基于能耗监测系统的某织布车间空调能耗分析

余国妮　颜苏芊　韩晓磊

摘要：对西安某纺织厂织布车间空调系统的估算能耗和实际运行监测能耗进行对比，在此基础上，从控制区域温湿度和风机水泵运行稳定性角度进一步分析了实际运行情况，并提出了优化节能措施。结果表明：织布车间在使用大小环境分区空调系统时，存在大小环境温湿度耦合效果不理想的情况；相同的空调系统在相同的室外参数和室内参数条件下，耗电量和实际运行情况均不相同，说明优化空调系统的运行状态可以节能。

关键词：织布车间；空调系统；耗电量；节能优化

目前，传统纺织行业整体利润率下降，纺织产品市场竞争日益加剧，而纺织厂空调系统以高能耗著称。据统计，空调系统耗电量约占企业用电成本的25%，是除工艺机以外的主要耗能部分，因此减少空调系统能耗是降低纺织厂综合生产成本的重要途径。目前纺织厂空调系统运行存在诸多问题，应对其运行状态进行分析，为调节空调设备和优化空调系统运行提供基础。本文以西安某纺织厂织布车间空调系统为研究对象，对其进行能耗测试和运行参数分析，分析了系统的稳定性和节能潜力，并在此基础上提出节能优化措施。

1.织布车间空调系统和能耗组成

西安某纺织集团织布车间一期工程建设规模为820台喷气织机，主厂房为钢筋混凝土大梁风道结构型厂房，附房为砖混结构，主厂房高度为7.65 m，织布车间总面积为19 977.46 m2，分为4个区域。车间内空调系统均为LUWA空调自控系统，共8个空调室。本文选取13#和14#空调室为研究对象，对应的织布车间面积为4 925.Cm2，共有喷气织机192台，喷气织机的型号和数量如表1所示。

1.1空调系统概况

在织布车间中，为了同时满足生产工艺和人体热舒适性的需要，对织机织造区域和工人操作区域采用多风机分别送风的方式，即大小环境分区空调。该织布车间大小环境分区空调系统流程如图1所示，其设计思想是：由局部送风来满足小环境（即织造区域）的工艺性要求，而大环境（即整个车间）则按照舒适性空调的要求进行全面送风，车间内气流组织形式为上送下回，回风采用地排回风方式。

所选取的空调系统大小环境共用一个喷水室，因此送风露点温度相同。车间内大小环境温湿度由各自的温湿度传感器测定，PLC自控系统实时计算实际露点温度，并和设定露点温度相比较，从而调整新、回和排风阀开度。根据露点温度，大小环境系统分别通过车间温湿度传感器的反馈值，经PLC自控系统优先调节新、回风量以控制温度，调节二次回风量控制相对湿度。其中，该纺织厂织布车间空调系统执行标准和具体设定值如表2所示。

1.2空调系统能耗组成

结合所选织布车间空调系统的流程图，可知该织布车间空调系统的能耗组成主要包括：大小环境送风风机、地排风风机、喷淋水泵、集尘风机、水过滤器、转笼式过滤器。空调系统主要设备参数如表3所示。

2.空调系统能耗分析

2.1估算能耗

由表3中空调系统主要耗能设备的性能参数表可知：13#空调系统和14#空调系统中都有1个大环境送风机、2个小环境送风机、3个地排回风机、2个喷淋水泵、2个集尘风机、2个水过滤器、3个转笼式过滤器。根据表3中所示的空调系统主要耗电设备功率，可以估算出所选取的织布车间日平均耗电量为：

（18.5×2+22+18.5×3+22+11+18.5+4×2+0.12×2+0.37×3）X2×24×60%=4 416.48 kW·h/d上式中，考虑空调自控系统中水泵和風机都安装了变频器，可以根据生产车间实际温湿度和室外温湿度变化情况对风机和水泵的运行状况进行及时调节，所以水泵和风机不会全天满负荷运行，故乘以系数60%。

纺织厂生产用电属于工业用电，根据目前西安地区工业用电收费标准0.786 9元/（kW·h），则所选取的织布车间空调系统日平均电费为：

0.786 9元/（kW·h）×4416.48（kW·h）/d=3 475.33元/d

2.2監测能耗

该织布车间的能源监测采用基于PLC和iFIX的SCADA监测控制与数据采集系统，用来对整个空调系统运行进行实时监测，从而实现整个系统的经济运行及自动控制，其数据来源于PLC空调自控系统传输的实时数据，PLC自控监测画面如图2所示。

在测试日，由SCADA监测系统记录的结果如表4所示。测试日室外温度为18～30℃。由表4可知：13#空调室耗电2 217.15 kW·h，14#空调室耗电2 580.74 kW·h，总耗电量为4 797.89 kW·h，共需电费为3 775.46元。

2.3对比及分析

对比估算能耗和实际监测能耗，可以看出：所选取的织布车间空调系统估算耗电量为4 416.48 kW·h，所需电费为3 475.33元；监测总耗电量为4 797.89 kW·h，折合成电费为3 775.46元。

两组数据存在差异的原因主要是：估算耗电量偏小的原因主要是系数60%选取过小，这也说明该空调系统还有较大的节能空间。同时对比测试日13#空调系统和14#空调系统的耗电量可知：两个相同的空调系统，在室外气象参数和室内设定参数相同的条件下耗电量并不相同，说明空调系统的耗能可能与实际运行情况有关。

