棉纺织企业空调系统节能降耗措施浅析

[编辑:Cyx]  [发布时间:2015-07-28]  []

王学元（兖矿集团如丝纺织有限公司）

　　摘要：通过对空调系统设计参数计算过程的分析，指出棉纺织企业空调系统在负荷确定、设备选择、供水和送风调节方式等方面存在节能降耗的巨大潜力，提出了减小空调系统能耗，提高能源利用效率的具体措施。
　　关键词：空调系统；节能降耗；变频；焓值；含湿量
　　1.棉纺织企业研究空调系统节能降耗的目的和意义
　　加强节能降耗工作，是转变经济增长方式的重要任务，是降低生产成本、提高经济效益的有效途径，也是提高企业市场竞争力的重要举措。在棉纺织企业中，空调系统的耗能约占全部生产能耗15％，大多数棉纺织企业的空调系统存在“大马拉小车”、使用管理不当等造成能源浪费的现象，空调系统节能降耗有较大的潜力可挖，因此，加强空调系统的节能降耗措施的研究，对棉纺企业的节能降耗工作具有很强的现实意义。
　　2.棉纺织企业空调系统节能降耗的潜力分析
　　2.1 棉纺织企业空调系统在参数设计和设备选型时留有较大的余量，造成使用过程中能源浪费。
　　2.1.1 在设计过程中，空调系统负荷的确定时留有较大的余量，具有节能降耗潜力
　　空调系统负荷的设计是选择空调设备的主要依据，所以正确地计算棉纺织企业空调系统的负荷，对整个空调系统的设计十分重要。棉纺织企业空调系统的负荷主要包括车间设备散热、人员散热、照明散热和厂房结构传热等。在棉纺织工程设计中，不论是计算设备产生的热能、人员产生的热能、照明设施的散热还是厂房结构的传热，计算方法均是取其最大值，然后将各因素负荷的最大值进行叠加，然后乘以一定的安全系数，以此作为空调系统的设计负荷，并以此决定风机和水泵等设备的选型。但在实际生产过程中，空调系统的负荷随室外气象条件、设备开台面、产品结构、车间人员数量等因素的变化而变化，一年春夏秋冬四季中负荷有很大的不同，波动很大，各个因素出现峰值负荷的时间很短，而各个因素同时出现峰值负荷的几率极低。因此，空调系统大多数情况下是在负荷不足的状态下运行，造成能源的大量浪费。
　　2.1.2 空调水泵流量和扬程的参数设计和设备选型时留有较大的余量，具有节能降耗潜力
　　在设计过程中，空调水泵的流量是按企业中空调系统的最大设计负荷选定的，扬程是按系统最不利环路沿程阻力和局部阻力之和确定的。棉纺织企业的空调工程因系统管路复杂，工程设计的阻力计算往往只是粗略估算，一般都考虑了较高的安全系数，水泵扬程选择往往偏大。而空调水泵在实际运行过程中，系统的供水负荷大部分时间达不到水泵的额定流量，正常条件下空调管路系统的阻力也远低于水泵的额定扬程，造成“大马拉小车”的现象，为控制水泵的实际流量，使之与空调系统的实际用水量相匹配，企业一般采用关小阀门，减小管道内水流量的办法来调节，根据管道特性曲线公式：
　　H=SQ²
　　式中：H：为管道系统的压力损失（Pa）；
　　Q：为流量（m³／s）；
　　S：为综合阻力系数，与管路的沿程阻力和局部阻力有关。
　　当水泵的实际流量为额定流量的一半时，管道系统的压力损失会达到设计压力损失的4倍！因此，由于参数设计和设备选型原因造成空调水泵的低效运行，能量的浪费现象是惊人的。
　　2.1.3 空调送风风机送风量和风压的参数设计和设备选型时留有较大的余量，具有节能降耗潜力
　　在设计过程中，空调风机的送风量是按企业一年中空调系统的最大调节风量来选定的，风机的风压由最大送风量时风道最远端沿程阻力和局部阻力之和确定的。因一年中空调系统所需的送风量变化较大，棉纺织企业的空调系统虽然一般采用双速风机来调节送风量，但双速风机仍然无法根据车间调节风量的实际需要进行无级调节，因此空调风机极大部分时间是在负荷不足的情况下工作的，风机能耗的浪费现象也是显而易见的。
　　2.2 棉纺织企业空调系统的不合理使用是造成能源浪费的重要因素
　　棉纺企业在使用空调系统时，经常存在着管理和调节方式不合理的现象，造成了能源的浪费，主要表现在以下几个方面：
　　（1）盲目追求空调效果，车间的温湿度控制线设定过严，造成空调系统的负荷较高。
　　（2）不参考室内外空气参数的实际情况，仅凭经验选择空调系统的运行方式。
