周義德，余珊珊,李進(jìn)彥

(1.中原工學(xué)院，河南 鄭州 450007; 2.河南省紡織建筑設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450007)

紡織空調(diào)變頻多風(fēng)機(jī)系統(tǒng)送風(fēng)均勻性設(shè)計(jì)分析

周義德1，余珊珊1,李進(jìn)彥2

(1.中原工學(xué)院，河南 鄭州 450007; 2.河南省紡織建筑設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450007)

文章應(yīng)用流體力學(xué)原理及設(shè)計(jì)方法，結(jié)合多風(fēng)機(jī)送風(fēng)原理和車間對(duì)均勻送風(fēng)的要求，分析影響變頻多風(fēng)機(jī)送風(fēng)效果的因素。

紡織空調(diào)；多風(fēng)機(jī)送風(fēng)；均勻性；變頻

隨著紡織廠車間規(guī)模增大，紡織空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量也越來越大，送風(fēng)距離較以往更遠(yuǎn)，單側(cè)的送風(fēng)距離可達(dá)80m以上，越來越多的大型紡織廠房采用多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)。由于節(jié)能的需要，企業(yè)將多風(fēng)機(jī)送風(fēng)設(shè)計(jì)為變頻控制方式，根據(jù)車間負(fù)荷變化，以適應(yīng)不同情況下的變風(fēng)量運(yùn)行。但在實(shí)際運(yùn)行中，多采用風(fēng)管變徑和調(diào)節(jié)風(fēng)口的方法來調(diào)節(jié)送風(fēng)均勻性，調(diào)節(jié)操作不便，送風(fēng)均勻性差。主要原因是在采用變頻調(diào)速的情況下，由于管道內(nèi)送風(fēng)量的變化，致使原設(shè)計(jì)送風(fēng)管道系統(tǒng)不能滿足變風(fēng)量均勻送風(fēng)的要求，車間送風(fēng)的均勻度很難得到保障,造成送風(fēng)距離減小，車間溫濕度差異大，送風(fēng)不均勻的現(xiàn)象。如何預(yù)防在變頻狀態(tài)下，紡織空調(diào)多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)不均勻現(xiàn)象的發(fā)生,是變頻多風(fēng)機(jī)送風(fēng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中必須考慮的重要問題。

1　多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)

1.1多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)原理

多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)是在每條支風(fēng)道的送風(fēng)口設(shè)計(jì)一個(gè)送風(fēng)機(jī)，如圖1所示。和傳統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng)的最大不同在于：在多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)中，經(jīng)過噴淋室處理過的空氣直接進(jìn)入主風(fēng)道，在主風(fēng)道中通過支風(fēng)道入口的送風(fēng)機(jī)進(jìn)入支風(fēng)道[1]。

1.2多風(fēng)機(jī)送風(fēng)優(yōu)點(diǎn)

空調(diào)多風(fēng)機(jī)送風(fēng)是將空調(diào)室處理過的空氣送入一個(gè)公共送風(fēng)道內(nèi)(稱為主風(fēng)道)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)都直接安裝在支風(fēng)道的入口，每套送風(fēng)系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的送風(fēng)機(jī)，各臺(tái)風(fēng)機(jī)可根據(jù)車間不同區(qū)域特性,進(jìn)行分別送風(fēng)。多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)不僅可以解決車間送風(fēng)距離較長、送風(fēng)量有保障、部分區(qū)域空調(diào)參數(shù)變化的需要，而且可以增大每套空調(diào)的送風(fēng)量。

圖1　紡織廠多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)示意圖

1.3多風(fēng)機(jī)送風(fēng)均勻性影響因素

均勻送風(fēng)要求把等量的空氣沿風(fēng)道開設(shè)的送風(fēng)口送出，常見的均勻送風(fēng)道形式有：①改變送風(fēng)條縫寬度或孔口面積，風(fēng)道截面積不變；②均勻改變風(fēng)道截面積，但送風(fēng)條縫寬度或孔口面積不變；③送風(fēng)條縫寬度或孔口面積和風(fēng)道截面積均不變。

