船舶空調(diào)系統(tǒng)方案研究

卜鋒斌

● （海軍駐上海704所軍代表室，上海 200031）

船舶空調(diào)系統(tǒng)方案研究

卜鋒斌

● （海軍駐上海704所軍代表室，上海 200031）

論述了目前船舶空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題。提出并分析了幾種空調(diào)系統(tǒng)解決方案。詳細論述了干盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)、定風量雙風道系統(tǒng)、變風量空調(diào)系統(tǒng)的原理及實際應用的特點。總結出變風量空調(diào)是目前船舶空調(diào)系統(tǒng)的最佳方案。

船舶空調(diào)系統(tǒng)；干盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)；定風量雙風道系統(tǒng)；變風量空調(diào)系統(tǒng)

0 概述

目前，我國海軍艦船空調(diào)系統(tǒng)大多還依然沿用 70、80年代的空調(diào)技術，雖其結構和形式簡單，安裝、操作方便，基本上能夠滿足艦船艙室環(huán)境需求，但其功能較為單一且噪聲偏大，艙室一定程度存在過冷和過熱現(xiàn)象，無法達到舒適性要求，而且也不能適合艦船大型化后所帶來的艙室負荷不均衡現(xiàn)狀。因此，有必要借鑒空調(diào)發(fā)展的新技術，提高艦船空調(diào)系統(tǒng)技術先進性，進一步提升艦船舒適性。

1 目前船舶空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

我國大中型船舶中央空調(diào)系統(tǒng)一般習慣上較多地采用了以下幾種型式：1）直接式空調(diào)系統(tǒng)：系統(tǒng)由直接蒸發(fā)式空調(diào)裝置直接處理空氣，通過風管將空調(diào)風送至各艙室；2）間接式空調(diào)系統(tǒng)：系統(tǒng)通常由一臺或數(shù)臺冷水機組集中供應冷媒水，在設置于各個不同空調(diào)區(qū)域的間接式空調(diào)器中，水和空氣進行熱交換，然后通過風管將空調(diào)風送至各有關艙室。

無論上述哪一種空調(diào)方式，無一例外地采用了固定風量的定風量系統(tǒng)，并且是按滿足各艙室夏、冬季送風量、換氣次數(shù)和新風量要求的最大值確定送風量，空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制通過回風溫度來對該空調(diào)區(qū)域進行統(tǒng)一調(diào)控，在船舶上由于內(nèi)部區(qū)域劃分的不規(guī)則，沒有明顯的物理隔離，往往存在多空調(diào)區(qū)域回風氣流互串以及空調(diào)區(qū)域與非空調(diào)區(qū)域氣流混合的現(xiàn)象，使得回風溫度不能反映艙室的實際負荷狀態(tài)，造成負荷控制失調(diào)、艙室溫度失控；即使采用典型艙室溫度來控制區(qū)域負荷，也往往因為典型艙室選擇困難，造成溫控效果不佳。

在實際使用過程中，空調(diào)溫度不能通過末端進行調(diào)節(jié)，由于用戶負荷的變化，如果系統(tǒng)溫度參數(shù)確實需要改變，操作人員必須是經(jīng)過專業(yè)培訓或具有相關工作經(jīng)驗的專業(yè)人員。

空調(diào)系統(tǒng)總風量不具有調(diào)節(jié)性能，各艙室風量也只能通過調(diào)節(jié)布風器進行手動調(diào)節(jié)，如果一個艙室調(diào)小風量后，勢必造成其它艙室風量的增大，風道內(nèi)靜壓上升，如果過量節(jié)流也會引起艙室噪聲增加，甚至使系統(tǒng)和風機進入不穩(wěn)定區(qū)工作。

總結以上幾點，目前船舶空調(diào)存在的主要問題以下幾點：1）空調(diào)艙室內(nèi)溫度不能根據(jù)個人需求進行調(diào)節(jié)；2）艙室內(nèi)風量在低負荷狀態(tài)下顯得過大不能調(diào)節(jié)；3）艙室內(nèi)噪音過高，尤其在夜間影響艦員休息。

2 船舶空調(diào)系統(tǒng)解決方案分析

針對上述船舶空調(diào)所存在的問題，參考空調(diào)技術發(fā)展的現(xiàn)狀，可以實現(xiàn)船舶空調(diào)系統(tǒng)改進的方案主要有干盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)、定風量雙風道系統(tǒng)和變風量空調(diào)系統(tǒng)等。

2.1 干盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)

現(xiàn)在一般使用的風機盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)最主要的優(yōu)點就是可通過風機盤管控制制冷量和供熱量進行局部區(qū)域的溫度控制，能夠滿足艙室各自不同的溫度要求，使用更為靈活[1]。但是該種方式的排熱和排濕都是通過空氣冷卻器也就是風機盤管對空氣冷卻和冷凝除濕來實現(xiàn)的，空調(diào)系統(tǒng)的冷源一般采用 6℃～8℃的冷媒水，所以通常風機盤管工作在濕工況，盤管的冷凝水在陸用可以通過凝水管順利排出，但是在船舶上，由于空調(diào)系統(tǒng)運行平臺隨著船舶出現(xiàn)搖擺和傾斜，凝水問題就成為該種方式在船舶上使用的最大障礙。

