柴鎮(zhèn)江

● （駐滬東中華造船(集團)有限公司軍代表室，上海 200129）

船舶空調新風設計中應注意的幾個問題

柴鎮(zhèn)江

● （駐滬東中華造船(集團)有限公司軍代表室，上海 200129）

為了介紹船舶空調系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了為保證和改善室內空氣品質，首先需保證新風量，重點需關注三個環(huán)節(jié)：選取合適的新風量標準、合理設計新風管路的阻力損失并在建造調試中落實、確定合理的新風量控制方法。最后，針對新風量控制提出可行性方案，以為船舶空調系統(tǒng)設計及空調系統(tǒng)改造提供參考。

船舶；空調；新風

0 引言

隨著船員對艙室環(huán)境舒適性要求的提高，提升船舶艙室內空氣品質也成為船舶空調系統(tǒng)設計、運行和研究的重要目標[1-2]。影響室內空氣品質的主要是室內裝修和家具涂料中有毒、有害的揮發(fā)性有機污染物師(V.O.C)、室內人員產生的CO2和異味等污染物。要使室內空氣被污染的濃度降低到對人體無害的程度，比較直接且有效的方法是補充清新的室外空氣進行稀釋[3-4]。對于船舶等艙室密閉性強的場所，由于新風量不足，造成的室內污染物積聚、空氣品質下降，使內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題。因此，如何保證空調系統(tǒng)新風量，是船舶空調系統(tǒng)設計、建造、調試和運行管理中應引起足夠重視的問題。

1 船舶空調系統(tǒng)的新風量現(xiàn)狀

船舶空調系統(tǒng)多為單風管、中壓和中速集中式定風量空調系統(tǒng)。在定風量空調系統(tǒng)中，通常設有手動調節(jié)的新風閥和回風閥，在系統(tǒng)的調整、測試階段，把新風閥和回風閥固定在所需開啟位置，使吸入的新風量能滿足空調系統(tǒng)設計條件下的新風量需求。

通過實船調研，在一些大型船舶建筑中，船舶空調系統(tǒng)在運行過程中船員經常會感覺空氣品質較差，新風量不足。這主要可歸結為以下幾方面原因：

1）設計中新風量標準一般為總量達標，在同一空調系統(tǒng)中會包含不同功能的艙室，由于使用功能不同，對新風量的需求也有差異。設計過程中由于不能全面考慮同一系統(tǒng)內不同功能艙室新風需求的差異，造成個別艙室人均實際新風量不足，如士兵艙室往往出現(xiàn)新風不足問題。

2）船舶空調系統(tǒng)的新風一般是多臺空調機組通過一個公共新風圍井引入新風，在設計時由于對新風阻力考慮不充分，新風系統(tǒng)相對回風系統(tǒng)阻力較大，整個新風系統(tǒng)處于負壓區(qū)，因此個別空調機組的新風量無法保證，致使空調區(qū)域的空氣品質較差，艙室內人員有不舒適感。

船舶上空調系統(tǒng)缺乏陸用空調系統(tǒng)有利的施工條件，在施工過程中由于現(xiàn)場條件的限制，有時會對原始設計做出較大的改動，導致實際的空調系統(tǒng)狀態(tài)和設計狀態(tài)不吻合，這也是導致新風量不足的客觀原因。因此，空調系統(tǒng)在設計過程中應與船體結構設計人員進行良好全面的溝通，保證空調系統(tǒng)設計在施工時的完整性。

3）空調系統(tǒng)的新回風閥的開度在系統(tǒng)調整時已確定，在系統(tǒng)運行過程中并沒有根據系統(tǒng)的實際運行狀況進行調整。船舶布風器的風量一般是在 0%～100%內連續(xù)可調，當艙室內負荷減小時，艙室所需的冷量或熱量隨之降低。船上一般最直接的調節(jié)方法是通過調節(jié)布風器改變艙室送風量，船員對布風器實施調節(jié)的過程中系統(tǒng)管路特性發(fā)生變化，而風機的運行工況點也隨之變化，如圖1所示，管路特性曲線由a變化至b，工況點則由A點變化到B點，風機的風量減小，新回風混合箱負靜壓升高，系統(tǒng)的新風量也隨之減少。

圖1 風機與系統(tǒng)管路性能曲線

2 船舶空調新風設計中應注意的幾個問題

為了保證船舶空調系統(tǒng)新風量供給，空調系統(tǒng)在設計時要控制好以下環(huán)節(jié)：1）選取合適的新風量標準；2）合理設計新風管路的阻力損失并在建造調試中落實；3）確定合理的新風量控制方法。

2.1 選取合適的新風量標準

船舶空調系統(tǒng)的設計艙外進風新風量按以下幾方面確定：1）船東要求，即建造規(guī)格書的約定；2）規(guī)范、標準和船旗國的要求；3）考慮通風效果的換氣次數(shù)要求；4）設計計算中風量平衡的結果；5）對于艦艇、客船、公務船和工程船等人員較多的船舶空調系統(tǒng)，還應重點關注每人最小新風量標準。

過去一般船舶空調系統(tǒng)的負荷計算標準按照ISO7547-1998最小新風比確定為0.5或更高。由于全球能源日趨緊張，為了降低能源消耗，船舶空調系統(tǒng)逐漸將節(jié)能列入設計考慮要素，在整個船舶空調系統(tǒng)的能耗比例中所占據最大份額的無疑是由新風負荷所引起的部分，因此降低新風量成為必然。目前，船舶空調的負荷計算標準按照ISO7547-2002進行，最小新風比降低為0.4。對于艦艇、客船、公務船和工程船等人員較多的船舶空調系統(tǒng)，如果根據每人最小新風量計算的新風比大于0.4，則必須在保證每人最小新風量標準條件下確定新風量。

