王 剛，馬 力，王建凱，趙曉輝，遲兆武，杜林林，王錚昊

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

汽車涂裝車間對潔凈度和溫濕度要求較高，一般通過空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)控制車間內(nèi)的溫度和相對濕度，使得涂裝車間內(nèi)部相對外部微正壓，防止灰塵進(jìn)入車間。隨著汽車行業(yè)競爭的日益加劇，節(jié)能降耗及控制成本是各主機(jī)廠增效、創(chuàng)收的主要手段。其中涂裝車間是整個(gè)主機(jī)廠的能源大戶，在涂裝車間內(nèi)，噴漆室的能耗最大，大約占整個(gè)涂裝車間總能耗的50%左右，而空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)又占40%左右，因此，空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能降耗至關(guān)重要。

1 空調(diào)系統(tǒng)介紹

空調(diào)系統(tǒng)是為滿足設(shè)備通風(fēng)、溫濕度和潔凈度要求而配置的專用設(shè)備。根據(jù)各區(qū)域送風(fēng)工藝要求、外界氣候條件不同，空調(diào)內(nèi)部的功能段配置也不相同。通常完整的空調(diào)系統(tǒng)包含以下功能段：一次加熱段、進(jìn)風(fēng)段、初效過濾段、表冷段、加濕段、二次加熱段、風(fēng)機(jī)段、消音段、中效過濾段、出風(fēng)段，如圖1所示。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)組成

通過氣象資料可以查詢工程所在地的外界氣候條件，涂裝車間噴漆室的送風(fēng)要求一般為溫度（22±1）℃，相對濕度（65±3）%。根據(jù)焓濕圖控制原理，可以計(jì)算得出空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)功能段的能源需求。因空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗較大，如果達(dá)到送風(fēng)溫濕度要求的風(fēng)量直接排放，造成能源的大量浪費(fèi)，通過熱回收系統(tǒng)將滿足送風(fēng)要求的排風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)入口的外界新鮮風(fēng)進(jìn)行換熱，可以節(jié)約大量能源。

2 熱回收系統(tǒng)

2.1 熱回收系統(tǒng)的原理

以冬季為例，熱回收系統(tǒng)的原理如圖2所示。 滿足溫濕度要求的排風(fēng)將排風(fēng)側(cè)熱回收盤管內(nèi)的液體介質(zhì)加熱，循環(huán)水泵將液體介質(zhì)輸送到新風(fēng)側(cè)的熱回收盤管，將進(jìn)風(fēng)側(cè)的新鮮風(fēng)預(yù)熱。使得空調(diào)進(jìn)風(fēng)溫度更加接近送風(fēng)要求，達(dá)到節(jié)省能源的目的。（夏季與冬季的原理相同，其效果是冬季預(yù)熱，夏季預(yù)冷。）

圖2 熱回收系統(tǒng)原理圖

2.2 熱回收系統(tǒng)的組成

熱回收系統(tǒng)由熱回收盤管、熱回收管路、熱回收閥組組成。

根據(jù)熱回收系統(tǒng)的原理可知，熱回收盤管一般設(shè)置在空調(diào)系統(tǒng)的第一個(gè)功能段，對外界新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱或預(yù)冷。

空調(diào)A熱回收系統(tǒng)如圖3所示，空調(diào)B熱回收系統(tǒng)如圖4所示。

由于排風(fēng)側(cè)的熱回收盤管表面會產(chǎn)生冷凝水，因此排風(fēng)側(cè)的熱回收盤管必須設(shè)置擋水板和接水盤，便于冷凝水的排放。冬季，由于室外空氣溫度較低，排風(fēng)中可能會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。為防止盤管凍壞，熱回收閥組上可設(shè)置一個(gè)三通調(diào)節(jié)閥，將部分液體介質(zhì)旁通。熱回收閥組的結(jié)構(gòu)組成如圖5所示，主要包括循環(huán)水泵、Y型過濾器、膨脹罐、蝶閥、三通調(diào)節(jié)閥、壓力表和溫度表。膨脹罐用來補(bǔ)償液體介質(zhì)的溫度變化而產(chǎn)生的管道中的體積變化。膨脹罐內(nèi)部被隔膜分成兩個(gè)獨(dú)立的部分，一側(cè)預(yù)充一定壓力的氣體，另一側(cè)與管道內(nèi)的液體介質(zhì)接觸。當(dāng)液體介質(zhì)的體積變大時(shí)，膨脹擠壓空氣側(cè)的體積，同時(shí)空氣側(cè)的壓力相應(yīng)變大。

圖3 空調(diào)A熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

圖4 空調(diào)B熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

圖5 熱回收閥組的結(jié)構(gòu)組成

2.3 熱回收系統(tǒng)循環(huán)介質(zhì)

通常采用一定濃度的乙二醇作為熱回收循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的液體介質(zhì)，滿足載冷劑的 6 項(xiàng)基本要求：（1）在使用范圍內(nèi)，不凝固，不氣化。（2）無毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，對金屬不腐蝕。（3）比熱大，輸送一定能量所需流量小。（4）密度小，黏度小，可減小流動(dòng)阻力，降低循環(huán)泵消耗功率。（5）導(dǎo)熱系數(shù)大，可減少換熱設(shè)備的傳熱面積。（6）來源充裕，價(jià)格低廉。

