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(xì)論述了干盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、定風(fēng)量雙風(fēng)道系統(tǒng)、變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的原理及實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)。總結(jié)出變風(fēng)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；定風(fēng)量雙風(fēng)道系統(tǒng)；變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)

0 概述

目前，我國(guó)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(shù)，雖其結(jié)構(gòu)和形式簡(jiǎn)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(dá)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(fù)荷不均衡現(xiàn)狀。因此，有必要借鑒空調(diào)發(fā)展的新技術(shù)，提高艦船空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性，進(jìn)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(guó)大中型船舶中央空調(diào)系統(tǒng)一般習(xí)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(fēng)管將空調(diào)風(fēng)送至各艙室；2）間接式空調(diào)系統(tǒng)：系統(tǒng)通常由一臺(tái)或數(shù)臺(tái)冷水機(jī)組集中供應(yīng)冷媒水，在設(shè)置于各個(gè)不同空調(diào)區(qū)域的間接式空調(diào)器中，水和空氣進(jìn)行熱交換，然后通過風(fēng)管將空調(diào)風(fēng)送至各有關(guān)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(fēng)量的定風(fēng)量系統(tǒng)，并且是按滿足各艙室夏、冬季送風(fēng)量、換氣次數(shù)和新風(fēng)量要求的最大值確定送風(fēng)量，空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制通過回風(fēng)溫度來對(duì)該空調(diào)區(qū)域進(jìn)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(fēng)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(fēng)溫度不能反映艙室的實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)，造成負(fù)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(fù)荷，也往往因?yàn)榈湫团撌疫x擇困難，造成溫控效果不佳。

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

空調(diào)系統(tǒng)總風(fēng)量不具有調(diào)節(jié)性能，各艙室風(fēng)量也只能通過調(diào)節(jié)布風(fēng)器進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，如果一個(gè)艙室調(diào)小風(fēng)量后，勢(shì)必造成其它艙室風(fēng)量的增大，風(fēng)道內(nèi)靜壓上升，如果過量節(jié)流也會(huì)引起艙室噪聲增加，甚至使系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)工作。

總結(jié)以上幾點(diǎn)，目前船舶空調(diào)存在的主要問題以下幾點(diǎn)：1）空調(diào)艙室內(nèi)溫度不能根據(jù)個(gè)人需求進(jìn)行調(diào)節(jié)；2）艙室內(nèi)風(fēng)量在低負(fù)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(duì)上述船舶空調(diào)所存在的問題，參考空調(diào)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，可以實(shí)現(xiàn)船舶空調(diào)系統(tǒng)改進(jìn)的方案主要有干盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、定風(fēng)量雙風(fēng)道系統(tǒng)和變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)等。

2.1 干盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

現(xiàn)在一般使用的風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)最主要的優(yōu)點(diǎn)就是可通過風(fēng)機(jī)盤管控制制冷量和供熱量進(jìn)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(fēng)機(jī)盤管對(duì)空氣冷卻和冷凝除濕來實(shí)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(fēng)機(jī)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(yùn)行平臺(tái)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(fēng)系統(tǒng)（Fan-coil unit with Fresh Air Systems in Dry Condition）也可以稱為溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)（Temperature and Humidity Independent Control Air Conditioning System），風(fēng)機(jī)盤管工作在干工況，即其表面溫度控制在室內(nèi)露點(diǎn)溫度以上，就不會(huì)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(fù)責(zé)除去艙室內(nèi)的顯熱負(fù)荷、承擔(dān)將艙室內(nèi)溫度維持在舒適范圍內(nèi)的任務(wù)，濕度控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)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(dú)立的控制策略，使得空調(diào)系統(tǒng)對(duì)熱、濕、新風(fēng)的處理過程分開，避免了艙室內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管冷水問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了艙室內(nèi)的溫度獨(dú)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(shè)計(jì)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(jī)組設(shè)計(jì)；艙室需要安裝風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，提高了安裝空間要求，且干盤管式風(fēng)機(jī)盤管尺寸比一般風(fēng)機(jī)盤管要大很多；采用風(fēng)機(jī)盤管干工況下運(yùn)行的新風(fēng)機(jī)組與一般的空氣處理設(shè)備相比，處理風(fēng)量相對(duì)較小，但單位風(fēng)量所承擔(dān)的熱濕負(fù)荷相對(duì)較大，需要研制一種新風(fēng)機(jī)組，重點(diǎn)在于研究采用何種方式除濕及再熱。

所以采用干盤管加獨(dú)立新風(fēng)處理空調(diào)系統(tǒng)無論在空調(diào)運(yùn)行原理上還是設(shè)備的選擇和研制上都同國(guó)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(jìn)行更多的設(shè)備研制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，在船舶上應(yīng)用也存在空間安裝問題，目前不適合船舶環(huán)境的應(yīng)用。

2.2 定風(fēng)量雙風(fēng)道系統(tǒng)

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

該系統(tǒng)在夏季送風(fēng)是新風(fēng)與回風(fēng)的混氣空氣，即有一部分新風(fēng)未經(jīng)冷卻去濕處理。當(dāng)室外空氣潮濕或個(gè)別房間濕負(fù)荷大時(shí)，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(fēng)（處理后）的露點(diǎn)通常比單風(fēng)道的低，避免在夏季新風(fēng)濕度很高的情況下送入艙室的空氣濕度過高。

