亓國紅

(恒天重工股份有限公司，鄭州　450001)

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?綜合述評

紡織機械節(jié)能設(shè)計模式探討

亓國紅

(恒天重工股份有限公司，鄭州450001)

摘要：為了解決紡織行業(yè)能耗高的問題，分析了國內(nèi)外紡織機械行業(yè)節(jié)能設(shè)計現(xiàn)狀，提出了紡織機械節(jié)能設(shè)計的目標(biāo)層次和技術(shù)路線；以梳棉機為例，探討了紡織機械節(jié)能設(shè)計的模式和思路。指出：我國紡織機械行業(yè)節(jié)能設(shè)計可分為能效標(biāo)簽應(yīng)用、行業(yè)能效指導(dǎo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范三個層次，可通過發(fā)布行業(yè)能效指導(dǎo)手冊、推廣能效標(biāo)簽等方法來推動紡織產(chǎn)業(yè)向節(jié)能減排方向發(fā)展；認(rèn)為研究紡織機械節(jié)能設(shè)計，對批量性紡織機械產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)部實施能效標(biāo)簽制度，可以加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，推動企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)過程中提升創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：紡織機械；節(jié)能；設(shè)計模式；能效指導(dǎo)手冊；能效標(biāo)簽

紡織品生產(chǎn)過程中需要耗費大量電能和熱能，在傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗工廠中，能源成本占到了整個紗線生產(chǎn)成本的40%[1]。隨著紡織品生產(chǎn)成本不斷上漲，我國紡織工業(yè)“十二五”節(jié)能規(guī)劃中，要求工業(yè)增加值萬元綜合能耗下降24%，噸紗(線)混合綜合能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)下降5%，萬米印染布綜合能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)下降13%等[2]。紡織行業(yè)能效問題的長遠期望是降低紡織品生產(chǎn)成本，定量度量紡織品能耗，并尋求不斷改進的機會。另一方面，隨著高產(chǎn)能紡織裝備、高效電機、高性能變頻器的技術(shù)應(yīng)用，通過紡織機械的節(jié)能設(shè)計，降低紡織品能耗，提高能源利用率已成為推動行業(yè)技術(shù)進步的主要抓手。

1國內(nèi)外紡織行業(yè)節(jié)能現(xiàn)狀

發(fā)達國家很早就關(guān)注紡織產(chǎn)業(yè)能效問題，并通過發(fā)布《紡織產(chǎn)業(yè)能效指導(dǎo)手冊》，推廣“能效標(biāo)簽”等方法來推動紡織產(chǎn)業(yè)向著節(jié)能減排的方向發(fā)展。

2010年9月，美國勞倫斯伯克利國家實驗室聯(lián)合加州大學(xué)對美國紡織產(chǎn)業(yè)發(fā)布了《紡織產(chǎn)業(yè)能效指導(dǎo)手冊》(Energy-Efficiency Improvement Opportunities for the Textile Industry)，給出了有關(guān)紡織行業(yè)能效技術(shù)和降低能效的專業(yè)知識，共有190個節(jié)能技術(shù)和措施向紡織工廠進行推廣，表1是該手冊對紡紗機械給出的節(jié)能改進措施[3]。

表1紡紗機械能效改進措施

2011年8月，歐盟由德國機械制造業(yè)聯(lián)合會牽頭，卡爾邁耶公司、特呂茨勒非織造設(shè)備公司等參與，推出了歐盟紡機藍色能效標(biāo)簽[4]，通過對機器進行有意義的分級，指導(dǎo)紡織機械制造商明確設(shè)備對紡織品生產(chǎn)過程能效的影響。按計劃，德國機械制造業(yè)聯(lián)合會紡織機械協(xié)會及其成員將進一步致力于能效標(biāo)準(zhǔn)的制定，用來界定不同機型可比較的能效信息。歐瑞康紡織集團則在其產(chǎn)品上實施了“e-save”節(jié)能商標(biāo)，只有那些在單位產(chǎn)量上能夠比上一代產(chǎn)品節(jié)能10%～15%的產(chǎn)品，才能被授于“e-save”商標(biāo)。

2012年，意大利紡織機械制造商協(xié)會也推出“綠色能效”標(biāo)簽[5]，選擇機器操作過程中等效產(chǎn)生的CO2排放量(碳足跡-CFP)作為評價參數(shù)，用來識別紡織機械節(jié)能和環(huán)保性能。參與公司都必須遵循能源性能參數(shù)測量的實施細則和操作指令，由國際認(rèn)證機構(gòu)RINA對實施細則和操作指令的測量結(jié)果進行驗證。

