摘 要
探讨纺织空调实现绿色生产的途径和方法。针对纺织空调运行能耗高、耗水量大的问题，以创建绿色工厂为目标，从提高设备能效、优化空调热湿处理方法、加强运行调试与能源管理等方面提出具体要求和措施，并提出了细纱车间热分流、热回收、送回风系统低能耗运行的方法。认为：做好纺织空调节能降耗工作有助于实现纺织车间绿色生产。
关键词
纺织空调；绿色生产；设备能效；热分流；热回收；低能耗送回风；管理；节能
新型纺织车间空调系统的运行能耗约占车间总能耗的20.2%，耗水量亦较大，要实现纺织车间绿色生产，纺织空调绿色节能运行势在必行。长期以来，纺织空调在提高风机能效、采用高效喷淋室提高热湿处理效率、车间温湿度自动控制等方面取得了很大的进步，为保持车间高效生产、降低空调能耗等方面做出了贡献。但对于达到纺织车间绿色生产的单位产品可比综合能耗指标、单位产品取水量指标，尚有较大差距。本文针对目前纺织车间空调运行现有水平，探讨空调系统在设备性能提升、系统优化、用能计量和管理等方面的要求和方法。并重点介绍车间热分流、热转移回收和低能耗送回风技术，以降低车间空调冷负荷，减少冷却用水量，降低送回风系统压力和能耗，实现纺织车间空调系统绿色生产。
1 设备性能
纺织空调主要设备包括风机、水泵、喷淋室、空调自控系统等，其性能和效率的提高直接关系到系统能耗的多少。基于创建绿色纺织工厂的目标，对设备性能提出如下要求。
1.1 风机水泵
1.1.1 风机水泵能效
纺织空调的风机水泵处于长期不间断运行状态，是耗能的关键设备。要达到绿色工厂的要求，风机和水泵的能效要分别达到GB 19761—2020《通风机能耗限定值及能效等级》和GB 19762—2007《清水离心泵能效限定值及节能评价》规定的2级以上能耗等级。例如：纺织常用轮毂比在0.3~0.4的16#轴流风机，风机效率应达到77%以上。流量200 m3/h单级单吸离心水泵，能效限定值应达到77.8%以上，节能评价值应达到82.2%以上。
1.1.2 风机水泵调节
由于空调风机水泵选型均是按照车间设备全开、夏季冷负荷最大的情况进行流量和压力选择的。当季节变化，车间设备部分运行时，需要对风机、水泵的流量和压力进行调节，以适应车间送风量和喷淋室喷水量的变化。调节原则：多台并联运行条件允许时，首选台数运行调控，在此基础上，再进行风机和水泵的变频、变极调节。在调节过程中，要核算风机和水泵的流量与压力，使之与管网阻力相适应，以保证风机水泵的高效运行。以纺织轴流风机变频调节为例，一方面要保证调节过程风机处于高效、稳定运行状态，还要保证车间最低的换气量要求，最低运行频率不宜小于35 Hz。
1.2 喷淋室
喷淋室是纺织空调热湿处理的心脏，喷淋室的热湿处理效率直接影响车间温湿度条件。采用高效雾化喷嘴和先进的加湿技术可有效提高喷淋室效率，减少车间送风量和水泵喷水量。
1.2.1 喷嘴
采用高效喷嘴可以提高喷淋室热湿交换效率，减少喷水量。例如：在喷淋室断面风速大于3.5 m/s，水气比0.6的情况下，靶式撞击流喷嘴的通用热交换效率达到0.96，大于传统离心式喷嘴的交换效率0.81。试验表明，当热湿交换效率均采用0.75时，靶式撞击流喷嘴喷淋室需喷水量为57.7 m3/h，水泵电机功率7.5 kW，传统离心式喷嘴喷淋室需要喷水量70.81 m3/h，水泵电机功率11 kW。采用靶式撞击流喷嘴可节约喷水量18.5%，节约水泵能耗30%以上。
1.2.2 高压雾化加湿技术
在纺织喷淋室增加高压雾化加湿技术，可在除夏季外其他季节，增加水的雾化效果，增大水和空气的接触面积，增加蒸发冷却效果，减少喷淋室喷水量，该项技术在烟草行业已得到广泛应用。以喷淋室等焓加湿处理过程为例，可减少喷淋水泵喷水量50%，减少循环水泵能耗56.7%以上。
1.3 空调自控系统
