烟叶醇化库室内环境控制策略研究

摘 要：介绍了湖北恩施某烟叶醇化库控温除湿系统设计，针对系统调试过程中遇到的实际工程问题，提出了两套整改方案以及在两套整改方案下控温除湿系统的运行策略，并从实施难易程度、整改成本以及后期运营维护等方面进行评价。根据现场测试结果及研究发现，当控温除湿系统再热能力不足时，在低温高湿工况下，采用制冷除湿模式将无法有效降低空气相对湿度。两种整改方案相比较，增设电加热装置实施更容易，但对不同工况适应性相对较差，后期运行费用较高；采用热泵型风冷除湿机组实施难度大、费用高，周期较长，但能更好地适应不同工况，同时节能高效，后期运营费用低。

关键词：烟叶醇化库；控温除湿系统；系统调试；运行策略

中图分类号：TS44+4    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2024）03-0049-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.03.013

0    引言

烟叶醇化库作为烟叶发酵的场所，其室内的温湿度环境对烟叶发酵的过程有着明显的影响[1]，温度过高或过低，均不利于烟叶发酵，同时还会带来虫害、霉变等问题。相关研究表明，当相对湿度超过70%时，烟叶极易产生霉变[2]，影响烟叶质量，造成损耗。

本文的研究对象为位于恩施地区的某卷烟厂烟叶醇化库，根据该实际工程案例中出现的问题，进行分析总结，探讨烟叶醇化库适宜的室内环境控制方案。

1    工程概况

该烟叶醇化库地上5层，建筑高度为22.8 m（屋面完成面至室外地面），总建筑面积33 252 m2，共分为3个存储单元，每个存储单元有1～5层5个库房，每个存储单元的通风空调系统独立设置。

1.1    室内设计参数

烟叶醇化及养护环境由库内控温除湿系统及帐幕内“四位一体烟叶养护系统”共同完成，当需要对烟叶进行杀虫、气调等工艺处理时，通过帐幕对相应的烟叶堆垛进行密封围合，帐幕内的环境通过独立的烟叶堆垛专用除湿机组、制氮机组、通风系统进行控制，库房内的环境参数仅满足烟叶常规的醇化环境要求即可。根据YC/T 205—2017《烟草及烟草制品 仓库 设计规范》[3]，库房全年温度控制范围：10～30 ℃，相对湿度控制范围：≤65%。

1.2    通风空调设备配置

根据库房的使用性质，室内无固定的工作人员，仅偶尔仓储转运时有工作人员，烟叶醇化时间一般为1～3年，仓库周转时间较长，工作人员少，同时為防止虫害，库房内门、窗（设有窗帘）正常情况下为关闭状态，烟叶发酵过程有少量发热，且大部分时间在帐幕内进行，在研究时可近似按照无内热源、无内部散湿考虑。因此，烟叶醇化库室内空调负荷主要考虑围护结构负荷、新风负荷、渗透风负荷。通风空调系统配置按照YC/T 205—2017《烟草及烟草制品 仓库 设计规范》[3]、GB 50019—2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》执行。

1.2.1    控温除湿系统

每个存储单元竖向共5层共用一套独立的控温除湿系统，每套系统设置一台大型风冷调温型除湿机组，机组含风冷冷凝段、混风段、初效过滤段、一级直接蒸发盘管段、深度除湿段、冷凝再热段、风机送风段，风机变频，送风量根据末端负荷自动调整。机组主要参数如表1所示。

风冷调温型除湿机组设于库房屋面，送/回风干管通过竖井通至各层库房，库房内风系统采用上送风、上回风，各层库房送/回风干管均设置电动风阀，空调送风口均匀布置，避免气流死角。每个存储单元各楼层库房内均设置温湿度监控系统，当库房内温湿度传感器反馈的信号显示需要进行除湿控温时，开启对应的电动风阀及除湿机组。

1.2.2    通风系统

通风系统的运行能耗相对空调系统要低，当室外环境参数适宜时，可以通过通风系统对室内环境进行一定程度的控制。醇化库内设置有自然通风窗及机械通风系统，机械通风系统与库房内机械排烟系统共用风机及管道，机械通风换气次数不小于2次/h。

