自然冷卻技術(shù)的應(yīng)用范文

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《暖通空調(diào)雜志》2014年第七期

1控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)分別檢測(cè)室外新風(fēng)、干燥回風(fēng)、系統(tǒng)排風(fēng)和系統(tǒng)送風(fēng)的干球溫度和相對(duì)濕度（由可編程邏輯控制器PLC換算為含濕量），同時(shí)檢測(cè)送風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)的靜壓、過濾器阻力、系統(tǒng)風(fēng)量等，通過各控制單元可實(shí)現(xiàn)送風(fēng)系統(tǒng)溫濕度及風(fēng)量的穩(wěn)定，達(dá)到最大程度的節(jié)能。具體控制流程如下（見圖2）：1）應(yīng)用自然冷卻全部替代或部分替代除濕機(jī)時(shí)，先將風(fēng)閥3關(guān)閉，同時(shí)開啟風(fēng)閥1，2，實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)與改造后系統(tǒng)的切換。2）開啟送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)，依據(jù)設(shè)定的送風(fēng)系統(tǒng)的含濕量，通過檢測(cè)回風(fēng)系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)的含濕量，實(shí)現(xiàn)風(fēng)閥6的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使送風(fēng)系統(tǒng)的含濕量基本穩(wěn)定在設(shè)定值。3）依據(jù)設(shè)定的送風(fēng)系統(tǒng)的干球溫度，通過檢測(cè)回風(fēng)系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)的干球溫度，實(shí)現(xiàn)風(fēng)閥7和風(fēng)閥5的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使送風(fēng)系統(tǒng)的干球溫度基本穩(wěn)定在設(shè)定值。4）通過檢測(cè)送風(fēng)、回風(fēng)系統(tǒng)的靜壓并與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行。5）為了保證回風(fēng)與新風(fēng)混合，設(shè)置風(fēng)閥4對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)整，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。該項(xiàng)目中，改造前干燥回風(fēng)溫度為36℃，含濕量為12g／kg，除濕機(jī)溫度控制在17℃（溶液除濕機(jī)），送風(fēng)含濕量為3g／kg。改造后空氣參數(shù)控制如下：在全部替代除濕機(jī)運(yùn)行階段（室外空氣含濕量小于3g／kg），根據(jù)檢測(cè)得到的回風(fēng)和新風(fēng)的含濕量，通過風(fēng)閥6的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使新風(fēng)與回風(fēng)部分混合，最終使送風(fēng)含濕量達(dá)到3g／kg（新風(fēng)含濕量逐時(shí)變化量很小，在運(yùn)行過程中風(fēng)閥6只進(jìn)行微調(diào)）；根據(jù)檢測(cè)得到的回風(fēng)和新風(fēng)的干球溫度，通過風(fēng)閥7和風(fēng)閥5的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)通過熱管式換熱器回收熱量的調(diào)節(jié)，最終使通過除濕機(jī)的送風(fēng)干球溫度達(dá)到17℃（由于通過除濕機(jī)后還要進(jìn)行再熱，新風(fēng)與回風(fēng)換熱后溫度越高越節(jié)能，但為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定，防止室外氣象參數(shù)的突然變化造成影響，目前仍將新風(fēng)參數(shù)控制在除濕機(jī)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)），從而實(shí)現(xiàn)溫度與濕度的恒定控制，全部替代除濕機(jī)。在部分替代除濕機(jī)運(yùn)行階段（3g／kg≤室外空氣含濕量≤12g／kg），風(fēng)閥5自動(dòng)關(guān)閉，新風(fēng)與回風(fēng)不再混合；當(dāng)17℃≤室外空氣干球溫度≤36℃時(shí)，風(fēng)閥7和風(fēng)閥5全部開啟，新風(fēng)和排風(fēng)不再換熱，此時(shí)新風(fēng)溫度介于除濕機(jī)出口控制參數(shù)和干燥回風(fēng)參數(shù)之間，可減少除濕機(jī)的除濕負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)部分替代除濕機(jī)。此外，由于室外氣象參數(shù)的變化，該項(xiàng)目控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中優(yōu)先執(zhí)行濕度控制（除濕能耗較大），在濕度滿足控制要求后再執(zhí)行溫度控制。

2應(yīng)用自然冷卻技術(shù)的時(shí)間

根據(jù)該項(xiàng)目的工藝參數(shù)，含濕量≤12g／kg且干球溫度≤36℃的氣象時(shí)間均為該項(xiàng)目自然冷卻技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間。根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》中給出的石家莊地區(qū)典型年室外空氣干球溫度和含濕量數(shù)據(jù)，全年可應(yīng)用自然冷卻技術(shù)的時(shí)間為6733h（圖3回風(fēng)含濕量控制線以下區(qū)域；圖4回風(fēng)干球溫度控制線以下區(qū)域）。根據(jù)該地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，通過篩選，全年室外空氣含濕量小于3g／kg的時(shí)間為3184h，即自然冷卻能夠全部替代除濕機(jī)的時(shí)間為3184h（圖3濕度控制線以下區(qū)域）；室外空氣含濕量介于3g／kg和12g／kg之間的時(shí)間為3549h，即自然冷卻能夠部分替代除濕機(jī)的時(shí)間為3549h（圖3濕度控制線與回風(fēng)含濕量控制線之間的區(qū)域）。

