某350客位客船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

葉志勇

（珠海太陽(yáng)鳥(niǎo)游艇制造有限公司，珠海 519055）

1 前言

空調(diào)是船舶的重要生活設(shè)備之一，尤其對(duì)于客船，艙室溫度是客船舒適度的重要指標(biāo)?？痛捎谌藛T比較密集，對(duì)室內(nèi)溫度和濕度參數(shù)均有較高要求，因此船舶空調(diào)系統(tǒng)是客船不可缺少的重要設(shè)備。

本文通過(guò)主機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)和兩套獨(dú)立的主板控制，不僅可以根據(jù)室外溫度來(lái)增加或減少主機(jī)運(yùn)行數(shù)量，而且防止了因?yàn)樵O(shè)備單個(gè)故障而造成整個(gè)船舶空調(diào)的失效。另外，在人員密集的經(jīng)濟(jì)艙和商務(wù)艙配備新風(fēng)機(jī)盤(pán)管，改善了艙室的空氣質(zhì)量，提高了舒適性。

2 船舶概況

本船為無(wú)限航區(qū)，定員為船員12人、旅客350人，其中上甲板135人、主甲板210人、上甲板貴賓室5人。按照中國(guó)船級(jí)社《海上高速船入級(jí)與建造規(guī)范》建造，并且滿(mǎn)足以下環(huán)境條件：

夏季室外環(huán)境：溫度35 ℃ , 相對(duì)濕度70%；

夏季海水： 溫度≤ 32 ℃；

夏季機(jī)艙空氣：溫度≤ 50 ℃；

夏季艙內(nèi)室 ：溫度24 ℃、 相對(duì)濕度50% 、15%新風(fēng)量。

3 空調(diào)系統(tǒng)組成及技術(shù)特征

3.1 系統(tǒng)組成

本船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，主要由：空調(diào)主機(jī)（模塊式冷水機(jī)組，配備一臺(tái)備用壓縮單元）；風(fēng)機(jī)盤(pán)管；控制系統(tǒng)和管路系統(tǒng)四大部分組成。其中，艙底甲板由模塊式冷水機(jī)組與海水進(jìn)行熱交換，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行冷卻，機(jī)組制冷時(shí)可輸出7 ℃～12 ℃的冷源，輸送至空調(diào)使用區(qū)域；通過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管，對(duì)區(qū)域內(nèi)空氣進(jìn)行回風(fēng)混合制冷；冷凝器采用鈦合金管；水泵為船舶專(zhuān)用防腐水泵，所有水泵控制均配套電控箱實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制；使用R410a環(huán)保制冷劑。

3.2 冷水機(jī)組組成及工作原理

冷水機(jī)組采用JTLS-144型船用輕型冷水機(jī)組，主要由：全封閉渦旋式壓縮機(jī)（帶減震器）、減震軟管、套管式換熱器、板式換熱器、雙向膨脹閥、壓力開(kāi)關(guān)、水流量控制器、溫度傳感器、放空氣閥、放水閥、承水盤(pán)、框架底座、管系及電氣控制箱等部件組成。其中：氟利昂管系和冷媒循環(huán)淡水管系采用紫銅管；冷卻水管系采用PVC管；承水盤(pán)采用鋁合金；框架采用槽鋼；所有零部件共同安裝于一個(gè)公共底座上。

冷水機(jī)組由五大部件組成：壓縮機(jī)；四通換向閥；套管式換熱器；板式換熱器及雙向膨脹閥。

制冷運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)將高溫、高壓的制冷劑氣體經(jīng)過(guò)四通換向閥排入套管式換熱器中，并與套管式換熱器內(nèi)管中強(qiáng)迫流動(dòng)的冷卻水進(jìn)行熱交換，放出熱量；高壓的制冷劑液體，經(jīng)過(guò)膨脹閥其溫度和壓力驟降后變成濕蒸氣進(jìn)入板式換熱器，吸收經(jīng)過(guò)板式換熱器中循環(huán)淡水的熱量，使循環(huán)淡水溫度降低；再經(jīng)冷媒循環(huán)水泵送至間接式空調(diào)器或風(fēng)機(jī)盤(pán)管對(duì)艙室內(nèi)循環(huán)空氣進(jìn)行冷卻，使艙室溫度降低；同時(shí)制冷劑本身因吸熱由液體汽化成低溫低壓的制冷劑蒸氣，經(jīng)四通換向閥被壓縮機(jī)吸入，再次壓縮成高溫、高壓的氣體后，經(jīng)四通換向閥排入冷凝器中，從而完成一個(gè)制冷循環(huán)，利用這種周而復(fù)始的循環(huán)來(lái)達(dá)到制冷的目的。

