實(shí)現(xiàn)空調(diào)新風(fēng)均質(zhì)化 提高溫度控制穩(wěn)定性

王志文

摘 要：中央空調(diào)新風(fēng)口大多根據(jù)機(jī)組的布置而安裝在通道內(nèi)。一方面：空調(diào)機(jī)組依靠自己產(chǎn)生的負(fù)壓從通道內(nèi)吸入室外新風(fēng)，吸入新風(fēng)量不能調(diào)節(jié)和控制；另一方面：通道跨度長且由于建筑原因一端封閉，只有一側(cè)開有百葉窗，新風(fēng)進(jìn)入通道后自循環(huán)效果較差，通道南北新風(fēng)溫度相差10℃，處于通道內(nèi)側(cè)的空調(diào)機(jī)組吸入的新風(fēng)起不到溫濕度調(diào)節(jié)作用，造成在過渡季節(jié)控制區(qū)域兩側(cè)的平均溫度相差3℃，溫濕度控制十分困難，延長了制冷機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間。文章對如何實(shí)現(xiàn)空調(diào)新風(fēng)的均質(zhì)化等進(jìn)行探討和分析。

關(guān)鍵詞：新風(fēng)溫度；風(fēng)壓；補(bǔ)償

1 溫濕度控制機(jī)組現(xiàn)狀、缺陷及原因分析

1.1 溫濕度控制機(jī)組現(xiàn)狀、缺陷

蚌埠卷煙廠1#～4#空調(diào)機(jī)組的補(bǔ)償新風(fēng)是由南北通道跨度較長（85m）的新風(fēng)管囊引入，新風(fēng)管囊只有北側(cè)開有百葉窗，在實(shí)際運(yùn)行過程檢測發(fā)現(xiàn)：北側(cè)新風(fēng)口的空調(diào)機(jī)組與管囊內(nèi)側(cè)的機(jī)組新風(fēng)溫度近7℃溫差（如圖1）。

圖1 K1、K4機(jī)組（新風(fēng)管囊南側(cè)機(jī)組）新風(fēng)溫度對比

實(shí)際運(yùn)行中在夏季及過渡季節(jié)車間南北兩側(cè)平均溫度相差3℃，見圖2。

圖2 K1、K4機(jī)組空調(diào)溫度對比

通過對現(xiàn)場的溫度抽查結(jié)果顯示：探測點(diǎn)溫度最大極差為6℃，不能滿足車間環(huán)境溫濕度要求，影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；并且由于補(bǔ)償新風(fēng)溫度較實(shí)際室外溫度高，增加了制冷機(jī)能耗，不利于節(jié)約能源。

1.2 溫濕度控制機(jī)組缺陷的原因分析

1#～3#空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)送風(fēng)量為100000m3/h，4#空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)送風(fēng)量為120000m3/h，總設(shè)計(jì)新風(fēng)量為75000m3/h。新風(fēng)夾道現(xiàn)有的新風(fēng)百葉面積為17.71m2，當(dāng)?shù)叵募臼彝馄骄L(fēng)速為2.5m/s，新風(fēng)百葉凈面積系數(shù)為0.7，考慮新風(fēng)百葉局部阻力的影響取系數(shù)0.8，則通過新風(fēng)百葉的風(fēng)量平均為17.71×2.5×0.7×0.8×3600=89260m3/h，應(yīng)該可以滿足空調(diào)機(jī)組的需求，但由于新風(fēng)管囊過長且末端密閉，空氣對流效果不良，先端進(jìn)入新風(fēng)的溫度符合使用要求，空調(diào)機(jī)組僅僅依靠自身負(fù)壓自吸從通道內(nèi)引入室外新風(fēng)，吸入新風(fēng)量不可調(diào)節(jié)和控制，新風(fēng)通過管囊之后溫度逐步升高，且補(bǔ)充量不足，待進(jìn)入南（內(nèi)）側(cè)空調(diào)時(shí)，溫度升高后的新風(fēng)已經(jīng)起不到溫濕度控制的作用，造成位于管囊南北兩側(cè)機(jī)組控制的區(qū)域溫度出現(xiàn)偏差。因此原新風(fēng)補(bǔ)償系統(tǒng)缺陷是造成新風(fēng)溫度存在差異及卷包車間溫濕度偏差大的主要原因。

