溫濕度分控在卷煙廠空調系統的節能應用

徐明 胡劍波

浙江中煙工業有限責任公司寧波卷煙廠

溫濕度分控在卷煙廠空調系統的節能應用

徐明 胡劍波

浙江中煙工業有限責任公司寧波卷煙廠

針對寧波卷煙廠嘴棒成型車間傳統熱濕聯合處理空調系統存在的問題，采用新型溫濕分控空調系統對其進行節能改造，并提出最佳新風量控制及新風冷凝節能技術等理念。通過對改造后項目的實際測量和經濟分析，該改造項目在制冷季節可以實現節能達到30%的改造目標，對相應沿海工業企業具有較大的推廣價值。

卷煙廠 節能改造 溫濕分控 新風除濕

0 引言

隨著能源形勢的嚴峻，煙草行業對能源消耗的標準也逐步提高。在煙廠總能耗中，空調系統能耗不容忽視[1]。以2012年寧波卷煙廠能源消耗為例，空調系統全年耗電量占比達27%，耗蒸汽量占比高達63%，而在夏季高溫季節，綜合能耗比例達到近50%。降低空調系統能耗特別是夏季能耗，對實現卷煙廠節能減排的總體目標具有重要意義。

南部沿海地區空氣濕度大，特別在夏季高溫高濕的梅雨季節，而煙廠嘴棒成型生產區域又存在散熱量大、排風量大、散濕量小等一系列特點，使得傳統的熱濕聯合處理方式存在其不合理性[2]。目前在國內推出的新型節能空調系統——基于雙溫冷源的溫濕分控空調系統[3～4]，可使制冷空調系統整體節能25%～30%，并已成功應用于醫院手術部及制藥、電子等行業，取得40%以上的節能效果。通過雙溫空調系統對現有空調系統進行改造，是嘴棒成型生產區域空調節能技術改造的新思路。但是由于不同地區、不同區域的氣候和環境條件差異較大，新風的最佳高效控制、溫濕度獨立控制系統的節能效果與運行成本都存在著較大差別，本項目針對沿海地區的煙廠嘴棒生產區域，在這一特定環境條件下，分析溫濕度獨立控制系統在這一區域的運行性能及節能運行模式和效果，并確定新風的最佳控制點，為該空調系統在該地區、區域應用提供理論支持和實踐經驗。

1 改造方案

由于濾棒成型發熱量較大，系統設置有專門的排熱裝置，該區域空調系統必須相應加大新風比例以維持區域空調的風量平衡，而加大新風比例勢必會加重系統的除濕負荷。目前普遍采用冷卻冷凝除濕的方式，即將空調系統的冷凍水降到7℃左右低溫。這一方面限制了制冷機組能效COP的進一步提高，另一方面，在冷卻除濕過程中，占總負荷約2/3的顯熱負荷用低溫冷凍水帶走，造成高品位能源的浪費。同時，系統中經過冷凝除濕后的空氣，雖然濕度滿足要求，但仍存在送風溫差太大、溫度過低、區域溫度不均勻、結水嚴重等問題，為達到工藝要求，必須將溫度過低的空氣進行再熱后送入空調區域，進一步加劇了能源的浪費。因此，現有空調系統的熱濕聯合處理方式存在很大的節能改造潛力。

針對現有系統存在的問題，提出以下改造思路：對新風和回風進行獨立控制，減少新風帶來的熱濕負荷；新風盡量采用低溫除濕，原空調箱末端中的表冷器盡量采用溫度相對較高冷凍水，以提高中央制冷機的制冷效率，并確定最佳新風配比。

