蔣烈文

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 202129）

0 引言

108KBC 帶冰級散貨船為滬東中華援建、上海船廠接單的全球首艘108 000 t 極地散貨船，航行于北極航線，能適應(yīng)?25 ℃的極地溫度，入DNV GL 船級社，取PC6 冰級符號。雖為散貨船，但通風(fēng)的設(shè)計與建造方面存在諸多特別之處。

1 前期設(shè)計改進(jìn)

1.1 中央空調(diào)回風(fēng)管路優(yōu)化

以往船舶是在每層甲板走廊上的結(jié)構(gòu)回風(fēng)風(fēng)道上設(shè)置1 個大的帶防火風(fēng)閘的回風(fēng)格柵，各個房間內(nèi)部多余的空調(diào)風(fēng)量通過B 級門下部的格柵溢出至走廊，而后進(jìn)入回風(fēng)格柵重新進(jìn)入AHU空調(diào)箱。這種布置有很大弊端。即每個房間的大小、空調(diào)風(fēng)量不相同，要返回至AHU 空調(diào)箱的風(fēng)量也不盡相同，則僅憑借B 級門的格柵無法起到很好的調(diào)節(jié)作用。為了達(dá)到更好的空氣循環(huán)效果，該船直接從結(jié)構(gòu)回風(fēng)風(fēng)道處延伸支管至回風(fēng)量較大的房間。新方案雖然增加了支管，但省掉了防火風(fēng)閘。因為初始方案中的回風(fēng)格柵面積一般超過0.075 m2，根據(jù)SOLAS 公約，需要增加防火風(fēng)閘；現(xiàn)將回風(fēng)格柵分解成幾路小的支管，每路支管凈截面積小于0.075 m2，無需設(shè)置防火風(fēng)閘，見圖1。

圖1 中央空調(diào)回風(fēng)管路優(yōu)化

1.2 廚房機(jī)械通風(fēng)簡化

以往船舶習(xí)慣于在廚房集氣罩出口和排氣導(dǎo)管通往室外的末端各設(shè)置1 個防火風(fēng)閘。根據(jù)SOLAS 公約7.5.2.1，這樣做的前提是“如果廚房爐灶的排氣導(dǎo)管穿過起居處所或內(nèi)含可燃材料的處所”，本船廚房排氣導(dǎo)管直接通往室外，僅需在集氣罩出口設(shè)置1 個防火風(fēng)閘即可，見圖2。

圖2 廚房機(jī)械通風(fēng)簡化

2 DNV·GL 審圖中心的要求

2.1 貨艙通風(fēng)

船級社、船東和船廠在三方會議中確定下來：為了減少冰雪堆積的危險，所有貨艙艙蓋上的百頁窗均布置在艙口圍前后，對百葉窗采取手動除冰。

2.2 上建通風(fēng)

審圖中心根據(jù)規(guī)范DNV GL SHIP Pt.6 Ch.6 Sec.5 12.12 提出： “The air intakes for accommodation ventilation shall be located on both sides of the ship. In addition, accommodation and ventilation air intakes shall be provided with means of heating.”[1]—“上建進(jìn)風(fēng)口必須同時布置在船舶兩側(cè)。此外，上建入口和通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口要提供加熱方式。”第二條要求很容易做到，可以在進(jìn)風(fēng)口處的百頁窗葉片上安裝電加熱絲。第一條要求看似不合理，也很難做到；根據(jù)目前的布置，中央空調(diào)的進(jìn)風(fēng)口布置在上層建筑后方，處于半遮蔽區(qū)域，相比于船舶兩側(cè)，更能夠減少冰雪堆積的危險；如果布置在船舶兩側(cè)，將會給風(fēng)管的走向帶來很大的困難。

不過審圖中心又補充道：“The overall goal of this requirement is to ensure that all air intakes are available all time, also under conditions with severe sea spray icing… For example, the location of the intakes, i.e. if located behind superstructure, covered by a deck above, partially covered etc. may also ensure sufficient air flow…”—“這條要求的總的目的是為了確保所有的進(jìn)風(fēng)口隨時都能工作，包括在極端飛雪結(jié)冰海況······進(jìn)風(fēng)口的位置如果布置在上層建筑后面，被甲板遮蔽或部分遮蔽，也可以保證足夠的空氣流量······”。

