中央空調(diào)濕膜加濕在卷煙工業(yè)中的應(yīng)用探討

摘" 要：為推動(dòng)行業(yè)綠色低碳循環(huán)發(fā)展，助力碳達(dá)峰、碳中和，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)。對(duì)昆明卷煙廠耗能情況進(jìn)行調(diào)研，當(dāng)前卷煙廠采用干蒸汽加濕維持近似恒溫恒濕的環(huán)境，但是該方式效率低，能耗高。因此，該文根據(jù)昆明卷煙廠實(shí)際情況，分析不同加濕方式優(yōu)缺點(diǎn)，選擇濕膜加濕作為卷煙廠中央空調(diào)改造的最佳方案，并進(jìn)行可行性分析。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)改造；卷煙工業(yè)；濕膜加濕；加濕機(jī)理；性能分析

中圖分類號(hào)：TU831" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）05-0172-04

Abstract： In order to promote the development of green and low-carbon cycles in the industry， help carbon peak and carbon neutrality， and build resource-saving and environmentally friendly enterprises. The energy consumption situation of Kunming Cigarette Factory was investigated. Currently， cigarette factories use dry steam humidification to maintain a constant temperature and humidity environment， but this method is inefficient and consumes high energy. Therefore， based on the actual situation of Kunming Cigarette Factory， this paper analyzes the advantages and disadvantages of different humidification methods， selects wet film humidification as the best plan for the renovation of central air conditioning in the cigarette factory， and conducts a feasibility analysis.

Keywords： central air-conditioning transformation; cigarette industry; wet film humidification; humidification mechanism; performance analysis

中央空調(diào)是一種在同一建筑內(nèi)，以集中或半集中的形式，對(duì)空氣進(jìn)行凈化、冷卻或加熱、加濕或除濕等處理、輸送和分配的空調(diào)系統(tǒng)。其目標(biāo)是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)濕度、標(biāo)準(zhǔn)潔凈度和新鮮度的室內(nèi)室外空氣環(huán)境，從而滿足生活舒適性或者工藝性等的空氣調(diào)節(jié)要求[1]。

卷煙生產(chǎn)技術(shù)對(duì)于環(huán)境有較高的要求，制絲生產(chǎn)線與卷包、成型生產(chǎn)線都有設(shè)置空調(diào)設(shè)備。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，貯葉房和煙絲庫區(qū)域需要恒溫恒濕的環(huán)境，貯葉房作為儲(chǔ)存初加工煙葉的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，恒溫恒濕的環(huán)境有助于保持煙葉的新鮮度和品質(zhì)，避免溫度和濕度的波動(dòng)導(dǎo)致煙葉質(zhì)量下降。煙絲庫區(qū)是存放成品煙絲的地方，煙絲在這個(gè)階段的含水率、整絲率以及填充值等物理指標(biāo)，直接受到環(huán)境條件的影響。適當(dāng)?shù)臐穸瓤梢苑乐篃熃z過于干燥，從而引起燃燒時(shí)的不均勻燃燒和口感變差；適當(dāng)?shù)臏囟葎t可以避免因過高或過低而導(dǎo)致的化學(xué)性質(zhì)變化，保持煙草的香氣和味道[2]。為此，結(jié)合昆明卷煙廠實(shí)際情況，對(duì)中央空調(diào)加濕系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研模擬，探討濕膜加濕在卷煙工業(yè)的可行性。

1" 問題分析

昆明卷煙廠地處云南省中部地區(qū)，屬于亞熱帶高原山地季風(fēng)氣候，其特點(diǎn)是氣候溫和、四季如春、年溫差小，室外溫度常年在15～25 ℃，氣候干燥，空氣濕度較低。

卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)如圖1所示，空氣處理流程為：新風(fēng)—風(fēng)機(jī)/回風(fēng)—排風(fēng)—初效過濾—中效過濾—制冷—蒸汽加熱—蒸汽加濕—風(fēng)機(jī)—出風(fēng)。

