中小型船舶中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

馬承華

摘 要：隨著對環(huán)境保護(hù)和工作居住環(huán)境舒適度的重視，國際海事組織對中小型船舶的工作居住環(huán)境提出了高的要求。為了滿足市場需求和提高船舶工作居住環(huán)境的舒適度，現(xiàn)很多中小型船舶也開始采用間接式中央空調(diào)系統(tǒng)，并形成了一定的趨勢。

本文通過對直接式和間接式中央空調(diào)系統(tǒng)的分析對比，以及采用這兩種形式中央空調(diào)系統(tǒng)的實船工作情況，對中小型船舶中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和建造進(jìn)行探討，希望對業(yè)界有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

關(guān)鍵詞：船舶中央空調(diào)系統(tǒng)；噪聲；制冷環(huán)境；節(jié)能；智能化

中圖分類號：U664.86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Design of Central Air Conditioning System for Small and

Medium-sized Ships

MA Chenghua

（ Guangzhou Shunhai Shipyard Limited， Guangzhou 511440 ）

Abstract： With the development of the world， people's attention to the environmental protection and living and working environment comfort， although working conditions and environment in the vessels are bad， the IMO puts forward high requirements for the comfort of working and living environment in the small and medium-sized vessels and its standard also is gradually closed to the luxury passenger and Ro-Ro vessels. In order to meet the needs of the market and improve the living environment of vessels， a number of small and medium-sized ships have also started to adopt indirect central air-conditioning system and formed a certain trend.

This paper introduces the direct and indirect central air conditioning systems for small and medium-sized ships and compares the working performances of them.

Key words： Marine central air conditioning system； Noise； Air conditioning environment； Energy saving； Intelligence

1 前言

對于船舶來說，中央空調(diào)系統(tǒng)不僅能夠為船員和旅客提供較為舒適的工作和生活環(huán)境，還能夠確保船舶的各項設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。隨著對環(huán)境保護(hù)和節(jié)能意識的提高，以及對船上工作居住環(huán)境舒適度要求的提升，給中小型船舶中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

在實際的完工船舶中，中央空調(diào)系統(tǒng)總會存在或多或少的問題，例如：由空調(diào)系統(tǒng)引起的噪聲問題；各區(qū)域制冷效果不均的問題；空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能及其智能化問題；空調(diào)系統(tǒng)工作的可靠性問題；制冷劑泄漏引起的環(huán)境污染問題；空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能化和智能化問題等。

本文通過直接式和間接式中央空調(diào)系統(tǒng)的分析對比，以及兩種形式中央空調(diào)系統(tǒng)在實船上應(yīng)用情況，對中小型船舶在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和建造進(jìn)行探討，希望對業(yè)界有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

2 船用中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理

2.1 直接式中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理

圖1為船用直接式中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖，它分為兩個閉路循環(huán)：

（1）壓縮機(jī)從直接式空調(diào)器中的蒸發(fā)器吸入低壓過熱的氣體（制冷劑一般為氟利昂），經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮成高壓過熱的氣體，排出到冷凝器，經(jīng)冷凝器冷卻成高壓過冷的液體，這些液體經(jīng)過膨脹閥節(jié)流降壓成為低溫低壓的氣體，進(jìn)入到蒸發(fā)器與空氣進(jìn)行熱交換，帶走空氣中的熱量，使空氣溫度變低。這些制冷劑就變成為低壓過熱的氣體又被壓縮機(jī)吸入，形成高溫高壓的氣體，這樣循環(huán)不斷的工作，從而源源不斷的制造冷的空氣送到各個艙室；

（2）外界空氣（即新風(fēng)）和回風(fēng)（經(jīng)過各室內(nèi)回來的風(fēng)）在直接式中央空調(diào)器混合后，經(jīng)過空調(diào)器上的過濾器、蒸發(fā)器、加熱器、加濕器、負(fù)離子發(fā)生器等，再經(jīng)抽風(fēng)機(jī)吸入到空調(diào)器上的總空氣分配室，然后經(jīng)各空氣支管進(jìn)入到各艙室，再由各艙室經(jīng)回風(fēng)管進(jìn)入到混合室，又和新鮮風(fēng)進(jìn)行混合，如此循環(huán)不斷的進(jìn)行制冷或制熱。