2 新風(fēng)輔組送風(fēng)系統(tǒng)的方案選型、優(yōu)化設(shè)計(jì)、實(shí)施及驗(yàn)證

2.1 新風(fēng)輔組送風(fēng)系統(tǒng)方案選型

通過對溫濕度控制機(jī)組缺陷的原因分析得出原新風(fēng)系統(tǒng)缺陷是造成補(bǔ)償新風(fēng)溫差及車間溫濕度偏差大的主要原因，為此進(jìn)行了補(bǔ)償新風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的方案選型（如表1）

通過對兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)的對比可以看出，方案二可以使得送往機(jī)組的新風(fēng)溫度能夠得到保證，同時(shí)對存在的問題可以通過合理的設(shè)計(jì)、增設(shè)降噪和減震的技術(shù)手段得到優(yōu)化解決，且增設(shè)降噪和減震的投入不高，故確定為最終選擇。

2.2 新風(fēng)輔組送風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)

2.2.1 新風(fēng)輔助送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量

考慮到1#空調(diào)機(jī)組距新風(fēng)百葉較近，實(shí)測數(shù)據(jù)也符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，為了避免不必要的投資，對1#機(jī)組送風(fēng)仍采用自然吸風(fēng)；對2#～4#空調(diào)機(jī)組進(jìn)行輔助送風(fēng)。2#、3#空調(diào)機(jī)組總風(fēng)量各為100000m3/h，4#空調(diào)機(jī)組總風(fēng)量為120000m3/h，三臺總風(fēng)量320000m3/h；新風(fēng)量為總風(fēng)量的20%～30%，即64000m3/h～96000m3/h，由于受場地限制，并考慮到節(jié)約投資成本，項(xiàng)目采取新風(fēng)總風(fēng)量的下限設(shè)計(jì)即為64000m3/h。

2.2.2 壓損的計(jì)算

繪制送風(fēng)系統(tǒng)軸測圖，并對各管段編號，標(biāo)注長度及風(fēng)量。

送風(fēng)系統(tǒng)軸測圖

2.2.3選定管段1-2-3-4-5為最不利環(huán)路，逐段計(jì)算摩擦阻力和局部阻力。

（1）管段1-2

風(fēng)量64000m3/h，各段長L=48.2m，摩擦阻力部分：因場地限制，風(fēng)管尺寸不能太大，初選風(fēng)速為16m/s，風(fēng)量為64000m3/h，，算得風(fēng)道斷面積為：F′=64000÷（3600×16）=1.111m2。將F′規(guī)格化為1400×800mm后F=1.12m2

這時(shí)64000÷（3600×X）=1.12m2得實(shí)際流速為X=15.87m/s；流速當(dāng)量直徑為DV=（2×1.4×0.8）÷（1.4+0.8）=1.018m；根據(jù)流速15.87m/s；流速當(dāng)量直徑1018mm，查通用管道單位長度摩擦阻力線介圖，得到單位長度摩擦阻力Rm=2.0Pa/m。

管段1-2的摩擦阻力△Pm1-2=LRm=48.2×2.0=96.4 Pa

局部阻力：a：查單個(gè)消聲器阻力為50Pa，2個(gè)消聲器阻力為100 Pa

b：查局部阻力系數(shù)表：彎頭阻力系數(shù)ξ=0.55則

局部阻力Z彎1-2=0.55×1.2（空氣系數(shù)）×15.872÷2=83 Pa

c： 風(fēng)機(jī)箱突縮節(jié)局部阻力系數(shù)ξ=0.55

風(fēng)速V=64000÷（3600×12.4×1.2）=6.17m/s

則：Z突縮節(jié)=0.5×（1.2×6.172÷2）=11.4 Pa

（2）管段2-3

通過風(fēng)閥調(diào)節(jié)，2#空調(diào)新風(fēng)量20000m3/h，2-3段總風(fēng)量為64000m3/h-20000m3/h=44000m3/h，