最終，船廠與審圖中心確定了最終方案。中央空調(diào)和廚房柜式空調(diào)作為上建必不可少的通風(fēng)系統(tǒng)，其進(jìn)風(fēng)口百頁窗采用電加熱除冰方式，其它如更衣室、儲藏室等房間的通風(fēng)口可以不用電加熱，采取手動除冰即可；“上建進(jìn)風(fēng)口必須同時布置在船舶兩側(cè)”，這一要求的關(guān)鍵點在于必須要有2 個進(jìn)風(fēng)口以保證足夠的空氣流量，而不在于必須布置在船舶兩側(cè)，故中央空調(diào)進(jìn)風(fēng)口可以布置在上建后方，見圖3；進(jìn)風(fēng)口的位置必須被甲板遮蔽或部分遮蔽，對于沒有被甲板遮蔽的百頁窗，要單獨設(shè)置1 塊擋板，見圖4。

圖4 百頁窗擋板安裝圖

圖3 中央空調(diào)進(jìn)風(fēng)口布置

3 2016 版SOLAS 新規(guī)范的要求

3.1 不允許有可燃墊片

現(xiàn)場驗船師提出 SOLAS II-2, 7.1.6：“Combustible gaskets in flanged ventilation duct connections are not permitted within 600 mm of openings in ‘A’ or ‘B’ class divisions…”—“風(fēng)管法蘭連接處的可燃墊片不允許布置在距離‘A’或‘B’級分隔開口600 mm 范圍內(nèi)······”。

根據(jù)SOLAS II-2, 7.3.1：“如果有效截面積超過0.02 m2的通風(fēng)導(dǎo)管穿過‘A’級艙壁或甲板，開口應(yīng)襯有鋼套管。但如果這種導(dǎo)管為鋼結(jié)構(gòu)并穿過甲板或艙壁，導(dǎo)管應(yīng)至少厚3 mm并至少長900 mm。在穿過艙壁時，此長度以在艙壁兩側(cè)各450 mm為宜”，即只需要鋼質(zhì)導(dǎo)管貫穿件厚度≥3 mm，總長度≥900 mm即可。如圖5所示，貫穿件長度為900 mm時，貫穿件兩端的法蘭至少有一端距離艙壁小于600 mm。船級社給出的解釋是：法蘭距離艙壁可以不用大于600 mm，但法蘭墊片必須是不燃墊片，否則需將貫穿件延長至單側(cè)距離艙壁600 mm。

圖5 2016 版SOLAS 通風(fēng)新要求

3.2 包防火絕緣

現(xiàn)場驗船師提出 SOLAS II-2, 7.3.1.3：“Automatic fire dampers shall be fitted in all ducts with a free cross-sectional area exceeding 0.075 m2that pass through ‘A’class division …the duct between the damper and the division penetrated shall be constructed of steel in accordance with paragraphs7.2.4.2.1 and 7.2.4.2.2”[2]—“有效截面積超過0.075 m2的導(dǎo)管穿過‘A’級分隔必須安裝自動防火風(fēng)閘······防火風(fēng)閘與被貫穿分隔之間的導(dǎo)管的構(gòu)造必須根據(jù)7.2.4.2.1 和7.2.4.2.2”。根據(jù)7.2.4.2.1 和7.2.4.2.2，盡管導(dǎo)管穿過的是A-0級分隔，防火風(fēng)閘與被貫穿分隔之間仍須包防火絕緣，如圖5 所示。

3.3 防火風(fēng)閘檢修蓋

現(xiàn)場驗船師提出 SOLAS II-2 Reg.9.7.1.4： “Ventilation ducts shall be provided with hatches for inspection and cleaning. The hatches shall be located near the fire dampers.”—“風(fēng)管必須在靠近防火風(fēng)閘的地方提供檢修和清潔蓋”。

經(jīng)與現(xiàn)場驗船師商量，檢修蓋的凈開孔尺寸做到150 mm×150 mm 即可；另外，為了保證900 mm長度鋼質(zhì)導(dǎo)管貫穿件的完整性，檢修蓋布置在防火風(fēng)閘遠(yuǎn)離‘A’分隔的一側(cè)，見圖5。

4 設(shè)計缺陷

4.1 駕駛室無空調(diào)結(jié)構(gòu)風(fēng)道

如圖6 所示，中央空調(diào)結(jié)構(gòu)風(fēng)道沒有延伸至駕駛室，導(dǎo)致駕駛甲板的空調(diào)送風(fēng)風(fēng)管和回風(fēng)風(fēng)管的布置非常困難。

