陈延凡，谢厚春，沈显兵，汪 琴

（安徽中烟工业有限责任公司合肥卷烟厂，安徽合肥 230601）

0 前言

在卷烟厂，制冷空调系统占到所有能耗的约30%～50%，因此是卷烟工业节能降耗的重点。空调自动化控制系统主要由下位PLC控制系统和上位监控管理系统组成，前者完成对具体设备如传感器、风阀、电动执行器、加湿器等的控制，后者监视及控制空调机组的运行，监视温湿度传感器的实时数据等。

合肥卷烟厂精品线生产工艺性空调系统为变风量全空气空调系统，空气负担房间或车间的冷热负荷，空调机组完成空气的冷却、去湿或加热。系统设计时，室内状态点是根据工艺要求或规范确定的，冷负荷、湿负荷及室内过程的热湿比也基本确定，采用“露点”送风，即表冷器把空气冷却到相对湿度为90%～95%的状态点。在夏季，主要依靠调节表冷器冷冻水进水流量来改变空气处理后的状态点（即送风状态点）。精品线空调机组共27台，不同区域功能的温湿度标准不同，但冷源只有一处，即由制冷机房集中制备的冷冻水，只供应初温为7℃的冷冻水。在夏季，去湿再热工况运行时，空气被表冷器处理后再进入蒸汽加热段，既消耗制冷量又多消耗蒸汽再热量。

本项目从空调的中央控制系统入手，利用空调多工况分区控制技术，按全年气候参数在焓湿图上作出气象包络线，划分不同工况分区执行相应PLC程序，对各执行部件实施开关控制或连续控制，实现正确的分区转换、操作顺序，在满足控制精度要求的条件下节能运行，在此基础上针对去湿再热工况开展温湿分控节能技术研究，实现新风单独去湿处理后，再与室内回风（温湿度稳定且与工艺指标接近）混合，利用原有表冷补充处理，避免冷热抵消浪费。

1 研究方案与实施

1.1 基于焓湿图研究中央空调多工况控制方法

空调系统的制冷和加热形式很多，但原理上基本相同。而加湿除了形式不同之外，原理上分为等焓加湿和等温加湿2种，后者在工艺性空调中广泛应用。原理不同，其分区也不同。以加湿为等温加湿进行分区，工况分区太多则控制复杂且没必要，太少又不节能。

因此，结合室外气象参数在焓湿图上将全年分成10个工况区域（图1）。其中，N点为室内要求的全年恒温恒湿状态点（ts±2 ℃，φs±5%RH），O 点为满足室内 ts、Φs状态点时所对应的送风状态点，tW为室外温度，tO为送风点温度，tN为室内温度，dWx为当最小新风时其混合点绝对含湿量交于dO线。

图1 优化后的焓湿图工况分区

运行中，点N（ts、Φs）可在中央监控微机上录入或修订，不同季节可对应不同的设定值。当室内设定值变化时，送风状态点O及相应的分区边界线随之变化，因此上述工况分区是动态的。

1.2 实施温湿分控空调系统改造方案设计

上述方法可以优化现有的工况分区及控制策略，利用环境冷热源实现节能运行，但不能消除冷热抵消的问题。为此，在空调机组中增加除湿盘管或在新风管道上增设新风除湿功能段。

新风处理段（或新风处理柜）系统为最小新风量设计，不需要设风机，机组仍按原来方案设置。新风段内的冷水盘管可承担全部新风负荷及全部室内湿负荷，机组内的冷水盘管只承担降温功能，其进风工况为经过除湿处理后的新风与室内回风的混风状态，出风工况为该系统的设计送风工况。过渡季及冬季，通过旁通风阀切换，新风可直接进入机组。改造完成后，机组内现有表冷器只作降温作用，不再承担除湿功能，空调系统夏季不需要再热投入。本次改造，只是对现有空调自动控制系统进行相应的调整，不需要增加控制点数，不需要更换控制器。

