紡織空調雙噴淋室應用及節能分析

韓 淼 丁兆強 周義德

(1.河南省城鄉建筑設計院有限公司，河南鄭州，450006；2.中原工學院，河南鄭州，450007)

隨著紡織企業結構調整，車間裝機規模逐步擴大，車間需要的降溫冷負荷越來越多，鑒于生產成本和環境保護的要求，企業能夠提供的降溫冷源十分有限，致使紡織車間溫度逐年升高，最高可達36 ℃以上[1]，嚴重影響車間生產效率和工人勞動條件，設備生產效率下降，事故頻發，甚至造成人員中暑事件。如何在現有的條件下，挖掘空調設備潛力，降低車間溫度是改善勞動條件、提高生產效率的主要任務。本文針對目前國內多數紡織車間空調設備現狀，在利用原有空調設備及冷源的基礎上，探討采用雙噴淋室空氣處理方法，充分利用現有空調冷源的冷量，降低回風溫度，降低空氣處理過程需要的制冷量。

1 雙噴淋室原理

所謂雙噴淋室，就是在細紗、集聚紡等主機散熱排風的回用通道上加裝一套小型噴淋降溫裝置(簡稱輔助噴淋室)，利用原空調噴淋室的空調廢水，噴淋處理細紗、集聚紡等車間主機的高溫工藝排風，達到減焓降溫的目的。由于一般空調室的位置緊張，輔助噴淋室可加裝在工藝排風處理后回用的通道上，利用工藝排風機的余壓，將高溫工藝排風壓入輔助噴淋室。經過噴淋降溫裝置處理后，空氣狀態從N1點至L12點，使空氣溫度降低，焓值減少，再送入回風通道和車間地排風混和。通過主噴淋室進行熱濕處理后，將露點空氣經車間主送風機送入車間，實現車間的空氣調節。空氣處理調節過程在焓濕圖上如圖1所示。

圖1 雙噴淋室空氣處理調節過程

通過噴淋室熱工性能分析可知，對于所有空氣處理過程，噴淋室通用熱交換效率計算公式如下[2]。式(1)中：t1、t2為處理前、后空氣的干球溫度，單位℃；ts1、ts2為處理前、后空氣的濕球溫度，單位℃；t3為理想狀態下處理后空氣的干球溫度，單位℃。

(1)

從公式(1)可知，由于理想狀態下處理后空氣的干球溫度t3取決于噴淋室水的溫度，水溫一定,t3基本保持穩定。實際過程處理后空氣的干濕球溫度和水溫與噴水量有關，在噴水量滿足要求的條件下，t2越接近t3，t2和ts2的溫差越小，熱濕交換效率越高。故噴淋室通用熱交換效率的高低取決于t1、t2的溫差，溫差越大，熱濕交換效率越高。

由于工藝排風溫度高，含熱量大，一般比車間排風溫度高5 ℃～15 ℃。直接回用會造成車間溫度升高，直接外排，由于室外新風的含濕量大，又會在夏季高溫高濕季節難于控制車間相對濕度，造成羅拉膠輥纏繞，鋼領變澀，斷頭增加，不利于生產。因此對夏季使用井水等天然冷源的紡織企業，在現有的空調設備條件下，挖掘空調潛能，降低車間排風溫度，從而降低主噴淋室進風溫度勢在必行。采用在主噴淋室前加裝輔助噴淋裝置，利用主噴淋室的低溫空調排水，冷卻高溫工藝排風，去除工藝排風中的高溫熱量，降低主噴淋室空調系統制冷量，從而降低車間溫度，具有可行性。從公式(1)可知，由于工藝排風和主噴淋室空調排水溫差很大，最大可達20 ℃以上，處理前、后t1、t2的溫差越大，熱濕交換效率越高，所以會獲得較好的降溫節能效果。

在輔助噴淋室設計方面，由于該過程夏季以降溫為主，熱濕處理過程應弱化加濕，強化降溫的效果，因此應設置專門的空氣處理裝置進行處理，采用有利于對熱風進行降溫的粗中混合型噴淋結構噴淋處理。實現工藝排風減焓降溫過程，減小主噴淋室空調熱濕處理過程冷負荷，降低空氣處理后露點溫度，從而降低車間溫度。輔助噴淋室采用主噴淋室噴淋后的空調廢水進行噴淋，實現空調用冷水的最大溫降，有效利用井水等天然冷源。輔助噴淋室水位控制應低于主噴淋室，宜采用連通管連接兩個噴淋室水池，實現夏季在主噴淋室噴淋后的排水送至輔助噴淋室噴淋，然后由輔助噴淋室經溢水口排至室外回水管道。雙噴淋空調室布置示意圖如圖2所示。

