第四节　纺织空调空气调节过程

为了确保车间工艺生产的温湿度要求，兼顾人员健康和卫生的需要，对于不同温湿度要求和余热余湿量的车间，需采用不同的空气调节处理过程；而即使对于一个既定的车间，也可通过不同的空气调节处理过程达到车间温湿度的要求，方法和过程的不同意味着能耗的差别。根据纺织厂的特点，纺织空气调节系统按照空气流动的方式分为直流式和回风式两种。为使纺织空调系统在经济可靠的方式下运行，本节针对纺织厂常用的空调方式，对其空调原理和能耗情况进行分析。

一、直流式空气调节过程

直流式空气调节过程是通过对室外新风进行处理后直接送入室内，吸收室内余热余湿，达到控制室内温湿度要求的空气调节过程。典型的方式有单通风、通风喷雾加湿、直流式湿膜加湿、全新风空气调节系统等，现就其空气调节过程原理和能耗情况进行分析。

（一）单通风系统

将室外新风不经任何处理直接送入车间，吸收室内余热余湿后排出室外的通风方式称为单通风。此方式在室外空气状态点完全满足室内空气调节要求的送风状态点时采用，其空气状态变化过程如图3-13所示。

单通风系统通风量计算公式为：

式中：G——车间通风量，kg/s；

QL——车间冷负荷，kW；

iN——室内空气的焓值，kJ/kg；

iW——室外空气的焓值，kJ/kg。

由于直接采用室外空气，不经任何处理直接送入车间吸收室内余热余湿，所以单通风系统不消耗冷量，仅需要通风机的电耗。

单通风系统的设备非常简单，只需要在车间加装排风扇和补风口即可，具有投资少、运行费用很低的优点，但车间温度和相对湿度将一直随着室外空气温湿度的变化而变化，难以稳定在一定的范围。这种通风方式多适用于车间对温湿度要求不高、发热量较大的车间，如浆纱车间等。江浙地区过渡季节在室外温湿度较稳定时，也可以适当采用停开喷淋水泵，采用变风量“送干风”的空调方式，以节约空调系统的耗电量。

（二）通风喷雾加湿空调系统

1.通风喷雾加湿的原理　在车间进行单通风的同时，适当加入喷雾设施，就构成了通风喷雾加湿空调系统。其空气调节的过程为：当送入车间的空气吸收室内余热后沿热湿比线，从W点变化到M点，由于喷雾装置喷出雾滴的蒸发，空气状态沿等焓线由M点变化到N点，如图3-14所示。其中W点的空气可以是完全的室外空气，也可以是部分室外空气和室内回风混合，根据室外空气状态点的不同，调节不同的喷雾量，就可以稳定室内状态点N，实现满足室内温湿度的要求。从原理上讲，车间喷雾加湿也属于等焓加湿的范畴。

2.通风喷雾加湿系统计算

（1）通风喷雾空调系统通风量：

（2）通风喷雾空调系统喷雾加湿量：

式中：W——车间喷雾量，kg/s；

dN——室内空气的含湿量，g/kg；

dw——室外空气的含湿量，g/kg。

其他符号意义同前。

3.通风喷雾加湿空调系统应用　纺织厂常用的通风喷雾加湿系统是在对车间通风的同时，采用专用加湿器向车间喷雾加湿，以补充车间的湿度。常用的高压喷雾加湿装置，采用柱塞水泵将经精过滤的水加压至7MPa，通过高压铜管传送到均匀布置在车间的高压喷嘴，高压水从喷嘴以3～15μm雾滴喷射到车间，直接与空气进行热湿交换，使车间相对湿度增大，并有降低车间空气温度的功能。

这种通风加湿调节的特点是：可以利用调节喷雾量来控制车间的相对湿度和温度，调节效果比单通风要好，调节范围较大，且具有设备简单、设置灵活、价格便宜、加湿效果好、运行费用低等优点。并能较好地稳定车间相对湿度，一般能够适应纺织工艺对湿度的需要。多适用于室外温湿度较为稳定、车间发热量较大、室内相对湿度要求较高的场所。

采用通风喷雾时，由于同样受室外气象条件的影响较大，降温效果有限，室内温湿度波动也较大。特别是在夏季高温高湿季节，采用通风喷雾法满足车间降温去湿的要求将更加困难，因此，纺织厂空调大多采用的仍是喷水室处理空气的方法。通风喷雾加湿法仅用于对车间进行辅助加湿。

（三）全新风空气调节系统

所谓全新风空气调节过程，是指将全部使用的新风经过空调室进行必要的热湿处理，达到设定的送风状态点，送入车间，吸收车间余热余湿的空气调节过程，全新风夏季空调系统示意图如图3-15所示。由于空调室采用不同的热湿处理方法，可以将室外空气处理到预定的送风状态点，因此，车间温湿度受室外气候变化的影响较小。

