引起风温升高，从而影响整个空调系统的温度控制。风温的升高可能导致所谓的“对立工况”，即系统内部的冷却除湿功能与加热器及加湿器的再热再湿功能相互抵消，造成能源的无效循环和浪费。这一现象也成为了空调系统能耗高的一个重要原因。

在过渡季节或者冬季的部分时节，由于室外温度较低，可以采用调节新风比的方式控制室内温度，但是由于昆明的高原气候特征，室外空气干燥，几乎全年需要加湿。若新风占比过大，会明显增加空调机组的加湿负荷，又进一步导致风温升高，需要开启表冷器降温处理，进一步加大能耗。

2" 中央空调常用加湿方式分析

目前，中央空调主流加湿方式有饱和蒸汽加湿、超声波加湿、高压微雾加湿和湿膜加湿。饱和蒸汽加湿是目前昆明卷烟厂采用的加湿方式，加湿速度快，控制精度高，但是能耗过高；超声波加湿的加湿效率高，但是对环境伤害较大，对水质与改造空间要求较高；高压微雾加湿水雾颗粒小，加湿均匀，不会造成二次污染，但是运行声音较大，且对水质要求较高，耗电量大；湿膜加湿是通过洁净的水输送到加湿器顶部的淋水器，水均匀地淋到湿膜的顶部， 水在重力作用下沿湿膜材料向下浸透，淋湿湿膜内部的所有层面，同时被湿膜材料吸收，形成均匀的水膜， 当干燥的风通过湿膜材料时，干燥的空气和湿润的湿膜表面有较大面积的接触，水分充分吸收空气的热量而汽化、蒸发，从而达到对空气加湿的目的。湿膜加湿属于等焓加湿，在这一加湿过程中，空气湿度增加，温度下降，但是空气的焓值不变。湿膜加湿安全可靠，对空气有洗涤、净化作用，不产生“白粉”现象，无噪声，对水质要求不高，控制方便且相对精确，能耗较低[4]。因此，根据实际情况及需求，选择湿膜加湿的方式对中央空调空气进行加湿。

3" 湿膜加湿器加湿性能分析

3.1" 加湿性能理论分析

湿膜加湿主要是清洁自来水通过供水管路送到湿膜顶部布水器，水在重力作用下沿着湿膜的表面向下流，将湿膜表面润湿，水流到接水盘中，通过排水管道直接排到下水管道，进入中水站二次利用。湿膜加湿是等焓加湿，即在水蒸发的过程中，需要吸收热量，这部分热量通常来自空气，因此通过蒸发过程，空气的温度会有所降低，但总的热量（焓值）保持相对稳定。这种效应使得湿膜加湿器在增加湿度的同时，也具有一定的降温效果[5]。

对湿膜加湿器进行加湿性能评价主要参考2个性能参数：饱和效率、加湿效率[6]。

3.1.1" 饱和效率

饱和效率是指在等焓加湿过程中，加湿器入口空气经加湿后达到饱和的效率，如式（1）所示。实际上是指加湿器最大能把空气加湿的程度。这个参数对于评估湿膜加湿器的性能至关重要，因为它直接影响到设备的加湿极限和稳定性。高饱和效率意味着加湿器能更有效地利用提供的水分，实现更大程度的空气湿度饱和，从而提高整体的加湿效能[6]。

3.2" 加湿效果前后对比

昆明地区由于其独特的高原气候特征，几乎在全年的各个时段内，都面临着需要增加空气湿度的需求。特别是在冬季以及从一个季节过渡到另一个季节的时期，由于气温较低或变化较大，空调系统的蒸汽使用量普遍较大。针对卷烟厂的特定实际情况，对中央空调系统进行改造前后的蒸汽加湿所引起的温度和湿度变化进行了详细的分析。有助于了解改造措施的有效性以及对环境控制精度的实际影响，从而为进一步优化空调系统运行提供科学依据。

3.2.1" 改造前蒸汽加湿温湿度变化

1）冬季模式。在冬季采用蒸汽加湿的方式，外气进入中央空调后，与回风混合，需要消耗2部分能量：一是将混合空气加热至28 ℃；二是将混合空气加湿到60%。在这种工况下，采用蒸汽加湿减少了加热的消耗。