3節(jié)能分析

3.1應(yīng)用自然冷卻全部替代除濕機(jī)的節(jié)能分析改造前除濕機(jī)的處理過程見圖5。被處理空氣由狀態(tài)1（比焓67．17kJ／kg）通過預(yù)冷卻處理至狀態(tài)2（比焓35．48kJ／kg），再通過除濕機(jī)吸收水分處理至狀態(tài)3（比焓24．77kJ／kg）。該項(xiàng)目除濕機(jī)的除濕量為600kg／h，除濕過程每h消耗冷量約722kW•h。除濕機(jī)吸收水分后需通過外供蒸汽進(jìn)行再生，消耗蒸汽量為0．72t／h（廠家提供能耗數(shù)據(jù)，再生蒸汽能耗為除濕能耗的2．05倍）。改造后，系統(tǒng)增加一臺(tái)22kW的送風(fēng)機(jī)和一臺(tái)18kW的排風(fēng)機(jī)，在應(yīng)用自然冷卻全部替代除濕機(jī)運(yùn)行期間，通過熱回收裝置及控制系統(tǒng)，保證干燥空氣穩(wěn)定在狀態(tài)點(diǎn)3，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。改造前后的能耗對(duì)比見表1。從前面的分析可知，應(yīng)用自然冷卻全部替代除濕機(jī)運(yùn)行的時(shí)間為3184h，若在該時(shí)間段生產(chǎn)時(shí)間占70％，則可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用228元／h×3184h×70％＝50．82萬元。

3.2應(yīng)用自然冷卻部分替代除濕機(jī)的節(jié)能分析應(yīng)用自然冷卻部分替代除濕機(jī)時(shí)除濕機(jī)的處理過程見圖6。濕空氣由狀態(tài)1（16．5℃，7．18g／kg）處理至狀態(tài)2（17℃，3g／kg），每h消耗冷量170kW•h，除濕機(jī)再生需要蒸汽量為0．51t／h，其能耗情況見表1。由上面的分析可知，應(yīng)用自然冷卻部分替代除濕機(jī)運(yùn)行的時(shí)間為3549h，若在上述時(shí)間段生產(chǎn)時(shí)間占70％，則可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用121元／h×3549h×70％＝30．06萬元。因此該項(xiàng)目全年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用50．82萬元＋30．06萬元＝80．88萬元。

3.3節(jié)能效果測(cè)試為了解該項(xiàng)目的實(shí)際節(jié)能效果，筆者對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試條件如下：1）兩個(gè)工作日內(nèi)分別采用自然冷卻技術(shù)和不采用該技術(shù)進(jìn)行能耗對(duì)比；2）兩個(gè)工作日內(nèi)室外氣象條件基本一致；3）兩個(gè)工作日內(nèi)產(chǎn)品相同；4）控制參數(shù)相同（17℃，3g／kg）。2013年10月15日10：00至16日10：00不采用自然冷卻技術(shù)，2013年10月17日10：00至18日10：00采用自然冷卻技術(shù)，對(duì)兩個(gè)工作日內(nèi)的能耗進(jìn)行對(duì)比。兩個(gè)工作日室外氣象參數(shù)變化如圖7所示。采用人工抄表的方式進(jìn)行測(cè)試，每h整點(diǎn)抄錄計(jì)量表，并記錄室外氣象參數(shù)。通過對(duì)比得出，應(yīng)用自然冷卻技術(shù)后一個(gè)工作日共節(jié)電3064kW•h，節(jié)約蒸汽13．2t，折合能源費(fèi)用4572元，平均每h節(jié)約能源費(fèi)用190．5元，與理論計(jì)算結(jié)果基本一致。

4結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目將自然冷卻技術(shù)應(yīng)用于低溫干燥系統(tǒng)，給出了自然冷卻的控制策略，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)干燥生產(chǎn)線的節(jié)能高效運(yùn)行。由于室外氣象條件的變化，將自然冷卻技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中時(shí)，必須結(jié)合工藝條件，通過各種優(yōu)化控制手段，保證干燥空氣的參數(shù)穩(wěn)定。結(jié)合對(duì)石家莊地區(qū)應(yīng)用自然冷卻技術(shù)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)和節(jié)能性分析，該項(xiàng)目每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤328t，減少CO2排放810t。該項(xiàng)目采用的自然冷卻控制策略在集中供冷的建筑領(lǐng)域也有一定的推廣價(jià)值。

作者：何鍵劉政柯劉玉泉欒洪亮單位：樂凱膠片股份有限公司