【技术】提供一种纺织企业空调系统的节能思路

摘要：分析了纺织企业空调系统的重要性及其节能运行与管理的意义，阐述了纺织企业空调系统能耗高的原因，探讨了降低空调系统能耗，提高能源利用效率的具体措施。 

关键词：纺织；空调；节能；智能控制；焓值

随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，纺织企业生产车间的工作环境越来越成为影响企业招收和留住员工的不利因素，造成纺织企业招工难，用工成本高。同时，随着市场竞争的日益激烈，纺织企业因生产车间温湿度不适宜造成的产品质量隐患也越来越被重视。为此企业对空调系统提出了更高的要求，希望通过提升空调系统的运行效能来改善生产环境，提升产品质量。但在棉纺织企业中，空调是生产系统能耗的重要组成部分，占全部生产能耗15%以上，也是纺织企业节能减排的重点控制项目，因此，保证在最低能耗的情况下提高空调系统的运行效果成为纺织企业要重点研究的课题。

1 棉纺织企业空调系统耗能高的原因

目前，我国纺织企业空调系统的整体能效偏低，存在着巨大的浪费现象。纺织企业空调系统存在的问题主要包括：

1.1 负荷估算值偏大

空调系统通常是按照最大负荷来进行设计和选型，并预留有一定比例的余量，在正常使用中，空调系统在满负荷状态下运行的情况较少。

空调系统负荷的计算是空调系统设计和选择空调设备的主要依据，纺织企业空调系统计算的冷热负荷主要有车间设备、人员、照明的散热和厂房结构的传热等。在空调系统负荷计算过程中，为保证系统运行后的调节效果，一般都是以设备、人员、照明的散热和厂房结构的传热的最大值为取值依据，将各因素负荷的最大值累加后乘以安全系数。但空调系统在实际运行过程中各因素出现峰值负荷的时间很短，而各个因素同时出现峰值负荷的时间更少。因此，依照这样计算出来的系统负荷来选择风系统水系统的设备，必然造成设备功率偏大。另外，在水系统的水泵选型时，是按整个系统最大阻力来选择扬程、按最大用水量来选择出水量的；在风系统的风机选型时，是按最大送风量来选择风机风量、风道最大阻力来确定风压的。但因系统实际运行中用水量、送风量大多数时间里是不需要达到设计最大值的，因而空调系统在设备选型上也存在估值偏大的问题。 

1.2 使用中调节与管理不合理

空调系统的实际运行中，企业经常在管理和调节方式上也存在着不合理的现象，主要表现有：

（1）为了达到理想的调节效果，在设定温湿度控制界线是过于严格，造成空调系统在偏高的调节负荷下运行。

（2）在调节方式的选择上不是根据室内外空气参数的实际情况选择最节能的调节方式，而是凭经验进行调节。

（3）新风、回风的使用或新风、回风的使用比例上不进行精确计算。

（4）不按规定要求开启或密封车间门窗，车间内外湿热交换的控制不利于保持最佳的调节效果。

（5）新风窗、回风窗的空气过滤网不及时清洁，网眼严重堵塞，风阻较大，影响风量和风阻。

（6）供水量和送风量的调节采用简单的水阀或风阀调节方式。

（7）在调节能力过剩的情况下，为保证车间温湿度的相对稳定，频繁启、停空调设备。电机的起动电流通常为额定值的5倍左右，在如此大的电流冲击下，进行频繁的起停，对电机、接触器触点产生电弧冲击，也会给电网带来一定冲击，起动时带来的机械冲击和停止时的承重现象也会对机械传动、轴承、阀门等造成疲劳损伤。

2  纺织企业空调系统节能运行与管理

空调系统的节能运行管理包括在实际运行过程中按标准运行操作规程进行操作，严格监控空调系统的运行参数，及时发现能源浪费问题、及时查找存在的问题并进行修整，降低能源浪费。