圖6 駕駛室回風(fēng)管路布置

送風(fēng)風(fēng)管和回風(fēng)風(fēng)管只能先在D 甲板向船尾延伸，向上穿過駕駛甲板后再延伸至船首?；仫L(fēng)風(fēng)管的走向彎折、施工難度大，且由于管路加長、彎頭增多，風(fēng)管阻力變大，AHU 內(nèi)的風(fēng)靜壓也需增大。

4.2 駕駛室玻璃窗融霜系統(tǒng)

該船的駕駛室包括了駕駛甲板兩翼，且圍壁上布滿玻璃窗。房間的容積增大、玻璃窗的傳熱系數(shù)大，導(dǎo)致駕駛室所需的空調(diào)風(fēng)量特別大、送風(fēng)風(fēng)管特別多，且每塊玻璃窗都配備融霜噴頭，使得空間更為緊張。根據(jù)ISO8863，融霜系統(tǒng)風(fēng)量與玻璃窗的面積成正比，由于風(fēng)量太大，最后將融霜系統(tǒng)劃分為4 路總管，每路管徑DN315。事實上，駕駛室外圍有冷熱水沖窗管，部分玻璃窗配備雨刮器（雨刮器也自帶沖窗管），還有部分玻璃窗帶電加熱絲，融霜系統(tǒng)完全可以減少數(shù)量并與帶雨刮器及電加熱絲的玻璃窗錯開，以減輕布置壓力。

5 通風(fēng)實際問題解決

5.1 駕駛室柜式空調(diào)噪音過大

駕駛室只配備 1 臺柜式空調(diào)，風(fēng)量為5 100 m3/h，采用風(fēng)管送風(fēng)。該空調(diào)產(chǎn)生的噪音特別大，測量數(shù)據(jù)見圖7。如此大的風(fēng)量，可將1臺大空調(diào)換成2 臺小空調(diào)?；蛟O(shè)置單獨的空調(diào)機(jī)室，將柜機(jī)與駕駛室隔離。由于發(fā)現(xiàn)問題是在試航階段，已來不及按上述方案去更改，只能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化。噪音來源于風(fēng)和柜機(jī)本體；要降低風(fēng)產(chǎn)生的噪音，只能減小柜機(jī)風(fēng)量或?qū)⑺惋L(fēng)管換成消音風(fēng)管；要降低本體產(chǎn)生的噪音，則可在柜機(jī)外設(shè)1 個木柜將其包裹（類似于單獨的空調(diào)機(jī)室），將其與駕駛室其它區(qū)域隔離。

圖7 駕駛室柜機(jī)風(fēng)速噪音測試

5.1.1 減小柜機(jī)風(fēng)量

柜機(jī)的送風(fēng)口為5 個400 mm×400 mm 的風(fēng)柵，風(fēng)量按5 100 m3/h 計算，每個出風(fēng)口的平均風(fēng)速應(yīng)為1.77 m/s，但實際測出的平均風(fēng)速為2.18 m/s，實際風(fēng)量比理論風(fēng)量高23%。其原因為空調(diào)廠家為柜機(jī)的機(jī)外余壓添加了余量，根據(jù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量靜壓性能曲線，風(fēng)量與靜壓成反比，廠家設(shè)定的靜壓為580 Pa，對應(yīng)的風(fēng)量為5 100 m3/h，而實際克服管路阻力只需400 Pa，對應(yīng)的風(fēng)量為6 300 m3/h。離心風(fēng)機(jī)的葉輪和馬達(dá)是由皮帶連在一起的，可以通過更換皮帶來降低馬達(dá)的有效輸出功率，減小風(fēng)機(jī)風(fēng)量。

5.1.2 換消音風(fēng)管

消音風(fēng)管的管壁由內(nèi)外2 層鋼板中間夾玻璃絲棉組成，內(nèi)層鋼板為多孔板。

5.1.3 用以包裹的木柜

柜機(jī)為100%回風(fēng)，回風(fēng)口距地面約1 m。木柜子需要將回風(fēng)口露出來，但柜機(jī)的噪音仍會從回風(fēng)口傳出來。最后的設(shè)計方案為：木柜子在柜機(jī)回風(fēng)口處不開孔，在底部開孔并安裝格柵（見圖8），且木柜子反面包裹消音棉。

