基于能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的某織布車間空調(diào)能耗分析

余國(guó)妮　顏蘇芊　韓曉磊

摘要：對(duì)西安某紡織廠織布車間空調(diào)系統(tǒng)的估算能耗和實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)能耗進(jìn)行對(duì)比，在此基礎(chǔ)上，從控制區(qū)域溫濕度和風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行穩(wěn)定性角度進(jìn)一步分析了實(shí)際運(yùn)行情況，并提出了優(yōu)化節(jié)能措施。結(jié)果表明：織布車間在使用大小環(huán)境分區(qū)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，存在大小環(huán)境溫濕度耦合效果不理想的情況；相同的空調(diào)系統(tǒng)在相同的室外參數(shù)和室內(nèi)參數(shù)條件下，耗電量和實(shí)際運(yùn)行情況均不相同，說(shuō)明優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)可以節(jié)能。

關(guān)鍵詞：織布車間；空調(diào)系統(tǒng)；耗電量；節(jié)能優(yōu)化

目前，傳統(tǒng)紡織行業(yè)整體利潤(rùn)率下降，紡織產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，而紡織廠空調(diào)系統(tǒng)以高能耗著稱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)耗電量約占企業(yè)用電成本的25%，是除工藝機(jī)以外的主要耗能部分，因此減少空調(diào)系統(tǒng)能耗是降低紡織廠綜合生產(chǎn)成本的重要途徑。目前紡織廠空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行存在諸多問(wèn)題，應(yīng)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，為調(diào)節(jié)空調(diào)設(shè)備和優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行提供基礎(chǔ)。本文以西安某紡織廠織布車間空調(diào)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行能耗測(cè)試和運(yùn)行參數(shù)分析，分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能潛力，并在此基礎(chǔ)上提出節(jié)能優(yōu)化措施。

1.織布車間空調(diào)系統(tǒng)和能耗組成

西安某紡織集團(tuán)織布車間一期工程建設(shè)規(guī)模為820臺(tái)噴氣織機(jī)，主廠房為鋼筋混凝土大梁風(fēng)道結(jié)構(gòu)型廠房，附房為磚混結(jié)構(gòu)，主廠房高度為7.65 m，織布車間總面積為19 977.46 m2，分為4個(gè)區(qū)域。車間內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)均為L(zhǎng)UWA空調(diào)自控系統(tǒng)，共8個(gè)空調(diào)室。本文選取13#和14#空調(diào)室為研究對(duì)象，對(duì)應(yīng)的織布車間面積為4 925.Cm2，共有噴氣織機(jī)192臺(tái)，噴氣織機(jī)的型號(hào)和數(shù)量如表1所示。

1.1空調(diào)系統(tǒng)概況

在織布車間中，為了同時(shí)滿足生產(chǎn)工藝和人體熱舒適性的需要，對(duì)織機(jī)織造區(qū)域和工人操作區(qū)域采用多風(fēng)機(jī)分別送風(fēng)的方式，即大小環(huán)境分區(qū)空調(diào)。該織布車間大小環(huán)境分區(qū)空調(diào)系統(tǒng)流程如圖1所示，其設(shè)計(jì)思想是：由局部送風(fēng)來(lái)滿足小環(huán)境（即織造區(qū)域）的工藝性要求，而大環(huán)境（即整個(gè)車間）則按照舒適性空調(diào)的要求進(jìn)行全面送風(fēng)，車間內(nèi)氣流組織形式為上送下回，回風(fēng)采用地排回風(fēng)方式。

所選取的空調(diào)系統(tǒng)大小環(huán)境共用一個(gè)噴水室，因此送風(fēng)露點(diǎn)溫度相同。車間內(nèi)大小環(huán)境溫濕度由各自的溫濕度傳感器測(cè)定，PLC自控系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算實(shí)際露點(diǎn)溫度，并和設(shè)定露點(diǎn)溫度相比較，從而調(diào)整新、回和排風(fēng)閥開(kāi)度。根據(jù)露點(diǎn)溫度，大小環(huán)境系統(tǒng)分別通過(guò)車間溫濕度傳感器的反饋值，經(jīng)PLC自控系統(tǒng)優(yōu)先調(diào)節(jié)新、回風(fēng)量以控制溫度，調(diào)節(jié)二次回風(fēng)量控制相對(duì)濕度。其中，該紡織廠織布車間空調(diào)系統(tǒng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和具體設(shè)定值如表2所示。