則風(fēng)速為V=44000÷（3600×1.12）=10.9m/s，

流速當(dāng)量直徑為1.018m。查通用管道單位長度摩擦阻力線介圖，得到單位長度摩擦阻力Rm=1.1Pa/m，2-3段長度為18m，則△Pm2-3=LRm=18×1.1=19.8 Pa

（3）管段3-4

通過風(fēng)閥調(diào)節(jié)，3#空調(diào)新風(fēng)量20000m3/h，3-4段總風(fēng)量為44000m3/h-20000m3/h=24000m3/h，則風(fēng)速為V=24000÷（3600×1.12）=5.95m/s，流速當(dāng)量直徑為1.018m。查通用管道單位長度摩擦阻力線介圖，得到單位長度摩擦阻力Rm=0.3Pa/m，3-4段長度為10m，則△Pm3-4=LRm=10×0.3=3Pa

局部阻力：查矩形彎頭阻力系數(shù)ξ=1.7則Z3-4=1.7×1.2（空氣系數(shù)）×5.952÷2=36 Pa

（4）管段4-5

總風(fēng)量為24000m3/h，則風(fēng)速為V=24000÷（3600×0.8）=8.33m/s，查通用管道單位長度摩擦阻力線介圖，得到單位長度摩擦阻力Rm=0.8Pa/m，4-5段長度為1.2m，則△Pm4-5=LRm=1.2×0.8=1Pa。彎頭：查矩形彎頭阻力系數(shù)ξ=1.7

Z彎頭=1.7×1.2（空氣系數(shù)）×8.332÷2=70.8 Pa

單節(jié)送風(fēng)彎頭

經(jīng)過計(jì)算：

1-2段阻力：96.4+100+83+11.4=290.8 Pa

2-3段阻力：19.8 Pa

3-4段阻力：3+36=39 Pa

4-5段阻力：1+70.8=71.8 Pa

最不利環(huán)路阻力為：290.8+19.8+39+71.8=421.4 Pa；

出口動壓=（ρ×v2）÷2=（1.2×8.332）÷2=41.6 Pa

全壓=421.4+41.6=463Pa

2.2.4風(fēng)機(jī)參數(shù)的確定

通過風(fēng)量及壓損的計(jì)算，確定離心式風(fēng)機(jī)相關(guān)參數(shù)為：風(fēng)量66000m3/h、600Pa

2.2.5 控制系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)

考慮到為了不影響機(jī)組的現(xiàn)有阻力平衡，送風(fēng)送到各機(jī)組新風(fēng)入口附近，每個(gè)送風(fēng)支管設(shè)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。新風(fēng)輔助送風(fēng)機(jī)采用低噪聲柜式離心風(fēng)機(jī)箱（風(fēng)量66000m3/h，全壓600Pa，轉(zhuǎn)速600rpm，功率22kW），落地式安裝，下設(shè)橡膠減震器；為了盡可能的減少啟動沖擊電流，控制系統(tǒng)采用星-三角啟動的方式。

送風(fēng)機(jī)箱控制原理

3 新風(fēng)輔助送風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施及驗(yàn)證

3.1 測繪出系統(tǒng)風(fēng)管、消音節(jié)、風(fēng)機(jī)箱的圖紙并逐個(gè)加工，安裝。

3.2 安裝調(diào)試（如圖3、4、5）

圖3 三新風(fēng)口機(jī)組 圖4 管囊內(nèi)送風(fēng)管道

3.3 優(yōu)化后新風(fēng)輔組送風(fēng)系統(tǒng)效果驗(yàn)證

3.3.1現(xiàn)場測試情況

完成安裝調(diào)試后，進(jìn)行了現(xiàn)場連續(xù)運(yùn)行測試，測試顯示：靠近新風(fēng)百葉窗的K1空調(diào)新風(fēng)溫度平均在17℃，而安裝在管囊里側(cè)的K4空調(diào)新風(fēng)溫度在未采用新設(shè)計(jì)的新風(fēng)補(bǔ)償系統(tǒng)時(shí)，基本保持在近30℃；在10：00至17：00啟用新風(fēng)補(bǔ)償系統(tǒng)后，K4空調(diào)的新風(fēng)溫度呈下降趨勢，基本保持在20℃運(yùn)行，降溫幅度達(dá)到近10℃，此時(shí)的新風(fēng)溫度起到了溫濕度調(diào)節(jié)的作用（如圖6、圖7）。

