棉紡織企業空調系統節能降耗措施淺析

[編輯:Cyx]  [發布時間:2015-07-28]  []

王學元（兗礦集團如絲紡織有限公司）

　　摘要：通過對空調系統設計參數計算過程的分析，指出棉紡織企業空調系統在負荷確定、設備選擇、供水和送風調節方式等方面存在節能降耗的巨大潛力，提出了減小空調系統能耗，提高能源利用效率的具體措施。
　　關鍵詞：空調系統；節能降耗；變頻；焓值；含濕量
　　1.棉紡織企業研究空調系統節能降耗的目的和意義
　　加強節能降耗工作，是轉變經濟增長方式的重要任務，是降低生產成本、提高經濟效益的有效途徑，也是提高企業市場競爭力的重要舉措。在棉紡織企業中，空調系統的耗能約占全部生產能耗15％，大多數棉紡織企業的空調系統存在“大馬拉小車”、使用管理不當等造成能源浪費的現象，空調系統節能降耗有較大的潛力可挖，因此，加強空調系統的節能降耗措施的研究，對棉紡企業的節能降耗工作具有很強的現實意義。
　　2.棉紡織企業空調系統節能降耗的潛力分析
　　2.1 棉紡織企業空調系統在參數設計和設備選型時留有較大的余量，造成使用過程中能源浪費。
　　2.1.1 在設計過程中，空調系統負荷的確定時留有較大的余量，具有節能降耗潛力
　　空調系統負荷的設計是選擇空調設備的主要依據，所以正確地計算棉紡織企業空調系統的負荷，對整個空調系統的設計十分重要。棉紡織企業空調系統的負荷主要包括車間設備散熱、人員散熱、照明散熱和廠房結構傳熱等。在棉紡織工程設計中，不論是計算設備產生的熱能、人員產生的熱能、照明設施的散熱還是廠房結構的傳熱，計算方法均是取其最大值，然后將各因素負荷的最大值進行疊加，然后乘以一定的安全系數，以此作為空調系統的設計負荷，并以此決定風機和水泵等設備的選型。但在實際生產過程中，空調系統的負荷隨室外氣象條件、設備開臺面、產品結構、車間人員數量等因素的變化而變化，一年春夏秋冬四季中負荷有很大的不同，波動很大，各個因素出現峰值負荷的時間很短，而各個因素同時出現峰值負荷的幾率極低。因此，空調系統大多數情況下是在負荷不足的狀態下運行，造成能源的大量浪費。
　　2.1.2 空調水泵流量和揚程的參數設計和設備選型時留有較大的余量，具有節能降耗潛力
　　在設計過程中，空調水泵的流量是按企業中空調系統的最大設計負荷選定的，揚程是按系統最不利環路沿程阻力和局部阻力之和確定的。棉紡織企業的空調工程因系統管路復雜，工程設計的阻力計算往往只是粗略估算，一般都考慮了較高的安全系數，水泵揚程選擇往往偏大。而空調水泵在實際運行過程中，系統的供水負荷大部分時間達不到水泵的額定流量，正常條件下空調管路系統的阻力也遠低于水泵的額定揚程，造成“大馬拉小車”的現象，為控制水泵的實際流量，使之與空調系統的實際用水量相匹配，企業一般采用關小閥門，減小管道內水流量的辦法來調節，根據管道特性曲線公式：
　　H=SQ²
　　式中：H：為管道系統的壓力損失（Pa）；
　　Q：為流量（m³／s）；
　　S：為綜合阻力系數，與管路的沿程阻力和局部阻力有關。
　　當水泵的實際流量為額定流量的一半時，管道系統的壓力損失會達到設計壓力損失的4倍！因此，由于參數設計和設備選型原因造成空調水泵的低效運行，能量的浪費現象是驚人的。
　　2.1.3 空調送風風機送風量和風壓的參數設計和設備選型時留有較大的余量，具有節能降耗潛力
