赵楠楠’ 刘艳杰’周义德’吴腾飞
1.中原工学院信息商务学院 2.中原工学院
摘要: 分析分散式供冷设计在纺织厂应用中的优越性。通过工程实例就相同规模的纺纱车间，分别采用空调室设置制冷机的分散式供冷设计与传统集中式供冷设计两种模式，从供冷方式的设备配备、装机功率、运行能耗和系统总投资等方面进行对比。分析得出对于全面供冷的大型纺织车间，采用分散式供冷方式，可比采用集中式供冷减少装机功率6. 66%，减少运行能耗12. 05%，节约制冷系统总投资16.9 9%。认为:对于大型纺织项目，用冷部位多而分散，宜采用分散式供冷的方式；对于规模较小，制冷量较小且相对集中的纺织企业，宜采用部分集中设置制冷站供冷的方式，也可采用全厂综合动力站集中供冷的方式。 关键词; 纺织企业: 制冷站; 集中式供冷 ;分散式供冷 ;供冷方式: 装机功率: 运行能耗
随着纺织产品往高档面料方向发展，纺织工艺和员工对车间环境的要求越来越高。生产车间因温湿度不适宜造成的产品质量隐患也越来越被重视，特别是随着“一带一路”国家战略的实施，我国纺织企业走出国门发展，对接国际工作环境标准要求，企业采用人工制冷的情况也越来越普遍。根据纺织企业供冷的特点，设计上通常采用集中制冷站对全厂各车间进行供冷，或在各车间附房分别设置制冷站就近供冷两种方式。前者可使用大型冷冻机组，便于设备集中管理和有效调节制冷机负荷，而后者可减少冷冻水输送距离，降低冷冻水泵运行费用，降低工程造价。随着制冷技术的发展和纺织厂用冷要求的提高，近期有较多纺织企业采用了分散供冷的方式。国家标准GB50481-2017《纺织厂设计规范》修订版也要求，对于大型纺织工厂宜采用两侧附房设置制冷站分散供冷的方式。本文结合现代制冷技术的发展和纺织工厂的实际生产情况，以实际工程为例，对采用每个空调室设置制冷机的分散式供冷方式，与车间外设置集中式供冷站的方式进行综合比较，分析两种供冷方式投资和运行费用，为纺织企业进行制冷方案设计选型提供参考。 1. 供冷方式介绍 1. I 集中式供冷 通过设在集中冷冻站的冷源向一个较大范围供冷的方式称为集中式供冷。纺织厂集中式供冷为全厂设置一个集中式制冷冷冻站， 设置在厂区的综合动力站房，采用大型螺杆式或离心式制冷机组，向全厂各用冷车间的空调室进行供冷，厂区冷冻水管道采用枝状布置。制冷站通过制冷机生产合适温度的冷冻水，由厂区管网送至各车间空调室，冷冻水经空调室喷淋后温度升高的冷冻回水，由各空调室采用重力回水的方式集中回至冷冻站回水池。 这种系统的优点是:全厂设置集中冷冻站房，采用大型制冷机组，机组综合能效比较高；站房集中设置，设备台数少，故障率低，便于生产管理和冷源的统一调配。 缺点: 是供冷管道距离长。管道沿程和局部阻力损失大，冷冻水泵扬程高一般超过(28m)，系统冷量损失大，运行费用高；冷冻水回水采用重力回水，回水距离长，由于回水坡度设计的要求，冷冻站回水池掩埋较深，冷冻水泵设置在地下室，容易水淹。厂区管网平衡困难，土方工程量大，土建投资大。
1.2 分散式供冷 纺织厂分散式供冷采用在车间辅房空调空内设置制冷机组，每个制冷机組单独承担该空调室的供冷需要，或者1套一2套空调室采用一个制冷机组，直接向附近空调室供冷。分散式供冷机组采用小型制冷机组，供冷管道在空调室内架空敷设，冷冻水泵直接抽吸空调室回水池的空调回水，经制冷机组制冷后直接送空调室喷淋。系统示意图见图2.、
这种系统的优点是:实现就近负荷中心供冷，冷冻水供回水距离短，冷量损失小，工程造价低；冷冻水管道沿程和局部压力损失小，冷冻水泵扬程低(一般不超过18m),运行费用低；冷冻水泵设置在地面以上，不会被水淹没。 表1 空调室制冷装置配置表
2.3 分散式供冷设计的运行情况 该项目4个车间于2014年建成投产，2015年在运行中对该系统进行检测，测试时两车间均满负荷生产。室外干球温度32℃, 室外湿球温度26.6℃室外相对湿度70%，各工序温温度状况及主要空调设备运行参数见表2. 表2 空调制冷运行参数表
2.4集中式供冷系统设计 以该项目同等规模4#车间采用集中式制冷站供冷系统为例，两个车间设备配台、空调系统设计相同，4#车间采用厂区集中式制冷站房，集中供冷系统示意图见图1.集中制冷站设计两台离心式制冷机组，按照制冷机组的要求配备冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔等设备。站房设置在厂区综合动力站房内，站房距离车间最近空调室140m，最远空调室420m，空调供水采用厂区冷冻水管网枝状布置，空调回水采用重力回水的方式。根据管网平衡和下穿厂区道路的要求，车间最远端回水管排出车间标高为-0.9m。厂区回水设计坡度0. 005，最远点回水距离420m，到达冷冻站回水管标高相对车间标高为-3.0m，冷冻站回水池水面标高-3.5m，冷冻水泵中心安装标高-5.6m，蒸发器运行阻力7.6x104Pa。冷却塔设置在冷冻站屋顶，冷却塔水面至喷淋水管高度3.6m， 布水压力5x104Pa.冷凝器运行阻力8.2x104pa. 按上述参数要求配套冷冻水原和冷却水泵。并和分散式供冷系统在相同条件和相同时间进行运行测试，由于两车间末瑞空调系统相同，只用测试冷冻系统主要运行参数即可。有关集中式冷冻站的主要设备配备及运行参数见表3. 表3 集中式制冷站主要设备配备及运行参数表
