2300客位/2500 m车道客滚船空调系统设计

任世贵 李昆仑

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

该船为2300客位/2500 m车道客滚船，由上海船舶研究设计院（SDARI）设计，山东黄海造船有限公司建造。该船将服务于渤海湾区域。

该船要求对其居住舱室和公共场所，例如餐厅、娱乐大厅以及驾驶室、厨房等舱室配置相应的冷、暖空调系统。为了在空调系统设计中对中央空调装置以及系统进行合理配备，以达到节约能源的目的，我们对该船的空调系统进行了详细的计算和合理的布置，从而使该船空调系统的设计既满足规格书的要求，也满足舒适经济的要求。

下面介绍该船空调系统的设计。

1 空调系统简介

该船空调系统采用间接式的制冷系统，配备4台冷水机组，3台常用，1台备用。每台冷水机组分别占全船空调总负荷的33.3%。

整个冷媒水 （淡水）系统配置4台冷媒水泵，3台常用，1台备用。冷媒水（淡水）的供水温度为7℃，出水温度为12℃。图1为冷媒水系统原理图。

每个空调器都设有进风箱、过滤器、空气加热器、空气冷却器、加湿器，送风机、消声室以及空气分配箱。

在夏季，冷水机组蒸发器冷却后的冷媒水 （淡水）由冷媒水循环泵通过冷媒水分配总管送往各个空调器内的冷却器而冷却空气，冷媒水（淡水）与空气进行热交换后再经过冷媒水回水总管返回到冷水机组，如此循环。

在冬季，则采用蒸汽加热。

2 空调区域的划分

按照有关规范规则、规格书和总布置图的要求，以及全船空调负荷的详细计算和防火主竖区的划分，考虑系统运行的经济性和灵活性，把船员和旅客的空调服务区分开，把居住舱室和公共场所的空调服务区分开，将全船空调区域划分为11个空调服务区域。空调服务区域具体的划分如下：

1）10甲板首部驾驶室；

2）9甲板首部旅客房间；

3）9甲板中部旅客房间；

4）9甲板尾部旅客房间；

5）8甲板首部旅客房间；

6）8甲板中部旅客房间；

7）8甲板尾部旅客餐厅；

8）7甲板首部旅客房间；

9）7甲板中部娱乐大厅；

10）7甲板尾部船员房间和生活区域；

11）厨房。

我们为这11个空调服务区域一共配置了12台空调器。除了为7甲板尾部船员房间和生活区域配置2台中央空调器以外（船员房间1台，生活区域1台），其余10个区域则分别各单独配置1台中央空调器。其中除服务于厨房的空调器仅仅对厨房提供制冷功能并且温湿度不作要求外，其他每台空调器都具有制冷、采暖和加湿的功能，且每台空调器的负荷按照其服务区域总负荷的100%配置。

3 空调负荷的计算

空调负荷的计算是空调系统设计中的一个重要环节。我们总结了我院设计的各类船舶中空调负荷计算的资料和国外的船舶空调负荷计算的资料，并且参考了国内外的有关设计手册和标准，对该船空调系统在不同的工况下的负荷进行了详细的计算和比较。表1是根据有关标准和指导性文件，所确定的客滚船各区域的温度。

表1 空调与非空调区域温度［1］

根据计算，该船在夏季总的空调负荷约2500kW，在冬季总的加热负荷约1800 kW。

4 空调风管的布置

通风管道是空调系统的主要组成部分，正确的设计风管系统是非常重要的。它关系到整个空调系统的造价、运行的经济性以及效果。

该船空调通风系统除厨房空调采用低压系统外，其他区域空调均采用中压系统。每台空调器分出若干主送风干管，每根主送风干管上的分支管数量尽量少。考虑该船层高比较低，天花板内去除结构大梁后空间很小，所以主送风干管采用的双层绝热螺旋风管尺寸不超过φ200 mm，每根主送风管内的风量不超过1500 m3/h。这样主送风干管的风速控制在10～15 m/s左右。

