船舶空調(diào)新風(fēng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

柴鎮(zhèn)江

● （駐滬東中華造船(集團(tuán))有限公司軍代表室，上海 200129）

船舶空調(diào)新風(fēng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

柴鎮(zhèn)江

● （駐滬東中華造船(集團(tuán))有限公司軍代表室，上海 200129）

為了介紹船舶空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了為保證和改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，首先需保證新風(fēng)量，重點(diǎn)需關(guān)注三個(gè)環(huán)節(jié)：選取合適的新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)、合理設(shè)計(jì)新風(fēng)管路的阻力損失并在建造調(diào)試中落實(shí)、確定合理的新風(fēng)量控制方法。最后，針對(duì)新風(fēng)量控制提出可行性方案，以為船舶空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及空調(diào)系統(tǒng)改造提供參考。

船舶；空調(diào)；新風(fēng)

0 引言

隨著船員對(duì)艙室環(huán)境舒適性要求的提高，提升船舶艙室內(nèi)空氣品質(zhì)也成為船舶空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和研究的重要目標(biāo)[1-2]。影響室內(nèi)空氣品質(zhì)的主要是室內(nèi)裝修和家具涂料中有毒、有害的揮發(fā)性有機(jī)污染物師(V.O.C)、室內(nèi)人員產(chǎn)生的CO2和異味等污染物。要使室內(nèi)空氣被污染的濃度降低到對(duì)人體無(wú)害的程度，比較直接且有效的方法是補(bǔ)充清新的室外空氣進(jìn)行稀釋[3-4]。對(duì)于船舶等艙室密閉性強(qiáng)的場(chǎng)所，由于新風(fēng)量不足，造成的室內(nèi)污染物積聚、空氣品質(zhì)下降，使內(nèi)部人員感到不適的情況在目前的船舶上尤其是軍艦上也是較普遍的問(wèn)題。因此，如何保證空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量，是船舶空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試和運(yùn)行管理中應(yīng)引起足夠重視的問(wèn)題。

1 船舶空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量現(xiàn)狀

船舶空調(diào)系統(tǒng)多為單風(fēng)管、中壓和中速集中式定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。在定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中，通常設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)的新風(fēng)閥和回風(fēng)閥，在系統(tǒng)的調(diào)整、測(cè)試階段，把新風(fēng)閥和回風(fēng)閥固定在所需開(kāi)啟位置，使吸入的新風(fēng)量能滿足空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件下的新風(fēng)量需求。

通過(guò)實(shí)船調(diào)研，在一些大型船舶建筑中，船舶空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中船員經(jīng)常會(huì)感覺(jué)空氣品質(zhì)較差，新風(fēng)量不足。這主要可歸結(jié)為以下幾方面原因：

1）設(shè)計(jì)中新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)一般為總量達(dá)標(biāo)，在同一空調(diào)系統(tǒng)中會(huì)包含不同功能的艙室，由于使用功能不同，對(duì)新風(fēng)量的需求也有差異。設(shè)計(jì)過(guò)程中由于不能全面考慮同一系統(tǒng)內(nèi)不同功能艙室新風(fēng)需求的差異，造成個(gè)別艙室人均實(shí)際新風(fēng)量不足，如士兵艙室往往出現(xiàn)新風(fēng)不足問(wèn)題。

2）船舶空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)一般是多臺(tái)空調(diào)機(jī)組通過(guò)一個(gè)公共新風(fēng)圍井引入新風(fēng)，在設(shè)計(jì)時(shí)由于對(duì)新風(fēng)阻力考慮不充分，新風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)回風(fēng)系統(tǒng)阻力較大，整個(gè)新風(fēng)系統(tǒng)處于負(fù)壓區(qū)，因此個(gè)別空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)量無(wú)法保證，致使空調(diào)區(qū)域的空氣品質(zhì)較差，艙室內(nèi)人員有不舒適感。

船舶上空調(diào)系統(tǒng)缺乏陸用空調(diào)系統(tǒng)有利的施工條件，在施工過(guò)程中由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，有時(shí)會(huì)對(duì)原始設(shè)計(jì)做出較大的改動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)際的空調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀態(tài)不吻合，這也是導(dǎo)致新風(fēng)量不足的客觀原因。因此，空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)與船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行良好全面的溝通，保證空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在施工時(shí)的完整性。

3）空調(diào)系統(tǒng)的新回風(fēng)閥的開(kāi)度在系統(tǒng)調(diào)整時(shí)已確定，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中并沒(méi)有根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)整。船舶布風(fēng)器的風(fēng)量一般是在 0%～100%內(nèi)連續(xù)可調(diào)，當(dāng)艙室內(nèi)負(fù)荷減小時(shí)，艙室所需的冷量或熱量隨之降低。船上一般最直接的調(diào)節(jié)方法是通過(guò)調(diào)節(jié)布風(fēng)器改變艙室送風(fēng)量，船員對(duì)布風(fēng)器實(shí)施調(diào)節(jié)的過(guò)程中系統(tǒng)管路特性發(fā)生變化，而風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之變化，如圖1所示，管路特性曲線由a變化至b，工況點(diǎn)則由A點(diǎn)變化到B點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量減小，新回風(fēng)混合箱負(fù)靜壓升高，系統(tǒng)的新風(fēng)量也隨之減少。

