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沉墨的猫-分享

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日志

 
 

沉墨的猫:恒温恒湿空调系统设计节能新思路(一)  

2011-08-18 21:06:14|  分类: A精选节能经验 |  标签: |举报 |字号 订阅

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恒温恒湿空调系统已经在越来越多的领域运用了,但常规的恒温恒湿空调系统基于常规的设计思路,在节能性上表现不佳。笔者经多年的摸索,后在一喷涂线的工艺恒温恒湿空调系统改造时,大胆的将新型节能思路融入,实际节能效果很好,改造后能耗是改造前的50%不到,现与大家分享和探讨。

一、改造前

改造的是一全新风处理模式的工艺恒温恒湿空调系统,常规的一次回风模式虽与全新风模式有所不同,但原理是一样的。暂以全新风模式来讲述。

改造前,因湿度控制要求在较低值(温度24~30度,湿度40~50%RH),其设计有不多见的转轮除湿,其常规恒温恒湿空调系统的空气处理流程,如下:

1、新风过滤段,2、一级表冷段,3、转轮除湿段(含电加热再生段),4、风机段,5、二级表冷段,6、电加热段,7、电极式加湿段。
         其控制流程和缺陷如下:

1、因是早期工程,没有相关设计说明资料了,从实时数据看时是由风柜最后送风(全新风模式)的温湿度直接控制各处理段动作,第一级表冷段的控制和转轮除湿段的控制点和控制逻辑不是很清楚。但后段二级表冷、电加热、电极式加湿段完全是独立的根据最后送风的温湿度独立运行的。为什么这么说了,因为观察发现当温度一低于设定值,其电加热就运行,一高于设定值,表冷器就运行,湿度一不够,电极加湿就增加蒸汽量。在我们分析看来,其自动控制完全不是有序联动的,才会出现这种不会改变露点的情况下,同时出现加热和制冷,前面在除湿后面又在加湿,这些完全是一种能源浪费,控制逻辑不清晰的表现。

2、电极式加湿,有一个缺点,就是其在运行中,有自动排污时(所选的品牌型号有这种防结垢技术),补充的是普通自来水,一般需加湿是冬季,自来水温度低,补进的自来水马上就会破坏蒸汽连续产生的条件,导致蒸汽中断,继而导致湿度控制精度低,常会出现较大值的偏差。同时这种意外冷却中断蒸汽供应的情况会导致原本已趋于稳定的自控系统会误判,而加大加湿的控制量,当蒸汽正常产生后,又会导致加湿量过大,湿度值超标,则再来一轮PID调整,过程中还会有几轮控制值超标的现象,这是生产质量控制所不允许的。后来在调查时,才发现这个系统的控制一直没达到要求过,只是因为做工程的又是工艺控制方,且都要求放行了。直到其离职交接才发现这个问题。这个控制稳定性问题从生产方是要求一定要解决的。

3、改造前系统采用的转轮除湿的再生是电阻丝加热的,加热段也是电阻丝加热的,加湿器也是电极式的,全是效率很低的电转换成热能的方式。不节能,耗电量高居不下。

4、这套控制系统随时需要冷源,因冷源选择的是中央空调系统提供的冷冻水,在冬季其他都不需要中央空调时,为满足这套工艺设备生产,却要开启中央空调系统,而其冬季时的冷负荷需求只是制冷机制冷量的2%都不到,开启中央空调制冷机供冷非常的不节能。

 

二、改造后

最初看到中央空调在冬季还在运行且负荷率非常低,弄清楚就只是这套工艺设备的需求时,当时从PE部门角度考虑,我们只是提出另做一套小的冷水机为其提供冷冻水,避免大制冷机组开启基础能耗高。而未去深入了解其控制流程(生产设备另有设备组负责)。

在准备改造过程中,相关人员离职交接时,发现设备系统达不到生产要求,基础设备组人员对恒温恒湿空调不熟悉,才让我们介入一起做改善。结果一分析,不仅是控制流程导致控制精度达不到要改善,而且其运行控制流程还特别浪费能源,这也正好是一个可做的节能项目。

首先,详细分析了原系统存在能耗浪费如下:

能耗浪费一:加热设备为为直接式高耗能电加热式,热效能低。没有独立的冷源,依靠中央空调系统提供冷源,而中央空调的季节性工作并不能为全年生产的生产设备提供冷源,在11月份3月份这样的季节,只为一处所需而开启整个中央空调系统,系统能耗大,效率低。在夏季高温高湿天气,需先降温除湿再升温,降温和升温为独立工作设备,不能相互转换,如降温的空调需借助冷却塔散热,热能白白浪费。

能耗浪费二:最初的工艺要求高,原系统设计了转轮除湿,在工作时常年需要大功率(约60KW)加热进行再生,运行能耗大;同时经过转轮的空气温度较高,升温后,还要再经制冷降温以满足送风要求,过程中是先加热再降温,能源浪费极大。

能耗浪费三:送风电机未采用变频节能,实际风量小于设计风量时,效率低。

能耗浪费四:加湿设备为电极式加湿(电加热产生蒸汽的方式),在使用中,纯电能转换成热能,耗电量极大。

 

然后,在制定方案时,我们确定在保证控制精度的前提下,要采用更多的节能技术,做到更节能。所以基本原理和流程控制上要做到,一、要采用独立的冷源,避免冬季开中央空调系统;二、避免再采用热转换低的电加热、和电极式加湿方式;三、优化控制原理和流程,避免出现制冷和加热、除湿和加湿都会同时出现的,作用相抵,浪费能源的情况。

则分析和采取的节能改造措施如下:

1、            选用一台可以同时制冷热水的热泵机组(新型节能式)替代中央空调制冷机供应冷冻水。夏季冷量需求大,机组在制冷状态:冷冻水用做表冷降温除湿,同时余热回收制热水,热水用来给热盘管提供热源。冬季热量需求大,机组转换为制热状态:主要以热泵原理制热水,提供加湿和升温所需热量,制热同时回收余冷制冷冻水,提供给操作区环境空调用(操作区是相对封闭的在建筑深入,且因喷涂和防尘要求,其环境空调基本类似净化空调,所以有常处制冷的需求,原是独立的水冷风柜空调)。这样,机组工作时冷热转换回收和同时被充分利用,能源利用率大大提高。且是独立的冷源,可摆脱中央空调独立运行,避免系统春秋使用时,整个冷冻站跟着运行,可以节约大量能源,使用起来也更加灵活。当然,原中央空调冷冻水管保留,做成应急处理冷源(后来,这应急冷源还启用过两次,事实证明对于生产设备,就是要有这种应急考虑,以减少设备故障对生产的影响)

2、            再与生产方核对工艺控制要求,以便选择合适的设备,同时也避免因要求过高,导致设计浪费。一开始生产又提到湿度要控制在±5%RH以内,我就说这类全新风要达到这个要求基本不可能,因湿度探头目前的检测精度一般就在±3%RH 以左右。最后又经一番查找过去生产数据,最终控制要求由温度24~30度,湿度40~50%RH改为温度24~30度,湿度50~70%RH。在此基础上进行计算论证,取消了高耗能的转盘式除湿设备,而多加一级表冷器用来制冷除湿和降温。

3、            采用节能型湿膜式加湿器替代电极式加湿器作为主要的加湿设备。并在湿膜前加了一段热盘管(一级加热)加热段,对空气加热以提供湿膜加湿效率和控制加湿量(控制原理见后介绍)。

4、            风机增加变频调节,这是系统保证喷涂室始终为正压的需要。喷涂室的水淋塔过滤层在每次保养清渣后,风阻小抽、抽风量大,这需要较大的风量,而运行一段时间,油漆附在过滤层上中,风阻大了、抽风量小,在保证同样正压下可以减少送风量,也就减少了全新风处理的能耗达到节能。

5、            将原二级表冷器改造成热水供应的热盘管(二级加热),替代电加热。

6、            原电加热和电极式加湿保留,作为二极精控和应急备控设备。

 

改造后,各功能段顺序是:1、新风过滤段,2、一级表冷段,3、二级表冷段(原转轮除湿段改造),4、一级加热段(热盘管),5、湿膜加湿段,6、风机段,7、二级加热段(原表冷器改造送热水),8、电加热段(原保留),9、电极式加湿段(原保留)。

节能控制原理和主流程如下:根据新风露点与送风设定露点比较判断比较,主要控制流程分两段:A、新风露点高于设定露点时,则一二级表冷器同时制冷,以表冷后温度控制冷冻水阀到低于设定露点值,再经一级加热段升温,以送风温度控制热水阀,保持送风温度在27度左右,其他功能段不作处理控制。B、新风露点低于设定露点时,则一级加热段升温,湿膜段投入加湿,加湿后的露点值控制一级加热段工作,再级二加加热段升温,以送风温度控制热水阀,保持送风温度在27度左右,其他功能段不作处理控制。

保留下来的电加热段和电极式加湿段有两个作用,一是当系统部件有问题时,紧急控制用,如:温度低于设定点1.5度时投入电加热紧急加热,湿度低于设定点8%RH且温度在正常范围时作为紧急加湿。二是作为应急措施保留,当热泵机组故障时或是自动控制程序故障时,表冷段可切换到中央空调系统冷冻水制冷,而热盘管是没有其他热水可切换的,所以保留电加热加热和电极加湿,用手动或半自动来控制系统满足恒温恒湿的要求。

 

这种湿膜加湿和采有冷、热盘管制冷、加热的节能型恒温恒湿控制系统的详细控制流程,应急控制措施,以及实际中可能出现的问题及应对办法见后“恒温恒湿空调系统设计节能新思路探讨(二)”。

 

相关空调基本原理介绍:

加湿工作原理:

?  加湿简单理解就是向空气中加水。

?  基本原理是把空气升温后加水,因为只有空气温度升高后,空气才能有效吸纳水份,这就是为什么常规中蒸汽加湿(有电极式或电阻式电加热产生蒸汽,也有只直用其他形式产生的管道蒸汽)比其他单一的如喷雾式、超声波震荡式、水淋式、湿膜式加湿效果好的原理,因为那些加湿除了水自身温度都没有额外的升温,当水的温度都低于空气温度时,就不能传递热量给空气,故空气吸纳水份的能力就很低。

?  蒸汽因自身含有很高热量,被空气吸收同时会对空气升温,因而更易被空气所吸收。

?  喷雾式和超声波的原理就是将水加工成很小的小水滴,以便其被空气吸收,但如果空气含湿量很高,而温度不能额外升高,则小水滴这就是再小,也不被空气所吸收,最后会沉降到地面,多了就会形成水渍。

?  湿膜同样是不能对空气额外升温的加湿方式,其主要是靠空气在通过湿膜时,水份自然蒸发为空气所吸收,为保证其加湿有效,可在湿膜加湿前先对空气加热升温,控制空气温度来控制最终加湿效果(露点值)。另外还有一种方式,即将水加热,水温高也容易自蒸发和被空气吸收,但要控制加湿量就有点难度了,控制精度难以掌控。

?  当空气温低于14度左右时,诸如喷雾式、超声波震荡式、水淋式、湿膜式等同类方式的加湿基本没有任何效果(所加的水,水温没有额外加温为前提)。

 

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