于凌巍，韋偉

（1.山東中煙工業(yè)有限責任公司生產(chǎn)制造中心，山東 濟南 250014；2.安徽工業(yè)大學管理科學與工程學院，安徽 馬鞍山 243100）

為保證卷煙產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備的穩(wěn)定，卷煙企業(yè)配置了中央空調(diào)系統(tǒng)，調(diào)控車間空氣溫、濕度，滿足要求的工藝指標。但是，消耗也隨之升高，中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量占卷煙生產(chǎn)電耗的20%以上，是卷煙能耗的重要組成部分,也是卷煙廠的節(jié)能重點。

卷煙生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)熱、產(chǎn)濕、產(chǎn)塵、車間面積較大，負荷影響因素較多，經(jīng)常24h連續(xù)生產(chǎn)，且恒溫恒濕控制精度較高，因此，制冷空調(diào)系統(tǒng)相對復雜。對如何能更好地滿足車間溫濕度及空氣品質(zhì)的要求，同時又盡可能地減少能源的消耗目前已經(jīng)有一定的研究，也已提出了一些節(jié)能措施，但是，仍然缺乏一定的系統(tǒng)性。對卷煙廠的需求及現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)形式存在問題的認識還不夠深入。因此，本文從空調(diào)節(jié)能的角度出發(fā)，提出了適合制冷空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的改進方法。

1 問題的提出

經(jīng)系統(tǒng)形式的分析和調(diào)研，卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)形式有以下問題：

1.1 新風使用的問題

為實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行調(diào)節(jié)，通常采用多工況分區(qū)進行調(diào)節(jié)。但是以往的工況分區(qū)和推薦工況的最佳處理過程，主要考慮的是充分利用室外冷源，在過渡季盡量采用全新風。

1.2 空氣加濕冷卻處理過程的優(yōu)化問題

在具體實施過程中會發(fā)現(xiàn)缺少絕對濕度的比較。由于在空調(diào)系統(tǒng)上位機上一般僅有溫度和相對濕度的顯示，所以在新風利用時，僅能對室內(nèi)外溫度做出直觀的比較，而對室內(nèi)外濕度的把握不準確，造成新風的利用過度（需要進行濕度補償）或利用不及時。

經(jīng)調(diào)查卷煙工廠空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)有的加濕方式主要有：等溫加濕、等焓加濕兩種。但是，部分卷煙廠空調(diào)機組內(nèi)同時安裝有兩種類型的加濕器(蒸汽加濕器和等焓加濕器)，在運行中，常常存在兩種加濕器同時運行的狀態(tài)，不利于系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。例如蒸汽加濕和氣水加濕器同時使用時，噴出的蒸汽遇到低溫的水柱會發(fā)生凝結(jié)，造成了加濕量的損失。

1.3 冷熱相抵或過度的問題處理

恒溫恒濕時會產(chǎn)生悖論，一般采用溫度和濕度補償?shù)霓k法，會造成表冷器的冷卻除濕和加熱器、加濕器的再熱再濕相互抵消，存在2～3種閥門同時開啟的現(xiàn)象，如圖1所示，造成能源浪費。

圖1 空氣處理過程中的冷熱相抵及過度處理

例如，在夏季表冷閥開度過大，會造成除濕量過大，為了補償這一部分濕度，就需要開啟加濕閥，造成了能源浪費。而此時如果減少表冷閥開度（在保證溫度指標合適前提下），可以避免加濕閥的開啟。

2 解決思路和方法策略

目前卷煙廠已在水系統(tǒng)和風系統(tǒng)兩個方面對空調(diào)節(jié)能進行了研究。針對上文的所提出的問題給出的解決思路和方法策略，主要從新風的合理利用、空氣加濕冷卻處理過程的優(yōu)化、冷熱相抵和過度處理以及制冷系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的配合運行四個角度進行論述。

