王曉建 上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司基建設(shè)備處

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全空氣型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)

王曉建 上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司基建設(shè)備處

摘要：分析了傳統(tǒng)一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)之上提出適用于卷煙生產(chǎn)的全空氣型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)為空氣-水系統(tǒng)不適用于卷煙生產(chǎn)，全空氣型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)吸收了其控制精確又節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)且解決了一次回風(fēng)系統(tǒng)再熱再濕能源浪費(fèi)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：全空氣空調(diào)系統(tǒng)；溫濕度獨(dú)立控制；煙廠空調(diào)；節(jié)能

我國(guó)卷煙生產(chǎn)約占世界卷煙總產(chǎn)量的35 %，煙草行業(yè)消耗能源總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤230萬(wàn)t，其中煤炭消耗量97萬(wàn)t，電力消耗量37億kWh。在卷煙廠全年總能耗中，空調(diào)系統(tǒng)能耗通常占30%～50%［1］，是卷煙能耗的重要組成部分，也是卷煙廠的節(jié)能重點(diǎn)。

卷煙生產(chǎn)的過(guò)程中發(fā)熱、產(chǎn)濕且揚(yáng)塵，空間較大，不同工藝段溫濕度要求不同，設(shè)備較多且發(fā)熱量較大等等因素決定了煙廠空調(diào)的復(fù)雜性。因此在對(duì)煙廠空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)，如何在滿足卷煙廠設(shè)計(jì)規(guī)范要求的基礎(chǔ)之上合理設(shè)計(jì)高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)需要深入研究。本文在分析傳統(tǒng)一次回風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)之上提出適用于卷煙生產(chǎn)的全空氣型溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)。

1　一次回風(fēng)系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的卷煙廠空調(diào)即一次回風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)處理過(guò)程如圖1所示，新風(fēng)W與室內(nèi)回風(fēng)N混合至C，經(jīng)表冷除濕至L，再熱至送風(fēng)點(diǎn)O送至房間。表冷盤(pán)管進(jìn)水溫度為7 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于表冷器入口空氣露點(diǎn)溫度（一般16℃左右）導(dǎo)致過(guò)度降溫，需要加熱盤(pán)管對(duì)空氣進(jìn)行再熱（LO段），冷熱空氣處理設(shè)備同時(shí)打開(kāi)，致使一部分冷量和熱量做了無(wú)用功；同時(shí)若除濕過(guò)度還造成再加濕。某煙廠卷包車間一臺(tái)120 000 m3/h空調(diào)箱經(jīng)表冷盤(pán)管后再加熱段耗能為63.1 kW，約占整個(gè)空調(diào)箱耗能的20.58%［2］，可見(jiàn)再熱部分的能耗是相當(dāng)嚴(yán)重。

圖1　一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

SARS疫情以后考慮室內(nèi)空氣質(zhì)量，民用和商用建筑領(lǐng)域提出風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)），后來(lái)進(jìn)一步發(fā)展為溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，基本原理如圖2所示，風(fēng)機(jī)盤(pán)管表面溫度高于室內(nèi)空氣N的露點(diǎn)溫度，盤(pán)管干工況運(yùn)行，將室內(nèi)空氣降溫處理到N'點(diǎn)，與由新風(fēng)機(jī)組送出的W'狀態(tài)的風(fēng)混合至C點(diǎn)，送到室內(nèi)帶走濕熱負(fù)荷。冷源包括兩部分：高溫冷源用于干式盤(pán)管冷卻室內(nèi)回風(fēng)，低溫冷源用于新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行除濕，兩者分別控制溫、濕參數(shù)，該技術(shù)能更好地保證溫濕度等參數(shù)的精確控制，工程實(shí)踐表明節(jié)能效果顯著［3］。在同樣的室內(nèi)環(huán)境下，研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)要比傳統(tǒng)的一次回風(fēng)系統(tǒng)耗冷量減少26.9%，綜合COP有效提高17.95%，且對(duì)空氣參數(shù)控制更有效［4］。

