柳志強 顏蘇芊 楊進崗

（1.西安工程大學，陜西西安，710600；2.咸陽紡織集團有限公司，陜西咸陽，712000）

我國當前能源短缺的問題十分突出，紡織也是能耗較大的行業(yè)，傳統(tǒng)的紡織空調(diào)能耗占紡織廠總能耗30%左右［1-2］。部分紡織廠雖已安裝了空調(diào)自控系統(tǒng)，在一定程度上降低了空調(diào)能耗，但由于對室外氣象參數(shù)劃分不夠精確，導致空調(diào)自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度不夠，在一定程度上仍然會造成能源浪費。目前，紡織空調(diào)自控系統(tǒng)存在以下缺陷：一是空調(diào)系統(tǒng)具有多工況性，不合理的分區(qū)使系統(tǒng)存在冷熱抵消現(xiàn)象；二是室外新風的引入對空調(diào)系統(tǒng)的能耗影響較大［3-4］。

本研究對鹽城某紡織廠空調(diào)自控系統(tǒng)全年實時運行數(shù)據(jù)進行分析整理，結(jié)合室外氣象參數(shù)和車間溫濕度控制范圍，科學劃分每個季節(jié)的空調(diào)自控調(diào)節(jié)區(qū)域，并制定出相應的調(diào)節(jié)方案，從而確?？諝庹{(diào)控快速且準確，盡量減少能源消耗。

1 空調(diào)全年運行調(diào)節(jié)分區(qū)

我國各地區(qū)由于地理位置的差異，室外氣象參數(shù)變化很大，而紡織廠空調(diào)系統(tǒng)往往需要通過引進室外新風調(diào)控車間溫濕度，因此有必要對全年的室外氣象參數(shù)進行討論。

我們對徐州某紡織廠進行了調(diào)研。該廠空調(diào)自控系統(tǒng)按照冬季、夏季以及過渡季3 個模式調(diào)節(jié)車間溫濕度。在采用空調(diào)自控系統(tǒng)前后同期空調(diào)用電量對比如表1 所示。對比發(fā)現(xiàn)2021 年同期用電量比2020 年有明顯下降，平均每月節(jié)約電量3 297 kW·h，節(jié)電率5.70%。由此可見，將全年室外氣象參數(shù)進行合理分區(qū)，可以有效利用室外新風來達到較高的車間環(huán)境質(zhì)量，并且能夠降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。

表1 采用空調(diào)自控系統(tǒng)前后用電量對比

現(xiàn)有空調(diào)自控系統(tǒng)一般是依據(jù)全年室外氣象參數(shù)按冬季、夏季以及過渡季來劃分調(diào)節(jié)區(qū)域。但簡單將全年室外氣象參數(shù)按照時間來劃分，顯然不能保證控制精度，也就不能最大程度地節(jié)約能耗。因此對于某個特定地區(qū)，應根據(jù)當?shù)貧庀髤?shù)的具體變化情況，將空調(diào)調(diào)節(jié)區(qū)域做更詳細的劃分，以最大程度地節(jié)約能耗。

空氣焓值可以看成是空氣溫濕度的綜合反應，在討論室外氣象參數(shù)分區(qū)時，可將焓值作為室外空氣狀態(tài)變化的判定依據(jù)。由于紡織廠空調(diào)自控系統(tǒng)根據(jù)不同室外氣象參數(shù)來判定調(diào)節(jié)分區(qū)，一般將室外氣象狀況分成5 個區(qū)域［5］。冬季寒冷區(qū)iw≤iw＇，冬季區(qū)iw＇＜iw≤ik0，過渡季區(qū)ik0＜iw≤ik，夏季區(qū)ik＜iw≤iN，夏季炎熱區(qū)iw＞iN。其中：iw為室外實時測試焓值；iw＇為采用最小新風量不需要預熱時的空氣焓值；ik0為冬季最低送風機器露點的焓值；ik為夏季最高送風機器露點的焓值；iN為夏季所允許的最高室內(nèi)空氣的焓值。該分區(qū)屬于一般情況，依據(jù)當?shù)貧庀髤?shù)進行實際分析，就可以確定出該地區(qū)具體的區(qū)域劃分。本研究以鹽城某紡織廠為研究對象，確定其室外氣象區(qū)域的具體劃分，并為每個區(qū)域制定相應的空調(diào)自控調(diào)節(jié)方案。

2 鹽城某紡織廠空調(diào)全年運行調(diào)節(jié)分區(qū)

本系統(tǒng)在鹽城某紡織廠安裝運行，根據(jù)車間工藝要求及歷史運行參數(shù)，得出各個分區(qū)模式下車間內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)范圍，如表2 所示。

