船舶通風系統(tǒng)的設計及優(yōu)化

賈廣偉

黃海造船有限公司 山東榮成 264309

船舶通風分為機械通風和自然通風，就是利用換氣的方法，向某一艙室輸送新鮮空氣（送風），將艙室內(nèi)污濁的空氣直接或者處理后排出室外（排風），起到對室內(nèi)外空氣置換的作用，但不同船舶通風系統(tǒng)類型不同，設計方向有所不同，我司一直致力于推動船舶通風系統(tǒng)優(yōu)化設計，創(chuàng)設有助于船員安全生活和工作的環(huán)境。船舶通風系統(tǒng)設計難度較大，設計是否合理關乎到室內(nèi)環(huán)境舒適度和設備的正常運行，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，都可能誘發(fā)嚴重的后果，需要予以高度關注和重視。伴隨著流體學技術的發(fā)展，其在船舶通風系統(tǒng)設計中也得到了廣泛的應用，但是存在很多的缺陷和不足。當前船舶運輸壓力持續(xù)增加，船舶功能和自動化水平飛速發(fā)展，如何創(chuàng)設船舶人員舒適的工作、生活環(huán)境，保證船舶各項功能正常運行，推動船舶通風系統(tǒng)優(yōu)化設計十分必要[1]。

1 船舶通風系統(tǒng)概述

1.1 船舶通風系統(tǒng)內(nèi)部構成

船舶通風系統(tǒng)內(nèi)部由進氣、排氣裝置構成，涵蓋了風雨密百葉窗、風機、調(diào)節(jié)風門、風管、防火風閘以及送排風口等。常見的通風系統(tǒng)有三種：其一，全面通風。就是對整個艙室進行通風換氣，目前船上大部分艙室采用這種方式；其二，局部通風。分為局部進風和局部排風，其基本原理就是通過控制局部氣流，使局部工作范圍不受有害物的污染，并且達到符合要求的空氣環(huán)境。目前我司建造的醫(yī)院船的手術區(qū)潔凈系統(tǒng)就是采用此種方式；其三，置換通風。原理是利用冷空氣下沉熱空氣上升的原則，送風口在下，排風口在上。一些特殊的艙室，比如蓄電池室，二氧化碳間都是采用這種方式通風。

1.2 船舶通風系統(tǒng)的設計流程

其一，確定船舶通風量；其二，所需風量合理配置，確保各部分擁有充足流量，創(chuàng)設內(nèi)部空氣循環(huán)體系，可以避免內(nèi)部溫度過高影響到人們正常生產(chǎn)生活。同時考慮通風管道尺寸規(guī)格和風速大小，并結合管道形狀和風阻力優(yōu)化設計，形成相較于獨立通風系統(tǒng)。其三，選擇軸流效率高、安裝和檢修便捷的風機，可以輸送新鮮空氣到室內(nèi)同時，將室內(nèi)的污濁空氣排出室外，如果選擇室外風機需要配備專門的保護裝置，避免人員觸電事故出現(xiàn)。在船舶通風系統(tǒng)設計后，由專門人員來測量船舶通風系統(tǒng)的風速，反復調(diào)節(jié)測量記錄系統(tǒng)的風速、風阻力、噪音值。以達到最優(yōu)的設計[2]。

1.3 船舶通風系統(tǒng)對船舶設備的作用

船舶通風系統(tǒng)不僅是調(diào)節(jié)船艙溫度、濕度、氣壓，創(chuàng)設便于人們生活和工作的室內(nèi)環(huán)境。對設備的正常運行也起到至關重要的作用。船舶環(huán)境狀態(tài)隨著時間地點推移逐步改變，船艙中的空氣量有所不同，如果機艙中溫度過高，空氣密度將隨之下降，大大增加了柴油機增壓喘振幾率，機器設備的運行負荷較重，可能加劇裝置故障幾率。如果溫度過低，空氣密度反之增加，燃燒動力隨之增加[3]。因此，溫度過高、過低都可能影響到裝置的正常運行，將其控制有限的溫度范圍內(nèi)很有必要，而實現(xiàn)這一目標則需要保證船艙通風正常。另外，由于機艙中儀器設備諸多，對于溫度要求較高，諸多儀器設備運行中會散發(fā)熱量，如果無法及時排出熱量，可能造成裝置損壞[4]。由于不同儀器裝置靈敏度和精確度會受到環(huán)境變化所影響，超過一定條件限制，則會出現(xiàn)儀表失控情況。

2 船舶通風系統(tǒng)的設計要點

2.1 衛(wèi)生間機械通風

在天花板上開設抽風口，衛(wèi)生間獨立進風或是走道門下風柵開口進風，有時從空調(diào)系統(tǒng)輸送一定量空氣送風。抽風直接與外界大氣連接，不允許用于內(nèi)循環(huán)[5]。

2.2 醫(yī)務室

醫(yī)務室內(nèi)選擇機械抽風、送風方式，對于空調(diào)系統(tǒng)的送風可以選擇止回風閘隔離，或是設置單獨系統(tǒng)。醫(yī)務室抽風排放到外界環(huán)境，不允許重新進入內(nèi)循環(huán)。調(diào)整抽風量和送風量差異，形成負壓，并給予調(diào)節(jié)風量空氣平衡開口，排放到外界環(huán)境。

