工藝廠房空調溫濕度獨立控制的節能問題探討

王遠巍，胡冬楠

摘 要：工藝廠房環境控制是為了給車間創造或提供一個符合工藝需求且健康的車間環境，將車間溫度、濕度、空氣流動速度、潔凈度和空氣品質都控制在一定范圍內，因此采用的空調方案需滿足節能、環保的要求。以寧波某工藝廠房空調節能改造為例，通過分析工藝廠房溫濕度控制原理，結合項目的實際特點，為廠房提出合理的改造方案，以期為同類工藝廠房節能改造提供參考。

關鍵詞：工藝廠房；溫濕度獨立控制；節能

中圖分類號：TU831? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2024）05-0106-03

0引言

工藝廠房環境控制的主要目標是為了給車間創造或提供一個符合工藝需求且健康的車間環境，將車間溫度、濕度、空氣流動速度、潔凈度和空氣品質都控制在一定范圍內[1]。本文以寧波某工藝廠房空調節能改造為例，通過分析工藝廠房溫濕度控制原理，結合項目的實際特點，為廠房提出合理的改造方案。

1工程概況

該廠房地塊位于浙江省寧波市，建筑性質丙類工業建筑，2層。建筑高度10.550 m，建筑面積6 813.70㎡。

2空調冷熱源設計

2.1 室外空調設計參數（寧波）

夏季：干球溫度35.1℃，濕球溫度28.0℃，通風溫度31.9℃，風速2.6 m/s，主風向S。

冬季：干球溫度-1.5℃，相對濕度79%，通風溫度4.9℃，風速2.3 m/s，主風向N。

2.2 室內空調設計參數

室內空調設計參數如表1所示。

2.3 空調負荷計算

根據計算，廠房空調冷熱負荷如下：空調夏季冷負荷為1 185 kW，冬季熱負荷為524 kW。

2.4 空調冷熱源設計

廠房采用風冷熱泵作為空調冷熱源。冷熱源選用 2 臺制冷量為 630 kW 的螺桿式風冷熱泵機組，設置于屋面。空調供冷供回水溫度為 7℃/12℃，供熱供回水溫度45℃/40℃。

3廠房空調系統運行現狀及節能分析

廠房對于冬夏季均有溫濕度要求，空調系統使用過程中，由于寧波地區梅雨季、臺風天室外環境不利因素以及車間現場實際情況，業主反饋車間溫度低、濕度高、能耗偏高的情況，基于此需對廠房進行空調系統的節能改造。

該工程空調系統采用一次回風全空氣系統?？諝馓幚頇C組的盤管在設計狀態下對混合空氣（回風+新風）進行降溫、除濕處理后，按照設計的送風狀態點（為“機組露點”）送入車間。在設計狀態下， 機組露點的相對濕度一般可取 90%～95%，在此基礎上可確定出空氣處理機組的設計送風點[2]。

空調車間的熱濕比ε如式（1）。

ε=（Qs+Qq）/W? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中： Qs為車間顯熱負荷，單位是kW；Qq為車間潛熱負荷，kW；W為車間濕負荷，單位是kg/s。

在夏季空調使用過程中，車間熱濕比并不是固定不變的。以本案車間為例，車間的濕負荷主要為人員的散濕量（伴隨產生了潛熱負荷）。當車間人員不變化時，W和Qq也就穩定不變。而車間的顯熱負荷況會因室外氣候、車間發熱設備使用等因素發生較大變化，從而導致車間的熱濕比ε在整個夏季空調過程中在較大范圍變化[3]。如果在整個空調時段要實時滿足車間的熱濕平衡，就要求空調系統的送風狀態點也必須同時改變，來滿足車間不斷變化的熱濕比需求。

當以冷卻除濕為基本原理的空氣處理設備需要除濕時，必須將空氣冷卻降溫到其露點溫度之下。依據某一個設定工況來設計和制造的冷卻盤管產品，處理空氣后的送風點，在全年處理過程中是無法實時做到不同送風點需求。如果這時需要保證車間濕度處于符合工藝需求的水平，在不采取其他措施的情況下，就只有降低車間的室內溫度，由此也就會帶來車間溫度偏低的情況發生[4]。

本案空調系統中以車間溫度為主要控制參數。當室外溫度不高但車間散濕量相對較大時，會導致車間相對濕度偏高。在梅雨季節經常出現的“陰冷”現象，就是此問題的明顯反映之一。由此可知，采用冷卻除濕方式的空調系統中，經過冷卻除濕處理后的空氣，送風溫度較低。

為了滿足除濕需求，表冷器的冷水供水溫度采用 7℃。而若僅考慮排除余熱的要求，同時考慮換熱器選擇過程中的經濟性問題，那么冷水供水溫度可以提高至 15～16℃左右。根據目前的冷水機組性能，蒸發器的趨近溫差為 1～2℃。因而，當冷水供水溫為15～16℃時，冷水機組的蒸發溫度為 13～15℃；而對于常用的冷水供水溫度為7℃的情況，冷水機組的蒸發溫度則需降至 5～6℃，進而導致此時的車間溫度偏低能耗偏高。

4廠房空調系統改造方案

針對上述分析，對廠房空調做出如下改造方案：方案一是在原有的空氣處理器設備內增加再熱系統。方案二是在原有的空調系統方案的基礎上增設適量的除濕設備，實現溫度與濕度分控。