制熱運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)將高溫、高壓的制冷劑氣體經(jīng)過(guò)四通換向閥排入板式換熱器中，并與板式換熱器中強(qiáng)迫流動(dòng)的循環(huán)淡水進(jìn)行熱交換，使循環(huán)淡水溫度升高，溫度升高的循環(huán)淡水被送至間接式空調(diào)器或風(fēng)機(jī)盤(pán)管中對(duì)艙室內(nèi)循環(huán)空氣進(jìn)行加熱，從而使艙室溫度升高；高壓的制冷劑液體流經(jīng)雙向膨脹閥時(shí)節(jié)流降壓，壓力和溫度驟降后的制冷劑濕蒸氣進(jìn)入套管式換熱器，吸收經(jīng)過(guò)套管式換熱器內(nèi)管中冷卻水的熱量，同時(shí)制冷劑本身因吸熱由液體汽化成低溫低壓的制冷劑蒸氣，然后經(jīng)四通換向閥被壓縮機(jī)吸入，再次壓縮成高溫、高壓的氣體后經(jīng)過(guò)四通換向閥排入板式換熱器中，從而完成一個(gè)制熱循環(huán)，利用這種周而復(fù)始的循環(huán)來(lái)達(dá)到制熱的目的。

冷水機(jī)組工作原理圖，如圖1所示。

圖1 冷水機(jī)組工作原理圖

3.3 風(fēng)機(jī)盤(pán)管

由26臺(tái)風(fēng)機(jī)盤(pán)管組成（見(jiàn)圖2、圖3），對(duì)各個(gè)不同的空間進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，要求風(fēng)機(jī)盤(pán)管易安裝、穩(wěn)定性好、冷凝水不易泄漏。

圖2 上甲板風(fēng)機(jī)盤(pán)管布置圖

圖3 主甲板風(fēng)機(jī)盤(pán)管布置圖

天花式四出風(fēng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管，采用雙排水泵接水盤(pán),通過(guò)水泵快速的排出風(fēng)機(jī)盤(pán)管的冷凝水，防止冷凝水積聚造成天花漏水；

暗裝臥式側(cè)出風(fēng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管，采用雙層接水盤(pán)超輕、超薄、防漏水設(shè)計(jì)；為了便于排水（冷凝水），進(jìn)出冷媒水/冷凝水設(shè)計(jì)為左出型和右出型。

駕駛室配溫控面板，具有探測(cè)室內(nèi)溫度功能，可以調(diào)節(jié)盤(pán)管風(fēng)速。機(jī)組制冷時(shí)，風(fēng)機(jī)初始為自動(dòng)風(fēng)，按風(fēng)速鍵可設(shè)定風(fēng)速高、中、低運(yùn)行；其余風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制為四檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)速，分為停止、高速、中速及低速。

3.4 控制系統(tǒng)

空調(diào)主機(jī)（模塊式冷水機(jī)組），采用駕駛臺(tái)和空調(diào)艙內(nèi)機(jī)旁雙控制系統(tǒng)，且設(shè)計(jì)為兩套主板控制系統(tǒng)。每套控制系統(tǒng)均可控制機(jī)組6個(gè)模塊及冷媒水泵、冷卻水泵，兩套控制系統(tǒng)本地共用一個(gè)屏，遠(yuǎn)程共用一個(gè)屏。

（1）機(jī)組的停機(jī)/啟動(dòng)控制

系統(tǒng)自動(dòng)啟停機(jī)設(shè)有嚴(yán)格的邏輯，避免了全部主機(jī)同時(shí)啟動(dòng)或者關(guān)閉；

艙內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)置值時(shí)，壓縮機(jī)按照設(shè)定的邏輯時(shí)間間隔逐臺(tái)關(guān)閉；

根據(jù)運(yùn)行時(shí)間判斷，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的模塊為備用。

（2）水泵的自動(dòng)啟動(dòng)功能

當(dāng)機(jī)組開(kāi)機(jī)指令后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)先啟動(dòng)海水泵及冷媒水泵，然后檢測(cè)冷卻水、冷媒水后延時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)組；當(dāng)檢測(cè)到水泵故障時(shí)， 備用冷卻水泵或循環(huán)水泵自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

（3）本地控制箱的報(bào)警及顯示

本地采用觸摸屏顯示運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警，控制箱有電源指示燈及蜂鳴器；

控制箱上有冷媒水水溫、壓縮機(jī)故障類(lèi)別、壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間顯示；

遙控狀態(tài)時(shí)本地觸摸屏斷電不顯示，本地狀態(tài)時(shí)遙控觸摸屏斷電不顯示。

控制箱觸摸屏上，有海水泵和冷媒水泵運(yùn)行指示、故障報(bào)警、海水和冷媒水缺水報(bào)警。

（4）駕駛室遙控

與本地控制一致。

3.5 保護(hù)功能

（1）壓縮機(jī)高壓、低壓、過(guò)載、缺相、欠電壓保護(hù)；

（2）循環(huán)水低溫、高溫保護(hù)；

（3）海水泵、循環(huán)水泵缺水、過(guò)載、欠電壓保護(hù)；

（4）按冷媒水回水溫度控制機(jī)組的卸載；

（5）壓縮機(jī)與水泵連鎖；

（6）控制箱同時(shí)具有冷媒水水溫、故障、壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間顯示功能；

