烘干车间直接蒸发冷却通风方式的运用

李跃文

云南能投艺科工程设计有限公司

1 项目概况

怒江州福贡县是全国“三区三州”脱贫攻坚的主战场之一。怒江大峡谷农副产品加工交易中心是云南能投集团在怒江州第一个落地的产业扶贫、产业升级示范项目，项目位于福贡县石月亮乡的省道旁。项目规划用地面积17474.91 m2，总建筑面积11461.25 m2，建设内容包括鲜果收储中心、加工厂房、农副产品交易中心等。

项目以鲜草果烘干加工为核心，综合开发草果系列产品，并覆盖竹叶菜、木耳、羊肚菌等当地特色农产品。该项目由本公司以设计牵头的EPC 模式实施并于2017 年12 月达产并顺利通过整体验收。

加工中心共四层，生产线布置于一层，层高6.3 m，车间面积约700 m2。加工厂房生产线工艺流程如图1。

图1 工艺流程图

2 暖通专业设计基础资料

2.1 福贡县气象资料

《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2015 及北京有色冶金设计研究总院主编的《暖通空调气象资料集》（增编一稿）均无福贡县气象资料。故按《云南省民用建筑节能设计标准》DB53/T-39-2012 建筑热工分区类同（温和中区）且就近的贡山县气象资料代替，详表1。

表1 福贡县气象资料

2.2 生产线基础数据收集及复核

生产线采用闭式热回收热泵烘干工艺，烘干工段原理如图2。

图2 闭式热回收热泵烘干工艺原理

生产线烘干+冷却工段总配电功率750 kW，该加工车间产品烘干+冷却工段产生的余热，其中烘干余热为设备壁面向车间散发的辐射热及对流传热，冷却工段为烘干后的产品经强制通风冷却至室温。物料烘干散热、散湿通过厂家排湿设备直接排除室外。经与生产线制造厂家收集资料和对采用同类设备的厂家空调配置参数，烘干及冷却工段总散热量约100 kW左右。

烘干设备三组，同时工作，烘干热泵压缩机及其他动力传输设备电机设置于车间内。工艺设备散热量计算按Q=1000×n1×n2×n3×n4×S×N/η，电动机的额定功率按总配电功率N 取750 kW，设备空量利用系数（安装系数）n1取0.7，同时使用系数n2取0.8，负荷系数n3取0.9，排风带走热量的系数n4取0.2，蓄热系数三班倒S 取0.95，电动机效率η 取0.85，计算工艺设备散热量Q=84.7 kW。冷却工段物料初始温度40～50 ℃，通过局部排风罩排出室外。该部分物料散热按厂家资料，约30 kW，合计发热量114.7 kW。

生产线位于建筑内区，短时操作人员5 人，围护结构冷负荷按GB50019-2015 有关要求可以不计入。操作人员少，且为轻劳动，工程计算忽略不计。因项目建设为设计牵头的EPC 模式，综合考虑技术合理性和经济性，按工艺设备发热量的10%裕量考虑，即130 kW（显热）。

3 加工车间暖通空调系统设计

3.1 室内通风设计标准

室内通风设计标准如表2 所示：

表2 室内通风设计标准

3.2 通风设计

3.2.1 通风技术方案选择

根据生产线主要向室内散发余热，基本无余湿散发的特点，结合车间发热量较大的实际和蒸发式冷却技术的适用范围（表3），同时考虑技术经济的合理性，技术方案不考虑空调设施，在传统机械通风和直接蒸发式通风方案中选择，再考虑直接蒸发式通风机设备“等焓加湿”的空气处理特性，为降低通风量及降低通风系统管道尺寸及造价，选择采用直接蒸发式的通风方案。

表3 适宜或适用蒸发冷却空调的范围

3.2.2 通风系统风量计算

按《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2015 的基本规定和参考《蒸发式冷气机安装与使用要求》JB/T 12322-2015 的要求进行有关计算。