若要實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)，就需要各個(gè)風(fēng)口速度相等，即沿管道的長度方向各風(fēng)口靜壓值相等，這僅僅是其中的一個(gè)必要條件，還應(yīng)當(dāng)使得各個(gè)側(cè)孔的流量系數(shù)相等。而流量系數(shù)的大小與孔口的形狀，出流角α以及孔口風(fēng)量與孔口前風(fēng)道內(nèi)風(fēng)量之比等因素有關(guān)[2]。由此可見風(fēng)口靜壓、流量系數(shù)、阻力系數(shù)、孔口形狀、出流角α以及孔口風(fēng)量與孔口前風(fēng)道風(fēng)量之比都會(huì)對(duì)送風(fēng)均勻性造成影響。實(shí)踐表明：第1種均勻送風(fēng)道，雖然可以實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)，但沿著風(fēng)道條縫長度和每個(gè)孔口尺寸和出風(fēng)速度不相等，而且制作工藝比較復(fù)雜；第2種送風(fēng)道可以保證均勻送風(fēng)，而且沿著條縫長度或每個(gè)孔口的出風(fēng)速度也相等，但風(fēng)道制作要求高；第3種送風(fēng)道制作方便，但僅能實(shí)現(xiàn)近似均勻送風(fēng)。

為克服以上各均勻送風(fēng)道的不足之處，保證實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)，在等截面等條縫送風(fēng)道的基礎(chǔ)上研制出分段等靜壓均勻送風(fēng)道(如圖2所示)。

圖2　逐級(jí)變截面均勻送風(fēng)管示意圖

采用這種分段等靜壓管道，使該分段內(nèi)靜壓基本相等，根據(jù)風(fēng)管內(nèi)阻力變化規(guī)律可知，應(yīng)使管段內(nèi)首末端動(dòng)壓差等于該管段內(nèi)阻力損失，滿足下列等式成立。

式中；V1,Vm分別為管道內(nèi)始末端風(fēng)速，ΔPm、ΔPj分別為管道內(nèi)沿程損失和局部損失，l為管段長度，ρ為氣體密度。由于各支風(fēng)口送風(fēng)。V1>Vm。采取措施調(diào)整風(fēng)口局部阻力，使上式成立，即可滿足均勻送風(fēng)的基本條件。

當(dāng)變頻多風(fēng)機(jī)送風(fēng)時(shí)，由于風(fēng)機(jī)直接安裝在支風(fēng)道入口處，所帶支風(fēng)道條數(shù)較少，支風(fēng)道間容易實(shí)現(xiàn)平衡，但支風(fēng)道內(nèi)由于送風(fēng)量的變化，易引起各風(fēng)口靜壓變化幅度較大，需在設(shè)計(jì)時(shí)采取必要措施。

2　變頻多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在變頻多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除應(yīng)滿足均勻送風(fēng)的基本要求以外，還需針對(duì)風(fēng)機(jī)的并聯(lián)特性、系統(tǒng)風(fēng)量風(fēng)壓隨時(shí)變化的特點(diǎn)，研究變風(fēng)壓風(fēng)量情況下均勻送風(fēng)原理。有如下設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2.1送風(fēng)風(fēng)機(jī)

變頻多風(fēng)機(jī)系統(tǒng)每條主風(fēng)道可采用兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上送風(fēng)機(jī)，為使風(fēng)機(jī)變頻特性、并聯(lián)特性較好，宜采用同型號(hào)，性能曲線相似的風(fēng)機(jī)。并應(yīng)計(jì)算各個(gè)送風(fēng)機(jī)的并聯(lián)特性參數(shù)。一般并聯(lián)風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)以兩臺(tái)為宜，如果由于主風(fēng)道的位置限制，兩條或三條支風(fēng)道可共用一個(gè)送風(fēng)機(jī)；送風(fēng)機(jī)不僅應(yīng)滿足送風(fēng)量和風(fēng)壓要求，也應(yīng)滿足車間噪聲要求，宜采用墻式安裝的低噪聲軸流風(fēng)機(jī)。

