【技术】浅谈纺织厂空调的节能措施与应用

发布时间:2018-08-22 23:08            

文 / 杜柳柳  沈恒根  娄可宾

加入WTO之后,我国纺织产业面临新的机遇和挑战,降低企业生产成本和提高产品质量是我国纺织产业增强自身生命力的关键。降低纺织空调能耗对于降低纺织企业综合能耗,降低生产成本具有重要意义;同时符合国家“开发与节约并重”的能源方针,促进经济、生产和社会环境的协调发展。通过论述纺织厂空调特性和对比能耗分析,讨论当前应用于纺织厂空调系统的节能措施和改进方案并列举相关案例。


01

纺织厂空调的特点及节能分析

纺织厂空调主要作用是维持室内温度、湿度、流动速度和清洁度要求:一方面为了满足纺织生产工艺中所需温、湿度等要求,另一方面还要保证生产者安全健康。纺织厂室内温湿度负荷普遍较高,空调能耗也是纺织厂的主要耗能部分,统计表明,其设备的用电量约占企业总用电量的30%。因此,减少空调能耗成为降低企业成本的一个重要方面。纺织厂生产工艺中,纤维短绒、飞尘,余热、余湿的散发量较大,各类粉尘对操作工人的健康危害较大;同时还需预防纺织工艺过程中的“煤灰纱”生成,致使纺织空调系统中的处理风量较大,单纯从空调的角度,这是不节能的,原因在于送风量还需满足通风除尘要求,因此降低送风处理能耗可以有效的实现节能。针对纺织空调的节能技术和节能观念提出,本文主要从空调设备的改进、室内气流组织形式优化设计、新能源和可再生能源的利用、空调系统避峰运行和加强运行管理等几个方面来讨论空调节能。

02

空调设备的参数、性能改进

2.1 改进空调设备参数

目前纺织厂空气调节处理过程一般都是选择喷水室结合机械制冷,在不减少机械设备的换热量(处理风量恒定)的条件下,提高制冷机的COP系数能有效的实现节能。提高COP值的主要途径是降低冷凝温度或提高蒸发温度,由于冷水机组的蒸发温度受空调系统的运行参数的限制,提高的幅度有限,所以在不增加电能消耗的情况下,降低冷凝温度是提高系统COP值的主要途径,目前常用的就是利用回收冷凝水或其他冷却介质直接冷却冷凝器,实现冷凝器的降温。

图1为处理空气的焓湿图4,无冷凝水冷却冷凝器时,冷凝器的散热量全部用于加热空气,在焓湿图上是一条向上的直线,如图1所示的过程1—2。这时冷凝器散热量:

Q

K
=G(h
1
h
2
)——(1)

 (1)式中:QK一冷凝器散热量,单位为w;G一冷凝器空气流量,kg/s;h1,h2一空气进出冷凝器的焓,J/kg;

换热量为:Q

K
=KF△t——(2)

(2)式中:K-传热系数,单位为W/m2 ℃ ;F-冷凝器的传热面积,单位为m2;△t-冷凝器平均传热温差,单位为℃。设空气流出冷凝器的温度为:t2,当冷凝水作为冷却水冷却冷凝器时,冷凝器的散热量分为两部分:一部分是冷却水蒸发吸收的潜热Q蒸发,另一部分是加热空气的热量Q空气,空气在冷凝器中的过程可以认为首先被等含湿量加热,如焓湿图上l一3过程,然后热空气等温吸收冷却水蒸发的水蒸汽变为4点在焓湿图上为3-4过程。4点的焓与2点的焓相等。这时冷凝器散热量即:

Q

K
=Q蒸发+Q冷却——(3)

Q蒸发=G(h4一h3)——(4)

Q空气=G(h3一h1)——(5)

QK:Q蒸发+Q空气=G(h4一h3)=G(h3一h1)——(6)

QK=Q蒸发+Q冷却=G(h4一h1)——(7)

冷却水蒸发吸收的热量Q蒸发越大,则用于空气冷却的热量Q空气越小,根据传热方程:

Q空气=KF△tm——(8)

式中:△tm一冷凝器平均传热温差,单位为℃;由于Q空气减小,换热面积和传热系数基本保持不变,所以△tm减小,这样冷凝温度降低,冷凝温度的降低使得空调的压缩机功率减少,制冷量增加;制冷量的增加使得空调器运行的总功率消耗进一步减少。

2.2 使用变频风机改进空调设备性能

纺织厂内的分时热湿负荷存在较大的差别,最不利时刻和最小负荷间相差很多,因此我们提出变风量系统以调节风量降低能耗。调节风量的方法主要有变风机转速、变风机入口导叶角度、风机出口风门调节、风机旁通风量调节等。其中应用最广和最直接的方式就是变频技术,即通过调节风机的转速来实现分量调节。风机变频调速节能规律可由风机的相似律得出,当改变电机转速以改变风机转速时,其效率流量、压头及功率按下式改变:

Q

1
/Q
2
=n
1
/n
2
——(9)

P

1
/P
2
= (n
1
/n
2
)
2
——(10)

N

1
/N
2
=(n
l
/n)
3
——(11)

由以上公式可见,若设风机的额定功率一定,当要求风量下降时,转速成正比下降,风机的轴输出功率成立方下降,其耗电量比例大大降低。例如:根据工艺要求,风机的风量下降到80%,则风机的转速也下降到80%;其风机轴功率则下降到额定功率的5l%;若风机的风量下降到50%,则风机的转速也下降到50%,其风机轴功率则下降到额定功率的13%,节电87%,由此可见,通过风机变频调节风量,可调范围大,经济性能好。

03

室内气流组织形式优化设计

空调区域的气流组织直接影响室内环境的空气龄和换气效率,气流组织分布的流动模式取决于送风口和回风口位置、送风口形式等因素。

置换通风是一种活塞流的通风方式,换气效率和通风效率较高,容易形成较新的空气。传统的送、回风方式可能形成“死区”,影响室内温湿度平衡以及产品质量和操作人员的健康。置换通风近似单向流,可使清洁的送风气流首先进入室内人员呼吸带和有效活动区,具有较高的室内空气品质;而且送风速度低,一般约为0.3m/s,温度低的送风气流缓慢扩散上升,形成垂直方向上的温度层和温升梯度,提高了排风和回风温度,节省冷量,降低夏季运行能耗;由于置换通风一般是下送风,对于全空气式系统送风温度相对较高,加大了过渡季利用新风自然供冷的潜力,延长其节能经济运行的周期,从而缩短了全年机械供冷的时间,进一步增大了节能效益;同时置换通风的通风效率及温度效率很高,换气效率约为0.5~0.67。

南京爱立信通讯有限公司其主要厂房的空调通风系统采用了置换通风系统。该厂房占地50亩,包括1#建筑(办公区域)、2#建筑与3#建筑(生产厂房)两者的建筑面积均为2069m2(空调面积778m2),吊顶高度3.4m。2#建筑与3#建筑生产厂房采用落地风口送风的置换通风方式。该系统投入使用近三年来,业主已经感觉到此系统所提供的良好的空气品质及较高的通风效率,在节能方面也取得了令人满意的效果。

04

新型供能方式和可再生能源的利用

新能源技术(如太阳能、地热能)和可再生能源的利用是缓解当前能源危机的主要途径,目前空调中较多采用新能源和可再生能源来实现节能。

目前,蒸发冷却技术是应用最广泛的新型空调方式,能有效的替代或降低机械制冷量,经济性指标较高,而且洁净、环保对环境污染较少。蒸发冷却的工作原理主要是利用自然环境中湿空气的干、湿球温度差而获得冷却效果,干湿球温差越大冷却的效果越显著。纺织厂空调所使用的喷水室属于直接蒸发冷却,间接蒸发冷却技术直接从自然环境中获取冷量来制冷的,其制冷的C0P很高,使其能够广泛的得到应用。间接蒸发冷却装置原理图见图2,其中a是DEc装置,b是空气一空气换热器,c是水一空气换热器;图3是间接蒸发冷却过程的焓湿图。从理论上分析,借间接蒸发冷却过程可获得的一次空气的最低温度可趋近于其露点温度,而借直接蒸发冷却过程可获得的一次空气的最低温度则趋近于其湿球温度,故它们二者有显著区别。

我国西北地区气候比较干燥,湿球温度一般低于20℃,这为利用蒸发冷却技术提供了有利的条件。在西北地区,使用直接蒸发冷却技术,无需机械制冷,就可以使纺织厂车间温湿度达到控制的标准。在非干燥地区和气流纺等高温干燥纺织工艺的排风纺织车间,可以采用IEC+喷水室的空调形式,将空气处理到规定的温度。室外的空气首先进入间接蒸发冷却器进行等湿冷却,然后进入喷水室进行热湿处理。在纺织厂中应用蒸发冷却技术,可以完全取代或减少机械制冷,节约能源,提高经济效益,如在一个具有17280只纺纱杯的气流纺车间应用,可以减少制冷负荷559冷吨(1956.5kw)[9]我国西北地区应用蒸发冷却技术来处理空气,取得了较好的经济效益。此外诸如地源热泵技术、水源热泵技术等也可以尝试应用在纺织厂空调系统中,但是需要注意的是要因地制宜,多种冷热源综合利用。如在政策许可的范围内注意深井冬灌夏用等成熟的冷热源节能措施的使用,实现节能降耗的目的。地源热泵系统是一种利用地下浅层地热资源,也称地能,包括地下水、土壤或地表水等的既可供热又可制冷的高效节能空调系统,也就是说它将储存于地下的冷热量通过一定的装置采集,然后用一定的介质将冷、热量输送到需要的地方,改善人类生存的环境,达到调节空气的目的,同时还能改善土壤的温度场和动植物的生存条件。1997年冬,辽宁省辽阳市邮电局首先在50000平方米的宿舍楼里应用了富尔达地温中央空调这种设备。时值隆冬,室内温度始终保持在18℃以上,最高可达25℃。第2年这个邮电局又在新建的10000m2的宿舍楼里安上了这种新设备。从辽阳市邮电局3年的示范应用看。冬季供暖运行费用仅为当地集中供暖费用的28%。3个冬季共节省费用180多万元。夏季制冷费用更低。