1.3 温湿分控系统热湿处理原理与节能控制

卷烟工业恒温恒湿工艺空调多为再热式空调系统，与露点送风空调系统相比主要有2个优点：一是调节性好，可实现温湿度较严格的控制；二是送风温差小，送风量大，控制区域温度均匀、稳定。缺点是冷热抵消、能耗大，夏季空气经过降温除湿处理后接近露点温度。如果采取露点送风，虽然可以满足车间温度调节要求，但不能满足湿度要求。

再热式空调热湿处理过程：新风W（室外点）与回风N（室内点）混合C后被集中处理到新风露点L（机器露点），然后通过蒸汽再热到O（送风点），以便满足室内温湿指标（N状态点）。温湿分控空调方案处理流程见图2，系统空气处理流程见图3。

图2 温湿分控空调方案处理流程

主要设计参数：室内设计工况，DB26℃，RH 60%，H58.36 kJ/kg；夏季新风进风工况，DB35.0℃，WB28.2℃，H90.58 kJ/kg；新风除湿后工况，DB15.2 ℃，RH 95%，H41.17 kJ/kg；新回风混合后工况，DB23.76℃，RH 65.9%，H54.78 kJ/kg。其中，FAN2为回风机，CF为过滤器，CC1为新风段冷水盘管，CC2为机内冷水盘管，HC为加热盘管，HU为加湿器，FAN1为送风机。

从图3可以看出，室外点W被直接处理至新风露点L，与车间N状态点混合后达到C点，C点基本满足送风要求O点：①可以解决夏季冷热相抵的现象，节省再热量和制冷量：②实现温湿度的独立控制，逻辑更简单，精度更高；③不影响过渡季变新风或全新风运行，不需要改动空调机组和空调机房以外的设备及设施，可化整为零分步进行，不影响生产。

2 项目成果与效益分析

（1）掌握了新风段除湿技术、新风热湿处理后与回风混合后按送风状态点参数控制技术、原有表冷段/加热段辅助降温/增温的控制技术以及空调系统温湿分控技术成功应用满足的条件要求，即送回风的管道密封性、控制区域热湿比的稳定性等。

（2）根据温湿度工艺标准要求，优化了制冷空调系统控制参数：一是针对地区气象特性和车间的热湿负荷特点，简化上述10个工况区域的分区，将分区边界条件植入控制策略中，优化调整控制参数，由自控系统随时根据室内设定值的变化自动调整，实现分区动态控制；二是优化了原有表冷与新增除湿表冷水流量控制方案，温湿分控系统新回风混合状态参数控制调整。

（3）制冷空调系统整体节能30%：①采用变频送风方式，当风机风量减少到原额定风量的80%时，功率消耗减少到51.2%。根据经验，在夏季3个月的时间内空调系统接近满负荷运行，其他季节系统风量可以逐渐降低到80%，按项目完成后实际统计数据，单箱耗电下降19.23%。②实施温湿分控的KJ9空调系统，在5至8月份制冷去湿再热工况下蒸汽再热量与同等处理能力空调系统相比下降60%以上，制冷量消耗大幅下降。

3 项目总结及下一步研究方向

图3 温湿分控空调系统空气处理流程

该项目利用空调多工况分区控制技术，按全年气候参数在焓湿图上作出气象包络线，划分出不同工况分区执行相应PLC程序，实现正确的分区转换、操作顺序，节能运行。针对热湿联合处理空调系统所面临的主要问题，在现有投资和条件下，尝试性提出单一冷源热湿独立控制空调策略，成功实现了温湿分控节能技术应用，效果明显。

由于原有表冷只承担降温作用，即除湿的任务由处理潜热的系统承担，因而显热系统的冷水供水温度由常规的7℃提高到18℃，为天然冷源的使用提供了条件，即使采用机械制冷方式，制冷机的性能系数也有大幅提高。由于供水温度高于室内空气的露点温度，余热消除末端装置可以采用辐射板、干式风机盘管等多种形式。目前双冷源温湿分控系统应用更多，节能潜力较大，未来将继续分析改造的可行性及节能潜力，提高冷源使用效率，减少制冷空调系统的能耗。

［1］刘晓华，江亿，张涛.温湿度独立控制空调系统（第二版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2013.