【摘要】芜湖卷烟厂生产线改扩建，新建制丝车间的高度和跨度都较大，国内同行业传统的通风空调系统设计大多是采用旋流风口，从上向下送风的方式。由于生产工艺有大量产热，并且一定的气味，为保证室内工作环境及微正压，传统的通风空调设计采用全新风加机械排风的方式，空调能耗非常高。本次技改，大胆的采用了置换通风的原理，以地面置换送风为主，结合部分点位高空置换岗位送风，大大的降低了制丝车间的总送风量，并且运行时延长了采用室外新风直給的时间，同时结合自然全面通风，使运行的空调能耗大大降低。
【关键词】制丝车间；置换通风；空调能耗
1、项目介绍
制丝车间长246m，宽54m，上空网架结构的底高为11.5m，车间上空采用金属网格吊顶，吊顶底标高为8m。生产过程大量产热、产湿，有较浓重气味，并且生产流水线的除尘、排潮工艺抽走大量的室内空气。原设计方案采用旋流风口顶送风，计划采用新风+回风的全空气系统。
最终选定的置换送风方案，在中间通道安装17个VA-ZD-DN560地面置换送风口，单个风量7000m3/h，在一侧墙边通道安装9个VA-ZD-DN450地面置换送风口，单个风量4500m3/h，另外根据生产线工人实际操作点位要求，安装了36个VA-PV-DN315高空置换送风口，单个风量1900m3/h。最终总装机容量减少为240000m3/h，同时送风温度调整为22℃，这样制丝车间的设计冷负荷大大降低为 2198KW。
与传统的顶送混合送风方案相比，总送风量降低了50%，总冷量降低了37%。
车间中部贯穿两端的是工艺生产流水线，置换风口的布置以及置换送风的设计覆盖面积如下图中阴影部分。
2、置换送风与传统设计方案的比较
由于生产工艺大量产热，产湿，有较浓重气味，并且生产流水线的除尘、排潮工艺抽走大量的室内空气，排风量约为160000m3/h。制丝车间一般采用新风比例较高的空调通风方式来排除生产工艺产生的余热、余湿、气味，并维持室内的微正压。原设计方案计划200，000m3/h的新风+200，000m3/h回风的全空气系统，采用旋流风口顶送风。下图是制丝车间如果按照原先的传统系统设计ID图计算：
传统的旋流顶送风方式，新风与回风混合后，处理到18.5℃左右的机械露点送风（相对湿度95%），此状态空气焓值为50.8kj/kg；而排风是室内的空调设计状态，即干球26℃，相对湿度70%，此状态空气焓值为63.94kj/kg；因此传统顶送风方式的送排风焓差为13.14kj/kg，含湿量差为2.11g/kg。计算得出空调机组需求的总冷量为3480KW，而送风可以消除车间的总冷负荷为1752KW，总排湿量为281g/s。
本项目实际采用了置换送风的方案，送风温度提高到22℃，新风机组仍然把室外新风处理到相对湿度95%机械露点，此状态空气的焓值为62.37kj/kg；由于置换送风会产生明显的垂直热力分层，从8m以上的网架上方排风时，设计排风温度33℃，相对湿度61%，此状态的空气焓值为83.08kj/kg；所以置换送风的送排风焓差是20.71kj/kg，另外含湿量差是3.62g/kg。由于室内2m以上的温度逐渐升高，使得维护结构的冷负荷明显下降，总的冷负荷也有所降低。下图是制丝车间实际按照置换系统设计的ID图计算结果：
采用置换送风排除的车间总负荷为1663KW，总排湿量289g/s。
两种送风方式的通风效率差别很大，与传统的旋流顶送方式相比，置换送风排除余热和余湿的效率大幅度提高，从而使得空调通风的总送风量减少50%。同时由于送风温度的提高，使得新风机组的总冷量需求降低了37%。因此相关的空调设备设备（包括制冷机组、水泵、新风机组等）及其配套的供电系统的装机容量都大大减少。既减少了大量的建设初投资，又节省了大量的运行能耗。
另外，置换送风方式将新鲜空气直接送入工人操作区，将生产线上产生的粉尘、气味、热湿等以近似活塞形式的推向上空，从而大大提高了人员活动区域的空气品质，减少了污染对工人健康的危害。
3、置换送风口的选择与计算