但結(jié)合卷煙廠特點(diǎn)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)并不適用。主要原因是機(jī)組分散設(shè)置，臺(tái)數(shù)較多，維修管理工作量大；室內(nèi)空氣品質(zhì)比較差，煙廠粉塵多，很難進(jìn)行二級(jí)過(guò)濾且易發(fā)生凝結(jié)水滲頂事故。一旦出現(xiàn)凝結(jié)水滲頂事故，將嚴(yán)重影響卷煙廠生產(chǎn)，造成的損失巨大。風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組方式本身解決新風(fēng)量困難，由于機(jī)組風(fēng)機(jī)的靜壓小，氣流分布受限制，適用于進(jìn)深小于6 m的房間并不適用卷煙廠大空間。

2　全空氣型溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的卷煙廠空調(diào)屬于全空氣空調(diào)系統(tǒng)，而風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)屬于空氣-水系統(tǒng)，深刻研究風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫濕獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的控制精確和節(jié)能特點(diǎn)，考慮一次回風(fēng)系統(tǒng)再熱再濕的弊端，提出全空氣型溫度濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）。

圖2　風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

圖3　全空氣型溫濕度獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)示意

如圖3所示，該系統(tǒng)由高低溫兩種冷機(jī)、兩臺(tái)空調(diào)箱及其配套設(shè)備組成，新風(fēng)空調(diào)箱專用于處理新風(fēng)，處理好的新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合經(jīng)回風(fēng)型空調(diào)箱處理至送風(fēng)狀態(tài)。其中，在新風(fēng)處理過(guò)程中，室外新風(fēng)經(jīng)過(guò)兩次表冷器，先經(jīng)高溫冷水降溫冷卻，再由低溫冷水進(jìn)一步降溫達(dá)到除濕目的。

該系統(tǒng)空氣處理原理如圖4所示，室外狀態(tài)點(diǎn)W經(jīng)一次高溫冷水冷卻至W'，后由低溫冷水降溫除濕至W''，處理好的新風(fēng)W''與室內(nèi)回風(fēng)N混合至C點(diǎn)，經(jīng)降溫處理（CO）至送風(fēng)點(diǎn)O。

該空氣處理過(guò)程原理本質(zhì)上與風(fēng)機(jī)盤(pán)管一致：濕負(fù)荷由經(jīng)低溫冷源處理的新風(fēng)處理，而室內(nèi)的熱負(fù)荷則有高溫冷水處理，即新風(fēng)空調(diào)箱與回風(fēng)型空調(diào)箱分別控制濕、溫參數(shù)，實(shí)現(xiàn)全空氣系統(tǒng)溫濕分控技術(shù)。由此根源上解決了一次回風(fēng)系統(tǒng)過(guò)度除濕帶來(lái)的再熱和再濕過(guò)程。在該過(guò)程中，一共用兩處高溫冷水，一處在新風(fēng)預(yù)冷（從W-W'-W''而不是直接W-W''），另一處在處理好的新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合之后的降溫處理，兩處均不需處理濕負(fù)荷，因此合理使用高溫冷水，避免高品位冷源的浪費(fèi)。一項(xiàng)研究表明［2］：當(dāng)負(fù)荷率一定時(shí)，隨著冷凍水溫度的提高，冷機(jī)COP 升高，如負(fù)荷率為60%時(shí)，冷凍水供水溫度從7 ℃到9 ℃，冷機(jī)COP 由6 提高到6.6，到11 ℃時(shí)冷機(jī)COP 達(dá)到7.1；供水溫度12 ℃ 時(shí)，與供水溫度7 ℃ 時(shí)相比，可節(jié)能28%。全空氣溫度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)高溫冷機(jī)供、回水溫為14/19℃，低溫冷機(jī)供、回水溫為7/12℃，低溫冷機(jī)一般在濕負(fù)荷較大時(shí)使用，一年中使用時(shí)間相對(duì)短暫，而高溫冷機(jī)也就有在夏季時(shí)使用，過(guò)度季節(jié)以及冬季需供冷一般都采用冷卻塔供冷技術(shù)［5］。因此采用全空氣型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)可大大減少常規(guī)低溫冷機(jī)的開(kāi)機(jī)時(shí)間，不但提高冷機(jī)使用壽命，且提升整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能率。

