地板式送风空调系统在船舶上的应用与展望
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作者:付宇 陈雨菲
摘 要：随着科技的发展，中央空调技术日益进步，地板式送风空调系统以其节能环保、舒适度高等优势越来越多的使用在陆上建筑中，但目前在船舶上应用较少。本文阐述了地板式送风空调系统的原理、组成、设计要点和难点、系统特点等，旨在通过分析研究开拓地板式送风空调系统在船舶领域的应用，进而提高地板式船用送风空调系统的节能环保和舒适性。
关键词：地板式送风空调系统;船舶;节能
中图分类号：U664.86 文献标识码：A
Prospect and Discussion of Under-floor Air Distribution （UFAD） System in Ship Field
FU Yu， CHEN Yufei
（ Guangzhou Ship Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）
Abstract： With the development of science and technology， the central air-conditioning technology is improving day by day. The under-floor air distribution （UFAD） system is more and more used in onshore buildings because of its unique advantages of energy saving， environmental protection and comfort improvement， but it is less used in ship field at present. This paper expounds the principle， composition， design points and difficulties， system characteristics. The purpose of this paper is to explore the application of the UFAD system in ship field through analysis and research， and to improve the energy-saving， environmental protection and comfort of the marine air-conditioning system.
Key words： Under-floor air distribution （UFAD） system; Ship; Energy saving
1 前言
地板式送风空调系统起源于欧洲，其主要特点是将传统空调系统的上送风方式改变为下送风方式，是一种新型的中央空调系统。其具有节能环保、提高空气品质、降低层高等优点，但目前该种新型中央空调系统在船舶领域的应用几乎空白。
2 地板式送风空调系统的原理
地板式送风空调系统主要由空调机、终端送风机和活动架空地板三部分组成。
目前在建筑行业普遍采用的室内气流组织形式分为以下两种：一种是采用下送风下回风的方式，将架空地板下的空间采用间隔墙分隔为送风区及回风区;另一种是采用下送风上回风的方式，将架空地板下封闭空间作为送风区，利用天花板内的空间作为回风区。架空地板上可以设置可调节风量和风向的调节送风口、插座或者网络接口等装置。
2.1 下送风下回风方式
下送风下回风空气流通方式，见图1所示：室温空气经过地板表面安装的回风格栅或滤网被吸入，经空气处理机处理后流经终端机内部的热交换器进行热量交换，随后将热交换后的冷空气通过风机向上送入舱室内，到达天花板后自然沉降进入舱室与室内空气混合，然后以层流送风方式进入舱室。
2.2 下送风上回风方式
下送风上回风空气流通方式，见图2所示：空调主机及控制装置安装于专用的空调机舱，根据每个舱室的需要，利用架空地板下的空间形成送风箱，将经过处理的适量的冷气送到工作区域，利用天花板内的空间形成回风箱，将向上走的高温气体回收，加以新风后再利用。这种方式对地板以及天花板的密封性要求较高。
3 地板式送风空调系统的主要部件
地板式送风空调系统的主要部件与传统空调系统基本相同，主要由冷水机组、干式冷却器、冷却塔和水泵等组成。与传统空调系统不同的主要是末端送风装置，其末端送风装置主要是由地板散流器和送风口等组成。
3.1 地板散流器
地板式散流器根據气流流动形式，可分为主动式和被动式两种：主动式散流器是通过风机送风至房间内部;被动式散流器是利用送风区静压箱内的正压送风至房间内部。
目前在建筑行业广泛采用的地板式散流器主要有以下三种：
（1）条形地板格栅
条形地板格栅通常用于人员密度较小的区域内，安装在靠近玻璃幕墙或者外窗的位置;
（2）VAV地板散流器
VAV地板散流器的主要特点是可以保持送风风速的稳定，不随风量的增加和减少而改变。通常适用于变风量调节空调系统（VAV空调系统）; （3）旋流式地板散流器
旋流式地板散流器目前在地板式送风系统中的应用最广。通过这种散流器的舱室内的冷气可以快速与房间内的空气混合，使房间内的温度迅速达到设计温度。
3.2 地板式送风口
地板式送风口的形式多样，按照气流的方向分为旋流型送风口和指向型送风口：旋流型送风口是依靠较大的诱导比将气流送出;指向型送风口的出口格栅具有一定的角度，出风流量和风向均可根据需要随时进行调整。
4 地板式送风空调系统设计要点
地板式送风空调系统应用在船舶上，其设计要点主要有以下几个方面：
4.1 地板架空高度
地板架空占用上建的空间，如果高度过高会影响甲板上层高度，降低经济性;如果高度过低，则无法保证地板上各个送风口均匀地送风。