在置换通风系统的设计过程中，置换送风口的布置和选型尤为重要。本案例中选用了两种置换送风口，一款是地面上的柱形置换送风口（见下图左），它从地面上1100mm以下的空间送出空气，空气贴地面扩散，在地面形成空气湖，遇热源加热后逐步上升。另一款是高空置换送风口（见下图右），它可以从8m高处向下送风，并且送风以低紊流低混合的方式，将送风直接送到地面，在地面扩散形成局部空气湖，遇热源加热后逐步上升。
地面置换送风口 高空置换送风口
地面置换风口主要排布在中央通道和墙边通道处，在选型和排布时，主要考虑送风量大小对送风在地面扩散距离的影响，以及墙面、柱子等遮挡物产生的不均衡扩散，力求让送风尽量覆盖较大的车间面积，各个送风口形成的空气湖之间的间隙尽量小，同时不要有太多的交叉。
由于车间面积较大，生产线产生的对气流的遮挡也较严重，根据生产工艺的特点，在地面送风口不能到达但是又有工人操作的区域，采用高空置换送风口，进行局部送风。这种风口虽然从较高处送风，但是由于其独特的结构设计，可以使送风不与室内空气混合（或低混合），直接送到地面后再贴地面扩散，既能够满足置换送风的要求，有达到了岗位送风的要求。并且采用高空置换风口实现岗位送风时，可以不用精确确定岗位位置，它的送风覆盖一定区域，可以兼顾覆盖区域内的多个岗位。
4、实际运行效果
该项目于2013年上半年竣工并投入运行，经历了2013年的夏季、秋季和冬季，目前运行情况良好。
在运行初期，由于自控施工单位对这种置换送风原理理解不够，仍然按照常规露点送风的习惯来控制空调新风机组的输出，造成能量的浪费。后来经过技术人员讲解，将新风机组的出风温度控制到22℃，能耗大大降低。值得一提的是，在改变新风机组送风温度的前后，车间工人的体表感觉没有很大的变化，只是排风温度有所变化。在近一年的运行过程中，生产一线的工人感觉良好，没有抱怨工作环境温度不适或气味不散等现象，室内空气状态能够有效控制。
下图是夏季典型气温条件下的运行示意图，采用地面送风的方式送入22℃的新风，由于送风温度低于室内空气温度，送风沿地面扩散，逐步上升。在1.2-2.0m的高度范围内，温度逐步上升至25-28℃。在6-8m的高度，室内空气继续升高到30℃以上。在金属网格上方的空气温度达到35℃甚至更高。垂直温差比设计值要高出2℃以上。详见下图。
制丝车间夏季送冷风的室内温度分布示意图
在过渡季，随着室外气温的下降，车间维护结构的冷负荷也不断降低，制丝车间的置换通风系统采取逐步提高送风温度，最大节能的运行策略，在室外气温降至25℃时，完全关闭空调冷水，直接用室外新风送入车间，大大节省了空调能耗。下图是过渡季典型气温条件下的运行示意图，采用地面送风的方式送入23℃的新风，由于送风温度仍然略低于室内空气温度，送风还是沿地面缓慢扩散，并且逐步上升。在1.2-2.0m的高度范围内，温度逐步上升至25-28℃。在6-8m的高度，室内空气继续升高到32℃，在金属网格上方的空气温度维持32℃。
在冬季，由于车间面积较大，生产工艺产热较多，整个车间没有表现出很明显的热负荷需求特性。下图是冬季典型气温条件下的运行示意图，室外新风被加热至20℃后通过置换送风口送入车间，送风还是沿地面缓慢扩散，并且逐步上升。在1.2-2.0m的高度范围内，温度逐步上升至25℃左右，在6-8m的高度，室内空气继续升高到28-30℃，在金属网格上方的空气温度有所下降，在28℃左右。
根据实际的运行，与卷烟厂其他采用传统上送风的车间相比，制丝车间的空调运行在夏季、过渡季有明显的节能效果，在冬季与其他车间相当。并且从车间空气品质上来比较，制丝车间也好于其他车间。
结 论
对于象卷烟厂制丝车间这样，高度较高并且生产工艺产生热的生产厂房，置换通风是一种很好的通风方式，与传统上送风的混和送风方式相比，能够大大降低系统的装机容量和运行能耗，值得推广应用。
易学庆，男，1977年5月生，工程师 241002 芜湖卷烟厂技改办 13601675297
