船用風(fēng)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(fēng)量空調(diào)技術(shù)是能方便實(shí)現(xiàn)“舒適、健康、節(jié)能”目標(biāo)的空氣調(diào)節(jié)技術(shù)。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)因具有節(jié)能性及對(duì)各種復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的適用性和靈活性而使其成為當(dāng)前首選的空氣調(diào)節(jié)技術(shù)之一。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)末端裝置調(diào)節(jié)空調(diào)區(qū)域的送風(fēng)量，跟蹤室內(nèi)空調(diào)負(fù)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(duì)整個(gè)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況和運(yùn)行質(zhì)量有很大影響。

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

1) 風(fēng)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(dāng)該系統(tǒng)的總風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)道內(nèi)的靜壓會(huì)隨之發(fā)生變化。因此，需配備一套風(fēng)量穩(wěn)定設(shè)施來(lái)抵消風(fēng)道靜壓變化帶來(lái)的干擾，這會(huì)增加成本。

3) 與定風(fēng)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(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)和保養(yǎng)管理的難度更大。以上不足使得變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)還不能作為常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于船上，急需通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)來(lái)滿足日益嚴(yán)苛的節(jié)能要求。

1 風(fēng)管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)概述

風(fēng)管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自空調(diào)水系統(tǒng)中的一級(jí)泵壓差旁通控制變流量系統(tǒng)。后者中的旁通電動(dòng)閥主要是為了解決冷水機(jī)組定流量運(yùn)行的安全要求與用戶側(cè)變流量運(yùn)行的實(shí)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(diǎn)，可較好地實(shí)現(xiàn)各用戶的“按需供應(yīng)”[2]。

船用空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)也可采用類(lèi)似的方法實(shí)現(xiàn)精確控制，達(dá)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(lèi)型的房間使用空調(diào)的時(shí)間是不同的。船舶空調(diào)系統(tǒng)的供風(fēng)方式都是1臺(tái)空調(diào)器給多個(gè)房間供風(fēng)。空調(diào)器運(yùn)行時(shí)，所有空調(diào)房間都有供風(fēng)。以餐廳為例，一般只在用餐時(shí)需要使用空調(diào)，其他時(shí)間可不用供風(fēng)。若單獨(dú)為餐廳的空調(diào)送風(fēng)管設(shè)一路風(fēng)管，在該路風(fēng)管的主管上安裝一個(gè)壓力平衡電動(dòng)三通風(fēng)閘，通過(guò)另一路旁通風(fēng)管直接接到空調(diào)回風(fēng)管，當(dāng)餐廳需要供風(fēng)時(shí)，三通風(fēng)閘連通餐廳的送風(fēng)管將空調(diào)風(fēng)送到餐廳；當(dāng)餐廳不用空調(diào)時(shí)，將三通風(fēng)閘連通到空調(diào)回風(fēng)管路上，餐廳的空調(diào)風(fēng)直接送回空調(diào)箱，此外，其排風(fēng)也可關(guān)閉，空調(diào)風(fēng)全部作為空調(diào)回風(fēng)直接回到空調(diào)器，空調(diào)器的回風(fēng)量增大。為保證空調(diào)器的總送風(fēng)量保持不變，可在空調(diào)器的新風(fēng)管上設(shè)置電動(dòng)調(diào)風(fēng)門(mén)來(lái)減少相應(yīng)的新風(fēng)量。同時(shí)，空調(diào)送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化，其風(fēng)量基本保持穩(wěn)定，這樣不會(huì)改變其他房間的送風(fēng)量，不影響其他房間的空調(diào)使用效果。

2 風(fēng)管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目介紹

本文以 25000t散貨船為例，對(duì)風(fēng)管旁通控制空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和節(jié)能效果進(jìn)行介紹。該船的船員定額19人，居住區(qū)域除了廚房采用獨(dú)立空調(diào)以外，其他處所共用一臺(tái)空調(diào)器。空調(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(jì)條件見(jiàn)表1。

表1 25000t散貨船空調(diào)室內(nèi)外設(shè)計(jì)條件

根據(jù)《船舶和海上技術(shù)起居處所的空調(diào)和通風(fēng)設(shè)計(jì)條件和計(jì)算基礎(chǔ)》（ISO7547—2002）的要求計(jì)算空調(diào)的總送風(fēng)量為10000m3/h，總新風(fēng)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(fēng)管旁通設(shè)計(jì)

下面以餐廳的空調(diào)設(shè)計(jì)為例對(duì)風(fēng)管旁通設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。經(jīng)計(jì)算，餐廳需要的空調(diào)送風(fēng)量為2000m3/h，排風(fēng)量為1000m3/h，另外1000m3/h的空調(diào)回風(fēng)量進(jìn)入空調(diào)器重復(fù)利用。餐廳常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是：經(jīng)空調(diào)器處理之后的空調(diào)送風(fēng)通過(guò)預(yù)絕熱螺旋送風(fēng)管送到餐廳，通過(guò)管路末端的布風(fēng)器送到房間，對(duì)房間進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。餐廳的空調(diào)送風(fēng)在處理完房間的熱濕負(fù)荷之后，一部分通過(guò)布置在餐廳的回風(fēng)格柵和回風(fēng)管再次回到空調(diào)器，進(jìn)行能量回收和再處理；另一部分直接排至室外。為達(dá)到風(fēng)量平衡的目的和滿足對(duì)新風(fēng)的要求，空調(diào)器必須及時(shí)吸入足夠的室外新風(fēng)來(lái)補(bǔ)充空調(diào)區(qū)域內(nèi)排室外的風(fēng)量。最后，空調(diào)區(qū)域的所有回風(fēng)和空調(diào)器吸入的新風(fēng)在空調(diào)器進(jìn)風(fēng)口混合之后進(jìn)入空調(diào)器進(jìn)行熱濕處理，如此循環(huán)往復(fù)。所有房間都是按設(shè)計(jì)風(fēng)量提供空調(diào)送風(fēng)的，不論該房間在某個(gè)時(shí)間是否需要空調(diào)。該設(shè)計(jì)不能做到對(duì)某個(gè)房間或某個(gè)區(qū)域進(jìn)行獨(dú)立開(kāi)關(guān)控制，進(jìn)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

