湿式喷漆室循环风空调的节能探讨

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摘 要：本文主要介绍湿式喷漆室循环风的设计原理和基本结构组成。通过理论分析与工程实际案例的应用对比，探讨循环风空调使用的节能方式及意义，实现涂装车间的节能降耗目标。对其它汽车厂涂装车间的新建、改造或生产线的能耗分析具有一定的指导意义。

关键词：湿式喷漆室;循环风空调;节能

0 引言

随着汽车行业竞争的日益加剧，节能降耗及控制成本是各汽车制造厂增效、创收的主要手段。在汽车制造的四大工艺中，涂装工艺是整个工厂的能耗大户，涂装车间的能耗成本占整车能耗成本的70%以上，而在涂装车间，又属湿式喷漆室的能耗最大。据统计喷漆室空调是汽车车身涂装车间能耗最大的设备，占涂装车间总能耗的40%左右[1]，因此空调送排风系统的节能降耗至关重要。

近年来，越来越多的汽车涂装车间采用循环风空调技术。一方面，循环风空调入口回风的温湿度比车间外界空气更加接近工艺控制目标要求的温湿度，可以节省能源消耗;另一方面，循环风空调可以减少喷漆室的废气排放总量，提高废气的VOC浓度，节省废气处理设备的投资成本。

本文以工程案例A为基础，分析涂装车间循环风空调的设计原理，进行理论的节能效果分析，并与同产能未采用循环风空调的工程案例B的进行能耗对比，探讨循环风空调应用的实际节能效果及意义。

1 循环风空调系统的应用基础

1.1 喷漆室及循环风空调系统概述

喷漆室一般采用上送风下排风的结构形式，空调系统将温湿度和洁净度都满足要求并带有一定沉降风速的空气经均压室处理后送入喷漆室，经过喷漆室下部的文丘里漆雾处理系统分离后，进入烟囱高空排放。

传统湿式文丘里的喷漆线，大多数采用全新风的集中式空调送风，涂装喷漆线一般采用全新风空调送风，回用风一般仅应用流平室的回风，经一次循环后排放。但随着石灰粉和干式纸盒等干式喷房技术的日趋成熟，机器人喷涂应用技术日趋广泛，越来越多的喷漆线的内喷段和外喷段均采用机器人喷涂。因此干式喷漆室可以全线采用循环风空调送风，只有人工检查段采用全新风空调送风。

随着技术的发展及节能的需求，近年来开始有部分的传统湿式文丘里的喷涂线开始使用与干式喷漆室一样的全循环风空调送风，也形成了其特有的循环风空调的送风模式及构成。

1.2 循环风空调的运行模式及系统构成

循环风空调运行的模式是将人工段的排风经循环风空调回用至机器人段，机器人段的排风经循环风空调自循环至机器人段，排风可多次循环使用，循环风比例大大提高。但是提高循环比例的同时，需确保涂装作业人员的职业健康安全和消防安全，人工操作区的VOC含量要求控制在卫生许可浓度以内，操作间VOC含量應维持在可燃气体爆炸下限浓度的25%以下[2]，因此，循环风空调的循环风量及循环次数，补新风量必须经过严格的计算确定。

新风空调功能段：进风段（直燃加热段）-初效过滤段-表冷段-加湿段-二次加热段-风机段-消音段-中效过滤段-均流段-出风段。

根据理论分析和实际生产测试得出，喷漆室排风经湿式文丘里处理的过程可近似认为等焓加湿过程，其空气相对湿度到达95%左右，趋于饱和状态，温度降低2℃左右。因此循环风空调只需对回风进行表冷除湿和适当升温即可满足温湿度要求。

基于上述分析，循环风空调的系统组成如下：

循环风空调功能段：回风段-初效过滤段-中效过滤段-表冷段-加热段-出风段。

由于循环风的进风空气温湿度接近于生产所需，仅需进行除湿及调温即可，因此循环风空调的功能与新风空调相比减少了一次加热、加湿段、风机段，结构更加简单，占地更小，可快速调整满足工艺控制的温湿度要求，实现节能降耗。

2 循环风空调设计原理

工程案例A概况：

涂装工艺：3C1B，中涂和色漆为水性漆，清漆为溶剂型漆;

生产纲领：60JPH;

年时基数：250天;

