涂装车间能耗分析与节能优化研究

涂装车间能耗分析与节能优化研究

薛晖 龚华伟 罗文平

上汽大通汽车有限公司无锡分公司 江苏省 214100

摘要：为解决汽车制造过程中涂装车间能耗高、波动性强的问题，本文以上汽大通多车型定制化生产为例，对涂装工艺中空调系统、喷房热管理、电泳循环等关键单元的能源使用特征进行分析，提出包括能级分区控制、智能联动启停、变频系统改造等多项节能优化措施。针对颜色多样化和节拍非均衡等工况，构建了以PLC为核心的信息化控制策略，实现了能源系统的动态响应与精细化管理。研究成果有效降低了单位能耗，提升了能源利用效率，以期为汽车行业涂装工艺节能改造及绿色制造转型提供可行性路径与技术支持。

关键词：涂装车间；能耗分析；节能优化

引言

汽车涂装车间作为制造流程中能源消耗占比最高的环节，其能效水平直接影响整车制造的经济性与环保性。随着多样化消费趋势的兴起，定制化生产模式在上汽大通等企业广泛应用，喷涂颜色种类显著增多，工艺节拍趋于复杂，对能耗系统的稳定性和调控能力提出了更高要求。实现工艺节能与智能管控的深度融合已成为制造系统升级的关键方向。

1.涂装车间现有能耗问题与改进动因

1.1 系统性能源浪费识别

涂装车间在非生产时段的能源管理存在显著缺陷，主要表现为空调系统、燃烧器及循环泵长期处于全功率待机状态，未实现按需启停逻辑控制。车间各工艺段运行状态缺乏统一调度机制，设备空转与能耗峰谷未有效匹配，导致整体能源利用率下降。部分区域未配备闭环能耗监测系统，能流路径模糊，造成能源分布失衡。在多车型、多颜色工艺交错下，能源管理系统未形成动态负载反馈，制约了智能节能控制策略的应用深度与响应效率。

1.2 重点耗能单元分析

喷涂及烘干工段为涂装车间能源消耗的核心区域，喷房空调系统长期以固定频率运行，无法根据实时车身进度与温湿需求调整输出。清洗喷房在高频色彩切换的背景下使用频繁，热风循环系统能耗负荷持续处于高位，能量回收效率偏低。RTO+转轮蓄热装置运行时间冗长，缺乏精确启停逻辑，与实际挥发有机物(VOC)产生节拍不同步，存在运行冗余。面漆段因定制化颜色匹配频繁，导致清洗与换色工序能耗叠加效应显著，成为当前优化重点之一。

1.3 定制化需求下的负荷波动

上汽大通在C2M定制模式下提供多达千种颜色组合，极大提升了喷涂工序的切换频率与工艺复杂度，尤其在定制车集中上线时段，涂装节拍呈现显著不稳定特征。高频换色需求导致清洗喷房的热能、水资源与风量供应负荷急剧波动，传统恒定负载设计难以高效响应。不同平台车型如V80、EV90等在尺寸与涂层厚度上存在差异，进一步放大设备运行不均衡问题。系统在能源供需耦合协调方面缺乏柔性调度机制，形成能耗峰值与资源错配并存的运行瓶颈。

2.涂装车间能耗节能优化措施

2.1 喷房工艺空调保洁模式优化

针对喷涂工段中频繁换色导致的喷房运行负荷异常问题，涂装车间实施了以喷房空调系统与保洁流程联动优化为核心的节能策略。通过将传统的连续风量供给模式替换为按需启停控制逻辑，实现空调系统在换色及非作业间歇时段的自动降频或关断。采用PLC集成控制平台，根据车身上线节拍和颜色转换信息实时计算负荷需求，精确控制清洗喷房的保洁运行时间。系统调整后，夏季喷房空调保洁运行电耗由每小时643.3kWh降至530.4kWh，冬季由573.8kWh降低至同等水平，年综合节电量约118.5万元（按300工作日计）。此项措施在适配大通V80、T60等多平台多色号车型生产中表现出良好的响应灵活性与负荷平衡能力，有效缓解因色彩定制化带来的频繁启停冲击问题。

2.2 前处理/烘房系统能级逐次关闭节能

为提升前处理与烘房工段在不同生产节拍下的能效响应能力，涂装线引入基于能级分区控制的分段启停系统，构建“三区六段”热源控制策略。系统以车身轨迹为判断依据，实时识别进入各段工艺区的车辆数量及分布情况，依此决定各区热源、泵浦及送风机组的启停状态，从而避免整线并联运行导致的能量冗余损耗。各段电机功率覆盖范围为15~27kW，总计功率调节范围达135kW，系统启用后运行时间缩短50min，单位处理耗气由4.3Nm3/m3降至3.6Nm3/m3，节气率达16.2%。措施尤其适用于上汽大通EV90、V80等批量定制车辆进入率不均情况下的间歇节拍生产，有效解决非满载运行下的能源浪费，提升车间柔性制造能力与能源管理水平。

