任世貴 李昆侖

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203）

0 前言

該船為2300客位/2500 m車(chē)道客滾船，由上海船舶研究設(shè)計(jì)院（SDARI）設(shè)計(jì)，山東黃海造船有限公司建造。該船將服務(wù)于渤海灣區(qū)域。

該船要求對(duì)其居住艙室和公共場(chǎng)所，例如餐廳、娛樂(lè)大廳以及駕駛室、廚房等艙室配置相應(yīng)的冷、暖空調(diào)系統(tǒng)。為了在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)中央空調(diào)裝置以及系統(tǒng)進(jìn)行合理配備，以達(dá)到節(jié)約能源的目的，我們對(duì)該船的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和合理的布置，從而使該船空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既滿足規(guī)格書(shū)的要求，也滿足舒適經(jīng)濟(jì)的要求。

下面介紹該船空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該船空調(diào)系統(tǒng)采用間接式的制冷系統(tǒng)，配備4臺(tái)冷水機(jī)組，3臺(tái)常用，1臺(tái)備用。每臺(tái)冷水機(jī)組分別占全船空調(diào)總負(fù)荷的33.3%。

整個(gè)冷媒水 （淡水）系統(tǒng)配置4臺(tái)冷媒水泵，3臺(tái)常用，1臺(tái)備用。冷媒水（淡水）的供水溫度為7℃，出水溫度為12℃。圖1為冷媒水系統(tǒng)原理圖。

每個(gè)空調(diào)器都設(shè)有進(jìn)風(fēng)箱、過(guò)濾器、空氣加熱器、空氣冷卻器、加濕器，送風(fēng)機(jī)、消聲室以及空氣分配箱。

在夏季，冷水機(jī)組蒸發(fā)器冷卻后的冷媒水 （淡水）由冷媒水循環(huán)泵通過(guò)冷媒水分配總管送往各個(gè)空調(diào)器內(nèi)的冷卻器而冷卻空氣，冷媒水（淡水）與空氣進(jìn)行熱交換后再經(jīng)過(guò)冷媒水回水總管返回到冷水機(jī)組，如此循環(huán)。

在冬季，則采用蒸汽加熱。

2 空調(diào)區(qū)域的劃分

按照有關(guān)規(guī)范規(guī)則、規(guī)格書(shū)和總布置圖的要求，以及全船空調(diào)負(fù)荷的詳細(xì)計(jì)算和防火主豎區(qū)的劃分，考慮系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，把船員和旅客的空調(diào)服務(wù)區(qū)分開(kāi)，把居住艙室和公共場(chǎng)所的空調(diào)服務(wù)區(qū)分開(kāi)，將全船空調(diào)區(qū)域劃分為11個(gè)空調(diào)服務(wù)區(qū)域?？照{(diào)服務(wù)區(qū)域具體的劃分如下：

1）10甲板首部駕駛室；

2）9甲板首部旅客房間；

3）9甲板中部旅客房間；

4）9甲板尾部旅客房間；

5）8甲板首部旅客房間；

6）8甲板中部旅客房間；

7）8甲板尾部旅客餐廳；

8）7甲板首部旅客房間；

9）7甲板中部娛樂(lè)大廳；

10）7甲板尾部船員房間和生活區(qū)域；

11）廚房。

我們?yōu)檫@11個(gè)空調(diào)服務(wù)區(qū)域一共配置了12臺(tái)空調(diào)器。除了為7甲板尾部船員房間和生活區(qū)域配置2臺(tái)中央空調(diào)器以外（船員房間1臺(tái)，生活區(qū)域1臺(tái)），其余10個(gè)區(qū)域則分別各單獨(dú)配置1臺(tái)中央空調(diào)器。其中除服務(wù)于廚房的空調(diào)器僅僅對(duì)廚房提供制冷功能并且溫濕度不作要求外，其他每臺(tái)空調(diào)器都具有制冷、采暖和加濕的功能，且每臺(tái)空調(diào)器的負(fù)荷按照其服務(wù)區(qū)域總負(fù)荷的100%配置。

3 空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算

空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。我們總結(jié)了我院設(shè)計(jì)的各類(lèi)船舶中空調(diào)負(fù)荷計(jì)算的資料和國(guó)外的船舶空調(diào)負(fù)荷計(jì)算的資料，并且參考了國(guó)內(nèi)外的有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該船空調(diào)系統(tǒng)在不同的工況下的負(fù)荷進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和比較。表1是根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性文件，所確定的客滾船各區(qū)域的溫度。