4.1 再熱方案分析

根據前面分析，為了同時達到車間溫度和濕度的要求，對所處理的空氣采用冷卻后再提高送風溫度的方式，再熱方案空調處理原理如圖1。

原空調系統是針對排除余熱要求提出，方案一改造方案為余熱、余濕同時具備實現車間溫度、濕度參數的實時有效調控。

4.2 溫濕度獨立控制方案分析

現有的車間空調系統中，采用冷卻除濕方式時，必須把空氣溫度降至其露點溫度以下，因此需要低于被處理空氣露點溫度的冷源。而針對車間空氣的降溫處理時，只需要冷源的溫度低于空氣溫度。由于車間空氣溫度遠遠高于其露點溫度，因此降溫所需要的冷源溫度也就遠遠高于除濕所需要的冷源溫度。

由此使得采用不同冷源品質應對不同的任務需求成為可能，這樣不但有利于大幅降低制取空調冷源的能耗，而且還可以充分利用各設備的優勢互補為空調區域降溫與除濕提供更好的思路?，F空調方案調整為溫、濕度獨立控制空調系統，正是依據這一客觀規律，從滿足不同需求出發，把對空氣的除濕和降溫區分開來，用不同的措施和不同的能源設備來應對。空調區的全部顯熱負荷與部分潛熱負荷由原有空調工況及末端設備承擔，空調區域內的部分散濕量用除濕機組經濕處理承擔。

4.3 方案可行性分析

方案一能實現目前車間溫、濕度達標的這個指標，彌補現有空調方案的車間溫度低、濕度偏高，能耗偏大的缺點，但該方案按目前現狀也有以下不足：①由于該方案是比較常規方案，會帶來明顯的冷、熱抵消問題，存在顯著的能量浪費問題。②所要求的冷水機組的工作溫度范圍比僅排除余熱要求的工作范圍大出了近 40%左右。冷水機組運行可能存在過載狀態，將導致冷水機組的使用壽命縮短。③就原有空氣處理器內的安裝位置比較緊湊，施工時要進行停機拆除整個空氣處理器箱體，并要更換箱體內的結水盤，由于箱體內空間有限且再熱盤管安裝條件不具備，只能安裝電加熱再熱裝置。而電加熱能源轉換效率低、能耗高且存在安全隱患。④在原有設備內增加器件會影響車間正常生產要求，改裝施工周期較長。

相比于方案一，采用方案二有以下優勢：①在車間內增設除濕設備，實現溫度與濕度分控，輔助空調除濕并實現車間溫度相對提升。彌補了空調機組因不斷表冷除濕導致室內溫度較低的缺陷，保證了車間內的濕度達標。②改造因地制宜、定位方便相對簡單又快捷，節能運行可靠性高。

5溫濕度獨立控制實施方案

基于以上問題，針對本次車間濕度不達標的具體問題，經過各方溝通，并與使用單位一起通過實驗得出的數據進行綜合分析，一致認為方案二能夠更好地實現對車間熱濕環境的調控，并且具有較大的節能潛力。

根據任務分析，構成了溫濕度獨立控制系統的原理與特點：將控制車間溫度和控制車間濕度分開，采用兩套不同的系統分別實現對車間的溫度控制和濕度控制。溫濕度獨立控制系統主要原理如圖2所示。

溫濕度獨立控制系統主要包括溫度控制系統和濕度控制系統兩部分[5]?？諝饨涍^“空氣處理機組”處理后的送風點達到了相應的需求后，由送風管直接送入車間內，直接實現對車間環境或人員活動區的溫、濕度控制。末端設備通過冷媒交換送冷風與車間進行熱交換，消除車間顯熱，實現車間溫度的控制。

濕度控制系統主要包括制取干燥空氣的除濕機組、直接配置于車間內區域送風直排。在保持車間送、排風量平衡的條件下，通過送入干燥空氣排除車間余濕以實現對車間濕度的控制。采用冷凍除濕，原車間空調系統進行處理承擔為車間排熱、排濕的雙重任務。空氣處理機組的盤管對混合空氣（回風+新風）進行降溫、除濕處理后，按照設計的送風狀態點（通常為“機器露點”）送入車間。以確保排熱、排濕同時進行。

為此針對該項目的溫濕度獨立空調系統制定了其季節運行模式表，如表2所示?，F該方案已投入實施，經車間使用現場反饋，濕度達標滿足要求，且運行能耗得到了較好的改善。

6結束語

工藝性車間的空調系統在滿足工藝要求的溫度、濕度及潔凈度的同時，需要兼顧其節能性要求。本文通過車間的工藝性空調節能改造實例分析，得出以下3點結論：①工藝廠房內的空調系統，當對溫、濕度均有要求時，普通一次回風系統較難同時滿足溫濕度的需求，易造成室內溫度較低，濕度較高的現象。②采用溫濕度獨立控制的工藝空調系統，比采用再熱系統的空調系統避免了冷熱抵消的現象，更利于節能。③采用溫濕度獨立控制的工藝空調系統，比冷凍除濕的常規空調系統能夠更好地控制房間濕度和適應車間熱濕比的變化。

參考文獻

[1] GB 50736-2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3] 祁小波，程德威.組合式轉輪除濕系統在生產工藝中的應用[J].建筑熱能通風空調，2008（4）：91-95.

[4] 趙靖.大型公共建筑節能診斷與評價技術體系研究[D].天津：天津大學，2010.

[5] 常晟，魏慶芃，蔡宏武，等.空調系統節能優化運行與改造案例研究（2）：冷水系統[J].暖通空調，2010，40（8）：37-40，56.