地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在船舶上的應(yīng)用與展望

付宇 陳雨菲

摘? ? 要：隨著科技的發(fā)展，中央空調(diào)技術(shù)日益進(jìn)步，地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)以其節(jié)能環(huán)保、舒適度高等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越多的使用在陸上建筑中，但目前在船舶上應(yīng)用較少。本文闡述了地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的原理、組成、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和難點(diǎn)、系統(tǒng)特點(diǎn)等，旨在通過(guò)分析研究開(kāi)拓地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)而提高地板式船用送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保和舒適性。

關(guān)鍵詞：地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng);船舶;節(jié)能

中圖分類號(hào)：U664.86 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Prospect and Discussion of Under-floor Air Distribution （UFAD） System in Ship Field

FU Yu，? CHEN Yufei

（ Guangzhou Ship Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： With the development of science and technology， the central air-conditioning technology is improving day by day. The under-floor air distribution （UFAD） system is more and more used in onshore buildings because of its unique advantages of energy saving， environmental protection and comfort improvement， but it is less used in ship field at present. This paper expounds the principle， composition， design points and difficulties， system characteristics. The purpose of this paper is to explore the application of the UFAD system in ship field through analysis and research， and to improve the energy-saving， environmental protection and comfort of the marine air-conditioning system.

Key words： Under-floor air distribution （UFAD） system;? Ship;? Energy saving

1? ? ?前言

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)起源于歐洲，其主要特點(diǎn)是將傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的上送風(fēng)方式改變?yōu)橄滤惋L(fēng)方式，是一種新型的中央空調(diào)系統(tǒng)。其具有節(jié)能環(huán)保、提高空氣品質(zhì)、降低層高等優(yōu)點(diǎn)，但目前該種新型中央空調(diào)系統(tǒng)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎空白。

2? ? 地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的原理

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要由空調(diào)機(jī)、終端送風(fēng)機(jī)和活動(dòng)架空地板三部分組成。

目前在建筑行業(yè)普遍采用的室內(nèi)氣流組織形式分為以下兩種：一種是采用下送風(fēng)下回風(fēng)的方式，將架空地板下的空間采用間隔墻分隔為送風(fēng)區(qū)及回風(fēng)區(qū);另一種是采用下送風(fēng)上回風(fēng)的方式，將架空地板下封閉空間作為送風(fēng)區(qū)，利用天花板內(nèi)的空間作為回風(fēng)區(qū)。架空地板上可以設(shè)置可調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)向的調(diào)節(jié)送風(fēng)口、插座或者網(wǎng)絡(luò)接口等裝置。

2.1? ?下送風(fēng)下回風(fēng)方式

下送風(fēng)下回風(fēng)空氣流通方式，見(jiàn)圖1所示：室溫空氣經(jīng)過(guò)地板表面安裝的回風(fēng)格柵或?yàn)V網(wǎng)被吸入，經(jīng)空氣處理機(jī)處理后流經(jīng)終端機(jī)內(nèi)部的熱交換器進(jìn)行熱量交換，隨后將熱交換后的冷空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)向上送入艙室內(nèi)，到達(dá)天花板后自然沉降進(jìn)入艙室與室內(nèi)空氣混合，然后以層流送風(fēng)方式進(jìn)入艙室。

2.2? ?下送風(fēng)上回風(fēng)方式

下送風(fēng)上回風(fēng)空氣流通方式，見(jiàn)圖2所示：空調(diào)主機(jī)及控制裝置安裝于專用的空調(diào)機(jī)艙，根據(jù)每個(gè)艙室的需要，利用架空地板下的空間形成送風(fēng)箱，將經(jīng)過(guò)處理的適量的冷氣送到工作區(qū)域，利用天花板內(nèi)的空間形成回風(fēng)箱，將向上走的高溫氣體回收，加以新風(fēng)后再利用。這種方式對(duì)地板以及天花板的密封性要求較高。

3? ? 地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要部件

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要部件與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)基本相同，主要由冷水機(jī)組、干式冷卻器、冷卻塔和水泵等組成。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)不同的主要是末端送風(fēng)裝置，其末端送風(fēng)裝置主要是由地板散流器和送風(fēng)口等組成。

3.1? ?地板散流器

地板式散流器根據(jù)氣流流動(dòng)形式，可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種：主動(dòng)式散流器是通過(guò)風(fēng)機(jī)送風(fēng)至房間內(nèi)部;被動(dòng)式散流器是利用送風(fēng)區(qū)靜壓箱內(nèi)的正壓送風(fēng)至房間內(nèi)部。

目前在建筑行業(yè)廣泛采用的地板式散流器主要有以下三種：

（1）條形地板格柵

條形地板格柵通常用于人員密度較小的區(qū)域內(nèi)，安裝在靠近玻璃幕墻或者外窗的位置;

