浅析纺织厂大小环境空调系统与蒸发冷却技术的关系

2013-07-17宋祥龙

山东纺织科技 2013年2期

宋祥龙，黄翔，卫晨

（西安工程大学，陕西西安710048）

随着人们对工作环境的要求越来越高，以及国家节能减排政策的大趋势，纺织车间大小环境空调系统应需而生。与此同时，蒸发冷却空调技术由于其绿色、节能的独特优势，在工业生产中逐渐占有重要地位［1－2］。将两种节能空调技术有机结合，探索新型的节能空调送风方式，对于空调能耗占总能耗20%左右的纺织企业而言，意义重大。

1 大小环境空调系统

1.1 产生背景

伴随着喷气织机等高速、高自动化机器设备的引进，纺织企业的生产效率得到大幅提升，但与此同时，由于喷气织机的功率大，对车间温湿度要求较高（t≤31℃，RH≥75），且运行需要消耗大量的干燥压缩空气，因此需要低温高湿的送风。对于传统全面送风方式而言，G＝Q／（iN－i0），将造成送风量大，能耗增加，空调规模庞大，设备投资、运行费用显著增加，与此同时车间高湿环境使得操作人员极不舒适，极大影响健康和工作效率。为了降低能耗，改善工作和生产环境，提出纺织厂大小环境分区空调系统［3－5］。

1.2 大小环境空调系统概念

大小环境空调系统将整个车间分为织机局部工作的小环境以及工人活动、操作所处的大环境。由于工艺要求，小环境需要保持较高的相对湿度，一般不低于75%，而大环境为了满足人体舒适度要求，需要营造较低的相对湿度（RH≤65%）。将局部小环境工艺送风与车间大环境普通送风分开进行的送风方式，称为大小环境分区送风［6］。

1.3 空气处理过程

大小环境空调系统可分为单露点式和双露点式两种。单露点是将空气经同一个空调系统处理后，露点相同，将处理过的空气再与不同比例的车间回风混合后分别送入大、小环境；双露点是将大、小环境的送风分开，经两组空调系统处理，露点不同，经处理的空气达到各自的送风状态点后送入大、小环境［7－9］。

2 蒸发冷却技术在纺织厂的应用

2.1 直接蒸发冷却

直接蒸发冷却在纺织厂的应用存在多种形式，如普通喷水室、填料式喷水室、高压喷雾等，各类形式均有自己的优势与缺陷，如普通喷水室具有金属耗量少，已实现标准化制作安装，可进行减焓、降温、减湿、增焓、升温、加湿等多种空气处理过程，但普通喷水室具有占地面积大的缺点；高压喷雾加湿效率高，可大幅度节水节电，但其只能对空气进行等焓加湿处理，且其特制的喷嘴对水质要求高，需经过严格的过滤及软化；填料式喷水室将金属填料与撞击流喷嘴有机结合，大大提高了加湿效率，同时对空气中的粉尘也具有较好的过滤洗涤功能，但由于填料特殊的结构，在含尘浓度较高的纺织厂，容易出现填料结垢、堵塞等问题，从而增大阻力，缩短使用寿命［10－11］。综上所述，对于纺织行业，在空间允许的条件下，普通喷水室仍具有较好的适应性，自问世以来一直沿用至今。

2.2 间接蒸发冷却

目前应用较多的间接蒸发冷却有管式和板式两种形式。板式间接蒸发冷却器具有结构紧凑、换热效率高等优点，但其流道狭窄，容易发生堵塞，造成换热效率降低，流动阻力增大；管式间接蒸发冷却器管外容易形成较稳定的水膜，且其流道较宽，不会出现流道堵塞现象，流动阻力小［12］。综合对比，对于纺织厂而言，管式间接更为适用。

3 蒸发冷却技术与大小环境空调系统的结合

目前，蒸发冷却空调机组已有多种组合形式，并在实际的工程运用中发挥着节能、环保的作用［13］。将蒸发冷却空调技术与纺织厂大小环境送风相结合，可以更进一步地实现纺织企业节能降耗的目标，意义深远。

3.1 空调系统示意图

一种蒸发冷却与大小环境相结合的空调系统如图1所示，该系统为双露点送风系统。由于不同地区间气象条件各不相同，该空调系统亦存在不同的功能段组合形式，例如对于我国西北地区具有丰富的干空气能，采取直接蒸发冷却的方式即可满足送风要求，因此，此类地区无需设置管式间接蒸发冷却段和机械制冷设备［14］。同样，对于某一特定地区，亦可以根据一年中室外气象参数的变化来调节新回风比例和启闭部分功能段，从而选择合理的空气处理方式来达到送风要求。