2    出现的问题及原因分析

2021年3月，本项目机电系统组装完毕，进行调试，此时恩施地区正处于初春季节，气温较低，雨水较多，室外环境为典型的低温高湿环境。

2.1    空调系统调试过程中出现的问题

调试期间，室内与室外环境参数基本一致，白天平均温度为15 ℃左右，相对湿度在70%以上。在调试过程中发现，开启除湿机后，始终无法使室内温湿度达到设计要求，以3月24日现场测试数据为例：开启除湿机组前库内温度为15.7 ℃，相对湿度74.2%，运转除湿机一段时间后，库内温度为13.5 ℃，相对湿度76.8%。同时，由于除湿机组回风温度过低，制冷剂无法在蒸发器中顺利地吸热蒸发，制冷剂循环无法正常进行，机组频繁出现故障。

2.2    原因分析

除湿机除湿原理为蒸发降温冷凝除湿，即当空气通过蒸发器时，将空气温度降至露点温度以下，空气中水蒸气凝结为液态水，此时空气含湿量降低，但相对湿度升高；随后空气通过冷凝再热段，温度升高，相对湿度降低。通过蒸发器后的空气状态点与蒸发器盘管温度、送风量、回风的温湿度有关，当空气含湿量下降至某一程度d时，除湿机将无法进一步降低空气含湿量，根据现场测试结果d≈7.35 g/kg。

根据3月24日现场测试数据查焓湿图，开启除湿机前空气含湿量为8.23 g/kg，开启除湿机后空气含湿量为7.38 g/kg，空气中水蒸气降低0.85 g/kg，证明除湿机实现了除湿功能，但是由于再热能力不足，室内空气温度由15.7 ℃降低至13.5 ℃，导致相对湿度反而增大2.6%至76.8%，偏离了设计要求的≤65%目标值。

综上分析可知，除湿机除湿效果达不到设计要求的根本原因在于再热能力不足，最大冷凝再热量仅为机组制冷量的30%，在低温高湿工况下，需要通过再热装置提高空气温度，从而达到降低相对湿度的效果。查焓湿图可知，当d=7.35 g/kg时，需保证室内温度在15 ℃以上，才能使室内相对湿度≤65%。

3    解决方案

根据以上分析结论，提出了两套解决方案。

3.1    方案一：增加电加热设备

降低空气相对湿度有两种思路：1）降低空气中的含湿量；2）提高空气温度。结合风冷调温型除湿机组的特点，在高温高湿工况下，开启除湿机组，关闭电加热即可达到除湿效果；在低温高湿工况下，除湿机已不能正常工作，此时需要提高室内温度，以达到降低相对湿度的效果。

因此，通过增加电加热设备，提高机组制热能力。恩施地区冬季空气调节室外计算温度为0.4 ℃，冬季工况需要维持室内温度在10 ℃以上，根据鸿业负荷计算结果，当室内外温差为9.6 ℃时，通过围护结构传热形成的负荷为77.02 kW。考虑极端天气影响，预留一定的冗余系数，每套机组需增加120 kW电加热装置。

由于调试时本项目电力系统施工已完成，若增加机组的配电功率，则电力系统改造实施难度大、费用高，因此电加热装置与除湿机组压缩机不可同时运行。综上，采用方案一进行改造后，控温除湿系统有两种运行模式，即降温除湿模式和电加热制热模式，其中降温除湿模式适用于高温工况，电加热模式适用于低温工况。控温除湿系统运行策略如表2所示。

3.2    方案二：采用带热回收的热泵型风冷除湿机组，并提高机组冷凝再热量

原除湿设备不具备制热功能，同时在降温除湿模式下运行时，冷凝再热量为89 kW，而制冷量为300 kW，不能满足在低温高湿工况下的运行需求。故方案二为更换机组，采用带热回收的热泵型风冷除湿机组，最大再热量理论上不小于机组制冷量，同时再热量可根据需要调节。由于采用热泵型机组，不会额外增加机组配电功率，对电力系统无影响。采用方案二进行改造后，控温除湿具备3种运行模式，即降温除湿模式、降温除湿+再热模式和制热模式。