2.2阻力分配

為使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,變頻多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)阻力分配和零壓點(diǎn)控制至關(guān)重要。對(duì)變頻多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)而言，一般公用回路上消耗的風(fēng)壓不得超過多風(fēng)機(jī)并聯(lián)送風(fēng)中最小風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的30%[4]。其公用回路主要阻力在空調(diào)噴淋室區(qū)段，由于多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量大，空氣全部通過噴淋室洗滌，該段的阻力一定很大，若要減小該段阻力，就需要很大的噴淋室斷面，既不現(xiàn)實(shí)也不需要，有效的做法是采用二次回風(fēng)的方法，使一部分空氣不經(jīng)噴淋室洗滌，直接進(jìn)入公共主風(fēng)道內(nèi)，這樣，由于減少了噴淋室通過空氣量，噴淋段的空氣阻力大大減少，可以達(dá)到減少公用回路風(fēng)阻的目的。

一般多風(fēng)機(jī)送風(fēng)空調(diào)室入口段有新風(fēng)入口，系統(tǒng)壓力接近大氣，將該處設(shè)計(jì)為系統(tǒng)的零壓點(diǎn)較為合適。若車間壓力也接近大氣壓力，多風(fēng)機(jī)送風(fēng)只有噴淋室這一段公共回路(如圖1所示)，在采取措施減少噴淋段空氣阻力后，公共端的并聯(lián)影響會(huì)降至最小。紡織車間因?yàn)楣に嚿a(chǎn)的需要，一般要求有微正壓要求，可保持車間正壓值在5～10Pa。這樣一方面滿足車間正壓的需要，另一方面，相當(dāng)于多臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)向大氣送風(fēng)，并聯(lián)的影響最小。在變頻的情況下，一定要核算最低頻率情況下新風(fēng)口處和車間壓力狀態(tài)。

2.3送風(fēng)管道

因?yàn)楦鞣謪^(qū)風(fēng)機(jī)的能力必須要滿足克服公用回路和專用回路風(fēng)阻的需要，如專用風(fēng)路風(fēng)阻過大，勢(shì)必選用的風(fēng)機(jī)的全壓要高,這樣就要出現(xiàn)各臺(tái)風(fēng)機(jī)能力不一致和風(fēng)壓相差過大的現(xiàn)象,也就增加了風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定因素。在風(fēng)機(jī)變頻時(shí)，由于風(fēng)機(jī)壓力和頻率的平方成正比，阻力平衡將更為復(fù)雜。因此對(duì)風(fēng)道設(shè)計(jì)有更高的要求。

(1)選擇恰當(dāng)?shù)某跛俦?，支風(fēng)道起始端的設(shè)計(jì)風(fēng)速不宜大于8m/s在條件許可時(shí)，宜使管道內(nèi)風(fēng)速逐步降速，這樣容易均勻送風(fēng)。采用分段靜壓復(fù)得法的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，即當(dāng)支風(fēng)道的風(fēng)速衰減至風(fēng)機(jī)出口速度的50%～60%時(shí)，此時(shí)送風(fēng)量約衰減至總風(fēng)量的1/2，對(duì)支管道進(jìn)行變徑，以保證支風(fēng)道的風(fēng)速重新恢復(fù)至設(shè)計(jì)風(fēng)速。這就要求多風(fēng)機(jī)送風(fēng)時(shí)，支風(fēng)道的送風(fēng)速度不能過高，支風(fēng)道各段的平均風(fēng)速宜為5～6m/s，最大風(fēng)速不宜大于8m/s,

(2)支風(fēng)道長度宜盡量接近，減少支風(fēng)道間差別。風(fēng)管宜采用粗糙度較小的風(fēng)管，粗糙度K約為0.15mm(如鍍鋅鋼板)，從而減小沿程阻力。

(3)在變頻的工況下，風(fēng)管中總風(fēng)量降低，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和頻率平方成正比，衰減很快，而在等截面段上出風(fēng)口截面積和總風(fēng)管截面積之比f0/F不變。造成送風(fēng)距離縮短，前端送風(fēng)口送風(fēng)量比例增大，末端出風(fēng)口不能滿足送風(fēng)量的要求，達(dá)不到均勻送風(fēng)的目的。因此需要設(shè)計(jì)采用隨風(fēng)機(jī)頻率變化進(jìn)行調(diào)整局部阻力系數(shù)的自適應(yīng)送風(fēng)口。并將風(fēng)機(jī)的變頻范圍控制在一定的范圍之內(nèi)。