（2）VAV地板散流器

VAV地板散流器的主要特點(diǎn)是可以保持送風(fēng)風(fēng)速的穩(wěn)定，不隨風(fēng)量的增加和減少而改變。通常適用于變風(fēng)量調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)（VAV空調(diào)系統(tǒng)）;

（3）旋流式地板散流器

旋流式地板散流器目前在地板式送風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用最廣。通過(guò)這種散流器的艙室內(nèi)的冷氣可以快速與房間內(nèi)的空氣混合，使房間內(nèi)的溫度迅速達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。

3.2? ? 地板式送風(fēng)口

地板式送風(fēng)口的形式多樣，按照氣流的方向分為旋流型送風(fēng)口和指向型送風(fēng)口：旋流型送風(fēng)口是依靠較大的誘導(dǎo)比將氣流送出;指向型送風(fēng)口的出口格柵具有一定的角度，出風(fēng)流量和風(fēng)向均可根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

4? ? 地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用在船舶上，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

4.1? ?地板架空高度

地板架空占用上建的空間，如果高度過(guò)高會(huì)影響甲板上層高度，降低經(jīng)濟(jì)性;如果高度過(guò)低，則無(wú)法保證地板上各個(gè)送風(fēng)口均勻地送風(fēng)。

架空地板高度的確定，需要綜合考慮地板下空調(diào)終端設(shè)備的尺寸、空氣暢通流動(dòng)所需空間以及電纜等所需空間;目前使用的架空地板的縫隙難以完全消除，空氣通過(guò)地板縫隙的滲漏影響能耗及房間的氣流組織形式，所以架空地板的安裝方式、節(jié)點(diǎn)的密封處理是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通常，架空地板的滲透率應(yīng)不大于空氣總量的5%。

4.2? 送風(fēng)溫度和風(fēng)速

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在用于夏季制冷時(shí)的溫度為17 ℃～19 ℃。采用船舶上建構(gòu)件作為送風(fēng)回風(fēng)道時(shí)，由于構(gòu)件材料的熱惰性，一部分蓄冷量在空調(diào)停止制冷后釋放;同時(shí)由于構(gòu)件的蓄熱量，空氣流過(guò)架空地板下的靜壓箱時(shí)會(huì)吸收構(gòu)件的熱量導(dǎo)致溫度升高。所以在地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮空氣沿程的溫度變化。

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于工作區(qū)的風(fēng)速要求，可以參照GB50019-2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定：夏季室內(nèi)風(fēng)速不應(yīng)大于0.3 m/s。較小的室內(nèi)風(fēng)速可以避免風(fēng)口附近的吹風(fēng)感，提高舒適度。

4.3? ?房間內(nèi)垂直溫差的控制

采用地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的艙室在水平方向的溫度分布比較均勻，但垂直方向的溫度是不相同的。影響垂直方向溫度分布的主要原因是送風(fēng)射流和室內(nèi)熱源的分布情況，送風(fēng)量越小，艙室內(nèi)垂直方向的溫差越大。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小艙室內(nèi)的溫度梯度。目前在建筑行業(yè)，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)高0.1～1.1 m的垂直溫差不得超過(guò)3 ℃。

4.4? ?地板式散流器的位置

地板式散流器位置的確定，除了需考慮人員的舒適性外，還要考慮與靜壓箱回風(fēng)口的距離。通常，為了防止艙室內(nèi)空氣通過(guò)散流器回流至送風(fēng)區(qū)，地板散流器的安裝位置至靜壓箱口的距離應(yīng)不小于2 m。

5? ? 地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

5.1? ?布置上節(jié)省甲板層高

在建筑行業(yè)，采用地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可以減少8%-10%的建筑高度，既減少了建筑成本也縮短了施工周期;在船舶應(yīng)用方面也是如此，我國(guó)現(xiàn)階段船舶空調(diào)系統(tǒng)普遍采用傳統(tǒng)的上送風(fēng)上回風(fēng)系統(tǒng)，天花板上需留有一定空間用于布置風(fēng)管和末端送風(fēng)裝置，使得上建層高受到影響。大量的風(fēng)管布置在房間頂部，不但施工和檢修困難，而且影響美觀。以某大型豪華郵輪上層建筑內(nèi)一個(gè)雙人客房為例（見(jiàn)圖3）：采用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，須在天花板上預(yù)留300～500 mm的空間安放風(fēng)管和布風(fēng)器等末端送風(fēng)裝置，或者適當(dāng)加大結(jié)構(gòu)縱桁，預(yù)留風(fēng)管通道;如果采用地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，則天花板上可節(jié)省400 mm左右的空間，而架空地板的高度僅需250 mm，所以采用地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可在高度上節(jié)約150 mm左右的空間。

