南方地区工业恒温恒湿车间的节能改造设计与实现

朱柱锦

摘要：为了提高工业产品的精度等性能指标，工业产品常采用恒温恒湿车间进行生产，恒温恒湿风柜的加热器目前大部分采用电热丝加热原理，不符合节能要求。为此，设计了一种恒温恒湿风柜节能改造方案，该方案利用空调机组的压缩机余热作为热源取代电热丝加热，可有效实现设备的整体节能，提高企业的能源利用效率。

关键词：恒温恒湿;余热回收;节能

0 引言

随着我国社会经济的不断发展，工业产品的精度等性能指标要求随之提高，工业生产对环境的温度、湿度等要求也相应提高。鉴于此，恒温恒湿风柜被广泛应用于医药、线路板、电镀、纺织等行业生产车间中，为其生产提供稳定可靠的温度及湿度控制环境。恒温恒湿风柜采用表冷器、加热器、加湿器等模块实现系统的新风和回风混合后，使其温度及湿度达到要求的控制数值。传统的加热器一般采用电热丝加热原理，从企业总体能量流向来看，额外的电加热能源消耗不符合目前的节能要求，为此，本文设计了一种恒温恒湿风柜的节能改造方案，利用空调机组的压缩机余热作为热源取代电热丝加热，大大节省了加热环节的能源消耗，达到节能目的。

1 工业恒温恒湿风柜简介

工业恒温恒湿风柜是一种使生产车间的温度和湿度达到生产环境规定指标的设备，其主要由表冷器、加热器、加湿器实现温度及湿度控制。在夏季，该设备先通过表冷器将系统回风和新风的温度降到空气露点温度以下，除去空气中一定的水分，再通过加热器对空气进行升温;在冬季，该设备先通过加热器将系统回风和新风的温度升高，再通过加湿器对空气进行加湿，使车间的温度及湿度达到设定值。

2 工业恒温恒湿风柜的构成

工业恒温恒湿风柜主要由表冷器、电加热器、加湿器、风机、温度传感器、湿度传感器、中央控制器等功能模块构成，其系统结构如图1所示。

3 工业恒温恒湿风柜系统工作原理

工业恒温恒湿风柜系统通过温度传感器和湿度传感器将生产车间的温度、湿度数据采集到中央控制器中并进行分析。当空气温度高于設定值时，工业恒温恒湿风柜系统启动空调机组进行制冷，通过表冷器将系统回风和新风混合后空气的温度降到露点温度以下，除去空气中一定比例的水分，同时降低其温度，再通过加热器对空气进行升温，同时可再降低其湿度，使空气温度和湿度达到设定值;当空气温度低于设定值时，工业恒温恒湿风柜系统先通过加热器将系统回风和新风混合后空气的温度升高，再通过加湿器对空气进行加湿。整个控制过程由恒温恒湿车间里的温度传感器及湿度传感器实时采集环境的温湿度，通过中央控制器进行闭环控制，然后对表冷器的冷媒流量、加热器输出功率、加湿器输出功率进行闭环控制，使车间的温度及湿度时刻都能达到设定值，满足工业车间的生产环境要求。

4 南方地区工业恒温恒湿风柜的节能改造分析

南方地区夏季时间长，空气相对湿度大，工业恒温恒湿风柜大部分时间需启动空调机组进行除湿，再通过电加热器进行升温。空调机组压缩机一方面产生冷量供表冷器对空气降温、降湿，另一方面产生大量的热量排到室外。本文在工业恒温恒湿风柜中设计增加了一个余热回收装置，将热量回收到恒温恒湿风柜中的加热位置，取代电加热器加热，达到节能目的。

5 工业恒温恒湿风柜节能改造原理及系统构成

本文根据工业恒温恒湿风柜系统的工作原理及特点，在空调机组的散热端增加余热回收装置，利用换热装置，将压缩机的热量与水进行交换，产生50～70 ℃热水，热水将热量送到风柜里面，节省电加热器的电力消耗，在室外空气温、湿度较高的情况下，空调机组产生的余热足够提供加热环节所需要的热量，甚至还有盈余，此时余热回收装置可完全取代电加热器。中央控制器根据风柜的加热环节所需要的热量，对余热回收装置的热水流量进行控制，在回收余热不足的情况下，启动控制电加热器，保证恒温恒湿风柜的正常运行。改造后的工业恒温恒湿风柜系统构成如图2所示。

6 节能改造项目实例

某电路板厂有1台120 P中央空调机组，压缩机功率为80 kW，该中央空调机组除了作为生产车间的中央空调外，同时也为钻孔机提供冷冻水对设备进行冷却，常年开机使用。该厂有2台恒温恒湿风柜，风柜原来的加热段采用电热丝加热方式，每台风柜电加热功率为110 kW。根据该电路板厂中央空调机组及恒温恒湿风柜的历史运行参数，中央空调全年平均负荷率约为80%，恒温恒湿风柜的电加热器间歇性加热，全年平均加载率约为40%，则2台风柜年平均有效加热功率约为88 kW。中央空调机组压缩机功率为80 kW，空调机组全年平均COP（能效比）以5进行计算，按照目前空调机组压缩机的成熟余热回收技术，余热回收效率可达30%以上，则该空调机组余热回收功率为80 kW×80%×5×30%=96 kW，即该电路板厂空调机组回收的余热可满足其恒温恒湿风柜的热量需求。工业恒温恒湿风柜项目改造实物图如图3所示。

7 结语

该电路板厂年工作天数约为320 d，每天平均工作时间为20 h，则恒温恒湿风柜原来电加热段耗电量约为88 kW×20 h×320 d≈56万kWh。该项目采用中央空调余热替代风柜电加热器热能的改造方案，改造后的恒温恒湿风柜电加热段热量可全部由中央空调压缩机余热提供，则项目年节电量约为56万kWh，即项目年节能量约为56万kWh×1.229≈68.8 t标准煤（当量值）。该恒温恒湿风柜节能改造项目投资回收期约为11个月，是一个非常优质的节能技术改造项目，具有良好的推广与应用价值。

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