1.2空調(diào)系統(tǒng)能耗組成

結(jié)合所選織布車間空調(diào)系統(tǒng)的流程圖，可知該織布車間空調(diào)系統(tǒng)的能耗組成主要包括：大小環(huán)境送風(fēng)風(fēng)機(jī)、地排風(fēng)風(fēng)機(jī)、噴淋水泵、集塵風(fēng)機(jī)、水過(guò)濾器、轉(zhuǎn)籠式過(guò)濾器。空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)如表3所示。

2.空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

2.1估算能耗

由表3中空調(diào)系統(tǒng)主要耗能設(shè)備的性能參數(shù)表可知：13#空調(diào)系統(tǒng)和14#空調(diào)系統(tǒng)中都有1個(gè)大環(huán)境送風(fēng)機(jī)、2個(gè)小環(huán)境送風(fēng)機(jī)、3個(gè)地排回風(fēng)機(jī)、2個(gè)噴淋水泵、2個(gè)集塵風(fēng)機(jī)、2個(gè)水過(guò)濾器、3個(gè)轉(zhuǎn)籠式過(guò)濾器。根據(jù)表3中所示的空調(diào)系統(tǒng)主要耗電設(shè)備功率，可以估算出所選取的織布車間日平均耗電量為：

（18.5×2+22+18.5×3+22+11+18.5+4×2+0.12×2+0.37×3）X2×24×60%=4 416.48 kW·h/d上式中，考慮空調(diào)自控系統(tǒng)中水泵和風(fēng)機(jī)都安裝了變頻器，可以根據(jù)生產(chǎn)車間實(shí)際溫濕度和室外溫濕度變化情況對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行狀況進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，所以水泵和風(fēng)機(jī)不會(huì)全天滿負(fù)荷運(yùn)行，故乘以系數(shù)60%。

紡織廠生產(chǎn)用電屬于工業(yè)用電，根據(jù)目前西安地區(qū)工業(yè)用電收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)0.786 9元/（kW·h），則所選取的織布車間空調(diào)系統(tǒng)日平均電費(fèi)為：

0.786 9元/（kW·h）×4416.48（kW·h）/d=3 475.33元/d

2.2監(jiān)測(cè)能耗

該織布車間的能源監(jiān)測(cè)采用基于PLC和iFIX的SCADA監(jiān)測(cè)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用來(lái)對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及自動(dòng)控制，其數(shù)據(jù)來(lái)源于PLC空調(diào)自控系統(tǒng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，PLC自控監(jiān)測(cè)畫面如圖2所示。

在測(cè)試日，由SCADA監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的結(jié)果如表4所示。測(cè)試日室外溫度為18～30℃。由表4可知：13#空調(diào)室耗電2 217.15 kW·h，14#空調(diào)室耗電2 580.74 kW·h，總耗電量為4 797.89 kW·h，共需電費(fèi)為3 775.46元。

2.3對(duì)比及分析

對(duì)比估算能耗和實(shí)際監(jiān)測(cè)能耗，可以看出：所選取的織布車間空調(diào)系統(tǒng)估算耗電量為4 416.48 kW·h，所需電費(fèi)為3 475.33元；監(jiān)測(cè)總耗電量為4 797.89 kW·h，折合成電費(fèi)為3 775.46元。

兩組數(shù)據(jù)存在差異的原因主要是：估算耗電量偏小的原因主要是系數(shù)60%選取過(guò)小，這也說(shuō)明該空調(diào)系統(tǒng)還有較大的節(jié)能空間。同時(shí)對(duì)比測(cè)試日13#空調(diào)系統(tǒng)和14#空調(diào)系統(tǒng)的耗電量可知：兩個(gè)相同的空調(diào)系統(tǒng)，在室外氣象參數(shù)和室內(nèi)設(shè)定參數(shù)相同的條件下耗電量并不相同，說(shuō)明空調(diào)系統(tǒng)的耗能可能與實(shí)際運(yùn)行情況有關(guān)。