　　（3）不经过准确测算，仅凭感觉使用新、回风或分配新、回风使用比例。
　　（4）车间保温保湿措施不良，门窗关闭不严，车间内外的空气流动性较大。
　　（5）新、回风网窗清洁不及时，网眼堵塞严重。
　　（6）通过调节阀门和风门的方式来调节供水量和送风量。
　　3.棉纺织企业空调系统节能降耗的措施及应用
　　3.1 通过变频改造，用变频调速的调节方式，消除空调系统因参数设计余量较大造成的低负荷运行的浪费现象
　　3.1.1 变频调速的工作及节能原理
　　由电机转速的数学公式可知，电机的实际转速，主要取决于电机定子的旋转磁场的转速n₁（n₁=t×f/p，式中：n₁为电机定子的旋转磁场的转速，t为时间常数，P为电机的极对数，f为供电电源频率）。对一个绕制好的电机，其旋转磁场转速完全取决供电频率，n1正比电源频率f，电机的定、转子之间基于磁场感应和机械惯性传动，转子的转速和定子旋转磁场的转速仅存在一个转差率S，因此电机的转速n₂[n₂=t×f(1-s)/p]也正比于供电电源的频率。变频调速就是通过变频器来调节供给电动机电源的频率来控制电动机转速的，电动机变频时调速时，转速的变化对电机的转矩影响较小，因而可以使电机在较低的速度下完成传动任务，这种纯电气调速通过改变电动机的机械特性来获得不同的转速，不需原机械设备做任何调整，因此，变频改造对保持原有机械性能、节能降耗大有好处。
　　3.1.2 风机变频调速节能效果分析
　　通过变频改造，风机可以实现无级变速调节，在实际运行中，根据空调系统的实需调节风量，计算风机速度进行调节。由流体力学可知，风机的风量与转速一次方成正比，压力H与转速的平方成正比，风机的输出功率与转速的立方成正比。由此可知，若转速下降20%，则功率下降到51.2%；若转速下降50%，则轴功率下降到12.5%，因此，风机通过变频来调速节电效果是非常可观的。
　　3.1.3 水泵变频调速节能效果分析
　　水泵供水负荷是根据车间内外空气参数的变化而变化的，是非线性负荷，通过变频调速控制，可以使水泵电机的负载曲线与空调主机的负载曲线相协调，可以根据实际需要调节供水量，避免通过闸阀来限制出水量的现象，从而达到节约用水和降低能耗的目的。经测算，在同等工艺条件下，采用变频调速控制供水量比采用调节阀控制供水量,节电率可达到60.3%。
　　3.2 根据气候变化，及时、合理地调节空调系统的工作状态
　　空调系统的工作状态不同，耗能情况也具有很大的差异，因此根据气候变化，及时、合理地调节空调系统的工作状态，设置适宜的车间温湿度控制线和空调系统送风参数，在满足车间换风次数基本要求、保证员工健康安全的生产环境、符合生产工艺基本条件的前提下，尽可能地降低空调系统的送风量和用水量，是降低空调系统能耗的重要措施之一。具体可分为以下五种情况：
　　3.2.1 减焓去湿的调节方法
　　3.2.1.1 适用条件
　　适用于气候湿热，高温高湿，室外空气焓值高于车间空气焓值的天气。
　　3.2.1.2 车间内外空气状态对比
　　室外空气的温度大于车间空气的温度，室外空气的绝对湿度大于车间空气的绝对湿度。
　　3.2.1.3 空调系统的调节目标
　　降低车间空气的温度，减小车间空气的湿度。
　　3.2.1.4 设定车间温湿度控制线时应掌握的原则
　　在符合生产工艺基本条件的前提下，干球温度偏高掌握、相对湿度偏高掌握，以降低空调系统的能耗。
　　例如：在夏季，车间温湿度要求：温度t：30℃-32℃，湿度φ：55%-65%。
　　温湿度控制方案一：将车间温湿度控制线设置为t=30℃，φ=60%，查空气焓湿图可知，空气焓值i=71kJ/kg，空气的含湿量d=16g/kg；
　　温湿度控制方案二：将车间温湿度控制线设置为t=32℃，φ=65%，查空气焓湿图可知，空气焓值i=82.5kJ/kg，空气的含湿量d=19.7g/kg；
　　方案二比方案一每千克空气可节约空调系统制冷量：82.5kJ/kg-71kJ/kg=11.5kJ/kg，空调系统降温负荷的降低比率为：11.5kJ/kg÷71kJ/kg×100%=16.2%；