　　在設計過程中，空調風機的送風量是按企業一年中空調系統的最大調節風量來選定的，風機的風壓由最大送風量時風道最遠端沿程阻力和局部阻力之和確定的。因一年中空調系統所需的送風量變化較大，棉紡織企業的空調系統雖然一般采用雙速風機來調節送風量，但雙速風機仍然無法根據車間調節風量的實際需要進行無級調節，因此空調風機極大部分時間是在負荷不足的情況下工作的，風機能耗的浪費現象也是顯而易見的。
　　2.2 棉紡織企業空調系統的不合理使用是造成能源浪費的重要因素
　　棉紡企業在使用空調系統時，經常存在著管理和調節方式不合理的現象，造成了能源的浪費，主要表現在以下幾個方面：
　?。?）盲目追求空調效果，車間的溫濕度控制線設定過嚴，造成空調系統的負荷較高。
　?。?）不參考室內外空氣參數的實際情況，僅憑經驗選擇空調系統的運行方式。
　　（3）不經過準確測算，僅憑感覺使用新、回風或分配新、回風使用比例。
　?。?）車間保溫保濕措施不良，門窗關閉不嚴，車間內外的空氣流動性較大。
　?。?）新、回風網窗清潔不及時，網眼堵塞嚴重。
　?。?）通過調節閥門和風門的方式來調節供水量和送風量。
　　3.棉紡織企業空調系統節能降耗的措施及應用
　　3.1 通過變頻改造，用變頻調速的調節方式，消除空調系統因參數設計余量較大造成的低負荷運行的浪費現象
　　3.1.1 變頻調速的工作及節能原理
　　由電機轉速的數學公式可知，電機的實際轉速，主要取決于電機定子的旋轉磁場的轉速n₁（n₁=t×f/p，式中：n₁為電機定子的旋轉磁場的轉速，t為時間常數，P為電機的極對數，f為供電電源頻率）。對一個繞制好的電機，其旋轉磁場轉速完全取決供電頻率，n1正比電源頻率f，電機的定、轉子之間基于磁場感應和機械慣性傳動，轉子的轉速和定子旋轉磁場的轉速僅存在一個轉差率S，因此電機的轉速n₂[n₂=t×f(1-s)/p]也正比于供電電源的頻率。變頻調速就是通過變頻器來調節供給電動機電源的頻率來控制電動機轉速的，電動機變頻時調速時，轉速的變化對電機的轉矩影響較小，因而可以使電機在較低的速度下完成傳動任務，這種純電氣調速通過改變電動機的機械特性來獲得不同的轉速，不需原機械設備做任何調整，因此，變頻改造對保持原有機械性能、節能降耗大有好處。
　　3.1.2 風機變頻調速節能效果分析
　　通過變頻改造，風機可以實現無級變速調節，在實際運行中，根據空調系統的實需調節風量，計算風機速度進行調節。由流體力學可知，風機的風量與轉速一次方成正比，壓力H與轉速的平方成正比，風機的輸出功率與轉速的立方成正比。由此可知，若轉速下降20%，則功率下降到51.2%；若轉速下降50%，則軸功率下降到12.5%，因此，風機通過變頻來調速節電效果是非?？捎^的。
　　3.1.3 水泵變頻調速節能效果分析
　　水泵供水負荷是根據車間內外空氣參數的變化而變化的，是非線性負荷，通過變頻調速控制，可以使水泵電機的負載曲線與空調主機的負載曲線相協調，可以根據實際需要調節供水量，避免通過閘閥來限制出水量的現象，從而達到節約用水和降低能耗的目的。經測算，在同等工藝條件下，采用變頻調速控制供水量比采用調節閥控制供水量,節電率可達到60.3%。
　　3.2 根據氣候變化，及時、合理地調節空調系統的工作狀態