圖6 K1空調(diào)實(shí)測新風(fēng)溫度 圖7 K4空調(diào)實(shí)測新風(fēng)溫度

3.3.2 投入使用情況

在新設(shè)備投入使用過程中，由于新增的新風(fēng)輔助送風(fēng)系統(tǒng)前期始終在運(yùn)行，管囊內(nèi)側(cè)的溫度下降到理想的區(qū)間，可以看出，兩部空調(diào)的新風(fēng)溫度基本保持在20℃，溫差在2℃以內(nèi)，取得了良好的效果（如圖8、9）。

圖8 K1空調(diào)實(shí)測新風(fēng)溫度 圖9 K4空調(diào)實(shí)測新風(fēng)溫度

3.3.3 溫濕度控制情況

由于空調(diào)補(bǔ)償新風(fēng)溫差的大幅度減低，車間空調(diào)溫濕度穩(wěn)定性得到提高，最大平均溫差為小于1℃（如圖10、11），溫度抽查顯示探測點(diǎn)溫度最大極差為2.8℃，滿足了工藝標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖10 K1空調(diào)平均溫度 圖11 K4空調(diào)平均溫度

4 取得的效果、項(xiàng)目意義及推廣價(jià)值

4.1 項(xiàng)目的意義

通過對原有的新風(fēng)供給方式優(yōu)化改進(jìn)，設(shè)計(jì)實(shí)施的“新風(fēng)補(bǔ)償及氣流控制系統(tǒng)”運(yùn)行效果顯著，取得了很好的效果，有以下幾個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：（1）4臺機(jī)組新風(fēng)溫度基本保持在2℃以內(nèi)，且送往各機(jī)組的新風(fēng)量實(shí)現(xiàn)人為調(diào)節(jié)和干預(yù)，過渡季節(jié)此系統(tǒng)的運(yùn)行，可以滿足環(huán)境溫濕度的控制要求。（2）車間南北平均溫度差值降為0.8～1℃，實(shí)現(xiàn)了南北兩側(cè)新風(fēng)溫度和新風(fēng)量的精確控制，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)入各機(jī)組新風(fēng)的均質(zhì)化，消除了卷接包車間南北溫差，提高了車間溫濕度的控制精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的統(tǒng)一性、穩(wěn)定性。（3）機(jī)組新風(fēng)補(bǔ)充量的增加，提高了作業(yè)環(huán)境的空氣置換效率，進(jìn)一步改善了生產(chǎn)環(huán)境的空氣品質(zhì)。（4）縮短了制冷機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，年節(jié)電40余萬元。

4.2 推廣價(jià)值

通過項(xiàng)目的成功實(shí)施，保證了車間溫濕度合格率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；同時(shí)通過項(xiàng)目的方案選擇、理論計(jì)算、設(shè)計(jì)安裝，提高了技術(shù)人員的理論水平、實(shí)踐能力和創(chuàng)新的信心。

5 經(jīng)濟(jì)效益測算

制冷機(jī)組通常要運(yùn)行至11月上旬，通過此項(xiàng)技術(shù)措施，制冷機(jī)組只要運(yùn)行到10月中旬即可進(jìn)入間歇運(yùn)行，提高了設(shè)備使用壽命。按照機(jī)組停運(yùn)20天計(jì)算：2臺制冷機(jī)組共計(jì)574KW×2=1148kw，20天節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用=（1148kwh-22kw）×24小時(shí)×20天×0.75元/kwh=405360元，節(jié)能效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]李慶宜.通風(fēng)機(jī)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.

[2]樂志成.通風(fēng)機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[3]GB50019-2003采暖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]電子工業(yè)部第十研究所.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國工業(yè)出版社，1996.