　　方案二比方案一每千克空气可节约空调系统给湿量：19.7g/kg-16g/kg=3.7g/kg，空调系统降湿负荷的降低比率为：3.7g/kg÷16g/kg×100%=23%。
　　3.2.1.5 空调系统送风参数的要求
　　空调送风的绝对含湿量要尽可能小，温度要尽可能低，以加快空气的湿热交换速度，减少空调送风量，提高空调效果，降低能耗。
　　3.2.1.6 降低空调系统能耗的具体工作措施
　　（1）因为车间回风的焓值低于室外新风的焓值，在满足车间换风次数基本要求的前提下，最大限度地使用车间回风，以降低空调系统处理空气时的负荷。
　　例如：室外空气参数为：t=34℃，φ=75%，查空气焓湿图可知，空气焓值i=99.5kJ/kg，空气的含湿量d=25.5g/kg；
　　车间内空气参数为：t=32℃，φ=65%，查空气焓湿图可知，空气焓值i=82.5kJ/kg，空气的含湿量d=19.7g/kg；
　　空调系统的送风参数为：t=25℃，φ=95%，查空气焓湿图可知，空气焓值i=73.6kJ/kg，空气的含湿量d=19g/kg；
　　如果全部使用新风进行空气调节，那么处理每千克空气空调系统的制冷负荷为：99.5kJ/kg-73.6kJ/kg=25.9kJ/kg；处理每千克空气空调系统的减湿负荷为：25.5g/kg-d=19g/kg=6.5g/kg。
　　而使用80%的车间回风和20%的新风混合进行空气调节，经计算，混合空气的参数为：t=32.4℃，φ=67%，查空气焓湿图可知，空气焓值i=85.9kJ/kg，空气的含湿量d=20.86g/kg；那么处理每千克空气空调系统的制冷负荷为：85.9kJ/kg-73.6kJ/kg=12.3kJ/kg；处理每千克空气空调系统的减湿负荷为：20.86g/kg-19g/kg=1.86g/kg。
　　从上面的计算可知，采用80%的回风比全部采用新风空调系统的制冷负荷可以降低25.9kJ/k-12.3kJ/kg=13.6kJ/kg，降低比率为：13.6kJ/kg÷25.9kJ/kg×100%=52.5%；减湿负荷可以降低6.5g/kg-1.86g/kg=4.64g/kg，降低比率为：4.64g/kg÷6.5g/kg×100%=71.4%
　　（2）关闭喷雾风机的供水系统，以降低空调送风的含湿量和节约用水。
　　（3）细纱车尾散热排风系统排出的湿热空气全部排放到室外，以降低空调系统减焓去湿的负荷，节约能耗。
　　（4）使用低于露点温度的冷水处理空气，必要时在喷淋水池中加放冰块降低水温。
　　3.2.2 增焓加湿的调节方法
　　3.2.2.1 适用条件
　　适用于气候干冷，低温低湿，室外空气焓值小于车间空气焓值的天气。
　　3.2.2.2 车间内外空气状态对比
　　室外空气的温度低于车间空气的温度，室外空气的绝对湿度小于车间空气的绝对湿度。
　　3.2.2.3 空调系统的调节目标
　　增加车间空气的湿度，稳定或提高车间空气的温度。
　　3.2.2.4 设定车间温湿度控制线时应掌握的原则
　　在符合生产工艺基本条件的前提下，干球温度偏低掌握、相对湿度偏低掌握，以降低空调系统的能耗（举例计算略）。
　　3.2.2.5 空调系统送风参数的要求
　　空调送风的绝对含湿量要尽可能大，温度要尽可能高，以加快空气的湿热交换速度，减少空调送风量，提高空调效果，降低能耗。
　　3.2.2.6 降低空调系统能耗的具体工作措施
　　（1）因为车间回风的焓值高于室外新风的焓值，在满足车间换风次数基本要求的前提下，最大限度地使用车间回风，以降低空调系统处理空气时的负荷（举例计算略）。
　　（2）打开喷雾风机的供水系统，尽可能保持水温，以提高空调送风的含湿量。
　　（3）细纱车尾散热排风系统排出的空气全部经空调室送回车间，以降低空调系统增焓加湿的负荷，节约能耗。
　　（4）使用循环水处理空气，必要时可以对空气进行预热处理。
　　（5）充分利用车间设备产生的余热，封闭好门窗，保证车间内轻微的正压，必要时可将细纱车间的热量导入络筒和前纺车间，以降低空调系统的负荷。
　　3.2.3 减焓加湿的调节方法
　　3.2.3.1 适用条件
　　适用于气温高，湿度低，室外空气焓值小于车间空气焓值的天气。
　　3.2.3.2 车间内外空气状态对比
