许晶晶 黄 翔 严 政

（西安工程大学，陕西西安，710048）

1 研究背景

工位-环境送风系统主要应用在舒适性空调和工艺性空调中，而二者的控制对象刚好相反。舒适性空调主要是满足人的舒适性要求，人员工作区域是工位；而工艺性空调主要是满足工艺设备的要求，工艺设备区域才是工位，人处于环境之中[1]。蒸发冷却技术是一种环保、低碳、经济、健康的冷却方式，它具有较低的冷却设备成本，能大幅度降低用电量和用电高峰期对电能的要求；减少温室气体和CFC的排放量[2]，其自身特点使其具有良好的市场推广价值[3]，可同时实现降温、加湿、过滤作用，能很好地满足纺织车间的要求，在降温的同时保证了对湿度的要求，与工位送风结合可进一步提高热舒适性[4]。蒸发冷却与工位-环境送风相结合的空调系统是针对我国当前节能减排的严峻形势，结合我国西北等地区的气候特征，利用干燥空气可再生能源制冷的节能生态型集中式空调系统[5]。国内相关企业吸收国外相关先进技术，设计出了纺织车间空调系统模式，分为大环境、小环境送风系统。大环境送风系统是为了满足车间工作人员的舒适性需求，小环境送风系统是为了满足设备岗位的工艺性需求。采用大环境、小环境空调系统设计风量比常规的空调系统可以节能20%，节能效果显著，同时还改善了机台工艺参数的稳定性和人体的舒适程度[6-8]。相关研究表明，与传统空调模式相比，个体送风在保证人体热舒适性的前提下，可以适当提高送风温度和背景环境温度，从而达到节能的效果[9]。纺织车间应以保证生产兼顾人员舒适性为原则，从车间的角度分析，纺织车间主要对车间相对湿度要求较高，对温度要求次之；从节能角度出发，夏季应适当提高车间温度。

工位送风系统所营造的温度场是非均匀环境，相较于混合送风系统具有节能性更高、针对性更强的特点。蒸发冷却与工位送风原理相结合的空调系统在纺织车间应用已经有很多，但目前缺乏对相关已应用工程的追踪分析与实际测试研究，如安装运行多年后系统是否依然有效以及影响应用效果的因素。通过对西安某纺织企业的浆纱车间和织造车间的空调系统进行实地测试，从客观角度对其应用的蒸发冷却工位送风系统进行相关分析。

2 蒸发冷却工位送风系统在浆纱车间的应用

2.1 浆纱车间热环境概况

浆纱车间的内热源主要来源是满足生产工艺需求的高温蒸汽和机器设备自身的散热量，属于高温高湿场所。该车间共有6台生产设备，平均每天开启5台设备，每台设备正常运行时的功率最高可达100 kW。该车间蒸发冷却工位送风系统主要为操作人员降温，室内环境要求为工位区内温度保持在32℃以下，对相对湿度没有要求。工作人员操作区域如图1所示。

图1 工作人员操作区域示意图

2.2 试验测试

采用德图温湿度自计仪测试工位区与非工位区内温湿度，测量精度（范围）：温度为±0.5℃（-20℃～+70℃），相对湿度为±3%（2%～98%）；采用风速仪（带热敏风速探头）测试风速，测试精度（范围）为±0.03 m/s（0 m/s～20 m/s）；采用红外线热成像仪测试温度分布情况；采用H-40S型激光测距仪测量车间的尺寸，测试精度（范围）为±1 mm（0.03 mm～40 000 mm）。

进出风口温湿度测量采用点测试法，进风口测试点布置如图2所示。

图2 进风口测试点布置示意图

为整体把握其温湿度分布情况，同时对垂直方向及水平面空气的气象参数进行测试。水平面测试点分别布置于距离地面1.1 m、1.4 m、1.7 m、2 m的高度，其测试点布置情况如图3和图4所示。送风口采用双层百叶形式，送风口面积为0.12 m2，送风口距离地面的高度为3.4 m，距离工位区的水平距离为1.4 m。人员操作区域的面积为6.3 m2，即工位区的面积为6.3 m2。由于工位送风主要为满足工位区气象条件要求，因此本次主要测试了1.1 m～2 m区间内的温湿度和风速的大小，即人体腰部以上区域的环境参数。

图3 浆纱车间垂直断面测试点布置示意图

图4 浆纱车间水平面测试点布置示意图

2.3 测试结果与分析

从上午11：10～14：10，对该冷源进出风参数进行实时监测，每隔10 min记录一组数据，整理如图5所示。

图5 冷源的进出风参数变化情况

从图5中可以看出，该冷源的平均回风温度为31.43℃，喷水室后露点室内的平均空气温度为25.69℃，接近进风湿球温度，同时其平均温度降低幅度为5.74℃，湿球效率可达到97.90%。因此该冷源可为浆纱车间和织造车间提供稳定的冷源，以改善车间内部热湿环境。

对该背景区（大环境）气象参数进行测试，如图6所示，背景区（大环境）的平均送风温度为30.27℃，背景区（大环境）的平均温度为36.44℃，不能满足人员的热舒适性要求。分析原因是由于该区域送风口距离地面的高度较高，送风距离过大，送风温度高，且该区域的送风风速较小，对于车间内高温高湿的工况，冷空气未能到达指定区域时就与热空气传热导致温度升高，使该区域的温度不能满足设计要求。