表1 空調(diào)與非空調(diào)區(qū)域溫度［1］

根據(jù)計(jì)算，該船在夏季總的空調(diào)負(fù)荷約2500kW，在冬季總的加熱負(fù)荷約1800 kW。

4 空調(diào)風(fēng)管的布置

通風(fēng)管道是空調(diào)系統(tǒng)的主要組成部分，正確的設(shè)計(jì)風(fēng)管系統(tǒng)是非常重要的。它關(guān)系到整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性以及效果。

該船空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)除廚房空調(diào)采用低壓系統(tǒng)外，其他區(qū)域空調(diào)均采用中壓系統(tǒng)。每臺(tái)空調(diào)器分出若干主送風(fēng)干管，每根主送風(fēng)干管上的分支管數(shù)量盡量少?？紤]該船層高比較低，天花板內(nèi)去除結(jié)構(gòu)大梁后空間很小，所以主送風(fēng)干管采用的雙層絕熱螺旋風(fēng)管尺寸不超過(guò)φ200 mm，每根主送風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)量不超過(guò)1500 m3/h。這樣主送風(fēng)干管的風(fēng)速控制在10～15 m/s左右。

對(duì)于船舶的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)艙室區(qū)域內(nèi)必須保持正壓，至少能平衡而不產(chǎn)生負(fù)壓。一般地，空調(diào)區(qū)域內(nèi)各排風(fēng)系統(tǒng)所排出的空調(diào)空氣量之和，不能超過(guò)區(qū)域內(nèi)送入新鮮空氣量的80%，并連同其回風(fēng)量一起，不能超過(guò)區(qū)域內(nèi)空調(diào)送風(fēng)量的90%，以保持空調(diào)區(qū)域內(nèi)的空氣正壓［2］。

為了達(dá)到此要求，對(duì)于空調(diào)區(qū)域內(nèi)的清潔空氣，通過(guò)走廊或抽風(fēng)系統(tǒng)作空調(diào)裝置回風(fēng)再次進(jìn)入空調(diào)利用。但醫(yī)務(wù)室、病房、廚房、衛(wèi)生間、洗衣間以及吸煙室的空調(diào)空氣不送回空調(diào)裝置，而是直接排到大氣。圖2為10甲板首部空調(diào)風(fēng)管布置圖。

為滿足使用時(shí)方便節(jié)能的要求，同一區(qū)域的空調(diào)風(fēng)管、舷側(cè)處房間的送風(fēng)管和最可能空置的中央?yún)^(qū)域房間的送風(fēng)管分開(kāi)布置。這樣中央?yún)^(qū)域房間空置的時(shí)候，可以關(guān)閉該區(qū)域房間的送風(fēng)管，從而達(dá)到既不影響其他房間空調(diào)使用，又節(jié)省能源的要求。

5 空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

5.1 通過(guò)空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)阻力計(jì)算優(yōu)化空調(diào)選型

在空調(diào)風(fēng)壓的選擇上，總結(jié)了我院設(shè)計(jì)的各類(lèi)船舶中空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)阻力計(jì)算的資料，并且參考了國(guó)外的有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空調(diào)風(fēng)管的阻力進(jìn)行了計(jì)算。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，我們選擇了同一空調(diào)器的各主送風(fēng)干管中估計(jì)阻力損失最大的一根主送風(fēng)管，按照其長(zhǎng)短和附件數(shù)量以及采用的風(fēng)速，計(jì)算出這個(gè)主送風(fēng)管的阻力損失，然后加上空調(diào)器吸入風(fēng)管的最大阻力以及空調(diào)器、布風(fēng)器等設(shè)備的阻力損失，計(jì)算出最不利環(huán)路的最大阻力，并對(duì)計(jì)算結(jié)果（累計(jì)阻力）與可利用的壓頭進(jìn)行比較；然后計(jì)算各支風(fēng)管的尺寸和阻力，并對(duì)風(fēng)管的布置作了必要調(diào)整，使各支風(fēng)管末端布風(fēng)器出口的余留全壓同主送風(fēng)干管末端的布風(fēng)器出口處的余留全壓均接近平衡，一般控制在 0～100 Pa 之間［3］。

