獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)技術(shù)在客滾船的運(yùn)用

趙明浩

（黃海造船有限公司，山東 威海 264309）

0 引言

“中華復(fù)興”號(hào)是我國自主設(shè)計(jì)、自行建造的新型、豪華郵輪型客滾船，再次刷新了亞洲最大、最環(huán)保、最豪華客滾船的紀(jì)錄，成為新的“亞洲之最”。該船擁有1690 客位/3000m 車道，總長約212m，型寬28.6m，服務(wù)航速18 節(jié)時(shí)續(xù)航力不低于5000 海里?！爸腥A復(fù)興”號(hào)采用獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是國內(nèi)廠家最新研發(fā)的高端空調(diào)設(shè)備，主要設(shè)計(jì)在豪華客滾船、游艇、郵輪等高附加值船舶，具有能耗低、噪聲低、舒適性高、新風(fēng)比高等優(yōu)點(diǎn)，配合變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)使用，使該船在降本增效成果上，有進(jìn)一步提高。該船順利交付運(yùn)營，對(duì)國產(chǎn)化高端空調(diào)技術(shù)應(yīng)用具有重要意義。

1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件及要求

1.1 設(shè)計(jì)航線

煙臺(tái)-大連航線的國內(nèi)航區(qū)。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)環(huán)境條件見表1。

表1 設(shè)計(jì)環(huán)境條件

1.3 設(shè)計(jì)甲板布置及功能

該船共設(shè)3 層車輛艙及5 層上層建筑，主要甲板布置及功能見表2。

表2 主要甲板布置及功能

1.4 設(shè)計(jì)要求

該船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》（2018）及其修改通報(bào)等規(guī)范要求，采用中速單風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)，為全船旅客艙室、船員艙室及公共區(qū)域等場所提供空調(diào)送風(fēng)。作為1 艘準(zhǔn)豪華郵輪型客滾船，為給旅客提供一個(gè)舒適、安靜的空調(diào)環(huán)境，該船以主豎區(qū)為界，并按照旅客區(qū)域、船員區(qū)域、服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)空調(diào)區(qū)域，具體空調(diào)區(qū)域劃分如下：1）獨(dú)立控制每個(gè) VIP 旅客艙室的溫度，采用全新風(fēng)空調(diào)器（初級(jí)空氣處理單元）和獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器（次級(jí)空氣處理單元）。將全新風(fēng)空調(diào)器處理好的空氣再分配至獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器，進(jìn)行2 次空氣處理。2）獨(dú)立控制每個(gè)高級(jí)官員艙室的溫度，采用變風(fēng)量系統(tǒng)。變風(fēng)量系統(tǒng)由全空氣空調(diào)器和帶二次風(fēng)量調(diào)節(jié)的變風(fēng)量末端裝置組成。3）4 人以下旅客或船員艙室采用全新風(fēng)空調(diào)器和獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器。各艙室的回風(fēng)由房門風(fēng)柵進(jìn)入走廊，再經(jīng)回風(fēng)管返回獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器。艙室送風(fēng)采用變風(fēng)量末端裝置加布風(fēng)器，可實(shí)現(xiàn)各艙室的溫度獨(dú)立控制。4）4 人以上（含）旅客或船員艙室采用帶新風(fēng)和回風(fēng)處理的全空氣空調(diào)器。各艙室的回風(fēng)由房門風(fēng)柵進(jìn)入走廊，再經(jīng)回風(fēng)管返回空調(diào)器。艙室送風(fēng)采用帶二次風(fēng)量調(diào)節(jié)的布風(fēng)器，使用典型艙室溫度傳感器對(duì)艙室溫度進(jìn)行控制。5）公共區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)采用全空氣空調(diào)器，新風(fēng)比不小于40%。

