机械工厂空调热回收技术应用研究

刘俊伟

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

空调系统节能越来越引起人们重视，对于空调系统的节能措施也越来越多，但针对不同的地区、建筑物特征、生产工艺特点等所选用的方法不尽相同。对节能研究不仅要从建筑环境方面入手，更要考虑依据不同地区的气候条件进行深入分析，本文主要根据工程实例从不同地区机械工厂的空调热回收系统进行节能探讨，涵盖内容有限，但不乏代表性，望能达到抛砖引玉之效果。

1 工艺及建筑特征

机械工厂的工作制度大多为每周工作5天，全年250天，每天2班，每班8小时工作时间，年时基数3810小时。劳动强度中等，除铸造、锻压等属于热工艺生产，其他属于冷加工为主的生产工艺。在机械工厂各车间内空调系统、送排风系统既要满足整个生产线的需要，也为人员提供舒适性条件，本文所探讨的节能措施主要从热回收利用方面考虑。机械工厂的各生产车间一般均采用单层结构以满足工艺需要，大多以钢结构为主。为达到保温、隔热效果，围护结构传热系数一般不大于1.0W/(m2·k)，内墙多采用240厚混凝土多孔砖、轻钢龙骨双面纸面石膏板、成品玻璃隔断等作为功能性隔断。由于机械工厂各车间面积、层高一般较大，需要大量补充新风以改善车间空气品质，因此新风能耗较大，而建筑物本身的能耗基本可以忽略不计。

2 机械工厂空调系统耗能现状

机械工厂的空调分为两大部分，一部分是为满足车间大环境正压(或负压)要求的车间舒适性空调（下称车间空调），一部分是为满足工艺设备温、湿度、洁净度要求的工艺空调。本文仅对车间空调进行讨论。对于正压(或负压)要求，没有统一规定，而只是泛泛的给出相对于室外环境高出5～10Pa的标准，一般设计人员仅仅根据房间正压与换气次数的关系作为送风量的一个决定因素，再根据工艺设备及辅助房间的排风量，简单的加减计算出总送风量，使车间空调选型过大，消耗大量电能。对室外新风处理所需冷、热量巨大，且由于机械工厂生产特点，很多车间大多采用全新风系统，能源消耗更大。另为保持车间内风平衡，还需要设置排风系统将室内空气有组织的排出室外，而排出的空气与室内环境基本一致，造成很大的能源浪费，例如，在北方严寒、寒冷地区冬季排风温度约为18℃(考虑高大厂房温度梯度，且排风一般为顶部排风)，而室外气温为零下5～20℃，温差很大，有热回收的空间；而在南方冬暖夏热地区夏季排风温度约为26℃，而室外气温为33℃以上，且室外空气湿度大，潜热大，也有相当的热回收空间。因此对空调系统采用热回收装置的节能措施在我国很多地区可以应用。本文主要介绍成都地区某涂装车间转轮热回收系统的应用实例。

3 转轮式热回收器

转轮蓄热芯体由铝箔制成。以黏结形式的波纹通过一平直铝箔在上部相互黏结包装在一起。通过此方式，根据波纹高度，气流通道就被制成不同尺寸，其形状就是用来度量效率同时不同的压力降与应用。在全效率时转轮以10转每分钟转动。通过减少转动，可以减少传递。设计中采用卧式空调机组，转轮设置于空调机组内，横跨送风通道和排风通道，在新风段设置初中效过滤器，排风段设置中效过滤器。主要过滤空气中的灰尘、颗粒、少量漆雾等，保证转轮正常运转。转轮热回收器可以用压缩空气、水、蒸汽和特殊清洁剂进行清洗。

4 转轮式热回收器选型及计算

4.1 转轮式热回收器的选择要点

根据转轮品牌不同，其热回收效率曲线不同。选择转轮时一般保持迎面风速2～3m/s。转轮的效率随着转轮转速的升高而升高，但当转速大于10r/min后，其效率几乎没有变化。选择转轮转速一般10r/min为宜。转轮单位体积的换热表面积，称为比表面积。比表面积越大，热回收效率越高，但随着比表面积增大，空气流过转轮时的阻力也增大，一般为2800～3000㎡/m³为宜。新风量和排风量宜相等，过渡季节热回收器不运行的系统，可设置旁通风管，以减少送风阻力，降低风机运行能耗。转轮的空气入口处，宜设置空气过滤器。在严寒和寒冷地区应用时，必须考虑防冻措施。转轮长期不工作时，应每间隔一段时间自动启动做短暂运行。

4.2 转轮式热回收器的计算

根据工程实例计算，该工程位于成都地区，成都属亚热带湿润季风气候区，气候温和、四季分明、无霜期长、雨量充沛、日照较少。多年年平均气温为16.2℃，年最高气温为37.3℃，年极端最低气温为-5.9℃，最热月出现在7～8月，月平均气温为25.4和25.0℃，最冷月出现在1月，月平均气温为5.6℃。

4.2.1 焓转轮式热回收器热回收计算

在上述气候条件下应用焓转轮式热回收器,统计结果分别见表1～4。

表1 夏季运行工况

表2 夏季热回收计算结果

表3 冬季运行工况

表4 冬季热回收计算结果

4.2.2 高效吸湿转轮式热回收器热回收计算

在上述气候条件下应用高效吸湿转轮式热回收器，分别见表5～8所示。

表5 夏季运行工况

5 结语

由于我国的气候特点自北向南，由西向东气温呈上升趋势，空气中含湿量逐渐加大，不同地区的气候特点决定转轮热回收器选型时不能只片面关注全热效率，更应根据地区的不同，选用经济合适的转轮热回收器。由上述理论分析及数据计算，采用焓转轮的情况下，显热效率远远大于潜热效率，而高效吸湿转轮的显热效率和潜热效率相差不大。

表6 夏季热回收计算结果

表7 冬季运行工况

表8 冬季热回收计算结果

例如，东北地区，属严寒型气候特征，夏季平均气温低，使用空调降温的时间短，而冬季寒冷，平均气温极低，冬季采暖季长，采用显热效率高的焓转轮能够更有效的回收热量，更能减少由于冬季严寒造成转轮结冰风险，延长转轮使用寿命，更具实用性、经济性。而长江以南地区，新风中潜热负荷占全热负荷的70%以上，显热负荷很小，如果只回收显热，即使显热效率达到90%以上，全热效率也不到30%，因此选型时要采用全热回收，尤其要强调潜热回收。

在机械工厂节能的问题上，已有大量的研究成果，但大多都很粗放，不能精益的细微分析研究机械工厂节能措施。本文主要目的将本专业精益化设计思路应用于机械工厂中，根据机械工厂的生产车间特点将设计、计算、选型细节着重突出。既要能满足节能需要，又能节约投资，以期短时间内将节能成本回收。