降温除湿模式：库房内回风通过蒸发器进行热湿交换，此过程空气含湿量降低、温度下降。此运行模式适用于高温工况。

降温除湿+再热模式：回风通过蒸发器进行降温除湿过程后，再经过再热盘管进一步加热，此过程为等湿升温过程，空气含湿量不变而相对湿度下降。此运行模式适用于温度较低而湿度较高的工况。再热热源为经压缩机压缩后的一部分高温、高压冷媒，无须额外消耗能源，其工艺流程图如图1所示。

制熱模式：回风经过冷凝器进行热交换，此过程空调温度升高，含湿量不变，相对湿度降低。此运行模式适用于低温工况。

需根据不同的工况选择相应的运行模式，其中降温除湿+再热模式下再热热源无须额外消耗能源，同时空气在经过降温除湿后再热可以进一步降低相对湿度，此过程除湿效果好，可以有效缩短机组运行时间，降低总能耗，应优先采用。当采用带热回收的热泵型风冷除湿机组时，控温除湿系统运行策略如表3所示。

3.3    方案对比分析

方案一和方案二都考虑了配电条件，未增加机组总功率，不需要进行电力扩容。

从方案实施难易程度来看，方案一实施起来比较容易，只需在机组内部增设一套电加热装置即可，根据与厂家沟通，可以直接调配相关的配件进行现场组装，实施周期较短；方案二需要全面更换除湿机组，施工现场塔吊已经拆除，设备运输、吊装难度大，实施周期长。

从方案整改成本来看，方案一增加电加热设备及相关配件，造价低，实施简单，人工费用也少；方案二需要全面更换除湿机组，设备本身费用高，同时运输成本、安装成本也较高。

从后期运营维护来看，方案一采用电加热模式进行再热，制热能力有限，对不同工况的适应性较差，同时直接采用电加热能源利用率低，后期运行费用高；方案二采用热泵型机组，制热能力强，同时在制冷除湿工况下，机组再热性能高，充分利用了冷凝器余热，对不同工况的适应性更强，能效高，运行费用低。

4    辅助运行策略

除湿机组运行能耗较高，在烟叶醇化库日常管理中，应尽量利用建筑围护结构本身的保温特性，采用通风的方法，减少除湿机组的运行时间，降低能耗。

在夏季，当夜间气温下降，室外温湿度适宜时，开启通风设施，降低库房内温度；白天室外气温升高时，关闭库房通风设施。在冬季，当白天气温上升时，开启通风设施，提升库房内温度；夜间室外气温降低时，关闭库房通风设施。

5    结论

在调试过程中出现的除湿效果满足不了设计要求这一问题，其原因在于：受制冷剂蒸发温度的限制，在低温高湿环境下，风冷型除湿机组除湿能力受限，而再热能力不足，导致室内空气含湿量略有下降，温度降低，相对湿度反而增高。解决的办法在于提高机组制热能力。两种整改方案相比较，方案一实施起来更加容易，费用较省，实施周期短，但后期运营费用高、适应性相对较差；方案二实施难度大、费用高，但具备节能效果好，运营成本低，对不同工况适应性更强的优点。当条件允许时，在设计中应尽量考虑采用带热回收的热泵型除湿机组。同时，烟叶醇化库的控温除湿系统应尽量与通风系统相互配合运行，以减少运营费用。

[参考文献]

[1] 赖成连，张增基，赖荣华，等.仓储方式对初烤烟叶质量的影响[J].烟草科技，2008（11）：59-62.

[2] 王雪梅.探究初烤烟叶收储养护问题及其对策[J].农业与技术，2018，38（23）：24-25.

[3] 烟草及烟草制品 仓库 设计规范：YC/T 205—2017[S].

收稿日期：2023-11-01

作者简介：孙辉（1989—），男，湖北武汉人，工程师，研究方向：暖通设计。