表2 車間內(nèi)空調(diào)溫濕度控制范圍

2.1 冬季到過渡季區(qū)域劃分

以2020 年鹽城冬季每天每隔3 h 記錄的室外氣象參數(shù)為研究對象進行分析，選取其中具有代表性的數(shù)據(jù)列舉，如表3 所示，并將其繪制在焓濕圖中，如圖1 所示。

表3 2020 年鹽城冬季室外氣象參數(shù)

圖1 冬季到過渡季臨界值分析圖

圖1 中，根據(jù)車間冬季溫濕度控制范圍（1-2-3-4）的最低點1 點，經(jīng)1 點做等含濕量線與相對濕度95% 相 交K點，過K點 做 等 焓 線，與1 點 和95%相對濕度線的切線交于C點，1 點和C點的連線按照新風占比10%延長，延長線與焓濕圖邊緣交于A點。A點與1 點的連線未進入結(jié)霧區(qū)，則A點可以直接和車間空氣混合來調(diào)節(jié)車間溫濕度，此時A點為該地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)無需預熱的焓值最低點。

由 圖1 可 見，A點與1 點 在C點混 合 后，經(jīng) 噴水室處理后到達K點，將此空氣送往車間，在吸收了車間的余熱量后，空氣狀態(tài)又從K點變化至1點，最后空氣被排出車間。此時根據(jù)新風比的計算公式（1）求出新風比m為13%［6］。

式中：h1為車間溫濕度調(diào)節(jié)范圍最低點1 所在的等焓線；hLd為機器露點Ld所在的等焓線；hWd為室外點Wd所在的等焓線。

一般認為當新風使用量超過10%時就進入了過渡季調(diào)節(jié)區(qū)域，圖1 中無需預熱的最低焓值點A點混合的新風比為13%，且鹽城紡織廠的室外氣象參數(shù)焓值均高于A點。其中，圖1 中少數(shù)氣象點直接與室內(nèi)狀態(tài)點混合會進入結(jié)霧區(qū)，根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，室外空氣設(shè)計參數(shù)的選擇應采用歷年平均不保證50 h 的干球溫度，所以這一部分點可以忽略不計。則該地區(qū)無冬季調(diào)節(jié)區(qū)域，直接進入過渡季區(qū)域進行車間溫濕度調(diào)節(jié)。

2.2 過渡季到夏季區(qū)域劃分

以2020 年鹽城夏季每天每隔3 h 記錄的室外氣象參數(shù)為研究對象進行分析，如圖2 所示。

圖2 過渡季-夏季臨界值分析圖

圖2 中，1＇-2＇-3＇-4＇為車間 夏季溫濕 度 控制范圍，hX1＇為最低點1＇所在的等焓線，hX4＇為最高點4＇所在的等焓線，取溫濕度區(qū)間最低點1＇和最高點4＇處的等含濕量線與相對濕度95%相交于LX1＇和LX4＇點，減去擋水板過水量為0.5 g/kg，得機器露點LX1＇和LX4＇＇，hX1＇和hX4＇＇分 別 為 機 器 露 點 所 在 的 等焓線。LX1＇點所 在 的 等焓 線hX1＇為 過 渡季 和 夏 季的 焓 值 分 界，LX1＇點 所 在 的 等 焓 線hX1＇的 焓 值 為66.8 kJ/kg，LX4＇點 所 在 的 等 焓 線hX4＇＇為 夏 季 區(qū) 域和夏季炎熱區(qū)域的焓值分界，LX4＇點所在的等焓線hX4＇的焓值為78.2 kJ/kg。

綜上所述，當hw≤66.8 kJ/kg 時，該地區(qū)進入過渡季區(qū)域進行溫濕度調(diào)節(jié)；當66.8 kJ/kg ≤hw≤78.2 kJ/kg 時，該地區(qū)進入夏季區(qū)域進行溫濕度調(diào)節(jié)；當hw＞78.2 kJ/kg 時，該地區(qū)進入夏季炎熱區(qū)域進行溫濕度調(diào)節(jié)。

3 鹽城過渡季區(qū)域調(diào)節(jié)分析及方案

3.1 過渡季區(qū)域分析

以2020 年鹽城過渡季每天每隔3 h 記錄的室外氣象參數(shù)為研究對象進行分析，如圖3 所示。

圖3 鹽城過渡季區(qū)域調(diào)節(jié)分析

圖3 中，室外氣象點W1、W2、W3分別與車間過渡季溫濕度區(qū)間的最低點1＇＇混合，隨著室外焓值的逐漸增大，新風的占比也逐漸增大。此時PLC 自控系統(tǒng)采用步進算法求出新回風比對車間溫濕度進行調(diào)整。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知，當室外焓值hw≤66.8 kJ/kg 時，自控系統(tǒng)自動判定將空調(diào)系統(tǒng)的運行模式切換至過渡季節(jié)模式，加入過渡季節(jié)空調(diào)設(shè)備運行的控制算法。冬季轉(zhuǎn)入春季時，隨著室外溫度升高，室外焓值逐漸增大，新風窗開度由10%逐漸向100%增加，新風的利用量也逐漸增至最大。反之，夏季向秋季轉(zhuǎn)換時，室外溫度逐漸降低，新風窗開度也由100%向10%逐漸減小。