1.全新风空气调节过程　全新风空气调节过程为：室外状态点为W的空气，经过喷水室处理至送风状态点K（又称机器露点），然后送入车间消除余热余湿，保证车间温湿度稳定在N点的过程，并将一定量的室内排风排出室外。K点的位置可以根据过室内状态点的热湿比线和95%左右的相对湿度线的交点确定，对于一级喷水室，机器露点的相对湿度可取90%，对于二级喷水室，机器露点的相对湿度可取95%，全新风系统冬夏季空气调节过程如图3-16所示。

2.全新风空气调节系统计算

（1）计算室内热湿比为：

（2）计算空气调节系统的送风量为：

式中：iK——送风状态点空气的焓值，kJ/kg。

（3）全新风空气调节系统夏季需制冷量Q为：

（4）全新风空气调节系统冬季需供热量QH为：

式中其他符号意义同前。

3.全新风空气调节系统应用　从第一章的分析可知，由于纺织车间相对湿度要求允许波动范围较小，温度取值范围较大，因此，在重点满足相对湿度要求的前提下，在过渡季节纺织空调宜尽可能采用全新风运行方案，以充分使用室外空气的冷却作用，节约能源。而在寒冷的冬季，由于室外空气焓值较低，虽然某些车间仍有余热量，但采用全新风运行将消耗大量的热量；在炎热的夏季，室外空气的焓值较高，从式（3-44）可以看出，这时采用全新风运行，将要消耗大量的制冷量才能满足要求。因此，在冬、夏季应尽量使用回风，采用最小新风量，以节约能源。

此外，直流式通风还包括直接蒸发加湿系统，也称为湿膜加湿系统，这种加湿方法一般用在夏热冬暖或冬冷地区的某些小型服装、棉纺车间，功能单一，降温效果差，大型纺织车间中已很少使用，本书不再赘述。

二、使用回风的空气调节过程

（一）一次回风空调系统

当冬季室外空气的焓值较低或夏季大于室内空气的焓值时，采取直流系统是很不经济的，而完全采用回风，不能满足车间卫生条件的要求，因此，纺织空调常采用将室外空气和车间回风按一定比例混合，送入喷水室进行热湿处理后，送入车间，吸收车间的余热余湿，达到稳定车间温湿度的目的。采用这种方法，比完全采用新风节约大量的冷量和热量，并且便于稳定车间的温湿度。这种方法称为一次回风空气调节过程。

1.夏季一次回风系统工作原理　夏季一次回风系统示意图及调节过程分别如图3-17和图3-18所示。其工作原理为：采取部分W状态的新风与N状态的回风按一定的比例混合到C点后，送入喷水室进行冷却去湿，其状态点由C点变化到K点（工程上称为机器露点），然后送入车间，沿着车间热湿比ε线方向，吸收车间的余热余湿后变为室内状态点N。

2.夏季一次回风系统设计计算　如前分析可知，由于纺织车间对温度没有严格的要求，而且车间发热量大，车间温度高，允许的送风温差大，应尽可能降低车间送风温度，减少送风量，因此，工程上均采用露点大温差送风，以降低送风量，减少动力消耗和冷热量抵消。一次回风系统夏季空调参数计算如下。

（1）送风量计算为：

（2）夏季处理空气需要的冷量为：

（3）其他设计参数。由G=GN+GW可得：

式中：QZ——系统所需总冷量，kW；

G——车间总送风量，kg/s；

GN——一次回风风量，kg/s；

GW——系统所需新风量，kg/s，其确定方法见第二章内容；

iC——混合点C点的焓值，kJ/kg；

iK——空气处理到机器露点K时对应的焓值，kJ/kg；

ε——室内空气的热湿比，kJ/kg；

W——室内散湿量，kg/s。

其中，K点由沿室内状态点N的ε线和喷水室能够将空气处理到的机器露点的相对湿度线的交点所决定，该相对湿度取90%～95%。将式（3-44）～式（3-47）联立，即可计算出一次回风系统新风、回风和总送风量的大小以及其他相关参数。

从图3-18可以看出，在夏季，如不采用回风，则单位质量W状态点的空气，在喷水室内冷却除湿到K点需冷量为iW-iK，比采用回风时，单位质量C状态点的空气，在喷水室内冷却除湿到K点需冷量为iC-iK的数值大，消耗冷量多。从图上还可以看出，新风量越小，使用的回风越多，C点焓值就越小，处理单位质量空气消耗的冷量就越少。因此，在夏季的一次回风系统，应采用满足车间卫生要求的最小新风量，并采用露点送风的方法，增大送风温差，减少送风量，以节约冷量消耗。例如，纺织厂细纱车间空调夏季主要目的是在保证车间相对湿度的同时，降低车间温度，因此，应采用最大送风温差，降低车间温度，同时减少送风量，节约能源，此时就应该采用最小新风量的一次回风系统。