卷煙生產(chǎn)過程中，需要消耗大量蒸汽，用于制絲工藝與生產(chǎn)空調(diào)[3]?？照{(diào)用汽主要包括各空調(diào)機(jī)房組合式空調(diào)設(shè)備的加熱、加濕，其日平均用汽量約為72 t，結(jié)合昆明氣候情況?？照{(diào)冷量、熱量用量較少，更多的是用于空調(diào)加濕，空調(diào)耗汽量約占總蒸汽消耗的21%?？照{(diào)能耗占卷煙廠綜合能耗比例較大。所以，空調(diào)蒸汽能耗是卷煙廠的主要能耗指標(biāo)。

昆明卷煙廠的中央空調(diào)系統(tǒng)目前采用飽和蒸汽加濕方式，這種方式以快速的加濕速度和高控制精度而著稱，能夠有效地調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程中所需的濕度條件。然而，盡管有這些顯著優(yōu)點(diǎn)，飽和蒸汽加濕系統(tǒng)的運(yùn)行成本相對(duì)較高，這主要源于蒸汽本身的生成和輸送成本。

在長期運(yùn)行過程中，昆明卷煙廠的組合式空調(diào)機(jī)組已運(yùn)行了13年，其蒸汽加濕系統(tǒng)開始出現(xiàn)一系列性能問題。首先是蒸汽量控制不準(zhǔn)確，這可能是系統(tǒng)老化或傳感器失準(zhǔn)導(dǎo)致的，使得實(shí)際加濕效果與預(yù)設(shè)值存在偏差。這種控制的不精確不僅影響到了加濕的均勻性，也對(duì)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的溫度和濕度穩(wěn)定性造成了影響。

此外，由于設(shè)備故障和損壞，加濕系統(tǒng)的故障頻發(fā)，這不僅增加了維護(hù)成本，而且影響到生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。當(dāng)加濕系統(tǒng)出現(xiàn)故障，嘗試進(jìn)行修復(fù)或維持運(yùn)行時(shí)，常常會(huì)導(dǎo)致加濕蒸汽的消耗量異常增加。增加的蒸汽量帶入大量熱量，這些熱量進(jìn)入空調(diào)機(jī)組后會(huì)引起風(fēng)溫升高，從而影響整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制。風(fēng)溫的升高可能導(dǎo)致所謂的“對(duì)立工況”，即系統(tǒng)內(nèi)部的冷卻除濕功能與加熱器及加濕器的再熱再濕功能相互抵消，造成能源的無效循環(huán)和浪費(fèi)。這一現(xiàn)象也成為了空調(diào)系統(tǒng)能耗高的一個(gè)重要原因。

在過渡季節(jié)或者冬季的部分時(shí)節(jié)，由于室外溫度較低，可以采用調(diào)節(jié)新風(fēng)比的方式控制室內(nèi)溫度，但是由于昆明的高原氣候特征，室外空氣干燥，幾乎全年需要加濕。若新風(fēng)占比過大，會(huì)明顯增加空調(diào)機(jī)組的加濕負(fù)荷，又進(jìn)一步導(dǎo)致風(fēng)溫升高，需要開啟表冷器降溫處理，進(jìn)一步加大能耗。

2" 中央空調(diào)常用加濕方式分析

目前，中央空調(diào)主流加濕方式有飽和蒸汽加濕、超聲波加濕、高壓微霧加濕和濕膜加濕。飽和蒸汽加濕是目前昆明卷煙廠采用的加濕方式，加濕速度快，控制精度高，但是能耗過高；超聲波加濕的加濕效率高，但是對(duì)環(huán)境傷害較大，對(duì)水質(zhì)與改造空間要求較高；高壓微霧加濕水霧顆粒小，加濕均勻，不會(huì)造成二次污染，但是運(yùn)行聲音較大，且對(duì)水質(zhì)要求較高，耗電量大；濕膜加濕是通過潔凈的水輸送到加濕器頂部的淋水器，水均勻地淋到濕膜的頂部， 水在重力作用下沿濕膜材料向下浸透，淋濕濕膜內(nèi)部的所有層面，同時(shí)被濕膜材料吸收，形成均勻的水膜， 當(dāng)干燥的風(fēng)通過濕膜材料時(shí)，干燥的空氣和濕潤的濕膜表面有較大面積的接觸，水分充分吸收空氣的熱量而汽化、蒸發(fā)，從而達(dá)到對(duì)空氣加濕的目的。濕膜加濕屬于等焓加濕，在這一加濕過程中，空氣濕度增加，溫度下降，但是空氣的焓值不變。濕膜加濕安全可靠，對(duì)空氣有洗滌、凈化作用，不產(chǎn)生“白粉”現(xiàn)象，無噪聲，對(duì)水質(zhì)要求不高，控制方便且相對(duì)精確，能耗較低[4]。因此，根據(jù)實(shí)際情況及需求，選擇濕膜加濕的方式對(duì)中央空調(diào)空氣進(jìn)行加濕。