　　空調系統的工作狀態不同，耗能情況也具有很大的差異，因此根據氣候變化，及時、合理地調節空調系統的工作狀態，設置適宜的車間溫濕度控制線和空調系統送風參數，在滿足車間換風次數基本要求、保證員工健康安全的生產環境、符合生產工藝基本條件的前提下，盡可能地降低空調系統的送風量和用水量，是降低空調系統能耗的重要措施之一。具體可分為以下五種情況：
　　3.2.1 減焓去濕的調節方法
　　3.2.1.1 適用條件
　　適用于氣候濕熱，高溫高濕，室外空氣焓值高于車間空氣焓值的天氣。
　　3.2.1.2 車間內外空氣狀態對比
　　室外空氣的溫度大于車間空氣的溫度，室外空氣的絕對濕度大于車間空氣的絕對濕度。
　　3.2.1.3 空調系統的調節目標
　　降低車間空氣的溫度，減小車間空氣的濕度。
　　3.2.1.4 設定車間溫濕度控制線時應掌握的原則
　　在符合生產工藝基本條件的前提下，干球溫度偏高掌握、相對濕度偏高掌握，以降低空調系統的能耗。
　　例如：在夏季，車間溫濕度要求：溫度t：30℃-32℃，濕度φ：55%-65%。
　　溫濕度控制方案一：將車間溫濕度控制線設置為t=30℃，φ=60%，查空氣焓濕圖可知，空氣焓值i=71kJ/kg，空氣的含濕量d=16g/kg；
　　溫濕度控制方案二：將車間溫濕度控制線設置為t=32℃，φ=65%，查空氣焓濕圖可知，空氣焓值i=82.5kJ/kg，空氣的含濕量d=19.7g/kg；
　　方案二比方案一每千克空氣可節約空調系統制冷量：82.5kJ/kg-71kJ/kg=11.5kJ/kg，空調系統降溫負荷的降低比率為：11.5kJ/kg÷71kJ/kg×100%=16.2%；
　　方案二比方案一每千克空氣可節約空調系統給濕量：19.7g/kg-16g/kg=3.7g/kg，空調系統降濕負荷的降低比率為：3.7g/kg÷16g/kg×100%=23%。
　　3.2.1.5 空調系統送風參數的要求
　　空調送風的絕對含濕量要盡可能小，溫度要盡可能低，以加快空氣的濕熱交換速度，減少空調送風量，提高空調效果，降低能耗。
　　3.2.1.6 降低空調系統能耗的具體工作措施
　　（1）因為車間回風的焓值低于室外新風的焓值，在滿足車間換風次數基本要求的前提下，最大限度地使用車間回風，以降低空調系統處理空氣時的負荷。
　　例如：室外空氣參數為：t=34℃，φ=75%，查空氣焓濕圖可知，空氣焓值i=99.5kJ/kg，空氣的含濕量d=25.5g/kg；
　　車間內空氣參數為：t=32℃，φ=65%，查空氣焓濕圖可知，空氣焓值i=82.5kJ/kg，空氣的含濕量d=19.7g/kg；
　　空調系統的送風參數為：t=25℃，φ=95%，查空氣焓濕圖可知，空氣焓值i=73.6kJ/kg，空氣的含濕量d=19g/kg；
　　如果全部使用新風進行空氣調節，那么處理每千克空氣空調系統的制冷負荷為：99.5kJ/kg-73.6kJ/kg=25.9kJ/kg；處理每千克空氣空調系統的減濕負荷為：25.5g/kg-d=19g/kg=6.5g/kg。
　　而使用80%的車間回風和20%的新風混合進行空氣調節，經計算，混合空氣的參數為：t=32.4℃，φ=67%，查空氣焓濕圖可知，空氣焓值i=85.9kJ/kg，空氣的含濕量d=20.86g/kg；那么處理每千克空氣空調系統的制冷負荷為：85.9kJ/kg-73.6kJ/kg=12.3kJ/kg；處理每千克空氣空調系統的減濕負荷為：20.86g/kg-19g/kg=1.86g/kg。