2.2 間接式中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理

圖2為船用間接式中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖，它分為三個閉路循環(huán)：

（1）壓縮機(jī)從干式蒸發(fā)器吸入低壓過熱的氣體（制冷劑一般為氟利昂），經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮成高壓過熱的氣體，排出到冷凝器，經(jīng)冷凝器冷卻成高壓過冷的液體，這些液體經(jīng)過膨脹閥節(jié)流降壓成為低溫低壓的氣體，進(jìn)入到干式蒸發(fā)器與冷媒介質(zhì)（一般為淡水）進(jìn)行熱交換，帶走冷媒介質(zhì)中的熱量，使冷媒介質(zhì)變成比較低溫的介質(zhì)。這些制冷劑就變成為低壓過熱的氣體又被壓縮機(jī)吸入，形成高溫高壓的氣體，這樣循環(huán)不斷的工作，從而源源不斷的制造冷的冷媒介質(zhì)，送到各區(qū)域的間接式空調(diào)器；

（2）低溫冷媒介質(zhì)被送往各個區(qū)域的間接式空調(diào)器的熱交換盤管中，與空氣進(jìn)行熱交換，形成高溫冷媒介質(zhì)，高溫冷媒介質(zhì)通過冷媒水泵，被送往干式蒸發(fā)器，與制冷劑進(jìn)行熱量交換，再次形成低溫冷媒介質(zhì)，這樣循環(huán)不斷的工作；endprint

（3）外界空氣（即新風(fēng)）和回風(fēng)（經(jīng)過各室內(nèi)回來的風(fēng)）混合后經(jīng)過過濾器、蒸發(fā)器、加熱器、加濕器、負(fù)離子發(fā)生器等，再經(jīng)抽風(fēng)機(jī)吸入.到間接式空調(diào)器上的空氣分配室，然后經(jīng)各空氣支管進(jìn)入到各艙室，再由各艙室經(jīng)回風(fēng)管進(jìn)入到混合室，又和新風(fēng)進(jìn)行混合，如此循環(huán)不斷的進(jìn)行制冷或制熱。

3 直接式和間接式中央空調(diào)系統(tǒng)的分析對比

基于船用直接式和間接式中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，現(xiàn)從以下六個方面對其進(jìn)行分析對比：

3.1 環(huán)保方面

直接式中央空調(diào)系統(tǒng)是直接將制冷劑從壓縮裝置送到空調(diào)器蒸發(fā)器中進(jìn)行制冷。而直接式空調(diào)器一般布置在中央空調(diào)房內(nèi)，壓縮機(jī)裝置布置在設(shè)備艙內(nèi)。這將導(dǎo)致壓縮機(jī)裝置和空調(diào)器距離遠(yuǎn)、管路長、制冷劑量多、制冷劑在管路中泄漏風(fēng)險增加等問題；

間接式中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑是在壓縮機(jī)、冷凝器和干式蒸發(fā)器中流動，在設(shè)計中為了減少制冷劑的用量和泄漏風(fēng)險，可以將這些部件做成一個模塊，這樣管路少、需要制冷劑少，泄漏的風(fēng)險大大降低。從干式蒸發(fā)器到各個制冷區(qū)域內(nèi)的間接式空調(diào)器所用的冷媒介質(zhì)一般為淡水，如有泄漏也無污染，同時可以直接從船上的淡水系統(tǒng)進(jìn)行補給，大大提高了操作的方便性。

3.2 風(fēng)管等附件布置

直接式中央空調(diào)系統(tǒng)，所有的回風(fēng)及其新風(fēng)需通過回風(fēng)支管、回風(fēng)總管和新風(fēng)總管回到直接式空調(diào)器中進(jìn)行處理，根據(jù)需制冷的區(qū)域及其每個區(qū)域制冷量的大小，來確定送風(fēng)支管的數(shù)量和支管截面積的大小。通過這些支管，將處理后的冷風(fēng)從直接式空調(diào)器送往相應(yīng)的區(qū)域。雖然這種設(shè)計比較簡單、成本較低，但存在如下問題：（1）因全船所有的風(fēng)都需在中央空調(diào)器處理，中央空調(diào)器尺寸大、風(fēng)管總管截面積大；（2）所有的送風(fēng)支管、回風(fēng)總管和新風(fēng)總管需回到空調(diào)器上，空調(diào)器上風(fēng)管的布置難度加大；（3）空調(diào)房的位置離有些需制冷的區(qū)域較遠(yuǎn)，處于不同的防火區(qū)域內(nèi)，這樣將導(dǎo)致風(fēng)管支管的路徑長、增加空氣阻力、風(fēng)管穿過不同防火區(qū)域時破壞防火分隔等問題，需通過加大風(fēng)管截面積和增加防火風(fēng)閘等方法解決；（4）當(dāng)風(fēng)管支管多、截面積大時，在與電纜、管路等附件在同一個空間布置時，將增加現(xiàn)場施工的難度，有時還需犧牲部分功能以便于布置。