2.4風(fēng)口設(shè)計(jì)

變頻均勻送風(fēng)要求各個(gè)出風(fēng)口在變頻的情況下送風(fēng)量大小相等，各個(gè)風(fēng)口速度相等，即沿管道的長度方向各風(fēng)口靜壓值相等。滿足上述條件，在風(fēng)口設(shè)計(jì)時(shí)，要求各風(fēng)口的流量系數(shù)、出流角α相等。通常要求出風(fēng)口流速大于首端風(fēng)管內(nèi)的流速，出流角大于α≥60°，流量系數(shù)為0.60～0.65，并盡量使支風(fēng)口沿風(fēng)管長度方向開設(shè)[5]。

圖3　帶型勻流式自適應(yīng)送風(fēng)口示意圖

為實(shí)現(xiàn)變頻情況下的均勻送風(fēng)，通常采取在孔口處裝設(shè)垂直于側(cè)壁的垂直導(dǎo)風(fēng)葉片，如帶型勻流式自適應(yīng)送風(fēng)口(如圖4所示)，長條形出風(fēng)口與送風(fēng)道鏈接的入口處設(shè)有一組垂直的導(dǎo)風(fēng)葉片，人為增大出流角。出風(fēng)口的下部設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，下方吊裝縱向連接的導(dǎo)風(fēng)板，出風(fēng)氣流因?qū)эL(fēng)板的阻擋作用不會(huì)直接吹向工作區(qū)，而是由導(dǎo)風(fēng)板形成左右兩側(cè)水平送風(fēng)和斜下方送風(fēng)的三向出風(fēng)形式。通過調(diào)節(jié)閥葉片相互間的角度，還可以改變?nèi)齻€(gè)方向出風(fēng)量的比例。

當(dāng)風(fēng)機(jī)變頻送風(fēng)時(shí)，在垂直導(dǎo)風(fēng)葉片和導(dǎo)風(fēng)板的不同風(fēng)阻的作用下，由于出風(fēng)口風(fēng)速的變化，自動(dòng)改變兩側(cè)送風(fēng)量和下部送風(fēng)量，自適應(yīng)調(diào)整風(fēng)口的局部阻力系數(shù)，實(shí)現(xiàn)各風(fēng)口送風(fēng)量的穩(wěn)定性。實(shí)踐證明，在采用多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，在風(fēng)機(jī)頻率在35～50Hz范圍變化時(shí)，采用帶型勻流式自適應(yīng)送風(fēng)口可以將各送風(fēng)口送風(fēng)量不勻率控制在8%以內(nèi)。整個(gè)車間的溫濕度不勻率控制在5%以內(nèi)。

2.5變頻均勻送風(fēng)控制

紡織企業(yè)需要根據(jù)品種的變化和車間的設(shè)備開停情況進(jìn)行區(qū)域溫濕度調(diào)節(jié)，由于空調(diào)系統(tǒng)是按最大負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)，而實(shí)際上一年當(dāng)中絕大部分時(shí)間負(fù)載都不在滿負(fù)荷下運(yùn)行，由此可見，變頻調(diào)速節(jié)能控制技術(shù)對(duì)紡織空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能意義重大。采用變頻控制技術(shù)來控制風(fēng)機(jī)，根據(jù)環(huán)境條件的需要改變轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)降低風(fēng)機(jī)的能耗。例如當(dāng)風(fēng)機(jī)頻率降低10%時(shí)，系統(tǒng)送風(fēng)量下降10%時(shí)，風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力下降19%，風(fēng)機(jī)輸出軸功率下降27%。節(jié)能效果明顯。