2）过渡季节。在过渡季节采用蒸汽加湿，需要先用冷冻水将混合空气温度降低至25 ℃，再沿着等温线加湿，需要消耗3部分能量：一是将混合空气降温至25 ℃；二是将混合空气加热至28 ℃；三是将混合空气加湿到60%。这种工况下，采用蒸汽加湿增加了对立工况，出现了冷冻水和蒸汽热量的不必要消耗，造成了能源浪费。

3.2.2" 改造后蒸汽加湿温湿度变化

1）冬季模式。冬季采用湿膜加湿需要先将混合空气加热至30 ℃，再沿着等焓线降温加湿，需要消耗：一是将混合空气加热至30 ℃所需热量；二是消耗加湿所需水量。

2）过渡季节。在过渡季节采用湿膜加湿，需先用冷冻水将混合空气温度降低至28 ℃，再沿着等焓线加湿，消耗为：一是将混合空气降低至28 ℃的制冷量；二是加湿所需水量。

综上所述，昆明卷烟厂在对中央空调系统进行改造前，不论任何季节，均需消耗大量的蒸汽以维持恒温恒湿的生产环境。然而，在引入了湿膜加湿技术后，情况有了显著的改善。这种技术通过水蒸发的方式增加空气湿度，同时降低温度，有效利用了自然环境的调节能力，减少了对蒸汽的依赖。特别是在过渡季节，可能不需要消耗蒸汽。此外，昆明的气候特征是高温低湿的时间较长，传统的蒸汽等温加湿方法在这样的气候条件下需要消耗更多的能源。而采用等焓加湿的湿膜加湿技术，由于其工作原理更适应昆明的气候特点，因此对能源的需求更小。从理论上讲，湿膜加湿技术由于其对环境的适应性和能源使用的高效性，更能达到节能减排的作用。

4" 湿膜加湿方法技术经济性分析

湿膜加湿的经济性除去直接投入费用外，主要考虑节约成本、运行成本和维修与备件成本，在这里具体对湿膜加湿节约成本、运行成本和维修与备件成本进行计算评估，并用同样的方法计算饱和蒸汽加湿成本进行比较。

4.1" 节约成本

根据调查，取湿膜加湿效率最低为50%，即供应2 kg自来水可以获得1 kg加湿量计算。节约电量按YORK制冷机机组COP为5.8来计算。取干蒸汽加湿效率95%，需要4个15 W湿膜加湿电磁阀。根据计算可得表1湿膜加湿年节约能源计算表。

4.2" 运行成本

湿膜加湿正常运行消耗水量和电量。改造的5台中央空调年需要水量为6 706.88 t。该系统可以不加装水泵，仅用自来水的压力可以运行，因此仅有4个15 W的电磁阀耗电，若按一年中央空调运行300 d计算。取水费为4元/t，电费为0.46元/kW·h，则年运行成本计算见表3。

4.3" 维修与备件成本

根据产品调研结果，目前湿膜加湿一年需清洗1～2次，每次清洗费用为6 000～10 000元。每年清洗2次，每次费用取6 000元。则平均每年的维修和备件成本为60 000元。

综上所述，湿膜加湿系统年运行和维护成本为87 026.24元，年耗水量为6 706.88 t。同理可得饱和蒸汽加湿，湿膜加湿年运行和维护成本，见表4。

综合考虑耗水量、运行成本与维护成本，进一步验证选择湿膜加湿是能耗低、经济性好的改造方式。

5" 结论

结合昆明卷烟厂实际情况，通过对比中央空调主流加湿方式优缺点，采用湿膜加湿方式更适合卷烟厂空调加湿系统。湿膜加湿的方式在保证车间温湿度恒定的同时，大大降低了能源消耗。因此，中央空调的湿膜加湿改造技术具有可观的经济效益和社会效益，适用于卷烟工业。

参考文献：

[1] 赵斌.中央空调加湿系统浅析[J].城市建设理论研究：电子版，2014（6）.

[2] 叶校圳，林孟琰，曾静，等.湿膜加湿及温湿度独立控制技术在卷烟厂空调系统中的应用[J].烟草科技，2017，50（2）：77-81.

[3] 王雷岗，王团结.卷烟厂余热综合利用可行性研究[J].建筑热能通风空调，2020，39（11）：56-59，69.

[4] 那恺，林星春.浅谈不同加湿形式的发展过程及其适用场合[J].制冷与空调，2011，11（1）：18-21.

[5] 黄秋菊，刘乃玲.湿膜加湿器的加湿机理及影响因素分析[J].节能，2005（10）：8-11，2.

[6] 李甲.空调加湿器加湿性能的试验研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2011.