淺析紡織廠大小環境空調系統與蒸發冷卻技術的關系

宋祥龍，黃 翔，衛 晨

（西安工程大學，陜西 西安710048）

隨著人們對工作環境的要求越來越高，以及國家節能減排政策的大趨勢，紡織車間大小環境空調系統應需而生。與此同時，蒸發冷卻空調技術由于其綠色、節能的獨特優勢，在工業生產中逐漸占有重要地位［1－2］。將兩種節能空調技術有機結合，探索新型的節能空調送風方式，對于空調能耗占總能耗20%左右的紡織企業而言，意義重大。

1 大小環境空調系統

1.1 產生背景

伴隨著噴氣織機等高速、高自動化機器設備的引進，紡織企業的生產效率得到大幅提升，但與此同時，由于噴氣織機的功率大，對車間溫濕度要求較高（t≤31℃，RH≥75），且運行需要消耗大量的干燥壓縮空氣，因此需要低溫高濕的送風。對于傳統全面送風方式而言，G＝Q／（iN－i0），將造成送風量大，能耗增加，空調規模龐大，設備投資、運行費用顯著增加，與此同時車間高濕環境使得操作人員極不舒適，極大影響健康和工作效率。為了降低能耗，改善工作和生產環境，提出紡織廠大小環境分區空調系統［3－5］。

1.2 大小環境空調系統概念

大小環境空調系統將整個車間分為織機局部工作的小環境以及工人活動、操作所處的大環境。由于工藝要求，小環境需要保持較高的相對濕度，一般不低于75%，而大環境為了滿足人體舒適度要求，需要營造較低的相對濕度（RH≤65%）。將局部小環境工藝送風與車間大環境普通送風分開進行的送風方式，稱為大小環境分區送風［6］。

1.3 空氣處理過程

大小環境空調系統可分為單露點式和雙露點式兩種。單露點是將空氣經同一個空調系統處理后，露點相同，將處理過的空氣再與不同比例的車間回風混合后分別送入大、小環境；雙露點是將大、小環境的送風分開，經兩組空調系統處理，露點不同，經處理的空氣達到各自的送風狀態點后送入大、小環境［7－9］。

2 蒸發冷卻技術在紡織廠的應用

2.1 直接蒸發冷卻

直接蒸發冷卻在紡織廠的應用存在多種形式，如普通噴水室、填料式噴水室、高壓噴霧等，各類形式均有自己的優勢與缺陷，如普通噴水室具有金屬耗量少，已實現標準化制作安裝，可進行減焓、降溫、減濕、增焓、升溫、加濕等多種空氣處理過程，但普通噴水室具有占地面積大的缺點；高壓噴霧加濕效率高，可大幅度節水節電，但其只能對空氣進行等焓加濕處理，且其特制的噴嘴對水質要求高，需經過嚴格的過濾及軟化；填料式噴水室將金屬填料與撞擊流噴嘴有機結合，大大提高了加濕效率，同時對空氣中的粉塵也具有較好的過濾洗滌功能，但由于填料特殊的結構，在含塵濃度較高的紡織廠，容易出現填料結垢、堵塞等問題，從而增大阻力，縮短使用壽命［10－11］。綜上所述，對于紡織行業，在空間允許的條件下，普通噴水室仍具有較好的適應性，自問世以來一直沿用至今。

2.2 間接蒸發冷卻

目前應用較多的間接蒸發冷卻有管式和板式兩種形式。板式間接蒸發冷卻器具有結構緊湊、換熱效率高等優點，但其流道狹窄，容易發生堵塞，造成換熱效率降低，流動阻力增大；管式間接蒸發冷卻器管外容易形成較穩定的水膜，且其流道較寬，不會出現流道堵塞現象，流動阻力小［12］。綜合對比，對于紡織廠而言，管式間接更為適用。

3 蒸發冷卻技術與大小環境空調系統的結合

目前，蒸發冷卻空調機組已有多種組合形式，并在實際的工程運用中發揮著節能、環保的作用［13］。將蒸發冷卻空調技術與紡織廠大小環境送風相結合，可以更進一步地實現紡織企業節能降耗的目標，意義深遠。

3.1 空調系統示意圖

一種蒸發冷卻與大小環境相結合的空調系統如圖1所示，該系統為雙露點送風系統。由于不同地區間氣象條件各不相同，該空調系統亦存在不同的功能段組合形式，例如對于我國西北地區具有豐富的干空氣能，采取直接蒸發冷卻的方式即可滿足送風要求，因此，此類地區無需設置管式間接蒸發冷卻段和機械制冷設備［14］。同樣，對于某一特定地區，亦可以根據一年中室外氣象參數的變化來調節新回風比例和啟閉部分功能段，從而選擇合理的空氣處理方式來達到送風要求。

3.2 氣候適應性分區

我國幅員遼闊，氣候多種多樣，且同一地區全年室外氣象參數時刻變化，因此對室外氣象條件進行分區，并根據不同的氣候區來選擇相應的空氣處理過程就顯得尤為必要。現將不同室外氣象參數在焓濕圖上進行簡要分區（見圖2），N1、O1代表小環境的設計狀態點和送風狀態點，N2、O2代表大環境的設計狀態點和送風狀態點，N為大小環境空氣混合后的回風狀態點［15］。針對每一分區，標注了夏季空調室外設計參數落入該區域的典型城市。