2 先進(jìn)空調(diào)技術(shù)應(yīng)用

普通客滾船上的中央空調(diào)系統(tǒng)一般采用直接式空調(diào)系統(tǒng)或間接式空調(diào)系統(tǒng)。其本質(zhì)都是采用了固定風(fēng)量的定風(fēng)量系統(tǒng)，按照各艙室夏、冬季節(jié)送風(fēng)量、換氣次數(shù)和新風(fēng)量要求的最大值確定送風(fēng)量，通過回風(fēng)溫度對(duì)該空調(diào)區(qū)控制送風(fēng)溫度[1]。

定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)總風(fēng)量不具有調(diào)節(jié)性能，各艙室風(fēng)量也只能通過布風(fēng)器進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，如果一個(gè)艙室調(diào)小風(fēng)量，其他艙室風(fēng)量隨之增大，風(fēng)道內(nèi)靜壓上升，風(fēng)量調(diào)節(jié)過大會(huì)增加艙室噪聲。通過對(duì)客滾船定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)普遍存在如下問題：1）各個(gè)艙室溫度不能根據(jù)個(gè)人需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制進(jìn)而降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。2）艙室內(nèi)噪聲偏高。

針對(duì)上述問題，參考國內(nèi)外空調(diào)系統(tǒng)最新技術(shù)，該船采用先進(jìn)的獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)和變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)4 人以下旅客艙室或船員艙室的獨(dú)立溫度控制，并增加降噪措施設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的目標(biāo)。

3 獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概述

獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)是國內(nèi)應(yīng)用新技術(shù)研發(fā)的最新型號(hào)空調(diào)設(shè)備，主要為豪華客滾船、游艇、郵輪等高附加值船舶設(shè)計(jì)，具有能耗低、噪聲低、舒適性高、新風(fēng)比高等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到國際一流技術(shù)水準(zhǔn)。獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備和部件包括新風(fēng)空調(diào)器、獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器、布風(fēng)器、變風(fēng)量末端裝置、冷水機(jī)組、風(fēng)管系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、調(diào)風(fēng)門、防火風(fēng)閘、風(fēng)閘、風(fēng)柵等。

3.2 新風(fēng)空調(diào)器系統(tǒng)原理

夏季，冷水機(jī)組對(duì)新風(fēng)空調(diào)器提供+7℃的冷媒水，通過冷/熱媒水泵送到各新風(fēng)空調(diào)器，冷卻空氣（新風(fēng)和回風(fēng)）。冷媒水與空氣進(jìn)行熱交換后，再回到冷水機(jī)組重新冷卻，如此循環(huán)。除濕是以空調(diào)制冷來實(shí)現(xiàn)，在制冷過程中，潮濕的空氣通過空調(diào)器蒸發(fā)器后溫度會(huì)大幅下降，空氣濕度處于一種飽和狀態(tài)，多余水汽以冷凝水的形式析出，凝結(jié)與蒸發(fā)器的翅片上，通過凝水盤排出。

冬季，主要由板式熱交換器提供熱源，通過蒸汽與淡水換熱制取熱媒水，再通過冷/熱媒水泵向新風(fēng)空調(diào)器提供熱媒水。根據(jù)熱媒水出水溫度的變化，通過溫控閥自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱蒸汽用量。冬季加濕采用淡水加濕并自動(dòng)控制。每臺(tái)空調(diào)器通過溫濕度傳感器來控制送風(fēng)溫度與濕度，保證艙室的舒適度。新風(fēng)空調(diào)器系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 新風(fēng)空調(diào)器系統(tǒng)原理

3.3 獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)原理

獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)分為兩級(jí)空氣處理。新風(fēng)首先在新風(fēng)空調(diào)器進(jìn)行集中處理，然后送到獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器。獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器對(duì)相似的船員或旅客艙室、公共艙室、辦公室、服務(wù)區(qū)域等進(jìn)行分類配置。

新風(fēng)空調(diào)器處理100%新風(fēng)，為定風(fēng)量（CAV）系統(tǒng)。新風(fēng)量按照人員需要風(fēng)量和衛(wèi)生間排放量的最大值選取。新風(fēng)在新風(fēng)空調(diào)器過濾、冷卻、除濕或預(yù)加熱。經(jīng)新風(fēng)空調(diào)器處理后的空氣通過預(yù)絕熱螺旋風(fēng)管送到獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器進(jìn)行二次處理。

