088温湿度独立控制空调技术在印刷行业空调系统的应用

温湿度独立控制空调技术在印刷行业空调系统改造的应用北京华创瑞风空调科技有限公司从琳张婷陈晓阳清华大学刘拴强摘要：本文针对印刷行业空调系统存在的各种问题，提出采用基于溶液调湿技术的温湿度独立控制空调系统，以达到精确控制室内参数、节省能耗、保证室内空气品质的目的。文中以某印刷厂封检车间空调系统改造为例，对其空调效果不佳的现象进行测试分析，提出相应的改造方案，测试了系统的改造效果，指出溶液调湿空调在印刷行业的改造项目和新建项目应用的可行性和优势。关键词：空调系统改造印刷工业温湿度独立控制节能ApplicationoftemperatureandhumidityindependentcontrolairconditioningsystemonreformofprintingindustryCongLin,ZhangTing,ChenXiaoyang,LiuShuanqiangAbstractAccordingtotheproblemsofconventionalairconditioningsystemusedinprintingindustry,thetemperatureandhumidityindependentcontrolairconditioningsystembasedonsolutionregulating-humiditytechnologyisproposed,whichensuresaccuratecontrolofindoordesignparameters,energysavingandcomfortimprovement.Takingtheairconditioningsystemreformationinapackagingworkshopforexample,thepooreffectsoforiginalair-conditioningaretestedandanalyzed,andthereformmethodsareproposed.Basedontheeffectstestofthereforming,thefeasibilityandadvantageofsolutionregulating-humidityairconditioningsystemusinginrenovationandnewprojectinprintingindustryaresummedup.Keywordsairconditioningsystemreform,printingindustry,temperatureandhumidityindependentcontrol,energysaving0引言随着中国经济的突飞猛进，“健康”、“绿色环保”也越来越得到了人们的重视。对于我国国民经济重要产业部门——印刷行业，节能减排不仅是社会环境的需要，也是行业发展的必然趋势。空调能耗在印刷类工业建筑的建筑总能耗中占有相当的比例，目前印刷类工业建筑所用空调多为传统空调系统，先利用表冷器对空气进行降温除湿，然后利用电加热、蒸汽加热等方式将空气再热至送风状态点，控制精度较差，空调系统能耗很大。近年来，基于溶液调湿技术的温湿度独立控制空调系统（以下简称“溶液调湿空调”），因其具有可利用低品位可再生能源、减少能源消耗、提高空气品质、保护环境等方面的众多优点，得到了较为广泛的关注[1-3]。在印刷类工业建筑采用溶液调湿空调，能够精确控制室内温湿度参数，有效避免再热，减少空调能耗。本文以某印钞厂检封车间空调系统改造为例，介绍溶液调湿空调系统在印刷行业空调系统改造中的应用。1改造前空调系统简介某印钞厂东区检封车间空调面积约10000m2，对室内空气温湿度参数要求较高，室内设计参数为温度24±2℃，相对湿度55±5%。原有空调设备为1985年产品，采用传统一次回风全空气系统，应用形式如图1，新风与回风混合后利用7/12℃冷冻水冷冻除湿，然后利用蒸汽（热源为燃气锅炉）将空气再热至送风状态点。冷却塔冷却水泵冷冻水泵7℃12℃组合式空调箱检封车间新风送风新风回风送风组合式空调箱冷水机组蒸汽再热回风检封车间图1原有空调系统形式原有空调系统主要存在三个问题：1）室内温湿度参数失控。利用冷凝除湿配合再热的方式控制室内温湿度，对冷冻水温度有很强的依赖性。夏季高温高湿天气时，冷水机组冷却水温度升高，冷冻水温度随之升高，就会出现室内温湿度参数失控的现象。根据现场测试结果，印刷车间各房间室内参数如图2和图3。图中参数显示，空调房间温度为21.5℃~25.5℃，相对湿度范围为46%~58%，超出了设计参数要求的范围。2022242612345678910111213141516房间编号温度/℃图2各房间温度测试结果40455055606512345678910111213141516房间编号相对湿度/%图3各房间相对湿度测试结果2）新风量不足。笔者现场考察时在中控室发现，所有组合式空调箱的新风阀和排风阀开度均为0%，回风阀开度为100%，即系统运行的为全回风工况，车间内没有任何新风供应。这是因为原空调系统夏季高温高湿条件下室内参数失控，维护人员为维持室内生产条件，选择了关闭新风。不开启新风对对印刷车间的工人健康有着非常不利的影响。目前，印刷行业中广泛使用的油墨，一般由颜料、连结料、溶剂、填充剂和辅助剂组成，所用的溶剂主要是芳香烃类、酯类、酮类、醚类等有机溶剂，这些溶剂大都具有毒性和挥发性，有较浓的刺激性气味，会污染环境并影响工人的身体健康。新风量不足的问题实际上是问题1的延续，若保证室内新风量充足，会带来较大的新风负荷，室内参数无法精确控制，维护人员才选择关闭新风，牺牲了室内空气品质。因此，只要解决了室内温湿度参数的控制问题，新风量不足的问题也能随之解决。3）运行费用较高。原有空调系统采用冷凝除湿配合再热的方式，造成了冷热抵消，既增加了空调系统冷负荷，又消耗了大量蒸汽，运行费用较高。