喷漆室循环风空调系统的设计探讨.pdf

10.16638/ki.1671-7988.2017.11.025 10.16638/ki.1671-7988.2017.11.025 喷漆室循环风空调系统的设计探讨 赵绪亚，邢汶平，李静 （安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601） 摘 要：文章首先论述了循环风空调对于汽车涂装降低能耗的重要性以及循环风空调系统的构成，阐述了在循环风 空调系统设计过程中新风、循环风比例的要求与计算方法，并对循环风空调冷热量参数的计算做了介绍。 关键词：喷漆室；循环风；空调；降低能耗 中图分类号：U463.85+1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)11-69-03 Design of circulating air conditioning system in spray booth Zhao Xuya, Xing Wenping, Li Jing ( Anhui Jianghuai Automobile Group Limited by Share Ltd, Anhui Hefei 230601 ) Abstract: This article firstly presents the importance of the RAU in the paintshop of car to reduce energy consumption and the composition of RAU, describes requirements and computing method of fresh air and recirculatal air in the design process of the RAU system, finally introduces the computing process for the cooling/heating parameter of the RAU. Keywords: Booth; Recirculating air; air conditioning units; reducing energy consumption CLC NO.: U463.85+1 Document Code: A Article ID: 1671- 7988 (2017)11- 69- 03 引言 空调送风系统广泛应用于现代汽车涂装生产线，是涂装 生产线必不可少的系统组成部分，该系统对保证涂漆区域的 作业环境、保证涂装质量具有重要的作用。但因空调送风需 要调温调湿，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，可见降低喷漆空 调的能耗对降低整个汽车生产成本具有积极的意义。 目前大部分汽车涂装生产线使用的空调送排风系统仍然 为全新风空调，所送新风经过调温调湿后，经喷漆室后通过 排风通道进入烟囱，能耗很大。循环风空调即是针对高能耗 的全新风空调所做的创新，已在国内少部分汽车涂装生产线 上得到应用，据统计，可节约涂装总能源成本的 20%左右。 循环风空调是指在喷漆室排风经循环风空调机组调温调 湿过滤后，再循环送入喷漆室，因进入循环风空调进出口的 温差几乎为零，所以能大幅地降低调温的能耗。本文就我司 新港卡车基地项目车身涂装车间的湿式喷漆室循环风空调的 设计进行探讨。 1 喷漆室循环风空调设计思路 喷漆室配置空调送风系统的目的是及时排除喷涂时产生 的未附着在被涂物上的飞散漆雾和溶剂，防止飞散的漆雾再 掉落在新喷涂的工件表面上和防止溶剂（VOC）浓度超标， 产生安全问题，并为喷漆作业创造最佳的作业环境。 1.1 基本参数 在汽车涂装场合中，色漆、罩光漆喷漆作业必须在配置 空调供风装置的洁净的喷漆室中进行，其风源是室外的新鲜 空气，受室外气温的变动，新鲜空气空调冬季需加热升温， 夏季需冷却降温，确保色漆、罩光漆涂料的最佳喷漆作业环 境（温度 232，相对湿度 60%- 70%） 。合肥地区多年统计 气象条件为：夏季最高 36，冬季最低- 7，调温幅度越大， 能耗就越大（见表 1） 。 作者简介：赵绪亚，作者简介：赵绪亚，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。 赵绪亚赵绪亚 等：喷漆室循环风空调系统的设计探讨等：喷漆室循环风空调系统的设计探讨 70 2017 年第 11 期2017 年第 11 期 表 1 喷漆室空调供新鲜空气调温所需能耗 1 注：1）能耗按 1 万 m3/h 风量计算； 2）CO2排除系数 0.555kg/(kwh)； 3）Q=CMt； 4）本表中空气按理想气体计。 中涂、底色漆实现水性化后，对于作业环境的温湿度要 求进一步提高，空调加热和冷却的能耗进一步增大，与采用 原有的有机溶剂型涂料相比，上升约 1.6 倍。 采用循环风空调，排风在喷漆室体系内循环代替（或局 部代替）新鲜空气供风量，因其温差一般在2，能大幅地 降低调温的能耗。 从职业安全卫生角度角度考虑：喷漆室排风经循环风空 调处理后主要供给自动静电喷漆区段；新鲜风空调供给手工 喷涂区段或人员经常出入的工作段。 1.2 空调循环风送风分区确定 在新港卡车基地项目中喷漆线包括色漆喷漆室和罩光漆 喷漆室两部分，平面布置见下图 2。根据上述风量分配原则， 初步确定：色漆喷漆室离子风、气封、BC2 内喷机器人轨道、 人工检查 1 段、人工检查 2 段、洁净间工段送新风，其余各 段送循环风。罩光喷漆室气封、人工检查 1 段、CC 内喷机 器人轨道、人工检查 2 段送新风，其余各段送循环风。 