2.1 新風的合理利用

新風屬于免費能源，在空調(diào)系統(tǒng)區(qū)域中溫濕度的控制精度得到確保的同時，利用室外的新風來降低空調(diào)區(qū)域的溫度，使制冷主機的運行時間減少，從而達到節(jié)約電能的目的。減少制冷空調(diào)系統(tǒng)能源消耗。新風的使用，取決于室外空氣(w點)和室內(nèi)空氣(n點)的溫度(t)、和濕量(d)之差，如圖2所示。當室外空氣(w點)處在1區(qū)域內(nèi)時，增加新風閥開度，起到升溫、除濕的作用；當室外空氣(w點)處在2區(qū)域內(nèi)時，增加新風閥開度，起到升溫、加濕的作用；當室外空氣(w點)處在3區(qū)域內(nèi)時，增加新風閥開度，起到降溫、除濕的作用；當室外空氣(w點)處在4區(qū)域內(nèi)時，增加新風閥開度，起到降溫、加濕的作用。

圖2 新風按濕度和含濕量的分區(qū)控制

舉例如下：

第一，在過渡季節(jié)的陰雨天，當室外空氣含濕量與室生產(chǎn)區(qū)域的含濕量較接近（差值在2g/kg之內(nèi)）時，可以充分利用新風的降溫作用，由于室內(nèi)外含濕量差距不大，基本不用進行濕度處理，同時可以避免制冷機的開機。

第二，在過渡季節(jié)較干燥的氣候時，室外含濕量約在5g/kg以下，此時若大量使用新風，會造成加濕量的需求增大，能耗也會大大增加。在生產(chǎn)區(qū)域所需冷量較大時，需要綜合比較空調(diào)系統(tǒng)能耗和開制冷機后制冷空調(diào)系統(tǒng)的總能耗，來判斷是否開啟制冷機、減少新風的降溫負荷。

2.2 空氣加濕冷卻處理過程的優(yōu)化

對于缺少絕對濕度的比較，將室內(nèi)外：“含濕量”這個指標增加到新風控制中。含濕量是指濕空氣中與一千克干空氣同時并存的水蒸氣的質(zhì)量（g），它可以用來表征空氣的絕對濕度。通過室內(nèi)外空氣溫度和含濕量的比較，可以更加有效的利用新風，同時達到節(jié)能的目的。

此外，在不同的季節(jié)，選擇合理的加濕的手段，可以在保證區(qū)域工藝要求的同時，大大提升系統(tǒng)經(jīng)濟性。

蒸汽加濕屬于等溫加濕，即加濕過程中溫度不變，其具有加濕迅速、均勻、穩(wěn)定等優(yōu)點。但在實際運行中，蒸汽加濕的使用會帶來空氣溫度的升高，雖然可以采取一定的措施降低溫升（降低蒸汽壓力、增加噴管保溫、改進加濕器冷凝水處理效果，來提升蒸汽干度），但不能完全消除溫升。因此，蒸汽加濕具有“加濕”和“升溫”的雙重效果，適用于冬季情況，此時應以蒸汽加濕為主，可以有效的減少加熱器的使用，節(jié)約能耗。

等焓加濕過程中空氣的焓值不發(fā)生變化，但溫度會有所下降，因此等焓加濕過程具有“加濕”和“降溫”的雙重效果。高壓微霧加濕、氣水混合加濕、濕膜加濕等均屬于等焓加濕方式，這種加濕方式非常適用于過渡季節(jié)，此時應以等焓加濕為主。

2.3 冷熱相抵或過度處理

空調(diào)系統(tǒng)的運行分工區(qū)域中的等含濕量線、等溫線、等焓線將室外的氣象劃分為若干個范圍，每個范圍都是依據(jù)空調(diào)區(qū)中的熱濕負荷、當?shù)氐臍庀笄闆r來對各閥門的開度進行控制。

為使空調(diào)控制更合理和節(jié)能，通過細化空調(diào)控制區(qū)域，由冬、夏2個工況拓展成以下7個：室外高溫高濕、室外高溫干燥、室外低溫高濕（較少出現(xiàn)）、室外低溫低濕、室外溫度在室內(nèi)控制需要溫度范圍但濕度高、室外溫度在室內(nèi)控制，需要溫度范圍，但濕度低、室外溫度在室內(nèi)控制需要溫度范圍且濕度適中。