2.3 空调/燃烧器系统智能联动

在应对不同车型与颜色工艺转换所引发的喷涂区能源需求波动中，涂装车间构建了基于车身识别系统与PLC控制的空调—燃烧器智能联动机制。系统通过实时读取上线车辆的VIN码与喷涂任务指令，精准识别涂装所需颜色、车型尺寸及喷涂段落，智能激活对应区域的空调送风系统与燃烧器。以EV90与V80两类车型为例，其喷涂体积与热负荷差异在15%以上，联动系统能够根据车辆尺寸调整预热时间，避免热量冗余。在每日总作业时长不变的前提下，系统通过缩短非作业时间内的加热与送风持续时长，将单日空调和燃烧器联合运行功率降低约8.9kWh，每年节省运行费用达9.9万元。

2.4 电泳水交换与循环系统节能

传统电泳段循环水与加热系统连续高负载运行，忽略了非生产时段的工艺负荷差异，造成大量能源浪费。为改善此问题，车间通过变频控制技术与循环水系统软启动优化方案，构建了电泳段非生产时段的负荷自适应调节机制。系统在原有45kW固定功率泵基础上，配置变频调速装置，并将加热系统运行频率由50Hz降至30Hz，最低流量控制下仍可维持槽液均匀性。根据测试数据，在每日8小时非生产时间内系统功率由45kW降至约0.76kW，年节电量达41040kWh，节能收益约26.87万元。该优化路径适应V80与T60平台在夜班停工段的用液需求特征，有效规避不均衡负载与设备空转问题，实现循环系统的能耗曲线压缩及智能闭环调节，为定制化生产模式下的工艺节能提供了系统化技术支撑。

3.关键技术应用与控制策略优化

3.1 PLC与信息系统集成控制

在应对多车型、多颜色定制带来的能耗波动与流程切换压力中，涂装车间通过构建PLC与MES系统融合的多层级控制平台，实现对喷涂、空调、热源、循环泵等能耗关键单元的实时数据采集与动态执行控制。系统基于CAN-Bus与Profinet双通道通信协议完成对工艺设备状态的无缝监控，通过与生产指令系统对接，动态识别车型特性与颜色喷涂顺序，自动调整各单元启停逻辑及功率输出曲线。在颜色切换频率较高的T60、V80系列批量生产过程中，系统可实现车身切换延时小于2秒、色漆冲洗节拍精度±0.3秒的高效执行效果。实施后综合响应效率提升约28%，日均单位电耗降低11.6%，极大提升能源利用弹性与系统智能化调度水平，保障复杂工况下能效稳定运行。

3.2 空调系统高效化节能改造

涂装车间空调系统因长期采用恒风量供给与粗略的区域温控策略，导致在低负荷或非均衡工况下存在显著能源浪费。为提升热湿环境控制精度与能效比，车间实施空调系统多点智能测控改造方案，在进风段、送风段及回风段布置24组温湿传感器，并结合风压反馈数据构建三维动态调节模型。系统通过变频驱动控制风机运行频率，实现送风量与车间负载自动匹配，结合百叶窗精密开合装置动态调节风道风速。在全年平均环境温度14~28℃条件下，系统可实现能耗降低17.6%，单位通风换气量从0.43Nm3/kWh提升至0.58Nm3/kWh，年节约运营费用约16.32万元。该策略对EV90、V80等高频次定制车间段具有良好适配性，显著优化空调热负荷动态响应能力，提升气候控制系统的运行效率与控制精度。

4.结语

总而言之，涂装车间作为整车制造过程中能源消耗最为密集的环节，其能耗管理水平直接关系到企业绿色制造能力与运营成本控制效率。在多车型、多颜色定制化生产背景下，能源负荷呈现出高度波动性与结构复杂性。围绕空调系统、燃烧器、喷房热湿调控、电泳液循环等关键节点展开的节能改造措施，不仅实现了能源结构的动态平衡，还构建起以PLC为核心的信息化控制框架，为柔性化生产提供了高响应、高精准的能耗支持平台。多项技术优化在实际应用中展现出良好的节能效果与经济收益，充分验证了智能协同控制在高复杂制造环境下的能效提升潜力。未来，涂装系统节能优化将在智能调度、热能回收与绿色能源融合方向持续深化，推动汽车制造业向更加高效、低碳的方向发展。

参考文献

[1]胡轶敏.汽车生产企业涂装车间节能降碳的探索与实践[J].节能,2025,44(03):108-111.

[2]韩富刚,刘岩,张成,等.涂装车间智能烤箱控制系统的应用[J].现代涂料与涂装,2024,27(11):70-72.

[3]胡轶敏.汽车生产企业涂装车间烘房余热利用的实践[J].上海节能,2024,(07):1201-1205.