王永全

（廈門(mén)煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建 廈門(mén) 361000）

1 背景

卷煙廠的全年能耗中，空調(diào)系統(tǒng)的能耗占全廠能耗的30%～50%，基本與生產(chǎn)齊平，是卷煙廠的主要耗能部分，也成為卷煙企業(yè)開(kāi)展節(jié)能的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

開(kāi)展卷煙廠空調(diào)機(jī)組能效評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究在確?？照{(diào)系統(tǒng)能滿(mǎn)足卷煙生產(chǎn)工藝要求并穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行，即確保車(chē)間內(nèi)溫濕度達(dá)到要求并穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)檢測(cè)空調(diào)機(jī)組的能耗輸入、輸出值，尋找合適的能效指標(biāo)來(lái)檢驗(yàn)空調(diào)機(jī)組的能源轉(zhuǎn)化效率；通過(guò)采集空調(diào)系統(tǒng)完整的運(yùn)行能耗參數(shù)，分別按空氣處理的不同過(guò)程進(jìn)行能量傳遞分析，得出各處理過(guò)程能量傳遞轉(zhuǎn)換效率，找出影響空調(diào)機(jī)組能效的關(guān)鍵因素；通過(guò)改進(jìn)，有針對(duì)性地改善關(guān)鍵影響因素，提高空調(diào)系統(tǒng)總體能效指標(biāo)。表冷器熱交換效率以及除濕效率的高低對(duì)空調(diào)耗能的大小和空氣品質(zhì)的好壞產(chǎn)生直接的影響。夏季，空調(diào)表冷器，既用于降溫，又用于除濕，是空調(diào)箱的重點(diǎn)耗能環(huán)節(jié)，是節(jié)能研究的重點(diǎn)。

2 冷卻、除濕過(guò)程能耗影響因素分析

空調(diào)機(jī)組由以下主要功能段組成：回風(fēng)段-混風(fēng)閥-初效過(guò)濾段-新風(fēng)段-高效過(guò)濾段-表冷段-加熱段-加濕段-送風(fēng)段等功能段組成。

空調(diào)機(jī)組使用的表冷段均為表面式換熱器，冷卻介質(zhì)為7～12℃冷凍水。空氣經(jīng)過(guò)表冷器后實(shí)現(xiàn)減濕冷卻過(guò)程?？諝馀c表冷器之間不但發(fā)生顯熱交換，而且也發(fā)生濕交換和潛熱交換。

在高濕高溫季節(jié)，表冷器在除濕過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致空氣進(jìn)行過(guò)度降溫，造成車(chē)間溫度偏低，此時(shí)，必須開(kāi)啟加熱器再熱。而在高溫低濕季節(jié)，表冷器為降溫又會(huì)對(duì)空氣產(chǎn)生除濕效果，造成車(chē)間濕度偏低，此時(shí)，又要開(kāi)啟加濕器加濕。如何減少以上不合理的能源消耗，將有利于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗。表冷段的能源消耗測(cè)算如下：

2.1 表冷段能耗折算電耗

表冷段能耗為空調(diào)機(jī)組用于空氣降溫消耗的冷凍水負(fù)荷。折算成電耗，統(tǒng)一了比較的單位基準(zhǔn)，便于對(duì)空調(diào)箱總體耗能的比例進(jìn)行分析。折算電耗可用以下公式計(jì)算：

其中，Wq表示冷凍水折合的等效電數(shù)值，單位kWh；W冷凍水為冷凍水的總能耗，單位kWh；COP為制冷機(jī)組的性能系數(shù)。通過(guò)查本系統(tǒng)冷水機(jī)組特性可知其COP為5.4。

2.2 表冷器顯熱比例的計(jì)算

表冷器顯熱比例 1ε=表冷器中的顯熱換熱量Ql/表冷器中能源消耗；

表冷器中能源消耗折算電耗W1=q1（tLG-tLH）P1；

式中，MS為送風(fēng)量，kg/s；Cp為空氣比熱，1.01kJ/(kg·℃)；t1、t2為表冷器前后空氣溫度，℃；q1為機(jī)組冷凍水流量，kg/s；tLG、tLH為冷凍水供、回水溫度，℃；Cp1為冷凍水比熱容，4.19kJ/(kg·℃)。

2.3 冷凍水電動(dòng)閥泄漏指標(biāo)

由于使用的時(shí)間較長(zhǎng)，冷凍水電動(dòng)閥可能因關(guān)不緊而存在冷凍水電動(dòng)閥泄露的情況。冷凍水泄漏指標(biāo)計(jì)算公式：

式中：tD、tM為表冷后、混風(fēng)段空氣溫度，℃。

項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)研究和測(cè)試，規(guī)定當(dāng)η5＜?1且表冷閥實(shí)際開(kāi)度連續(xù)10分鐘小于0.9%，即可確認(rèn)冷凍水有泄漏，泄漏量計(jì)算為：

式中，i1、i2為表冷器前后空氣焓值，℃。

3 參數(shù)測(cè)試

根據(jù)以上分析，在空調(diào)箱內(nèi)布設(shè)相關(guān)傳感器，對(duì)空氣、冷凍水的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，從而尋找能源浪費(fèi)點(diǎn)。

3.1 測(cè)試方案

在表冷器冷凍水入口檢測(cè)冷水流量、溫度，冷水出口檢測(cè)溫度，表冷段冷凝水排出流量、溫度檢測(cè)，可以計(jì)算空調(diào)機(jī)組消耗的冷量以及分別用于降溫、除濕消耗的冷量分配。結(jié)合加濕、加熱過(guò)程的能量消耗，計(jì)算空調(diào)機(jī)組內(nèi)部能量的損耗及損耗系數(shù)。通過(guò)檢測(cè)表冷器前后溫濕度，計(jì)算空氣經(jīng)表冷器后的狀態(tài)變化（溫度、焓值、含水量）。