3.2 气候适应性分区

我国幅员辽阔，气候多种多样，且同一地区全年室外气象参数时刻变化，因此对室外气象条件进行分区，并根据不同的气候区来选择相应的空气处理过程就显得尤为必要。现将不同室外气象参数在焓湿图上进行简要分区（见图2），N1、O1代表小环境的设计状态点和送风状态点，N2、O2代表大环境的设计状态点和送风状态点，N为大小环境空气混合后的回风状态点［15］。针对每一分区，标注了夏季空调室外设计参数落入该区域的典型城市。

3.2.1 室外空气状态点在象限Ⅰ区，即hW＜h02，如乌鲁木齐的夏季，此类地区无需设置管式间接段及机械制冷设备［16］。应充分利用室外空气的干空气能，采取室外新风与室内回风混合后经喷水室喷循环水处理，即可达到送风要求，空气处理过程及焓湿图如图3（a）、图3（b）所示：

图3 Ⅰ区空气处理过程及焓湿图

3.2.2 室外气象参数在象限Ⅱ区时，即h02≤hW≤h01，dW＜d02，如延安等地区的夏季，此类地区小环境空调无需设置管式间接段，且大、小环境空调均无需设置机械制冷。此时大环境应采用全新风，经管式间接等湿冷却、喷水室喷循环水两级处理，将空气处理到送风状态点；小环境则采用新回风按一定比例混合，经喷水室喷循环水等焓降温处理到送风状态点，空气处理过程及焓湿图如图4（a）、图4（b）所示：

图4 Ⅱ区空气处理过程及焓湿图

3.2.3 室外空气状态点在象限Ⅲ区，即h01＜hW＜hN，此类地区亦无需机械制冷设备，大小环境均采取全新风，经管式间接等湿冷却、喷水室喷循环水两级处理后，送入各自空调区域。对于该象限部分地区，大环境送风经此过程处理后只能落在热湿比线ε上的情况，可采取加大送风量的方法来保证大环境空调区处于设计范围内，该象限空气处理过程及焓湿图如图5（a）、图5（b）所示：

图5 Ⅲ区空气处理过程及焓湿图

3.2.4 室外空气状态点落在Ⅳ区（hW≥hN），例如西安、杭州、海口等中等湿度、潮湿地区的夏季，对于此类室外气象条件，因室外空气焓值大于车间回风焓值，为节约能源，小环境仅采用车间回风，经管式间接等湿冷却、喷水室喷循环水两级处理来满足工艺送风；大环境因存在操作人员，采用最小新风量与车间回风混合，经管式间接预冷，喷水室喷冷冻水两级处理来达到送风要求，其空气处理过程及焓湿图分别如图6（a）、图6（b）所示：

图6 Ⅳ区空气处理过程及焓湿图

对于我国西北部干燥地区，当遇到场地空间的限制而无法使用喷水室时，在做好过滤情况下，可以采用蒸发式冷气机直接蒸发冷却形式来完成大小环境的空气处理要求，从而大大节省占地空间，且布置方便灵活。

4 结束语

蒸发冷却技术与纺织厂大小环境空调系统结合，根据室外气象条件的不同可进行灵活多样的组合方式。对于我国西北干旱地区，全年气象参数均在象限Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，此类地区蒸发冷却可完全替换机械制冷设备；即便是中等湿度以及潮湿地区，虽夏季气象参数落于Ⅳ区，但在春秋过渡季节时也可采用蒸发冷却，尽量推迟机械制冷设备的开启时间，并在夏季起到预冷作用，节能效果显著，值得在纺织企业中推广应用。

［1］周义德，杨瑞梁，等.纺织空调除尘节能技术［M］.北京：中国纺织出版社，2009.

［2］黄翔.空调工程［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［3］周义德，赵楠楠，杨瑞梁.织造车间应用大小环境分区空调的要点分析［J］.棉纺织技术，2010，38（3）：33—35.

［4］樊瑞，杨瑞梁，等.布机车间新型节能送风方式及CFD模拟［J］.节能技术，2008，26（3）：243—246.

［5］李帆，刘刚.两种空调送风方式在织造车间运用的比较分析［J］.山东纺织科技，2005，46（4）：19—22.

［6］黄翔.现代织造厂空调系统述评［J］.通风除尘，1997，（1）：50—53.

［7］周义德，樊瑞，杨瑞梁.喷气织机车间分区空调节能原理分析［J］.棉纺织技术，2008，36（10）：585—587.

［8］刘鹏辉.织造车间空调大小环境送风的节能原理及应用［J］.纺织空调除尘，2009，（1）：7—10.

［9］吴杲，周义德，等.高湿环境双露点送风加湿研究［J］.暖通空调，2008，38（10）：70—73.

［10］黄翔，孙铁柱，汪超.蒸发冷却空调技术的诠释（1）［J］.制冷与空调，2012，12（2）：1—6.

［11］黄翔，孙铁柱，汪超.蒸发冷却空调技术的诠释（2）［J］.制冷与空调，2012，12（3）：9—14.

［12］黄翔，孙铁柱，汪超.蒸发冷却空调技术的诠释（3）［J］.制冷与空调，2012，12（4）：1—3.