煙葉醇化庫(kù)室內(nèi)環(huán)境控制策略研究

摘 要：介紹了湖北恩施某煙葉醇化庫(kù)控溫除濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)，針對(duì)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的實(shí)際工程問(wèn)題，提出了兩套整改方案以及在兩套整改方案下控溫除濕系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并從實(shí)施難易程度、整改成本以及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果及研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)控溫除濕系統(tǒng)再熱能力不足時(shí)，在低溫高濕工況下，采用制冷除濕模式將無(wú)法有效降低空氣相對(duì)濕度。兩種整改方案相比較，增設(shè)電加熱裝置實(shí)施更容易，但對(duì)不同工況適應(yīng)性相對(duì)較差，后期運(yùn)行費(fèi)用較高；采用熱泵型風(fēng)冷除濕機(jī)組實(shí)施難度大、費(fèi)用高，周期較長(zhǎng)，但能更好地適應(yīng)不同工況，同時(shí)節(jié)能高效，后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低。

關(guān)鍵詞：煙葉醇化庫(kù)；控溫除濕系統(tǒng)；系統(tǒng)調(diào)試；運(yùn)行策略

中圖分類號(hào)：TS44+4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2024）03-0049-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.03.013

0? ? 引言

煙葉醇化庫(kù)作為煙葉發(fā)酵的場(chǎng)所，其室內(nèi)的溫濕度環(huán)境對(duì)煙葉發(fā)酵的過(guò)程有著明顯的影響[1]，溫度過(guò)高或過(guò)低，均不利于煙葉發(fā)酵，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)蟲(chóng)害、霉變等問(wèn)題。相關(guān)研究表明，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)70%時(shí)，煙葉極易產(chǎn)生霉變[2]，影響煙葉質(zhì)量，造成損耗。

本文的研究對(duì)象為位于恩施地區(qū)的某卷煙廠煙葉醇化庫(kù)，根據(jù)該實(shí)際工程案例中出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行分析總結(jié)，探討煙葉醇化庫(kù)適宜的室內(nèi)環(huán)境控制方案。

1? ? 工程概況

該煙葉醇化庫(kù)地上5層，建筑高度為22.8 m（屋面完成面至室外地面），總建筑面積33 252 m2，共分為3個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元有1～5層5個(gè)庫(kù)房，每個(gè)存儲(chǔ)單元的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置。

1.1? ? 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

煙葉醇化及養(yǎng)護(hù)環(huán)境由庫(kù)內(nèi)控溫除濕系統(tǒng)及帳幕內(nèi)“四位一體煙葉養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)”共同完成，當(dāng)需要對(duì)煙葉進(jìn)行殺蟲(chóng)、氣調(diào)等工藝處理時(shí)，通過(guò)帳幕對(duì)相應(yīng)的煙葉堆垛進(jìn)行密封圍合，帳幕內(nèi)的環(huán)境通過(guò)獨(dú)立的煙葉堆垛專用除濕機(jī)組、制氮機(jī)組、通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，庫(kù)房?jī)?nèi)的環(huán)境參數(shù)僅滿足煙葉常規(guī)的醇化環(huán)境要求即可。根據(jù)YC/T 205—2017《煙草及煙草制品 倉(cāng)庫(kù) 設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]，庫(kù)房全年溫度控制范圍：10～30 ℃，相對(duì)濕度控制范圍：≤65%。

1.2? ? 通風(fēng)空調(diào)設(shè)備配置

根據(jù)庫(kù)房的使用性質(zhì)，室內(nèi)無(wú)固定的工作人員，僅偶爾倉(cāng)儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)有工作人員，煙葉醇化時(shí)間一般為1～3年，倉(cāng)庫(kù)周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，工作人員少，同時(shí)為防止蟲(chóng)害，庫(kù)房?jī)?nèi)門、窗（設(shè)有窗簾）正常情況下為關(guān)閉狀態(tài)，煙葉發(fā)酵過(guò)程有少量發(fā)熱，且大部分時(shí)間在帳幕內(nèi)進(jìn)行，在研究時(shí)可近似按照無(wú)內(nèi)熱源、無(wú)內(nèi)部散濕考慮。因此，煙葉醇化庫(kù)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷主要考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、滲透風(fēng)負(fù)荷。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)配置按照YC/T 205—2017《煙草及煙草制品 倉(cāng)庫(kù) 設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]、GB 50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。

