烘干車間直接蒸發冷卻通風方式的運用

李躍文

云南能投藝科工程設計有限公司

1 項目概況

怒江州福貢縣是全國“三區三州”脫貧攻堅的主戰場之一。怒江大峽谷農副產品加工交易中心是云南能投集團在怒江州第一個落地的產業扶貧、產業升級示范項目，項目位于福貢縣石月亮鄉的省道旁。項目規劃用地面積17474.91 m2，總建筑面積11461.25 m2，建設內容包括鮮果收儲中心、加工廠房、農副產品交易中心等。

項目以鮮草果烘干加工為核心，綜合開發草果系列產品，并覆蓋竹葉菜、木耳、羊肚菌等當地特色農產品。該項目由本公司以設計牽頭的EPC 模式實施并于2017 年12 月達產并順利通過整體驗收。

加工中心共四層，生產線布置于一層，層高6.3 m，車間面積約700 m2。加工廠房生產線工藝流程如圖1。

圖1 工藝流程圖

2 暖通專業設計基礎資料

2.1 福貢縣氣象資料

《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50019-2015 及北京有色冶金設計研究總院主編的《暖通空調氣象資料集》（增編一稿）均無福貢縣氣象資料。故按《云南省民用建筑節能設計標準》DB53/T-39-2012 建筑熱工分區類同（溫和中區）且就近的貢山縣氣象資料代替，詳表1。

表1 福貢縣氣象資料

2.2 生產線基礎數據收集及復核

生產線采用閉式熱回收熱泵烘干工藝，烘干工段原理如圖2。

圖2 閉式熱回收熱泵烘干工藝原理

生產線烘干+冷卻工段總配電功率750 kW，該加工車間產品烘干+冷卻工段產生的余熱，其中烘干余熱為設備壁面向車間散發的輻射熱及對流傳熱，冷卻工段為烘干后的產品經強制通風冷卻至室溫。物料烘干散熱、散濕通過廠家排濕設備直接排除室外。經與生產線制造廠家收集資料和對采用同類設備的廠家空調配置參數，烘干及冷卻工段總散熱量約100 kW左右。

烘干設備三組，同時工作，烘干熱泵壓縮機及其他動力傳輸設備電機設置于車間內。工藝設備散熱量計算按Q=1000×n1×n2×n3×n4×S×N/η，電動機的額定功率按總配電功率N 取750 kW，設備空量利用系數（安裝系數）n1取0.7，同時使用系數n2取0.8，負荷系數n3取0.9，排風帶走熱量的系數n4取0.2，蓄熱系數三班倒S 取0.95，電動機效率η 取0.85，計算工藝設備散熱量Q=84.7 kW。冷卻工段物料初始溫度40～50 ℃，通過局部排風罩排出室外。該部分物料散熱按廠家資料，約30 kW，合計發熱量114.7 kW。

生產線位于建筑內區，短時操作人員5 人，圍護結構冷負荷按GB50019-2015 有關要求可以不計入。操作人員少，且為輕勞動，工程計算忽略不計。因項目建設為設計牽頭的EPC 模式，綜合考慮技術合理性和經濟性，按工藝設備發熱量的10%裕量考慮，即130 kW（顯熱）。

3 加工車間暖通空調系統設計

3.1 室內通風設計標準

室內通風設計標準如表2 所示：

表2 室內通風設計標準

3.2 通風設計

3.2.1 通風技術方案選擇

根據生產線主要向室內散發余熱，基本無余濕散發的特點，結合車間發熱量較大的實際和蒸發式冷卻技術的適用范圍（表3），同時考慮技術經濟的合理性，技術方案不考慮空調設施，在傳統機械通風和直接蒸發式通風方案中選擇，再考慮直接蒸發式通風機設備“等焓加濕”的空氣處理特性，為降低通風量及降低通風系統管道尺寸及造價，選擇采用直接蒸發式的通風方案。

表3 適宜或適用蒸發冷卻空調的范圍

3.2.2 通風系統風量計算

按《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50019-2015 的基本規定和參考《蒸發式冷氣機安裝與使用要求》JB/T 12322-2015 的要求進行有關計算。