3" 濕膜加濕器加濕性能分析

3.1" 加濕性能理論分析

濕膜加濕主要是清潔自來水通過供水管路送到濕膜頂部布水器，水在重力作用下沿著濕膜的表面向下流，將濕膜表面潤濕，水流到接水盤中，通過排水管道直接排到下水管道，進(jìn)入中水站二次利用。濕膜加濕是等焓加濕，即在水蒸發(fā)的過程中，需要吸收熱量，這部分熱量通常來自空氣，因此通過蒸發(fā)過程，空氣的溫度會(huì)有所降低，但總的熱量（焓值）保持相對(duì)穩(wěn)定。這種效應(yīng)使得濕膜加濕器在增加濕度的同時(shí)，也具有一定的降溫效果[5]。

對(duì)濕膜加濕器進(jìn)行加濕性能評(píng)價(jià)主要參考2個(gè)性能參數(shù)：飽和效率、加濕效率[6]。

3.1.1" 飽和效率

飽和效率是指在等焓加濕過程中，加濕器入口空氣經(jīng)加濕后達(dá)到飽和的效率，如式（1）所示。實(shí)際上是指加濕器最大能把空氣加濕的程度。這個(gè)參數(shù)對(duì)于評(píng)估濕膜加濕器的性能至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懙皆O(shè)備的加濕極限和穩(wěn)定性。高飽和效率意味著加濕器能更有效地利用提供的水分，實(shí)現(xiàn)更大程度的空氣濕度飽和，從而提高整體的加濕效能[6]。

3.2" 加濕效果前后對(duì)比

昆明地區(qū)由于其獨(dú)特的高原氣候特征，幾乎在全年的各個(gè)時(shí)段內(nèi)，都面臨著需要增加空氣濕度的需求。特別是在冬季以及從一個(gè)季節(jié)過渡到另一個(gè)季節(jié)的時(shí)期，由于氣溫較低或變化較大，空調(diào)系統(tǒng)的蒸汽使用量普遍較大。針對(duì)卷煙廠的特定實(shí)際情況，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造前后的蒸汽加濕所引起的溫度和濕度變化進(jìn)行了詳細(xì)的分析。有助于了解改造措施的有效性以及對(duì)環(huán)境控制精度的實(shí)際影響，從而為進(jìn)一步優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。

3.2.1" 改造前蒸汽加濕溫濕度變化

1）冬季模式。在冬季采用蒸汽加濕的方式，外氣進(jìn)入中央空調(diào)后，與回風(fēng)混合，需要消耗2部分能量：一是將混合空氣加熱至28 ℃；二是將混合空氣加濕到60%。在這種工況下，采用蒸汽加濕減少了加熱的消耗。

2）過渡季節(jié)。在過渡季節(jié)采用蒸汽加濕，需要先用冷凍水將混合空氣溫度降低至25 ℃，再沿著等溫線加濕，需要消耗3部分能量：一是將混合空氣降溫至25 ℃；二是將混合空氣加熱至28 ℃；三是將混合空氣加濕到60%。這種工況下，采用蒸汽加濕增加了對(duì)立工況，出現(xiàn)了冷凍水和蒸汽熱量的不必要消耗，造成了能源浪費(fèi)。