1.1 系統改造方案

空調系統改造方案如圖1所示，采用基于現有冷源的新風溫濕分控制空調系統，對現有冷水系統及表冷器進行改造，在空調機組中增加除濕盤管或在現有新風管道上增設新風除濕功能段，并把冷凝下來的冷凝水利用其自身重力進行噴灑至新風入口，噴灑的冷凝水再一次同新風進行熱交換，充分利用其冷量。如圖2所示，經表冷盤管1所產生的冷凝水通過2、3、4、5噴灑形成細小顆粒與新風氣流混合，從而把冷凝水的冷量釋放降低新風氣流的溫度。再經過擋水器7把混合在氣流中的水分分離達到節能減排的目的，分離出來的水分再經過排水口排至地溝。

圖1 空調機組功能段改造示意圖

在改造后的系統中，新風處理段或新風處理柜按系統最小新風量設計，不另增設風機；新風段冷水盤管的設計能力，應可承擔全部新風負荷及全部室內濕負荷。空調機組完全按原來的單風機方案設置，各功能段均不變；空調機組內的冷水盤管只承擔降溫功能，其設計進風工況為經過除濕處理后的新風與室內回風的混風狀態，其出風工況為該系統的設計送風工況。改造后的溫濕分控空調方案的處理流程及系統改造前后的空氣處理過程分別如圖3、4所示。

圖2 空調新風系統改造示意圖

圖3 溫濕分控空調系統的空氣處理流程

圖4 系統改造前后的夏季空氣處理過程

在過渡季及冬季，通過旁通風閥切換，新風可直接進入機組，不再經過新風段內的冷水盤管；改造完成后，空調機組內現有表冷器只作降溫用，不再承擔除濕功能，空調系統夏季不需要再熱投入。與改造前相比，系統在節省100%再熱能耗的同時，在設計工況下還可以節省接近30%的耗冷量。

該節能改造方案不僅可以徹底解決夏季冷熱相抵的不合理現象，大量節省夏季再熱量和制冷量，還可以利用新風冷凝下來的冷凝水對新風進行預冷，進一步降低冷凍水消耗。同時，該方案能夠實現溫濕度的完全獨立控制，使得控制邏輯更為簡單，控制精度大為提高。該方案需要對現有空調自動控制系統進行相應的調整，但不需要增加控制點數，不需要更換控制器。在自控系統配合下，改造后的空調系統可以采用變水溫運行，使冷源制冷效率提高15%左右。由于改造過程不影響過渡季變新風或全新風運行，不需要對空調機組和空調機房以外的設備及設施作任何改動，因此可將整個工程化整為零分步進行，不必要因大規模改造影響生產，具有實際可行性。

1.2 最佳新風量的確定

在夏季高溫高濕季節，對嘴棒成型生產區域，由于其相鄰區域的濕度控制值相對較高，在其與相鄰空調區域接壤的部分會有水分滲入，進而影響該生產區域的空氣濕度。若采用熱濕聯合處理空調系統，只要滿足最小新風量（實際運行中新風量為10%，即2.4 m3/h左右）則其相鄰空調區域的影響就可以被消除，使得該區域保持在一定溫、濕度控制范圍內。若采用新風濕度的獨立控制，單獨采取最小新風量進行控制就會由于除濕量不足而造成濕度控制超差，失去溫濕獨立控制的目的，反之若無限制地提高新風量則會造成能源過度浪費，因而提出最佳新風量的概念。

寧波卷煙廠嘴棒生產區域有2臺空調處理機，單機處理風量為12.06萬m3/h，工藝排風量為2萬m3/h。該區域與其它區域接壤的面積共計83m2，其中與輔料進口處接壤部分為21.8m2，與卷接車間的通道接壤部分為31.8m2，與封箱及卷接車間接壤部分為22.3m2，與煙箱輸送出口接壤部分為7.1m2。為防止其它區域的濕度滲透到嘴棒生產區域，設計該空調區域為正壓。一般空調正壓值為5Pa，按風速=4.04×動壓1/2計算此時的向外排風風速在2.8 m/s左右，新風量大大超過預計，為此不斷調整新風量來測算向外排風速度，在向外排風速度控制在2.2～3.2m/min時，最佳新風量為3.1～3.6萬m3/h就能滿足要求。即向外排風量為：單位面積×排風速度=單位時間的排風量，由此計算得：83m2×2.2～3.2m/min×60min/h=10956～15936m3/h≈1.1～1.6m3/h。

