50 m巡邏艇空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

黃海彬　陳建　伍東

摘要：本船為孟加拉高速巡邏艇，在孟加拉國近海海域使用，該地區(qū)炎熱潮濕，本文對該巡邏艇空調(diào)系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計特點進行簡單介紹。

關(guān)鍵詞：巡邏艇；船舶空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

1.概述

船舶空調(diào)系統(tǒng)的主要功能是為空調(diào)艙室提供具有一定溫度、濕度和潔凈度的空氣，滿足船員的舒適性要求和精密設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

本船是我院為孟加拉國設(shè)計的50 m高速巡邏艇，總長51.4 m，型寬7 m?？傮w布置上，艙室較多，多數(shù)艙室空間狹小，且分散。機艙前主甲板下的一部分船體為人員住艙，主甲板及駕駛甲板上為辦公和居住艙室。本艇主要任務(wù)是負責近海巡邏和日常執(zhí)法、警戒，領(lǐng)海保護，監(jiān)視和打擊海盜、走私、毒品等。航區(qū)為孟加拉國近海區(qū)域，其氣候炎熱潮濕，環(huán)境溫度35℃～45℃、相對濕度95%、海水溫度32℃。

從船舶主尺度和艙室布置看，空間緊湊，這決定了空調(diào)要選小巧的，要能方便靈活的布置；從船舶承擔的任務(wù)看，空調(diào)系統(tǒng)還要相當安全可靠，不易損壞和易維護；從航區(qū)氣候看，單位面積所需要的制冷量比我國大，空調(diào)裝置要具有較大的制冷能力。本文就這幾點要求進行本艇的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和選型。

2.冷量計算

本艇空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計前，需要計算全船空調(diào)熱負荷。我國船舶空調(diào)熱負荷一般按GB/T 13409-92《船舶起居處所空氣調(diào)節(jié)與通風設(shè)計參數(shù)和計算方法》進行計算的。此標準是以夏季工況艙內(nèi)外空氣溫度和相對濕度（艙外：35℃，70%相對濕度，艙內(nèi)：27℃，50%相對濕度）為設(shè)計參數(shù)的，跟所在國的航區(qū)工況有差別，需要調(diào)整。

綜合考慮空調(diào)系統(tǒng)運行效果、經(jīng)濟性，以及對電站和艙室空間的影響，決定調(diào)整設(shè)計參數(shù)為：夏季工況艙外：42℃，70%相對濕度，艙內(nèi)：2，4℃，50%相對濕度。因此計算用的濕空氣焓值也跟著對應(yīng)調(diào)整，由原來的艙外溫度35℃、濕度70%時，濕空氣焓值為99.73 kJ&g對應(yīng)調(diào)整后為溫度42℃、濕度70%時，濕空氣焓值為138.58 kJ/kg；由原來艙內(nèi)“溫度27℃、濕度50%時，濕空氣焓值為55.58 kJ/kg對應(yīng)調(diào)整后為溫度24℃、濕度50%時，濕空氣焓值為47.8 kJ/kg。根據(jù)計算可得到每個艙室的空調(diào)負荷和全船空調(diào)負荷，本艇夏季全船空調(diào)熱負荷為92.5 kW。

3.空調(diào)選型

3.1空調(diào)系統(tǒng)的分類

現(xiàn)代空調(diào)發(fā)展迅速，類型繁多，沒有固定統(tǒng)一的分類，但可根據(jù)空氣處理設(shè)備的集中度、冷卻介質(zhì)、蒸發(fā)方式、管內(nèi)風速、以至新風比例等的不同分成各種具體空調(diào)方式。本文就常用的按照空氣處理設(shè)備的集中度以及蒸發(fā)方式來進行簡單的分類，以便于空調(diào)選型。

按空氣處理設(shè)備的集中度分：

（1）集中式空調(diào)系統(tǒng)——所有空氣處理設(shè)備（風機、過濾器、加熱器、冷卻器、加濕器、減濕器和制冷機組等）都集中在空調(diào)機房內(nèi)，空氣處理后，由風管送到各空調(diào)艙室里。這種空調(diào)系統(tǒng)熱源和冷源也是集中的。它處理空氣量大，運行可靠，便于管理和維修，但機房占地面積大；

（2）半集中式空調(diào)系統(tǒng)——集中在空調(diào)機房的空氣處理設(shè)備，僅處理一部分空氣或僅作為冷源和熱源，另外在分散的各空間空調(diào)艙室內(nèi)還有空氣處理設(shè)備。它們對室內(nèi)空氣進行就地處理，或?qū)砑皝碜约刑幚碓O(shè)備的空氣進行補充再處理。誘導(dǎo)系統(tǒng)、風機盤管系統(tǒng)就是這種半集中式空調(diào)系統(tǒng)的典型例子；

（3）分散式空調(diào)系統(tǒng)——沒有集中的空調(diào)機房，空調(diào)機組（風機盤管機組）包括冷熱源和空氣處理，風機全部集中在一個風箱內(nèi)，組成一個緊湊、獨立的空調(diào)系統(tǒng)，可按需要直接裝在被調(diào)艙室或鄰艙內(nèi)。一般不設(shè)風道，可設(shè)簡單的風道以改善氣流分布。