圖1 風(fēng)機(jī)與系統(tǒng)管路性能曲線

2 船舶空調(diào)新風(fēng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

為了保證船舶空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量供給，空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要控制好以下環(huán)節(jié)：1）選取合適的新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)；2）合理設(shè)計(jì)新風(fēng)管路的阻力損失并在建造調(diào)試中落實(shí)；3）確定合理的新風(fēng)量控制方法。

2.1 選取合適的新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)

船舶空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)艙外進(jìn)風(fēng)新風(fēng)量按以下幾方面確定：1）船東要求，即建造規(guī)格書(shū)的約定；2）規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和船旗國(guó)的要求；3）考慮通風(fēng)效果的換氣次數(shù)要求；4）設(shè)計(jì)計(jì)算中風(fēng)量平衡的結(jié)果；5）對(duì)于艦艇、客船、公務(wù)船和工程船等人員較多的船舶空調(diào)系統(tǒng)，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注每人最小新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)。

過(guò)去一般船舶空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)按照ISO7547-1998最小新風(fēng)比確定為0.5或更高。由于全球能源日趨緊張，為了降低能源消耗，船舶空調(diào)系統(tǒng)逐漸將節(jié)能列入設(shè)計(jì)考慮要素，在整個(gè)船舶空調(diào)系統(tǒng)的能耗比例中所占據(jù)最大份額的無(wú)疑是由新風(fēng)負(fù)荷所引起的部分，因此降低新風(fēng)量成為必然。目前，船舶空調(diào)的負(fù)荷計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)按照ISO7547-2002進(jìn)行，最小新風(fēng)比降低為0.4。對(duì)于艦艇、客船、公務(wù)船和工程船等人員較多的船舶空調(diào)系統(tǒng)，如果根據(jù)每人最小新風(fēng)量計(jì)算的新風(fēng)比大于0.4，則必須在保證每人最小新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)條件下確定新風(fēng)量。

2.2 合理設(shè)計(jì)新風(fēng)管路的阻力損失并在建造調(diào)試中落實(shí)

準(zhǔn)確計(jì)算新風(fēng)管路的阻力損失是保證空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)新風(fēng)量的前提。如果采用估算的方式，估算值相對(duì)實(shí)際值偏差較大，對(duì)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的要求將提高；估算值相對(duì)實(shí)際值太小，可能不能保證設(shè)計(jì)新風(fēng)量。因此，需增加同一圍井不同新風(fēng)管路的阻力平衡計(jì)算或調(diào)整用壓力預(yù)留的考慮，對(duì)于阻力過(guò)大且無(wú)法通過(guò)調(diào)整管徑、調(diào)整風(fēng)閥解決阻力平衡時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮采用新風(fēng)機(jī)。

2.3 確定合理的新風(fēng)量控制方法

為了保證船舶空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)新風(fēng)量，必須實(shí)施有效的控制措施。新風(fēng)量的控制有需求控制和定量控制。對(duì)于船舶集中式定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)量采用定量控制，在空調(diào)季節(jié)，新風(fēng)與回風(fēng)以固定的比例進(jìn)行混合；春秋過(guò)渡季節(jié)，采用全新風(fēng)的方式。

為了控制新風(fēng)量滿足設(shè)計(jì)要求，借鑒陸用空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量控制方法，現(xiàn)推薦以下幾種方案：

2.3.1 控制新風(fēng)量，調(diào)節(jié)回風(fēng)閥

通過(guò)安裝在新風(fēng)閥后的風(fēng)量測(cè)量裝置檢測(cè)新風(fēng)量，以此作為調(diào)節(jié)對(duì)象，控制回風(fēng)閥的開(kāi)度。新風(fēng)量的控制精度和選用的風(fēng)量測(cè)量裝置的精度有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，回風(fēng)閥的調(diào)節(jié)開(kāi)度值和風(fēng)閥特性、新風(fēng)比等有關(guān)，因此，不能通過(guò)個(gè)別的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

直接測(cè)量新風(fēng)量的特點(diǎn)：直觀的新風(fēng)量值使回風(fēng)閥的調(diào)節(jié)更加簡(jiǎn)便易行；在過(guò)渡季節(jié)，可通過(guò)回風(fēng)閥關(guān)閉、新風(fēng)閥全開(kāi)，實(shí)現(xiàn)全新風(fēng)空氣調(diào)節(jié)，利于系統(tǒng)節(jié)能。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮增加新風(fēng)測(cè)量或增加新風(fēng)閥最小限位(調(diào)試中特別關(guān)注)等措施，使得系統(tǒng)在使用過(guò)程中滿足新風(fēng)的定量需求或在極端情況下滿足最小新風(fēng)量需求。

2.3.2 新風(fēng)管路設(shè)新風(fēng)機(jī)

