关于循环风空调利用的经济性分析

摘要: 关于循环风空调利用的经济性分析裴一庆,樊向羽,姚重庆(河北御捷车业有限公司,河北,邢台 054800)

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关于循环风空调利用的经济性分析

裴一庆,樊向羽,姚重庆

(河北御捷车业有限公司,河北,邢台 054800)

0  引言

目前,国内外涂装车间喷漆室通常采用上送下抽的送风方式,喷漆室的洁净度和温湿度主要靠室体和送风空调来保证。为了保证给喷漆室洁净、温湿度合适的送风,送风空调一般由不同的功能段组合而成,功能段根据工艺要求进行组合搭配,铠龙东方汽车有限公司(御捷集团无锡工厂)拟采用水性油漆工艺,因此,对于送风的温湿度控制要求较高,比如,夏季空调不能采用露点送风,必须增设二次加热段来调节送风条件的温湿度。

循环风空调即将手工喷漆区域的一部分风量送到机器人自动喷涂段,因循环风的温湿度较室外环境的温湿度相对接近工作环境要求,因此,可以更大程度的降低自动段送风加热制冷量,以达到节能降耗的目的。

1  主要功能段介绍

送风空调为组合式大风量空调机组,室体框板式结构,模块化组合

新风空调主要功能段组成包括进风--初效--中间--天然气加热--表冷--中间--喷淋加湿--二次加热--风机--均流--消声--中间--中效--送风

循环风空调的功能段组成相对新风空调而言比较简单,主要功能段包括进风--漆雾过滤(采用卷帘式过滤或单独设置回风过滤墙)--中间--初效--中间--表冷--加热--中间--中效(可设置在表冷前)--中间—风机(外置)。

1.1  进风段

在空调进风口处设有连接用法兰用于安装电动风阀,进风段一侧设有密闭性检修门,室体侧面要求安装温度计,能直接观察进风温度,在进风段内初效过滤器前安装防虫网。

1.2  初效段

过滤精度为大气层计数效率(≥5μm),60~80%,选用G4(EU4)袋式过滤器,过滤框架与室体框架密封性要好,过滤段要求密封性良好,漏风率小于1%,过滤器前后两侧配有压差计。

1.3  天然气加热段(一次加热)

用于新风加热,燃烧产物中的CO浓度小于3PPM,NO2小于0.3PPM,满足直燃空调空气加热燃烧产物排放的ANSI/CSA-Z83.4-1999标准。

1.4  表冷段

表冷器回路设计为逆交叉流,冷冻水(进水温度7度,回水温度12度)进出水管应设于同侧,表冷器出风侧设置铝合金挡水器,挡水器的过水量不大于0.2g/㎏干空气,在设计风速下不应有水滴吹出。

1.5  风机段

风机是采用适用于工业上使用后倾式双进风离心风机,其叶轮为高效率、高强度结构,其叶轮和轴均需进行静平衡和动平衡试验,主轴进行调质处理,在风机的支架下设置优质弹簧减振器,减振效率在85%以上,即振动传递率小于0.15,振动速度≤4mm/s,机外噪音≤75db。

1.6  喷淋加湿段

喷淋采用高效节能雾式喷淋系统,前级设置均风板,后级设置铝合金挡水板,水汽比选择为0.2:1,喷嘴采用高效节能雾式喷淋专用防溅式喷嘴,喷射角度为180度,加湿喷嘴采用双排对喷结构,为保证水雾与空气的最佳混合,每排喷嘴均采用点阵布置。

1.7  均流段

均流段段体同中间段,内部风机出口处设有均流板,均流板采用微穿孔板。

1.8  消声段

消声段根据整体噪音限值要求,设置片式消声器。消音片面板采用具有良好防腐性能的镀锌孔板。消音片片厚为100㎜(半片为50㎜),片间距150mm。消声器前后设有检修门以便清灰。消声段减噪量≥15dB(A),保证机组出口噪声≤80dB(A)。

1.9  中效段

过滤精度:大气层计数效率(≥1μm)50~70%,选用F6(EU6)袋式过滤器,过滤段要求密封性良好,漏风率小于1%,过滤器前后两侧配有压差计。

2  设计条件

2.1  工厂选址及自然气候条件

铠龙东方汽车有限公司拟选址江苏省无锡市惠山区,通过咨询当地气象卫星站无锡市近15年气象数据,得出城市气象参数如下:

冬季干球温度:-2.5℃,冬季相对湿度:77%

夏季干球温度:34.4℃,夏季湿球温度:28.3℃;

具体数据参考《全国民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)附录A室外气象参数进行选择计算。

2.2  工艺控制要求

   涂装车间采用水性漆喷涂工艺,对空调送风的温湿度控制要求相对溶剂型油漆较高,如此才能保证水性油漆更好的流平效果,避免漆膜出现流挂、橘皮、失光等质量缺陷。施工环境要求恒温恒湿,施工窗口控制范围如下:

温度:23±2

湿度:65±5%

2.3  设备及送风要求

本涂装生产线生产节拍为26JPH,即2.31min/台,喷漆采用连续式作业方式,生产节距6.5米,机运设备链速为2.81m/min。擦净段、检查补喷段以及内板喷漆采用人工手动作业,外板喷漆采用机器人自动作业,擦净段和手工内喷段设置气封,防止漆雾飘散影响人工作业环境,另外,喷漆区域属于高洁净度区,工作人员进入需设置洁净间功能区。