圖2 車間空調室布置示意圖

車間工藝排風和地排風溝道分開敷設，車間工藝排風經工藝回風溝道進入13轉籠濾塵器，經長毛絨濾料過濾后，通過工藝回風機12送入輔助噴淋室噴淋降溫處理，處理后的空氣實現降溫減焓過程。和經過15轉籠過濾器過濾后的地排風混和，然后再送入主噴淋室進行空氣熱濕處理。經主噴淋室處理后的露點空氣經過二層主風機送入車間，實現車間空氣調節過程。

2 雙噴淋室降溫效果理論計算分析

以河南某地區氣候條件及集聚紡紡織企業為例,在夏季室外干球溫度35.1 ℃、濕球溫度27.9 ℃的氣象條件下，車間保持干球溫度33 ℃，相對濕度60%，車間工藝排風和地排風各占50%，集聚紡工藝排風單獨排放處理。夏季最小新風量按10%計算，空調冷源采用20 ℃的深井水，主噴淋室和輔助噴淋室均采用雙排對噴的條件下，分析不同處理方案的降溫節能效果。不同處理過程狀態點在焓濕圖上如圖3所示。 各空氣狀態點參數見表1。

圖3 在焓濕圖上不同處理過程狀態點

表1 各空氣調節狀態點參數

符號釋義溫度/℃相對濕度/%含濕量/g·kg-1焓值/kJ·kg-1濕球溫度/℃NN1WLC1C11L12C2C22C3室內狀態點工藝排風狀態點室外空氣狀態點送風狀態點工藝回風和地排風混合點直接回用工藝回風混合點工藝回風輔助噴淋后狀態點輔助噴淋后地排混合點C2和W混合點新風和地排風混合點33.040.035.125.036.536.326.029.530.234.160.040.858.495.049.350.595.075.373.059.119.419.421.319.419.419.725.620.020.220.483.190.390.174.786.787.178.780.982.186.726.427.927.924.427.127.225.425.926.127.1

針對上述各空氣狀態點參數，為便于分析，分別按照夏季工藝排風直接外排、工藝排風不經過處理直接和地排風混合后回用、工藝排風經過輔助噴淋室噴淋處理后回用三種情況，按照維持相同車間溫濕度條件，計算分析空氣處理過程需要的冷源參數。

2.1 工藝排風直接外排，采用最大新風量

該過程直接工藝排風外排，為保持送風量，直接采用補充新風，新風和室內地排風混合至C3點，經主噴淋室處理至L點，由主風機送入車間。空氣處理過程如下。

主噴淋室需將C3狀態點空氣處理至L點，噴水室處理過程為減焓去濕過程，處理過程需要的單位制冷量是:iC3-iL=86.7-74.7=12(kJ/kg)。根據噴水室熱工計算方法[3]，對處理過程理論計算得知：處理過程需要噴水系數為1.12，需要供水初溫tw1為20.8 ℃，終溫度tw2為23.3 ℃。

2.2 工藝排風直接回用，采用最小新風量

該過程直接將工藝排風和地排風混合至C1點，再加入10%的新風量至C11，然后送入主噴淋室，經主噴淋室處理至機器露點L點，由主風機送入車間，實現車間空氣調節。空氣處理過程如下。

主噴淋室需將C11狀態點空氣處理至L點，處理過程為減焓去濕過程，主噴淋室需要的單位制冷量是:iC11-iL=87.1-74.7=12.4(kJ/kg)。由處理過程的理論計算得知：處理過程需要噴水系數為1.24，需要供水初溫tw1為20.4 ℃，終溫度tw2為22.7 ℃，噴水量比直接外排更大，需要水溫更低。

2.3 工藝排風采用輔助噴淋室處理

該過程工藝排風N1采用輔助噴淋室處理后至L12點，再和地排風混合至C2點，加入10%的新風量后至C22點，然后送入主噴淋室，經主噴淋室處理至機器露點L點，由主風機送入車間，實現車間空氣調節。空氣處理過程如下。

主噴淋室需將C22狀態點空氣處理至L點，處理過程為減焓去濕過程，主噴淋室需要的單位制冷量是:iC22-iL=82.1-74.7=7.4(kJ/kg)。理論計算得知：處理過程需要噴水系數為0.85，需要供水初溫tw1為21.2 ℃，終溫度tw2為23.3 ℃。與上述兩方案相比，噴水量減少，需要水溫可以稍高。若調整為和上述兩方案相同水溫20.4 ℃，兩噴淋室采用相同的噴水系數0.85，根據能量守恒，計算可知主噴淋室水的終溫度tw2為22.5 ℃。

