朱永兵

摘 要：隨著我國科技的日新月異，科學(xué)考察事業(yè)正在不斷進(jìn)步，為了科考人員的安全、為了科考工作的順利進(jìn)行，必須從硬件上進(jìn)行必要的保障。本著讓科考船居住活動更舒適，應(yīng)將設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)放在科考船的空調(diào)系統(tǒng)上。文章以某科考船作為研究對象，從對其空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)入手，通過對各類參數(shù)的比較，分析空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對人員舒適性的影響，并提出改進(jìn)意見，相信可以對我國今后的科考船的設(shè)計(jì)產(chǎn)生積極的影響。

關(guān)鍵詞：科考船；空調(diào)系統(tǒng)；系統(tǒng)配置；通風(fēng)系統(tǒng)

中圖分類號：U664.86 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）22-0102-02

Abstract： With the rapid development of science and technology in our country， the cause of scientific investigation is progressing constantly. In order to ensure the safety of scientific examiners and the smooth progress of scientific research work， we must carry on the necessary guarantee from the hardware. In order to make the living activities of the research vessel more comfortable， the emphasis of the design research should be placed on the air conditioning system of the research vessel. The paper takes a research ship as the research object， starting with the design of the air conditioning system and ventilation system of the research vessel. Through the comparison of various parameters， this paper analyzes the influence of air conditioning system design on the comfort of personnel， and puts forward some suggestions for improvement， which will have a positive impact on the design of research ships in our country in the future.

Keywords： research vessel； air conditioning system； system configuration； ventilation system

引言

從上個(gè)世紀(jì)末至今，人類對于海洋的科學(xué)研究逐漸加深，所到之處不乏自然環(huán)境惡劣的地方，隨之而來的是對應(yīng)用設(shè)備，尤其是科考船的適用性與舒適性的要求不斷增加?？偟膩碚f，科考船的專業(yè)性主要體現(xiàn)在其具備高集成度、高綜合度。因?yàn)楣ぷ餍再|(zhì)與所處地點(diǎn)相對特殊，科考船在空調(diào)系統(tǒng)方面的配備與普通船舶相比仍有不同。而且，由相關(guān)國際海洋組織發(fā)起的各類國際公約、規(guī)范不斷實(shí)施，我國在科考船與設(shè)備的研發(fā)與制造水平日益精進(jìn)，用戶對隨船空調(diào)系統(tǒng)的性價(jià)比的要求也在不斷提升。本文以“092型”科考船作為研究對象，通過對科考船的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與原則分析入手，找出其設(shè)計(jì)重點(diǎn)，相信可以為今后科考船的舒適性、實(shí)用性的不斷發(fā)展，給出建設(shè)性的意見。

1 科考船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.1 設(shè)計(jì)需求

科考船的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足可在允許進(jìn)行航行的公海，與可供船航行的所有水域進(jìn)行航?；顒拥囊?。除了以上對“無限航區(qū)”的要求外，其人員組成（包含船員40與科學(xué)考察人員55）共95人。在保證“無限航區(qū)”與定員數(shù)量的基礎(chǔ)上，加滿補(bǔ)給后，在海上無外界補(bǔ)充的情況下，要求組成人員能夠生活的最長時(shí)間為70天。

1.2 設(shè)計(jì)原則

科考船的特殊性質(zhì)決定了其設(shè)計(jì)、制造應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，我國涉及航海船舶的設(shè)計(jì)規(guī)范如：《鋼質(zhì)海船人級與建造規(guī)范》，涉及航海船舶噪音控制的規(guī)范如：《海洋船舶噪聲規(guī)定》，按該規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)建造，令科考船舶從船員的舒適性到安全性以及環(huán)境友好方面，都可以滿足要求。其他標(biāo)準(zhǔn)如GB/T-7452-2007《機(jī)械振動客船和商船適居性振動測量、報(bào)告和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》在建造與測試過程中的意義也非常重大。根據(jù)我國現(xiàn)行《船舶起居處所空氣調(diào)節(jié)與通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算方法》（GB/T13409-1992），并聯(lián)系該科考船實(shí)際情況，確定以下設(shè)計(jì)參數(shù)。

（1）空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。性能參數(shù)項(xiàng)目分為Outside Air、Inside Air、Fresh Than、Fresh Air Rate、Refrigerant、Cooling medium、Heating medium、Humidifying medium。（2）空調(diào)系統(tǒng)劃分。分為JK1、JK2、JK3、JK4四個(gè)分區(qū)。覆蓋區(qū)域分別為：駕駛區(qū)、登船區(qū)；起居區(qū)、樣品收集區(qū)；實(shí)驗(yàn)區(qū)；UP起居區(qū)、補(bǔ)給區(qū)、DOWN起居區(qū)。覆蓋面積分別為670m2、420m2、440m2、400m2。（3）中央空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)。參數(shù)分為：制冷amount、采暖amount、冷卻水a(chǎn)mount和循環(huán)冷熱媒水a(chǎn)mount。數(shù)值分別對應(yīng)390kWx2、650kW、90m3/2h、110m3/h。