圖3? 住艙內(nèi)采用兩種空調(diào)系統(tǒng)層高對(duì)比

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的出風(fēng)不再需要采用布風(fēng)器，而是采用地板出風(fēng)口，出風(fēng)口的形式多種多樣：按照氣流的方向，分為旋流型和指向型;按照裝置的安裝高度，分為與地面相平的送風(fēng)口和伸出地面的出風(fēng)口。

5.2? ?提升空氣品質(zhì)和人體舒適度

房間的空氣污染層普遍在中上層，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)采用吊頂風(fēng)管送風(fēng)的方式，新鮮空氣要經(jīng)過(guò)污染層后送至人員活動(dòng)區(qū)域;而采用下送風(fēng)方式，則可將空氣中大部分污染物控制在高于人呼吸區(qū)的位置，新鮮空氣通過(guò)地面送風(fēng)口直接送至人員活動(dòng)區(qū)域，空氣的品質(zhì)較高，避免了二次污染。

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)口布置在活動(dòng)架空地板的表面，便于房間內(nèi)的人員對(duì)風(fēng)量和風(fēng)向進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)榈匕逅惋L(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比的送風(fēng)溫度較高，一般設(shè)為17 ℃～19℃，不但避免了冷量的流失，而且不會(huì)出現(xiàn)頭部冷感較強(qiáng)等問(wèn)題，改善了個(gè)人環(huán)境的舒適度。

5.3? ?節(jié)約能耗

對(duì)于傳統(tǒng)的空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)，由于地板下送風(fēng)區(qū)的橫截面積相比于風(fēng)管的橫截面積大，因此管路阻力產(chǎn)生的壓力損失較小，從而減小了氣體的輸送動(dòng)力，減少了風(fēng)機(jī)能耗。

熱負(fù)荷方面，傳統(tǒng)空調(diào)高位送風(fēng)的冷空氣下行與空氣房間內(nèi)向上流動(dòng)的熱空氣混合后才能到達(dá)人員停留的空間，使得供冷時(shí)的溫度需要更低、能耗更高;采用地板式空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)可以很大程度上避免這一問(wèn)題，房間內(nèi)的熱空氣直接進(jìn)入回風(fēng)口，減少了與冷空氣的接觸，對(duì)于類似從房間內(nèi)的燈具所產(chǎn)生的熱量還未向下流動(dòng)到達(dá)人員所在區(qū)域就被排出，使得房間內(nèi)總的冷負(fù)荷減少，進(jìn)而減小了制冷機(jī)組所需的制冷量，節(jié)能環(huán)保的同時(shí)又可以減少投資成本。有數(shù)據(jù)表明，地下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的顯熱僅占傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)顯熱的64%。

在春秋季過(guò)度季節(jié)，由于地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)本身的送風(fēng)溫度較高，可以延長(zhǎng)室外新風(fēng)的使用時(shí)間，從而減少機(jī)組的開(kāi)機(jī)時(shí)間，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

6? ? 地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)

地板式空調(diào)系統(tǒng)初期投資成本較高，對(duì)設(shè)計(jì)和施工的要求也較高。比如，對(duì)架空地板的密封性、地板下活動(dòng)空間的潔凈度等要求都比較高。地板式空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的終端機(jī)直接安裝在房間內(nèi)，其供職狀態(tài)和質(zhì)量將直接影響室內(nèi)的噪音和空氣的質(zhì)量，因此需要日常的維護(hù)和保養(yǎng)。

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)目前在船舶行業(yè)還缺乏參考資料和規(guī)范法規(guī)等指導(dǎo)文件，因此還需要業(yè)內(nèi)專家和研究人員對(duì)在船舶領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)一步完善。

7? ? 在船舶上的應(yīng)用前景

近年來(lái)，內(nèi)河游覽船日益增多，對(duì)游覽船的外觀要求也越來(lái)越高，不少船舶采用全透明鋼化玻璃作為外部材料，類似玻璃幕墻建筑。采用地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)無(wú)需布置風(fēng)管，不僅滿足外觀上的需求，冷卻的氣流沿幕墻玻璃向上運(yùn)動(dòng)到達(dá)天花板后自然沉降進(jìn)入房間，阻隔通過(guò)玻璃傳入的熱量，制冷效果更好。

地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在世界各國(guó)被廣泛應(yīng)用于公共建筑、醫(yī)院和政府大樓等建筑，其節(jié)能效果顯著、制冷效果良好。但目前在我國(guó)船舶領(lǐng)域地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用幾近空白。隨著造船工業(yè)的不斷發(fā)展及近年來(lái)一系列國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺(tái)，低碳、環(huán)保、無(wú)污染日益受到業(yè)界關(guān)注，地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)以其良好的節(jié)能效果將成為一項(xiàng)新型綠色船舶技術(shù)，加上其噪音小、制冷速度快、舒適度高等優(yōu)點(diǎn)可以廣泛使用于大型豪華郵輪、游覽船等。

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