纺织车间空调特点是保证车间具有较稳定的相对湿度，而对温度的要求相对不高，车间空调多采用机器露点送风方式。纺织空调自控目的是根据不同季节室外参数，结合各车间发热量情况，以保证车间实现高效生产和人员卫生要求，通过对室内温湿度参数的优化，不同季节适当采用较高的室内温度参数和稳定的相对湿度参数，以增大送风温差，减少送风量，减少冷源使用量，节约能耗。空调自控系统通过比较车间和室外空气焓值，以新风冷量优先原则，依次调节新回风阀开度，调节进入喷淋室空气的焓值，逐步变动车间空调送风的机器露点，对车间实行送风。以“充分利用新风冷量，蒸发冷却为主，减湿冷却为辅”的原则，减少冷源的使用量；以采用露点送风和微调二次回风的使用量，达到系统低电耗运行优先的原则，实现在保持车间温湿度条件的同时节约空调送风能耗。在此控制原则下，其代表性的温度自适应变露点、浮动露点恒湿控制法、全自动空调系统、模糊PID控制、多工况分区节能控制等纺织空调自动控制系统均有其各自的特点，也得到相应的实际应用，较采用手动调节可实现风机水泵综合节电25%以上的效果。
2 系统优化
实践证明，纺织空调系统设计运行中存在多处可优化提高的部位。如针对车间发热量部位不均匀的特点，夏季采用热分流技术减少空调需要的制冷量，冬季采用热转移回收方式，回收高发热区域热量并向低发热量区域转移，维持稳定的车间温湿度条件；通过对送回风系统局部阻力的优化，使送回风系统达到低能耗运行；通过对冷却方式的优化，实现充分利用天然冷源和免费供冷，减少车间夏季制冷量等。
2.1 热分流、热回收
2.1.1 细纱工序空调夏季热分流
细纱工序其安装功率约占纺部车间的58.7%，设备负荷率高，运行时间长，是纺织车间发热量最大部位，也是夏季空调送风量最大、耗冷耗水量最多的工序。细纱工序机器发热量可占到全部发热量的80%以上，是形成夏季车间冷负荷的主要部分。根据细纱机动力分布和主机工艺排风情况，细纱机工作时，一部分设备散热直接进入车间，与人体、照明、围护结构传热汇合形成车间冷负荷；牵伸加捻区的摩擦等散热的一部分，随着笛管吸棉和集聚纺吸风管道排至车尾部，冷却主电机散热后，由专门的工艺排风管道排出车间。这部分排风量大，温度高（高于车间工作区温度6 ℃以上），含热量大。由于工艺排风热量没有直接进入车间，不会形成车间的冷负荷。若在空调室将工艺排风和车间地排风混合后再进入喷淋室，则工艺排风的热量相当于增加了喷淋室处理空气需要的制冷量。这就是细纱车间夏季需要制冷量大，消耗冷水量多的主要原因。
在空调主喷淋室前面加装一套辅助喷淋室，形成双喷淋室系统。夏季利用空调主喷淋室排出的空调废水，对车间高温工艺排风进行喷淋热湿处理，达到降温减焓目的，将高温工艺排风的热量传递到辅助喷淋室的空调排水中排出，分流了一部分工艺排风的含热量，从而减少主喷淋室需要的制冷量，减少冷却水用量，实现夏季的热分流。其流程示意图见图1。
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图1 双喷淋室预降温流程示意图
以某3.2万锭集聚纺细纱工序设备情况为例，根据新型纺纱过程温湿度控制标准，按照双喷淋室处理热湿空气的过程，分别对传统的单喷淋室和双喷淋室预降温的热湿处理过程计算，可得到两种空气处理过程主要参数如下。
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从以上数据可以看出，采用双喷淋室预降温技术，将主喷淋室空调废水用在辅助喷淋室，采用单排逆喷的方式，处理工艺排风高温空气，可最大限度地利用天然冷源。在相同深井水温度19 ℃的条件下，采用双喷淋室较传统的单喷淋室可使空调排水温度升高2.7 ℃。分流主喷淋室需要制冷量399 kW，占总制冷量的30.2%。深井水量较单喷淋室减少61.8 t/h，节约细纱空调深井水用量32.7%。
2.1.2 细纱工序空调冬季热转移回收