間接式中央空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)防火分隔、制冷區(qū)域的功能要求，以及回風(fēng)，新風(fēng)和送風(fēng)風(fēng)管的走向布置、空調(diào)器的安裝位置等方面，將全船需制冷的區(qū)域劃分為不同的區(qū)域，將全船的制冷量分配到多個間接式空調(diào)器中。間接式空調(diào)器尺寸小、風(fēng)管截面積小、方便布置。這樣將不會破壞防火分隔，減少風(fēng)管支管的長度及其阻力、方便風(fēng)管與電纜、管路等在同一空間區(qū)域的布置等；因有多個間接式空調(diào)器，將會使系統(tǒng)相對復(fù)雜，在設(shè)計中需合理考慮風(fēng)管和空調(diào)器的布置以方便裝修，提高船上工作居住環(huán)境的舒適度。

3.3 船舶噪聲

根據(jù)GB5979-86《海洋船舶噪聲級規(guī)定》 ，其中規(guī)定臥室噪聲為60 dB（A），辦公室、休息室等為65 dB（A）。

直接式中央空調(diào)系統(tǒng)，通過上面的分析，風(fēng)管管路長、彎頭多、空氣阻力加大。為了保證制冷效果和將處理后的風(fēng)送到相應(yīng)的區(qū)域，需加大直接式中央空調(diào)器上風(fēng)機(jī)的壓頭。提高風(fēng)機(jī)壓頭，將會導(dǎo)致如下問題：（1）空調(diào)器的噪聲增加；（2）風(fēng)在風(fēng)管中流動時噪聲加大；（3）風(fēng)在房間內(nèi)從布風(fēng)器出來時噪聲也會加大。當(dāng)然，通過加大風(fēng)管截面積、減少風(fēng)管上彎頭的數(shù)量和加裝消聲器等方法也可以降低噪聲，但效果不太明顯，而且會增加現(xiàn)場施工難度。

間接式中央空調(diào)系統(tǒng)，通過上面的分析，風(fēng)管管路短、彎頭少、空氣阻力小。這樣可以選擇低壓頭、低噪聲的間接式空調(diào)器。制冷區(qū)域的噪聲會降低，容易滿足規(guī)范對噪聲的要求，船上工作居住環(huán)境的舒適度大大提高。

3.4 制冷效果

在直接式中央空調(diào)系統(tǒng)中，中央空調(diào)的工作情況是通過回風(fēng)總管上的回風(fēng)溫度進(jìn)行控制，全船送風(fēng)的溫度一樣，要想改變每個區(qū)域或房間的溫度，只有通過調(diào)節(jié)每個區(qū)域或房間的送風(fēng)量來進(jìn)行調(diào)整。這樣將會導(dǎo)致有的區(qū)域送風(fēng)量大，有的區(qū)域送風(fēng)量小，有的風(fēng)管風(fēng)速高，有的風(fēng)管風(fēng)速低，有的區(qū)域溫度高，有的區(qū)域溫度低等問題。風(fēng)管風(fēng)速的問題，也將產(chǎn)生噪聲等問題。此種方法的調(diào)節(jié)需要人通過其經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)節(jié)，非人性化和智能化。

在間接式中央空調(diào)系統(tǒng)中，各區(qū)域可以根據(jù)自己的需要獨立設(shè)置自己的溫度，當(dāng)溫度設(shè)定好后，間接式空調(diào)器會通過冷媒介質(zhì)的供應(yīng)量來調(diào)節(jié)所需的溫度。當(dāng)某區(qū)域不需要制冷時，也可將此區(qū)域的間接式空調(diào)器關(guān)閉。整套間接式空調(diào)裝置通過自動控制方式來調(diào)整設(shè)備的工作情況，所制冷的環(huán)境更人性化，設(shè)備更智能化，更能滿足規(guī)范的要求。

