室外環(huán)境對(duì)新型水冷紡織空調(diào)的影響

馬靖愷，朱 哲，高源潔，陳 悟

室外環(huán)境對(duì)新型水冷紡織空調(diào)的影響

馬靖愷，朱 哲，高源潔，陳 悟*

（武漢紡織大學(xué) 先進(jìn)紡紗織造及清潔生產(chǎn)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430200）

基于紡織車間的特殊環(huán)境和要求，設(shè)計(jì)出一套新型水冷紡織空調(diào)，在實(shí)驗(yàn)室中安裝試用，探究不同外界環(huán)境條件下對(duì)其工作情況的影響，從而為紡織企業(yè)技術(shù)推廣提供理論依據(jù)和成熟的工藝。本文將室外環(huán)境分成五個(gè)類別，得到多組相應(yīng)數(shù)據(jù)。在高溫高濕條件下，該空調(diào)系統(tǒng)制冷加濕效果不明顯，但是基本滿足人體舒適度要求并匹配紡織品生產(chǎn)所需要的工藝條件；在高溫低濕條件下，該空調(diào)系統(tǒng)制冷加濕效果明顯；在低溫高濕條件下，由于設(shè)備發(fā)熱溫度可維持在人體和產(chǎn)品的舒適區(qū)，相對(duì)濕度能達(dá)到紡織產(chǎn)品的工藝要求；在低溫低濕條件下，室內(nèi)溫度存在一定的上升，相對(duì)濕度區(qū)間跨度較大，能匹配大多數(shù)紡織工序所需工藝要求；正常溫濕度條件下，該空調(diào)系統(tǒng)存在較強(qiáng)的降溫以及加濕效果，能滿足紡織品生產(chǎn)的工藝要求。

水冷紡織空調(diào)；室外環(huán)境；溫度；相對(duì)濕度

紡織生產(chǎn)過程中，各種纖維在不同溫度和相對(duì)濕度條件下，它們的理化性質(zhì)將產(chǎn)生不同程度的變化，影響紡織各道工序的生產(chǎn)狀況，如果溫濕度控制不好，將會(huì)使生產(chǎn)狀況惡化而直接影響半制品和成品的產(chǎn)量和質(zhì)量[1]。為了保證紡織車間的空調(diào)系統(tǒng)具有除塵、恒溫和恒濕功能，同時(shí)滿足生產(chǎn)和人體健康舒適要求，我們從噴淋室結(jié)構(gòu)和送回風(fēng)方式著手設(shè)計(jì)了新型水冷紡織空調(diào)。由于紡織空調(diào)實(shí)際使用過程中需要適當(dāng)補(bǔ)充室外新風(fēng)，而受室外溫濕度的影響，因此，探究室外環(huán)境對(duì)于新型水冷紡織空調(diào)的影響，有重大意義。本論文利用實(shí)驗(yàn)室已安裝中試水冷空調(diào)系統(tǒng)，探究不同外界環(huán)境條件下對(duì)其溫濕度影響，從而為企業(yè)技術(shù)推廣提供理論依據(jù)和成熟的工藝。

1 新型水冷紡織空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

紡織廠的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了提高噴水室的熱濕交換效率同時(shí)降低能耗，空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、空氣分配系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行是設(shè)計(jì)時(shí)的三個(gè)要點(diǎn)。目前紡織空調(diào)設(shè)計(jì)過程中的主要節(jié)能設(shè)計(jì)思路：選用高效冷源和節(jié)能設(shè)備，合理確定車間環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及氣流組織，強(qiáng)化空氣熱濕處理效果, 采用熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)，應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)等[2]。

我國(guó)紡織空調(diào)系統(tǒng)改造發(fā)展歷史經(jīng)歷了以下四個(gè)過程：空調(diào)室設(shè)備的更新?lián)Q代、冷源利用的多元化、生產(chǎn)車間的氣流組織以及能源的合理利用和節(jié)約[3]。本文中，從空調(diào)室結(jié)構(gòu)和空氣分配系統(tǒng)著手，依據(jù)熱物理學(xué)和流體力學(xué)，將風(fēng)機(jī)、水泵、噴頭、擋水板、送回風(fēng)室、送回風(fēng)管道等設(shè)備和部件有機(jī)結(jié)合，達(dá)到最佳工作狀態(tài)，從而創(chuàng)造出符合條件的工作環(huán)境。

1-調(diào)節(jié)風(fēng)閥，2-風(fēng)機(jī)變頻器，3-風(fēng)機(jī)，4-噴淋室，5-水泵，6-水泵變頻器，7-出風(fēng)口，8-回風(fēng)過濾器