由于细纱车间冬季仍有大量余热，而前纺和络筒工序冬季发热量不足，车间温度偏低（特别是新疆等三北地区），为维护车间热平衡，将细纱部分工艺排风分别送入并粗和络筒工序，提高其喷淋室的进风温度，提高加湿效果，维持车间温湿度条件。以新疆某10万锭纺纱车间为例，通过进行冬季车间热转移回收技术，可使前后纺车间冬季温度适当提升1 ℃~2 ℃，减少车间温湿度差异，有利于生产加工。通过冬季热转移回收，可使络筒和并粗工序冬季温度分别提高至28 ℃和26 ℃以上，相对湿度分别稳定在70%和60%，对维持高效生产提供了保证。
2.2 低能耗送回风
2.2.1 送回风系统管道局部阻力
纺织空调送回风系统能耗达到空调总能耗的80%以上，送回风系统的阻力和系统能耗呈正比。分析送回风系统阻力产生的原因和部位，主要集中在送回风口阻力、送回风管道局部阻力、过滤器阻力、喷淋室阻力等。其中管道阻力主要集中在气流转向、气流分流、合流三通交汇处，控制合理的气流转向处圆弧过渡，局部阻力系数可由1.15减小到0.25，局部阻力可由44.16 Pa减小到9.6 Pa，减少的阻力损失会占到风机全压的5%以上。气流交汇处的合流三通交汇角采用45°、60°斜接等交汇方式，可将各吸风支管流入主管道的气流能量转化到交汇处直管段，使直管段的局部阻力损失下降，从而降低最不利环路的阻力损失。以某10万锭细纱车间吸风管道计算和测试证明，采用吸风支管和主管道60°斜接的方式，较传统的90°连接方式可将最不利环路静压差值降低17%，减少风机全压20%以上。对维持各吸风口吸风量均匀、降低吸风段阻力损失、节约回风机能耗有很大帮助。
车间送风口和回风口阻力也是管道系统阻力的主要组成部分，其中送风口阻力约占送风系统总阻力的5%~10%，车间回风口局部阻力占回风系统总阻力的20%~30%，合理优化设计车间回风口尺寸和风速，在保证车间吸风均匀性的基础上，对降低吸风系统总阻力有益。为维持车间吸风量均匀，吸风口风速宜控制在10 m/s~12 m/s，局部阻力损失约为130 Pa~150 Pa。通过送回风管道的低阻力优化设计，使送回风管道系统单位送风量耗功率达到绿色工厂风管系统单位送风量能耗指标。
2.2.2 回风过滤阻力
纺织车间空调回风过滤阻力约占回风系统总阻力的30%以上，维护不正常占比会更高。采用高效过滤材料，定期维护吸风清洁系统，安装过滤压力显示报警装置，维持过滤阻力在正常工作阻力（100 Pa~130 Pa）的范围内，对稳定回风过滤阻力，降低风机能耗很有帮助。
2.2.3 喷淋室阻力
喷淋室阻力是纺织厂送风系统阻力的重要组成部分。喷淋段风速、喷嘴的喷水方式、挡水板的隔距是影响喷淋段阻力的主要因素。喷淋室的风速是产生喷淋室阻力的关键因素之一，风速高，热湿交换时间短，换热效率高，有利降温；风速降低，热湿交换时间增加，换热效果降低，但有利加湿。需要根据喷淋室热湿交换的主要目的设置风速。常用风速宜设置在4.0 m/s~5.5 m/s。
在目前常用的双排对喷喷淋室情况下，采用喷水雾化效果好、热湿交换效率高的靶式喷嘴或罗瓦高效离心喷嘴，并根据喷水温度和喷淋室的热湿处理过程，采用细喷和中、粗喷相结合的对喷方式，使喷淋段阻力控制在20 Pa~25 Pa。
根据喷淋室风速合理控制挡水板隔距，是降低挡水板阻力的有效措施，采用挡水效果好、阻力小的波纹形挡水板，并适当增大挡水板隔距，避免挡水板结垢、堵塞，使挡水板的阻力控制在55 Pa~100 Pa之间。
以常用的5万锭~10万锭车间布置为例，通过上述局部阻力的优化措施，可以使回风系统计算阻力控制在350 Pa~460 Pa；送风系统计算阻力325 Pa~480 Pa，实现低能耗送回风系统。
2.3 空调冷源及送回风方式
2.3.1 冷源
纺织车间应根据所处地理位置、车间设备布置、发热量情况、温湿度要求等条件合理选择冷源和冷却方式。例如新疆等三北地区夏季应优先使用室外新风和蒸发冷却技术保持车间温湿度，实现免费供冷，减少冷却水使用量。有条件或许可时可使用地表水或地下水供冷，但应采用一水多用，温度梯级利用，分质供水的方法，减少地下水使用量。采用制冷机组供冷时宜采用高温制冷机组供冷等。