風(fēng)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(dú)立控制問(wèn)題，只需在餐廳的空調(diào)送風(fēng)管與空調(diào)回風(fēng)管之間加一段旁通風(fēng)管，在旁通風(fēng)管上加一個(gè)用來(lái)平衡壓力的調(diào)風(fēng)門(mén)，在回風(fēng)管路上加一個(gè)止回風(fēng)閘。此外，將這段旁通風(fēng)管與空調(diào)送風(fēng)管通過(guò)一個(gè)電動(dòng)三通換向風(fēng)閘連接起來(lái)。當(dāng)餐廳需用空調(diào)時(shí)，將餐廳內(nèi)的帶開(kāi)關(guān)的房間溫控器打開(kāi)，控制電動(dòng)三通閥連通空調(diào)送風(fēng)管與房間布風(fēng)器系統(tǒng)，給房間供空調(diào)風(fēng)；當(dāng)餐廳不需用空調(diào)時(shí)，將帶開(kāi)關(guān)的房間溫控器關(guān)閉，如上所述，控制空調(diào)送風(fēng)不經(jīng)過(guò)房間直接送回到空調(diào)器中。風(fēng)管旁通控制的空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)圖1，其中：1為新風(fēng)進(jìn)口；2為新風(fēng)風(fēng)量控制電動(dòng)調(diào)風(fēng)閘；3為空調(diào)器；4為回風(fēng)主管；5為送風(fēng)主管；6為三通換向風(fēng)閘；7為旁通調(diào)節(jié)風(fēng)閘；8為旁通風(fēng)管；9為止回風(fēng)閘；10為布風(fēng)器；11為回風(fēng)格柵；12為帶開(kāi)關(guān)的房間溫控器；13為空調(diào)房間；14為排風(fēng)機(jī)。此處所述的三通換向風(fēng)閘、調(diào)風(fēng)門(mén)和止回風(fēng)閘都可用其他相關(guān)管路附件來(lái)替代。

另外，餐廳空調(diào)關(guān)閉之后，其排風(fēng)機(jī)也可關(guān)閉，從而使旁通回到回風(fēng)管的風(fēng)量增加，若不加以控制，將使空調(diào)送風(fēng)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(dá)到最好的節(jié)能效果，將空調(diào)器新風(fēng)進(jìn)口管路上的手動(dòng)調(diào)風(fēng)門(mén)改成電動(dòng)調(diào)節(jié)門(mén)，在空調(diào)器總送風(fēng)管處安裝風(fēng)量測(cè)量?jī)x，以保持空調(diào)送風(fēng)量不變來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，由此調(diào)節(jié)空調(diào)器的新風(fēng)量，使空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行且節(jié)能效果最好。

圖1 風(fēng)管旁通控制的風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖

2.3 節(jié)能比較

在設(shè)計(jì)工況下，該船空調(diào)的總送風(fēng)量為10000m3/h，總新風(fēng)量為5000m3/h，餐廳回風(fēng)量為1000m3/h，其他空調(diào)區(qū)域的回風(fēng)量為4000m3/h，夏季空調(diào)制冷量為134kW。當(dāng)餐廳不需要空調(diào)而其他處所需要空調(diào)時(shí)，將餐廳空調(diào)送風(fēng)管上的三通換向閥通向餐廳的回風(fēng)管，這樣餐廳的回風(fēng)量變成了2000m3/h，而其他空調(diào)區(qū)域的回風(fēng)量仍為400m3/h，相應(yīng)的空調(diào)新風(fēng)進(jìn)口處的電動(dòng)調(diào)風(fēng)門(mén)將新風(fēng)量調(diào)到4000m3/h。由于餐廳的空調(diào)送風(fēng)并未處理房間的熱濕負(fù)荷，餐廳的回風(fēng)溫度仍等于送風(fēng)溫度。冬季的情況與夏季相同，具體的參數(shù)變化見(jiàn)表2。

表2 能耗對(duì)比

從表2中可看出，風(fēng)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(fù)荷而產(chǎn)生的能耗，而且能通過(guò)減少新風(fēng)量來(lái)減少新風(fēng)負(fù)荷。

3 結(jié) 語(yǔ)

風(fēng)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(shí)運(yùn)行的問(wèn)題，理論上能實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)房間的實(shí)時(shí)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(fēng)門(mén)開(kāi)度可在調(diào)試階段調(diào)好，以滿足三通變向風(fēng)閘變向前后對(duì)風(fēng)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。