　　室外空气的温度高于车间空气的温度，室外空气的绝对湿度小于车间空气的绝对湿度。
　　3.2.3.3 空调系统的调节目标
　　增加车间空气的湿度，降低车间空气的温度。
　　3.2.3.4 设定车间温湿度控制线时应掌握的原则
　　在符合生产工艺基本条件的前提下，干球温度偏高掌握、相对湿度偏低掌握，以降低空调系统的能耗（举例计算略）。
　　3.2.3.5 空调系统送风参数的要求
　　空调送风的绝对含湿量要尽可能大，温度要尽可能低，以加快空气的湿热交换速度，减少空调送风量，提高空调效果，降低能耗。
　　3.2.3.6 降低空调系统能耗的具体工作措施
　　（1）因为车间回风的焓值高于室外新风的焓值，全部使用新风，以降低空调系统处理空气时的负荷（举例计算略）。
　　（2）打开喷雾风机的供水系统，尽可能保持水温，以提高空调送风的含湿量。
　　（3）细纱车尾散热排风系统排出的空气全部排出车间，以降低空调系统的负荷，节约能耗。
　　（4）使用高于露点温度、低于循环水温度的低温水处理空气，可补充部分深井水进行部分循环，以节约供水量。
　　3.2.4 减焓减湿的调节方法
　　3.2.4.1 适用条件
　　适用于气温偏低，湿度较大，室外空气焓值大于车间空气焓值的天气。
　　3.2.4.2 车间内外空气状态对比
　　室外空气的温度略低于车间空气的温度，室外空气的绝对湿度大于车间空气的绝对湿度。
　　3.2.4.3 空调系统的调节目标
　　降低车间空气的湿度。
　　3.2.4.4 设定车间温湿度控制线时应掌握的原则
　　在符合生产工艺基本条件的前提下，干球温度偏高掌握、相对湿度偏高掌握，以降低空调系统的能耗（举例计算略）。
　　3.2.4.5 空调系统送风参数的要求
　　空调送风的绝对含湿量要尽可能低，温度要尽可能低，以加快空气的湿热交换速度，减少空调送风量，提高空调效果，降低能耗。
　　3.2.4.6 降低空调系统能耗的具体工作措施
　　（1）因为车间回风的焓值低于室外新风的焓值，大量采用回风，以降低空调系统处理空气时的负荷（举例计算略）。
　　（2）关闭喷雾风机的供水系统，以降低空调送风的含湿量，节约用水量。
　　（3）根据细纱车尾散热排风系统排出的空气的实际焓值大小，确定是否回用。
　　（4）使用低于露点温度的冷水处理空气，以降低空调送风的绝对含湿量。
　　3.2.5 等焓加湿的调节方法
　　3.2.5.1 适用条件
　　适用于气温适合纺纱工艺要求，湿度偏低，室外空气焓值低车间空气焓值的天气。
　　3.2.5.2 车间内外空气状态对比
　　室外空气的温度低于车间空气的温度，室外空气的绝对湿度低车间空气的绝对湿度。
　　3.2.5.3 空调系统的调节目标
　　增加车间空气的湿度。
　　3.2.5.4 设定车间温湿度控制线时应掌握的原则
　　在符合生产工艺基本条件的前提下，相对湿度偏低掌握，以降低空调系统的能耗（举例计算略）。
　　3.2.5.5 空调系统送风参数的要求
　　空调送风的绝对含湿量要尽可能高，以加快空气的湿热交换速度，减少空调送风量，提高空调效果，降低能耗。
　　3.2.5.6 降低空调系统能耗的具体工作措施
　　（1）因为室外新风的温度适宜，但含湿量较低，可根据室内外空气的实际参数灵活掌握新回风比例，以稳定车间温湿度、降低空调系统处理空气时的负荷（举例计算略）为目的。
　　（2）打开喷雾风机的供水系统，以增加空调送风的含湿量。
　　（3）根据细纱车尾散热排风系统排出的空气的实际焓值大小，确定回用比例。
　　（4）使用循环水处理空气，以提高空调送风的绝对含湿量。
　　4结语
　　棉纺织企业空调系统是棉纺织工程中的耗能大户，挖掘空调系统的节能降耗潜力，采取相应的控制措施，发挥空调系统的最佳运行效果，对节约能源具有重要意义。
　　（1）空调系统参数设计和设备选型时按系统最大负荷确定的原则是造成能源浪费的主要原因。
　　（2）空调系统在运行过程中选择不合理的运行方式会造成能源浪费现象。
　　（3）通过变频改造，可以有效提高空调系统的能源利用效率。
　　（4）根据室内外空气参数的变化灵活设定空调送风参数，选择相应的运行方式是空调系统节能降耗的重要手段。