按空氣冷卻盤中不同的冷卻介質(zhì)來分：

船舶空調(diào)器中空氣的冷卻和加熱，目前均采用表面式換熱器。冷熱介質(zhì)在盤管內(nèi)循環(huán)，以加熱或冷卻在管外流動的空氣。

（1）直接蒸發(fā)式系統(tǒng)一制冷劑直接在冷卻盤管內(nèi)蒸發(fā)，吸取盤管外空氣熱量。適合用于空調(diào)負荷不大，空調(diào)房間比較集中的場合；

（2）間接蒸發(fā)式系統(tǒng)——制冷劑在專用的蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱，冷卻冷凍水（又稱冷媒水），冷凍水由水泵輸送到專用的水冷式表面冷卻器冷卻空氣。適用于空調(diào)負荷較大、房間分散或自動控制要求較高的場合。

3.2空調(diào)類型選擇

3.2.1按空氣處理設(shè)備的集中度分類的空調(diào)系統(tǒng)選型

選擇半集中式空調(diào)系統(tǒng)。本艇艙室數(shù)量多且狹小分散，在每個艙室適當位置安裝一個或幾個風機盤管以處理室內(nèi)空氣運走室內(nèi)熱量，全船各艙室的熱量再由安裝在機艙的冷水機組或壓縮冷凝機組通過海水運走。其布置靈活，占用空間最少，可利用床底、柜子底、桌子底等不易利用的空間安裝風機盤管，使緊張的艙室空間得到利用充分；把冷水機組或壓縮冷凝機組等冷熱源設(shè)施、冷熱水輸送設(shè)施等設(shè)備布置在機艙，把機艙作為機房，不占甲板艙室空間。艙室新風可由本艇的通風系統(tǒng)風機提供。

若采用第一種集中式空調(diào)系統(tǒng)，需要在甲板上設(shè)立一個空調(diào)機房，需要布置全船送風管及相應(yīng)的回風與新風管。本艇艙室數(shù)量多和空間小，布置全船的風管很困難，故集中式空調(diào)不適合本艇。

分散式空調(diào)系統(tǒng)雖然沒有集中的空調(diào)機房，但在每一個空調(diào)艙室內(nèi)安裝一套空調(diào)費用高，對本艇較小的空調(diào)艙室來說體積還是比較大且占地方的，而空調(diào)壓縮機在艙室內(nèi)運行噪聲大，也不適合本艇。

3.2.2按空氣冷卻盤中不同的冷卻介質(zhì)來分類選型

選擇間接蒸發(fā)式系統(tǒng)。本艇為帶有武備的小型巡邏艇，航行及工作情況比較復(fù)雜，對安全性、可靠性要求較高，風機盤管走冷媒水比走制冷劑可靠性高，容易檢修維護，而制冷劑一旦發(fā)生泄漏，空調(diào)制冷，制熱能力嚴重下降甚至無法制冷制熱，故間接蒸發(fā)式系統(tǒng)更適合本艇。

3.2.3空調(diào)系統(tǒng)選型

綜上所述，本艇空調(diào)系統(tǒng)選擇半集中式、間接式空調(diào)系統(tǒng)，由冷水機組、海水泵（冷卻水泵）、冷媒水泵、間接蒸發(fā)式風機盤管（空氣處理設(shè)備）、回風設(shè)施、排風設(shè)施、冷凝水排放設(shè)施、管路及管路附屬設(shè)施以及控制系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)組成及工作原理如圖1所示。

4.空調(diào)設(shè)備選型及布置

空調(diào)設(shè)備選擇時，不論冷水機組還是風機盤管，要按船舶布置的實際情況和船舶空調(diào)負荷計算書來選擇合適的類型。

4.1冷水機組的選擇

以中國最大的艦船用制冷設(shè)備商兆勝空調(diào)的設(shè)備為例，冷水機組目前有三種類型：活塞式冷水機組、螺桿式冷水機組和渦旋式冷水機組。比較而言，活塞式冷水機組、螺桿式冷水機組的外形尺寸及重量都比渦旋式冷水機組大很多和重很多。本艇航速要求高，船型小，對重量控制嚴格，一切要盡量輕量化設(shè)計，無疑只有渦旋式冷水機組最適合本艇。

4.2風機盤管的選擇

本艇選擇組合落地式風機盤管。組合落地式風機盤管緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計可將機組安裝在櫥柜、鋪位下或別的封閉空間，通過柔性風管送往安裝在高處的送風格柵，以節(jié)省緊湊的艙室空間。原來餐廳采用安裝在天花板上其它風機盤管，地板上都是座位，沒有合適的空間放落地的風機盤管，船東反映此風機盤管容易漏水，本艇噸位較小，在海況較差的時候航行很顛簸，冷凝水容易灑落下來，船東不要這種風機盤管，故拆除一兩個座位，餐廳還是采用組合落地式風機盤管。

4.3本艇空調(diào)設(shè)備布置及系統(tǒng)組成

本艇空調(diào)設(shè)備布置及系統(tǒng)如圖2所示。