棉纺厂空调系统节能设计浅析

棉纺厂空调系统节能设计浅析

添加日期： 2011-1-27

王学元

山东巨野瓯江纺织品有限公司

我公司在新上3.5万锭精梳生产线时，认为参与竞标的纺织设计院按常规设计思路设计的几套工艺布局方案、空调系统方案都不太满意，本着“流程顺畅、节能降耗”的原则提出了自己的设计思路，得到有关专家的认可，现将我们的设计思路汇报如下，希望各位专家给予批评指正：

1工程概况

厂房是借用的原有通用厂房，厂房为砖混结构墙壁，钢筋混凝土支柱，钢架结构房顶，单层彩钢瓦覆顶（需做吊顶及保温处理后才能使用），外围建筑尺寸为107m×106.7m，跨距为26.5m+27m+27m+26.5m，柱距为5.2m+6m×8+0.3m伸缩缝+6m×8+5.2m。

生产工艺流程为清梳联→预并条→条并卷→精梳→并条→粗纱→细纱→自动络筒。产品以CJ14.8tex 为主要设计依据，兼顾高、低支纱线的生产。根据厂房柱网尺寸和总体面积，决定选用516锭细纱机68台。

2工艺布局设计中的节能设计方案

2.1纺织设计院设计的典型工艺布局方案

纺织设计院提供的几套竞标设计方案，全部是采用原有的设计模式，工艺布局的思路上大同小异，其中较具有代表意义的设计方案示意图见图一：

图一：纺织设计院的设计方案示意图

我们认为，这样的工艺布局方案没能充分利用我们方形厂房的特点，不方便充分利用车间热能的转移技术，无法通过各车间热能相互转移来达到节能降耗的目的。

2.2自行设计的工艺布局方案及其节能思路

我们的自行设计的工艺布局方案示意图见图二：

图二：自行设计的设计方案示意图

由于棉纺工艺流程中各个车间的散热量很不均衡，细纱车间机器、人员相对集中，发热量较大，即使在冬季车间热量仍有剩余；而络筒车间和前纺车间则相对设备稀少，人员分散，在冬季则需要补充一定量的热量。因此，夏季空气调节应以降低细纱车间的温湿度为主要调节目标，冬季空气调节则应以提高络筒和前纺车间的温度为主要调节目标。我们设计方案的节能思路是：将工艺流程中产生热能最大的细纱车间放在厂房的中部，其它车间环细纱车间布局，这样布局有以下几个方面的优点：

2.2.1 夏季有利于降低细纱空调的制冷负荷

在夏季，细纱车间周围车间的温度都明显低于室外温度，细纱车间围护结构的热负荷只有房顶部分，四周墙壁是向外辐射和传导热能，因此细纱车间受外界气候的影响相对较小，

空调制冷负荷较低。

设夏季室外干球温度为34.8℃，细纱车间干球温度取31℃，由于厂房外墙为250mm 砖砌体、内表面覆20mm 石灰泥结构，墙体外表面放热系数取23.3W/m2·k ，墙体内表面放热系数取8.7W/m2·k ，砖砌体的导热系数取0.76W/m·k ，石灰泥的导热系数取0.87W/m·k 。比较图一和图二，自行设计的工艺布局方案比设计院设计的工艺布局方案细纱车间与室外空气直接接触的面积减少66m ×4m=264m2，因此，自行设计的工艺布局方案比设计院设计的工艺布局方案相比，夏季细纱车间的制冷负荷至少可以降低：

Q= =1709W

2.2.2 冬季有利于络筒和前纺车间吸收细纱车间的余热，降低空调供热负荷

冬季由于络筒和前纺车间比细纱车间的温度低6℃-10℃，细纱车间多余的热量可以通过墙壁、通道等传递到络筒和前纺车间，提高络筒和前纺车间的温度，降低空调供热负荷。

同样可以计算出来，自行设计的工艺布局方案与设计院设计的工艺布局方案相比，冬季细纱车间通过墙壁向络筒和前纺车间传递热量至少可以多出：Q=2202 W。

2.2.3通过空调送、排风系统的特殊设计，冬季可以将细纱车间的余热输送到络筒和前纺车间

细纱车间设备集中，机器发热量较大，车间在冬季热量仍有剩余，如果将这些余热排放到室外大气中，大量的热能会白白浪费；而络筒车间和前纺车间在冬季则需要提高温度来保证正常生产，由于络筒车间和前纺车间环细纱车间排列，此时可以很方便地通过空调送、排风系统把细纱车间的热量转移到其它车间，降低能耗。

