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[摘 要] 本文结合西昌分厂2007年的技改工程，介绍了在工程中采用的多工况分区、变风量空调节能控制技术。
[关键词] 卷烟厂 空调系统 节能
1.概述
卷烟生产工艺和生产设备对车间环境有较为严格的要求，要求全年保持恒温恒湿。车间生产环境直接影响烟丝含水率、产品的品质、物料消耗以及卷烟机的有效作业率。
卷烟厂空调的主要特点为:
(1) 卷烟厂整个生产过程从制丝、贮丝到卷、接、包(卷烟、接过滤嘴、包装)，各个环节都要求在恒温、恒湿的环境中进行。全厂空调面积大，空调系统需全年运行。
(2) 卷烟生产设备发热量大，空调送风量大，一般在43×104m3/ h 以上。空调设备运行能耗高，空调设备能耗占全厂总能耗的20 %～35 %。为达到卷烟生产条件的要求，同时实现空调节能的目的，西昌分厂进行了技术改造，本文结合空调系统的技改工程，对其中的节能措施加以分析和介绍。
2.空调的多工况分区
本工程的空调系统全部采用智能化控制，由中央监控室对所有空调设备(包括冷水机组、水泵、冷却塔、空调机组等) 进行远程集中监控，可随时掌握各车间温、湿度变化以及设备运行状况。车间的空调系统采用全年多工况分区节能控制， 根据被控车间的热湿负荷特性和当地室外气象条件，自动将全年分成若干个工况区域，每个工况区域内制订出一个最合理、最节能的温湿度控制模型，有效的解决了系统高位平衡和降低了系统无效功耗，实现空调系统节能运行。分区工况按照理想工况制定，即不考虑室内热湿负荷变化，在实际控制中，控制器将根据实际情况与理想状况的偏差利用PID计算公式自动修正。
图1 空调工况分区图
图1为空调系统全年运行工况分区图，图中四边形的阴影面积为室内空气温湿度的允许波动范围。其中黄色的阴影部分面积是全新风区。O为送风状态点；N為室内状态点；M点在NO延长线上，为m%（最小新风比）=NO/NM。tO、iN 线分别与气象包络线相交于a、b点；iN、dO线分别与相对湿度φ=95% 的机器露点曲线相交于e、f点；dO线和iN线相交于k点。这些等焓线、等温线、等含湿量线和OM线把室外气象区划分成五区域。见下表1。
在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域内
上图中细线为机组加湿能力线，例如：根据西昌分厂空调机组设计其中KB1、KB2的加湿能力为293Kg/H，如当室外气候点处于该线左侧时就应考虑尽量减少新风量，以减少加湿负荷，假设现在为极限情况，全新风运行，则293Kg/H的加湿能力无法将空气处理到送风状态所要求的O点对应的d0线上，故必须有室内回风加以混合，此时对新风与回风的比例可用PID进行调节，其混合比的约束条件是混合后的状态点应处于细线右恻，再进行蒸汽等温加湿即可将其拉至送风点。因此必须检测混风段的温湿度，并将其作为混风比的PID控制值。
其中Ⅰ区中：尽量通过新回风比将混风拉至tO温度线上，湿度控制在加湿能力线内，再等温加湿到送风状态点O；此区域控制执行器为新回风阀、加湿阀。
Ⅱ区中：通过新回风比将混风状态拉至细线内，但需小比例开制冷阀将空气冷却至tO温度线上，再等温加湿到送风状态点O；其小比例开水阀保证表冷温度>露点温度。此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加湿阀。
Ⅲ区中，采用最小新风，满足车间卫生要求，经制冷、加湿至送风状态点O；此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加湿阀。
Ⅳ区：高温高湿工况，采用最小新风，制冷与除湿同时进行，将表冷器温度降至露点温度，此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀。
Ⅴ区，低温高湿，采用全新风，此时需大量除湿，将空气冷却至露点，由于温度低于送风温度，故需开启加热阀辅助加热；此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加热阀。
综上所述：在什么样的状态可以大量利用新风节能，应在tN线以下，加湿能力线与dO线之间，以及Ⅴ区域内，可大量应用新风。
3.空调的变风量运行
所有空调机组的送、回风机均由变频器控制，实现变风量运行。
图2 是典型的卷烟厂空调夏季空气状态变化过程示意图，图中N 点为室内状态点，S 点为送风状态点。空调系统采用定风量运行，当室内负荷下降时，室内状态点由N 点变化为N′点(温度下降，相对湿度增高) ，此时自控系统会自动开启加热，使送风状态点S 变化为S′，室内状态点由回N′到N 点。如果采用变风量运行，不但可以避免冷热抵销，而且大大降低风机运行能耗[1] 。
