柴镇江

● （驻沪东中华造船(集团)有限公司军代表室，上海 200129）

船舶空调新风设计中应注意的几个问题

柴镇江

● （驻沪东中华造船(集团)有限公司军代表室，上海 200129）

为了介绍船舶空调系统的现状，提出了为保证和改善室内空气品质，首先需保证新风量，重点需关注三个环节：选取合适的新风量标准、合理设计新风管路的阻力损失并在建造调试中落实、确定合理的新风量控制方法。最后，针对新风量控制提出可行性方案，以为船舶空调系统设计及空调系统改造提供参考。

船舶；空调；新风

0 引言

随着船员对舱室环境舒适性要求的提高，提升船舶舱室内空气品质也成为船舶空调系统设计、运行和研究的重要目标[1-2]。影响室内空气品质的主要是室内装修和家具涂料中有毒、有害的挥发性有机污染物师(V.O.C)、室内人员产生的CO2和异味等污染物。要使室内空气被污染的浓度降低到对人体无害的程度，比较直接且有效的方法是补充清新的室外空气进行稀释[3-4]。对于船舶等舱室密闭性强的场所，由于新风量不足，造成的室内污染物积聚、空气品质下降，使内部人员感到不适的情况在目前的船舶上尤其是军舰上也是较普遍的问题。因此，如何保证空调系统新风量，是船舶空调系统设计、建造、调试和运行管理中应引起足够重视的问题。

1 船舶空调系统的新风量现状

船舶空调系统多为单风管、中压和中速集中式定风量空调系统。在定风量空调系统中，通常设有手动调节的新风阀和回风阀，在系统的调整、测试阶段，把新风阀和回风阀固定在所需开启位置，使吸入的新风量能满足空调系统设计条件下的新风量需求。

通过实船调研，在一些大型船舶建筑中，船舶空调系统在运行过程中船员经常会感觉空气品质较差，新风量不足。这主要可归结为以下几方面原因：

1）设计中新风量标准一般为总量达标，在同一空调系统中会包含不同功能的舱室，由于使用功能不同，对新风量的需求也有差异。设计过程中由于不能全面考虑同一系统内不同功能舱室新风需求的差异，造成个别舱室人均实际新风量不足，如士兵舱室往往出现新风不足问题。

2）船舶空调系统的新风一般是多台空调机组通过一个公共新风围井引入新风，在设计时由于对新风阻力考虑不充分，新风系统相对回风系统阻力较大，整个新风系统处于负压区，因此个别空调机组的新风量无法保证，致使空调区域的空气品质较差，舱室内人员有不舒适感。

船舶上空调系统缺乏陆用空调系统有利的施工条件，在施工过程中由于现场条件的限制，有时会对原始设计做出较大的改动，导致实际的空调系统状态和设计状态不吻合，这也是导致新风量不足的客观原因。因此，空调系统在设计过程中应与船体结构设计人员进行良好全面的沟通，保证空调系统设计在施工时的完整性。

3）空调系统的新回风阀的开度在系统调整时已确定，在系统运行过程中并没有根据系统的实际运行状况进行调整。船舶布风器的风量一般是在 0%～100%内连续可调，当舱室内负荷减小时，舱室所需的冷量或热量随之降低。船上一般最直接的调节方法是通过调节布风器改变舱室送风量，船员对布风器实施调节的过程中系统管路特性发生变化，而风机的运行工况点也随之变化，如图1所示，管路特性曲线由a变化至b，工况点则由A点变化到B点，风机的风量减小，新回风混合箱负静压升高，系统的新风量也随之减少。

图1 风机与系统管路性能曲线

2 船舶空调新风设计中应注意的几个问题

为了保证船舶空调系统新风量供给，空调系统在设计时要控制好以下环节：1）选取合适的新风量标准；2）合理设计新风管路的阻力损失并在建造调试中落实；3）确定合理的新风量控制方法。

2.1 选取合适的新风量标准

船舶空调系统的设计舱外进风新风量按以下几方面确定：1）船东要求，即建造规格书的约定；2）规范、标准和船旗国的要求；3）考虑通风效果的换气次数要求；4）设计计算中风量平衡的结果；5）对于舰艇、客船、公务船和工程船等人员较多的船舶空调系统，还应重点关注每人最小新风量标准。

过去一般船舶空调系统的负荷计算标准按照ISO7547-1998最小新风比确定为0.5或更高。由于全球能源日趋紧张，为了降低能源消耗，船舶空调系统逐渐将节能列入设计考虑要素，在整个船舶空调系统的能耗比例中所占据最大份额的无疑是由新风负荷所引起的部分，因此降低新风量成为必然。目前，船舶空调的负荷计算标准按照ISO7547-2002进行，最小新风比降低为0.4。对于舰艇、客船、公务船和工程船等人员较多的船舶空调系统，如果根据每人最小新风量计算的新风比大于0.4，则必须在保证每人最小新风量标准条件下确定新风量。

