船用風管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)

楊 勇

（中船郵輪科技發(fā)展有限公司，上海 200439）

0 引 言

變風量空調(diào)技術(shù)是能方便實現(xiàn)“舒適、健康、節(jié)能”目標的空氣調(diào)節(jié)技術(shù)。變風量空調(diào)系統(tǒng)因具有節(jié)能性及對各種復雜應用環(huán)境的適用性和靈活性而使其成為當前首選的空氣調(diào)節(jié)技術(shù)之一。變風量空調(diào)系統(tǒng)通過末端裝置調(diào)節(jié)空調(diào)區(qū)域的送風量，跟蹤室內(nèi)空調(diào)負荷的變化，使空調(diào)房間保持合適的溫度和濕度。末端裝置的性能對整個變風量空調(diào)系統(tǒng)的運行情況和運行質(zhì)量有很大影響。

受系統(tǒng)設(shè)計、運行維護、調(diào)試和運行體制等因素的影響，該技術(shù)還未在我國廣泛應用。另外，變風量空調(diào)系統(tǒng)在實際工程應用中存在一定的不足[1]，主要包括：

1) 風量控制需配備一系列的末端裝置和變頻器，初期投資較高。

2) 當該系統(tǒng)的總風量發(fā)生變化時，風道內(nèi)的靜壓會隨之發(fā)生變化。因此，需配備一套風量穩(wěn)定設(shè)施來抵消風道靜壓變化帶來的干擾，這會增加成本。

3) 與定風量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)更多，控制系統(tǒng)更復雜，運行維護和保養(yǎng)管理的難度更大。以上不足使得變風量空調(diào)系統(tǒng)還不能作為常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)應用于船上，急需通過對傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)進行技術(shù)改進來滿足日益嚴苛的節(jié)能要求。

1 風管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)概述

風管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計靈感來自空調(diào)水系統(tǒng)中的一級泵壓差旁通控制變流量系統(tǒng)。后者中的旁通電動閥主要是為了解決冷水機組定流量運行的安全要求與用戶側(cè)變流量運行的實際使用要求之間的矛盾。該系統(tǒng)克服了定流量系統(tǒng)的固有缺點，可較好地實現(xiàn)各用戶的“按需供應”[2]。

船用空調(diào)風系統(tǒng)也可采用類似的方法實現(xiàn)精確控制，達到節(jié)能的目的。船上空調(diào)覆蓋的房間按功能可分為居住艙、辦公室、公共處所和廚房配餐間等，不同類型的房間使用空調(diào)的時間是不同的。船舶空調(diào)系統(tǒng)的供風方式都是1臺空調(diào)器給多個房間供風?？照{(diào)器運行時，所有空調(diào)房間都有供風。以餐廳為例，一般只在用餐時需要使用空調(diào)，其他時間可不用供風。若單獨為餐廳的空調(diào)送風管設(shè)一路風管，在該路風管的主管上安裝一個壓力平衡電動三通風閘，通過另一路旁通風管直接接到空調(diào)回風管，當餐廳需要供風時，三通風閘連通餐廳的送風管將空調(diào)風送到餐廳；當餐廳不用空調(diào)時，將三通風閘連通到空調(diào)回風管路上，餐廳的空調(diào)風直接送回空調(diào)箱，此外，其排風也可關(guān)閉，空調(diào)風全部作為空調(diào)回風直接回到空調(diào)器，空調(diào)器的回風量增大。為保證空調(diào)器的總送風量保持不變，可在空調(diào)器的新風管上設(shè)置電動調(diào)風門來減少相應的新風量。同時，空調(diào)送風機的轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化，其風量基本保持穩(wěn)定，這樣不會改變其他房間的送風量，不影響其他房間的空調(diào)使用效果。

2 風管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 項目介紹

本文以 25000t散貨船為例，對風管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和節(jié)能效果進行介紹。該船的船員定額19人，居住區(qū)域除了廚房采用獨立空調(diào)以外，其他處所共用一臺空調(diào)器?？照{(diào)區(qū)域包括駕駛室、船員住艙、餐廳、辦公室和公共處所等。該船的空調(diào)室內(nèi)外設(shè)計條件見表1。

表1 25000t散貨船空調(diào)室內(nèi)外設(shè)計條件

根據(jù)《船舶和海上技術(shù)起居處所的空調(diào)和通風設(shè)計條件和計算基礎(chǔ)》（ISO7547—2002）的要求計算空調(diào)的總送風量為10000m3/h，總新風量為5000m3/h。夏季空調(diào)制冷量為134kW，冬季空調(diào)加熱量為121kW。