图2 变风量工况下空气状态变化过程示意图
3.1 变风量运行时回风机风量的确定
由于车间设有除尘系统，机械排风量( L p ) 较大，需要利用新风补偿排风，新风量Lf= L p。在设计工况下空调机组回风机的风量为:
LR = L s – Lf = LS - L p (1)
式中 LS —在设计工况下送风机送风量， m3/ h ；
Lf —在设计工况下新风量， m3/ h 。
在变风量工况下，当送风机风量由Ls 变化为L′s(对应的供电频率为f′s) ，此时回风机的回风量
L′R = L′S- L p (2)
L′R= L R ( f′R/ f 0) (3)
式中 L′R —在变风量工况下回风机风量， m3/ h ；
L′S —在变风量工况下送风机风量， m3/ h ；
f′R —在变风量工况下回风机供电频率，Hz ；
f 0 —在设计工况下供电频率， f 0 = 50Hz。
由公式(3) 可以计算出回风机变频器对应的供电频率。
3.2 保持新风量恒定的措施
如果照此运行，由于送风机转速下降，在新回风混合室的负压会相应变小(即通过新风阀的压差变小由ΔP 变化为ΔP′) ，新风量会相应下降。为保持新风量不变，此时应采取的措施是按照新风阀的阻力特性，开大风阀的角度，减小新风阀的阻力。在变风量工况下，新风通过新风阀的阻力(即混合室负压值) 为：
式中ΔP′—在变风量工况下，通过新风阀的阻力；
ζ′—调整后的新风阀局部阻力系数；
v0 —在设计工况下新风口风速，m/ s。
通过ζ′的下降，让v0 保持不变，新风量保持恒定。上述一切措施均可在PLC(可编程控制器) 中，预先编入控制程序加以实现。
4.结论
(1) 本文所介绍的空调节能措施已在工程中应用，取得良好的节能效果，与传统的控制方式相比，可降低运行能耗15%～20 %。上述措施也适用于其他的空调工程。
(2) 本文所介绍的只是卷烟厂空调节能的部分措施，其他的节能控制方案(如冷却水系统变水量运行、空调水系统的大温差运行、车间排风的热回收等) 可进一步研究并加以推广应用。
(3) 传统的制丝车间空调采用局部岗位送风。为减少烟叶破碎率，目前许多卷烟厂都改用全面空调。制丝车间是产热车间，空调负荷大、送风量大、空调能耗高。制丝车间应采用何种节能的空调方式是制丝工艺和空调专业相关人员今后应深入研究的重要问题。
参考文献:
[1]孙一坚. 卷烟厂空调研究[J ] . 暖通空调，2000 ， (5) :12.
[关键词] 卷烟厂 空调系统 节能
1.概述
卷烟生产工艺和生产设备对车间环境有较为严格的要求，要求全年保持恒温恒湿。车间生产环境直接影响烟丝含水率、产品的品质、物料消耗以及卷烟机的有效作业率。
卷烟厂空调的主要特点为:
(1) 卷烟厂整个生产过程从制丝、贮丝到卷、接、包(卷烟、接过滤嘴、包装)，各个环节都要求在恒温、恒湿的环境中进行。全厂空调面积大，空调系统需全年运行。
(2) 卷烟生产设备发热量大，空调送风量大，一般在43×104m3/ h 以上。空调设备运行能耗高，空调设备能耗占全厂总能耗的20 %～35 %。为达到卷烟生产条件的要求，同时实现空调节能的目的，西昌分厂进行了技术改造，本文结合空调系统的技改工程，对其中的节能措施加以分析和介绍。
2.空调的多工况分区
本工程的空调系统全部采用智能化控制，由中央监控室对所有空调设备(包括冷水机组、水泵、冷却塔、空调机组等) 进行远程集中监控，可随时掌握各车间温、湿度变化以及设备运行状况。车间的空调系统采用全年多工况分区节能控制， 根据被控车间的热湿负荷特性和当地室外气象条件，自动将全年分成若干个工况区域，每个工况区域内制订出一个最合理、最节能的温湿度控制模型，有效的解决了系统高位平衡和降低了系统无效功耗，实现空调系统节能运行。分区工况按照理想工况制定，即不考虑室内热湿负荷变化，在实际控制中，控制器将根据实际情况与理想状况的偏差利用PID计算公式自动修正。
图1 空调工况分区图
图1为空调系统全年运行工况分区图，图中四边形的阴影面积为室内空气温湿度的允许波动范围。其中黄色的阴影部分面积是全新风区。O为送风状态点；N為室内状态点；M点在NO延长线上，为m%（最小新风比）=NO/NM。tO、iN 线分别与气象包络线相交于a、b点；iN、dO线分别与相对湿度φ=95% 的机器露点曲线相交于e、f点；dO线和iN线相交于k点。这些等焓线、等温线、等含湿量线和OM线把室外气象区划分成五区域。见下表1。
在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域内