1.2.1? ? 控溫除濕系統(tǒng)

每個(gè)存儲(chǔ)單元豎向共5層共用一套獨(dú)立的控溫除濕系統(tǒng)，每套系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)大型風(fēng)冷調(diào)溫型除濕機(jī)組，機(jī)組含風(fēng)冷冷凝段、混風(fēng)段、初效過(guò)濾段、一級(jí)直接蒸發(fā)盤管段、深度除濕段、冷凝再熱段、風(fēng)機(jī)送風(fēng)段，風(fēng)機(jī)變頻，送風(fēng)量根據(jù)末端負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整。機(jī)組主要參數(shù)如表1所示。

風(fēng)冷調(diào)溫型除濕機(jī)組設(shè)于庫(kù)房屋面，送/回風(fēng)干管通過(guò)豎井通至各層庫(kù)房，庫(kù)房?jī)?nèi)風(fēng)系統(tǒng)采用上送風(fēng)、上回風(fēng)，各層庫(kù)房送/回風(fēng)干管均設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥，空調(diào)送風(fēng)口均勻布置，避免氣流死角。每個(gè)存儲(chǔ)單元各樓層庫(kù)房?jī)?nèi)均設(shè)置溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)庫(kù)房?jī)?nèi)溫濕度傳感器反饋的信號(hào)顯示需要進(jìn)行除濕控溫時(shí)，開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的電動(dòng)風(fēng)閥及除濕機(jī)組。

1.2.2? ? 通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗相對(duì)空調(diào)系統(tǒng)要低，當(dāng)室外環(huán)境參數(shù)適宜時(shí)，可以通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行一定程度的控制。醇化庫(kù)內(nèi)設(shè)置有自然通風(fēng)窗及機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)與庫(kù)房?jī)?nèi)機(jī)械排煙系統(tǒng)共用風(fēng)機(jī)及管道，機(jī)械通風(fēng)換氣次數(shù)不小于2次/h。

2? ? 出現(xiàn)的問(wèn)題及原因分析

2021年3月，本項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)組裝完畢，進(jìn)行調(diào)試，此時(shí)恩施地區(qū)正處于初春季節(jié)，氣溫較低，雨水較多，室外環(huán)境為典型的低溫高濕環(huán)境。

2.1? ? 空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

調(diào)試期間，室內(nèi)與室外環(huán)境參數(shù)基本一致，白天平均溫度為15 ℃左右，相對(duì)濕度在70%以上。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，開(kāi)啟除濕機(jī)后，始終無(wú)法使室內(nèi)溫濕度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以3月24日現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)為例：開(kāi)啟除濕機(jī)組前庫(kù)內(nèi)溫度為15.7 ℃，相對(duì)濕度74.2%，運(yùn)轉(zhuǎn)除濕機(jī)一段時(shí)間后，庫(kù)內(nèi)溫度為13.5 ℃，相對(duì)濕度76.8%。同時(shí)，由于除濕機(jī)組回風(fēng)溫度過(guò)低，制冷劑無(wú)法在蒸發(fā)器中順利地吸熱蒸發(fā)，制冷劑循環(huán)無(wú)法正常進(jìn)行，機(jī)組頻繁出現(xiàn)故障。

2.2? ? 原因分析

除濕機(jī)除濕原理為蒸發(fā)降溫冷凝除濕，即當(dāng)空氣通過(guò)蒸發(fā)器時(shí)，將空氣溫度降至露點(diǎn)溫度以下，空氣中水蒸氣凝結(jié)為液態(tài)水，此時(shí)空氣含濕量降低，但相對(duì)濕度升高；隨后空氣通過(guò)冷凝再熱段，溫度升高，相對(duì)濕度降低。通過(guò)蒸發(fā)器后的空氣狀態(tài)點(diǎn)與蒸發(fā)器盤管溫度、送風(fēng)量、回風(fēng)的溫濕度有關(guān)，當(dāng)空氣含濕量下降至某一程度d時(shí)，除濕機(jī)將無(wú)法進(jìn)一步降低空氣含濕量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果d≈7.35 g/kg。