在空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)管路設(shè)新風(fēng)機(jī)，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)管路的阻力及設(shè)計(jì)新風(fēng)量成為新風(fēng)機(jī)選型的依據(jù)。即使空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行工況發(fā)生變化，新風(fēng)機(jī)總能將新風(fēng)控制在要求的新風(fēng)量。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量發(fā)生改變時(shí)，新風(fēng)機(jī)的風(fēng)量控制精度可以達(dá)到±5%。 此方案的特點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，新風(fēng)量穩(wěn)定。尤其是建議在新風(fēng)管阻力大時(shí)考慮采取此措施。

在采用此方案時(shí)，必須保證新風(fēng)管路的阻力不超過(guò)新風(fēng)機(jī)的靜壓，否則，將無(wú)法保證控制精度。

2.3.3 新風(fēng)管路設(shè)新風(fēng)定風(fēng)量閥

在空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)管路設(shè)置定風(fēng)量閥，定風(fēng)量閥能夠自動(dòng)將新風(fēng)量控制在要求的范圍內(nèi)，根據(jù)定風(fēng)量閥兩端的壓差調(diào)節(jié)回風(fēng)閥的開(kāi)度，以保證定風(fēng)量閥的控制精度。定風(fēng)量閥的風(fēng)量調(diào)節(jié)原理為機(jī)械調(diào)節(jié)，當(dāng)新風(fēng)系統(tǒng)壓力發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)閥會(huì)迅速反映，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥位，保證風(fēng)量在閥兩端壓差在50Pa～250Pa內(nèi)維持在設(shè)定值。風(fēng)量可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)設(shè)定值接近閥的最大值時(shí)，控制精度可以達(dá)到±5%。

為保證定風(fēng)量閥的控制精度，定風(fēng)量閥兩端的壓差保持在50Pa～300Pa內(nèi)。定風(fēng)量閥兩端設(shè)有壓力傳感器，P1和P2，具體布置見(jiàn)圖2。在空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中，P1值控制回風(fēng)閥的開(kāi)度，同時(shí)保證|P1－P2|<50Pa。通過(guò)電動(dòng)控制定風(fēng)量閥，可方便實(shí)現(xiàn)定風(fēng)量閥的開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，定風(fēng)量閥打開(kāi)，保證通過(guò)的風(fēng)量為設(shè)定值；有特殊要求時(shí)，定風(fēng)量閥關(guān)閉以阻斷新風(fēng)。

此方案的特點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單、新風(fēng)量穩(wěn)定、較簡(jiǎn)單易行。

在圖1的情況發(fā)生時(shí)，通過(guò)自動(dòng)打開(kāi)定風(fēng)量閥實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償新風(fēng)量，緩解使用中新風(fēng)衰減問(wèn)題，但是需在額定新風(fēng)量時(shí)在定風(fēng)量閥上預(yù)留一定的阻力，特別適合在新風(fēng)管阻力較小的管路上使用。

圖2 定風(fēng)量閥控制原理示意圖

3 結(jié)論

1）集中式定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，比較適合船舶，但是為了滿足船員對(duì)艙室環(huán)境的舒適性要求，技術(shù)及理念上仍需不斷創(chuàng)新與改進(jìn)；結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)，從總量和個(gè)體兩方面統(tǒng)籌考慮選擇合適的設(shè)計(jì)新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)，能很好解決局部新風(fēng)不足的問(wèn)題。

2）在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)船舶的使用特點(diǎn)及要求，對(duì)新風(fēng)管路阻力損失及設(shè)計(jì)新風(fēng)量進(jìn)行全面考慮，選擇合理的新風(fēng)量控制方法，以滿足船舶空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量需求及船員的舒適性要求。從設(shè)計(jì)、建造和調(diào)試中都需關(guān)注新風(fēng)管路阻力平衡問(wèn)題，針對(duì)不同的管路特性，采取不同的新風(fēng)控制方法，可解決使用中新風(fēng)量不足的問(wèn)題。

[1]陳安陽(yáng).船舶空調(diào)新風(fēng)量計(jì)算方法的探討[C]//中國(guó)制冷學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì),2009.

[2]宋宏光.變風(fēng)量系統(tǒng)最小新風(fēng)量控制方法的討論[J].暖通空調(diào),1999,29(3):36-38.

[3]汪善國(guó).新風(fēng)量、新風(fēng)和新回風(fēng)系統(tǒng)及控制[J].暖通空調(diào),1997,27(1):23-28.

[4]王宇清.流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國(guó)建筑出版社,2001.

Research on Fresh Air Status of Marine Air Condition System

CHAI Zhen-jiang
(Navy Representative office at Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200129,China)

This paper proposes 3 key aspects in maintaining fresh air volume in the system to introduce the status of marine air conditioning system:firstly to standardize the quantity of fresh air volume in appropriate level,secondly to quantify the tube loss in distributing fresh air and thirdly to make sure the system in control of the fresh air volume.Furthermore,the paper raises feasible proposal to control fresh air volume,which can provide reference to both design and upgrade of marine air conditioning system.

ship;air;fresh air

TM52

A

柴鎮(zhèn)江（1966-）， ，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)榕灤?機(jī)工程。