自然冷却技术的应用范文

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《暖通空调杂志》2014年第七期

1控制系统

控制系统分别检测室外新风、干燥回风、系统排风和系统送风的干球温度和相对湿度（由可编程逻辑控制器PLC换算为含湿量），同时检测送风、排风系统的静压、过滤器阻力、系统风量等，通过各控制单元可实现送风系统温湿度及风量的稳定，达到最大程度的节能。具体控制流程如下（见图2）：1）应用自然冷却全部替代或部分替代除湿机时，先将风阀3关闭，同时开启风阀1，2，实现原系统与改造后系统的切换。2）开启送风机和排风机，依据设定的送风系统的含湿量，通过检测回风系统和新风系统的含湿量，实现风阀6的自动调节，从而使送风系统的含湿量基本稳定在设定值。3）依据设定的送风系统的干球温度，通过检测回风系统和新风系统的干球温度，实现风阀7和风阀5的自动调节，从而使送风系统的干球温度基本稳定在设定值。4）通过检测送风、回风系统的静压并与设定值进行对比，实现送风机和排风机的变频调速运行。5）为了保证回风与新风混合，设置风阀4对系统压力进行调整，保证系统稳定运行。该项目中，改造前干燥回风温度为36℃，含湿量为12g／kg，除湿机温度控制在17℃（溶液除湿机），送风含湿量为3g／kg。改造后空气参数控制如下：在全部替代除湿机运行阶段（室外空气含湿量小于3g／kg），根据检测得到的回风和新风的含湿量，通过风阀6的自动调节，使新风与回风部分混合，最终使送风含湿量达到3g／kg（新风含湿量逐时变化量很小，在运行过程中风阀6只进行微调）；根据检测得到的回风和新风的干球温度，通过风阀7和风阀5的自动调节，实现通过热管式换热器回收热量的调节，最终使通过除湿机的送风干球温度达到17℃（由于通过除湿机后还要进行再热，新风与回风换热后温度越高越节能，但为了保持系统稳定，防止室外气象参数的突然变化造成影响，目前仍将新风参数控制在除湿机运行时的参数），从而实现温度与湿度的恒定控制，全部替代除湿机。在部分替代除湿机运行阶段（3g／kg≤室外空气含湿量≤12g／kg），风阀5自动关闭，新风与回风不再混合；当17℃≤室外空气干球温度≤36℃时，风阀7和风阀5全部开启，新风和排风不再换热，此时新风温度介于除湿机出口控制参数和干燥回风参数之间，可减少除湿机的除湿负荷，实现部分替代除湿机。此外，由于室外气象参数的变化，该项目控制系统设计中优先执行湿度控制（除湿能耗较大），在湿度满足控制要求后再执行温度控制。

2应用自然冷却技术的时间

根据该项目的工艺参数，含湿量≤12g／kg且干球温度≤36℃的气象时间均为该项目自然冷却技术的应用时间。根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中给出的石家庄地区典型年室外空气干球温度和含湿量数据，全年可应用自然冷却技术的时间为6733h（图3回风含湿量控制线以下区域；图4回风干球温度控制线以下区域）。根据该地区的气象数据，通过筛选，全年室外空气含湿量小于3g／kg的时间为3184h，即自然冷却能够全部替代除湿机的时间为3184h（图3湿度控制线以下区域）；室外空气含湿量介于3g／kg和12g／kg之间的时间为3549h，即自然冷却能够部分替代除湿机的时间为3549h（图3湿度控制线与回风含湿量控制线之间的区域）。

3节能分析

3.1应用自然冷却全部替代除湿机的节能分析改造前除湿机的处理过程见图5。被处理空气由状态1（比焓67．17kJ／kg）通过预冷却处理至状态2（比焓35．48kJ／kg），再通过除湿机吸收水分处理至状态3（比焓24．77kJ／kg）。该项目除湿机的除湿量为600kg／h，除湿过程每h消耗冷量约722kW•h。除湿机吸收水分后需通过外供蒸汽进行再生，消耗蒸汽量为0．72t／h（厂家提供能耗数据，再生蒸汽能耗为除湿能耗的2．05倍）。改造后，系统增加一台22kW的送风机和一台18kW的排风机，在应用自然冷却全部替代除湿机运行期间，通过热回收装置及控制系统，保证干燥空气稳定在状态点3，从而实现节能。改造前后的能耗对比见表1。从前面的分析可知，应用自然冷却全部替代除湿机运行的时间为3184h，若在该时间段生产时间占70％，则可节约运行费用228元／h×3184h×70％＝50．82万元。

3.2应用自然冷却部分替代除湿机的节能分析应用自然冷却部分替代除湿机时除湿机的处理过程见图6。湿空气由状态1（16．5℃，7．18g／kg）处理至状态2（17℃，3g／kg），每h消耗冷量170kW•h，除湿机再生需要蒸汽量为0．51t／h，其能耗情况见表1。由上面的分析可知，应用自然冷却部分替代除湿机运行的时间为3549h，若在上述时间段生产时间占70％，则可节约运行费用121元／h×3549h×70％＝30．06万元。因此该项目全年可节约运行费用50．82万元＋30．06万元＝80．88万元。

3.3节能效果测试为了解该项目的实际节能效果，笔者对该项目进行了测试，测试条件如下：1）两个工作日内分别采用自然冷却技术和不采用该技术进行能耗对比；2）两个工作日内室外气象条件基本一致；3）两个工作日内产品相同；4）控制参数相同（17℃，3g／kg）。2013年10月15日10：00至16日10：00不采用自然冷却技术，2013年10月17日10：00至18日10：00采用自然冷却技术，对两个工作日内的能耗进行对比。两个工作日室外气象参数变化如图7所示。采用人工抄表的方式进行测试，每h整点抄录计量表，并记录室外气象参数。通过对比得出，应用自然冷却技术后一个工作日共节电3064kW•h，节约蒸汽13．2t，折合能源费用4572元，平均每h节约能源费用190．5元，与理论计算结果基本一致。

4结语

该项目将自然冷却技术应用于低温干燥系统，给出了自然冷却的控制策略，实现了工业干燥生产线的节能高效运行。由于室外气象条件的变化，将自然冷却技术应用于实际生产中时，必须结合工艺条件，通过各种优化控制手段，保证干燥空气的参数稳定。结合对石家庄地区应用自然冷却技术的时间统计和节能性分析，该项目每年可节约标准煤328t，减少CO2排放810t。该项目采用的自然冷却控制策略在集中供冷的建筑领域也有一定的推广价值。

作者：何键刘政柯刘玉泉栾洪亮单位：乐凯胶片股份有限公司