根據(jù)3月24日現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)查焓濕圖，開(kāi)啟除濕機(jī)前空氣含濕量為8.23 g/kg，開(kāi)啟除濕機(jī)后空氣含濕量為7.38 g/kg，空氣中水蒸氣降低0.85 g/kg，證明除濕機(jī)實(shí)現(xiàn)了除濕功能，但是由于再熱能力不足，室內(nèi)空氣溫度由15.7 ℃降低至13.5 ℃，導(dǎo)致相對(duì)濕度反而增大2.6%至76.8%，偏離了設(shè)計(jì)要求的≤65%目標(biāo)值。

綜上分析可知，除濕機(jī)除濕效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的根本原因在于再熱能力不足，最大冷凝再熱量?jī)H為機(jī)組制冷量的30%，在低溫高濕工況下，需要通過(guò)再熱裝置提高空氣溫度，從而達(dá)到降低相對(duì)濕度的效果。查焓濕圖可知，當(dāng)d=7.35 g/kg時(shí)，需保證室內(nèi)溫度在15 ℃以上，才能使室內(nèi)相對(duì)濕度≤65%。

3? ? 解決方案

根據(jù)以上分析結(jié)論，提出了兩套解決方案。

3.1? ? 方案一：增加電加熱設(shè)備

降低空氣相對(duì)濕度有兩種思路：1）降低空氣中的含濕量；2）提高空氣溫度。結(jié)合風(fēng)冷調(diào)溫型除濕機(jī)組的特點(diǎn)，在高溫高濕工況下，開(kāi)啟除濕機(jī)組，關(guān)閉電加熱即可達(dá)到除濕效果；在低溫高濕工況下，除濕機(jī)已不能正常工作，此時(shí)需要提高室內(nèi)溫度，以達(dá)到降低相對(duì)濕度的效果。

因此，通過(guò)增加電加熱設(shè)備，提高機(jī)組制熱能力。恩施地區(qū)冬季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度為0.4 ℃，冬季工況需要維持室內(nèi)溫度在10 ℃以上，根據(jù)鴻業(yè)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，當(dāng)室內(nèi)外溫差為9.6 ℃時(shí)，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱形成的負(fù)荷為77.02 kW。考慮極端天氣影響，預(yù)留一定的冗余系數(shù)，每套機(jī)組需增加120 kW電加熱裝置。

由于調(diào)試時(shí)本項(xiàng)目電力系統(tǒng)施工已完成，若增加機(jī)組的配電功率，則電力系統(tǒng)改造實(shí)施難度大、費(fèi)用高，因此電加熱裝置與除濕機(jī)組壓縮機(jī)不可同時(shí)運(yùn)行。綜上，采用方案一進(jìn)行改造后，控溫除濕系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式，即降溫除濕模式和電加熱制熱模式，其中降溫除濕模式適用于高溫工況，電加熱模式適用于低溫工況。控溫除濕系統(tǒng)運(yùn)行策略如表2所示。

3.2? ? 方案二：采用帶熱回收的熱泵型風(fēng)冷除濕機(jī)組，并提高機(jī)組冷凝再熱量

原除濕設(shè)備不具備制熱功能，同時(shí)在降溫除濕模式下運(yùn)行時(shí)，冷凝再熱量為89 kW，而制冷量為300 kW，不能滿足在低溫高濕工況下的運(yùn)行需求。故方案二為更換機(jī)組，采用帶熱回收的熱泵型風(fēng)冷除濕機(jī)組，最大再熱量理論上不小于機(jī)組制冷量，同時(shí)再熱量可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。由于采用熱泵型機(jī)組，不會(huì)額外增加機(jī)組配電功率，對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)影響。采用方案二進(jìn)行改造后，控溫除濕具備3種運(yùn)行模式，即降溫除濕模式、降溫除濕+再熱模式和制熱模式。

降溫除濕模式：庫(kù)房?jī)?nèi)回風(fēng)通過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)行熱濕交換，此過(guò)程空氣含濕量降低、溫度下降。此運(yùn)行模式適用于高溫工況。

降溫除濕+再熱模式：回風(fēng)通過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)行降溫除濕過(guò)程后，再經(jīng)過(guò)再熱盤管進(jìn)一步加熱，此過(guò)程為等濕升溫過(guò)程，空氣含濕量不變而相對(duì)濕度下降。此運(yùn)行模式適用于溫度較低而濕度較高的工況。再熱熱源為經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的一部分高溫、高壓冷媒，無(wú)須額外消耗能源，其工藝流程圖如圖1所示。