定風(fēng)量雙風(fēng)道系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的船舶上沒有應(yīng)用的實(shí)例，國(guó)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(dòng)調(diào)節(jié)）根據(jù)艙室內(nèi)負(fù)荷調(diào)節(jié)冷風(fēng)和熱風(fēng)的送風(fēng)比例，從而達(dá)到調(diào)節(jié)艙室溫度的目的，且不論熱風(fēng)和冷風(fēng)的送風(fēng)比例如何，其總的送風(fēng)量保持不變，但無法實(shí)現(xiàn)各個(gè)艙室內(nèi)風(fēng)量調(diào)節(jié)的需求，且艙室內(nèi)噪音值和原來的定風(fēng)量系統(tǒng)相比沒有改進(jìn)。

雙風(fēng)道系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的控制技術(shù)和策略，但是在船舶上應(yīng)用最大的障礙是其風(fēng)道比單風(fēng)道系統(tǒng)相比多出了一個(gè)風(fēng)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(shí)現(xiàn)雙風(fēng)道空調(diào)系統(tǒng)。

2.3 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)

變風(fēng)量系統(tǒng)（Variable Air Volume, VAV）是通過控制風(fēng)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(gè)區(qū)域控制能力、局部區(qū)域運(yùn)行的靈活性以及好的節(jié)能性等優(yōu)點(diǎn)[4]。與一般定風(fēng)量系統(tǒng)相比，變風(fēng)量系統(tǒng)能更有效地調(diào)節(jié)局部區(qū)域的溫度，實(shí)現(xiàn)溫度的獨(dú)立控制，避免在局部區(qū)域產(chǎn)生過冷或過熱現(xiàn)象。

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)與現(xiàn)在普遍采用的定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)上差別不大，只是強(qiáng)化了系統(tǒng)控制技術(shù)的應(yīng)用，在使用和安裝上不會(huì)要求對(duì)船舶現(xiàn)有環(huán)境做大的改變。在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)船舶應(yīng)用研究上，我國(guó)一些新型艦船上已經(jīng)開始引入更為先進(jìn)的變風(fēng)量系統(tǒng)，部分艦船已經(jīng)實(shí)船使用，使用情況較為理想。目前，國(guó)內(nèi)一些專業(yè)船舶設(shè)備研究單位已經(jīng)對(duì)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)開展了大量的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用等研究工作，并開發(fā)出部分船舶用變風(fēng)量空調(diào)所有核心設(shè)備，初步具備應(yīng)用與推廣條件。

3 結(jié)論

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

船舶變風(fēng)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(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在變風(fēng)量系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究上，國(guó)內(nèi)已經(jīng)和國(guó)際水平接軌，在核心部件的制造技術(shù)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(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的自主研發(fā)無論在設(shè)計(jì)上還是在制造工藝上都具備了較為成熟的條件，因此，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是目前船舶上實(shí)現(xiàn)舒適性指標(biāo)控制的較為理想的選擇。

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

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

[3]陳琪.干盤管加獨(dú)立新風(fēng)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(guó)榮.變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版, 2007.

我國(guó)節(jié)能變壓器市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，傳統(tǒng)變壓器行業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩困境。國(guó)家已將節(jié)能變壓器納入財(cái)政補(bǔ)貼推廣范圍，并開始鼓勵(lì)發(fā)展節(jié)能型、智能化的配電變壓器產(chǎn)品。

對(duì)于節(jié)能變壓器行業(yè)來說，這不失為一個(gè)利好消息。節(jié)能型變壓器叫好不叫座的原因除了在技術(shù)層面上有瓶頸外，最根本的原因是價(jià)格太高，成本太大。進(jìn)一步完善落實(shí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與價(jià)格補(bǔ)貼機(jī)制對(duì)于節(jié)能變壓器的推廣有很大的作用。

變壓器能效標(biāo)準(zhǔn)是電力標(biāo)準(zhǔn)化工作的重點(diǎn)之一，截至到目前出臺(tái)的一系列的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配電變壓器能效技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)導(dǎo)則，對(duì)促進(jìn)老舊變壓器的替換、能效降低，起到了積極的作用。《節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效節(jié)能配電變壓器推廣實(shí)施細(xì)則》的出臺(tái)，對(duì)深陷成本壓力的節(jié)能變壓器行業(yè)來說，無異于一劑強(qiáng)心針。未來，我國(guó)節(jié)能工作的難度及挑戰(zhàn)將會(huì)越來越大。在結(jié)構(gòu)節(jié)能見效緩慢的情況下，利用技術(shù)手段提高能效水平就成為現(xiàn)階段推進(jìn)節(jié)能工作的一個(gè)重要支撐點(diǎn)。而技術(shù)節(jié)能要想獲得發(fā)展空間，就需要制定可行管用的標(biāo)準(zhǔn)體系。

節(jié)能變壓器擁有巨大的市場(chǎng)需求，其迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。企業(yè)應(yīng)該做好打持久戰(zhàn)的心理準(zhǔn)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(wù)入手，逐漸從原來的單一產(chǎn)品供應(yīng)商向用戶的綜合服務(wù)供應(yīng)商轉(zhuǎn)變，不斷的提高產(chǎn)品的附加值和企業(yè)利潤(rùn)，實(shí)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(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和價(jià)格補(bǔ)貼制度也需要進(jìn)一步的完善，加大國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與價(jià)格補(bǔ)貼的落實(shí)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(jī)電設(shè)備工作。