在客滾船的同一甲板或負(fù)荷相似的1 組艙室配置1 臺(tái)獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器。一般情況下，每臺(tái)獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器最多服務(wù)14 個(gè)艙室。獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器以變風(fēng)量的方式工作。來自走道的回風(fēng)經(jīng)獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)器過濾、冷卻、除濕或再加熱、加濕、消毒殺菌后通過預(yù)絕熱螺旋風(fēng)管送到艙室的帶再加熱器的定風(fēng)量或變風(fēng)量布風(fēng)器。獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)原理如圖2 所示。

圖2 獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)原理

4 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)概述

為了進(jìn)一步提高該船空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，對(duì)4 人以下旅客或船員等艙室采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，即在送風(fēng)預(yù)絕熱螺旋風(fēng)管的末端安裝變風(fēng)量末端裝置。根據(jù)艙室的負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各變風(fēng)量末端裝置的送風(fēng)量，保持艙室的空氣溫度基本不變[2]。例如艙室空調(diào)負(fù)荷減小時(shí)，空調(diào)器通過變頻裝置調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在穩(wěn)定出風(fēng)靜壓箱靜壓的同時(shí)，減小空調(diào)器送風(fēng)量，可以降低系統(tǒng)運(yùn)行噪聲和系統(tǒng)節(jié)能。

變風(fēng)量末端裝置可以實(shí)現(xiàn)最小風(fēng)量和最大風(fēng)量的設(shè)定，風(fēng)量在該范圍內(nèi)可以根據(jù)溫度的設(shè)定進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，風(fēng)量的實(shí)測值可以輸出。配備有溫度控制器，溫度控制范圍設(shè)定：夏季25 ℃～30 ℃，冬季20℃～25 ℃，溫度信號(hào)可以輸出。在工頻模式，可以根據(jù)空調(diào)器控制箱提供最大風(fēng)量信號(hào)使變風(fēng)量末端處于最大風(fēng)量狀態(tài)。

4.2 變風(fēng)量末端裝置原理

變風(fēng)量末端裝置為一次風(fēng)量控制，按照空調(diào)器的數(shù)量配備若干臺(tái)數(shù)據(jù)采集控制箱和電源分線箱，可通過RS485 通信接口與空調(diào)器的PLC 對(duì)各艙室的變風(fēng)量末端裝置的溫度、風(fēng)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。各艙室的變風(fēng)量末端裝置配備有溫控器、VAV 控制器，可以根據(jù)設(shè)定的艙室溫度，在最大、最小風(fēng)量區(qū)間對(duì)其送風(fēng)量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，即當(dāng)空調(diào)艙室過冷時(shí)，變風(fēng)量末端裝置風(fēng)量自動(dòng)減少；反之空調(diào)艙室過熱時(shí)，變風(fēng)量末端裝置風(fēng)量自動(dòng)增加[3]，并輸出實(shí)測的溫度和風(fēng)量信號(hào)。通過RS485 通信接口與空調(diào)器控制箱進(jìn)行連接，傳輸各艙室變風(fēng)量末端的風(fēng)量和溫度信號(hào)到空調(diào)器控制箱。變風(fēng)量末端裝置原理如圖3 所示。

圖3 變風(fēng)量末端裝置原理示意圖

5 降噪增效技術(shù)應(yīng)用

空調(diào)系統(tǒng)主要以舒適度及節(jié)能為主要設(shè)計(jì)方向，不但要保證旅客有一個(gè)舒適、安靜的居住環(huán)境，而且具有節(jié)約能源的功效。從整個(gè)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來看，正常的噪聲是不可避免的，如何降低噪聲，避免異常噪聲是最為重要的。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲超過一定的允許值后，將影響旅客或船員的正常工作、學(xué)習(xí)、休息，甚至影響人體健康，因此，該船在進(jìn)行空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，著重從3 個(gè)方面入手考慮噪聲控制：1）從噪聲源出進(jìn)行控制，主要有風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲；2）從傳播過程中進(jìn)行控制，氣流在風(fēng)管中產(chǎn)生的噪聲；3）從空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)末端進(jìn)行控制，氣流通過房間末端裝置布風(fēng)器[4]等產(chǎn)生的噪聲。

