船舶駕駛室“雨降式”空調及玻璃除霧系統(tǒng)設計方法

張新橋

（中船郵輪科技發(fā)展有限公司，上海，200137）

0 引言

船舶駕駛室是駕駛人員指揮和操縱船舶的處所，是船上最重要的控制處所及船員的公共處所，駕駛室空調及玻璃除霧系統(tǒng)設計是船舶通風系統(tǒng)設計中的重要部分。大型客船在空調系統(tǒng)設計時，風口的布置需與艙室環(huán)境進行融合設計，選擇合適的風口型式直接關系到艙室環(huán)境的美觀性?！坝杲凳健笨照{系統(tǒng)由于其良好的舒適型、整體美觀性，越來越多的得到了船東及乘客的認可，在大型客船上的應用也越來越普遍。

另外，大型客船的駕駛室一般比較寬敞，為了使駕駛人員有較好的操作視野，窗戶數(shù)量較多，從而使得玻璃除霧系統(tǒng)總風量及所需電加熱量比較大。由于船體結構限制，船舶駕駛室一般層高都比較低，導致駕駛室空調系統(tǒng)的放樣難度非常大。本文提出駕駛室空調系統(tǒng)與玻璃除霧系統(tǒng)合并設計，較少了駕駛室風管數(shù)量，有效的解決了這一困難，供工程技術及設計研究人員參考。

1 駕駛室“雨降式”空調系統(tǒng)

1.1 駕駛室設計模型介紹及熱負荷計算

圖1 駕駛室布局

表1 空調系統(tǒng)的設計狀態(tài)

圖1展示了作為研究對象的駕駛室的布局。駕駛室房間總面積為240 m2，長26.4m，寬25.6m，凈高2.3m，甲板高度為2.9m。為了使駕駛人員有較好的操作視野，駕駛室的四周布置了窗戶。同時，本船的駕駛室舯部的梯道與下層的船廠甲板梯道相連。在房間的處所劃分上，駕駛室雨此處的梯道屬于同一處所，即控制站。

本船的送風溫差，冬季和夏季都按照10℃來進行設計，根據(jù)ISO7547-2009計算房間的夏季及冬季負荷，按照設定的送風溫差計算相應的夏季需求風量了冬季需求風量，最后與駕駛室換氣風量、新風風量的進行比較，取四個送風風量的最大值，得出駕駛室最終采用風量為7920m3/h，關于熱負荷的具體計算，非本文的重點，不作詳細介紹。

1.2 駕駛室“雨降式”空調系統(tǒng)設計

根據(jù)上文所述，駕駛室空調系統(tǒng)總送風風量為7920m3/h，風量相對較大。如果采取傳統(tǒng)的布風器+散流器的送風方式，按照每個布風器的最大送風設計風量350m3/h，那么整個駕駛室需要布置約25個布風器。數(shù)量如此之多，不利于燈及布風器的協(xié)調布置，影響了房間的整體美觀效果。在這種情況下，為達到更好的設計效果，本船駕駛室采用“雨降式”空調系統(tǒng)。

“雨降式”送風是利用天花板上面的空間為穩(wěn)壓層，空氣由送風管進入穩(wěn)壓層后，在靜壓作用下，通過在天花板上開設的具有大量小孔的多孔板，均勻地進入空調房間內的送風方式，回風口均勻地布置在房間的下部[1]。根據(jù)本研究對象特點，回風口可以布置在駕駛室舯部梯道的下層甲板（即船長甲板），通過下層甲板進行回風，這樣可以很好的利用雨降送風的優(yōu)勢，上部送風，下部回風，整體送風效果顯著提高。

“雨降式”孔板送風具有送風均勻，區(qū)域溫差小的特點，能夠提高房間的舒適性。船舶“雨降式”孔板送風歸納起來，有以下兩種方式：

（1）全面孔板送風形式，即將天花板及以上甲板空間看作一個大的雨降靜壓箱，天花板全部采用孔板來進行送風，此方式風管布置相對方便，但其明顯的缺點就是容易產生熱橋效應，冷量易通過甲板及艙壁損失，從而對甲板和艙壁絕緣的材質、施工工藝等提出了較高要求[2]。