3.2 過渡季區(qū)域調(diào)節(jié)方案

將室外空氣W與室內(nèi)空氣N1＇＇（1″對應的狀態(tài)點）按照新回風步進算法調(diào)節(jié)的比例進行混合，在C點混合后，再經(jīng)噴水室處理，其狀態(tài)由C點變化至機器露點K點，然后將此空氣送往車間，在吸收了車間的余熱量后，空氣狀態(tài)又從K點變化至N點（N點位于過渡季車間控制溫濕度范圍內(nèi)），最后空氣被排出車間。

4 夏季區(qū)域分析及調(diào)節(jié)方案

4.1 夏季區(qū)域分析

以2020 年鹽城夏季每天每隔3 h 記錄的室外氣象參數(shù)為研究對象進行分析，如圖4 所示。

圖4 鹽城夏季區(qū)域調(diào)節(jié)分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知，空調(diào)自控系統(tǒng)進入夏季模式后，根據(jù)室外焓值的大小，分為兩種控制方式。一是當66.8 kJ/kg ≤hw≤78.2 kJ/kg 時，此時為全新風模式；二是當hw≥78.2 kJ/kg 時，則新風窗開度最小10%，保證車間最小新風量，采用大量回風經(jīng)過噴淋處理后調(diào)節(jié)車間溫濕度。

夏季模式當室外焓值小于車間焓值且相對濕度小于95%時，采用100%全新風經(jīng)噴淋室處理后送至車間調(diào)節(jié)車間溫濕度，當相對濕度不小于95%時，新風經(jīng)由風機直接送入車間調(diào)節(jié)車間溫濕度；當室外焓值大于車間要求溫濕度最高點對應的焓值時，此時大量新風不僅不能降低車間溫濕度，反而增加車間負荷，故采用90% 回風與10%新風混合來調(diào)節(jié)車間生產(chǎn)環(huán)境。

4.2 夏季區(qū)域調(diào)節(jié)方案

當室外焓值小于車間焓值且相對濕度小于95%時，該區(qū)域調(diào)節(jié)方案為將室外空氣W經(jīng)噴水室處理，其狀態(tài)由W點變化至機器露點K1點，然后將此空氣送往車間，在吸收了車間的余熱量后，空氣狀態(tài)又從K1點變化至N點（N點位于夏季車間控制溫濕度范圍內(nèi)），最后空氣被排出車間。當室外焓值小于車間焓值且相對濕度不小于95%時，水泵關(guān)閉，車間外空氣直接由風機送入車間內(nèi)。

4.3 夏季炎熱區(qū)域調(diào)節(jié)方案

將室外空氣W與室內(nèi)空氣N4＇（4＇對應的狀態(tài)點）按照最小新風比進行混合，在C2點混合后，再經(jīng)噴水室處理，其狀態(tài)由C2點變化至K2點，然后將此空氣送往車間，在吸收了車間的余熱量后，空氣狀態(tài)又從K2點變化至N點（N點位于夏季車間控制溫濕度范圍內(nèi)），最后空氣被排出車間。

5 結(jié)語

根據(jù)2020 年全年室外氣象參數(shù)，對鹽城某紡織廠全年空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)分區(qū)的劃分進行討論，并對各分區(qū)的調(diào)節(jié)進行了分析。通過新回風調(diào)節(jié)比例的計算公式以及車間各季的溫濕度控制范圍，確定出了鹽城某紡織廠全年空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)分區(qū)的具體劃分，并給出各分區(qū)之間的臨界焓值。在每個分區(qū)中選取出部分具有代表性狀態(tài)點，分析了達到車間所需溫濕度參數(shù)的處理過程，給出各個分區(qū)對應的空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方案。此時，PLC 自控系統(tǒng)根據(jù)得到的分區(qū)臨界值以及各個分區(qū)的調(diào)節(jié)方案，對于室外空氣變化可以迅速地做出反應，自動在各個分區(qū)之間切換。采用全年空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)分區(qū)的具體劃分及調(diào)節(jié)方案，彌補了以往其他自控系統(tǒng)切換調(diào)節(jié)分區(qū)時的不準確性，避免了能源的浪費，還極大地提高了對紡織車間溫濕度的控制精度。