3.冬季一次回风系统调节过程　鉴于冬季大部分地区纺织车间由于机器的发热量比较大，一般采用对车间N点的回风和W1点的新风混合到C点后对空气进行等焓加湿处理至K点，然后送入车间，吸收车间的余热余湿量，保证车间温湿度N点。个别地区在温度过低时采取再热的措施，或者采取热能转移技术，将负荷较大车间的热量转移到发热量小的车间以实现整个厂房的热平衡，满足车间生产要求。当冬季采用最小新风量无法实现热湿处理要求时，应对新风进行预热至W2点，在和室内回风混合到一定比例时，经空调室处理后送入车间。空气调节系统示意图和空气处理过程分别如图3-19和图3-20所示。

4.冬季一次回风系统计算　冬季车间送风量计算方法与夏季的相同，但此时车间温湿度应采用冬季设计值。根据室内送风量计算方法和热湿处理过程分析可知，确定了冬季送风状态点K和空气混合点C的位置后，即可采用一次回风计算方法计算其他各参数。在冬季送风量计算中，必须校核新鲜空气比例是否满足车间卫生要求，计算方法如下：

式中，m%表示最小新风量所占总风量的比例。

按上式计算，如果满足最小新风量要求，则新风不需预热，可直接和回风混合后送喷水室等焓加湿处理；如冬季新风量大于卫生要求新风量，此时与回风混合点落到C2的位置，可采取再热的方法加热至C1，通过喷水室循环加湿处理至K点状态；或者也可对新风预热至W2点，与回风混合到C1状态点。W2点确定如下：

当室内有余热量时，可以直接将处于K状态点的空气送入车间，吸收车间余热余湿，维持车间温湿度。

当某些车间冬季没有余热量或余热量较少时，送风温度应高于机器露点温度甚至高于车间的温度，此时应将处理至K点的空气再热至通过室内状态点N的热湿比线上的Q′或Q″点，再送入车间加热车间空气，该空气调节系统示意图和空气处理过程分别如图3-21和图3-22所示。

此时的送风量和再热量计算公式为：

（1）车间有少量余热量时的送风量为：

再热器再热量：

（2）车间需要供热量时送风量为：

再热器再热量：

式中：QR——冬季车间总负荷，kW，见式（3-10）；

iO″，iO′——冬季车间空调送风状态点的焓值，kJ/kg。

从冬季一次回风空调系统的调节过程可知，冬季空调对新风的预热和对处理后的空气进行再热后送入车间的方法，虽然都是对空气进行加热，但二者的作用区别较大，不能相互替代。对新风的预热可以提高喷水室入口空气的焓值，有利于对空气进行加湿；而对机器露点空气的再热则主要用于提高送风温度，有利于对车间进行加热，使车间温度上升。设计采用时应注意。再热器另一个作用是，春夏之交时，某些地区出现梅雨季节，车间相对湿度偏高，对于要求相对湿度偏低的精梳并粗车间，可能出现缠绕现象，这时可利用再热的方式适当提高送风温度，从而提高车间温度，降低车间的相对湿度，便于生产。

从以上分析可知，纺织厂空调一次回风系统控制相对简单，一般情况下均能够满足车间的温湿度控制要求，并可以根据不同的季节，调节新、回风比，合理调整送、回风量的大小，起到很好的节能效果。因此，在细纱、络筒、布机等车间空调得到了广泛的应用。但是，对于有较大除尘排风的车间（如清花、梳棉车间）、相对湿度要求较低的车间（如精梳车间）可能会导致车间温度较低、相对湿度偏大的情况。这时虽然可以采用再热的方法达到要求，但是存在着冷热抵消的情况，而且需要提供蒸汽，浪费能源，不符合节能的原则。此时采用二次回风的空气调节方法可以较好地解决上述问题，并且不存在冷热抵消的问题，节能性较好。

（二）二次回风空调系统

1.二次回风空调系统夏季调节过程　在喷水室后与回风再混合一次的办法来代替再热器以节约热量和冷量，其喷水室之前的处理方法和一次回风系统的处理过程相同，这种方法具有节能效果好、便于调节的优点。由于在整个过程中回风被混合使用了两次，因此，称之为二次回风。