圖1為紡織空調(diào)工藝流程圖，新風(fēng)與回風(fēng)混合后在噴淋室中進(jìn)行熱濕處理，在風(fēng)機(jī)的作用下送到出風(fēng)口，在空調(diào)區(qū)域產(chǎn)生作用后被回風(fēng)口吸收，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)，其中通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)變頻器和水泵變頻器來調(diào)節(jié)出風(fēng)的狀態(tài)參數(shù)。從車間設(shè)計(jì)計(jì)算溫度取值、冷負(fù)荷計(jì)算、冷熱源和空調(diào)設(shè)備的選用、風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、車間溫濕度調(diào)控等, 對(duì)紡織空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)[4]。

如圖2所示，該新型水冷紡織空調(diào)結(jié)構(gòu)分為進(jìn)風(fēng)室、增壓室、交換室、減壓室以及平衡室。對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，最大限度的減少風(fēng)阻、增加汽化量、提高汽化效率，進(jìn)而有效提高熱交換和濕交換效率。進(jìn)風(fēng)室將回風(fēng)與新風(fēng)混合后通過壓入式軸流風(fēng)機(jī)送入增壓室，增壓室將氣流整理后送入交換室，交換室通過噴淋水洗滌和汽化，對(duì)車間的臟、熱、干進(jìn)行凈、冷、濕洗滌和交換后送入減壓室，最后，平衡室將恒溫、恒濕的潔凈空氣均勻送入所需的工作區(qū)域。

在實(shí)驗(yàn)室中我們按比例搭建了新型水冷紡織空調(diào)，整體長(zhǎng)4700mm，寬1050mm，高1450mm。采用壓入式風(fēng)機(jī)，功率：1.5kw，轉(zhuǎn)速2800r/min，流量：7101-9552m3/h。水泵為離心泵，功率：0.55kw，轉(zhuǎn)速：2900r/min，流量：6m3/h，揚(yáng)程：13m。噴排形式采用順噴，擋水板為W型波紋式。

1-進(jìn)風(fēng)室，2-增壓室，3-交換室，4-減壓室，5-平衡室

2 室外不同環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室按比例搭建了新型水冷紡織空調(diào)，以此來探究各種因素對(duì)于它工作的影響。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的主要熱源為額定功率為3.5kw的TL1200管式爐（額定溫度為1150℃）。實(shí)驗(yàn)室地點(diǎn)在武漢市，因此，我們根據(jù)武漢市全年室內(nèi)外空氣計(jì)算參數(shù)將室外環(huán)境分成5大類別：

（1）高溫高濕（T≥30℃，φ≥70%）；

（2）高溫低濕（T≥30℃，φ＜45%）；

（3）低溫高濕（T＜10℃，φ≥70%）；

（4）低溫低濕（T＜10℃，φ＜45%）；

（5）常見溫濕度范圍（10℃＜T≤30℃，45%＜φ≤70%）。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，管式爐處于額定工作狀態(tài)，對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵的頻率進(jìn)行規(guī)律變換，待空調(diào)換氣次數(shù)足夠多，實(shí)驗(yàn)室空氣狀態(tài)穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和平均值處理。

2.1 室外高溫高濕條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

如表1所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)20hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了2.2℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外最大提高10.4%；當(dāng)風(fēng)機(jī)30hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了3.3℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外最大提高10.8%；當(dāng)風(fēng)機(jī)40hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了1.4℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外最大提高10.6%。

室外的高溫高濕導(dǎo)致室內(nèi)初始溫度和相對(duì)濕度較高，在這種環(huán)境下，新型水冷紡織空調(diào)制冷加濕效果雖然不明顯，但是基本能滿足人體的舒適度要求以及很好的匹配紡織品生產(chǎn)所需要的工藝條件。

表1 新型水冷紡織空調(diào)系統(tǒng)在高溫高濕環(huán)境下對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)

2.2 室外高溫低濕條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

如表2所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)20hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了3.4℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外最大提高38.5%；當(dāng)風(fēng)機(jī)30hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了4.6℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外最大提高46.3%；當(dāng)風(fēng)機(jī)40hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了5.2℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外相對(duì)濕度最大提高50.5%。

室外高溫低濕的情況，熱濕交換過程為：水吸收空氣的顯熱使空氣降溫, 同時(shí)蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣又回到空氣中使空氣的濕度增加[5]。所以實(shí)驗(yàn)室初始相對(duì)濕度低，更利于制冷加濕過程的進(jìn)行。

表2 新型水冷紡織空調(diào)系統(tǒng)在高溫低濕環(huán)境下對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)

2.3 室外低溫高濕條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

如表3所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)20hz不變，室內(nèi)最高平均溫度較室外上升了6.0℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外降低了2.8%；當(dāng)風(fēng)機(jī)30hz不變，室內(nèi)最高平均溫度較室外上升了3.6℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外最大提高8.2%；當(dāng)風(fēng)機(jī)40hz不變，室內(nèi)最高平均溫度較室外上升了3.4℃，室內(nèi)相對(duì)濕度較室外最大提高9.3%。