2.4 制冷系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的配合運行

制冷系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)作為相互依存的系統(tǒng)，在考慮能耗指標時，應以2個系統(tǒng)的總能耗為對象。制冷系統(tǒng)+空調(diào)系統(tǒng)的能耗關(guān)系如圖3。

制冷系統(tǒng)的能耗主要是制冷機和水泵(包括冷卻水泵和冷凍水泵)的耗電。一般情況下，冷凍及冷卻水泵與制冷機是一對一的關(guān)系(即開1臺制冷機時，開1臺冷卻水泵和1臺冷凍水泵)，因此，對制冷系統(tǒng)而言，控制制冷機的開機臺數(shù)是最好的節(jié)能途徑。

空調(diào)系統(tǒng)的主要能耗是送回風機的耗電、加熱器的蒸汽消耗、加濕器的蒸汽，空壓氣以及軟化水消耗、表冷器的冷凍水消耗。其中，表冷器的冷凍水是由制冷系統(tǒng)提供的。因此，控制表冷器的開度是減少制冷+空調(diào)系統(tǒng)綜合能耗的關(guān)鍵。

制冷機運行的時間段主要分為三個階段：過渡季節(jié)、夏季晴天、夏季雨天。根據(jù)三種不同的室外工況，制定不同的節(jié)能策略。

2.4.1 過渡季節(jié),室外空氣干燥

過渡季節(jié)室外空氣干燥，若僅利用新風降溫，會造成大量的加濕需求，若機組安裝有氣水加濕器(或其他等焓加濕器)，應充分利用。當氣水加濕器加濕量達不到要求時，需要開啟蒸汽加濕器進行補充。因此，若減少制冷機的運行臺數(shù)(或停機)，會造成空調(diào)機組蒸汽、空壓氣和軟化水消耗的增加；若開啟制冷機，制冷系統(tǒng)(制冷機、水泵、冷卻塔)用電量就會增加，相應的空調(diào)系統(tǒng)的蒸汽等消耗就會減少。

在過渡季節(jié)，可以實行如下策略：制定合理的制冷機開停標準。在制冷和空調(diào)系統(tǒng)能耗此消彼長的關(guān)系中尋找中間點，在達到此狀態(tài)點時開啟制冷機。開停機標準的建立，需要綜合考慮室外溫度、含濕量及區(qū)域溫濕度以及系統(tǒng)能耗等因素。如溫濕度指標不穩(wěn)定，或接近溫濕度高低限制；溫濕度指標穩(wěn)定，但系統(tǒng)能耗過高，高于制冷機運行能耗等。

2.4.2 夏季晴天，不需要除濕

夏季晴天，室外空氣較濕潤，但不需要除濕。此時，應充分利用夜間或清晨室外低溫適濕的空氣，減少制冷機的運行臺數(shù)。

2.4.3 夏季陰雨天,需要除濕

夏季陰雨天，室外濕度較大，需要除濕過程。此時應保證冷凍水的出水溫度(一般在7～8℃)，不去刻意減少制冷機的運行臺數(shù)，而是以控制表冷閥開度為手段，減少制冷機的運行負載，從而降低系統(tǒng)的綜合能耗。

將冷凍水用在需要除濕的生產(chǎn)區(qū)域。對于濕度要求不高的區(qū)域，充分利用新風輔助降溫，從而降低制冷系統(tǒng)的運行負荷。

圖3 制冷空調(diào)能源消耗示意圖

3 結(jié)語

目前對空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的研究有以下方面：利用室外的自然冷源，包括合理利用新風量；熱濕處理過程的控制，包括改進加濕措施和采用全年多工況控制策略；將制冷系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)配合運行。目前的節(jié)能研究在一定程度上起到了改善作用，但仍然存在一些不足，第一，對卷煙廠的需求和車間的負荷變化特性認識不夠；第二，新風閥開度與新風比例的關(guān)系根據(jù)不同的要求如何擬合相應的計算公式；第三，全年多工況控制策略應用于卷煙廠還需進一步結(jié)合其應用對象進一步細化和完善,同時應適應新設(shè)備的發(fā)展；第四，對自然冷源的利用不夠充分。