2.3.2 蒸发冷却
纺织厂空调具备利用蒸发冷却技术的有利条件，要充分利用直接和间接式蒸发冷却技术达到降低夏季车间温度，维持车间相对湿度的要求。我国黄淮以南区域纺织车间除精梳到细纱工序夏季需要冷源降低车间温度、保持车间相对湿度外，清梳联、络筒、准备、织布、整理等工序可全年采用蒸发冷却技术保持车间温湿度条件。其他区域全年可采用蒸发冷却技术维持纺织车间温湿度，实现免费供冷，节约用水量。例如在细纱空调室，采用间接蒸发冷却细纱机工艺排风，可使主喷淋室制冷量降低30%以上，车间温度下降1.5 ℃。
2.3.3 送回风方式
在满足生产工艺条件下，纺织空调系统的划分、送回风方式选择等，应根据实际情况采用近年来工程实践证明切实可行的“新技术”。例如织造车间采用大小环境送风方式可比常用的上送下回式系统节约送风量15%，采用下送上回式送回风系统可比上送下回式系统节约车间送风量33%，总装机功率减少32%等。
3 运行调试管理
空调系统应在竣工前进行工程调试，使各设备和系统达到正常、合格、节能的运行状态。是实现空调系统达到设计目标、良好运行的重要手段。正常运行后要建立空调系统能耗管理制度、运行维护制度、室内环境管理制度等。
3.1 能源管理制度
建立准确完整的空调系统能源信息和合理的能源管理制度，可使企业的生产管理者及时掌握空调系统的管理水平和用能状况，便于总结节能经验，挖掘节能潜力，降低空调系统能源消耗和生产成本，提高企业能源利用效率。企业可采用分车间、分部位对空调系统的电耗、气耗和水资源利用等实行实时计量和记录，并进行统计，便于考核。管理者应定期查看各系统能耗报表，掌握空调设备和设施的能耗现状，分析、查找高耗能部位和原因，及时发现并调整运行中的节能瓶颈，制定节能改进措施。建立空调系统节能管理标准，实现企业节能工作的制度化、连续性。
3.2 运行维护制度
纺织空调系统是维持车间生产必不可少的组成部分。纺织车间建筑面积大，需要控制的温湿度部位多，空调室内布置了各种设备，操作人员的工作环境较差。为了减轻员工的劳动强度，降低设备故障率，应结合空调自控的数据采集系统、车间和空调机房的监控报警系统等合理设置远程监控装置、报警装置、远程数据采集装置等，以提高设备系统运行的可靠性，减少人为的影响因素。
根据纺织空调设备和设施运行规律，制定定期检修维护制度，保证设备和设施正常运行，防止设备在非正常条件下运行造成资源浪费及对生产和室内环境的影响。应重点检查风机叶片、回风过滤器滤料和清洁情况、喷嘴和挡水板结垢、积尘、堵塞情况、阀门的启闭灵活性、回风沟道积尘情况等。检修制度可根据空调设备运行季节分期分部实施，并保证完整的检修维护并记录。
3.3 室内环境管理制度
室内环境控制是纺织空调运行的最终目标，应根据车间生产工艺要求和车间卫生标准要求，制定合理的车间温度、相对湿度、噪声、新风量等环境指标。通过定期巡检和调控，使车间温湿度和工作区风速、新风量、噪声等指标满足车间高效生产的要求。并能满足GBZ 1—2010《工业企业设计卫生标准》、GB/T 18883—2022《室内空气质量标准》的基本规定。其中新风量应满足国家卫生标准的要求，使车间压力保持微正压状态。
4 结论
空调系统是保证纺织高效生产和工作环境的重要手段，纺织空调用水、用电量大，空调系统中主要用电设备的能效提升是设备节能的关键。对空调系统进行优化，挖掘节能节水潜力，采用车间夏季热分流技术，创建低能耗送回风系统运行模式，并强化运行调试过程，加强运行管理和能源计量统计等，是实现纺织空调系统环保性指标、实现节水和节能运行、创建绿色生产的有效途径。
来源：《棉纺织技术》
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