2.2 合理设计新风管路的阻力损失并在建造调试中落实

准确计算新风管路的阻力损失是保证空调系统设计新风量的前提。如果采用估算的方式，估算值相对实际值偏差较大，对系统风机的要求将提高；估算值相对实际值太小，可能不能保证设计新风量。因此，需增加同一围井不同新风管路的阻力平衡计算或调整用压力预留的考虑，对于阻力过大且无法通过调整管径、调整风阀解决阻力平衡时，设计应考虑采用新风机。

2.3 确定合理的新风量控制方法

为了保证船舶空调系统设计新风量，必须实施有效的控制措施。新风量的控制有需求控制和定量控制。对于船舶集中式定风量空调系统，新风量采用定量控制，在空调季节，新风与回风以固定的比例进行混合；春秋过渡季节，采用全新风的方式。

为了控制新风量满足设计要求，借鉴陆用空调系统的新风量控制方法，现推荐以下几种方案：

2.3.1 控制新风量，调节回风阀

通过安装在新风阀后的风量测量装置检测新风量，以此作为调节对象，控制回风阀的开度。新风量的控制精度和选用的风量测量装置的精度有关。在实际应用中，回风阀的调节开度值和风阀特性、新风比等有关，因此，不能通过个别的实验数据来指导设计。

直接测量新风量的特点：直观的新风量值使回风阀的调节更加简便易行；在过渡季节，可通过回风阀关闭、新风阀全开，实现全新风空气调节，利于系统节能。

在系统设计过程中考虑增加新风测量或增加新风阀最小限位(调试中特别关注)等措施，使得系统在使用过程中满足新风的定量需求或在极端情况下满足最小新风量需求。

2.3.2 新风管路设新风机

在空调系统新风管路设新风机，空调系统新风管路的阻力及设计新风量成为新风机选型的依据。即使空调系统的运行工况发生变化，新风机总能将新风控制在要求的新风量。通过试验验证，空调系统风量发生改变时，新风机的风量控制精度可以达到±5%。 此方案的特点是控制简单，新风量稳定。尤其是建议在新风管阻力大时考虑采取此措施。

在采用此方案时，必须保证新风管路的阻力不超过新风机的静压，否则，将无法保证控制精度。

2.3.3 新风管路设新风定风量阀

在空调系统新风管路设置定风量阀，定风量阀能够自动将新风量控制在要求的范围内，根据定风量阀两端的压差调节回风阀的开度，以保证定风量阀的控制精度。定风量阀的风量调节原理为机械调节，当新风系统压力发生变化时，风阀会迅速反映，自动调节阀位，保证风量在阀两端压差在50Pa～250Pa内维持在设定值。风量可以根据需要进行设定，当设定值接近阀的最大值时，控制精度可以达到±5%。

为保证定风量阀的控制精度，定风量阀两端的压差保持在50Pa～300Pa内。定风量阀两端设有压力传感器，P1和P2，具体布置见图2。在空调运行过程中，P1值控制回风阀的开度，同时保证|P1－P2|<50Pa。通过电动控制定风量阀，可方便实现定风量阀的开关。系统正常运行时，定风量阀打开，保证通过的风量为设定值；有特殊要求时，定风量阀关闭以阻断新风。

此方案的特点是：控制简单、新风量稳定、较简单易行。

在图1的情况发生时，通过自动打开定风量阀实现补偿新风量，缓解使用中新风衰减问题，但是需在额定新风量时在定风量阀上预留一定的阻力，特别适合在新风管阻力较小的管路上使用。

图2 定风量阀控制原理示意图

3 结论

1）集中式定风量空调系统设计简单，比较适合船舶，但是为了满足船员对舱室环境的舒适性要求，技术及理念上仍需不断创新与改进；结合系统特点，从总量和个体两方面统筹考虑选择合适的设计新风量标准，能很好解决局部新风不足的问题。

2）在进行空调系统设计时，依据船舶的使用特点及要求，对新风管路阻力损失及设计新风量进行全面考虑，选择合理的新风量控制方法，以满足船舶空调系统的新风量需求及船员的舒适性要求。从设计、建造和调试中都需关注新风管路阻力平衡问题，针对不同的管路特性，采取不同的新风控制方法，可解决使用中新风量不足的问题。

[1]陈安阳.船舶空调新风量计算方法的探讨[C]//中国制冷学会2009年学术年会,2009.

[2]宋宏光.变风量系统最小新风量控制方法的讨论[J].暖通空调,1999,29(3):36-38.

[3]汪善国.新风量、新风和新回风系统及控制[J].暖通空调,1997,27(1):23-28.

[4]王宇清.流体力学泵与风机[M].北京:中国建筑出版社,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

柴镇江（1966-）， ，高级工程师。研究方向为舰船 机工程。