制熱模式：回風(fēng)經(jīng)過(guò)冷凝器進(jìn)行熱交換，此過(guò)程空調(diào)溫度升高，含濕量不變，相對(duì)濕度降低。此運(yùn)行模式適用于低溫工況。

需根據(jù)不同的工況選擇相應(yīng)的運(yùn)行模式，其中降溫除濕+再熱模式下再熱熱源無(wú)須額外消耗能源，同時(shí)空氣在經(jīng)過(guò)降溫除濕后再熱可以進(jìn)一步降低相對(duì)濕度，此過(guò)程除濕效果好，可以有效縮短機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，降低總能耗，應(yīng)優(yōu)先采用。當(dāng)采用帶熱回收的熱泵型風(fēng)冷除濕機(jī)組時(shí)，控溫除濕系統(tǒng)運(yùn)行策略如表3所示。

3.3? ? 方案對(duì)比分析

方案一和方案二都考慮了配電條件，未增加機(jī)組總功率，不需要進(jìn)行電力擴(kuò)容。

從方案實(shí)施難易程度來(lái)看，方案一實(shí)施起來(lái)比較容易，只需在機(jī)組內(nèi)部增設(shè)一套電加熱裝置即可，根據(jù)與廠家溝通，可以直接調(diào)配相關(guān)的配件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，實(shí)施周期較短；方案二需要全面更換除濕機(jī)組，施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊已經(jīng)拆除，設(shè)備運(yùn)輸、吊裝難度大，實(shí)施周期長(zhǎng)。

從方案整改成本來(lái)看，方案一增加電加熱設(shè)備及相關(guān)配件，造價(jià)低，實(shí)施簡(jiǎn)單，人工費(fèi)用也少；方案二需要全面更換除濕機(jī)組，設(shè)備本身費(fèi)用高，同時(shí)運(yùn)輸成本、安裝成本也較高。

從后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)來(lái)看，方案一采用電加熱模式進(jìn)行再熱，制熱能力有限，對(duì)不同工況的適應(yīng)性較差，同時(shí)直接采用電加熱能源利用率低，后期運(yùn)行費(fèi)用高；方案二采用熱泵型機(jī)組，制熱能力強(qiáng)，同時(shí)在制冷除濕工況下，機(jī)組再熱性能高，充分利用了冷凝器余熱，對(duì)不同工況的適應(yīng)性更強(qiáng)，能效高，運(yùn)行費(fèi)用低。

4? ? 輔助運(yùn)行策略

除濕機(jī)組運(yùn)行能耗較高，在煙葉醇化庫(kù)日常管理中，應(yīng)盡量利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的保溫特性，采用通風(fēng)的方法，減少除濕機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，降低能耗。

在夏季，當(dāng)夜間氣溫下降，室外溫濕度適宜時(shí)，開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)施，降低庫(kù)房?jī)?nèi)溫度；白天室外氣溫升高時(shí)，關(guān)閉庫(kù)房通風(fēng)設(shè)施。在冬季，當(dāng)白天氣溫上升時(shí)，開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)施，提升庫(kù)房?jī)?nèi)溫度；夜間室外氣溫降低時(shí)，關(guān)閉庫(kù)房通風(fēng)設(shè)施。

5? ? 結(jié)論

在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的除濕效果滿足不了設(shè)計(jì)要求這一問(wèn)題，其原因在于：受制冷劑蒸發(fā)溫度的限制，在低溫高濕環(huán)境下，風(fēng)冷型除濕機(jī)組除濕能力受限，而再熱能力不足，導(dǎo)致室內(nèi)空氣含濕量略有下降，溫度降低，相對(duì)濕度反而增高。解決的辦法在于提高機(jī)組制熱能力。兩種整改方案相比較，方案一實(shí)施起來(lái)更加容易，費(fèi)用較省，實(shí)施周期短，但后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高、適應(yīng)性相對(duì)較差；方案二實(shí)施難度大、費(fèi)用高，但具備節(jié)能效果好，運(yùn)營(yíng)成本低，對(duì)不同工況適應(yīng)性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)條件允許時(shí)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量考慮采用帶熱回收的熱泵型除濕機(jī)組。同時(shí)，煙葉醇化庫(kù)的控溫除濕系統(tǒng)應(yīng)盡量與通風(fēng)系統(tǒng)相互配合運(yùn)行，以減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

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收稿日期：2023-11-01

作者簡(jiǎn)介：孫輝（1989—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：暖通設(shè)計(jì)。