（7）所有報(bào)警設(shè)計(jì)為排除故障后手動(dòng)恢復(fù)。

3.6 報(bào)警系統(tǒng)

綜合報(bào)警：設(shè)計(jì)AMS接入端口（485信號(hào)）；

壓縮機(jī)啟動(dòng)/停止指示，壓縮機(jī)故障保護(hù)報(bào)警；

海水泵和循環(huán)水泵啟動(dòng)/停止指示。

3.7 管路系統(tǒng)

船的冷卻水采用的是高腐蝕性的海水,且海水泥沙含量比較高，所以一般冷卻水管采用耐腐蝕比較好的材質(zhì)；管徑大小按照管內(nèi)水流速度1.5～2.5 m/s設(shè)計(jì)，在冷卻水管路系統(tǒng)相接時(shí)必須采用軟接頭，減少管路振動(dòng)；冷卻水泵必須安裝在低于船舶水線(xiàn)的位置，冷卻水過(guò)濾器必須安裝在海底閥門(mén)和冷卻水泵之間，將吸入冷卻水中的雜質(zhì)過(guò)濾出來(lái)，以免損壞冷卻水泵或者堵塞管道。

循環(huán)水泵應(yīng)安裝在管路的最低點(diǎn)（或盡可能低），系統(tǒng)排水口應(yīng)安裝在管系（管道）的最低點(diǎn)，以便日常維護(hù)；循環(huán)水泵應(yīng)靠近冷水機(jī)組，循環(huán)水由水泵送入冷水機(jī)組，然后再流經(jīng)管路，這樣可以避免機(jī)組缺水；冷水機(jī)組在與冷卻水管路系統(tǒng)相接時(shí)，套管式換熱器冷卻水進(jìn)出口管路上必須各接一只耐冷卻水腐蝕的截止閥，截止閥前接清洗接口；接入的冷卻水管系必須固定在艦船艙壁上或另附支架，不準(zhǔn)依附在套管式換熱器接管上；冷卻水泵必須安裝在低于水線(xiàn)的位置，冷卻水過(guò)濾器必須安裝在海底閥門(mén)和冷卻水泵之間，將吸入冷卻水中的雜質(zhì)過(guò)濾出來(lái)，以免損壞冷卻水泵或者堵塞管道；排氣閥和膨脹水箱，應(yīng)在可能產(chǎn)生氣堵的位置（或管系最高點(diǎn)）安裝自動(dòng)排氣閥和手動(dòng)排氣閥，排氣閥出口通過(guò)軟管連接到附近的風(fēng)機(jī)盤(pán)管冷凝水盤(pán)；膨脹水箱可以安裝在主機(jī)附近位置，但應(yīng)支撐牢固防止將應(yīng)力施加于水管上；膨脹水箱處可以安裝一個(gè)閥件以便日后維修，但閥柄應(yīng)移走以防止誤操作而使膨脹水箱與循環(huán)水主管路隔離。

安裝疏水管應(yīng)選擇相配的管徑與設(shè)備承水盤(pán)的凝水接頭相接，并引至甲板泄水孔；凝水出水管必須具有坡勢(shì)，不準(zhǔn)爬高，外包12 mm厚PVC/NBR橡塑保溫材料防止凝露；所有疏水管，應(yīng)設(shè)計(jì)為低于設(shè)備（風(fēng)機(jī)盤(pán)管、冷水機(jī)組）的排水口，以便于冷凝水自動(dòng)排出。。

風(fēng)機(jī)盤(pán)管由于一般情況下船頭高于船尾，為了便于臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管自動(dòng)排水，設(shè)計(jì)時(shí)臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管的排水口一定要向船尾方向，臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管由于對(duì)稱(chēng)安裝，接水盤(pán)應(yīng)該設(shè)計(jì)為左/右排水兩種規(guī)格。

4 結(jié)束語(yǔ)

本船空調(diào)系統(tǒng)不僅在重量、體積、外觀(guān)以及安裝方式等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，而且空調(diào)主機(jī)采用模塊式設(shè)計(jì)和兩套獨(dú)立的主板控制，可根據(jù)不同季節(jié)或?qū)嶋H需要來(lái)選擇模塊單元的啟動(dòng)數(shù)量。當(dāng)多模塊機(jī)組中的某個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響整套空調(diào)的正常運(yùn)行，使空調(diào)系統(tǒng)具有較好的節(jié)能和安全冗余，保證了空調(diào)系統(tǒng)工作的可靠性，提高了客艙的舒適性。