豪华客船阳台房空调系统的节能设计

2021-09-07谢旭晨张朝霞于延玲张堂德

船舶 2021年4期

谢旭晨刘芳张朝霞于延玲张堂德

（上海外高桥造船有限公司上海 200137）

引言

豪华客船作为休闲、娱乐和观光的移动载体，空调系统的舒适程度将直接影响乘客的乘坐体验。同时空调系统也是能耗大户，一般约占客船运营总能耗的30%。随着乘客对居住环境舒适性的要求以及船东对船舶运营节能增效的要求越来越高，实现兼顾舒适性和节能性的空调系统的重要性日益突显。

豪华客船阳台房由于直接面向室外，其热湿负荷较大，目前多采用新风+风机盘管的空调系统，即通过集中式空调箱仅送入满足卫生要求的新风，房间的负荷由风机盘管处理，属于典型的半集中式空调系统。由于阳台房空调系统总耗能占整个居住舱室空调系统的绝大部分，所以阳台房空调系统的节能设计是客船空调系统节能设计的最重要内容之一。

1 阳台房空调系统组成及主要部件功能

1.1 阳台房空调系统组成简述

豪华客船阳台房空调系统如图1所示。首先，新风到焓回收转轮式空调箱进行独立集中处理；然后，通过定风量阀或变风量阀被分配至各阳台房风机盘管（FCU）；在风机盘管混合后，最后将经风机盘管处理过的回风通过布风器送入房间。

图1 阳台房空调系统示意图

变风量阀一般用于大于2人的房间，阀的开度根据实际入住人员数量在乘客办理入住时自动调节。

各阳台房的抽风口设在卫生单元，舱室门上不设回风格栅，卫生单元回风经焓回收转轮式空调箱进行热量或冷量回收后直接排出室外。

1.2 阳台房空调系统主要部件功能

1.2.1 焓回收转轮式空调箱

（1）制冷

在夏季模式下，外界新鲜空气通过焓回收转轮进行预冷，焓回收转轮将热量和湿气从进入的室外空气转移到回风空气中，并在进入送风系统之前通过冷媒水盘管进行进一步冷却和除湿。

（2）加热

在冬季模式下，通过焓回收转轮将回风中的热量和湿气转移到进入的室外空气中，对新风进行预热和加湿，然后通过安装在空调箱内或主风管内的再热热水盘管进行再加热。

（3）焓回收器

将排风中的热（冷）量传递给送风的热转移设备，习惯称焓回收器，也称能量回收部件，满足以下条件之一即可运行：

① 手动开启。

② 如果外界温度低于10℃或外界温度高于回风温度（回风温度一般设定为24℃，豪华客船外界设计温度一般为：夏季+35℃/冬季0℃），则自动开启，见表1。

表1 自动模式下焓回收转轮开关对应温度表

③ 如果转轮停止运行1 h，会自动运行2 min进行自洁净。

1.2.2 风机盘管

（1）风机

风机采用直流无刷电机驱动，风机转速可进行无极调节并一直处于运行状态，一般不允许停止风机运转。

（2）制冷

室内回风经过冷媒水盘管进行制冷，制冷量的调节由安装在风机盘管内的电动二通阀控制。

（3）加热

室内回风经过电加热器进行加热，加热器一般使用脉冲调制技术来调节加热量。

2 阳台房空调系统的节能设计

由于阳台房空调系统采用新风+风机盘管的空调系统，所以节能设计的重点是新风段即空调箱和室内风机盘管段这两个分段如何实现节能，以及这两个分段如何整体实现系统节能。系统设计时，空调箱处理新风段的热湿负荷，而房间风机盘管是处理其房间的所有热湿负荷，基于先决条件，节能设计的2条基本思路是，空调箱处理新风时要随外界温度变化而变化；室内风机盘管要随室内温度以及人员活动状态的变化而变化。

2.1 空调箱的节能设计

空调箱的节能靠空调箱的控制系统及其相关部件来完成，控制系统通过感知各点温度传感器的信号来调节冷/热媒水阀的开度，从而保证一定的送风温度，具体设计如下：

2.1.1 制冷盘管的能量调节

空调箱内位于制冷盘管的下风位置安装一个温度传感器TT1，如图2所示。

图2 制冷盘管的能量调节示意图

系统控制器根据TT1实测数据和设定值的比较按照下页图3的调节线对电动二通阀CV1进行调节来控制冷媒水的流量，从而完成空调系统的制冷节能控制。

图3 制冷盘管的能量调节线

2.1.2 加热盘管的能量调节

在空调箱内每个区域再热器（再热器也可以安装在从空调箱出来的每根总送风管内）下风位置安装送风温度传感器TT和新风口的位置安装室外温度传感器OT，控制系统通过温度的变化对电动二通阀CV进行调节来控制热水的流量，从而完成空调系统的加热调节控制。加热盘管的能量调节示意图见图4。

图4 加热盘管的能量调节示意图

2.1.3 送风温度的调节

送风温度即进入风机盘管之前的新风温度.通常在控制器中会设定一个固定值，假设固定值设定为24℃，当新风进口的室外温度传感器OT探测到这个设定值时，热水系统上的电动二通阀CV将完全关闭。当室外温度低于这个设定值时，送风温度将如图5的函数线，随着外界温度呈线性自动调节，加热盘管电动二通阀CV将随着外界温度降低而开度变大，制冷盘管电动二通阀CV1仍然按照图3来自动调节开度。

图5 送风温度传感器设定点调节线

2.2 风机盘管节能设计

风机盘管节能靠风机盘管控制系统及其相关部件完成，各阳台房风机盘管与舱室风机盘管控制系统相连，用于监测、记录和管理各运行参数。每台风机盘管都配有一个插件连接，用于检查数据、进行故障排除和更改参数设置，包括恒温器的全范围不工作区设置。控制系统检测和管理以下输入/输出，并把如下数据通过通讯协议传输到工作站。

（1）舱室温度；

（2）室内温控器设定值；

（3）阳台门打开/关闭；

（4）门卡插入/拔出；

（5）冷媒水电动二通阀指令；

（6）电加热器开关指令；

（7）电加热器安全开关报警；

（8）舱室送风温度；

（9）风机盘管空气过滤器压差报警。

风机盘管控制系统能自动感知阳台门开闭以及门卡抽插状态，并通过时间设置来自动进入节能模式，具体设计如下：

2.2.1 风机盘管正常运行模式

当阳台门处于关闭以及门卡处于插入状态时，控制系统控制风机盘管进入正常运行模式，假设乘客通过室内温控器设定室内温度为24℃时，风机盘管运行规则见图6。