隨著不可再生能源減少和全球變暖的日益加重，歐盟的可持續(xù)發(fā)展政策中紡織品碳關(guān)稅為紡織品能耗計算提出了定量要求。

W只與選取測試參量有關(guān),當(dāng)這些參量取通常值時:B=1 Hz,θ=0.9,ppd=1 mW,計算出陀螺靈敏度與腔體直徑D和品質(zhì)因數(shù)Q值的關(guān)系(圖1)。所以,制備一種大直徑、高Q值的諧振腔,通過提高DQ乘積的形式,可以有效的提高陀螺的靈敏度。

我國國內(nèi)碳交易也已經(jīng)在深圳排放權(quán)交易所試行。我國機械制造業(yè)也在逐步實施能效改進項目，如近年來工信部公布淘汰Y系列電機，淘汰部分印染企業(yè)落后產(chǎn)能設(shè)備等，部分地市根據(jù)國家“十二五”節(jié)能要求，制定了地方能效政策。如溫州市在2011年發(fā)布了《溫州市產(chǎn)業(yè)能效指南》，結(jié)合行業(yè)平均產(chǎn)值能耗和產(chǎn)品能耗水平，綜合分析當(dāng)?shù)毓I(yè)領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)水平和“十二五”節(jié)能空間，經(jīng)過科學(xué)測算，確定了年度能效指標(biāo)，其中紡織行業(yè)產(chǎn)能能效指標(biāo)要求見表2[6]。

表2溫州市“十二五”紡織行業(yè)產(chǎn)品能效指標(biāo)

我國紡織行業(yè)，特別是紡織機械行業(yè)對節(jié)能設(shè)計的要求還處于起步階段，但相關(guān)問題已引起了業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注。

2紡織機械節(jié)能設(shè)計目標(biāo)及技術(shù)路線

2.1紡織機械節(jié)能設(shè)計目標(biāo)

紡織機械節(jié)能設(shè)計的最終目標(biāo)是為客戶創(chuàng)造價值，從而提高產(chǎn)品的市場競爭力。根據(jù)我國紡織機械工業(yè)的現(xiàn)狀，節(jié)能設(shè)計的目標(biāo)層次可以分為能效標(biāo)簽應(yīng)用、行業(yè)能效指導(dǎo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范三個層次。圖1是以棉紡梳棉機為例給出了具體產(chǎn)品節(jié)能設(shè)計的目標(biāo)層次。

三個目標(biāo)層次符合知識的形成規(guī)律，落實點在于紡機制造商和紡織品生產(chǎn)商在市場競爭中獲得的商業(yè)價值。仍以梳棉機為例，其能效標(biāo)簽可以記錄能效百分?jǐn)?shù)級別，單位為“t標(biāo)煤/(t紗·a)”，從而提供減少排放CO2的定量數(shù)據(jù)和證據(jù)，為客戶贏得市場機遇。企業(yè)內(nèi)部也可以此對其進行能效標(biāo)簽技術(shù)管理，通過績效獎勵促進產(chǎn)品在節(jié)能方面的改進，為客戶降低紡織品生產(chǎn)能耗(客戶為新設(shè)備所做的投資可折合成投資回報率計算)。當(dāng)梳棉機在不同的紡機生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部形成能效標(biāo)簽技術(shù)管理體系后，行業(yè)協(xié)會可以典型企業(yè)為示范，總結(jié)提取形成《梳棉機能效指導(dǎo)手冊》進行推廣，為紡織品生產(chǎn)商提供購買依據(jù)，推動行業(yè)向著節(jié)能降耗的可持續(xù)方向發(fā)展。最后，在《紡機行業(yè)能效指導(dǎo)手冊》和各種機型的能效標(biāo)簽應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以標(biāo)準(zhǔn)的形式提供紡織機械設(shè)備的能效認(rèn)證技術(shù)規(guī)范，為紡織品客戶提供機型選擇、計算碳排放量提供依據(jù)，最終打破國外競爭對手的碳排放壁壘，促進國內(nèi)紡織品對外貿(mào)易的發(fā)展。

2.2紡織機械節(jié)能設(shè)計的技術(shù)路線

2.2.1以節(jié)能為目的的紡機產(chǎn)品改進設(shè)計

以節(jié)能為目的的紡機產(chǎn)品改進設(shè)計可以給客戶帶來碳排放定量計算和降低制品能耗的雙重價值，從而直接提高紡機設(shè)備制造商的利益和市場競爭力，其目標(biāo)在于形成單機的能效標(biāo)簽。

