烘干車間直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)方式的運用

李躍文

云南能投藝科工程設(shè)計有限公司

1 項目概況

怒江州福貢縣是全國“三區(qū)三州”脫貧攻堅的主戰(zhàn)場之一。怒江大峽谷農(nóng)副產(chǎn)品加工交易中心是云南能投集團在怒江州第一個落地的產(chǎn)業(yè)扶貧、產(chǎn)業(yè)升級示范項目，項目位于福貢縣石月亮鄉(xiāng)的省道旁。項目規(guī)劃用地面積17474.91 m2，總建筑面積11461.25 m2，建設(shè)內(nèi)容包括鮮果收儲中心、加工廠房、農(nóng)副產(chǎn)品交易中心等。

項目以鮮草果烘干加工為核心，綜合開發(fā)草果系列產(chǎn)品，并覆蓋竹葉菜、木耳、羊肚菌等當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)產(chǎn)品。該項目由本公司以設(shè)計牽頭的EPC 模式實施并于2017 年12 月達產(chǎn)并順利通過整體驗收。

加工中心共四層，生產(chǎn)線布置于一層，層高6.3 m，車間面積約700 m2。加工廠房生產(chǎn)線工藝流程如圖1。

圖1 工藝流程圖

2 暖通專業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)資料

2.1 福貢縣氣象資料

《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50019-2015 及北京有色冶金設(shè)計研究總院主編的《暖通空調(diào)氣象資料集》（增編一稿）均無福貢縣氣象資料。故按《云南省民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DB53/T-39-2012 建筑熱工分區(qū)類同（溫和中區(qū)）且就近的貢山縣氣象資料代替，詳表1。

表1 福貢縣氣象資料

2.2 生產(chǎn)線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集及復(fù)核

生產(chǎn)線采用閉式熱回收熱泵烘干工藝，烘干工段原理如圖2。

圖2 閉式熱回收熱泵烘干工藝原理

生產(chǎn)線烘干+冷卻工段總配電功率750 kW，該加工車間產(chǎn)品烘干+冷卻工段產(chǎn)生的余熱，其中烘干余熱為設(shè)備壁面向車間散發(fā)的輻射熱及對流傳熱，冷卻工段為烘干后的產(chǎn)品經(jīng)強制通風(fēng)冷卻至室溫。物料烘干散熱、散濕通過廠家排濕設(shè)備直接排除室外。經(jīng)與生產(chǎn)線制造廠家收集資料和對采用同類設(shè)備的廠家空調(diào)配置參數(shù)，烘干及冷卻工段總散熱量約100 kW左右。

烘干設(shè)備三組，同時工作，烘干熱泵壓縮機及其他動力傳輸設(shè)備電機設(shè)置于車間內(nèi)。工藝設(shè)備散熱量計算按Q=1000×n1×n2×n3×n4×S×N/η，電動機的額定功率按總配電功率N 取750 kW，設(shè)備空量利用系數(shù)（安裝系數(shù)）n1取0.7，同時使用系數(shù)n2取0.8，負荷系數(shù)n3取0.9，排風(fēng)帶走熱量的系數(shù)n4取0.2，蓄熱系數(shù)三班倒S 取0.95，電動機效率η 取0.85，計算工藝設(shè)備散熱量Q=84.7 kW。冷卻工段物料初始溫度40～50 ℃，通過局部排風(fēng)罩排出室外。該部分物料散熱按廠家資料，約30 kW，合計發(fā)熱量114.7 kW。

生產(chǎn)線位于建筑內(nèi)區(qū)，短時操作人員5 人，圍護結(jié)構(gòu)冷負荷按GB50019-2015 有關(guān)要求可以不計入。操作人員少，且為輕勞動，工程計算忽略不計。因項目建設(shè)為設(shè)計牽頭的EPC 模式，綜合考慮技術(shù)合理性和經(jīng)濟性，按工藝設(shè)備發(fā)熱量的10%裕量考慮，即130 kW（顯熱）。

3 加工車間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 室內(nèi)通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

室內(nèi)通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示：

表2 室內(nèi)通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

3.2 通風(fēng)設(shè)計

3.2.1 通風(fēng)技術(shù)方案選擇

根據(jù)生產(chǎn)線主要向室內(nèi)散發(fā)余熱，基本無余濕散發(fā)的特點，結(jié)合車間發(fā)熱量較大的實際和蒸發(fā)式冷卻技術(shù)的適用范圍（表3），同時考慮技術(shù)經(jīng)濟的合理性，技術(shù)方案不考慮空調(diào)設(shè)施，在傳統(tǒng)機械通風(fēng)和直接蒸發(fā)式通風(fēng)方案中選擇，再考慮直接蒸發(fā)式通風(fēng)機設(shè)備“等焓加濕”的空氣處理特性，為降低通風(fēng)量及降低通風(fēng)系統(tǒng)管道尺寸及造價，選擇采用直接蒸發(fā)式的通風(fēng)方案。

表3 適宜或適用蒸發(fā)冷卻空調(diào)的范圍

3.2.2 通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量計算

按《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50019-2015 的基本規(guī)定和參考《蒸發(fā)式冷氣機安裝與使用要求》JB/T 12322-2015 的要求進行有關(guān)計算。

直接蒸發(fā)冷氣機出風(fēng)口溫度按下式計算：

式中：t0為冷氣機降溫處理后出風(fēng)口溫度，℃；twg為室外空氣空調(diào)干球溫度，℃；tws為室外空氣空調(diào)濕球溫度，℃；η 為冷氣機蒸發(fā)效率，%，宜取65%～85%，本項目參考廠家樣本取85%。

