綜合科考船居住艙室IDAC空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安毓輝，陳福全

(1.中國船舶集團(tuán)公司 第708研究所，上海 200011；2.江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司，上海 201913)

此前，智能化分散式空調(diào)系統(tǒng)(intelligent decentralized air conditioning system， IDAC)多用于國內(nèi)豪華郵船，在海洋綜合科考船上尚屬首次應(yīng)用。該空調(diào)系統(tǒng)在綜合科考船上的應(yīng)用存在諸多關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)和施工工藝上的難點(diǎn)，為此，根據(jù)實(shí)船設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),提出船用IDAC系統(tǒng)的解決辦法和優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。

1 IDAC設(shè)備及系統(tǒng)原理

1.1 某船IDAC系統(tǒng)基本情況

某海洋綜合科考船(以下簡(jiǎn)稱本船)的居住區(qū)域中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從個(gè)人住艙的舒適性、私密性、低噪音和節(jié)能性等多方面考慮，采用了IDAC系統(tǒng)。與豪華郵船相比，綜合科考船空間小，設(shè)備布置空間不足，因此對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和布置有更高的要求。

IDAC是一種智能化全自動(dòng)控制溫度和舒適度的空調(diào)系統(tǒng),系統(tǒng)由新風(fēng)空調(diào)器、IDAC風(fēng)機(jī)盤管、房間布風(fēng)器、消音器及送風(fēng)和回風(fēng)風(fēng)管系統(tǒng)等組成。 每個(gè)住艙由獨(dú)立的溫度控制面板來控制和調(diào)節(jié)房間的溫度。本船上采用1個(gè)住艙對(duì)應(yīng)1個(gè)IDAC風(fēng)機(jī)盤管，設(shè)備體積較小，裝在衛(wèi)生單元的三角維修區(qū)域，便于安裝和接管，不占用其他空間。IDAC風(fēng)機(jī)盤管僅風(fēng)機(jī)耗能，電功率很小，約160 W。IDAC風(fēng)機(jī)盤管的出口噪聲約55 dBA,進(jìn)口噪聲值約50 dBA，環(huán)境噪聲約46 dBA，一般通過送風(fēng)管和回風(fēng)管的消音器，影響到房間的噪聲會(huì)進(jìn)一步降低。

系統(tǒng)采用100%新風(fēng)，送入每個(gè)艙室的新風(fēng)量和艙室浴廁的排風(fēng)量一致，滿足ISO7547對(duì)于個(gè)人新風(fēng)的要求，系統(tǒng)排風(fēng)由廁所排風(fēng)系統(tǒng)完成。在部分公共艙室比較多的甲板采用轉(zhuǎn)輪熱回收裝置的空調(diào)器，MLC2006及CCS規(guī)定，廁所排風(fēng)不能被用于能量回收，因此僅公共場(chǎng)所的排風(fēng)通過轉(zhuǎn)輪熱回收裝置和外界新風(fēng)進(jìn)行熱量交換，達(dá)到節(jié)能目的?？照{(diào)器中處理好的新風(fēng)通過風(fēng)管送至IDAC末端設(shè)備，和住艙回風(fēng)混合處理后送入對(duì)應(yīng)住艙消除房間熱負(fù)荷，達(dá)到房間溫度的控制。住艙的送風(fēng)末端采用布風(fēng)器，可通過用戶溫控面板調(diào)節(jié)房間溫度，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到房間溫度控制的目的。 考慮到房間噪聲控制，在房間送風(fēng)管和回風(fēng)管上都加了消音器。IDAC系統(tǒng)組成及布置見圖1。

圖1 IDAC系統(tǒng)示意組成及布置

1.2 IDAC設(shè)備及控制原理

IDAC系統(tǒng)的主要設(shè)備是獨(dú)立風(fēng)機(jī)盤管，風(fēng)機(jī)盤管主要由冷媒水盤管、水量平衡閥、風(fēng)機(jī)、自控元件、電加熱器及一些管路接口組成，見圖2、3。

圖2 IDAC風(fēng)機(jī)盤管結(jié)構(gòu)示意

圖3 本船采用的IDAC風(fēng)機(jī)盤管

IDAC風(fēng)機(jī)盤管采用PLC控制，并通過房間的溫度控制面板來實(shí)現(xiàn)房間的氣候控制，主要有兩種控制模式，加熱控制和制冷控制分別對(duì)應(yīng)冬季工況和夏季工況。在冬季工況下，外部新風(fēng)會(huì)在新風(fēng)空調(diào)器中預(yù)加熱，然后送至IDAC風(fēng)機(jī)盤管中和住艙回風(fēng)混合后通過風(fēng)機(jī)盤管中的電加熱模塊加熱。在夏季工況下，外部新風(fēng)會(huì)在新風(fēng)空調(diào)器中冷卻，然后送至IDAC風(fēng)機(jī)盤管中和房間回風(fēng)混合后通過風(fēng)機(jī)盤管中的冷媒水盤管冷卻帶走房間顯熱。無論冬季和夏季，乘客可以根據(jù)個(gè)人舒適度的體驗(yàn)通過房間的溫度控制面板來相應(yīng)調(diào)節(jié)溫度范圍，達(dá)到每個(gè)房間個(gè)性化調(diào)節(jié)的目的。