2.1 对空调空调系统进行智能化控制改造

随着自动控制技术的进步，对纺织企业的空调系统进行智能化控制的节能改造成为现实。空调自动化控制系统主要由控制器、变频器、传感器和运算软件等组成，感应器感应车间内的温湿度、回风的温湿度、车间外的温湿度等，这些信息由控制器与设定值进行对比，经运算软件计算并选定出合理的控制方案，由执行器调整风机、水泵、风阀、水阀的转速或开启量，以稳定车间的温湿度。当系统检测到温度或湿度超出标准值时会自动调整空调设备的运行状态，从而达到稳定车间温湿度和节能的目的。

2.1.1 纺织企业空调智能化控制系统的工作及节能原理

（1）纺织企业空调智能化控制系统应用交流变频技术，通过对空调系统风机、水泵的驱动电机转速等进行智能化的控制和调节，从而使空调系统的风量、水量等参数按车间实际需要的冷热负荷进行适时调节，不但能改善空调系统的调节品质，改善空调系统的运行质量，还能到达节约能耗，延长设备使用寿命、减轻设备维护工作量的效果。对于风机、水泵等变转矩负载而言，电机的输入轴功率与其转速的三次方成正比，故转速的变化可使功率大幅度下降。

（2）纺织企业空调智能化控制系统可根据传感器反馈的检测点温度、湿度、水温、管道压力、流量等参数实现闭环自动控制，可以有效减小车间温湿度的波动范围，减少空调系统的无效能耗，同时还可以有效减轻运行监控人员的劳动强度。

（3）应用变频技术后，电机的启停实现了软启动和软停止，无骤启和骤停现象，大大降低了对机械和电网的冲击；风机、水泵一般运行于工频频率以下，可延长水泵、风机、管件等的使用寿命，降低维护费用。

2.1.2 风机、水泵变频调速节能效果分析 

通过智能化控制改造，空调风机可以实现无级变速调节，系统可以在运行过程中自动根据实际需要来调节风量节。根据流体力学原理，风机风量与转速成正比，压力与转速的二次方成正比，输出功率与转速的三次方成正比；而水泵流量与转速成正比，扬程与转速的二次方成正比，输入功率与转速的三次方成正比 [1]。因而如果风机或水泵的转速降低30%，则其输入功率会降低65.7%，因此，通过变频来调速，对空调系统的风机、水泵来讲节电效果是非常可观的。 

2.2 选用高效节能的空调设备和器材

随着节能技术的不断发展，纺织空调系统也出现了很多高效节能的设备和器材，如高效节能风机、喷雾风机、对喷撞击流喷嘴等等。

（1）高效节能风机采用标准翼型风机叶片型材，通过叶片型材的扭角、叶片根部与轮毂接触曲面的加工、叶轮连接件的设置、叶片表面覆膜修饰、叶片与轮毂的联接和叶轮表面防腐保护处理加工等技术，使风机具有了低噪音、低能耗的特点。

（2）喷雾风机是在轴流通风机上安装了机械雾化器（见图1），由于该雾化器的加入，使风机具有送风和加湿二合一的功能，雾滴直径90℅以上小于0.1mm，在水汽比较低的情况下（水汽比可以小于0.1）[2]，仍具有很高的湿热交换效率，从而减少了空调用水量和能耗，并可减少空调系统水泵及电机、喷淋管道等的配置数量。

图1 喷雾风机

（3）对喷撞击流喷嘴通过高速流体从喷嘴喷出后撞击固定壁面（喷嘴结构见图2）或两股水流对喷，从喷嘴与固定壁面之间的缝隙中挤压出一圆形水膜[3]，水被雾化为180°片状水雾膜（喷雾效果见图3），与传统的离心式喷嘴所喷锥形水膜(雾化角一般小于130°) 相比，水雾覆盖面宽，水膜与处理空气呈交叉流动，因而湿热交换效率更高，在同样的湿热交换量的情况下，可以减少喷水量、降低喷嘴密度，加大喷嘴出口孔径 (Ф4～6mm)，从而有效解决喷嘴堵塞问题和减少喷嘴阻力，大大节约水泵的能耗。据纺纱企业实际测试，在同样的湿热处理效果的情况下，靶式喷嘴的喷水室水系统耗电功率比使用离心式喷嘴喷水室水系统耗电功率要小3.5kW，水泵电机可以由原来的11kW降低为7.5kW，功耗降低约32%[3]。