采取的主要措施：1）空調(diào)器的風(fēng)機(jī)一般安裝在空調(diào)器箱體內(nèi)，可以對(duì)空調(diào)箱體進(jìn)行隔噪處理，外層采用普通鋼板或不銹鋼板，中間貼40mm 厚巖棉（巖棉傳熱系數(shù)小、耐高溫、吸音效果好），內(nèi)層采用消音孔板做覆板，從根本上降低了風(fēng)機(jī)聲源處噪聲。2）空氣在流過直管段和局部構(gòu)件（如彎頭、三通、變徑管、風(fēng)門、風(fēng)口等）時(shí)都會(huì)產(chǎn)生噪聲。噪聲與氣流速度有密切的關(guān)系，當(dāng)氣流速度增加一倍，噪聲就會(huì)增加15dB。降低風(fēng)管系統(tǒng)的氣流噪聲的方法包括減少風(fēng)管系統(tǒng)阻力、降低送風(fēng)風(fēng)速、送回風(fēng)管中加裝消音器、風(fēng)管包隔音材料等。3）房間末端裝置布風(fēng)器的噪聲與整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、風(fēng)管的風(fēng)速、風(fēng)量以及布風(fēng)器自身的結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。合理地設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管，布風(fēng)器就不會(huì)出現(xiàn)異常的噪聲；另外布風(fēng)器自身結(jié)構(gòu)可以加厚保溫消音的巖棉，制成迷宮形式，吸收噪聲，從而降低噪聲。

除上述措施外，空調(diào)器及冷水機(jī)組等設(shè)備安裝減振器；風(fēng)管末端安裝撓性連接，撓性軟管安裝應(yīng)松緊適度、不得扭曲；風(fēng)管與支架間安裝軟墊；風(fēng)管采用無法蘭連接時(shí)，接口處必須嚴(yán)密，矩形風(fēng)管四角必須定位和密封，不得錯(cuò)位和扭曲；連接風(fēng)管法蘭的螺栓應(yīng)均勻擰緊，其螺母宜在同一側(cè)，風(fēng)管接口的連接應(yīng)嚴(yán)密、牢固，以上技術(shù)均能有效降低或避免噪聲產(chǎn)生。

6 結(jié)論

“中華復(fù)興”號(hào)豪華客滾船的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用了獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)及變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)等新技術(shù)，該文分別對(duì)其進(jìn)行概述及原理說明。獨(dú)立新風(fēng)多功能空調(diào)系統(tǒng)作為國內(nèi)研發(fā)的最新一代空調(diào)設(shè)備，具有能耗低、噪聲低、舒適性高、新風(fēng)比高等優(yōu)點(diǎn)，配合變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)使用，能夠提高降本增效的效率。在噪聲控制方面，對(duì)噪聲源、傳播過程中、通風(fēng)末端裝置等方面進(jìn)行降噪設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)符合規(guī)范要求，降噪效果明顯，最終使實(shí)測噪聲達(dá)到國際一流水平。

近幾年，隨著我國新的科學(xué)技術(shù)的普及應(yīng)用，我國國產(chǎn)空調(diào)設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)有了飛速發(fā)展，該船空調(diào)設(shè)備均選用國產(chǎn)設(shè)備，對(duì)普及我國高端空調(diào)設(shè)備應(yīng)用，積極推動(dòng)相關(guān)配套廠家持續(xù)健康發(fā)展，加快推進(jìn)國產(chǎn)豪華型客滾船向郵輪方向發(fā)展具有重要意義。