經(jīng)計算，直接蒸發(fā)冷氣機出風(fēng)口溫度t0=22.4 ℃。

排除室內(nèi)余熱全面通風(fēng)送風(fēng)量計算：

式中：L 為通風(fēng)換氣量，m3/h；Q 為室內(nèi)顯熱發(fā)熱量，W；tp為室內(nèi)排風(fēng)設(shè)計溫度，℃；ts為送風(fēng)溫度，℃。

經(jīng)計算，送風(fēng)量L=40183 m3/h。綜合設(shè)備樣本，選擇處理風(fēng)量45000 m3/h，蒸發(fā)效率不小于85%的設(shè)備。通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)量按維持室內(nèi)微正壓設(shè)計，略。

加工車間通風(fēng)平面圖如圖3。

圖3 加工車間通風(fēng)平面圖

3.3 效果

項目建成后，在試運行階段，經(jīng)實測，加工車間室內(nèi)溫度人員活動區(qū)域31～33 ℃，頂棚排風(fēng)口出排風(fēng)溫度約36～42 ℃，排風(fēng)溫度較高，人員舒適度反映較熱，經(jīng)檢查車間工藝設(shè)備，發(fā)現(xiàn)烘箱漏風(fēng)點較多，同時設(shè)備自帶的排濕管道外表面未做保溫處理，散熱較大，經(jīng)對漏風(fēng)點進行密封處理，排濕管道進行保溫處理后進行實測，加工車間室內(nèi)溫度人員活動區(qū)域26～28 ℃，頂棚排風(fēng)口出排風(fēng)溫度約30～33 ℃，基本達到設(shè)計的要求。

4 與傳統(tǒng)機械送風(fēng)系統(tǒng)的對比

若采用傳統(tǒng)機械通風(fēng)系統(tǒng)時，在負荷條件相同的前提下，全面通風(fēng)送風(fēng)量計算為55108 m3/h，與采用直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)設(shè)備相比，理論送風(fēng)風(fēng)量及送風(fēng)管道截面增加31.4%。表4 為直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)與機械通風(fēng)量及有效功率對比。

表4 機械通風(fēng)量及有效功率對比表

理論計算風(fēng)機有效功率（Ny=LP/3600×η0×η1），在計算全面通風(fēng)量條件下，為簡化考慮，以風(fēng)機全壓及效率相同來考慮，采用直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)設(shè)備的有效功率為采用傳統(tǒng)機械通風(fēng)設(shè)備的73%，可見送風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能意義較明顯。

實際對于按兩種不同通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量設(shè)計的通風(fēng)管道，若考慮風(fēng)機余壓的不同，節(jié)能的效益將略大于理論計算值。

對本項目，因室外空氣經(jīng)直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備處理后，冷風(fēng)機出風(fēng)溫度低于室外通風(fēng)溫度約2.6℃，室內(nèi)人員的主觀舒適度可得到一定的提高。同時室外空氣經(jīng)過直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備填料時可過濾一定的微細顆粒和增加送風(fēng)的含濕量，降低了送入室內(nèi)的空氣含塵量和適當(dāng)提高室內(nèi)的相對濕度，提高了送風(fēng)的品質(zhì)。

表5 為直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)與機械通風(fēng)設(shè)備選型方案對比，其中，風(fēng)機內(nèi)效率η0取0.75，機械效率（三角皮帶傳動）η1取0.9。

表5 機械通風(fēng)設(shè)備選型方案對比

最后，結(jié)合風(fēng)機設(shè)備樣本資料進行對比分析。

1）采用直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)設(shè)備送風(fēng)量約為傳統(tǒng)機械通風(fēng)設(shè)備送風(fēng)量的80.4%，理論上通風(fēng)管道材料使用量也減少，有利于降低通風(fēng)管道及配件的初投資。

2）從機械送風(fēng)機設(shè)備配電功率分析，直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)設(shè)備能耗約為傳統(tǒng)機械通風(fēng)設(shè)備能耗的54.5%，節(jié)能效益較大。

3）在散發(fā)余熱為主的車間，當(dāng)兩種系統(tǒng)送風(fēng)量基本相同時，對于采用直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備能更好地滿足室內(nèi)通風(fēng)換氣的要求及獲得較傳統(tǒng)機械通風(fēng)系統(tǒng)好的室內(nèi)舒適度。

5 結(jié)論

1）云南省大部分區(qū)域為溫和地區(qū)，溫和地區(qū)面積約占國土面積的86%，根據(jù)有關(guān)規(guī)范編列的地區(qū)室外氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，云南省大部分地區(qū)均屬于蒸發(fā)冷卻技術(shù)適用和可用的區(qū)域，具有較大的地域適用性。

2）對于溫和地區(qū)在采用機械通風(fēng)系統(tǒng)時應(yīng)因時、因地制宜地采用直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)系統(tǒng)，可比傳統(tǒng)機械通風(fēng)系統(tǒng)獲得較好的節(jié)能性、經(jīng)濟性、舒適性。

3）采用直接蒸發(fā)式通風(fēng)設(shè)備應(yīng)重點關(guān)注當(dāng)?shù)厥彝饪照{(diào)干球溫度與濕球溫度差，溫度差越大，經(jīng)直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備處理后的出風(fēng)溫度越低，設(shè)備的適用性越強，對比傳統(tǒng)機械通風(fēng)系統(tǒng)所能獲得的效益越大。

4）直接蒸發(fā)式通風(fēng)設(shè)備特別適宜對噪聲要求不敏感的工業(yè)廠房和以散發(fā)余熱為主的生產(chǎn)車間。