2.3 洗衣室

洗衣室同樣選擇機械抽風方式，送風方式可以選擇自然進風或空調(diào)送風方式。由于洗衣室通風系統(tǒng)多為低壓系統(tǒng)，將空氣加熱到13℃，使用布風器合理分配送風。在散熱上方開設抽風口，安裝空氣過濾器保證室內(nèi)空氣清爽度，污濁空氣排出到外界，不允許用于內(nèi)循環(huán)[6]。

2.4 餐廳或休息室

此類區(qū)域通風系統(tǒng)以低壓通風系統(tǒng)為主，小餐廳房間選擇高壓通風系統(tǒng)，由于空間較大所有風口盡量均布。

2.5 廚房

廚房抽風和送風均為機械通風方式，與所處通風系統(tǒng)分離設置，安裝風閘可以起到平衡送風、抽風的風量。特別注意廚房集氣罩進風口與灶臺要對齊，保證冷熱空氣形成對流，達到高效排風的效果。

2.6 蓄電池室

該區(qū)域熱量較高，需要設置有效通風，可以在房間底部開設進風口，頂部開設吸風口，通過此種布設促使新風流經(jīng)所有蓄電池組，最大程度上規(guī)避易燃易爆氣體混合[7]。

3 船舶通風系統(tǒng)的設計優(yōu)化

以下通過對我司設計的某型千噸級海洋巡視船的通風系統(tǒng)所做優(yōu)化做一介紹。

3.1 進風口位置優(yōu)化

船舶通風系統(tǒng)的進風口位置設計是否合理，關乎到通風系統(tǒng)運行效應，而氣流位置和線路直接決定了進風口位置，因此需要做好進風口位置的選擇。通過計算可以了解到，機艙內(nèi)部空間較小，喇叭風口可以達到機艙壁即可，這就節(jié)省了大量的風管及占據(jù)的空間，通過適當?shù)脑黾油L管直徑，提升風流量，減小風阻。

3.2 排風口位置優(yōu)化

除了引入新風進入艙室，還要將艙室內(nèi)部污濁空氣排出到外界，所以排風口應該設置在與進風口水平線的位置，促使通風口水平氣流在內(nèi)部循環(huán)一定時間后上升排出。但是由于機艙的特殊性，內(nèi)部機器繁多，死角多，送風管路多且復雜，并且內(nèi)部空間狹小，故一般不設置回風管，只在機艙棚頂設置一臺抽風機，采用分支送風、主干回風的方式。并且所有機艙通風機為可逆轉風機。船舶中鍋爐燒制不可避免的產(chǎn)生熱量，散熱量過大，需要單獨增設排風口，動態(tài)調(diào)整通風出口角度，相較于其他機艙適當?shù)难娱L空氣流通路線，促使散熱率大大提升，創(chuàng)設舒適的內(nèi)部環(huán)境[8]。

3.3 空調(diào)通風系統(tǒng)裝置優(yōu)化

由于該船熱濕負荷較大，且空調(diào)分區(qū)較多（熱濕比不同），我們采用間接冷卻式中央空調(diào)系統(tǒng)，即用制冷劑冷卻冷媒水，再用冷媒水在空氣冷卻器中冷卻空氣，最后由空調(diào)風機送往各個艙室。對于空調(diào)通風系統(tǒng)裝置優(yōu)化，空調(diào)器的風機采用的是變頻風機，可以根據(jù)船舶本身的特征，在不同工況、不同季節(jié)，以不同的風量送風，達到節(jié)能減排的作用，在所有的空調(diào)風管首端安裝了消音器和調(diào)風門，盡量避免采用容易漏風的扁圓風管，減少彎頭的使用量，減少風阻，還有一個關鍵點是對風口末端優(yōu)化，為避免空調(diào)裝置運行期間產(chǎn)生過大的噪音，使所有的艙室達到最適宜的人居環(huán)境標準，在末端安裝消聲布風器風口和變風量調(diào)節(jié)裝置。并且采用分區(qū)空調(diào)，每個房間都可以獨立調(diào)控。

3.4 全新風通風系統(tǒng)設計

全新風通風系統(tǒng)優(yōu)化設計，需要保證總風量可以滿足機艙內(nèi)部熱負荷排出需要，以及換氣次數(shù)需要。設計機艙進風高于排風屬于正壓設計，通常適用在內(nèi)部熱氣有要求的機艙。全新風通風系統(tǒng)設計，引入新風到機艙同時，將機艙中設備散發(fā)的熱量充分排出，保證室內(nèi)新風量用于設備散熱，保證設備正常運行。為保證循環(huán)可以單獨設置進風、排風風機室，以前部分船舶設計中并未設置進風、排風管，只有進排風室，這樣新風引入到機艙后聚集在某個位置，另一端通過排風風機排出機艙內(nèi)部污濁熱空氣，此種設計局限性較大，無法保證機艙內(nèi)部溫度均勻性。

需要注意的是，海水比熱容大于空氣比熱容，所以可以基于海水來帶走機艙內(nèi)部的熱量，這樣可以節(jié)能降耗，減少風管大小、風速和噪音。因此，推行循環(huán)冷卻加新風系統(tǒng)，盡管相較于全新風設計換氣次數(shù)要少一些，但是換氣次數(shù)可以維持在15次/h左右，滿足機艙對新鮮空氣和污濁空氣排出的需求。

4 結語

綜上所述，船舶通風系統(tǒng)設計是否合理，很大程度上影響到船舶內(nèi)部裝置設備正常運行，以及工作人員的舒適度。因此，應結合不同船型和規(guī)劃要求，綜合考量進排氣道設置，合理規(guī)劃，設計能耗更低的通風系統(tǒng)。