2.2 合理設計新風管路的阻力損失并在建造調試中落實

準確計算新風管路的阻力損失是保證空調系統(tǒng)設計新風量的前提。如果采用估算的方式，估算值相對實際值偏差較大，對系統(tǒng)風機的要求將提高；估算值相對實際值太小，可能不能保證設計新風量。因此，需增加同一圍井不同新風管路的阻力平衡計算或調整用壓力預留的考慮，對于阻力過大且無法通過調整管徑、調整風閥解決阻力平衡時，設計應考慮采用新風機。

2.3 確定合理的新風量控制方法

為了保證船舶空調系統(tǒng)設計新風量，必須實施有效的控制措施。新風量的控制有需求控制和定量控制。對于船舶集中式定風量空調系統(tǒng)，新風量采用定量控制，在空調季節(jié)，新風與回風以固定的比例進行混合；春秋過渡季節(jié)，采用全新風的方式。

為了控制新風量滿足設計要求，借鑒陸用空調系統(tǒng)的新風量控制方法，現(xiàn)推薦以下幾種方案：

2.3.1 控制新風量，調節(jié)回風閥

通過安裝在新風閥后的風量測量裝置檢測新風量，以此作為調節(jié)對象，控制回風閥的開度。新風量的控制精度和選用的風量測量裝置的精度有關。在實際應用中，回風閥的調節(jié)開度值和風閥特性、新風比等有關，因此，不能通過個別的實驗數(shù)據來指導設計。

直接測量新風量的特點：直觀的新風量值使回風閥的調節(jié)更加簡便易行；在過渡季節(jié)，可通過回風閥關閉、新風閥全開，實現(xiàn)全新風空氣調節(jié)，利于系統(tǒng)節(jié)能。

在系統(tǒng)設計過程中考慮增加新風測量或增加新風閥最小限位(調試中特別關注)等措施，使得系統(tǒng)在使用過程中滿足新風的定量需求或在極端情況下滿足最小新風量需求。

2.3.2 新風管路設新風機

在空調系統(tǒng)新風管路設新風機，空調系統(tǒng)新風管路的阻力及設計新風量成為新風機選型的依據。即使空調系統(tǒng)的運行工況發(fā)生變化，新風機總能將新風控制在要求的新風量。通過試驗驗證，空調系統(tǒng)風量發(fā)生改變時，新風機的風量控制精度可以達到±5%。 此方案的特點是控制簡單，新風量穩(wěn)定。尤其是建議在新風管阻力大時考慮采取此措施。

在采用此方案時，必須保證新風管路的阻力不超過新風機的靜壓，否則，將無法保證控制精度。

2.3.3 新風管路設新風定風量閥

在空調系統(tǒng)新風管路設置定風量閥，定風量閥能夠自動將新風量控制在要求的范圍內，根據定風量閥兩端的壓差調節(jié)回風閥的開度，以保證定風量閥的控制精度。定風量閥的風量調節(jié)原理為機械調節(jié)，當新風系統(tǒng)壓力發(fā)生變化時，風閥會迅速反映，自動調節(jié)閥位，保證風量在閥兩端壓差在50Pa～250Pa內維持在設定值。風量可以根據需要進行設定，當設定值接近閥的最大值時，控制精度可以達到±5%。

為保證定風量閥的控制精度，定風量閥兩端的壓差保持在50Pa～300Pa內。定風量閥兩端設有壓力傳感器，P1和P2，具體布置見圖2。在空調運行過程中，P1值控制回風閥的開度，同時保證|P1－P2|<50Pa。通過電動控制定風量閥，可方便實現(xiàn)定風量閥的開關。系統(tǒng)正常運行時，定風量閥打開，保證通過的風量為設定值；有特殊要求時，定風量閥關閉以阻斷新風。

此方案的特點是：控制簡單、新風量穩(wěn)定、較簡單易行。

在圖1的情況發(fā)生時，通過自動打開定風量閥實現(xiàn)補償新風量，緩解使用中新風衰減問題，但是需在額定新風量時在定風量閥上預留一定的阻力，特別適合在新風管阻力較小的管路上使用。

圖2 定風量閥控制原理示意圖

3 結論

1）集中式定風量空調系統(tǒng)設計簡單，比較適合船舶，但是為了滿足船員對艙室環(huán)境的舒適性要求，技術及理念上仍需不斷創(chuàng)新與改進；結合系統(tǒng)特點，從總量和個體兩方面統(tǒng)籌考慮選擇合適的設計新風量標準，能很好解決局部新風不足的問題。

2）在進行空調系統(tǒng)設計時，依據船舶的使用特點及要求，對新風管路阻力損失及設計新風量進行全面考慮，選擇合理的新風量控制方法，以滿足船舶空調系統(tǒng)的新風量需求及船員的舒適性要求。從設計、建造和調試中都需關注新風管路阻力平衡問題，針對不同的管路特性，采取不同的新風控制方法，可解決使用中新風量不足的問題。

[1]陳安陽.船舶空調新風量計算方法的探討[C]//中國制冷學會2009年學術年會,2009.

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

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

[4]王宇清.流體力學泵與風機[M].北京:中國建筑出版社,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-）， ，高級工程師。研究方向為艦船 機工程。