3.空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)分析

在測(cè)試當(dāng)日，該紡織廠冷凍站沒(méi)有運(yùn)行，因此空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采集主要包括：車間溫濕度、送風(fēng)機(jī)頻率、回風(fēng)機(jī)頻率和水泵頻率，并通過(guò)分析空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)來(lái)判斷系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及是否具有節(jié)能潛力。

3.1溫濕度測(cè)定和分析

在測(cè)試日對(duì)所選取的織布車間各個(gè)區(qū)域的溫濕度進(jìn)行測(cè)試記錄，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差分析來(lái)判斷車間溫濕度的穩(wěn)定性；并計(jì)算平均值與設(shè)定值之間的相對(duì)偏差，進(jìn)而分析溫濕度的精度是否滿足要求，具體記錄數(shù)據(jù)和處理結(jié)果如表5所示。

根據(jù)表5可以得出：a）結(jié)合車間內(nèi)溫濕度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，雖然兩部空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)區(qū)域的溫度平均值都在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)25～31℃范圍內(nèi)，但大環(huán)境的相對(duì)濕度均沒(méi)有達(dá)到70%～74%的要求；b）樣本標(biāo)準(zhǔn)差越小，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行越穩(wěn)定，綜合4個(gè)參數(shù)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差可知14#空調(diào)系統(tǒng)整體運(yùn)行更穩(wěn)定，但對(duì)于以調(diào)節(jié)相對(duì)濕度為主的小環(huán)境而言，13#空調(diào)系統(tǒng)小環(huán)境運(yùn)行更為穩(wěn)定，而在測(cè)試日13#空調(diào)系統(tǒng)和14#空調(diào)系統(tǒng)耗電量分別為2 217.15 kW·h和2 580.74 kW·h，表明空調(diào)系統(tǒng)溫濕度運(yùn)行越穩(wěn)定，耗電量越大，即系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定是以能耗為代價(jià)；c）由平均值與設(shè)定值的相對(duì)偏差值可知，14#空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)區(qū)域的溫濕度比13#空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)區(qū)域的溫濕度更加接近設(shè)定值，并兩部空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)區(qū)域的溫濕度除了14#空調(diào)系統(tǒng)小環(huán)境的相對(duì)濕度滿足設(shè)定值要求，其他參數(shù)的偏差都大于可以接受的范圍，說(shuō)明系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)之間存在差異，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)很有必要。

3.2風(fēng)機(jī)、水泵頻率數(shù)據(jù)分析

在測(cè)試日記錄送風(fēng)風(fēng)機(jī)、回風(fēng)風(fēng)機(jī)和噴水室水泵的運(yùn)行頻率，通過(guò)研究頻率變化趨勢(shì)來(lái)分析空調(diào)系統(tǒng)是否具有節(jié)能潛力，具體測(cè)試參數(shù)如下表6所示。

結(jié)合上文中車間溫濕度的分析，根據(jù)表6可知：a）不論室外條件如何變化，兩部空調(diào)系統(tǒng)中大環(huán)境所處區(qū)域的相對(duì)濕度都不能滿足執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)φ=70%～74%和設(shè)定相對(duì)濕度φ=72%的要求，從而導(dǎo)致2#水泵運(yùn)行頻率一直為50 Hz，即一直滿負(fù)荷運(yùn)行，而14#空調(diào)系統(tǒng)中1#水泵存在經(jīng)常停泵和啟動(dòng)的問(wèn)題，同時(shí)大環(huán)境送風(fēng)風(fēng)機(jī)也一直在較高頻率狀態(tài)下運(yùn)行，說(shuō)明PLC自控系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中并沒(méi)有合理結(jié)合，使自控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)失去了一定的意義，沒(méi)有真正達(dá)到節(jié)能，由此可見(jiàn)該空調(diào)系統(tǒng)存在較大節(jié)能潛力；b）結(jié)合測(cè)試日13#空調(diào)系統(tǒng)和14#空調(diào)系統(tǒng)的耗電量，相同的空調(diào)系統(tǒng)在相同的外界參數(shù)和室內(nèi)設(shè)定參數(shù)條件下，兩部空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況并不完全相同，說(shuō)明空調(diào)系統(tǒng)的耗電量與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)有很大關(guān)系，故空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能需要優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)。