直接蒸发冷气机出风口温度按下式计算：

式中：t0为冷气机降温处理后出风口温度，℃；twg为室外空气空调干球温度，℃；tws为室外空气空调湿球温度，℃；η 为冷气机蒸发效率，%，宜取65%～85%，本项目参考厂家样本取85%。

经计算，直接蒸发冷气机出风口温度t0=22.4 ℃。

排除室内余热全面通风送风量计算：

式中：L 为通风换气量，m3/h；Q 为室内显热发热量，W；tp为室内排风设计温度，℃；ts为送风温度，℃。

经计算，送风量L=40183 m3/h。综合设备样本，选择处理风量45000 m3/h，蒸发效率不小于85%的设备。通风系统排风量按维持室内微正压设计，略。

加工车间通风平面图如图3。

图3 加工车间通风平面图

3.3 效果

项目建成后，在试运行阶段，经实测，加工车间室内温度人员活动区域31～33 ℃，顶棚排风口出排风温度约36～42 ℃，排风温度较高，人员舒适度反映较热，经检查车间工艺设备，发现烘箱漏风点较多，同时设备自带的排湿管道外表面未做保温处理，散热较大，经对漏风点进行密封处理，排湿管道进行保温处理后进行实测，加工车间室内温度人员活动区域26～28 ℃，顶棚排风口出排风温度约30～33 ℃，基本达到设计的要求。

4 与传统机械送风系统的对比

若采用传统机械通风系统时，在负荷条件相同的前提下，全面通风送风量计算为55108 m3/h，与采用直接蒸发冷却系统设备相比，理论送风风量及送风管道截面增加31.4%。表4 为直接蒸发冷却通风与机械通风量及有效功率对比。

表4 机械通风量及有效功率对比表

理论计算风机有效功率（Ny=LP/3600×η0×η1），在计算全面通风量条件下，为简化考虑，以风机全压及效率相同来考虑，采用直接蒸发冷却通风设备的有效功率为采用传统机械通风设备的73%，可见送风系统的节能意义较明显。

实际对于按两种不同通风系统风量设计的通风管道，若考虑风机余压的不同，节能的效益将略大于理论计算值。

对本项目，因室外空气经直接蒸发冷却设备处理后，冷风机出风温度低于室外通风温度约2.6℃，室内人员的主观舒适度可得到一定的提高。同时室外空气经过直接蒸发冷却设备填料时可过滤一定的微细颗粒和增加送风的含湿量，降低了送入室内的空气含尘量和适当提高室内的相对湿度，提高了送风的品质。

表5 为直接蒸发冷却通风与机械通风设备选型方案对比，其中，风机内效率η0取0.75，机械效率（三角皮带传动）η1取0.9。

表5 机械通风设备选型方案对比

最后，结合风机设备样本资料进行对比分析。

1）采用直接蒸发冷却通风设备送风量约为传统机械通风设备送风量的80.4%，理论上通风管道材料使用量也减少，有利于降低通风管道及配件的初投资。

2）从机械送风机设备配电功率分析，直接蒸发冷却通风设备能耗约为传统机械通风设备能耗的54.5%，节能效益较大。

3）在散发余热为主的车间，当两种系统送风量基本相同时，对于采用直接蒸发冷却设备能更好地满足室内通风换气的要求及获得较传统机械通风系统好的室内舒适度。

5 结论

1）云南省大部分区域为温和地区，温和地区面积约占国土面积的86%，根据有关规范编列的地区室外气象参数数据，云南省大部分地区均属于蒸发冷却技术适用和可用的区域，具有较大的地域适用性。

2）对于温和地区在采用机械通风系统时应因时、因地制宜地采用直接蒸发冷却通风系统，可比传统机械通风系统获得较好的节能性、经济性、舒适性。

3）采用直接蒸发式通风设备应重点关注当地室外空调干球温度与湿球温度差，温度差越大，经直接蒸发冷却设备处理后的出风温度越低，设备的适用性越强，对比传统机械通风系统所能获得的效益越大。

4）直接蒸发式通风设备特别适宜对噪声要求不敏感的工业厂房和以散发余热为主的生产车间。