（2）局部孔板送風形式，即根據(jù)艙室結構均勻的布置若干的雨降靜壓箱，雨降靜壓箱下方布置孔板。同時由于客觀原因，電纜及管系部件可以穿過雨降靜壓箱。若采用此方式，雨降靜壓箱的布置需要和其他專業(yè)進行協(xié)調才能找到最佳的布置方式。本文介紹的駕駛室孔板送風采用局部孔板送風方式。

“雨降式”空調送風的設計原則如下：

（1）根據(jù)國外大型客船、豪華郵輪設計經(jīng)驗，為了取得較好的“雨降式”送風效果，風速一般不宜過高，最簡單的近似計算方法為：

雨降送風風速V（m/s）≤房間凈高（m）-1；

（2）一般來說，抽風末端一般不宜采用孔板抽風，這是因為抽風時孔板容易造成灰塵堵塞，不易清潔，影響美觀，故一般采用條縫進行四周抽風。本船由于駕駛室構造的原因，回風可以通過下層甲板進行回風，故不需要采取條縫來進行回風。

（3）雨降靜壓箱必須保證氣密，并且絕緣需要包扎完整，避免由于熱橋效應造成跑冷現(xiàn)象，施工工藝要求比較高。

（4）若由于客觀原因，電纜及管系部件需要穿過雨降靜壓箱，其布置應盡量合理，盡量不要影響雨降靜壓箱內空氣的擴散，進而影響雨降送風效果。

表2 雨降靜壓箱

圖2 雨降靜壓箱布置圖

圖3 獨立型雨降靜壓箱節(jié)點形式

圖4 船體結構型雨降靜壓箱節(jié)點形式

根據(jù)上文所述，本船駕駛室空調送風風量為7920m3/h，雨降靜壓箱的布置及大小需要與其他相關專業(yè)反復溝通協(xié)調。由于本船駕駛室凈高2.3米，按照“雨降式”空調送風的設計原則，確定“雨降”送風風速V≤2.3-1=1.3m/s，進而得出每個靜壓箱的設計大小，具體雨降靜壓箱的規(guī)格及數(shù)量見表1，駕駛室雨降靜壓箱的布置見圖2。

另外，為了實現(xiàn)駕駛室空調變風量控制，在駕駛室均勻的布置了5個溫度傳感器（為了盡可能精確的提取駕駛室房間的平均溫度值），其具體的布置位置見圖2。

駕駛室空調系統(tǒng)變風量控制模式如下：根據(jù)5個溫度傳感器反饋過來的溫度信息（取溫度平均值）與房間需求溫度進行比較，同時調節(jié)空調器風機電機頻率及冷熱媒水調節(jié)閥開度，進而調整空調器送風量及空調器送風溫度，從而保證房間溫度基本穩(wěn)定，實現(xiàn)了駕駛室空調系統(tǒng)變風量控制。

1.3 雨降靜壓箱設計

雨降靜壓箱是“雨降式”空調系統(tǒng)的的重要組成部分。雨降靜壓箱的設計好壞，直接關系到駕駛室空調系統(tǒng)的舒適性、美觀性。

雨降靜壓箱的型式有以下兩種：

（1）獨立型，具體的節(jié)點形式見圖3。這種雨降靜壓箱不需要利用船體結構，可以提前預制。由于與船體結構不直接接觸，能夠避免與船體結構產生熱橋效應。但空間的利用率較低，一般適用于層高比較高的甲板之間。

（2）船體結構型，具體的節(jié)點形式見圖4。這種雨降靜壓箱需要充分的利用船體結構，船體結構為雨降靜壓箱的一部分，一般不可以預制，需要在船上現(xiàn)場安裝。由于與船體結構直接接觸，如果內部絕緣工藝差，很容易與船體結構之間產生熱橋效應。但空間的利用率較高，能夠有效的減少船廠的布置難度。隨著船廠絕緣工藝越來越成熟，越來越多的“雨降式”空調系統(tǒng)采取這種方式，本船也采用這種方式。

圖5 駕駛室除霜系統(tǒng)和空調系統(tǒng)合并設計P&I圖

一般來說，雨降靜壓箱的設計要素如下：

（1）孔板有效通風面積比。為了保證房間均勻送風，需要合理的選擇孔板的有效通風面積比。一般按照10%～20%來進行選擇?？装逵行L面積越小，壓損越大，相關風機選擇時要注意；