05

空调系统避峰运行

能耗上升造成我国电力紧张的局面,从前年开始,我国不少城市相继限电,电力消耗峰谷相差较大。合理利用峰谷电价,通过峰谷差价可有效的均衡电力负荷和实现成本节约,另一方面,蓄能技术已趋于成熟,智能化自控技术和模糊自控技术迅速发展,为智能化蓄能技术创造了条件,目前常用的蓄能技术主要有冰蓄冷和水蓄冷两种方式。

空调冰蓄冷技术,即是在电力负荷很低的夜间用电低谷期,采用电动制冷机制冷,使蓄冷介质结成冰,利用蓄冷介质的显热及潜热特性,将冷量储存起来。在电力负荷较高的白天,也就是用电高峰期,使蓄冷介质融冰,把储存的冷量释放出来,以满足建筑物空调或生产工艺的需要。冰蓄冷将电力移峰填谷,容易均衡电力负荷,享受峰谷差价以节约成本;由于冰蓄冷空调系统具有储存冷量的能力,故制冷机组无需按照峰值负荷进行选型,制冷主机容量和装设功率大大小于常规空调系统,一般可减少30%~50%,可以充分使用设备;冰蓄冷空调系统制冷设备满负荷运行的比例增大,从而提高了制冷设备COP值和制冷机组的经常运行效率,制冷机组工作状态稳定,提高了设备利用率并延长机组的使用寿命。

水蓄冷技术适用于常规供冷系统的扩容和改造,可以通过不增加制冷机组容量而达到增加供冷容量的目的。用于旧系统改造也十分方便,只需要增设蓄冷槽,原有的设备仍然可用,所增加费用不多;蓄冷、放冷运行时冷冻水温度相近,冷水机组在这两种运行工况下均能维持额定容量和效率。水蓄冷其别于冰蓄冷就是前者可以实现蓄热和蓄冷的双重功能。水蓄冷系统更适宜于纬度适中的采用热泵系统的地区,可设计为冬季蓄热、夏季蓄冷,这对提高水槽的利用率,而且蓄冷时可以利用消防水池来蓄冷,所以它的经济性更好。另外,水蓄冷由于蓄冷温度较高,所以机组运行效率较高,一般的机组都可以满足要求,冰蓄冷要求的蓄冷水槽容积比水蓄冷要小的多,因此,冰蓄冷更适合于寸土寸金的高层建筑。同时,我们可以综合利用地源热泵和冰蓄冷技术,发挥各自优势,解决单独使用时冰蓄冷系统冬季闲置,地源热泵由于热负荷、冷负荷不一致而产生的选型困难的缺陷与不足,使系统实现更为合理的配置,达到进一步节能的目的。

空调的节能降耗不仅与设备性能等有关,与日常的运行管理也有密切关系。空调管理是一门综合性技术,需要根据室外气候的变化,根据车间的温湿度要求,准确而及时地调节设备使其处于良好的运转状态,该工作不仅需要专业的技术人员具有专业知识及熟练的调节技巧,进行科学、灵活、合理地运行调节,而且高度的责任感。同时,企业也需配以合理地管理制度,牢固树立节能观念,加大宣传教育力度,将“要我节能”的观念转变为“我要节能”,通过企业所有人员的共同努力,将节能与企业效益联系在一起,提高纺织厂空调的节能运行管理,适应纺织企业的发展需要。

06

结语

构建“节约型”社会,降低能源消耗,提高能源的效率是当前我们国家的一项重要工作。

纺织空调作为纺织企业的主要能耗之一,其系统的节能不仅可以降低能源消耗,增加经济效益,还可以保护环境,减少大气污染。但是,该节能技术是一个庞大的系统工程,是一个多学科、多层次的综合性工作,需要从不同角度综合可用先进技术,集技术、管理、运行等多方面同时人手,进行可行性分析和技术经济性分析,才能为企业创造更多的经济效益,增强竞争力,同时也促进社会进步和经济发展。

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