直接蒸發冷氣機出風口溫度按下式計算：

式中：t0為冷氣機降溫處理后出風口溫度，℃；twg為室外空氣空調干球溫度，℃；tws為室外空氣空調濕球溫度，℃；η 為冷氣機蒸發效率，%，宜取65%～85%，本項目參考廠家樣本取85%。

經計算，直接蒸發冷氣機出風口溫度t0=22.4 ℃。

排除室內余熱全面通風送風量計算：

式中：L 為通風換氣量，m3/h；Q 為室內顯熱發熱量，W；tp為室內排風設計溫度，℃；ts為送風溫度，℃。

經計算，送風量L=40183 m3/h。綜合設備樣本，選擇處理風量45000 m3/h，蒸發效率不小于85%的設備。通風系統排風量按維持室內微正壓設計，略。

加工車間通風平面圖如圖3。

圖3 加工車間通風平面圖

3.3 效果

項目建成后，在試運行階段，經實測，加工車間室內溫度人員活動區域31～33 ℃，頂棚排風口出排風溫度約36～42 ℃，排風溫度較高，人員舒適度反映較熱，經檢查車間工藝設備，發現烘箱漏風點較多，同時設備自帶的排濕管道外表面未做保溫處理，散熱較大，經對漏風點進行密封處理，排濕管道進行保溫處理后進行實測，加工車間室內溫度人員活動區域26～28 ℃，頂棚排風口出排風溫度約30～33 ℃，基本達到設計的要求。

4 與傳統機械送風系統的對比

若采用傳統機械通風系統時，在負荷條件相同的前提下，全面通風送風量計算為55108 m3/h，與采用直接蒸發冷卻系統設備相比，理論送風風量及送風管道截面增加31.4%。表4 為直接蒸發冷卻通風與機械通風量及有效功率對比。

表4 機械通風量及有效功率對比表

理論計算風機有效功率（Ny=LP/3600×η0×η1），在計算全面通風量條件下，為簡化考慮，以風機全壓及效率相同來考慮，采用直接蒸發冷卻通風設備的有效功率為采用傳統機械通風設備的73%，可見送風系統的節能意義較明顯。

實際對于按兩種不同通風系統風量設計的通風管道，若考慮風機余壓的不同，節能的效益將略大于理論計算值。

對本項目，因室外空氣經直接蒸發冷卻設備處理后，冷風機出風溫度低于室外通風溫度約2.6℃，室內人員的主觀舒適度可得到一定的提高。同時室外空氣經過直接蒸發冷卻設備填料時可過濾一定的微細顆粒和增加送風的含濕量，降低了送入室內的空氣含塵量和適當提高室內的相對濕度，提高了送風的品質。

表5 為直接蒸發冷卻通風與機械通風設備選型方案對比，其中，風機內效率η0取0.75，機械效率（三角皮帶傳動）η1取0.9。

表5 機械通風設備選型方案對比

最后，結合風機設備樣本資料進行對比分析。

1）采用直接蒸發冷卻通風設備送風量約為傳統機械通風設備送風量的80.4%，理論上通風管道材料使用量也減少，有利于降低通風管道及配件的初投資。

2）從機械送風機設備配電功率分析，直接蒸發冷卻通風設備能耗約為傳統機械通風設備能耗的54.5%，節能效益較大。

3）在散發余熱為主的車間，當兩種系統送風量基本相同時，對于采用直接蒸發冷卻設備能更好地滿足室內通風換氣的要求及獲得較傳統機械通風系統好的室內舒適度。

5 結論

1）云南省大部分區域為溫和地區，溫和地區面積約占國土面積的86%，根據有關規范編列的地區室外氣象參數數據，云南省大部分地區均屬于蒸發冷卻技術適用和可用的區域，具有較大的地域適用性。

2）對于溫和地區在采用機械通風系統時應因時、因地制宜地采用直接蒸發冷卻通風系統，可比傳統機械通風系統獲得較好的節能性、經濟性、舒適性。

3）采用直接蒸發式通風設備應重點關注當地室外空調干球溫度與濕球溫度差，溫度差越大，經直接蒸發冷卻設備處理后的出風溫度越低，設備的適用性越強，對比傳統機械通風系統所能獲得的效益越大。

4）直接蒸發式通風設備特別適宜對噪聲要求不敏感的工業廠房和以散發余熱為主的生產車間。