2 科考船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

2.1 合理劃分空調(diào)系統(tǒng)

科考船運(yùn)行使用中的成員就是全體船員、考察人員，伴隨項(xiàng)目進(jìn)展與時(shí)間推移，情況可能發(fā)生變化，人員也許有一定的增減，該船的空調(diào)系統(tǒng)將依據(jù)抵岸與出海兩種運(yùn)行方式，有區(qū)別地調(diào)整其運(yùn)行輻度。所以，科考船的空調(diào)系統(tǒng)需要以有區(qū)別的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分類。在開始階段，設(shè)計(jì)單位與用戶應(yīng)積極聯(lián)系實(shí)際需求，對科考船的運(yùn)行效果、成員的多少、作業(yè)區(qū)、休閑空間等各個(gè)層次進(jìn)行細(xì)致入微的研究。在考慮分配不同空間的過程中，國際常用的是按operation zone（OZ）、science research zone（SZ）、rest zone（RZ）進(jìn)行分配后，進(jìn)行分類設(shè)計(jì)。任何空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都要本著中央為主，專項(xiàng)次之的理念進(jìn)行，在重要部位和科研場所除了需要配備中央空調(diào)外，還需根據(jù)特定事物供給專用空調(diào)，這是以防中央空調(diào)意外停止工作，特定空間仍可依需打開專用設(shè)備，在保證工作正常進(jìn)行的同時(shí)，也減輕了中央空調(diào)的負(fù)擔(dān)，節(jié)約了資源，可謂一舉多得。

2.2 優(yōu)化空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在國際科考船設(shè)計(jì)中，本層甲板頂?shù)缴蠈蛹装屙數(shù)母卟?、本層甲板頂面到本層梁底或吊頂?shù)酌娴母卟睢⒁灾械退龠\(yùn)行的風(fēng)管設(shè)計(jì)，三者之間如何達(dá)到平衡狀態(tài)，是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的要害之處，因?yàn)橐獜恼w考慮以下幾個(gè)問題：整體機(jī)能，三者達(dá)到平衡的臨界點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)計(jì)算比對發(fā)現(xiàn)，整體平衡所覆蓋的范圍應(yīng)包括全船各個(gè)甲板的通風(fēng)管、電纜和管系。因此，第一，要在空調(diào)的重點(diǎn)換氣路徑上按實(shí)際情況實(shí)施設(shè)計(jì)，防止由于管道水平尺寸過大造成的甲板凈高過低，影響日常生活作業(yè)；第二，管道施工過程中要從實(shí)際出發(fā)，以防止各類管道雜亂堆積；第三，管道的具體施工需要縝密考慮到有限空間尺寸，比如狹小空間對送風(fēng)管和保溫層的影響；第四，要本著將節(jié)約空間與外觀整潔的原則，利用好各個(gè)空間。

2.3 減少振動，降低噪音

聲學(xué)設(shè)備在科考船上肩負(fù)著重大作用，減噪水平的高低體現(xiàn)了船體的先進(jìn)性，所以減噪設(shè)計(jì)成為科考船空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)先進(jìn)性上面的重要體現(xiàn)。這就要求空調(diào)設(shè)計(jì)人員要作到：第一：設(shè)備選型上，以低噪音設(shè)備代替高噪音設(shè)備，材料選擇上，應(yīng)多以吸聲材料為主，以及增加厚度實(shí)施減噪，使用低噪音的空調(diào)壓縮機(jī)從聲源上減噪。第二，將產(chǎn)生噪音的聲源進(jìn)行物理隔絕；第三，在空調(diào)產(chǎn)生噪音的路徑上加裝消音設(shè)備，可以有效控制噪聲；第四，在噪聲的傳入傳出的部位進(jìn)行降噪。落實(shí)到具體步驟為：（1）空調(diào)的主要管理在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證合理，防止水平管系由于幾何尺寸過大產(chǎn)生影響。（2）維持平衡狀態(tài)，防止雜亂堆積。（3）幾何尺寸要隨機(jī)應(yīng)變，必要時(shí)可以多種幾何尺寸組合使用。（4）及時(shí)約束送風(fēng)管高、保溫層厚度。