上图中细线为机组加湿能力线，例如：根据西昌分厂空调机组设计其中KB1、KB2的加湿能力为293Kg/H，如当室外气候点处于该线左侧时就应考虑尽量减少新风量，以减少加湿负荷，假设现在为极限情况，全新风运行，则293Kg/H的加湿能力无法将空气处理到送风状态所要求的O点对应的d0线上，故必须有室内回风加以混合，此时对新风与回风的比例可用PID进行调节，其混合比的约束条件是混合后的状态点应处于细线右恻，再进行蒸汽等温加湿即可将其拉至送风点。因此必须检测混风段的温湿度，并将其作为混风比的PID控制值。
其中Ⅰ区中：尽量通过新回风比将混风拉至tO温度线上，湿度控制在加湿能力线内，再等温加湿到送风状态点O；此区域控制执行器为新回风阀、加湿阀。
Ⅱ区中：通过新回风比将混风状态拉至细线内，但需小比例开制冷阀将空气冷却至tO温度线上，再等温加湿到送风状态点O；其小比例开水阀保证表冷温度>露点温度。此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加湿阀。
Ⅲ区中，采用最小新风，满足车间卫生要求，经制冷、加湿至送风状态点O；此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加湿阀。
Ⅳ区：高温高湿工况，采用最小新风，制冷与除湿同时进行，将表冷器温度降至露点温度，此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀。
Ⅴ区，低温高湿，采用全新风，此时需大量除湿，将空气冷却至露点，由于温度低于送风温度，故需开启加热阀辅助加热；此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加热阀。
综上所述：在什么样的状态可以大量利用新风节能，应在tN线以下，加湿能力线与dO线之间，以及Ⅴ区域内，可大量应用新风。
3.空调的变风量运行
所有空调机组的送、回风机均由变频器控制，实现变风量运行。
图2 是典型的卷烟厂空调夏季空气状态变化过程示意图，图中N 点为室内状态点，S 点为送风状态点。空调系统采用定风量运行，当室内负荷下降时，室内状态点由N 点变化为N′点(温度下降，相对湿度增高) ，此时自控系统会自动开启加热，使送风状态点S 变化为S′，室内状态点由回N′到N 点。如果采用变风量运行，不但可以避免冷热抵销，而且大大降低风机运行能耗[1] 。
图2 变风量工况下空气状态变化过程示意图
3.1 变风量运行时回风机风量的确定
由于车间设有除尘系统，机械排风量( L p ) 较大，需要利用新风补偿排风，新风量Lf= L p。在设计工况下空调机组回风机的风量为:
LR = L s – Lf = LS - L p (1)
式中 LS —在设计工况下送风机送风量， m3/ h ；
Lf —在设计工况下新风量， m3/ h 。
在变风量工况下，当送风机风量由Ls 变化为L′s(对应的供电频率为f′s) ，此时回风机的回风量
L′R = L′S- L p (2)
L′R= L R ( f′R/ f 0) (3)
式中 L′R —在变风量工况下回风机风量， m3/ h ；
L′S —在变风量工况下送风机风量， m3/ h ；
f′R —在变风量工况下回风机供电频率，Hz ；
f 0 —在设计工况下供电频率， f 0 = 50Hz。
由公式(3) 可以计算出回风机变频器对应的供电频率。
3.2 保持新风量恒定的措施
如果照此运行，由于送风机转速下降，在新回风混合室的负压会相应变小(即通过新风阀的压差变小由ΔP 变化为ΔP′) ，新风量会相应下降。为保持新风量不变，此时应采取的措施是按照新风阀的阻力特性，开大风阀的角度，减小新风阀的阻力。在变风量工况下，新风通过新风阀的阻力(即混合室负压值) 为：
式中ΔP′—在变风量工况下，通过新风阀的阻力；
ζ′—调整后的新风阀局部阻力系数；
v0 —在设计工况下新风口风速，m/ s。
通过ζ′的下降，让v0 保持不变，新风量保持恒定。上述一切措施均可在PLC(可编程控制器) 中，预先编入控制程序加以实现。
4.结论
(1) 本文所介绍的空调节能措施已在工程中应用，取得良好的节能效果，与传统的控制方式相比，可降低运行能耗15%～20 %。上述措施也适用于其他的空调工程。
(2) 本文所介绍的只是卷烟厂空调节能的部分措施，其他的节能控制方案(如冷却水系统变水量运行、空调水系统的大温差运行、车间排风的热回收等) 可进一步研究并加以推广应用。
(3) 传统的制丝车间空调采用局部岗位送风。为减少烟叶破碎率，目前许多卷烟厂都改用全面空调。制丝车间是产热车间，空调负荷大、送风量大、空调能耗高。制丝车间应采用何种节能的空调方式是制丝工艺和空调专业相关人员今后应深入研究的重要问题。
参考文献:
[1]孙一坚. 卷烟厂空调研究[J ] . 暖通空调，2000 ， (5) :12.