4.優(yōu)化節(jié)能措施

空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能目前主要分為兩個(gè)方面：一是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的節(jié)能；二是空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中的節(jié)能。根據(jù)上文中對(duì)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)區(qū)域溫濕度的穩(wěn)定性和風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行頻率的分析，本文從以下三個(gè)方面提出優(yōu)化節(jié)能措施。

a）在車間生產(chǎn)工藝要求的范圍內(nèi)，合理地設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)車間室內(nèi)參數(shù)。根據(jù)研究表明：空調(diào)能耗隨室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度和相對(duì)濕度升高而減小，其中溫度平均每升高1℃，空調(diào)能耗減少5.3%，而相對(duì)濕度平均每上升10%，空調(diào)能耗減少5.8%。因此在工藝生產(chǎn)要求范圍內(nèi)合理升高車間設(shè)定溫度，降低相對(duì)濕度可以達(dá)到減小能耗的效果。

b）優(yōu)化PLC控制。一是優(yōu)化控制策略，織布車間空調(diào)系統(tǒng)需要使用大熱慣性，可以采用雙級(jí)控制，即將溫度傳感器分別安裝在車間和送風(fēng)管中，借助控制方式使風(fēng)道的溫度變化快于室內(nèi)溫度變化，加速空調(diào)系統(tǒng)對(duì)溫濕度波動(dòng)的響應(yīng)，降低PLC自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)的滯后性；二是提高空調(diào)自控系統(tǒng)的控制精度，有利于維持車間生產(chǎn)環(huán)境的穩(wěn)定性，從而保證生產(chǎn)質(zhì)量。

c）提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理人員的素質(zhì)。一個(gè)設(shè)計(jì)再好的空調(diào)系統(tǒng)，如果管理維護(hù)不善，同樣達(dá)不到真正節(jié)能，經(jīng)研究表明日常運(yùn)行管理維護(hù)在空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能中約占20%。紡織廠空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)噴嘴及過(guò)濾網(wǎng)等設(shè)備由于長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)清洗而堵塞的情況，造成不必要的浪費(fèi)。究其原因，是運(yùn)行管理人員節(jié)能意識(shí)欠缺、疏忽大意導(dǎo)致，因此應(yīng)對(duì)空調(diào)運(yùn)行管理人員加強(qiáng)培訓(xùn)以提高節(jié)能意識(shí)。

5.結(jié)論

a）通過(guò)對(duì)該織布車間空調(diào)系統(tǒng)的測(cè)試可知，在相同的外界條件和室內(nèi)設(shè)定參數(shù)下，兩部相同的空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)能耗分別為2 217.15 kW·h和2 580.74 kW·h，與估算能耗存在較大差異，說(shuō)明該織布車間空調(diào)系統(tǒng)還有一定的節(jié)能潛力，而提高空調(diào)系統(tǒng)能源利用率的關(guān)鍵是對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行全面的了解，在此基礎(chǔ)上對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

b）該織布車間采用的大小環(huán)境分區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，但是除了14#空調(diào)系統(tǒng)的小環(huán)境與設(shè)定值的偏差為0.204%滿足精度要求外，其他參數(shù)的偏差均不滿足，表明該織布車間空調(diào)系統(tǒng)的大小環(huán)境溫濕度耦合性，還需要進(jìn)一步研究車間大小環(huán)境最佳溫濕度設(shè)定值。

c）雖然該織布車間空調(diào)系統(tǒng)配有PLC自控系統(tǒng)，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中并沒(méi)有和空調(diào)系統(tǒng)合理結(jié)合起來(lái)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行狀態(tài)不佳，造成車間內(nèi)溫濕度不穩(wěn)定。而空調(diào)PLC自控系統(tǒng)的節(jié)能潛力很大，需要與紡織廠空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理人員一起，共同探討最優(yōu)控制調(diào)節(jié)方式。

d）紡織廠在進(jìn)行能源使用審計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行定期測(cè)試和調(diào)試，找出系統(tǒng)運(yùn)行存在的問(wèn)題和節(jié)能潛力，使空調(diào)系統(tǒng)保持高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。