工艺厂房空调温湿度独立控制的节能问题探讨

王远巍，胡冬楠

摘 要：工艺厂房环境控制是为了给车间创造或提供一个符合工艺需求且健康的车间环境，将车间温度、湿度、空气流动速度、洁净度和空气品质都控制在一定范围内，因此采用的空调方案需满足节能、环保的要求。以宁波某工艺厂房空调节能改造为例，通过分析工艺厂房温湿度控制原理，结合项目的实际特点，为厂房提出合理的改造方案，以期为同类工艺厂房节能改造提供参考。

关键词：工艺厂房；温湿度独立控制；节能

中图分类号：TU831                                 文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2024）05-0106-03

0引言

工艺厂房环境控制的主要目标是为了给车间创造或提供一个符合工艺需求且健康的车间环境，将车间温度、湿度、空气流动速度、洁净度和空气品质都控制在一定范围内[1]。本文以宁波某工艺厂房空调节能改造为例，通过分析工艺厂房温湿度控制原理，结合项目的实际特点，为厂房提出合理的改造方案。

1工程概况

该厂房地块位于浙江省宁波市，建筑性质丙类工业建筑，2层。建筑高度10.550 m，建筑面积6 813.70㎡。

2空调冷热源设计

2.1 室外空调设计参数（宁波）

夏季：干球温度35.1℃，湿球温度28.0℃，通风温度31.9℃，风速2.6 m/s，主风向S。

冬季：干球温度-1.5℃，相对湿度79%，通风温度4.9℃，风速2.3 m/s，主风向N。

2.2 室内空调设计参数

室内空调设计参数如表1所示。

2.3 空调负荷计算

根据计算，厂房空调冷热负荷如下：空调夏季冷负荷为1 185 kW，冬季热负荷为524 kW。

2.4 空调冷热源设计

厂房采用风冷热泵作为空调冷热源。冷热源选用 2 台制冷量为 630 kW 的螺杆式风冷热泵机组，设置于屋面。空调供冷供回水温度为 7℃/12℃，供热供回水温度45℃/40℃。

3厂房空调系统运行现状及节能分析

厂房对于冬夏季均有温湿度要求，空调系统使用过程中，由于宁波地区梅雨季、台风天室外环境不利因素以及车间现场实际情况，业主反馈车间温度低、湿度高、能耗偏高的情况，基于此需对厂房进行空调系统的节能改造。

该工程空调系统采用一次回风全空气系统。空气处理机组的盘管在设计状态下对混合空气（回风+新风）进行降温、除湿处理后，按照设计的送风状态点（为“机组露点”）送入车间。在设计状态下， 机组露点的相对湿度一般可取 90%～95%，在此基础上可确定出空气处理机组的设计送风点[2]。

空调车间的热湿比ε如式（1）。

ε=（Qs+Qq）/W                                                       （1）

式中： Qs为车间显热负荷，单位是kW；Qq为车间潜热负荷，kW；W为车间湿负荷，单位是kg/s。

在夏季空调使用过程中，车间热湿比并不是固定不变的。以本案车间为例，车间的湿负荷主要为人员的散湿量（伴随产生了潜热负荷）。当车间人员不变化时，W和Qq也就稳定不变。而车间的显热负荷况会因室外气候、车间发热设备使用等因素发生较大变化，从而导致车间的热湿比ε在整个夏季空调过程中在较大范围变化[3]。如果在整个空调时段要实时满足车间的热湿平衡，就要求空调系统的送风状态点也必须同时改变，来满足车间不断变化的热湿比需求。

当以冷却除湿为基本原理的空气处理设备需要除湿时，必须将空气冷却降温到其露点温度之下。依据某一个设定工况来设计和制造的冷却盘管产品，处理空气后的送风点，在全年处理过程中是无法实时做到不同送风点需求。如果这时需要保证车间湿度处于符合工艺需求的水平，在不采取其他措施的情况下，就只有降低车间的室内温度，由此也就会带来车间温度偏低的情况发生[4]。

本案空调系统中以车间温度为主要控制参数。当室外温度不高但车间散湿量相对较大时，会导致车间相对湿度偏高。在梅雨季节经常出现的“阴冷”现象，就是此问题的明显反映之一。由此可知，采用冷却除湿方式的空调系统中，经过冷却除湿处理后的空气，送风温度较低。

为了满足除湿需求，表冷器的冷水供水温度采用 7℃。而若仅考虑排除余热的要求，同时考虑换热器选择过程中的经济性问题，那么冷水供水温度可以提高至 15～16℃左右。根据目前的冷水机组性能，蒸发器的趋近温差为 1～2℃。因而，当冷水供水温为15～16℃时，冷水机组的蒸发温度为 13～15℃；而对于常用的冷水供水温度为7℃的情况，冷水机组的蒸发温度则需降至 5～6℃，进而导致此时的车间温度偏低能耗偏高。

4厂房空调系统改造方案

针对上述分析，对厂房空调做出如下改造方案：方案一是在原有的空气处理器设备内增加再热系统。方案二是在原有的空调系统方案的基础上增设适量的除湿设备，实现温度与湿度分控。