2改造后空调系统介绍原有空调系统所存在的各种问题，从本质上来说，是由于采用了冷凝除湿的空调方式，利用低温冷水对空气同时进行降温、除湿处理，将两个过程耦合在一起，从而无法有效控制室内温湿度参数，还增加了系统再热负荷。因此，要解决原有系统存在问题，采用温湿度独立控制的控制方式是一种有效的方式，即利用溶液除湿来控制空气湿度，利用冷水盘管来控制空气温度。2.1系统原理简述基于温湿度独立控制的思路，系统改造时采用了热泵驱动的溶液全空气机组，空调系统原理如图4所示。室外新风可利用外界提供的高温冷水（14/19℃）预冷除湿，进入溶液调湿单元进一步独立除湿至低湿状态，再与回风混合利用高温冷水降温处理至送风状态点。冷却塔冷却水泵冷冻水泵新风排风回风送风14℃19℃车间新风排风回风送风热泵式溶液全空气机组车间高温冷水机组热泵式溶液全空气机组图4温湿度独立控制空调系统形式溶液调湿全空气机组的结构原理如图5所示，当室外新风进入机组后，可由表冷器1的14/19℃冷水降温除湿后，再进入溶液除湿模块独立除湿，然后与回风混合，在表冷器2中使用14/19℃冷水冷却到送风状态点，送入室内。在除湿单元吸收了空气中的水分而浓度变稀、吸水能力下降的溶液，被送入机组上层的再生模块，与再生新风接触，向新风中释放水分，实现了再生浓缩。溶液被浓缩后再次送入机组下层的除湿单元，进行下一次的循环。板换送风蒸发器再生除湿溶液泵冷凝器压缩机膨胀阀回风新风排风新风溶液泵混风图5热泵式溶液全空气机组结构示意2.2机组自控系统基于温湿度独立控制的处理流程，在控制手段上，系统通过调节溶液除湿段的除湿能力实现对湿度的调节；通过调节表冷器2的冷水流量实现对温度的调节。这两个处理过程不存在任何耦合关系，提高了控制的质量。针对项目控制精度的要求，结合高大车间热惯性的特点，温度和湿度分别采用串级双闭环的控制策略。下面以湿度控制为例进行说明，控制流程图如图6所示，控制主环以室内回风为控制对象，根据设定回风参数和实测回风参数之差采用PID算法拟合出最佳送风含湿量，副环以送风含湿量为控制对象，根据主环拟合出的最佳送风含湿量和实测送风含湿量之差采用PID算法调节溶液段的除湿投入能力，最终实现对室内回风参数的精确调节。图6湿度控制流程图针对过渡季节室外气象参数波动较大的问题，控制系统设立了基于室外新风参数的前馈模式识别算法，用于自动识别最佳运行工况，在保证控制精度的前提下，实现了最大限度的节能。2.3改造后系统分析采用上述改造方案后，可有效解决原有系统存在的问题，具体分析如下：1）降低空调系统能耗新风利用溶液独立除湿，与回风混合后直接降温至送风状态点送入室内，不再需要蒸汽再热，大幅度降低了系统能耗。另外，利用溶液除湿控制室内湿度，冷冻水主要负责温度控制，新风预冷、混风冷却可采用14/19℃冷冻水，可根据现场实际情况，提高冷水机组蒸发温度，以提高冷水机组制冷效率。2）精确控制车间温湿度温湿度独立控制空调系统中，利用溶液除湿来控制空气湿度，利用冷水盘管来控制空气温度，改造后系统控制更精确、调节手段更简单可靠。3）保证室内空气品质由于能够有效控制室内温湿度参数，夏季不需要再关闭新风阀，机组能够提供充足的新风量，保证室内空气品质。另外，溶液喷淋也可起到去除细菌和可吸入颗粒物，净化空气的作用，进一步提高室内空气品质。2.4改造效果分析2.4.1新风量和送风量本项目改造后投入运行，对各机组风量进行了测试，结果见表1所示。测试结果显示，机组新风量满足额定参数，新风量供给充足，能够保证室内空气品质。系统改造后，工作人员普遍反映室内空气品质有所改善，油墨味减弱。表1各机组风量测试设备编号型号数量额定参数测试结果送风新风送风新风台m3/hm3/hm3/hm3/hK-1HVA-PF-40-EF-4.01400004000408964032K-2HVA-PF-30-EF-3.01300003000316802880K-3HVA-PF-30-EF-3.01300003000305283168K-4HVA-PF-50-EF-10.014800010000470029562K-5HVA-PF-72-EF-15.0172000150007119414861K-6HVA-PF-40-EF-8.01370008000380167949K-7HVA-PF-40-EF-8.013700080003767080872.4.2室内温湿度在室内送入充足新风的前提下，笔者测试了5个车间的室内参数，结果见图7~图8。从测试结果可以看出，系统改造后，5个车间的空气温度和相对湿度均在设计值范围内（温度24±2℃、相对湿度55±5%），其中空气温度的波动在1.5℃以内，且大部分时间在1℃以内，而空气相对湿度的波动也大部分时间在3%以内，控制效果非常理想。212223242526279:5111:5714:0316:098:2510:3112:3714:4316:508:4610:4612:5214:5817:05测试时间温度/℃三层南三层中部三层北四层南四层北图7室内温度记录45505560659:5111:5714:0316:098:2510:3112:3714:4316:508:4610:4612:5214:5817:05测试时间相对湿度/%三层南三层中部三层北四层南四层北图8室内相对湿度记录2.4.3改造前后系统运行费用估算改造前后系统运行费用估算见表2。采用温湿度独立控制空调系统后，系统取消了再热，冷水机组可提高蒸发温度以提高制冷效率。改造后系统夏季运行费用约为44万元，相比较原有空调系统节省93万元，节能率为68%。表2改造前后系统运行费用估算比较项目单位原有空调系统温湿度独立控制空调系统设备—冷水机组再热溶液调湿单元冷水机组设计制冷量kW1574—206837设计制冷电耗kW463—56164设计再热量kW—532——夏季耗电量MWh1167554夏季耗气量m32300030夏季运行费用万元13744夏季运行费用节省万元—932.4.4节能减排效果分析改造后系统节能减排效益如表3。改造后系统每