按照空調(diào)負(fù)荷計(jì)算書(shū)和空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)阻力計(jì)算書(shū)的結(jié)果，為該船空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中各分區(qū)的空調(diào)器采用的風(fēng)機(jī)選擇合理的風(fēng)量和風(fēng)壓。表2為根據(jù)阻力計(jì)算書(shū)確定的部分空調(diào)的風(fēng)量和風(fēng)壓。

表2 部分空調(diào)的風(fēng)量和風(fēng)壓

根據(jù)廠家提供的資料，15000 m3/h風(fēng)量、50%新風(fēng)比的空調(diào)，壓頭相差300 Pa，其功率大約相差20 kW。隨著風(fēng)量的增大，這個(gè)功率差會(huì)越大。

通過(guò)對(duì)空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)阻力的計(jì)算，確定空調(diào)的風(fēng)量和風(fēng)壓，保證空調(diào)末端布風(fēng)器出口余壓在合理的范圍之內(nèi)。經(jīng)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)既滿足了空調(diào)的使用要求，又節(jié)省了空調(diào)的能耗，對(duì)船舶節(jié)能大有好處。

5.2 采用轉(zhuǎn)輪式全熱交換器回收能量

根據(jù)空調(diào)機(jī)室的空間布置情況，該船部分區(qū)域的空調(diào)增加了轉(zhuǎn)輪式全熱交換器。轉(zhuǎn)輪式全熱交換器通過(guò)空調(diào)艙室的回風(fēng)和室外新風(fēng)的熱交換，將室外新風(fēng)預(yù)熱或預(yù)冷，從而回收能量，減少能耗。圖3為轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的換熱原理圖。圖4為使用轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的空調(diào)原理圖。

根據(jù)空調(diào)廠家的計(jì)算，該船采用了全熱交換器來(lái)回收能量，與不考慮能量回收時(shí)相比，總的空調(diào)負(fù)荷大約可以節(jié)省30%左右。

當(dāng)然，采用這種全熱交換器，增加了設(shè)備及其配用管道附件的造價(jià)，增加了空調(diào)器房間的面積和造價(jià)。但是它卻使得空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備（冷水機(jī)組、空調(diào)器和必須配套的設(shè)備例如水泵等）規(guī)模變小了，而且大大節(jié)約了日后的運(yùn)行能耗。

5.3 采用雙風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)增加舒適性

為滿足較高的舒適性要求，旅客二等艙以上艙室均采用雙風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)，艙室的溫度可以單獨(dú)調(diào)節(jié)。圖5為9甲板部分艙室采用雙風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)管布置圖。

雙風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)主要采用雙風(fēng)溫布風(fēng)器實(shí)現(xiàn)。雙風(fēng)溫布風(fēng)器有兩路溫度不同的進(jìn)風(fēng)，通過(guò)調(diào)節(jié)兩路不同溫度的通風(fēng)量，可對(duì)送風(fēng)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足房間不同的溫度要求。

雙風(fēng)溫布風(fēng)器由消音箱、散流器及電動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成，有手動(dòng)控制和執(zhí)行器自動(dòng)控制兩種。自動(dòng)時(shí)，由室內(nèi)溫控器根據(jù)設(shè)定溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種不同溫度的空調(diào)送風(fēng)比例，將2根風(fēng)管內(nèi)的空氣進(jìn)行混合，達(dá)到設(shè)定的空氣溫度。

因?yàn)殡p風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)可單獨(dú)調(diào)節(jié)各艙室的溫度，旅客可根據(jù)自己的體感設(shè)定艙室溫度，使得房間的舒適性大大提高。

6 結(jié)語(yǔ)

客滾船空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)著以人為本、節(jié)能環(huán)保的理念，將在船舶設(shè)計(jì)和建造領(lǐng)域越來(lái)越重要，必須引起足夠的重視。從事這一行業(yè)的工作人員以及專(zhuān)家應(yīng)該繼續(xù)研究和探索，解決設(shè)計(jì)過(guò)程中還存在的問(wèn)題，以使其逐步趨于完善、成熟。

［1］中國(guó)船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（輪機(jī)分機(jī)）［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

［2］ISO 7547-2002.船舶和海上技術(shù)-起居處所的空調(diào)和通風(fēng)-設(shè)計(jì)條件和計(jì)算基礎(chǔ)［S］.

［3］尉遲斌.實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊(cè)［M］.北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.