（2）箱體絕緣工藝。為了避免出現(xiàn)跑冷現(xiàn)象或熱橋效應，靜壓箱內部需要包絕緣，一般采取25mm的巖棉，絕緣安裝工藝需嚴格檢查；

（3）箱體內部風管。為了降低箱體內部送風噪音，實現(xiàn)均勻送風，箱體內部風管一般需要采用消音風管（即在風管上開若干個小孔）。若靜壓箱比較大，為實現(xiàn)均勻送風，還需要在箱體內部增加三通開支管；

（4）靜壓箱與天花板連接。靜壓箱與天花連接一般采用膠水連接，并且在外部包一層鋁箔，實現(xiàn)密封。

2 駕駛室玻璃除霧系統(tǒng)

2.1 駕駛室除霧系統(tǒng)控制原理

本船將駕駛室除霧系統(tǒng)和空調系統(tǒng)融合在一起，總風管送到駕駛室后在末端分別送雨降系統(tǒng)和除霜系統(tǒng)，并且通過電動關閉風閘閥進行融霜運行模式和一般運行模式切換，具體的實現(xiàn)方式見圖5。

關于駕駛室除霧系統(tǒng)要求如下：

（1）管道加熱器需自帶風流量開關，管道加熱器和電動風閘DFA進行連鎖；

（2）管道電加熱器需要與電動風閥DFA提供運行切換延遲；

（3）電動風閥運行程序要求：

一般運行：電動風閥DFA關閉，DFB打開；

融霜運行：電動風閥DFA打開，DFB關閉。

2.2 駕駛室除霧系統(tǒng)計算

按照駕駛室玻璃窗布置，玻璃窗總面積為100m2，按照ISO8863， 計算用于駕駛室除霜的風量：

V=100×54m3/h=5400m3/h （實際設計取整5400m3/h）

由于本船將駕駛室除霧系統(tǒng)和空調系統(tǒng)融合設計，除霧系統(tǒng)的進風溫度為空調送風溫度，駕駛室冬季送風溫度為32℃，那么對應的除霧空氣電加熱量：

圖6 “雨降式”空調及玻璃除霧系統(tǒng)風管局部布置圖

Q=C×ρ×V×△T=1012×1.293×5400×(42-32)/3600=19627W=19.627kW （實際設計取整20kW）

普通商船駕駛室除霧系統(tǒng)一般與空調系統(tǒng)分開設計，除霧系統(tǒng)的進風溫度為房間溫度，冬季駕駛室溫度一般按照22℃，那么對應的除霧空氣電加熱量為：

Q=C×ρ×V×△T=1012×1.293×5400×(42-22)/3600=39255W=39.255kW （實際設計取整40kW）

根據(jù)上述計算，我們可以看出，采用駕駛室除霧系統(tǒng)和空調系統(tǒng)融合設計，除霧空氣電加熱量減少了一半，減少了設備尺寸，節(jié)能效果顯著。

2.3 駕駛室除霧系統(tǒng)布置

“雨降式”空調及玻璃除霧系統(tǒng)風管局部布置圖見圖6，當融霜模式時，電動風閥DFA開啟，DFB關閉；當一般模式時，電動風閥DFA關閉，DFB開啟。“雨降式”空調及玻璃除霧系統(tǒng)風管共用同一送風主管，從而減少了駕駛室風管尺寸及數(shù)量，便于船廠進行生產設計放樣。由于船體結構的限制，駕駛室的層高一般非常有限，此方法能夠有效的解決船廠的布置問題。

3 結論

隨著船舶業(yè)的發(fā)展，“雨降式”空調系統(tǒng)越來越多的應用于船舶，但國內對“雨降式”送風的研究還比較少，本文介紹的船舶駕駛室“雨降式”空調系統(tǒng)供大家參考。另外，本文從方便船廠放樣和節(jié)能的角度，提出駕駛室除霧系統(tǒng)和空調系統(tǒng)合并設計，在一定的程度上，對后續(xù)客船駕駛室的設計也有一定的指導意義。