如上所述，實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)溫度高于室外溫度，并且隨著水泵頻率增加呈現(xiàn)一個(gè)上升趨勢(shì)，是由于風(fēng)機(jī)存在發(fā)熱的情況以及實(shí)驗(yàn)室的管式爐工作發(fā)熱導(dǎo)致，即使在室外溫度較低的冬季，利用設(shè)備電機(jī)的發(fā)熱，溫度范圍也可以維持人體和產(chǎn)品的舒適區(qū)，相對(duì)濕度控制范圍也能達(dá)到紡織產(chǎn)品的工藝要求。

表3 新型水冷紡織空調(diào)系統(tǒng)在低溫高濕環(huán)境下對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)

2.4 室外低溫低濕條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

如表4所示，室外低溫情況下室內(nèi)溫度也存在一定的上升，相對(duì)濕度區(qū)間跨度很大，能匹配大多數(shù)紡織工序所需工藝要求。

表4 新型水冷紡織空調(diào)系統(tǒng)在低溫低濕環(huán)境下對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)

2.5 室外常見溫濕度范圍條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 新型水冷紡織空調(diào)系統(tǒng)在常見環(huán)境下對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)

如表5所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)20hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了5.1℃，室內(nèi)最高相對(duì)濕度較室外降低了12.5%；當(dāng)風(fēng)機(jī)30hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了5.4℃，室內(nèi)最高相對(duì)濕度較室外提高了19.2%；當(dāng)風(fēng)機(jī)40hz不變，室內(nèi)最低平均溫度較室外降低了5.3℃，室內(nèi)最高相對(duì)濕度較室外提高了25.3%。

室外正常溫濕度的情況，如春秋、初夏等，一年大部分時(shí)間室外溫濕度維持在這個(gè)范圍，新型紡織空調(diào)存在較強(qiáng)的降溫以及加濕效果，能滿足紡織品生產(chǎn)的工藝要求。

3 結(jié)論與展望

本文的新型水冷紡織空調(diào)是一種具有特定空調(diào)室結(jié)構(gòu)的紡織空調(diào)，采用上送上回的送回風(fēng)方式，可以根據(jù)廠房生產(chǎn)設(shè)備的布局布置風(fēng)口。通過實(shí)驗(yàn)，證明了新型水冷紡織空調(diào)在各種工況下都能滿足紡織品生產(chǎn)所需要的工藝條件。整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)只有一個(gè)風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)水泵（其中一個(gè)備用），耗電量和耗水量大幅度降低，運(yùn)行成本相對(duì)較低。此外，新型水冷紡織空調(diào)系統(tǒng)可準(zhǔn)確的將濕冷空氣送入工藝區(qū)，保證纖維的回潮率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，后期我們還會(huì)探究不同溫濕度與紡織產(chǎn)品的回潮率、比電阻之間的關(guān)系。探究室外環(huán)境對(duì)新型水冷紡織空調(diào)的影響，為實(shí)現(xiàn)新型水冷紡織空調(diào)的自動(dòng)控制提供數(shù)據(jù)支持。目前該空調(diào)系統(tǒng)已在多個(gè)毛紡車間投入使用，為紡織空調(diào)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新思路。

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Influence of Outdoor Environment on New Water-cooled Textile Air Conditioning

MA Jing-kai, ZHU Zhe, GAO Yuan-jie, CHEN Wu

(National Local Joint Engineering Laboratory for Advanced Textile Processing and Clean Production, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430200, China)

This paper designs a new type of water-cooled textile air conditioner based on the textile workshop and installs it in the laboratory to explore the influence of different external environmental conditions on its working conditions, so as to provide a theoretical basis and mature technology for enterprise technology promotion. In this paper, the outdoor environment is divided into five categories, and multiple sets of corresponding data are obtained. Under the conditions of high temperature and humidity, the cooling and humidification effect of the air conditioning system is not obvious, but it basically meets the requirements of human comfort and matches the process conditions required for textile production; Under the conditions of high temperature and low humidity, the cooling and humidification effect of the air-conditioning system is obvious; Under the conditions of low temperature and high humidity, since the heating temperature of the equipment can be maintained in the comfort zone of the human body and the product, the relative humidity can meet the technological requirements of textile products; Under low-temperature and low-humidity conditions, there is a certain increase in indoor temperature, and the relative humidity range is relatively large, which can match the process requirements of most textile processes; Under normal temperature and humidity conditions, the air-conditioning system has a strong cooling and humidifying effect, which can meet the technological requirements of textile production.

Water-cooled textile air conditioner；Outdoor environment；Temperature；Relative humidity

陳悟（1968-），男，教授，研究方向：先進(jìn)紡織加工理論與清潔生產(chǎn)技術(shù).

TS108.6+1

A

2095－414X(2021)03－0007－05