工位区（小环境）垂直断面处温度场分布情况如图7所示。

图6 浆纱车间背景区送风参数和背景区参数变化情况

图7 工位区（小环境）垂直断面处温度场分布情况

由图7可以看出，工位区（小环境）垂直断面处的温度均大于32℃，未能满足设计要求。测试显示工位区（小环境）内的送风口平均温度为28.27℃，平均相对湿度为63.84%，送风口平均风速为2.10 m/s，风量为900 m3/s。其送风温度满足国家标准GB 50019—2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》所推荐的上限值，但工位区（小环境）内环境平均温度为33.5℃，高于设计要求的32℃。分析其未能满足设计要求的原因是送风口安装高度较高，送风速度较小，这直接导致送风射流射程较短。从送风口喷出的射流未到达工位区时就已与周围环境空气掺混，造成冷量损失，最终导致工位区降温效果不明显。

对浆纱车间工位区（小环境）区域进行红外线热成像如图8所示。

图8 工位区（小环境）红外线热成像情况

由图7结合图8中红外线热成像情况可以看出，工位区（小环境）内的温度场分布较为均匀，这也间接证明到达工位区内的冷空气较少。

3 蒸发冷却工位送风系统在织造车间的应用

3.1 织造车间热环境概况

该织造车间有712台织机，每台机器的发热量为3 kW～5 kW，其工位送风系统分为大环境和小环境。小环境主要是针对生产过程中布面所需的相对湿度要求，行业标准FJJ 102—84《棉纺织工业企业设计技术规定》中要求织造车间相对湿度为70%～75%，温度为29℃～31℃，在满足生产工艺要求的前提下，兼顾为操作人员进行降温，背景区（大环境）要求温度为32℃以下，相对湿度没有要求。织造车间送风口风速要求为1.0 m/s～2.0 m/s，工位区风速要求为0.4 m/s～0.7 m/s。其工位送风系统图如图9和图10所示。

图9 织造车间工位区（小环境）工位送风系统

图10 织造车间工位送风系统图

3.2 试验测试

对织造车间工位区（小环境）进行测试点布置，布置示意图如图11所示。

图11 织造车间工位区垂直断面测试点布置图

3.3 测试结果与分析

对织造车间背景区（大环境）区域进行红外热成像如图12所示。背景区（大环境）送风主要是为在过道内行走的人员提供一个较为舒适的热环境，然而在此区域内人员的驻留时间较短。经测试，背景区（大环境）平均送风温度为30.36℃，送风平均相对湿度为66.97%。该区域2 m高度的平均温度为31.94℃，平均相对湿度为68.27%，该区域的温度满足设计要求。

选取6个工位送风系统送风参数的测试样本，整理如表1所示，该区域送风口平均送风温度为27.38℃，平均相对湿度为84.62%，平均风速为1.44 m/s。

图12 织造车间背景区（大环境）红外线热成像情况

表1 织造车间工位送风系统送风参数统计

对织造车间工位区（小环境）温度、风速及相对湿度的测试结果整理如图13～图15所示。由测试结果可知，该区域内温度范围为27.2℃～32.3℃之间，空气温度随着送风口距离的增加而增加，布面处的平均温度为30.38℃；风速范围为0.1 m/s～1.95 m/s，风速随着送风口距离的增加而减小，布面处的平均风速为0.27 m/s；相对湿度范围为86.5%～63.5%，布面处的平均相对湿度为75.02%。

图13 织造车间工位区（小环境）温度分布情况

图14 织造车间工位区（小环境）风速变化

图15 织造车间工位区（小环境）相对湿度变化

4 结语

（1）通过准确的布点，对浆纱车间背景区（大环境）及工位区（小环境）气象参数进行较全面的测试，得出该车间背景区（大环境）平均送风温度为30.27℃，但环境平均温度为36.44℃，大于32℃，不能满足设计要求。主要原因是由于室内热湿负荷高，送风温度高，冷空气未能到达指定区域时就与热空气掺混，因此不足以消除热负荷。可通过以下方式改进：降低送风口高度，缩小送风距离；适当加大送风速度，减小热空气对冷空气的掺混现象；强化蒸发冷却换热效率，提供更低温度的送风。该车间工位区（小环境）平均送风温度为28.27℃，环境平均温度为33.5℃，大于32℃，未能满足设计要求。结合红外热成像较均匀的温度场可知，产出空气到达指定区域的很少，可通过以下方式进行优化：降低送风口高度，缩小送风距离；加大送风速度，减小热空气对冷空气的掺混现象。

（2）通过准确的布点，对织造车间背景区（大环境）及工位区（小环境）气象参数进行较全面的测试，得出该车间背景区（大环境）平均送风温度为30.36℃，送风平均相对湿度为66.97%。背景区2 m高度的平均温度为31.94℃，小于32℃，平均相对湿度为68.27%，温度基本满足设计要求。该车间工位区（小环境）温度范围为27.2℃～32.3℃，布面处的平均温度为30.38℃；风速范围为0.1 m/s～1.95 m/s，布面处的平均风速为0.27 m/s，30℃时允许风速为0.3 m/s左右；相对湿度范围为86.5%～63.5%，布面处的平均相对湿度为75.02%，大于75%，满足设计与工艺要求。

（3）由于纺织厂环境的特殊性，除了合理的设计要求，更需要车间工作人员的合理使用，如定期清洗滤网或更换蒸发冷却填料，减少附着物对蒸发冷却降温效果及过滤效果的影响。只有将合理的设计与使用维护更好结合，才能使得蒸发冷却工位送风系统更好地发挥作用。

参考文献：Ｍ

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