设计生产时间：三班生产，21.5小时。

工程案例A的喷漆室按双线规划布置，每条喷漆室设置2台新鲜风空调和2台循环风空调，双线共设置8台工艺送风空调。以其中一条线为例，根据风量计算公式Q=LxWxVx3600m3/h，（L：喷漆室长度m;W：喷漆室宽度m;V：垂直断面风速m/s）计算出各功能段的风量分配如表1所示。

根据风量分配计算得出：一条喷漆线的总风量为64.04万m3/h，循环风量25.98万m3/h，循环比为41%。

循环风设计方案是将喷漆线人工段的排风经循环风空调调整至满足工艺要求的状态后回用至机器人段，最后再通过烟囱排放，通过风量匹配达到一个稳定的风平衡状态，中涂及色漆线、清漆线的循环风设计原理分别如图1和图2所示。

3 空调的能源耗能对比分析

3.1 循环风涂装车间的空调能耗分析

查询工程案例A所在地的外界气候天气参数如下：

冬季：干球温度2℃，相对湿度75%;

夏季：干球温度34.5℃，湿球温度27.1℃;

喷漆室的送风要求：温度25℃±1℃，相对湿度65%±5%。

通过焓湿图查得初始温湿度和目标温湿度之间的焓差和含湿量差值，可计算出相应的热量、冷量和加湿水量的能耗值如表2所示。

热量计算公式：Z=cm△t：（c：比热容;m：质量;△t：温差）

3.2 全新风涂装车间的空调能耗分析

工程案例B概况：

涂装工艺：3C2B，色漆为水性漆，中涂和清漆为溶剂型漆;

生产纲领：60JPH;

年时基数：250天;

设计生产时间：三班生产，21.5小时。

工程案例B的采用中涂单线、色漆喷漆室双线的设计，全新风空调供风，共设置8台全新风的工艺空调，通过设计计算得出各段的风量分配如表3所示。

A和B的地理位置相同，因此外界气象参数一致，喷漆室的送风要求同样为温度25℃±1℃，相对湿度65%±5%。通过焓湿图查得初始温湿度和目标温湿度之间的焓差和含湿量差值，经公式可计算出相应的热量、冷量和加湿水量的能耗值如表4所示。

3.3 循环风和全新风涂装车间的空调能耗对比

3.3.1 理论能耗对比

由于A和B两个涂装车间的空调外界气象条件一致，工艺控制要求一致，因此理论上单位新风风量调控所需的能耗是一致的，空调总能耗差异与风量及空调是否使用循环风有关，两种不同形式空调的能效情况最终以单位风量的能耗数据进行理论对比，对比数据如表5所示。

通过表5可以得出，采用循环风空调的A涂装车间1万风量每小时可节约天然气2.82立方，制冷量29.38KW，补水量49.35L，折合为单台能耗成本理论可节约26.9元/台。

同时，实际跟踪A车间及B车间的运行效果情况对比，A车间喷漆线的单台能耗成本比B车间的喷漆线的单台成本低23元。由于理论对比数据为满负荷生产状态下的理想数据，而生产线由于生产线故障、产量差异、生产时间变化、室外天气与理论外界条件的差异等等客观影响因素，实际数据会比理论数据存在一定的偏差，基于偏差值在15%以内，可以认定是与理论计算相符的。

通過工程案例的理论数据分析及实际能耗效果验证充分证明了循环风空调技术在湿式喷漆室中应用可以实现有效的节能，是一项可以推广应用的节能技术。

4 结束语

在国家节能环保要求越来越高的大背景下，汽车制造企业通过节能技术创新应用实现降本增效是势在必行的，对于涂装工艺中能耗占比较大的喷漆线的节能技术创新就更为重要，通过对湿式喷漆室循环风的空调结构及循环风设计原理的探讨，从工程实例的理论分析及节能效果的对比结果，可以看出循环风空调节能技术对湿式喷漆室的节能降耗效果非常明显，对现有新、改、扩建生产线的节能改造具有指导意义。但是对于未来不断发展的涂装喷漆工艺技术，可以深入研究的节能应用方向还很多，比如无过喷技术下的低风速运行、干式喷漆室的油漆再利用等等，这都将需要我们持续以恒的研究探讨。

参考文献：

[1]赵绪亚，邢汶平，李静.喷漆室循环风空调系统的设计[J].探讨汽车实用技术，2017（11）：69.

[2]董丹义.汽车涂装喷漆室循环风技术及应用[J]汽车材料与涂装，2018（13）：185.

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