測(cè)試工具由校驗(yàn)及測(cè)試用的離線檢測(cè)儀器主要有高精度溫濕度測(cè)試儀、熱線風(fēng)速儀、紅外測(cè)溫儀、管道溫度計(jì)等。自控系統(tǒng)配帶的在線檢測(cè)傳感器及儀表主要有風(fēng)道溫濕度傳感器（送、混風(fēng)、表冷后）、加熱器迎風(fēng)面溫度、液體溫度傳感器（冷水供、回，微霧水）、多點(diǎn)熱線式風(fēng)量計(jì)（送、回、新風(fēng)）、電磁流量計(jì)（冷水）（DN100）、電磁流量計(jì)（冷凝水）（DN40）。

3.2 測(cè)試結(jié)果及分析

（1）表冷段總體能耗和分析。夏季工況中，貯絲間空調(diào)機(jī)組夏季環(huán)境要求為溫度26℃f2℃，濕度60%±4%?？照{(diào)機(jī)組消耗冷水、蒸汽和電能。對(duì)2019年5～7月，3個(gè)月能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中，冷水能耗、加熱加濕段蒸汽直接折算成電耗，如表1所示。

表1 空調(diào)機(jī)組各段能耗

廈門(mén)5～7月氣溫與濕度和3、4月比起來(lái)已有明顯的差異。從能耗計(jì)算結(jié)果可以看出，風(fēng)機(jī)段能耗所占比例最高，占整個(gè)機(jī)組能耗的55%左右，加熱段次之，約占25%，表冷段占比例約為20%。可以看出，貯絲間在夏季雖不需要加濕，但仍消耗比較多的再熱。

（2）表冷器能效測(cè)試和分析。由1ε=表冷器中的顯熱換熱量Ql/表冷器中能源消耗折算電耗Wl當(dāng)1ε的值越小，說(shuō)明系統(tǒng)消耗的潛熱換熱越大，則由此需要進(jìn)行的再熱也越大。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)工作作業(yè)基本不產(chǎn)濕，均為新風(fēng)產(chǎn)濕，所以，當(dāng)1ε≤0.2時(shí)，需考慮是否是新風(fēng)過(guò)大，或者門(mén)窗關(guān)閉不嚴(yán)。經(jīng)項(xiàng)目測(cè)試，新風(fēng)閥開(kāi)度均維持在20%左右，1ε將超過(guò)0.2，需要關(guān)小新風(fēng)閥。

（3）冷凍水電動(dòng)閥泄漏分析。冷凍水泄漏指標(biāo)公式η=tD-tM計(jì)算。

通過(guò)計(jì)算，本次運(yùn)行工況中：η=23.6-27.3=-3.7℃

此時(shí)表冷閥開(kāi)度為15.22%，且處于連續(xù)開(kāi)啟狀態(tài)，故冷凍水沒(méi)有泄漏。

4 改進(jìn)措施

4.1 最小新風(fēng)比

混合空氣經(jīng)表冷器降溫除濕后經(jīng)過(guò)加熱段，實(shí)現(xiàn)等濕加熱過(guò)程，換熱后，經(jīng)過(guò)加濕器加濕和風(fēng)機(jī)的溫升到達(dá)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。夏季工況中引進(jìn)了適當(dāng)?shù)男嘛L(fēng)，由于夏季室外新風(fēng)溫度比較高，增加新風(fēng)的引入又會(huì)增加過(guò)多的表冷能耗，可采用最小新風(fēng)比的方式運(yùn)行。

4.2 采用二次回風(fēng)

由以上分析可知，夏季空調(diào)需要耗費(fèi)大量的蒸汽進(jìn)行再熱，以提高送風(fēng)溫度，防止空調(diào)風(fēng)口結(jié)露。因此，可以考慮采用二次回風(fēng)的方式，將一部分回風(fēng)用于除濕，一部分回風(fēng)用于再熱使用，可以降低空調(diào)的再熱能耗。但是，采用二次回風(fēng)，將需降低處理部分一次回風(fēng)的冷凍水的溫度，可以考慮采用增加表冷器的排數(shù)給予優(yōu)化。

4.3 溫濕度獨(dú)立控制

由以上分析可知，夏季空調(diào)需要耗費(fèi)大量的蒸汽進(jìn)行再熱，其根本原因是夏季新風(fēng)濕度大。因此，可以考慮對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理，先降低新風(fēng)的濕度，然后，再送入空調(diào)箱中。溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)利用高溫冷源處理顯熱負(fù)荷，利用獨(dú)立除濕設(shè)備處理潛熱負(fù)荷。空調(diào)箱表冷器只承擔(dān)較為精準(zhǔn)降溫功能，可以有效減少夏季高溫高濕環(huán)境下空調(diào)箱的再熱。

5 結(jié)語(yǔ)

由以上分析和測(cè)試，在滿(mǎn)足卷煙空調(diào)工藝要求的前提下，采用最小新風(fēng)比的運(yùn)行方式?？照{(diào)箱表的新風(fēng)閥可以維持在10%～20%的開(kāi)度，以減少新風(fēng)的數(shù)量，表冷器的再熱量。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況，在不大幅度降低冷凍水除濕需求的情況下，采用二次回風(fēng)的熱量代替蒸汽加熱?？梢圆捎眯嘛L(fēng)預(yù)處理措施，對(duì)新風(fēng)的濕度進(jìn)行預(yù)處理，承擔(dān)空調(diào)的濕負(fù)荷。表冷器只承擔(dān)空調(diào)的熱負(fù)荷，將減少或避免空調(diào)的再熱損失。