1.3 IDAC系統(tǒng)的特點(diǎn)

采用IDAC的中央空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)如下。

1)整個(gè)系統(tǒng)采用中央空調(diào)全新風(fēng)供給IDAC末端，居住艙室為房間回風(fēng)，沒有接外部的回風(fēng)管和回風(fēng)格柵，居住艙室的空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，可采用A級(jí)防火隔音門，房間溫度獨(dú)立調(diào)節(jié)，安全性和私密性好。

2)系統(tǒng)送風(fēng)管和排風(fēng)管少且管徑較小，便于低層高船舶的風(fēng)管布置。

3)IDAC末端設(shè)備尺寸較小，便于安裝和維修。

4)IDAC末端設(shè)備的進(jìn)出口噪聲較低，再配合送風(fēng)和回風(fēng)管安裝消音器，足以營造安靜的住艙環(huán)境。

5)IDAC末端設(shè)備采用房間回風(fēng)，有效利用了回風(fēng)的能量，達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。

2 IDAC系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 設(shè)備布置

本船IDAC風(fēng)機(jī)盤管，外形尺寸約長330 mm，寬220 mm，高1 000 mm。不同供貨廠家尺寸略有差別。總體來說，IDAC風(fēng)機(jī)盤管尺寸較小，安裝所占空間比較小，可以充分利用艙室剩余空間進(jìn)行安裝。安裝位置的選擇需考慮接管方便和設(shè)備維修的空間需求。

本船由于布置空間緊張(見圖4)，在設(shè)計(jì)初期經(jīng)多方協(xié)調(diào)，采用居住艙室的衛(wèi)生單元的后部維修空間作為IDAC風(fēng)機(jī)盤管的布置空間(見圖5)，并盡量和衛(wèi)生單元預(yù)安裝在一起，便于船廠的現(xiàn)場(chǎng)安裝, 見圖6。

圖4 典型科考人員房間的布置

圖5 典型衛(wèi)生單元及IDAC布置立面

圖6 本船IDAC風(fēng)機(jī)盤管和衛(wèi)生單元預(yù)裝

本船的艙室面積較小，且要求滿足規(guī)范要求的艙室最小面積要求，所以需要在滿足艙室最小面積要求的基礎(chǔ)上兼顧IDAC的安裝和維修的便利性(見圖7)，對(duì)船舶的設(shè)計(jì)建造也提出了較高的要求。在本船的設(shè)計(jì)階段和船廠生產(chǎn)放樣過程中，發(fā)現(xiàn)利用居住艙室的衛(wèi)生單元維修區(qū)域安裝IDAC風(fēng)機(jī)盤管存在一些問題:①接管空間小，維修安裝不方便；②泄水管需設(shè)置好水封防止異味影響空調(diào)系統(tǒng)。因此,今后的設(shè)計(jì)中，如果船舶布置空間有余量，可采用豪華郵船的布置方式。豪華郵船由于相對(duì)布置空間較大，很多設(shè)計(jì)是利用門后的一塊區(qū)域來布置IDAC風(fēng)機(jī)盤管，這樣維修和安裝都比較方便，不占房間的有效面積。

圖7 客船住艙IDAC風(fēng)機(jī)盤管的布置示意

2.2 設(shè)備接管

IDAC風(fēng)機(jī)盤管的設(shè)備接管主要包括水系統(tǒng)接管和風(fēng)系統(tǒng)接管，水系統(tǒng)接管包括冷媒水進(jìn)出口管和泄水管，冷媒水管的接口，從設(shè)備側(cè)面接入，管路的進(jìn)出口包括截止閥和自動(dòng)排氣閥,見圖8。泄水管從底部接出，為防止衛(wèi)生單元泄水口的異味影響，泄水管需采用水封，見圖9。