2.二次回风系统夏季空调设计计算

（1）二次回风系统夏季空调热湿处理过程。二次回风夏季空调系统示意图和空调处理过程分别如图3-23和图3-24所示。

二次回风的空气处理流程为：

从图3-24可以看出，使用车间回风和机器露点的空气进行混合至O点，则O点必在N点和K点的连线上，因此，第二次混合的风量比例可以确定。但第一次混合点C的位置不如一次回风那样容易得到，这时应先计算出通过喷水室的风量GK后才能进一步确定一次混合点。二次回风系统与一次回风系统相比，虽然热湿比线的位置没有发生变化，但可以有效地缩小送风温差，增大送风量，同时可减少喷水室内空气处理设备的容量。

（2）二次回风系统夏季空调参数计算。二次回风的计算比一次回风稍微复杂。首先应该确定出送风温差的大小，纺织车间一般可取6～8℃，然后根据QL=G（iN-iO）计算出系统的总送风量。

新风量可以根据第一章的方法确定出来，则回风量可定。一次回风送风点的状态可由热湿比线与机器露点的相对湿度值确定下来，则混合点C的总风量、系统所需总冷量等参数即可计算出来。计算步骤及方法如下。

①在焓湿图上过车间内设计状态点N画出热湿比线，其大小为：

②在焓湿图上画出过N点的ε线与相对湿度90%～95%的交点K, K点对应的焓值可以计算出来。

③假定送风温差为6～8℃，在ε线上找到混合送风状态点O的位置，查出O点对应的焓值，系统总风量G可按式（3-14）的计算得出。

④由于二次回风没有消耗冷量，根据热平衡，通过喷水室的风量GK可由下式计算出来：

则有：

由上式可以看出，通过喷水室的风量GK就相当于一次回风系统中用机器露点送风时的送风量。由于通过喷水室的风量GK等于一次回风量G1加上新风量GW，即GK=G1+GW，这时一次回风混合点的位置C点可由混合空气的焓值iC和NW连线的交点确定。

二次回风量G2可由下式计算：

式中，G1和G2分别表示一次回风和二次回风量的大小，kg/s。

⑤系统所消耗的冷量QZ为：

分析二次回风系统所需的冷量，可以证明它是由室内冷负荷和新风冷负荷构成的，如果与相同条件的一次回风系统相比较，不会出现冷热抵消现象，节省了再热器的冷负荷。

3.二次回风空调系统冬季调节过程　二次回风冬季调节过程和一次回风类似，只是由于采用车间回风提高送风状态点，节约了再热量，特别适合于送风量较大，造成车间温度偏低，相对湿度较大的情况，至于需要再热的车间，也可以采用二次回风混合后再进行再热，达到车间需要的送风状态点。

4.二次回风系统在纺织空调中的应用及节能分析

（1）二次回风的应用和节能性。二次回风可以作为一次回风的补充形式存在，它使纺织厂的温湿度调节更为方便。当车间排风量大于计算的理论送风量时，为保证车间正压，可采用二次回风的方式；此时由于车间的空调负荷较小，通过喷水室的空气量可适当减少，使得整个喷水室的阻力降低，空调主风机的压头可降低，从而节约送风机能耗。这种情况特别适合于清花、梳棉等除尘排风量大的车间。

对于精梳、并粗等要求相对湿度偏低的车间，可以采用二次回风的方式升高车间温度，降低车间的相对湿度。这时仅有部分回风和室外新风混合后进入空调喷水室进行处理，其余回风可以直接绕过喷水室与处理后的空气进行二次混合，经风机送入车间，以达到温湿度更加均匀的目的。这样做的结果是，一方面便于车间的温湿度调节，节约了再热量；另一方面，由于通过喷水室的风量减少，系统阻力减少，对节约能源有利。近年来布机车间实行“大小环境”分区空调的方式，均采用二次回风的方法来调节“大小环境”的送风状态点，从而实现车间工作区和布机布面不同温湿度的要求。在保证布机生产要求相对湿度，改善工人操作区卫生条件的同时，节约送风量，降低系统能耗。

（2）二次回风系统工程实例。图3-25所示为采用二次回风的多风机空调室平面布置图。

1—回风机　2—集尘器　3—圆盘过滤器　4—喷淋泵　5—水过滤器　6—整流器　7—喷排8—挡水板　9—综合配电柜　10—密封门　11—检查门　12—调节窗　13—固定窗

从图3-25中可以看出，车间回风通过地下风道送入回风室，经圆盘过滤器3在回风机1的作用下，根据不同季节的需要部分通过调节窗排除，其余一部分以一次回风形式进入回风室，与新风混合后经空调喷水室处理。部分二次回风再与经喷水室处理过的露点空气混合，以达到缩小送风温差、增大换气次数的目的，最终通过二层主风道的送风机送入车间。其中，一、二次回风的需要量视季节的变化而变化，采用回风窗和新风窗开启的大小程度来完成。