3 空調(diào)能耗計(jì)算

以北京某涂裝車間的工程案例為例，外界氣候條件及空調(diào)送風(fēng)要求如表1所示。

表1 外界氣候條件及空調(diào)送風(fēng)要求

耗熱量計(jì)算公式為

其中，為單位時(shí)間耗熱量，kJ/h；為風(fēng)量，m3/h；為空氣密度，kg/m；Δ為焓差，kJ/kg。

耗水量計(jì)算公式為

其中，為單位時(shí)間耗水量，kg/h；為風(fēng)量，m3/h；為空氣密度，kg/m；Δ為含濕量差，g/kg。

3.1 無熱回收系統(tǒng)情況下的能耗計(jì)算

通過焓濕圖查得，極端天氣條件下，外界空氣的初始溫濕度和目標(biāo)溫濕度之間的焓差和含濕量差值，經(jīng)式（1）和式（2）可計(jì)算出相應(yīng)的熱量、冷量和加濕水量的能耗值如表2所示。

表2 無熱回收系統(tǒng)情況下的空調(diào)能耗表

3.2 有熱回收系統(tǒng)情況下的能耗計(jì)算

冬季和夏季極端天氣條件下，通過理論計(jì)算，可以得到空調(diào)新風(fēng)經(jīng)過熱回收系統(tǒng)后的溫濕度變化，通過焓濕圖查得經(jīng)過熱回收系統(tǒng)后的新風(fēng)溫濕度和目標(biāo)溫濕度之間的焓差和含濕量差值，其結(jié)果分別如表3和表4所示。

表3 冬季新風(fēng)經(jīng)過熱回收系統(tǒng)后的溫濕度變化

表4 夏季新風(fēng)經(jīng)過熱回收系統(tǒng)后的溫濕度變化

經(jīng)式（1）和（2）可計(jì)算出空調(diào)A和空調(diào)B在有熱回收系統(tǒng)的情況下相應(yīng)的熱量、冷量和加濕水量的能耗值，其結(jié)果如表5所示。

表5 有熱回收系統(tǒng)情況下的空調(diào)能耗表

3.3 空調(diào)能耗對比及經(jīng)濟(jì)效益分析

通過對比表2和表5可得出兩臺空調(diào)每小時(shí)節(jié)省的能耗，如表6所示。

表6 空調(diào)能耗對比表

經(jīng)過熱回收系統(tǒng)后，外界天氣的絕對含濕量未發(fā)生變化，因此有無熱回收系統(tǒng)，對空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際耗水量無明顯影響。表5數(shù)據(jù)也可以驗(yàn)證此結(jié)論。

根據(jù)生產(chǎn)需要，空調(diào)A每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，空調(diào)B每天13小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。

根據(jù)電壓縮制冷機(jī)組計(jì)算公式

式中，為電壓縮制冷機(jī)組的制冷功，kW；為電壓縮制冷機(jī)組耗電量，kW；COP為電壓縮制冷機(jī)組的制冷系數(shù)，取值為2.8，則

查詢氣象資料可知，夏季6－8月份的外界氣溫最高，假設(shè)出現(xiàn)極端天氣的概率為50%，粗略計(jì)算，空調(diào)A和B夏季可節(jié)約的冷量折合成電量分別為

空調(diào)A：

空調(diào)B：

此工程案例的用電單價(jià)為0.8元/度，兩臺空調(diào)夏季可節(jié)省電費(fèi)0.8×（114 343+170 644）≈ 227 990元。

冬季12－2月份的外界氣溫最低，假設(shè)出現(xiàn)極端天氣的概率為50%，粗略計(jì)算，空調(diào)A和B冬季可節(jié)約的天然氣分別為

空調(diào)A：79×24×90×0.5= 85 320 m

空調(diào)B：217×13×90×0.5= 126 945 m

此工程案例的天然氣單價(jià)為2.63元/m，兩臺空調(diào)冬季可節(jié)省天然氣費(fèi)用2.63×（85 320+126 945）≈558 257元。

顯然，兩臺空調(diào)在熱回收系統(tǒng)使用下，每年可至少節(jié)約能源費(fèi)用為78.6萬元。

4 結(jié)論

從表6可以看出，在同等外界天氣條件下，對于相同風(fēng)量的空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)來說，有熱回收系統(tǒng)與無熱回收系統(tǒng)的空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)相比，每小時(shí)可節(jié)約天然氣耗量40%左右，每小時(shí)可節(jié)約冷量18%左右。粗略計(jì)算，此工程案例的兩臺空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)每年可節(jié)約運(yùn)行成本近80萬元。熱回收系統(tǒng)對涂裝車間空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)具有非常顯著的節(jié)能效果。兩年左右即可收回?zé)峄厥障到y(tǒng)的額外投資成本。對汽車涂裝車間空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本估算和熱回收系統(tǒng)的投資可行性分析具有指導(dǎo)意義。