　　從上面的計算可知，采用80%的回風比全部采用新風空調系統的制冷負荷可以降低25.9kJ/k-12.3kJ/kg=13.6kJ/kg，降低比率為：13.6kJ/kg÷25.9kJ/kg×100%=52.5%；減濕負荷可以降低6.5g/kg-1.86g/kg=4.64g/kg，降低比率為：4.64g/kg÷6.5g/kg×100%=71.4%
　?。?）關閉噴霧風機的供水系統，以降低空調送風的含濕量和節約用水。
　　（3）細紗車尾散熱排風系統排出的濕熱空氣全部排放到室外，以降低空調系統減焓去濕的負荷，節約能耗。
　?。?）使用低于露點溫度的冷水處理空氣，必要時在噴淋水池中加放冰塊降低水溫。
　　3.2.2 增焓加濕的調節方法
　　3.2.2.1 適用條件
　　適用于氣候干冷，低溫低濕，室外空氣焓值小于車間空氣焓值的天氣。
　　3.2.2.2 車間內外空氣狀態對比
　　室外空氣的溫度低于車間空氣的溫度，室外空氣的絕對濕度小于車間空氣的絕對濕度。
　　3.2.2.3 空調系統的調節目標
　　增加車間空氣的濕度，穩定或提高車間空氣的溫度。
　　3.2.2.4 設定車間溫濕度控制線時應掌握的原則
　　在符合生產工藝基本條件的前提下，干球溫度偏低掌握、相對濕度偏低掌握，以降低空調系統的能耗（舉例計算略）。
　　3.2.2.5 空調系統送風參數的要求
　　空調送風的絕對含濕量要盡可能大，溫度要盡可能高，以加快空氣的濕熱交換速度，減少空調送風量，提高空調效果，降低能耗。
　　3.2.2.6 降低空調系統能耗的具體工作措施
　?。?）因為車間回風的焓值高于室外新風的焓值，在滿足車間換風次數基本要求的前提下，最大限度地使用車間回風，以降低空調系統處理空氣時的負荷（舉例計算略）。
　?。?）打開噴霧風機的供水系統，盡可能保持水溫，以提高空調送風的含濕量。
　　（3）細紗車尾散熱排風系統排出的空氣全部經空調室送回車間，以降低空調系統增焓加濕的負荷，節約能耗。
　?。?）使用循環水處理空氣，必要時可以對空氣進行預熱處理。
　?。?）充分利用車間設備產生的余熱，封閉好門窗，保證車間內輕微的正壓，必要時可將細紗車間的熱量導入絡筒和前紡車間，以降低空調系統的負荷。
　　3.2.3 減焓加濕的調節方法
　　3.2.3.1 適用條件
　　適用于氣溫高，濕度低，室外空氣焓值小于車間空氣焓值的天氣。
　　3.2.3.2 車間內外空氣狀態對比
　　室外空氣的溫度高于車間空氣的溫度，室外空氣的絕對濕度小于車間空氣的絕對濕度。
　　3.2.3.3 空調系統的調節目標
　　增加車間空氣的濕度，降低車間空氣的溫度。
　　3.2.3.4 設定車間溫濕度控制線時應掌握的原則
　　在符合生產工藝基本條件的前提下，干球溫度偏高掌握、相對濕度偏低掌握，以降低空調系統的能耗（舉例計算略）。
　　3.2.3.5 空調系統送風參數的要求
　　空調送風的絕對含濕量要盡可能大，溫度要盡可能低，以加快空氣的濕熱交換速度，減少空調送風量，提高空調效果，降低能耗。
　　3.2.3.6 降低空調系統能耗的具體工作措施
　?。?）因為車間回風的焓值高于室外新風的焓值，全部使用新風，以降低空調系統處理空氣時的負荷（舉例計算略）。