紡機企業(yè)實施產(chǎn)品能效標(biāo)簽的工作內(nèi)容包括：

a)具體產(chǎn)品在生產(chǎn)線中能量流的接口信息；

b)電能、壓縮空氣、管道系統(tǒng)、鍋爐蒸汽能量等的需求；

c)具體產(chǎn)品能耗分指標(biāo)信息——加工對象品質(zhì)、原料品質(zhì)、產(chǎn)能等工藝參數(shù)對應(yīng)的信息；

d)具體產(chǎn)品能耗“歸一化”能效信息。

紡織品生產(chǎn)商購置設(shè)備時，可依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的能量參數(shù)和生產(chǎn)線中單機、環(huán)境濕度、能耗分配明細等因素進行能耗選擇計算，如圖3所示。

2.2.2行業(yè)能效指導(dǎo)手冊的編制

行業(yè)能效指導(dǎo)手冊是有關(guān)具體產(chǎn)品能效技術(shù)和能效實踐的專業(yè)知識的總結(jié)，是從電機系統(tǒng)指標(biāo)、熱能系統(tǒng)指標(biāo)、技術(shù)措施等方面提供的提高紡機設(shè)備制造商競爭力、指導(dǎo)紡織品生產(chǎn)商實施節(jié)能的措施和技術(shù)，對紡織機械制造商和紡織品生產(chǎn)商都具有重要的意義。圖4給出了一般意義上的紡織行業(yè)能效指導(dǎo)手冊的內(nèi)容。

3紡織機械節(jié)能設(shè)計實施設(shè)想

3.1能效標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)的實施

仍以梳棉機為例，談一下對紡織機械產(chǎn)品節(jié)能設(shè)計的設(shè)想。梳棉機能效標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)的實施可從以下兩個方面考慮：

a)基于企業(yè)創(chuàng)新技術(shù)及國內(nèi)學(xué)術(shù)論文、國際已有紡機工業(yè)能效技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等知識資源，進行低成本能效改進技術(shù)引進，給出梳棉機面向節(jié)能設(shè)計的改進方向及技術(shù)措施建議，最終形成公司內(nèi)部的梳棉機能效手冊；

b)通過建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范，定量評價梳棉機上一代與下一代的能效水平。最終形成梳棉機能效標(biāo)簽制度，使能效可視化。

從機械設(shè)計的角度，常用的節(jié)能設(shè)計方法包括典型結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(從材料相容性、裝配與拆卸性、使用過程能量傳遞、壽命分析、回收處理等角度改善能源消耗)，結(jié)構(gòu)數(shù)字分析(基于能耗參數(shù)建立效用模型，給出節(jié)能的設(shè)計目標(biāo)與有限元優(yōu)化設(shè)計并行進行)，零部件輕量化設(shè)計等[7]。瑞士立達(Rieter)公司紡織機械產(chǎn)品的節(jié)能設(shè)計方法給我們提供了很好的借鑒：如RSB-D45型梳棉機采用了較少的驅(qū)動部件和齒輪傳動，取消了膠圈和張力皮帶，生產(chǎn)每千克棉條的能耗降低了10%；精梳機選用高精度齒輪傳動，錠帶式四錠傳動采用適當(dāng)?shù)?0°包角，累計降低能耗48%；細紗機采用冷卻液內(nèi)部循環(huán)，熱量集中排放，可減少車間空調(diào)功耗20%以上。

電氣設(shè)計常用的節(jié)能方案包括：采用多單元同步控制系統(tǒng)，采用直流共母線供電模式以降低能耗；經(jīng)常有快速停車或大慣量停車的場合，采用能量母線或反饋電網(wǎng)方式，而不是采用能耗制動；對因工藝需要快速啟停的設(shè)備，采取電氣控制系統(tǒng)和電機結(jié)合的措施，避免“大馬拉小車”；盡可能采用直接驅(qū)動，以大幅提高系統(tǒng)傳動效率；重視紡織機械中普遍存在的風(fēng)機、空調(diào)、水泵、溫控等輔助設(shè)備的節(jié)能。另外，機器裝機功率的大小與實際能耗并沒有直接關(guān)系，在節(jié)能上起關(guān)鍵作用的是機器的有效功率；機器的有效功率與運行時間、零部件的載荷、機器的有效利用以及承擔(dān)載荷的效率等因素有關(guān)。對于電氣控制系統(tǒng)來說，對比對象對評判至關(guān)重要，因為所有的控制器(PLC、工控機等)、驅(qū)動器(變頻器、伺服電機等)均存在自身的能耗，而且驅(qū)動器的能耗是隨著負載的變化而變化的。因此，并不是采用驅(qū)動器控制就一定節(jié)能，需具體情況具體分析。