4.1 再热方案分析

根据前面分析，为了同时达到车间温度和湿度的要求，对所处理的空气采用冷却后再提高送风温度的方式，再热方案空调处理原理如图1。

原空调系统是针对排除余热要求提出，方案一改造方案为余热、余湿同时具备实现车间温度、湿度参数的实时有效调控。

4.2 温湿度独立控制方案分析

现有的车间空调系统中，采用冷却除湿方式时，必须把空气温度降至其露点温度以下，因此需要低于被处理空气露点温度的冷源。而针对车间空气的降温处理时，只需要冷源的温度低于空气温度。由于车间空气温度远远高于其露点温度，因此降温所需要的冷源温度也就远远高于除湿所需要的冷源温度。

由此使得采用不同冷源品质应对不同的任务需求成为可能，这样不但有利于大幅降低制取空调冷源的能耗，而且还可以充分利用各设备的优势互补为空调区域降温与除湿提供更好的思路。现空调方案调整为温、湿度独立控制空调系统，正是依据这一客观规律，从满足不同需求出发，把对空气的除湿和降温区分开来，用不同的措施和不同的能源设备来应对。空调区的全部显热负荷与部分潜热负荷由原有空调工况及末端设备承担，空调区域内的部分散湿量用除湿机组经湿处理承担。

4.3 方案可行性分析

方案一能实现目前车间温、湿度达标的这个指标，弥补现有空调方案的车间温度低、湿度偏高，能耗偏大的缺点，但该方案按目前现状也有以下不足：①由于该方案是比较常规方案，会带来明显的冷、热抵消问题，存在显著的能量浪费问题。②所要求的冷水机组的工作温度范围比仅排除余热要求的工作范围大出了近 40%左右。冷水机组运行可能存在过载状态，将导致冷水机组的使用寿命缩短。③就原有空气处理器内的安装位置比较紧凑，施工时要进行停机拆除整个空气处理器箱体，并要更换箱体内的结水盘，由于箱体内空间有限且再热盘管安装条件不具备，只能安装电加热再热装置。而电加热能源转换效率低、能耗高且存在安全隐患。④在原有设备内增加器件会影响车间正常生产要求，改装施工周期较长。

相比于方案一，采用方案二有以下优势：①在车间内增设除湿设备，实现温度与湿度分控，辅助空调除湿并实现车间温度相对提升。弥补了空调机组因不断表冷除湿导致室内温度较低的缺陷，保证了车间内的湿度达标。②改造因地制宜、定位方便相对简单又快捷，节能运行可靠性高。

5温湿度独立控制实施方案

基于以上问题，针对本次车间湿度不达标的具体问题，经过各方沟通，并与使用单位一起通过实验得出的数据进行综合分析，一致认为方案二能够更好地实现对车间热湿环境的调控，并且具有较大的节能潜力。

根据任务分析，构成了温湿度独立控制系统的原理与特点：将控制车间温度和控制车间湿度分开，采用两套不同的系统分别实现对车间的温度控制和湿度控制。温湿度独立控制系统主要原理如图2所示。

温湿度独立控制系统主要包括温度控制系统和湿度控制系统两部分[5]。空气经过“空气处理机组”处理后的送风点达到了相应的需求后，由送风管直接送入车间内，直接实现对车间环境或人员活动区的温、湿度控制。末端设备通过冷媒交换送冷风与车间进行热交换，消除车间显热，实现车间温度的控制。

湿度控制系统主要包括制取干燥空气的除湿机组、直接配置于车间内区域送风直排。在保持车间送、排风量平衡的条件下，通过送入干燥空气排除车间余湿以实现对车间湿度的控制。采用冷冻除湿，原车间空调系统进行处理承担为车间排热、排湿的双重任务。空气处理机组的盘管对混合空气（回风+新风）进行降温、除湿处理后，按照设计的送风状态点（通常为“机器露点”）送入车间。以确保排热、排湿同时进行。

为此针对该项目的温湿度独立空调系统制定了其季节运行模式表，如表2所示。现该方案已投入实施，经车间使用现场反馈，湿度达标满足要求，且运行能耗得到了较好的改善。

6结束语

工艺性车间的空调系统在满足工艺要求的温度、湿度及洁净度的同时，需要兼顾其节能性要求。本文通过车间的工艺性空调节能改造实例分析，得出以下3点结论：①工艺厂房内的空调系统，当对温、湿度均有要求时，普通一次回风系统较难同时满足温湿度的需求，易造成室内温度较低，湿度较高的现象。②采用温湿度独立控制的工艺空调系统，比采用再热系统的空调系统避免了冷热抵消的现象，更利于节能。③采用温湿度独立控制的工艺空调系统，比冷冻除湿的常规空调系统能够更好地控制房间湿度和适应车间热湿比的变化。

参考文献

[1] GB 50736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] 陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3] 祁小波，程德威.组合式转轮除湿系统在生产工艺中的应用[J].建筑热能通风空调，2008（4）：91-95.

[4] 赵靖.大型公共建筑节能诊断与评价技术体系研究[D].天津：天津大学，2010.

[5] 常晟，魏庆芃，蔡宏武，等.空调系统节能优化运行与改造案例研究（2）：冷水系统[J].暖通空调，2010，40（8）：37-40，56.