圖8 IDAC風(fēng)機(jī)盤管水系統(tǒng)接管原理

圖9 泄水管管水封連接

風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管接口主要有新風(fēng)管、送風(fēng)管和回風(fēng)管。 其中新風(fēng)管和送風(fēng)管從風(fēng)機(jī)盤管頂部接出，回風(fēng)管從底部接入。需要注意的是IDAC風(fēng)機(jī)盤管是定新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)管接自中央空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)空調(diào)器，新風(fēng)管在進(jìn)入IDAC風(fēng)機(jī)盤管前需安裝定風(fēng)量閥，居住艙室的送風(fēng)管從IDAC風(fēng)機(jī)盤管頂部接出至房間布風(fēng)器，在送風(fēng)管路上需接消音器，均需考慮留有安裝空間?；仫L(fēng)管的安裝是最大的問題，由于回風(fēng)口噪音較大，需在回風(fēng)管段加消音器，由于IDAC風(fēng)機(jī)盤管裝在衛(wèi)生單元后部維修空間的原因，又受到馬桶污水管的布置影響，因此本船采用特制的回風(fēng)管消音器，消音器中間留孔穿污水管，同時(shí)不影響消音器的布置,回風(fēng)管經(jīng)消音器后和預(yù)制在衛(wèi)生單元底部的回風(fēng)管連接，通過衛(wèi)生單元的下部格柵進(jìn)行房間回風(fēng),見圖10。

圖10 本船典型住艙IDAC風(fēng)管接管布置立面

2.3 系統(tǒng)噪聲

IDAC系統(tǒng)的特點(diǎn)是低噪聲，IDAC風(fēng)機(jī)盤管的進(jìn)出口噪聲比較低(見表1)，但是對(duì)于噪聲要求比較高的艙室，如本船的居住艙室要求達(dá)到CCS舒適度等級(jí)2以上，艙室內(nèi)環(huán)境噪聲要求是47 dB(A),還需在系統(tǒng)上采取一定的降噪措施。

表1 IDAC風(fēng)機(jī)盤管設(shè)備實(shí)測(cè)噪聲值

由表1可見：IDAC風(fēng)機(jī)盤管在實(shí)際使用時(shí)如果不采用任何措施，進(jìn)出口的噪聲會(huì)通過管路傳遞到房間內(nèi)，各點(diǎn)噪聲的疊加會(huì)使房間的噪聲值超標(biāo)。因此本船根據(jù)系統(tǒng)噪聲計(jì)算，在IDAC風(fēng)機(jī)盤管的送風(fēng)管和回風(fēng)管上都加裝了消音器，并在試航時(shí)進(jìn)行了艙室噪聲的測(cè)量，實(shí)船測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)，達(dá)到了CCS舒適度2級(jí)的要求。

3 IDAC系統(tǒng)施工安裝注意點(diǎn)

1)IDAC風(fēng)機(jī)盤管產(chǎn)品普遍存在的問題是上部新風(fēng)管接口和送風(fēng)管接口間距較小，由于接管都是預(yù)絕熱螺旋管，管子外徑尺寸要大于實(shí)際的接口尺寸；且新風(fēng)管還需裝定風(fēng)量閥，因此實(shí)際安裝會(huì)有困難，由于新風(fēng)量較小，建議新風(fēng)管可以采用末端變徑方法連接，確保送風(fēng)管能順利接出。此外，由于新風(fēng)已經(jīng)過新風(fēng)空調(diào)器處理，還可以采用直接將新風(fēng)管接入送風(fēng)管，而不經(jīng)過風(fēng)機(jī)盤管的接管方法。

2)盡量采用獨(dú)立空間安裝，如確實(shí)需安裝在衛(wèi)生單元維修區(qū)，所有空氣接口處必須密封好，防止廁所異味傳入系統(tǒng)。泄水管可接入衛(wèi)生單元污水管或接至維修區(qū)的泄水口上方，但必須帶水封，防止異味進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤管。

3)回風(fēng)口需接消音器，考慮消音器的高度及避開污水管，一般可定制消音器，中間預(yù)留穿污水管的孔。

4)IDAC風(fēng)機(jī)盤管側(cè)面有有很多網(wǎng)線和電纜接口，有些沒有用到的接口是空的，這就造成了殼體存在漏風(fēng)點(diǎn)，考慮到封堵材料的防火要求，需采用合格的不燃材料封堵接口，避免產(chǎn)生漏風(fēng)。

4 結(jié)論與建議

本船是IDAC空調(diào)系統(tǒng)在綜合科考船上的首次應(yīng)用，現(xiàn)已順利交船，在設(shè)計(jì)和建造過程中總結(jié)了不少經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，實(shí)船在試航時(shí)使用情況良好，艙室噪聲均滿足設(shè)計(jì)要求，房間溫濕度控制很好。但利用衛(wèi)生單元維修空間安裝的布置方式，在船廠現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)帶來了不少施工和安裝上的不便，因此建議后續(xù)設(shè)計(jì)應(yīng)采用客船的布置方式，盡早規(guī)劃好IDAC風(fēng)機(jī)盤管的布置安裝的空間。而且，目前由于新冠疫情肆虐，采用IDAC空調(diào)系統(tǒng)能使每個(gè)住艙形成1個(gè)獨(dú)立的小空調(diào)系統(tǒng)，相對(duì)可以減少空氣流動(dòng)造成的交叉污染，從防疫的角度來說是有利的。因此在未來船舶空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能采用IDAC空調(diào)系統(tǒng)。