图2 靶式撞击流喷嘴结构示意图

图3 靶式撞击流喷嘴的喷雾效果    

2.3 合理设定空调系统的工作参数

空调系统设定的工作参数不同，耗能也会不同。因此合理地根据车间内外空气状态的变化和车间温湿度控制要求来设定空调系统的工作参数，包括车间温湿度的控制界线、送风量、喷淋量等，在满足车间生产工艺要求的前提下，尽可能地降低空调系统的冷热负荷，是降低空调系统能耗的重要措施。

特别是在使用智能化控制的空调系统时，调整系统的控制参数非常便捷，为高效、节能地使用空调系统创造了良好的条件。

2.3.1 不同条件下的空调工作参数的设定要求

根据车间内外空气状态的不同，空调系统可以采取不同的工作参数设定 [4]，已达到在满足车间生产工艺要求的前提下，尽可能降低空调系统能耗的目的，不同条件下空调系统工作参数设置的具体要求见表1。

表1 空调系统的工作参数设定策略

2.3.1合理设定空调系统工作参数的节能效果

（1）合理选定空调系统温湿度控制线的节能效果。纺织企业在不同的季节，对各车间的温湿度要求也不完全相同，都有一个适应生产工艺要求的区间，只要温湿度控制在这个区间内，对车间生活状态和产品质量就没有不良影响，而在这个区间内，空调系统温湿度控制线是偏上还是偏下掌握，直接影响空调系统的负荷及能耗。

例如：夏季车间要求温度控制在30-32℃，湿度控制在55-65%。分别为空调系统设置两个不同的控制线方案，并从i-d图上查得空气的相关参数（见图4、图5），相关参数汇总见表2。

 图4 id图   

图5 空气具体参数

表2 不同控制线空气的相关参数

从表2可以看出，方案二与方案一相比较，空调系统制冷量、系统给湿量都有明显的降低，具体情况见表3。

表3 空调负荷对比

（2）合理调配新风和回风比例的节能效果。在实际生产中，室外新风与车间回风的温湿度状态及焓值总会存在一定差异，因而在空气调节过程中根据车间空调调节目标及新回风焓值合理调配新回风比例对空调系统的能耗有直接影响。

例如：室外空气参数为：t=35℃，φ=78%，车间内空气参数为：t=30℃，φ=62%，空调系统的送风参数为：t=26℃，φ=97%从i-d图查得相关参数汇总见表4。

表4 车间室内外空气的相关参数

如果空气系统也采取两种不同的处理方案，方案A采用全新风空调室处理后送车间，方案B采用85%的车间回风和15%的新风混合经空调室处理后送车间，那么处理每千克空气空调系统的调节负荷将会有很大差异，方案二与方案一相比较，空调系统制冷量、系统给湿量都有明显的降低，具体情况见表5。

表5 空调负荷对比

2.4 强化对空调系统的节能维护和保养

空调系统的维修和保养工作也是影响系统能耗的一个重要因素，因此要加强对空调系统的日常巡检和保养，并定期对空调系统的水泵、风机、管道和阀门以及空调测控系统等进行检修和维护。

2.4.1水泵的节能维护保养

（1）日常维护保养。要及时对水泵轴承加润滑油；及时压紧或更换轴封，在日常巡检中发现问题要及时处理。

定期维护保养。使用润滑油润滑的轴承每年清洗、换油一次；每年对水泵进行一次拆解清洗和检查，清洗泵体和轴承，清除水垢，检查水泵的各个部件有无损伤。冬季如果水泵停用，要将泵内的水全部放干净，以防水结冰胀裂泵体。