工藝排風量為 2萬 m3/h，則實際排風量為1.1～1.6m3/h+2萬m3/h=3.1～3.6m3/h。

在實際運行測試中，取最佳新風量為每臺1.8萬m3/h，兩臺共計3.6萬m3/h。

2 技術經濟分析

2.1 夏季運行費用分析

以嘴棒成型區域一個設計總送風量為12萬m3/h，總新風量為3萬m3/h的空調系統為例，對兩種方案的夏季工況耗能情況進行對比分析，如表1。

表1 兩種方案夏季工況耗能情況對比

從表1數據可知，采用溫濕分控方案可節省夏季運行費用28.97萬元，具有顯著的經濟效果。

2.2 改造成本分析

改造一臺單機風量為12萬m3/h的嘴棒成型區域空調，其成本分析如表2所示。

表2 單臺空調改造成本

根據表2分析，該項目投資回收期不用一個夏季就能收回全部投資，經濟效益非常可觀。

2.3 節能效果統計

記錄設備改造后的機組能耗的實測驗證綜合三天的測試數據，節能效果統計如表3。

表3 節能效果統計

依據表3數據分析，常規溫濕聯控模式時總能耗為627kW，溫濕分控模式時總能耗為394kW，節能效果為37.1%。

2.4 社會效益分析

改造嘴棒成型區域的2臺單機處理風量為12萬m3/h的空調處理設備可得到的社會效益如表4所示。

表4 社會效益統計

根據表4數據可知，項目實施后，各項指標節約效果明顯，為節能減排起到示范帶頭作用，社會效益十分顯著。

3 結論

該改造項目有效降低了嘴棒成型區域空調系統的能源消耗，實現制冷季節平均節能達到30%的改造目標，對實現企業節能減排目標，減少碳排放具有重要意義。該改造方案可直接投用于沿海煙廠的嘴棒成型區域空調領域，對具有高溫、高濕環境條件、有排風要求的、有嚴格的溫濕度要求的沿海工業企業的空調節能具有較大的推廣價值，對具體行業需要進行溫、濕度控制的中央空調企業也具有一定參考應用和借鑒意義。

[1]張小芬,宋高舉,李先庭,等.卷煙廠空調系統全年負荷特性與理想熱濕處理系統分析[J].建筑科學,2012,(4):69-73

[2]張小芬,郜義軍,李先庭,等.卷煙廠空調系統及節能研究現狀[J].暖通空調,2011,41(11):107-110

[3]同方人工環境有限公司.雙冷源溫濕分控節能空調系統[J].建筑科學,2010,(10):362-364

[4]劉曉華,江億.溫濕度獨立控制空調系統[M].北京:中國建筑工業出版社,2005

Ene rgy Sa ving Applic a tion of Inde pe nde ntTe m pe ra ture a nd Hum idity Control Te c hnology Applie d in Toba c c o HVAC Sys te m

XU Ming,HU Jian-bo
Ningbo Cigarette Factory of China Tobacco Zhejiang Industrial Co.,Ltd.

Based on the problems existing in the dependent temperature and humidity control air-conditioning system used in the tip forming workshop in Ningbo Cigarette Factory,a novel independent temperature and humidity control air-conditioning system was used as energy saving technology,and the ideas of optimum fresh air quantity and fresh air condensation energy-saving technology were proposed.According to the measurement and analysis of the improved system,the aim of the reforming project that the energy saving up to 30%can be achieved.This reforming project has promoting values for coastal industrial factories.

cigarette factory,energy saving reformation,independent temperature and humidity control,fresh air dehumidify

1003-0344（2015）02-087-4

2014-2-1

徐明（1960～），男，大學，工程師；浙江省寧波市曙光路109號寧波卷煙廠工裝科（315040）；0574-87056842；E-mail:twtming@163.com