以并粗车间为例，设冬季空调计算干球温度为-4℃，计算湿度为55%，并粗车间设备发热量102.76kw ，人员散热量4.158kw ，那么在不考虑其他影响因素的情况下，如果要保持车间内热量的平衡，经测算车间的温度只能维持在13.68℃, 如果车间的温度要保持在工艺技术要求的24℃，尚需补充31.4kw 的车间房屋散热损失，另外，为保持车间最低换气次数和送风中的新风比例，车间需要的新风最低送风量为26.5×56.5×4×5×0.1×1.2=3593.4kg，将这些新风处理到车间温度需要的热量为：3593.4×（50.4+0.3）/3600=50.6kw，因此，并粗车间冬季至少要补充82kw 的热能才可以将车间的温度维持在24℃。另据测算，冬季整个细纱车间的余热可以达到531kw ，这些余热完全可以用来弥补其它车间的热量缺口。

按我们的自行设计的工艺布局方案，并粗和络筒车间分别靠近细纱车间的机台车尾的两侧，分别在空调室靠近并粗和络筒车间的两端设一个回风室，冬季将34台细纱机的车尾回风通过送风管道送入并粗和络筒车间，提高并粗和络筒车间的温度，来降低能耗。自行设计方案的空调系统送风示意图见图三：

图三：自行设计方案的空调送风系统示意图

车尾回风风道的具体设计方案是在车尾回风静压室内设置一段副风道，副风道与空调室主风道相连，在两条风道的连接口处设置一个L 形控制风门，通过调整风门的开启角度，来选择全部使用空调室送风、全部使用车尾回风，以及按不同的比例使用两者的混合风。使用不同送风时方式时的风门调节示意图见图四：

图四：使用不同送风方式时的风门调节示意图

3送、排风风道系统的节能设计方案

3.1细纱车尾排风与地排风风沟布局的节能设计

设计院设计的细纱车尾排风地沟与地排风地沟是汇聚到总风沟后，由回风室内的轴流回风机抽取，经圆盘过滤器过滤后送到空调室。在夏季，细纱车尾排风的温度高于室外新风的温度，室外新风的温度高于地排风的温度，从节能降耗和空气调节效率的角度考虑，应该大量使用地排风，但由于地排风与细纱车尾排风混在一起，使用地排风必然会将高温的车尾排风带入送风系统，造成空调送风温湿度过高，从而影响空气的调节效果，增加能耗，甚至会造成细纱车间的温度居高不下的严重后果。如果将回风室的回风全部排到室外，必然要加大空调室的送风量才能维持车间内气压的稳定和均衡，增加送风风机的电耗，同时由于大量使用新风，喷淋室用水量也会大幅升高，增加水泵能耗的同时还造成水资源的浪费。

基于以上分析，我们的设计方案是将细纱车尾排风地沟与地排风地沟分开布局，分别单独设计一个回风室。其中，车尾排风室向室外和混风室分别安装有风量调节窗，可以根据需要选择全部回用、全部排到室外或部分回用。如冬季全部回用，夏季全部排到室外，以降低能耗，减少用水量。

3.2排风风沟走向的节能设计

按设计院设计的细纱排风风沟布局方案，每条支风沟贯穿34台车，然后支风沟会合到总风沟后进入回风室。这样设计使每条支风沟的长度达到了64m 以上，而且支风沟是按升速梯

形管道设计的，受厂房柱网结构、施工条件、机台安装等条件的限制，支风沟大截面端的截面尺寸不可能过大，因此，各机台的风口吸入一定的风量后, 越靠近总风沟的机台下的风沟段, 风量、风速、风压越大, 而在距总风沟较远的支风沟尾部段落, 其风量、风速风压力较小, 处于最远段落的部分机台吸口可能会根本不吸风。

基于以上分析，我们建议将每排细纱机的风沟设计成两段，在位于中间位的细纱机之间断开, 每段风沟只担负17台细纱机的排风任务，这样就将支风沟尾部吸风口与总风沟的距离缩短了一半, 有利于根据吸风量的变化合理设计风沟截面尺寸，使距总风沟最远与最近的吸风口之间的风速、吸风压力差异大为减小。同时，由于风道的负荷减小一半，可以降低风道内的风速，风道阻力大幅度降低，节约能耗的效果明显。

3.3送风管道布局的节能设计

纺织设计院设计的送风方案是设置四套空调室，细纱车间两套，前纺和络筒车间两套。车间之间的送排风系统相互独立，不利于车间之间的热量转移，而且空调室运行费用较高。

我们的设计思路是充分利用方形厂房的特点，通过计算负荷将空调室进行合理整合，共设三个空调室：细纱设两个空调室，每个空调室负责调节34台细纱机，另外分别兼顾络筒车间和并粗车间；精梳车间和清梳联共用一个空调室。细纱车间的车尾回风通过副风道与络筒、并粗车间的送风系统相连接；精梳和清梳联共用一套空调室，精梳和清梳联滤尘室通过变风量调节窗与空调室相连，经过滤尘室过滤后的回风可以根据需要确定是否回用和回用比例。