注: 表中总运行功率是在相同室外气象参数条件下，维持两车间基本相同的温湿度条件，调节集中式制冷站实际制冷量近似于分散式机组制冷量之和约为4680kw的条件下，测量制冷机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔实耗功率得出。 2.5 两种供冷方式经济性比较 由于两种供冷方式在空调室均采用循环水泵喷淋，冷冻水泵均不考虑喷淋室喷水压力，两者末瑞空调系统配置相同。因此只比较两种情况下制冷机、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、输送管网的能耗情况及制冷设备和管网的投资。两种方式经济性比较如下。
可以看出，采用集中式制冷站房设备台数少，管理较为方便，制冷量调配较为方便，但制冷系统总投资比分散式投资16.99％，制冷系统装机功率比分散式大6.66%，.由于冷冻水输送距离长，冷量输送费用高，管道冷量损失大，运行费用比分散式大12.05%。造成这种情况的原因主要有以下儿点: (1)由于纺织企业规模越来越大，同一项目中间可能有多个生产车间，各车间用冷部位增多，传统的中央制冷站管网输送距离长，冷冻水输送过程压力损失高，冷量损失大，较好的区域集中供冷系统，管道散热冷损失占制冷量的3%-5%， 厂区管网的平衡越来越困难，造成管网沿程和局部阻力损失增加，加大了集中式供冷的冷量输送成本。 集中式供冷由于两台或两台以上制冷机并联运行，冷却水系统和冷冻水系统水泵均需并联运行，由于集中式供冷冷冻水系统最不利的因素是环路沿程和局部阻力损失大，系统运行压力大，而并联运行的水泵又不适用于高阻力管道系统，造成并联损失大，水泵运行效率降低，再加上管路长，阻力计算不准确，造成水泵扬程选择偏大，增加运行费用。大型集中式冷冻站方式已经不能满足现代纺织企业的生产要求。 (2)螺杆制冷机组的设计水平提高。与离心机相比，它体积小、可靠性高，在部分负荷时效率高，不易发生喘振，而且运行寿命长。小型螺杆式制冷机组在部分负荷情况下能效比大幅度提高，已和大型离心机组不相上下，大型机组比小型机组能效比高的优势在降低，这给采用分散式供冷提供了技术保障。 (3)空调系统自动控制系统的选用。传统的纺织厂集中式冷冻站运行管理一般由值班操作人员根据冷冻水回水温度，来开启冷冻机的台数。冷冻机的开关机、加减载数量一般取决于值班操作人员的经验。由于值班技术人员技术、经验参差不齐，导致空调制冷系统多数在大于实际需要负荷的情况下运行，运转能耗高。 以纺织厂集中式冷冻站为例，首先由于不能及时根据需要制冷量调节制冷机负荷，制冷机运行负荷大多大于实际需求，造成能源浪费。其次冷水机组运行台数的加载及减载，操作人员要根据冷水机组的类型，各种机组在各种负荷状态下的能效比，并结合配套的水泵、冷却塔等附属的耗能设备综合比较选择加载减载冷水机组的台数。实际操作中基本没有考虑到这些问题，造成系统综合耗能较高。再次是集中式供冷冷却水泵般均按最大负荷制冷量配备，实际上制冷机制冷量多在部分负荷下运行，水系不能实现变流量控制，不能根据实际的负荷进行调整，很大部分能源损耗在输送管路系统上。纺织厂采用空调冷源系统自动控制系统，可以通过优化设定的控制策略降低系统能耗。空调系统集中控制要求制冷机组制冷量快速适应车间冷负荷的变化规律。分散式供冷输送距离很短，冷量损失小，机组应变能力强，可以快速根据冷冻回水的温度变化调节制冷量，实现节能的目的。 (4)集中式供冷需要专门设计冷冻站房，冷冻回水池和厂区冷冻水管网系统。厂区管网由于下穿道路、管道平衡、管道保温和回水坡度的要求，冷冻站回水池下沉较深，结构复杂，再加上厂区管网的工程费用，与分散式供冷相比造成土建工程量大，基建投资增加。 (5)对于不采用常年供冷的纺织企业，由于地理位置的区别，清棉和络简车间空调多数不采用人工制冷，在这种情况下，宜采用在车间两侧附房设置半集中式制冷站的方式。 综上所述，对于项目规模大，车间数量多，每个空调室均需要供冷的情况下，宜采用分散式供冷为宜。对于企业规模小，车间数量少，只有部分空调室需要供冷的车间(如细纱、精井粗车间等)可采用集中式或半集中式制冷站供冷。 3 结论 经过上述比较分析可知，对于大型纺织项目，由于车间数量多、用冷部位多、厂区输送冷冻水距离长、冷量损失大，宜采用分散式供冷的方式。 分散式供冷方式具有响应快、调节灵活、冷量损失小，适用于采用自动控制空调系统的场所。 同等规模的大型纺织车间，采用分散式供冷的方式，可以比采用集中式供冷的方式节约投资16.66%，节省装机功率6.66%，节省运行费用12.05%。以本项目为例，每年工作按8000h计算，可节约用电1.1748×106Kw.h。
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