而干盤管加新風系統(tǒng)（Fan-coil unit with Fresh Air Systems in Dry Condition）也可以稱為溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)（Temperature and Humidity Independent Control Air Conditioning System），風機盤管工作在干工況，即其表面溫度控制在室內(nèi)露點溫度以上，就不會產(chǎn)生凝水問題，這樣艙室內(nèi)的熱環(huán)境控制和濕環(huán)境、空氣品質(zhì)的控制被分開，溫度控制系統(tǒng)（干盤管系統(tǒng)）負責除去艙室內(nèi)的顯熱負荷、承擔將艙室內(nèi)溫度維持在舒適范圍內(nèi)的任務，濕度控制系統(tǒng)則負責艙室內(nèi)人員所需的新鮮空氣的輸送和艙室內(nèi)濕度的調(diào)節(jié)等。這一獨立的控制策略，使得空調(diào)系統(tǒng)對熱、濕、新風的處理過程分開，避免了艙室內(nèi)的風機盤管冷水問題，同時實現(xiàn)了艙室內(nèi)的溫度獨立可以調(diào)節(jié)[2]。

由于該系統(tǒng)同傳統(tǒng)的系統(tǒng)有很大的區(qū)別，所以空調(diào)系統(tǒng)的設計和安裝布置需要有不同的要求。如冷媒水溫度要求在20℃左右，需要改變現(xiàn)在船舶上提供6℃～8℃冷媒水的冷水機組設計；艙室需要安裝風機盤管系統(tǒng)，提高了安裝空間要求，且干盤管式風機盤管尺寸比一般風機盤管要大很多；采用風機盤管干工況下運行的新風機組與一般的空氣處理設備相比，處理風量相對較小，但單位風量所承擔的熱濕負荷相對較大，需要研制一種新風機組，重點在于研究采用何種方式除濕及再熱。

所以采用干盤管加獨立新風處理空調(diào)系統(tǒng)無論在空調(diào)運行原理上還是設備的選擇和研制上都同國內(nèi)現(xiàn)在一般的船舶空調(diào)系統(tǒng)存在很大的差異，需要進行更多的設備研制和系統(tǒng)設計工作，在船舶上應用也存在空間安裝問題，目前不適合船舶環(huán)境的應用。

2.2 定風量雙風道系統(tǒng)

定風量雙風道（雙參數(shù)）系統(tǒng)（Double Duct Air System）有兩條送風道，分別送冷風和熱風，冷風和熱風在每個房間的混合箱內(nèi)按一定比例混合，再送入室內(nèi)[3]。雙風道系統(tǒng)中冷風的送風溫度通過調(diào)節(jié)冷凍水流量保持某一恒定溫度。熱風直接利用回風，利用了室內(nèi)熱量，雙風道系統(tǒng)的總的送風量保持不變，既熱風和冷風的風量總和一定，混合箱功能：1）根據(jù)房間設定的溫度和負荷調(diào)節(jié)冷、熱風比例；2）保持送風量恒定。

該系統(tǒng)在夏季送風是新風與回風的混氣空氣，即有一部分新風未經(jīng)冷卻去濕處理。當室外空氣潮濕或個別房間濕負荷大時，無法滿足夏季調(diào)節(jié)要求。為保證系統(tǒng)有足夠大的除濕能力。夏季冷風（處理后）的露點通常比單風道的低，避免在夏季新風濕度很高的情況下送入艙室的空氣濕度過高。

定風量雙風道系統(tǒng)在國內(nèi)設計的船舶上沒有應用的實例，國外則主要在俄羅斯船舶上有使用。由于其可以通過艙室混合箱（一般采用手動調(diào)節(jié)）根據(jù)艙室內(nèi)負荷調(diào)節(jié)冷風和熱風的送風比例，從而達到調(diào)節(jié)艙室溫度的目的，且不論熱風和冷風的送風比例如何，其總的送風量保持不變，但無法實現(xiàn)各個艙室內(nèi)風量調(diào)節(jié)的需求，且艙室內(nèi)噪音值和原來的定風量系統(tǒng)相比沒有改進。

雙風道系統(tǒng)技術簡單，不需要復雜的控制技術和策略，但是在船舶上應用最大的障礙是其風道比單風道系統(tǒng)相比多出了一個風道，增加了船舶空調(diào)系統(tǒng)安裝的難度。在船舶空間有限的情況下無法實現(xiàn)雙風道空調(diào)系統(tǒng)。

2.3 變風量空調(diào)系統(tǒng)

變風量系統(tǒng)（Variable Air Volume, VAV）是通過控制風量來保證空調(diào)區(qū)域溫濕度要求的空調(diào)系統(tǒng)，具有單個區(qū)域控制能力、局部區(qū)域運行的靈活性以及好的節(jié)能性等優(yōu)點[4]。與一般定風量系統(tǒng)相比，變風量系統(tǒng)能更有效地調(diào)節(jié)局部區(qū)域的溫度，實現(xiàn)溫度的獨立控制，避免在局部區(qū)域產(chǎn)生過冷或過熱現(xiàn)象。