3.5 節(jié)能化和智能化

在采用直接式中央空調(diào)裝置時，為了保證設(shè)備的安全使用，一般都采取一用一備的方式，而且每套系統(tǒng)的制冷量都會按實際的最大制冷量加上10%余量來決定。這樣需加大船舶發(fā)電機(jī)容量，導(dǎo)致能量的浪費，增加使用成本。

在采用間接式空調(diào)裝置時，也會設(shè)置一用一備的方式，但每套系統(tǒng)的制冷容量會按最大制冷量的75%進(jìn)行選型。當(dāng)全船負(fù)荷較小時，單套機(jī)組運行即可；當(dāng)全船負(fù)荷較大時，可兩套機(jī)組同時投入運行。同時，用間接式空調(diào)器在智能化和節(jié)能化的升級改造空間非常巨大。

3.6 實船空調(diào)裝置工作情況

船舶中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計是一個復(fù)雜的過程。還有很多方面需要考慮，例如：新風(fēng)和回風(fēng)比例的考慮；空氣中濕度的控制；空調(diào)器冷凝水的排放；未來設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)；冷媒水管和空調(diào)風(fēng)管的保溫絕熱；風(fēng)管與電纜、管路的在同一區(qū)域的布置；中央空調(diào)系統(tǒng)附件對裝修的影響等。在此就不一一探討。

通過分別采用直接式和間接式中央空調(diào)裝置的同類型實船，在設(shè)計、施工、完工后的調(diào)試及其實際工作情況等，分析兩種中央空調(diào)系統(tǒng)有如下特點：

（1）直接式中央空調(diào)裝置：①系統(tǒng)簡單、成本低；② 風(fēng)管截面積大、風(fēng)管路徑長、穿過不同的防火區(qū)域，施工難度相對較大，不利于裝修；③ 制冷區(qū)域的噪聲分貝相對會高一些，特別是靠近中央空調(diào)房的區(qū)域和房間內(nèi)靠近布風(fēng)器的位置；④ 制冷情況不太均勻，靠近中央空調(diào)房的區(qū)域制冷效果相對較好，遠(yuǎn)離中央空調(diào)房的區(qū)域相對差些。

總的來說，系統(tǒng)相對簡單，成本相對較低，住居和工作環(huán)境的舒適度相應(yīng)也會低一些。

（2）間接式中央空調(diào)裝置：① 系統(tǒng)復(fù)雜、成本相對高一些；② 因間接式空調(diào)器數(shù)量多，在設(shè)計中對區(qū)域的劃分、空調(diào)器的布置需仔細(xì)考慮；③ 設(shè)計中需處理好新風(fēng)管、回風(fēng)管和送風(fēng)管的布置，以及冷媒水地漏管的設(shè)計；④ 本系統(tǒng)各制冷區(qū)域可根據(jù)要求設(shè)定相應(yīng)的溫度；⑤ 各制冷區(qū)域的噪聲分貝相對較低。

總的來說，系統(tǒng)相對復(fù)雜，成本相對較高，住居和工作環(huán)境的舒適度相應(yīng)也會高一些。

通過船東代表、租船方代表和驗船師的反饋，從空調(diào)的制冷效果、房間內(nèi)的噪聲等級和裝修情況等方面，間接式中央空調(diào)裝置優(yōu)于直接式中央空調(diào)裝置。

4 結(jié)束語

在船舶設(shè)計建造中，出于對船舶空間和建造成本的考慮，間接式中央空調(diào)裝置一般用在大型的豪華郵船和客滾船上，直接式中央空調(diào)裝置一般用在中小型船舶上。

隨著人們對環(huán)境保護(hù)和工作居住環(huán)境舒適度的重視，加上船舶的工作條件和環(huán)境的惡劣，對中小型船舶工作居住環(huán)境的舒適度也提出了很高的要求，其標(biāo)準(zhǔn)也逐漸向豪華郵船和客滾船靠近。為了滿足市場需要和提高船舶工作居住環(huán)境的舒適度，現(xiàn)很多中小型船舶也開始采用間接式中央空調(diào)裝置，并形成了一定的趨勢，這是未來船舶向節(jié)能化和智能化發(fā)展的趨勢。

通過本文的分析，希望對后續(xù)中小型船舶中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和建造有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

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