事實上，國內(nèi)已在梳棉機節(jié)能方面進行了大量的技術(shù)改進，如開發(fā)高產(chǎn)寬幅梳棉機、應(yīng)用新型紡織器材等。表3給出了國內(nèi)某公司梳棉機節(jié)能改進設(shè)計的部分措施。

定量評價梳棉機的能效水平需要計算梳棉機的機械系統(tǒng)功率和相關(guān)外圍接口(空氣壓縮機、管道耗能等)的能耗量，應(yīng)用GB/T 2589—2008《綜合能耗計算通則》可以識別和計算初始能源(煤、汽油等)和耗能工質(zhì)(軟水、壓縮空氣、氧氣、乙炔等)的折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)。對于通過梳棉機加工的成品，可以直接計算出產(chǎn)品的CO2排放量。

表3國內(nèi)某公司梳棉機節(jié)能改進方法示例

3.2行業(yè)能效指導(dǎo)手冊的實施設(shè)想

行業(yè)能效指導(dǎo)手冊的制定需要調(diào)研紡織行業(yè)內(nèi)具體機型的能效水平，建立產(chǎn)品能效的對標(biāo)指標(biāo)值，并給出具體機型的能效改進措施。

在對不同的機型進行對比時，關(guān)鍵是在同等條件下進行比較，這些條件包括生產(chǎn)速度和生產(chǎn)線中的其他機器配置。產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗是用能單位生產(chǎn)某種最終產(chǎn)品或者中間產(chǎn)品的綜合能耗與同期該產(chǎn)品產(chǎn)量(工作量、服務(wù)量)的比值，可以參照我國家電產(chǎn)品較多采用的節(jié)能認(rèn)證標(biāo)識來確定產(chǎn)品的能源效率等級，并用能效系數(shù)定量衡量。美國《紡織產(chǎn)業(yè)能效指導(dǎo)手冊》給出的環(huán)錠紡紗機的能耗計算公式，可作為借鑒。

4結(jié)語

當(dāng)前，紡織機械產(chǎn)品競爭日益激烈，紡織市場產(chǎn)能過剩以及社會組織對可持續(xù)發(fā)展要求不斷提高。研究紡織機械節(jié)能設(shè)計，對批量性紡織機械產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)部實施能效標(biāo)簽制度，可以加快產(chǎn)品實現(xiàn)自我更新?lián)Q代，推動企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)過程中創(chuàng)新能力的提升，不斷滿足市場的潛在需求。

參考文獻：

[1] 節(jié)能是這樣做到的[N].中國紡織報，2013-01-28(7).

[2] 中國工業(yè)和信息化部.工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃[Z].北京：中國工業(yè)和信息化部，2012.

[3] Berkeley National Laboratory.Energy-Efficiency Improvement Opportunities for the Textile Industry[Z].Berkeley National Laboratory，2010.

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[5] 意大利紡織機械制造商協(xié)會可持續(xù)發(fā)展綠色標(biāo)簽[J/OL].ACIMIT green label bags RINA certificate of conformity(Italy).http://info.texnet.com.cn/content/2012-07-16/405741.html，2012.

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[7] 聞邦椿.機械設(shè)計手冊：6卷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010：36-46.

Probing into Design of Textile Machinery of Energy Economy

QI Guohong

(Hi-tech Heavy Industry Co.,Ltd.,Zhengzhou 450001,China)

Abstract:In order to solve the problem of high energy consumption with textile industry,analysis is done to progress of the design of textile machinery industry with energy economy.The target arrangement and the tech-route is proposed of the textile machinery design with energy economy.Sampling the carding frame,probing is done into the mode and the thought of the textile machinery design with energy economy.It is pointed out that the energy design plan of China’s textile machinery industry can be arranged as the three items including tag of energy economy efficiency,the energy economy guiding of the industry,the standard of the energy economy for the industry.It is proposed that the industry develop with the orientation of the energy economy and emission reduction pushed by circulation of the directory of the tag of energy economy efficiency and the promotion of the tag of the energy economy efficiency.It is recommended that the enterprise the bulk textile machinery products can set up a system tagged with energy economy internally,so to accelerate product upgrading,promote enterprise in new product development process to enhance innovation ability.

Key Words:textile machinery;energy economy;design pattern;energy efficiency directory;energy efficiency tag

收稿日期：2015-07-29

作者簡介：亓國紅(1968—)，男，河南內(nèi)黃人，高級工程師，主要從事紡織機械產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)管理及標(biāo)準(zhǔn)化方面的研究。

中圖分類號：TS103.02

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-9634(2016)02-0057-04

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-10-20 11∶13

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151020.1113.022.html