3.空调系统运行参数分析

在测试当日，该纺织厂冷冻站没有运行，因此空调系统运行参数的采集主要包括：车间温湿度、送风机频率、回风机频率和水泵频率，并通过分析空调系统的运行参数来判断系统运行的稳定性以及是否具有节能潜力。

3.1温湿度测定和分析

在测试日对所选取的织布车间各个区域的温湿度进行测试记录，对数据进行样本标准偏差分析来判断车间温湿度的稳定性；并计算平均值与设定值之间的相对偏差，进而分析温湿度的精度是否满足要求，具体记录数据和处理结果如表5所示。

根据表5可以得出：a）结合车间内温湿度执行标准，虽然两部空调系统调节区域的温度平均值都在执行标准25～31℃范围内，但大环境的相对湿度均没有达到70%～74%的要求；b）样本标准差越小，空调系统运行越稳定，综合4个参数的样本标准差可知14#空调系统整体运行更稳定，但对于以调节相对湿度为主的小环境而言，13#空调系统小环境运行更为稳定，而在测试日13#空调系统和14#空调系统耗电量分别为2 217.15 kW·h和2 580.74 kW·h，表明空调系统温湿度运行越稳定，耗电量越大，即系统运行的稳定是以能耗为代价；c）由平均值与设定值的相对偏差值可知，14#空调系统调节区域的温湿度比13#空调系统调节区域的温湿度更加接近设定值，并两部空调系统调节区域的温湿度除了14#空调系统小环境的相对湿度满足设定值要求，其他参数的偏差都大于可以接受的范围，说明系统的设定参数与实际运行参数之间存在差异，对空调系统的实际运行进行调节很有必要。

3.2风机、水泵频率数据分析

在测试日记录送风风机、回风风机和喷水室水泵的运行频率，通过研究频率变化趋势来分析空调系统是否具有节能潜力，具体测试参数如下表6所示。

结合上文中车间温湿度的分析，根据表6可知：a）不论室外条件如何变化，两部空调系统中大环境所处区域的相对湿度都不能满足执行标准φ=70%～74%和设定相對湿度φ=72%的要求，从而导致2#水泵运行频率一直为50 Hz，即一直满负荷运行，而14#空调系统中1#水泵存在经常停泵和启动的问题，同时大环境送风风机也一直在较高频率状态下运行，说明PLC自控系统和空调系统在实际运行中并没有合理结合，使自控系统的调节失去了一定的意义，没有真正达到节能，由此可见该空调系统存在较大节能潜力；b）结合测试日13#空调系统和14#空调系统的耗电量，相同的空调系统在相同的外界参数和室内设定参数条件下，两部空调系统实际运行情况并不完全相同，说明空调系统的耗电量与实际运行状态有很大关系，故空调系统的节能需要优化运行状态。

4.优化节能措施

空调系统的节能目前主要分为两个方面：一是空调系统设计中的节能；二是空调系统运行中的节能。根据上文中对空调系统调节区域温湿度的稳定性和风机水泵运行频率的分析，本文从以下三个方面提出优化节能措施。

a）在车间生产工艺要求的范围内，合理地设置空调系统车间室内参数。根据研究表明：空调能耗随室内设计温度和相对湿度升高而减小，其中温度平均每升高1℃，空调能耗减少5.3%，而相对湿度平均每上升10%，空调能耗减少5.8%。因此在工艺生产要求范围内合理升高车间设定温度，降低相对湿度可以达到减小能耗的效果。

b）优化PLC控制。一是优化控制策略，织布车间空调系统需要使用大热惯性，可以采用双级控制，即將温度传感器分别安装在车间和送风管中，借助控制方式使风道的温度变化快于室内温度变化，加速空调系统对温湿度波动的响应，降低PLC自控系统调节的滞后性；二是提高空调自控系统的控制精度，有利于维持车间生产环境的稳定性，从而保证生产质量。

c）提高空调系统运行管理人员的素质。一个设计再好的空调系统，如果管理维护不善，同样达不到真正节能，经研究表明日常运行管理维护在空调系统的节能中约占20%。纺织厂空调系统在实际运行过程中，经常会出现喷嘴及过滤网等设备由于长时间没清洗而堵塞的情况，造成不必要的浪费。究其原因，是运行管理人员节能意识欠缺、疏忽大意导致，因此应对空调运行管理人员加强培训以提高节能意识。

5.结论

a）通过对该织布车间空调系统的测试可知，在相同的外界条件和室内设定参数下，两部相同的空调系统的监测能耗分别为2 217.15 kW·h和2 580.74 kW·h，与估算能耗存在较大差异，说明该织布车间空调系统还有一定的节能潜力，而提高空调系统能源利用率的关键是对空调系统运行进行全面的了解，在此基础上对空调系统进行调整优化。

b）该织布车间采用的大小环境分区空调系统，但是除了14#空调系统的小环境与设定值的偏差为0.204%满足精度要求外，其他参数的偏差均不满足，表明该织布车间空调系统的大小环境温湿度耦合性，还需要进一步研究车间大小环境最佳温湿度设定值。

c）虽然该织布车间空调系统配有PLC自控系统，但在实际运行过程中并没有和空调系统合理结合起来，导致风机和水泵运行状态不佳，造成车间内温湿度不稳定。而空调PLC自控系统的节能潜力很大，需要与纺织厂空调系统运行管理人员一起，共同探讨最优控制调节方式。

d）纺织厂在进行能源使用审计的同时，也应对空调系统应进行定期测试和调试，找出系统运行存在的问题和节能潜力，使空调系统保持高效经济运行。