超级豪华游艇变风量系统的设计及应用

■ 文｜烟台中集来福士游艇事业部 朱勇 郭丽娟

中集海洋工程有限公司 田宇 吴妙子

游艇，是一种水上娱乐用奢侈的消费品。它集航海、运动、娱乐、休闲等功能于一体，可满足个人及家庭享受生活的需要。空调系统是游艇上的重要系统，空调系统的好坏直接影响到乘员在艇上休闲娱乐的舒适性。游艇通风空调设计的目的是，在满足健康安全环节要求的前提下，能够满足船上人员温度，湿度等方面的舒适度及奢华家具，饰品的湿度、温度的使用要求，并能够使所有的设备达到正常工作状态。

1.变风量系统的特点及应用

变风量VAV系统于20世纪60年代在美国诞生，可根据室内负荷变化或室内要求参数的变化，保持恒定送风温度，自动调节空调系统送风量，从而使室内参数达到要求。由于空调系统大部分时间在负荷下运行，所以风量的减少带来了风机能耗的降低。VAV系统追求以较少的能耗来满足室内空气环境的要求。传统的定风量系统易出现船舶房间过冷或过热的现象，风机盘管加新风系统常常发生凝水污染及产生噪声的问题。变风量系统不会出现这些情况，并且它能在送风温度不变的情况下，使空调风在船舶房间不同部分中根据需要合理分配，同时系统布置灵活，调节方便。

2.设计实例

本游艇项目船长 88.5米，为亚洲最大豪华游艇。生活区共分 5层甲板，生活区大部分房间为休息室，VIP房间，主人房间等。

2.1 系统设计工作原理

为获得空调系统的实时负荷，我们在每个房间内都装有一个温度控制器，用来检测室内温度，并与船主设定的期望温度值进行比较。当二者出现差值时，温控器将改变风管上VAV电动阀的阀门开度，减少或增加进入室内的风量从而调节室内温度，直到室内温度回复为设定值。同时根据房间的负荷情况，通过变频器调节送风机转速起到节能作用。送风机速度控制通常有定静压，变静压，总风量等控制方法。本项目采用定静压控制风机转速。

其它游艇生活区一般采用定风空调系统，其追踪房间负荷变化的手段是控制回风温度，调节冷热水阀门。在这个过程中，送风量保持不变，送风的能耗不变。但对于变风量空调系统，追踪房间负荷变化的主要手段是控制各个末端的送风量。由于空调负荷在全年的绝大多数时间里都低于设计负荷，因此低负荷是减少风机的送风量、使得送风机的能耗得以降低的关键。

2.2 常用变风量空调系统形式

1）单风管变风量系统

该系统是变风量系统中最简单的一种，仅有一条送风管道通过末端设备和送风口向室内送风。送风量根据室内负荷大小由室内温控器进行调节，以维持室温在设定的范围内。这种方式只能同时加热或同时制冷，大多应用在小型船舶或大型客滚船上。

2）热水供暖和变风量的组合系统

变风量系统可以采用最简单的单风道系统，在冬季供热时，为了补偿负荷变化，利用热水供暖系统在室内负荷减少时自动或手动开启暖气阀向房间补充热量，同时也可以满足有的房间在需要制冷有的房间需要制热的复杂负荷条件。采用这种组合系统，室内的最小风量，相对湿度都可以得到保证。

3）单风管变风量再加热空调系统

该系统采用的变风量末端带有加热器，在室内负荷减少到一定程度时开启加热器补偿热量，这样既能满足房间最小风量，又不会产生房间过冷现象。

4）双风管变风量空调系统

双风管系统能很好的满足各个舱室的换气次数及舒适性要求，可以通过手动或自动调节布风器的冷暖风调风门调节房间温度，但此系统投资高，管路系统复杂，占用空间大，一般不采用此系统。

2.3 本项目系统形成

本游艇项目在满足人员的舒适性及奢华家具，饰品的湿度，温度的使用要求的前提下，在经济，空间等方面综合进行考虑后，采用的单风管变风量再加热空调系统。末端装置是改变房间送风量以维持室内温度的重要设备。末端装置有节流型和旁通型两种分类方法，前者采用节流机构（如风阀）调节风量；后者则是通过调节风阀把多余的风量旁通到回风道。另外，按是否补偿压力变化可分为有压力有关型和压力无关型两种。

一般的空调系统的送风口都是定截面的，导叶角度也很少改变，所以当风量减少时，势必影响室内的气流组织。因此，要考虑随室内负荷的变化而导致的处理风量的变化对室内气流的影响。采用扩散性能好的风口（喷射型风口扩散性能较差），当风量减少时仍具有诱导室内空气的性能，而喷射型风口的射流则会改变射程而直接下降到工作区。此外，配置多个风口比用少量风口的效果好。利用贴附平顶作用的条缝风口则被认为是一种最好的变风量送风口。采用普通风口时，一般可按 80%左右的最大送风量作为选定风口风量的依据。夏季时，冷风不能直接吹到人员身上，采用扩散性能好的风口送风依靠天花板的贴附效应将空气送远。与内装风盒连接的是布风器，通过软管将风送入到风盒内。选择布风器时，要考虑布风器阻力及噪声性能，在设计送风量下，一般选取的阻力范围为100Pa～200Pa,总声压级在45～50dB以下。为保证人体舒适性及对噪声的控制，所有送排风风口速度很低，风速一般在1.5m/s左右。

本游艇项目最终采用的是管道加热器是变风量末端，压力无关型。送风口采用与内装造型结合的条形送风口，保证了整体房间的美观性。

2.4 变风量空调机组

由于变风量末端的风量是变化的，因此集中空气处理机组也设有变频调速装置，可以根据房间内送风量的变化来调整总的送风量，以达到节能的目的。系统的最终组成为：变频式空气处理机组，加湿器，消音器，管道加热器，VAV阀门，控制器等组成。（见下图）

1）加热

在冬季，为达到室内要求的温度采用了服务于每层甲板空调机内电加热的方式进行加热，保证了冬季室内温度。

2）加湿

在冬季由于室外空气干燥，为保证室内人员的舒适性及奢华家具，饰品的湿度，需要加湿。加湿器为单独的电加湿器，通过加湿管将湿气送入到空调机内的送风段将空气加湿，进而将达到湿度温度要求的空气送入到每个房间内。

2.5 系统控制

变风量空调系统的设计和控制系统的设计是密不可分的。变风量系统采用了房间温度控制，送风量控制，和送风温度控制等形式。本游艇项目的变风量空调系统为自动控制系统，采用了直接数字式控制，在集控室能对各空调机组运行状态，室内温度，送风温度，湿度等进行现场控制。

2.6 变风量系统在游艇设计中需注意的问题

1）噪声问题

游艇项目对噪声要求比较严格，防止因为风速过大或设备震动产生的噪声对房间产生影响，所以在设计及设备选型时，应尽量降低风速，设备增加减震垫及在送排回风管上增加消音器等措施来减少风的躁声及震动噪声。

2）气流问题

由于负荷变化，使得送入房间的空气是变化的，在做设计时应注意送风口、回风口、排风口的布置，特别需要注意的是不能让送风直接吹到人员及床头位置。

3.总结

变风量系统已经发展50多年并且大都应用在陆地建筑上，随着技术的发展，变风量系统中存在的一些问题已经得到了很好的解决。要设计好的变风量系统，特别是应用在豪华游艇上，就需要对变风量系统的特性有足够的认识，并能做出准确的分析，不断总结经验教训才能进行很好的变风量设计。