船用风管旁通控制空调系统

杨 勇

（中船邮轮科技发展有限公司，上海 200439）

0 引 言

变风量空调技术是能方便实现“舒适、健康、节能”目标的空气调节技术。变风量空调系统因具有节能性及对各种复杂应用环境的适用性和灵活性而使其成为当前首选的空气调节技术之一。变风量空调系统通过末端装置调节空调区域的送风量，跟踪室内空调负荷的变化，使空调房间保持合适的温度和湿度。末端装置的性能对整个变风量空调系统的运行情况和运行质量有很大影响。

受系统设计、运行维护、调试和运行体制等因素的影响，该技术还未在我国广泛应用。另外，变风量空调系统在实际工程应用中存在一定的不足[1]，主要包括：

1) 风量控制需配备一系列的末端装置和变频器，初期投资较高。

2) 当该系统的总风量发生变化时，风道内的静压会随之发生变化。因此，需配备一套风量稳定设施来抵消风道静压变化带来的干扰，这会增加成本。

3) 与定风量系统相比，该系统的控制环节更多，控制系统更复杂，运行维护和保养管理的难度更大。以上不足使得变风量空调系统还不能作为常规的空调系统应用于船上，急需通过对传统的空调系统进行技术改进来满足日益严苛的节能要求。

1 风管旁通控制空调系统概述

风管旁通控制空调系统的设计灵感来自空调水系统中的一级泵压差旁通控制变流量系统。后者中的旁通电动阀主要是为了解决冷水机组定流量运行的安全要求与用户侧变流量运行的实际使用要求之间的矛盾。该系统克服了定流量系统的固有缺点，可较好地实现各用户的“按需供应”[2]。

船用空调风系统也可采用类似的方法实现精确控制，达到节能的目的。船上空调覆盖的房间按功能可分为居住舱、办公室、公共处所和厨房配餐间等，不同类型的房间使用空调的时间是不同的。船舶空调系统的供风方式都是1台空调器给多个房间供风。空调器运行时，所有空调房间都有供风。以餐厅为例，一般只在用餐时需要使用空调，其他时间可不用供风。若单独为餐厅的空调送风管设一路风管，在该路风管的主管上安装一个压力平衡电动三通风闸，通过另一路旁通风管直接接到空调回风管，当餐厅需要供风时，三通风闸连通餐厅的送风管将空调风送到餐厅；当餐厅不用空调时，将三通风闸连通到空调回风管路上，餐厅的空调风直接送回空调箱，此外，其排风也可关闭，空调风全部作为空调回风直接回到空调器，空调器的回风量增大。为保证空调器的总送风量保持不变，可在空调器的新风管上设置电动调风门来减少相应的新风量。同时，空调送风机的转速不发生变化，其风量基本保持稳定，这样不会改变其他房间的送风量，不影响其他房间的空调使用效果。

2 风管旁通控制空调系统设计

2.1 项目介绍

本文以 25000t散货船为例，对风管旁通控制空调系统的设计和节能效果进行介绍。该船的船员定额19人，居住区域除了厨房采用独立空调以外，其他处所共用一台空调器。空调区域包括驾驶室、船员住舱、餐厅、办公室和公共处所等。该船的空调室内外设计条件见表1。

表1 25000t散货船空调室内外设计条件

根据《船舶和海上技术起居处所的空调和通风设计条件和计算基础》（ISO7547—2002）的要求计算空调的总送风量为10000m3/h，总新风量为5000m3/h。夏季空调制冷量为134kW，冬季空调加热量为121kW。

2.2 风管旁通设计

下面以餐厅的空调设计为例对风管旁通设计进行说明。经计算，餐厅需要的空调送风量为2000m3/h，排风量为1000m3/h，另外1000m3/h的空调回风量进入空调器重复利用。餐厅常规空调系统的设计原理是：经空调器处理之后的空调送风通过预绝热螺旋送风管送到餐厅，通过管路末端的布风器送到房间，对房间进行空气调节。餐厅的空调送风在处理完房间的热湿负荷之后，一部分通过布置在餐厅的回风格栅和回风管再次回到空调器，进行能量回收和再处理；另一部分直接排至室外。为达到风量平衡的目的和满足对新风的要求，空调器必须及时吸入足够的室外新风来补充空调区域内排室外的风量。最后，空调区域的所有回风和空调器吸入的新风在空调器进风口混合之后进入空调器进行热湿处理，如此循环往复。所有房间都是按设计风量提供空调送风的，不论该房间在某个时间是否需要空调。该设计不能做到对某个房间或某个区域进行独立开关控制，进而无法实现节能。

风管旁通控制空调系统能很好地解决同一空调器下不同房间或不同区域的空调独立控制问题，只需在餐厅的空调送风管与空调回风管之间加一段旁通风管，在旁通风管上加一个用来平衡压力的调风门，在回风管路上加一个止回风闸。此外，将这段旁通风管与空调送风管通过一个电动三通换向风闸连接起来。当餐厅需用空调时，将餐厅内的带开关的房间温控器打开，控制电动三通阀连通空调送风管与房间布风器系统，给房间供空调风；当餐厅不需用空调时，将带开关的房间温控器关闭，如上所述，控制空调送风不经过房间直接送回到空调器中。风管旁通控制的空调风管系统设计原理图见图1，其中：1为新风进口；2为新风风量控制电动调风闸；3为空调器；4为回风主管；5为送风主管；6为三通换向风闸；7为旁通调节风闸；8为旁通风管；9为止回风闸；10为布风器；11为回风格栅；12为带开关的房间温控器；13为空调房间；14为排风机。此处所述的三通换向风闸、调风门和止回风闸都可用其他相关管路附件来替代。

另外，餐厅空调关闭之后，其排风机也可关闭，从而使旁通回到回风管的风量增加，若不加以控制，将使空调送风量增加，打破原有空调系统的平衡。为维持空调系统原有的平衡和达到最好的节能效果，将空调器新风进口管路上的手动调风门改成电动调节门，在空调器总送风管处安装风量测量仪，以保持空调送风量不变来调节电动调风门的开度，由此调节空调器的新风量，使空调系统稳定运行且节能效果最好。

图1 风管旁通控制的风管系统设计原理图

2.3 节能比较

在设计工况下，该船空调的总送风量为10000m3/h，总新风量为5000m3/h，餐厅回风量为1000m3/h，其他空调区域的回风量为4000m3/h，夏季空调制冷量为134kW。当餐厅不需要空调而其他处所需要空调时，将餐厅空调送风管上的三通换向阀通向餐厅的回风管，这样餐厅的回风量变成了2000m3/h，而其他空调区域的回风量仍为400m3/h，相应的空调新风进口处的电动调风门将新风量调到4000m3/h。由于餐厅的空调送风并未处理房间的热湿负荷，餐厅的回风温度仍等于送风温度。冬季的情况与夏季相同，具体的参数变化见表2。

表2 能耗对比

从表2中可看出，风管旁通控制空调系统的节能效果较为明显，不仅能节约为消除房间负荷而产生的能耗，而且能通过减少新风量来减少新风负荷。

3 结 语

风管旁通控制空调系统可很好地解决处在同一空调区域内的房间空调不同时运行的问题，理论上能实现对每个房间的实时精确控制。采用该系统增加的成本不高，节能效果明显。旁通管上的调风门开度可在调试阶段调好，以满足三通变向风闸变向前后对风管系统的阻力平衡要求，从而不影响其他房间空调的正常使用。