图 1 喷漆室平面布置图 1.3 空调系统基本结构 循环风空调送排风系统按功能包括送风空调、混风箱、 回风管、 排风管 （风道） 、 排风机。 送风空调一般包括进风段、 两个初效过滤段、表冷段、加热段和风机送风段，详见图 2。 图 2 循环风空调分段图 在喷漆室文丘里水槽下方设置不锈钢混风箱，喷漆室排 风（含循环风、新风）通过风管进入混风箱进行充分混合， 其中大部分 （按比例） 通过回风管路进入循环风空调进风段， 小部分混合风（按比例）进入废气处理装置处理后通过烟囱 排出。 2 湿式喷漆室循环风空调设计计算 循环风与全新风对比， 喷漆室排风中含有漆雾、 颗粒物、 有机溶剂气体（VOC）等污染物。经湿式漆雾捕集装置及二 次过滤材料后，基本上除掉排风中的漆雾及颗粒物（除尘率 可达 98%- 99%，颗粒含量3mg/m3） ，但 VOC 几乎除不掉， 同时排风的湿度很大（90%） ，需经再除湿后才可满足喷漆 室所需的工艺条件。因此如何控制循环风的 VOC 浓度及循 环风除湿是整个循环风空调设计的关键。 2.1 新风、循环风比例的计算 喷漆室排风中的 VOC 含量是决定排风可循环利用（或 排风利用率）的关键因素，确保喷漆作业的人身安全和消防 安全，必须严控喷漆作业工位空气的 VOC 含量。可理解为： 有人操作的作业区 VOC 含量应维持在卫生许可浓度以内， 自动作业区（无人区）VOC 含量应维持在消防浓度以下（即 可燃气体爆炸下限浓度的 25%以下） 。以涂装常用的正丁醇、 醋酸乙酯、二甲苯等 3 种溶剂为代表，其爆炸浓度和卫生许 可浓度见表 2，其平均爆炸下限浓度为(51+80.4+130)/3 =87.1 g/m3，消防安全浓度为 87.1/4=21.78g/m3，卫生许可浓度为 (0.20+0.20+0.05)/3=0.15mg/L。 表 2 涂装常用有机溶剂的特性 因此，喷漆室循环风比例与单位时间内喷涂的涂料量、 涂料类型、涂料施工固体含量（或 VOC 含量） 、涂装方法及 涂着效率等因素有关。喷漆室的空调的送排风风量由喷漆作 业面积（喷漆室喷涂区段的长度宽度）和风速设计选定， 基本是定值，因而，产能越大，单位时间的喷漆量越大，涂 料的 VOC 含量越高，排风循环利用率越低。采用水性涂料 （见表 3）的场合，排风循环利用率可明显提高。以金属底 色漆为例， 现有溶剂型 VOC 含量为 80%， 而水性底色漆 VOC 含量为 10- 15%。 表 3 汽车用中涂、面漆的固体含量和 VOC 含量 因本项目采用水性漆工艺及全机器人喷涂方式，故确定 自动段采用循环风， 其余各段因人员经常出入全部采用新风。 汽车实用技术汽车实用技术 71 2017 年第 11 期2017 年第 11 期 然后，计算各工作段所需风量及新风比例是否满足要求。各 工作段所需送风量按下式计算：Q=3600Sv 式中：Q 为送风量（m3/h） 。 S 为作业段的地坪面积（m2） 。 v 为垂直于地坪的空气流速（m/s)。 经计算后单条色漆喷漆室所需送新风量之和为 60000 m3/h，参与循环风总量为 240000 m3/h。色漆喷漆室空调循环 风利用率为： （240000- 60000）/240000100%=75% ，新风 比例为 1- 75%=25%，符合爆炸极限的要求。单条罩光漆喷漆 室所需送新风量之和为 56000 m3/h，参与循环风总量为 190000 m3/h。罩光漆喷漆室空调循环风利用率为： （190000- 56000） /190000100%=70.5%， 新风比例为 1- 70.5%=29.5%， 符合爆炸极限的要求。 2.2 循环风空调冷热量参数的计算 在往常新风空调制冷机组设计过程中，冷热量根据空气 焓湿图进行计算，依据当地夏天及冬天国家标准测定的设计 气象条件进行计算。下面分别针对新风空调和循环风空调的 冷热量需求进行计算。 2.2.1 新风空调制冷量及加热量的计算 图 3 空气变化曲线 表 4 夏季降温除湿各过程空气参数表 空调进风条件：将干球温度 35，湿球温度 28.2，送 风要求：温度 24，相对湿度 65%。调节过程是表冷器将空 气降温，气温低于当时空气的露点温度，析出冷凝水，继续 降温除湿至湿度绝对含湿量符合送风要求，再二次升温实现 送风的温湿度要求，空气变化曲线见图 3，起点 A- B- C- D,其 中 A- B 为降温过程，B- C 为除湿过程，C- D 为升温过程。其 中各点对应的空气参数值见表 4。 2.2.2 循环风空调制冷量及加热量的计算 经过湿式文丘里漆雾捕捉后排风温度下降，湿度上升， 因此循环风空调进风条件一般为：温度 212，相对湿度 95%5%，送风要求：温度 24，相对湿度 65%。空调调节 过程是表冷器将空气降温，气温低于当时空气的露点温度， 析出冷凝水，继续降温除湿，继续降温除湿至湿度绝对含湿 量符合送风要求，再二次升温实现送风的温湿度要求。根据 晗湿图确定目标点及查询相关计算参数，a- b 为降温除湿过 程，b- c 为升温过程。详细计算过程见表 5。 表 5 夏季降温除湿各过程空气参数表 经以上方法计算后，结合空调送风风量，最终得出空调 的所需制冷量和二次加热量。 3 结论 根据上文的计算可以得出循环风空调系统与全新风空调 系统相比，能较大幅度地降低能耗和削减 CO2的排放量，尤 其是在室外气温与喷漆室的工艺温度 （232） 相差较大的 季节和地区，节能效果更显著，如夏季极限温度下，制冷量 需求循环风空调比全新风空调低了 80%。因此循环风空调具 有高效节能的特点，将会在涂装行业得到广泛应用。 参考文献 1 王锡春 喷漆室排风循环利用的技术分析谈喷漆室节能减排 技术 现代涂料与涂装第 16 卷第 12 期 p13- 22.