本文以中涂喷漆室为例进行分析,设备尺寸、风速、换气次数及风量见送风条件表1。

3  加热制冷计算

3.1   空气焓湿值

     夏季室外空气温度高于工艺温度需求,湿度低于工艺湿度要求,因此需要通过表冷降温的手段来调节送风空气的温湿度,由于水性漆的施工窗口较小,送风空气在露点温度下不能满足工艺要求,因此需要通过二次加热段来进一步调整送风空气的温湿度至工艺需求。

冬季室外空气温度低于工艺温度需求,湿度高于工艺湿度要求,因此需要通过加热的手段来调节送风空气的温度,调整温度的同时,空气湿度下降,因此需要通过喷淋加湿的手段来进一步调整送风空气的温湿度至工艺需求。

冬季、夏季室外空气的焓湿值以及送风空调空气(工艺窗口下)的焓湿值查焓湿图得出,具体数值见表2空气焓湿值。

3.2  调温调湿原理

冬季通过一次加热段在含湿量不变的前提下加热至工艺环境的焓值,然后通过喷淋加湿等焓加湿、降温至工艺环境的施工窗口;夏季通过表冷段在含湿量和气压不变的前提下将空气冷却至露点温度,空气湿度饱和后继续除湿至工艺环境的含湿量,再通过二次加热段等含湿量、增焓加热、降湿度至工艺环境的施工窗口。 

3.3 全新风供风

所有区域都采用全新风供风,即中涂擦净、中涂喷漆(手动/自动/检查)、气封、洁净间、流平室等全部采用新风空调送风,则送风总量为V=V1+V2+V3+V4+V5+V6+V7=233460m3/h;新鲜空气冬季加热、喷淋加湿和夏季表冷除湿、二次加热各阶段的空气焓湿值见表3新风工艺工况焓湿值。

 冬季加热量Q=V?ρ?(i--2-i--1w)=233460*1.2*(12.5-0.83)=326.9kcal/h

夏季加热量Q=V?ρ?( i--5-i--4)=233460*1.2*(12.5-10.7)=50.4kcal/h

夏季制冷量Q=V?ρ?(i--1s-i--4)=233460*1.2*(21.7-10.7)=308.2kcal/h

冬季加湿量W=V?ρ?(d3-d2)=233460*1.2*(11.4-2.4)=2521kg/h

3.4 新风+循环风供风

为了保证人工作业环境,在人员活动区域采用新风送风,即中涂擦净、中涂气封、中涂喷漆(手工喷)、中涂喷漆(检查)、洁净间等采用新风空调送风,新风风量为V=V1+V2+V3+V4+V5=181620m3/h;在无人员作业区域如中涂喷漆(自动喷)、中涂流平室采用循环风空调送风,循环风量为V=V6+V7=51840m3/h。新鲜空气冬季加热、喷淋加湿和夏季表冷除湿、二次加热各阶段的空气焓湿值见表3新风工艺工况焓湿值,循环风采用热泵节能技术提供表冷除湿和加热功能,循环风空调加热制冷量见表4循环风工艺工况焓湿值。


新风空气加热、制冷、加湿量如下:

冬季加热量Q=V?ρ?( i--2-i--1w)=181620*1.2*(12.5-0.83)=254.3kcal/h

夏季加热量Q= V?ρ?( i--5-i--4)= 181620*1.2*(12.5-10.7)=39.2kcal/h

夏季制冷量Q= V?ρ?( i--1s-i--4)=181620*1.2*(21.7-10.7)=239.7kcal/h

冬季加湿量W= V?ρ?( d3-d2)= 181620*1.2*(11.4-2.4)=1961kg/h

循环风空气加热、制冷、加湿量(采用热泵,只计算耗电量)如下:

加热量Q=V?ρ?( i--3s/w-i4)=51840*1.2*(12.5-10.7)=11.2kcal/h

制冷量Q= V?ρ?( i--2s/w-i--4)= 51840*1.2*(12.5-10.7)=11.2kcal/h

注:标况下空气密度ρ=1.2kg/m3;

4   经济性计算

4.1  基本参数

夏季工作时间基数:120天,单班8小时,合960h/夏季;

冬季工作时间基数:120天,单班8小时,合960h/冬季;

天然气热值:8500kcal/kg

天然气单价:3/m3;

一级RO水单价:10/m3;

工业用电单价:1/kw

能效比:2.5~3,取2.8

4.2  经济性分析

采用全新风和循环风单位时间加热量差值Q热差=326.9+50.4-254.3-39.2=83.8kcal/h

采用全新风和循环风单位时间制冷量差值Q冷差=308.2-239.7-11.2=57.3kcal/h

采用全新风和循环风单位时间节水量差值W=2521-1961=560kg/h

每年可节省天然气费用:83.8*10000/8500*960*2*356万元/年;

       每年可节省用电费用:57.3*10000/860/2.8*960*1≈23万元/年;

每年可节省用水费用:560/1000*960*100.54万元/年;

       仅中涂喷漆室全年运行费用共可节约56+23+0.54≈80万元/年。

5  结语

通过以上计算分析,可见,使喷漆室排风科学的循环利用,是一种有效的涂装节排减能措施,与一次性的供排风相比,可大幅度的削减能耗,尤其是在室外环境和喷漆室工艺环境相差较大的季节和地区,节能效果更为显著。采用循环风技术可大大降低企业的运行费用,为企业带来可观的经济效益。

详情见《现代涂料与涂装》2017年第8期。



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