輔助噴淋室需將N1狀態點空氣處理至L12點，處理過程為減焓加濕過程，輔助噴淋室需要的單位制冷量是:iN1-iL12=90.3-78.7=11.6 (kJ/kg)。理論計算得知：處理過程需要噴水系數為1.13，需要供水初溫tw1為22.7 ℃，終溫度tw2為25.2 ℃。調整計算后主噴淋室排水溫度22.5 ℃，能夠滿足輔助噴淋室的水溫要求。

比較以上三種工藝排風回用處理方式的空氣調節處理過程計算結果，從單位制冷量分析可知，采用輔助噴淋室處理工藝排風后，主噴淋室單位空調制冷量和工藝排風全部外排節省制冷量(12-7.4)/12×100%=38%，工藝排風直接回用方案減少制冷量(12.4-7.4)/12.4×100%=40%。從主噴淋室熱濕計算結果分析可知，工藝排風直接外排和直接回用均需要較低的水溫，需要供水初溫tw1分別為20.8 ℃、20.4 ℃，終溫度tw2分別為23.3 ℃、22.7 ℃。主噴淋室處理過程需要噴水系數均大于1，說明需要較大的噴水量才能滿足要求。工藝排風采用輔助噴淋室處理后回用，主噴淋室處理過程需要噴水系數為0.85，需要供水初溫tw1為21.2 ℃，終溫度tw2為23.3 ℃。說明該過程需要的噴水量較小，供水溫度可以稍高,更有利于利用深井水資源。由于輔助噴淋室采用主噴淋室使用過的空調廢水,在不增加空調用水量的情況下，節能降溫效果明顯。

3 應用效果比較

將雙噴淋室處理空氣的技術應用于某紡織車間，車間規模6萬錠，3萬錠集聚紡和3萬錠環錠紡，在集聚紡工藝回風管路上預留的間接蒸發降溫裝置位置加裝輔助噴淋裝置。空調室設計送風量22×104m3/h，工藝回風量9.4×104m3/h，地排風量9.4×104m3/h，夏季采用深井水降溫處理，井水溫度20.5 ℃，主噴淋室設計噴水量170 t/h，輔助噴淋室設計噴水量140 t/h，輔助噴淋室設計風速3.5 m/s，噴嘴孔徑不宜小于4 mm，噴水系數1.2。采用輔助噴淋室工作與停機進行測試比較,實測空調送風露點溫度，車間溫度和相對濕度、實耗功率等參數。在相同送風量，用水量的情況下，夏季采用不同工藝回風處理回用情況的空調運行參數見表2。

表2 不同工藝回風處理回用及空調運行參數

回風使用方式車間送風露點溫度/℃車間溫度/℃車間相對濕度/%風機水泵裝機功率/kW風機水泵實耗功率/kW主噴淋室噴水溫度/℃輔助噴淋室噴水溫度/℃空調室噴水量/t·h-1直接外排直接回用經輔助噴淋處理后回用26.326.623.236.236.533.362586010310311874.374.378.720.520.520.523165165140

從表2可以看出，采用工藝排風經過輔助噴淋處理后回用的處理方案，雖有輔助噴淋室增加噴水泵功率15 kW的情況，但主噴淋室噴水量減小，水泵運行功率減小，兩個水泵合計實耗功率僅增加4.4 kW，但車間溫度比前兩種方法可降低2.5 ℃～3 ℃，降溫效果明顯。在當今地下水源緊張，開采量有限，車間溫度升高，環境惡化，采用機械制冷成本較高，企業承受不起的情況下[4]，具有一定的推廣應用價值。

進一步的理論分析可知，只要企業有采用深井水等天然冷源，采用增加輔助噴淋室的雙噴淋室空氣處理方法，都會對車間溫度有一定的降低。在當今冷源緊張，車間溫度居高不下的情況下，是一個有效的節能降溫方法。

4 結論

(1)在紡織企業利用井水或井水資源有限的條件下，采用將細紗、集聚紡等車間工藝回風先經過輔助噴淋處理，實現降溫減焓過程后，再和車間地排風混合回用，可比直接將高溫工藝排風回用和外排，理論計算可以降低主空調室熱濕處理過程需要的制冷量38%～40%，可減少主空調室的熱濕處理負荷，減少噴水量。

(2)實測采用工藝回風先經過輔助噴淋處理，和直接將工藝排風回用和外排的方法相比，在相同噴水量和噴水溫度下，可以降低空調露點溫度，降低車間溫度2.5 ℃～3 ℃，車間降溫效果明顯。

(3)輔助噴淋室由于和主噴淋室的熱濕處理參數和過程有較大差異，應采用具有降溫效果明顯的粗中型復合噴淋裝置，噴嘴孔徑不宜小于4 mm，噴水系數不宜小于1.1。