在管道的布局上，根据各部空调负荷的差异，通过合理计算管道截面尺寸、送风口面积、送风口分布数量和管道阻力等技术参数，来调节送风量的大小，保证车间之间、车间内各区域之间的温湿度平衡。

这样设计可以有效利用车间空气的余热和冷量，降低空调室的冷、热负荷，节约能源。 4 空调系统设备选型的节能设计

纺织设计院设计的送风方案，细纱空调室是采用FZ40-11(S)，NO.18#轴流风机, 配Y280m-6，N=55KW电机，吸入式送风，喷淋室设4排喷淋管，采用二级喷淋的方法来处理空气。这种设计一般要求水气比u 在加湿过程中要达到0.4～0.5，去湿过程要达到0.6～1.0，用水量较大。

我们的设计方案细纱空调室采用PWF40/45-12，NO.20A 喷雾风机，配Y280m-8，N=45KW

电机，压入式送风，喷淋室设2排喷淋管处理空气。在达到相同的热湿交换效果的前提下，使用喷雾风机能明显降低水气比，提高热湿交换效率。一般情况下，喷雾风机水气比u 在低于0.1时就能达到较高的热湿交换效果。这是因为喷雾风机是利用先进的离心式雾化原理，使水在旋转碟和雾粒喷散装置的作用下，利用离心力达到产生超微小雾滴。雾滴通过强力风扇吹出气流与空气直接接触，水珠与空气的热湿交换时间增长，接触面积增加，提高了液体表面的蒸发速度，加快气体分子的扩散，水的蒸发量大大提高。在水的蒸发过程中吸收空气中的热量，降低被处理空气的温度，同时可以提高空气相对湿度，热湿交换充分彻底，湿热交换效率提高。因而使用喷雾风机可以大幅节约用水量和降低能耗。

经测算，在降温去湿的运行条件下，使用喷雾风机的空调设计方案可以比设计院设计的喷淋室二级喷淋方案节电25%~30%，节约喷淋水喷淋量约60%~70%。

另外，在夏季遇到极端天气时，由于喷雾风机喷淋量较小，可以专门为喷雾风机设置一个低温水箱，水箱中放置冰块就可以使水温降低到10度以下，使用这样的低温水喷雾可将车间空气的含湿量降低5~6g/kg干空气，减焓去湿效果远远超过二级喷淋的处理方法。 5送、排风风道截面尺寸的节能设计

纺织设计院设计的方案，送、排风管道的长度达到了64m 多长，送风管道（机台上方的支管道）截面尺寸共有四种规格，每种规格控制8~9台设备区域的送风任务；排风管道宽度头尾一致（1000mm ），车尾排风风沟深度从尾部的500mm 到头端的1000mm 连续加深；车肚地排风风沟深度从尾部的750mm 到头端的1500mm 连续加深。这种设计加大了送风不一致系数的控制难度，车间各区域送风量差异较大，空调控制效果较差。为保证生产，只能按最不利生产区域的温湿度情况，通过加大送风量来满足生产工艺的要求，能耗较高。

我们的设计方案是在风沟和送风管道分成两段设计的基础上，机台上方的送风支管道的截面尺寸仍采用四种规格，这样每种规格控制4~5台设备区域的送风任务；车尾排风和车肚地排风风沟在深度变化的基础上，宽度分段变化，这样基本上能够保证风沟内各位置的风速一致，使各部位的送、排风风量基本一致，减少了车间温湿度的区域性差异，有利于合理调节车间温湿度，节约能耗。

6风机、水泵使用变频控制技术的节能设计

由于在棉纺织工程空调系统的设计中，计算空调负荷是取各因素负荷的最大值进行叠加，

然后乘以一定的安全系数，并以此决定风机和水泵等设备的选型依据。而实际生产过程中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运行负荷不足。为此我们建议在空调设计方案中主送风风机和喷淋水泵电机采用变频控制技术。由风机和水泵的运行特性曲线可知，风机、水泵的运行功率与其转速成幂级关系，因此，采用变频调速可以大幅度降低能耗。

7结语

空调系统的能耗是棉纺企业生产成本的一项重要组成部分，运用合理的技术手段来降低空调系统的能耗是棉纺企业必须研究的一个重要课题。

正确计算空调系统的负荷，优化设计方案，是保证空调系统在使用中节约能源的先决条件。不合理的设计方案必然会造成使用过程中的能源浪费。

减少由于设计不合理造成的能源浪费是设计单位和生产企业都要密切关注的课题，在设计方案审核时要认真分析研究，优选最佳设计方案。

在企业设计方案中，节能降耗的效果是评价设计方案优劣的一项重要参考指标 。（09）