3.2.1 室外空氣狀態點在象限Ⅰ區，即hW＜h02，如烏魯木齊的夏季，此類地區無需設置管式間接段及機械制冷設備［16］。應充分利用室外空氣的干空氣能，采取室外新風與室內回風混合后經噴水室噴循環水處理，即可達到送風要求，空氣處理過程及焓濕圖如圖3（a）、圖3（b）所示：

圖3 Ⅰ區空氣處理過程及焓濕圖

3.2.2 室外氣象參數在象限Ⅱ區時，即h02≤hW≤h01，dW＜d02，如延安等地區的夏季，此類地區小環境空調無需設置管式間接段，且大、小環境空調均無需設置機械制冷。此時大環境應采用全新風，經管式間接等濕冷卻、噴水室噴循環水兩級處理，將空氣處理到送風狀態點；小環境則采用新回風按一定比例混合，經噴水室噴循環水等焓降溫處理到送風狀態點，空氣處理過程及焓濕圖如圖4（a）、圖4（b）所示：

圖4 Ⅱ區空氣處理過程及焓濕圖

3.2.3 室外空氣狀態點在象限Ⅲ區，即h01＜hW＜hN，此類地區亦無需機械制冷設備，大小環境均采取全新風，經管式間接等濕冷卻、噴水室噴循環水兩級處理后，送入各自空調區域。對于該象限部分地區，大環境送風經此過程處理后只能落在熱濕比線ε上的情況，可采取加大送風量的方法來保證大環境空調區處于設計范圍內，該象限空氣處理過程及焓濕圖如圖5（a）、圖5（b）所示：

圖5 Ⅲ區空氣處理過程及焓濕圖

3.2.4 室外空氣狀態點落在Ⅳ區（hW≥hN），例如西安、杭州、海口等中等濕度、潮濕地區的夏季，對于此類室外氣象條件，因室外空氣焓值大于車間回風焓值，為節約能源，小環境僅采用車間回風，經管式間接等濕冷卻、噴水室噴循環水兩級處理來滿足工藝送風；大環境因存在操作人員，采用最小新風量與車間回風混合，經管式間接預冷，噴水室噴冷凍水兩級處理來達到送風要求，其空氣處理過程及焓濕圖分別如圖6（a）、圖6（b）所示：

圖6 Ⅳ區空氣處理過程及焓濕圖

對于我國西北部干燥地區，當遇到場地空間的限制而無法使用噴水室時，在做好過濾情況下，可以采用蒸發式冷氣機直接蒸發冷卻形式來完成大小環境的空氣處理要求，從而大大節省占地空間，且布置方便靈活。

4 結束語

蒸發冷卻技術與紡織廠大小環境空調系統結合，根據室外氣象條件的不同可進行靈活多樣的組合方式。對于我國西北干旱地區，全年氣象參數均在象限Ⅰ區、Ⅱ區和Ⅲ區，此類地區蒸發冷卻可完全替換機械制冷設備；即便是中等濕度以及潮濕地區，雖夏季氣象參數落于Ⅳ區，但在春秋過渡季節時也可采用蒸發冷卻，盡量推遲機械制冷設備的開啟時間，并在夏季起到預冷作用，節能效果顯著，值得在紡織企業中推廣應用。

［1］周義德，楊瑞梁，等.紡織空調除塵節能技術［M］.北京：中國紡織出版社，2009.

［2］黃翔.空調工程［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［3］周義德，趙楠楠，楊瑞梁.織造車間應用大小環境分區空調的要點分析［J］.棉紡織技術，2010，38（3）：33—35.

［4］樊瑞，楊瑞梁，等.布機車間新型節能送風方式及CFD模擬［J］.節能技術，2008，26（3）：243—246.

［5］李帆，劉剛.兩種空調送風方式在織造車間運用的比較分析［J］.山東紡織科技，2005，46（4）：19—22.

［6］黃翔.現代織造廠空調系統述評［J］.通風除塵，1997，（1）：50—53.

［7］周義德，樊瑞，楊瑞梁.噴氣織機車間分區空調節能原理分析［J］.棉紡織技術，2008，36（10）：585—587.

［8］劉鵬輝.織造車間空調大小環境送風的節能原理及應用［J］.紡織空調除塵，2009，（1）：7—10.

［9］吳杲，周義德，等.高濕環境雙露點送風加濕研究［J］.暖通空調，2008，38（10）：70—73.

［10］黃翔，孫鐵柱，汪超.蒸發冷卻空調技術的詮釋（1）［J］.制冷與空調，2012，12（2）：1—6.

［11］黃翔，孫鐵柱，汪超.蒸發冷卻空調技術的詮釋（2）［J］.制冷與空調，2012，12（3）：9—14.

［12］黃翔，孫鐵柱，汪超.蒸發冷卻空調技術的詮釋（3）［J］.制冷與空調，2012，12（4）：1—3.

［13］黃翔，白延斌，汪超，等.蒸發冷卻技術在紡織空調改造中的應用［J］.棉紡織技術，2012，40（6）：11—14.

［14］張彥.露點間接蒸發冷卻技術在紡織廠的應用［J］.山東紡織科技，2011，52（2）：33—35.

［15］卞克玉.淺談紡織廠空調系統節能降耗的措施與方法［J］.山東紡織科技，2008，49（5）：24—26.

［16］張飛躍.水蓄冷空調系統在紡織廠的應用［J］.山東紡織科技，2011，52（2）：44—47.