3.2.2" 改造后蒸汽加濕溫濕度變化

1）冬季模式。冬季采用濕膜加濕需要先將混合空氣加熱至30 ℃，再沿著等焓線降溫加濕，需要消耗：一是將混合空氣加熱至30 ℃所需熱量；二是消耗加濕所需水量。

2）過渡季節(jié)。在過渡季節(jié)采用濕膜加濕，需先用冷凍水將混合空氣溫度降低至28 ℃，再沿著等焓線加濕，消耗為：一是將混合空氣降低至28 ℃的制冷量；二是加濕所需水量。

綜上所述，昆明卷煙廠在對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造前，不論任何季節(jié)，均需消耗大量的蒸汽以維持恒溫恒濕的生產(chǎn)環(huán)境。然而，在引入了濕膜加濕技術(shù)后，情況有了顯著的改善。這種技術(shù)通過水蒸發(fā)的方式增加空氣濕度，同時(shí)降低溫度，有效利用了自然環(huán)境的調(diào)節(jié)能力，減少了對(duì)蒸汽的依賴。特別是在過渡季節(jié)，可能不需要消耗蒸汽。此外，昆明的氣候特征是高溫低濕的時(shí)間較長，傳統(tǒng)的蒸汽等溫加濕方法在這樣的氣候條件下需要消耗更多的能源。而采用等焓加濕的濕膜加濕技術(shù)，由于其工作原理更適應(yīng)昆明的氣候特點(diǎn)，因此對(duì)能源的需求更小。從理論上講，濕膜加濕技術(shù)由于其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和能源使用的高效性，更能達(dá)到節(jié)能減排的作用。

4" 濕膜加濕方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

濕膜加濕的經(jīng)濟(jì)性除去直接投入費(fèi)用外，主要考慮節(jié)約成本、運(yùn)行成本和維修與備件成本，在這里具體對(duì)濕膜加濕節(jié)約成本、運(yùn)行成本和維修與備件成本進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，并用同樣的方法計(jì)算飽和蒸汽加濕成本進(jìn)行比較。

4.1" 節(jié)約成本

根據(jù)調(diào)查，取濕膜加濕效率最低為50%，即供應(yīng)2 kg自來水可以獲得1 kg加濕量計(jì)算。節(jié)約電量按YORK制冷機(jī)機(jī)組COP為5.8來計(jì)算。取干蒸汽加濕效率95%，需要4個(gè)15 W濕膜加濕電磁閥。根據(jù)計(jì)算可得表1濕膜加濕年節(jié)約能源計(jì)算表。

4.2" 運(yùn)行成本

濕膜加濕正常運(yùn)行消耗水量和電量。改造的5臺(tái)中央空調(diào)年需要水量為6 706.88 t。該系統(tǒng)可以不加裝水泵，僅用自來水的壓力可以運(yùn)行，因此僅有4個(gè)15 W的電磁閥耗電，若按一年中央空調(diào)運(yùn)行300 d計(jì)算。取水費(fèi)為4元/t，電費(fèi)為0.46元/kW·h，則年運(yùn)行成本計(jì)算見表3。

4.3" 維修與備件成本

根據(jù)產(chǎn)品調(diào)研結(jié)果，目前濕膜加濕一年需清洗1～2次，每次清洗費(fèi)用為6 000～10 000元。每年清洗2次，每次費(fèi)用取6 000元。則平均每年的維修和備件成本為60 000元。

綜上所述，濕膜加濕系統(tǒng)年運(yùn)行和維護(hù)成本為87 026.24元，年耗水量為6 706.88 t。同理可得飽和蒸汽加濕，濕膜加濕年運(yùn)行和維護(hù)成本，見表4。

綜合考慮耗水量、運(yùn)行成本與維護(hù)成本，進(jìn)一步驗(yàn)證選擇濕膜加濕是能耗低、經(jīng)濟(jì)性好的改造方式。

5" 結(jié)論

結(jié)合昆明卷煙廠實(shí)際情況，通過對(duì)比中央空調(diào)主流加濕方式優(yōu)缺點(diǎn)，采用濕膜加濕方式更適合卷煙廠空調(diào)加濕系統(tǒng)。濕膜加濕的方式在保證車間溫濕度恒定的同時(shí)，大大降低了能源消耗。因此，中央空調(diào)的濕膜加濕改造技術(shù)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，適用于卷煙工業(yè)。

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