架空地板高度的确定，需要综合考虑地板下空调终端设备的尺寸、空气畅通流动所需空间以及电缆等所需空间;目前使用的架空地板的缝隙难以完全消除，空气通过地板缝隙的渗漏影响能耗及房间的气流组织形式，所以架空地板的安装方式、节点的密封处理是非常关键的环节。通常，架空地板的渗透率应不大于空气总量的5%。
4.2 送风温度和风速
地板式送风空调系统在用于夏季制冷时的温度为17 ℃～19 ℃。采用船舶上建构件作为送风回风道时，由于构件材料的热惰性，一部分蓄冷量在空调停止制冷后释放;同时由于构件的蓄热量，空气流过架空地板下的静压箱时会吸收构件的热量导致温度升高。所以在地板式送风空调系统设计时，需考虑空气沿程的温度变化。
地板式送风空调系统对于工作区的风速要求，可以参照GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》中的相关规定：夏季室内风速不应大于0.3 m/s。较小的室内风速可以避免风口附近的吹风感，提高舒适度。
4.3 房间内垂直温差的控制
采用地板式送风空调系统的舱室在水平方向的温度分布比较均匀，但垂直方向的温度是不相同的。影响垂直方向温度分布的主要原因是送风射流和室内热源的分布情况，送风量越小，舱室内垂直方向的温差越大。在实际设计时，应尽量减小舱室内的温度梯度。目前在建筑行业，按照国际标准，标高0.1～1.1 m的垂直温差不得超过3 ℃。
4.4 地板式散流器的位置
地板式散流器位置的确定，除了需考虑人员的舒适性外，还要考虑与静压箱回风口的距离。通常，为了防止舱室内空气通过散流器回流至送风区，地板散流器的安装位置至静压箱口的距离应不小于2 m。
5 地板式送风空调系统的特点
5.1 布置上节省甲板层高
在建筑行业，采用地板式送风空调系统可以减少8%-10%的建筑高度，既减少了建筑成本也缩短了施工周期;在船舶应用方面也是如此，我国现阶段船舶空调系统普遍采用传统的上送风上回风系统，天花板上需留有一定空间用于布置风管和末端送风装置，使得上建层高受到影响。大量的风管布置在房间顶部，不但施工和检修困难，而且影响美观。以某大型豪华邮轮上层建筑内一个双人客房为例（见图3）：采用传统空调系统，须在天花板上预留300～500 mm的空间安放风管和布风器等末端送风装置，或者适当加大结构纵桁，预留风管通道;如果采用地板式送风空调系统，则天花板上可节省400 mm左右的空间，而架空地板的高度仅需250 mm，所以采用地板式送风空调系统可在高度上节约150 mm左右的空间。
图3 住舱内采用两种空调系统层高对比
地板式送风空调系统的出风不再需要采用布风器，而是采用地板出风口，出风口的形式多种多样：按照气流的方向，分为旋流型和指向型;按照装置的安装高度，分为与地面相平的送风口和伸出地面的出风口。
5.2 提升空气品质和人体舒适度
房间的空气污染层普遍在中上层，传统的空调系统采用吊顶风管送风的方式，新鲜空气要经过污染层后送至人员活动区域;而采用下送风方式，则可将空气中大部分污染物控制在高于人呼吸区的位置，新鲜空气通过地面送风口直接送至人员活动区域，空气的品质较高，避免了二次污染。
地板式送风空调系统的风口布置在活动架空地板的表面，便于房间内的人员对风量和风向进行调整。因为地板送风空调系统与传统空调系统相比的送风温度较高，一般设为17 ℃～19℃，不但避免了冷量的流失，而且不会出现头部冷感较强等问题，改善了个人环境的舒适度。
5.3 节约能耗
对于传统的空调送风系统，由于地板下送风区的横截面积相比于风管的横截面积大，因此管路阻力产生的压力损失较小，从而减小了气体的输送动力，减少了风机能耗。
热负荷方面，传统空调高位送风的冷空气下行与空气房间内向上流动的热空气混合后才能到达人员停留的空间，使得供冷时的温度需要更低、能耗更高;采用地板式空调送风系统可以很大程度上避免这一问题，房间内的热空气直接进入回风口，减少了与冷空气的接触，对于类似从房间内的灯具所产生的热量还未向下流动到达人员所在区域就被排出，使得房间内总的冷负荷减少，进而减小了制冷机组所需的制冷量，节能环保的同时又可以减少投资成本。有数据表明，地下送风空调系统的显热仅占传统空调系统显热的64%。
在春秋季过度季节，由于地板式送风空调系统本身的送风温度较高，可以延长室外新风的使用时间，从而减少机组的开机时间，达到节能环保的目的。
6 地板式送风空调系统的技术难点
地板式空调系统初期投资成本较高，对设计和施工的要求也较高。比如，对架空地板的密封性、地板下活动空间的洁净度等要求都比较高。地板式空调送风系统的终端机直接安装在房间内，其供职状态和质量将直接影响室内的噪音和空气的质量，因此需要日常的维护和保养。
地板式送风空调系统目前在船舶行业还缺乏参考资料和规范法规等指导文件，因此还需要业内专家和研究人员对在船舶领域的设计和应用进一步完善。
7 在船舶上的应用前景
近年来，内河游览船日益增多，对游览船的外观要求也越来越高，不少船舶采用全透明钢化玻璃作为外部材料，类似玻璃幕墙建筑。采用地板式送风空调系统无需布置风管，不仅满足外观上的需求，冷却的气流沿幕墙玻璃向上运动到达天花板后自然沉降进入房间，阻隔通过玻璃传入的热量，制冷效果更好。
地板式送风空调系统在世界各国被广泛应用于公共建筑、医院和政府大楼等建筑，其节能效果显著、制冷效果良好。但目前在我國船舶领域地板式送风空调系统的应用几近空白。随着造船工业的不断发展及近年来一系列国际新标准的相继出台，低碳、环保、无污染日益受到业界关注，地板式送风空调系统以其良好的节能效果将成为一项新型绿色船舶技术，加上其噪音小、制冷速度快、舒适度高等优点可以广泛使用于大型豪华邮轮、游览船等。
参考文献
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