變風量空調(diào)系統(tǒng)與現(xiàn)在普遍采用的定風量空調(diào)系統(tǒng)在組成結構上差別不大，只是強化了系統(tǒng)控制技術的應用，在使用和安裝上不會要求對船舶現(xiàn)有環(huán)境做大的改變。在變風量空調(diào)系統(tǒng)船舶應用研究上，我國一些新型艦船上已經(jīng)開始引入更為先進的變風量系統(tǒng)，部分艦船已經(jīng)實船使用，使用情況較為理想。目前，國內(nèi)一些專業(yè)船舶設備研究單位已經(jīng)對變風量空調(diào)系統(tǒng)開展了大量的系統(tǒng)設計及系統(tǒng)設備應用等研究工作，并開發(fā)出部分船舶用變風量空調(diào)所有核心設備，初步具備應用與推廣條件。

3 結論

變風量空調(diào)系統(tǒng)在船舶上應用與現(xiàn)在普遍使用的定風量空調(diào)系統(tǒng)相比對船舶使用和安裝環(huán)境要求變化不大，與干盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)及定風量雙風道系統(tǒng)相比具有更大的應用優(yōu)勢。

船舶變風量系統(tǒng)性能和發(fā)展空間已經(jīng)得到了肯定。船舶空調(diào)采用變風量空調(diào)系統(tǒng)是技術發(fā)展的必然趨勢。在變風量系統(tǒng)的理論和應用研究上，國內(nèi)已經(jīng)和國際水平接軌，在核心部件的制造技術和系統(tǒng)集成能力上，經(jīng)過幾年的努力，已經(jīng)具備了自主開發(fā)能力，船舶變風量空調(diào)系統(tǒng)的自主研發(fā)無論在設計上還是在制造工藝上都具備了較為成熟的條件，因此，變風量空調(diào)系統(tǒng)是目前船舶上實現(xiàn)舒適性指標控制的較為理想的選擇。

[1]陸亞俊.暖通空調(diào)[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社出版, 2009.

[2]江億.溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社出版, 2006.

[3]陳琪.干盤管加獨立新風系統(tǒng)若干問題的分析研究[J].陜西建筑, 2011(8): 25-27.

[4]葉大法, 楊國榮.變風量空調(diào)系統(tǒng)設計[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社出版, 2007.

我國節(jié)能變壓器市場發(fā)展現(xiàn)狀

當前，傳統(tǒng)變壓器行業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩困境。國家已將節(jié)能變壓器納入財政補貼推廣范圍，并開始鼓勵發(fā)展節(jié)能型、智能化的配電變壓器產(chǎn)品。

對于節(jié)能變壓器行業(yè)來說，這不失為一個利好消息。節(jié)能型變壓器叫好不叫座的原因除了在技術層面上有瓶頸外，最根本的原因是價格太高，成本太大。進一步完善落實國家標準與價格補貼機制對于節(jié)能變壓器的推廣有很大的作用。

變壓器能效標準是電力標準化工作的重點之一，截至到目前出臺的一系列的行業(yè)標準配電變壓器能效技術經(jīng)濟評價導則，對促進老舊變壓器的替換、能效降低，起到了積極的作用?！豆?jié)能產(chǎn)品惠民工程高效節(jié)能配電變壓器推廣實施細則》的出臺，對深陷成本壓力的節(jié)能變壓器行業(yè)來說，無異于一劑強心針。未來，我國節(jié)能工作的難度及挑戰(zhàn)將會越來越大。在結構節(jié)能見效緩慢的情況下，利用技術手段提高能效水平就成為現(xiàn)階段推進節(jié)能工作的一個重要支撐點。而技術節(jié)能要想獲得發(fā)展空間，就需要制定可行管用的標準體系。

節(jié)能變壓器擁有巨大的市場需求，其迎來了前所未有的發(fā)展機遇。企業(yè)應該做好打持久戰(zhàn)的心理準備，練好內(nèi)功，不斷的向變壓器產(chǎn)業(yè)上下游延伸，從產(chǎn)品的差異化及特色服務入手，逐漸從原來的單一產(chǎn)品供應商向用戶的綜合服務供應商轉(zhuǎn)變，不斷的提高產(chǎn)品的附加值和企業(yè)利潤，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。另一方面節(jié)能變壓器的各項國家標準和價格補貼制度也需要進一步的完善，加大國家標準與價格補貼的落實力度。

The Study of Marine Air Conditioning System

BU Feng-bin
(Navy Representative Office of No.704 Research Institute, CSIC, Shanghai 200031, China)

This paper describes the existing problems of the marine air conditioning system, and gives some solutions and analysis.The principles and characteristics of the fan-coil unit with fresh air systems in dry condition, double duct air system and variable air volume system are described.It is approved that variable air volume system is one of the best schemes.

marine air conditioning system; fan-coil unit with fresh air systems in dry condition; double duct air system, variable air volume system

U664.86

A

卜鋒斌（1978-），男，工程師。研究方向：艦船機電設備工作。