須指出，相比傳統(tǒng)煙廠空調(diào)系統(tǒng)，全空氣溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能且控制精確，但也造成初投資增加及機(jī)房站房面積增大。但從煙廠運(yùn)行管理以及長(zhǎng)期運(yùn)行的角度出發(fā)，全空氣溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)較傳統(tǒng)煙廠空調(diào)無(wú)疑更具優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)時(shí)，為減少站房面積及初投資，新風(fēng)機(jī)組可采用一臺(tái)供多臺(tái)的形式，如卷接包車間配套設(shè)置3套新風(fēng)獨(dú)立處理空調(diào)系統(tǒng)，送風(fēng)量3×100 000 m3/h，可滿足13套回風(fēng)型空調(diào)系統(tǒng)使用，送風(fēng)量13×120 000 m3/h。

3　結(jié)論

提出了一種全新的適用煙廠大空間空調(diào)系統(tǒng)，即全空氣型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，由獨(dú)立的新風(fēng)處理系統(tǒng)承擔(dān)排除室內(nèi)余濕并改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的任務(wù)，由另一套獨(dú)立的空氣處理系統(tǒng)承擔(dān)排除室內(nèi)余熱的任務(wù)。在新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)只要控制絕對(duì)含濕量（室內(nèi)余濕），回風(fēng)型空調(diào)系統(tǒng)控制溫度（室內(nèi)余熱），做到溫濕獨(dú)立控制。主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）可顯著提升空調(diào)系統(tǒng)的綜合能效，全空氣型溫濕獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的夏季綜合能率（綜合COP）可以提高20%以上，節(jié)能優(yōu)勢(shì)顯著。

（2）通過(guò)溫濕獨(dú)立控制，可避免夏季由于過(guò)度除濕而造成的再熱能源浪費(fèi)，該系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)出風(fēng)工況的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)相對(duì)濕度的精確控制，在滿足工藝要求與節(jié)能之間尋求一種平衡。

（3）可有效解決梅雨季節(jié)的問(wèn)題，系統(tǒng)除濕由新風(fēng)系統(tǒng)獨(dú)立承擔(dān)，只需起用部分低溫冷源實(shí)現(xiàn)新風(fēng)除濕，即可解決上述“梅雨”季節(jié)的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

［1］ 張小芬，郜義軍，李先庭，沈恒根.卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)及節(jié)能研究現(xiàn)狀［J］.暖通空調(diào)，2011，41（11）：107-113.

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All Air Type Dedicated Temperature and Humidity Control Air Conditioning System

Wang Xiaojian
Shanghai Tobacco Group Co.，Ltd Infrastructure Facility Office

Abstract：The article analyzes advantages and disadvantages of traditional primary return air air conditioning system and fan coil plus fresh air dedicated temperature and humidity control air conditioning system.It puts forward all air type dedicated temperature and humidity control air conditioning system，which is suitable for cigarette production on basis of analysis.Fan coil plus fresh air dedicated temperature and humidity control air conditioning system uses air-water system，which is not suitable for cigarette production.All air type dedicated temperature and humidity control air conditioning system not only absorbs its accurate control and energy saving advantages but also solves problems，such as reheat and rehumidifying causing energy waste in primary return air system.

Key words：All Air Conditioning System，Dedicated Temperature and Humidity Control，Tobacco Factory Air Conditioning，Energy Saving

［作者簡(jiǎn)介］

王曉建：（1987-），碩士，主要從事煙廠空調(diào)設(shè)計(jì)和管理及技改工作。

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.04.013