　?。?）打開噴霧風機的供水系統，盡可能保持水溫，以提高空調送風的含濕量。
　?。?）細紗車尾散熱排風系統排出的空氣全部排出車間，以降低空調系統的負荷，節約能耗。
　　（4）使用高于露點溫度、低于循環水溫度的低溫水處理空氣，可補充部分深井水進行部分循環，以節約供水量。
　　3.2.4 減焓減濕的調節方法
　　3.2.4.1 適用條件
　　適用于氣溫偏低，濕度較大，室外空氣焓值大于車間空氣焓值的天氣。
　　3.2.4.2 車間內外空氣狀態對比
　　室外空氣的溫度略低于車間空氣的溫度，室外空氣的絕對濕度大于車間空氣的絕對濕度。
　　3.2.4.3 空調系統的調節目標
　　降低車間空氣的濕度。
　　3.2.4.4 設定車間溫濕度控制線時應掌握的原則
　　在符合生產工藝基本條件的前提下，干球溫度偏高掌握、相對濕度偏高掌握，以降低空調系統的能耗（舉例計算略）。
　　3.2.4.5 空調系統送風參數的要求
　　空調送風的絕對含濕量要盡可能低，溫度要盡可能低，以加快空氣的濕熱交換速度，減少空調送風量，提高空調效果，降低能耗。
　　3.2.4.6 降低空調系統能耗的具體工作措施
　?。?）因為車間回風的焓值低于室外新風的焓值，大量采用回風，以降低空調系統處理空氣時的負荷（舉例計算略）。
　?。?）關閉噴霧風機的供水系統，以降低空調送風的含濕量，節約用水量。
　?。?）根據細紗車尾散熱排風系統排出的空氣的實際焓值大小，確定是否回用。
　?。?）使用低于露點溫度的冷水處理空氣，以降低空調送風的絕對含濕量。
　　3.2.5 等焓加濕的調節方法
　　3.2.5.1 適用條件
　　適用于氣溫適合紡紗工藝要求，濕度偏低，室外空氣焓值低車間空氣焓值的天氣。
　　3.2.5.2 車間內外空氣狀態對比
　　室外空氣的溫度低于車間空氣的溫度，室外空氣的絕對濕度低車間空氣的絕對濕度。
　　3.2.5.3 空調系統的調節目標
　　增加車間空氣的濕度。
　　3.2.5.4 設定車間溫濕度控制線時應掌握的原則
　　在符合生產工藝基本條件的前提下，相對濕度偏低掌握，以降低空調系統的能耗（舉例計算略）。
　　3.2.5.5 空調系統送風參數的要求
　　空調送風的絕對含濕量要盡可能高，以加快空氣的濕熱交換速度，減少空調送風量，提高空調效果，降低能耗。
　　3.2.5.6 降低空調系統能耗的具體工作措施
　?。?）因為室外新風的溫度適宜，但含濕量較低，可根據室內外空氣的實際參數靈活掌握新回風比例，以穩定車間溫濕度、降低空調系統處理空氣時的負荷（舉例計算略）為目的。
　　（2）打開噴霧風機的供水系統，以增加空調送風的含濕量。
　?。?）根據細紗車尾散熱排風系統排出的空氣的實際焓值大小，確定回用比例。
　?。?）使用循環水處理空氣，以提高空調送風的絕對含濕量。
　　4結語
　　棉紡織企業空調系統是棉紡織工程中的耗能大戶，挖掘空調系統的節能降耗潛力，采取相應的控制措施，發揮空調系統的最佳運行效果，對節約能源具有重要意義。
　?。?）空調系統參數設計和設備選型時按系統最大負荷確定的原則是造成能源浪費的主要原因。
　?。?）空調系統在運行過程中選擇不合理的運行方式會造成能源浪費現象。
　?。?）通過變頻改造，可以有效提高空調系統的能源利用效率。
　?。?）根據室內外空氣參數的變化靈活設定空調送風參數，選擇相應的運行方式是空調系統節能降耗的重要手段。