2.4.2 风机的节能维护保养

（1）日常维护保养。要及时清洁风机叶片上的挂花、结垢等，在日常巡检中发现问题要及时处理。

（2）定期维护保养。应定期检查调整皮带的松紧度；定期检查和紧固风机有关的连接螺丝；每半年清洗、更换一次轴承润滑脂。

2.4.3 管道系统的节能维护保养

（1）日常维护保养。及时修补管道破损和脱落的油漆、绝热层、表面防潮层及保护层，更换胀裂、开胶的绝热层或防潮层接缝的胶带；及时封堵、修理和更换漏水的设备、管道、阀门及附件；及时疏通堵塞的管道；及时检修动作不灵敏的阀门等。

（2）定期维护保养。每半年对管道和阀门进行一次系统检查、维护和保养；每三个月清洗一次水过滤器的过滤网、新风窗、回风窗的滤网等，出现破损要及时更换；每三个月检查一次各部位的密封门密封效果，密封效果不良的要及时处理；每半年对喷淋排、喷嘴进行一次维护保养，疏通、修理或更换堵塞、损坏的喷嘴。

2.4.4 空调测控系统的节能维护保养

及时维修或更换损坏的压力表、流量计、温度计、电度表、风速表等计量仪表以及温度、湿度传感器；每半年对控制柜内外进行一次清洗，并紧固所有接线螺钉；每年校准一次检测器件（温度计、压力表、传感器等）和指示仪表，达不到精度要求的要进行更换。

2.5 加强化对空调系统的节能检查

空调系统的节能管理工作是一项动态的工作，只有加强检查，才能及时发现存在的问题。

2.5.1 巡回节能检查

需要填写运行记录的设备，结合抄表时间进行巡回检查，其他设备每班巡回检查一次。对连续运行的设备，在运行中检查不了的内容要定期停机检查。

（1）空调室的巡回检查。重点检查门、窗是否按需要开启或关闭；喷淋排、喷雾风机喷水是否正常；风窗、水滤网是否清洁；水池中的水位、水温是否适宜等。

（2）仪表的巡回检查。结合运行记录抄表时间对空调系统的计量和测量仪表巡检，检查各计量仪表有无失效、损坏；读数是否处于正常范围等。

（3）管道、阀门和附件的巡回检查。重点检查水管上的阀门、附件处是否漏水；浮球阀动作是否灵活；支吊构件是否有变形、断裂、松动、脱落和锈蚀等问题。

（4）送风管道的巡回检查。风管法兰接头是否漏风；送风口有无滴水现象；导流板位置是否正常等。 

（5）空调设备的巡回检查。重点检查各设备的运转是否平稳，有无异常声音和振动；电气、自控系统动作是否正常等。如：检查风机、水泵的电机温升是否过高、有无异味产生、轴承润滑和温升情况等；地脚螺栓和其他各连接螺栓的螺母有无松动；检查水泵轴封处、管接头处有无漏水现象；电流、压力数值在正常范围内等。

（6）对传感部件的巡回检查。空调系统各部位传感器的灵敏可靠是保证系统正常运行的关键因素，因此要在巡检过程中重点关注各部位传感器是否正常，发现问题要及时处理。

2.5.2 周期性节能检查

（1）每季度检查空调系统的阀门的转动是否灵活、定位是否准确、稳固，是否能够关严、开到位；

（2）每月检查一次空调自控设备的传感系统和控制系统的稳定性和可靠性。

3   结语

空调系统是纺织企业能耗的重要组成部分，也是节能减排的控制重点，因此不断挖掘纺织企业空调系统节能降耗的潜力，并采取合理、有效的控制措施，对保证空调系统发挥出最佳的运行效果，降低企业能源消耗具有重要意义。（王学元   中国纱线网） 

参考文献：

[1]陈民权,王汉珠.纺织厂空调工程[M].北京:中国纺织出版社,1996.21-132.

[2]昌泽舟,李智勇,胡益人.加湿工况下喷雾风机性能参数的变化[J].风机技术,2005.5,5-7.

[3]颜苏芊,黄翔,黄萍等.空调室水系统与风系统节能改造的综合效果[R].2013′全国纺织节能技术与成本控制研讨会.

[4]棉纺手册编写组.棉纺手册(第三版)[M].北京:中国纺织工业出版社,2004.1169-1180.