2.4 注意科考船與常規(guī)船在空調(diào)設(shè)計(jì)上的差異

科考船與常規(guī)船在空調(diào)設(shè)計(jì)上的差異，以在實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)上的差別為最大。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：（1）內(nèi)部空間的空氣質(zhì)量較普通高?？瓶即钥蒲袨樽罱K目的，其實(shí)驗(yàn)室空氣質(zhì)量要求非常嚴(yán)苛。雖然在某一指標(biāo)比如溫度上可以參考普通空間，比如溫度 26℃左右、濕度在50%左右，但由于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)受溫度溫度影響很大，特別是精度受影響最大。例如：電子天平作為一種精密儀器，雖然其精度極高，但其受溫度影響最大，要求每小時(shí)溫度的變化不應(yīng)大于5攝氏度），所以在設(shè)計(jì)過程中空氣質(zhì)量也一定要引起重視。（2）實(shí)驗(yàn)室對于噪聲的控制比普通室嚴(yán)格。實(shí)驗(yàn)室噪聲限值為60dB（A）。隨著加裝振動敏感、噪聲敏感的相關(guān)設(shè)備和儀器后，該實(shí)驗(yàn)室噪聲限值更為嚴(yán)格，必須從實(shí)際出發(fā)，按需控制。這就要求設(shè)計(jì)人員從整個(gè)空調(diào)體系入手，聯(lián)系實(shí)際，比如在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部加裝吸聲材料，或在發(fā)聲的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上裝降噪裝置，節(jié)能減噪。（3）實(shí)驗(yàn)室空調(diào)設(shè)備的使用特點(diǎn)為相對獨(dú)立，運(yùn)行靈活。這是從實(shí)驗(yàn)室從物理上的對立，以及與整個(gè)科考船節(jié)能上的統(tǒng)一考慮的。比如科考船抵岸，空調(diào)停運(yùn)，以風(fēng)機(jī)替代運(yùn)行。兼顧節(jié)能，利用資源的整合，還同時(shí)達(dá)到了環(huán)保的目的。適應(yīng)了在極端情況下滿載運(yùn)行，或者部分獨(dú)立空調(diào)的局部運(yùn)轉(zhuǎn)。在節(jié)電方面其優(yōu)點(diǎn)也一覽無余，將怠機(jī)時(shí)的電能消耗降到最低，使高能耗空調(diào)盡全力達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求。（4）在實(shí)驗(yàn)室中，如果帶有通風(fēng)柜，則該類的空調(diào)系統(tǒng)的作用有兩面性，即日常狀態(tài)與工作狀態(tài)。依據(jù)出海計(jì)劃和相關(guān)各類實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，科考船實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)日常換氣與實(shí)驗(yàn)排風(fēng)兩種情況。關(guān)于本船，由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)可能產(chǎn)生危及生命健康的有毒氣體，所以實(shí)驗(yàn)室必須加裝通風(fēng)柜，同時(shí)利用負(fù)壓阻止有毒氣體外泄，同時(shí)安裝排風(fēng)與送風(fēng)系統(tǒng)，要按“排風(fēng)量>送風(fēng)量”的規(guī)則控制送風(fēng)速度與排風(fēng)速度。本實(shí)驗(yàn)室具體兩套排風(fēng)體系，且相對獨(dú)立，其中一套以常規(guī)排風(fēng)換氣為主，保證日常生活需要，還有一套為通風(fēng)柜排風(fēng)系統(tǒng)，主要為實(shí)驗(yàn)室服務(wù)。依據(jù)相關(guān)流體力學(xué)原理，兩套系統(tǒng)切忌同步使用，這樣才能使風(fēng)量達(dá)到平衡的狀態(tài)。日常工作排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置1臺管道風(fēng)機(jī)，利用萬向抽風(fēng)臂進(jìn)行抽風(fēng)作業(yè)。通風(fēng)柜排風(fēng)系統(tǒng)自帶風(fēng)機(jī)，接風(fēng)管直接排出室外。隨著未來實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的深化，其空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要涵蓋的范圍也逐步擴(kuò)大，原來被忽視的備用設(shè)施，其作用也日益加強(qiáng)，不可小覷。經(jīng)過如上所述，通過在設(shè)計(jì)上面的深度優(yōu)化，可以使該科考船在運(yùn)行上趨于更加科學(xué)、節(jié)能環(huán)保成效明顯、操作快捷、穩(wěn)定、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，為成員的舒適性提供了可靠保障；其也有弊端，表現(xiàn)在：低負(fù)荷運(yùn)行的壓縮機(jī)制冷能力略顯不足；如果空調(diào)送風(fēng)管彎曲過大，可能影響空調(diào)效果等等。希望這些情況在今后的設(shè)計(jì)工作中，可以引起相關(guān)設(shè)計(jì)人員的關(guān)注并逐步改進(jìn)，這就要求相關(guān)設(shè)計(jì)人員除了加強(qiáng)設(shè)計(jì)水平外，必須要聯(lián)系設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 結(jié)束語

經(jīng)過以上對該科考船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的討論，科考船在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的復(fù)雜程度可見一斑，也就是說，在設(shè)計(jì)時(shí)，不但要考慮空調(diào)系統(tǒng)本身的工作性能，還要兼顧其空間有限以及舒適性要求高的特點(diǎn)。對這些特點(diǎn)，可以從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行科考船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得該系統(tǒng)更加優(yōu)化：（1）合理分配空調(diào)系統(tǒng)，優(yōu)化配置設(shè)備，以舒適性、實(shí)用性為目的兼顧經(jīng)濟(jì)性要求。（2）強(qiáng)化狹小空間的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力，在空間、穩(wěn)定、舒適三者間找到平衡點(diǎn)。（3）在設(shè)計(jì)選型、源頭、安裝位置進(jìn)行統(tǒng)籌減噪，有效地降低設(shè)備對全船噪聲水平的影響。（4）實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行。

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