2.2 風管旁通設(shè)計

下面以餐廳的空調(diào)設(shè)計為例對風管旁通設(shè)計進行說明。經(jīng)計算，餐廳需要的空調(diào)送風量為2000m3/h，排風量為1000m3/h，另外1000m3/h的空調(diào)回風量進入空調(diào)器重復利用。餐廳常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計原理是：經(jīng)空調(diào)器處理之后的空調(diào)送風通過預絕熱螺旋送風管送到餐廳，通過管路末端的布風器送到房間，對房間進行空氣調(diào)節(jié)。餐廳的空調(diào)送風在處理完房間的熱濕負荷之后，一部分通過布置在餐廳的回風格柵和回風管再次回到空調(diào)器，進行能量回收和再處理；另一部分直接排至室外。為達到風量平衡的目的和滿足對新風的要求，空調(diào)器必須及時吸入足夠的室外新風來補充空調(diào)區(qū)域內(nèi)排室外的風量。最后，空調(diào)區(qū)域的所有回風和空調(diào)器吸入的新風在空調(diào)器進風口混合之后進入空調(diào)器進行熱濕處理，如此循環(huán)往復。所有房間都是按設(shè)計風量提供空調(diào)送風的，不論該房間在某個時間是否需要空調(diào)。該設(shè)計不能做到對某個房間或某個區(qū)域進行獨立開關(guān)控制，進而無法實現(xiàn)節(jié)能。

風管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)能很好地解決同一空調(diào)器下不同房間或不同區(qū)域的空調(diào)獨立控制問題，只需在餐廳的空調(diào)送風管與空調(diào)回風管之間加一段旁通風管，在旁通風管上加一個用來平衡壓力的調(diào)風門，在回風管路上加一個止回風閘。此外，將這段旁通風管與空調(diào)送風管通過一個電動三通換向風閘連接起來。當餐廳需用空調(diào)時，將餐廳內(nèi)的帶開關(guān)的房間溫控器打開，控制電動三通閥連通空調(diào)送風管與房間布風器系統(tǒng)，給房間供空調(diào)風；當餐廳不需用空調(diào)時，將帶開關(guān)的房間溫控器關(guān)閉，如上所述，控制空調(diào)送風不經(jīng)過房間直接送回到空調(diào)器中。風管旁通控制的空調(diào)風管系統(tǒng)設(shè)計原理圖見圖1，其中：1為新風進口；2為新風風量控制電動調(diào)風閘；3為空調(diào)器；4為回風主管；5為送風主管；6為三通換向風閘；7為旁通調(diào)節(jié)風閘；8為旁通風管；9為止回風閘；10為布風器；11為回風格柵；12為帶開關(guān)的房間溫控器；13為空調(diào)房間；14為排風機。此處所述的三通換向風閘、調(diào)風門和止回風閘都可用其他相關(guān)管路附件來替代。

另外，餐廳空調(diào)關(guān)閉之后，其排風機也可關(guān)閉，從而使旁通回到回風管的風量增加，若不加以控制，將使空調(diào)送風量增加，打破原有空調(diào)系統(tǒng)的平衡。為維持空調(diào)系統(tǒng)原有的平衡和達到最好的節(jié)能效果，將空調(diào)器新風進口管路上的手動調(diào)風門改成電動調(diào)節(jié)門，在空調(diào)器總送風管處安裝風量測量儀，以保持空調(diào)送風量不變來調(diào)節(jié)電動調(diào)風門的開度，由此調(diào)節(jié)空調(diào)器的新風量，使空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定運行且節(jié)能效果最好。

圖1 風管旁通控制的風管系統(tǒng)設(shè)計原理圖

2.3 節(jié)能比較

在設(shè)計工況下，該船空調(diào)的總送風量為10000m3/h，總新風量為5000m3/h，餐廳回風量為1000m3/h，其他空調(diào)區(qū)域的回風量為4000m3/h，夏季空調(diào)制冷量為134kW。當餐廳不需要空調(diào)而其他處所需要空調(diào)時，將餐廳空調(diào)送風管上的三通換向閥通向餐廳的回風管，這樣餐廳的回風量變成了2000m3/h，而其他空調(diào)區(qū)域的回風量仍為400m3/h，相應的空調(diào)新風進口處的電動調(diào)風門將新風量調(diào)到4000m3/h。由于餐廳的空調(diào)送風并未處理房間的熱濕負荷，餐廳的回風溫度仍等于送風溫度。冬季的情況與夏季相同，具體的參數(shù)變化見表2。

表2 能耗對比

從表2中可看出，風管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果較為明顯，不僅能節(jié)約為消除房間負荷而產(chǎn)生的能耗，而且能通過減少新風量來減少新風負荷。

3 結(jié) 語

風管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)可很好地解決處在同一空調(diào)區(qū)域內(nèi)的房間空調(diào)不同時運行的問題，理論上能實現(xiàn)對每個房間的實時精確控制。采用該系統(tǒng)增加的成本不高，節(jié)能效果明顯。旁通管上的調(diào)風門開度可在調(diào)試階段調(diào)好，以滿足三通變向風閘變向前后對風管系統(tǒng)的阻力平衡要求，從而不影響其他房間空調(diào)的正常使用。