同時(shí)在變頻調(diào)速狀態(tài)下，當(dāng)風(fēng)量降低，風(fēng)機(jī)的輸出功率下降，風(fēng)道壓力也隨之下降。但風(fēng)道壓力下降比例大于風(fēng)量降低量，如在送風(fēng)量降低25%時(shí)，送風(fēng)全壓降低44%，致使原設(shè)計(jì)送風(fēng)管道系統(tǒng)不能滿足變風(fēng)量的需要，車間送風(fēng)的正常狀況很難得到保障。造成送風(fēng)距離短，車間溫濕度差異大，送風(fēng)不均勻的現(xiàn)象，也不保證車間換氣次數(shù)的要求。

變頻多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)對(duì)控制的依賴性很大，為使送風(fēng)機(jī)在變頻的情況下，系統(tǒng)能夠保證均勻送風(fēng)，最大限度節(jié)約用電，控制方案宜采用浮動(dòng)露點(diǎn)自動(dòng)控制變頻送風(fēng)方案?？刂剖侄慰刹捎酶鶕?jù)車間的開機(jī)情況，室外溫濕度條件，在保證均勻送風(fēng)的條件下，采用新風(fēng)冷量優(yōu)先、低電耗調(diào)節(jié)優(yōu)先、充分利用二次回風(fēng)的控制策略[6]。

鑒于上述情況，建議風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化范圍限制在75%以上，保證送風(fēng)均勻性和車間換氣次數(shù)的要求。也可保證變頻器的運(yùn)行效率。當(dāng)車間負(fù)荷降低至設(shè)計(jì)的75%以下時(shí)，啟動(dòng)非露點(diǎn)噴淋或二次回風(fēng)控制方法。由于車間負(fù)荷和季節(jié)、晝夜氣候變化較大，風(fēng)機(jī)變頻控制宜采用浮動(dòng)露點(diǎn)自動(dòng)控制變頻送風(fēng)方案。

3　結(jié)論

3.1為保證多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)的均勻性，應(yīng)采用同型號(hào)風(fēng)機(jī)并聯(lián)，并應(yīng)合理分配系統(tǒng)阻力和零壓點(diǎn)控制，降低公用回路阻力。

3.2變頻狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)均勻性送風(fēng)，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)某跛俦?，采用分段靜壓復(fù)得法的方法進(jìn)行支風(fēng)道阻力設(shè)計(jì)，風(fēng)管分段以風(fēng)量遞減至1/2時(shí)進(jìn)行變徑。風(fēng)口宜采用帶型勻流式自適應(yīng)送風(fēng)口。出流角大于α≥60°，風(fēng)口流量系數(shù)范圍為0.60～0.65。3.3為保證紡織車間的溫濕度和氣流的穩(wěn)定性，變頻范圍宜控制在75%以上，控制方式宜采用浮

動(dòng)露點(diǎn)自動(dòng)控制變頻送風(fēng)方案。

[1]樊瑞，楊瑞梁，周義德，王宏偉.紡織空調(diào)多風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行分析[J].上海紡織科技.2011,39(3):57—59.

[2]周義德,楊瑞梁.紡織空調(diào)除塵節(jié)能技術(shù)[M].北京：中國紡織出版社，2009.

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[5]陸耀慶．實(shí)用供熱工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[6]周義德，梁永智，何大四.浮動(dòng)露點(diǎn)恒溫控制法在紡織空調(diào)中的應(yīng)用[J].棉紡織技術(shù)，2012,40(6):5—8.

AnalysisforAirSupplyUniformityofFrequencyConversionMulti-fanSystemofTextileAir-conditioning

Zhou Yide1， Yu Shanshan1, Li Jinyan2

(1.ZhongyuanUniversityofTechnology，Zhengzhou450007,China;2.HenanTextileArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd.,Zhengzhou450007,China)

Combiningtheair-supplyprincipleofmulti-fansystemandtherequirementofairsupplyuniformityinthetextileworkshop,theinfluencedfactorsoffrequencyconversionmulti-fansystemwereanalyzedbyusingtheprincipleandthemethodoffluidmechanics.

textileairconditioning;multi-fansystem;uniformity;frequencyconversion

2014-11-20

周義德(1957—)，男，河南南陽人，教授。

TH43

B

1009-3028(2015)02-0015-04