圖8 駕駛室柜機(jī)包木柜子Ⅰ（單位：mm）

圖8 駕駛室柜機(jī)包木柜子Ⅱ（單位：mm）

底部的開孔在距地面500 mm 以下，正常人耳的高度在距離地面1.6 m 以上時，即便柜機(jī)的噪音從底部傳出來，也沒有明顯感覺[3]。

經(jīng)過以上3 個方案，柜機(jī)噪音由75 dB 降至65 dB，滿足MSC.337(91)對駕駛室噪音控制的要求。

5.2 機(jī)艙通風(fēng)

在碼頭系泊試驗階段，機(jī)艙內(nèi)的平均氣溫接近50 ℃，且明顯感覺機(jī)艙內(nèi)送風(fēng)不足。檢查機(jī)艙風(fēng)量計算書，風(fēng)機(jī)風(fēng)量取值正常，則只能從風(fēng)管具體布置以及實際施工、操作等方面找原因。

1）需檢查集控室的門。正常情況下，機(jī)艙是機(jī)械送風(fēng)，機(jī)艙內(nèi)為正壓，集控室門很難開啟，而本文研究的這艘船能夠輕松打開集控室的門，則說明機(jī)艙送風(fēng)量不夠；同時，發(fā)現(xiàn)上平臺和下平臺出風(fēng)口的風(fēng)量都很小。

2）至底層。發(fā)現(xiàn)出風(fēng)口的風(fēng)速很高，說明風(fēng)機(jī)的靜壓足夠。

3）再爬進(jìn)機(jī)艙結(jié)構(gòu)風(fēng)道檢查。發(fā)現(xiàn)未被堵塞。

4）最后推斷原因為，風(fēng)管上出風(fēng)口的尺寸比同類型的船小很多，很多風(fēng)柵尺寸只有350 mm×150 mm，導(dǎo)致風(fēng)釋放不出來。

風(fēng)管上開口尺寸增大后，機(jī)艙內(nèi)的送風(fēng)量明顯比之前大很多。但在試航階段，機(jī)艙內(nèi)的溫度仍然很高。分析原因，可能是因為試航時機(jī)艙設(shè)備全開，散熱量增大，且正值夏天，室外溫度達(dá)到32 ℃。因此，現(xiàn)只能從其它方面解決問題。正常船舶從機(jī)艙風(fēng)機(jī)室進(jìn)風(fēng)，而后通過風(fēng)管至機(jī)艙各層甲板，機(jī)艙內(nèi)為正壓，多余的空氣通過機(jī)艙棚艉部的百葉窗排至室外。而本船為帶冰級船，須考慮北極航線上的極端天氣。見圖9，機(jī)艙風(fēng)機(jī)室的艙壁上設(shè)有可關(guān)閉風(fēng)柵，當(dāng)外界氣溫非常低時，格柵開啟；機(jī)艙內(nèi)的熱空氣溢入機(jī)艙棚后，被吸進(jìn)風(fēng)機(jī)室再次進(jìn)入機(jī)艙，形成內(nèi)循環(huán)，以保證機(jī)艙內(nèi)保持較為舒適的溫度。在檢查風(fēng)管時，發(fā)現(xiàn)風(fēng)柵全部打開；除了風(fēng)柵開啟導(dǎo)致部分熱量排不出去外，還發(fā)現(xiàn)分油機(jī)間抽風(fēng)機(jī)未啟動，這也對機(jī)艙內(nèi)空氣循環(huán)造成了影響；且機(jī)艙進(jìn)風(fēng)口的菌形通風(fēng)筒沒有開到最大。將風(fēng)柵關(guān)閉、分油機(jī)間風(fēng)機(jī)開啟、菌形通風(fēng)筒開到極限后，機(jī)艙溫度明顯降低。

圖9 機(jī)艙通風(fēng)

6 結(jié)論

冰級船的通風(fēng)設(shè)計與普通的散貨船或集裝箱船還是有很大的差別，主要需考慮防凍化的要求：如上層建筑的中央空調(diào)要有2 個新風(fēng)口，1 用1備；百頁窗的上方要安裝擋板，防止冰雪的堆積；駕駛室的玻璃窗要有融霜系統(tǒng)，防止玻璃上結(jié)冰而影響視線；機(jī)艙通風(fēng)最好考慮節(jié)能，使暖空氣能夠重復(fù)利用等。

通風(fēng)設(shè)計前期，不能局限于以往的設(shè)計慣例，需要認(rèn)真研究規(guī)范，盡量節(jié)省設(shè)計成本。在面對圖紙送審和建造中出現(xiàn)的各種問題，經(jīng)驗和理論計算固然重要，但更需要具體問題具體分析，從多方面尋找原因以及解決方案。