对于船舶的空调通风系统，空调舱室区域内必须保持正压，至少能平衡而不产生负压。一般地，空调区域内各排风系统所排出的空调空气量之和，不能超过区域内送入新鲜空气量的80%，并连同其回风量一起，不能超过区域内空调送风量的90%，以保持空调区域内的空气正压［2］。

为了达到此要求，对于空调区域内的清洁空气，通过走廊或抽风系统作空调装置回风再次进入空调利用。但医务室、病房、厨房、卫生间、洗衣间以及吸烟室的空调空气不送回空调装置，而是直接排到大气。图2为10甲板首部空调风管布置图。

为满足使用时方便节能的要求，同一区域的空调风管、舷侧处房间的送风管和最可能空置的中央区域房间的送风管分开布置。这样中央区域房间空置的时候，可以关闭该区域房间的送风管，从而达到既不影响其他房间空调使用，又节省能源的要求。

5 空调系统的优化设计

5.1 通过空调风管系统阻力计算优化空调选型

在空调风压的选择上，总结了我院设计的各类船舶中空调风管系统阻力计算的资料，并且参考了国外的有关设计手册和标准，对空调风管的阻力进行了计算。为了简化计算，我们选择了同一空调器的各主送风干管中估计阻力损失最大的一根主送风管，按照其长短和附件数量以及采用的风速，计算出这个主送风管的阻力损失，然后加上空调器吸入风管的最大阻力以及空调器、布风器等设备的阻力损失，计算出最不利环路的最大阻力，并对计算结果（累计阻力）与可利用的压头进行比较；然后计算各支风管的尺寸和阻力，并对风管的布置作了必要调整，使各支风管末端布风器出口的余留全压同主送风干管末端的布风器出口处的余留全压均接近平衡，一般控制在 0～100 Pa 之间［3］。

按照空调负荷计算书和空调风管系统阻力计算书的结果，为该船空调通风系统中各分区的空调器采用的风机选择合理的风量和风压。表2为根据阻力计算书确定的部分空调的风量和风压。

表2 部分空调的风量和风压

根据厂家提供的资料，15000 m3/h风量、50%新风比的空调，压头相差300 Pa，其功率大约相差20 kW。随着风量的增大，这个功率差会越大。

通过对空调风管系统阻力的计算，确定空调的风量和风压，保证空调末端布风器出口余压在合理的范围之内。经优化后的设计既满足了空调的使用要求，又节省了空调的能耗，对船舶节能大有好处。

5.2 采用转轮式全热交换器回收能量

根据空调机室的空间布置情况，该船部分区域的空调增加了转轮式全热交换器。转轮式全热交换器通过空调舱室的回风和室外新风的热交换，将室外新风预热或预冷，从而回收能量，减少能耗。图3为转轮式全热交换器的换热原理图。图4为使用转轮式全热交换器的空调原理图。

根据空调厂家的计算，该船采用了全热交换器来回收能量，与不考虑能量回收时相比，总的空调负荷大约可以节省30%左右。

当然，采用这种全热交换器，增加了设备及其配用管道附件的造价，增加了空调器房间的面积和造价。但是它却使得空调系统的设备（冷水机组、空调器和必须配套的设备例如水泵等）规模变小了，而且大大节约了日后的运行能耗。

5.3 采用双风管空调系统增加舒适性

为满足较高的舒适性要求，旅客二等舱以上舱室均采用双风管空调系统，舱室的温度可以单独调节。图5为9甲板部分舱室采用双风管空调系统的风管布置图。

双风管空调系统主要采用双风温布风器实现。双风温布风器有两路温度不同的进风，通过调节两路不同温度的通风量，可对送风温度进行调节，满足房间不同的温度要求。

双风温布风器由消音箱、散流器及电动调节机构等组成，有手动控制和执行器自动控制两种。自动时，由室内温控器根据设定温度自动调节两种不同温度的空调送风比例，将2根风管内的空气进行混合，达到设定的空气温度。

因为双风管空调系统可单独调节各舱室的温度，旅客可根据自己的体感设定舱室温度，使得房间的舒适性大大提高。

6 结语

客滚船空调系统的优化设计，体现着以人为本、节能环保的理念，将在船舶设计和建造领域越来越重要，必须引起足够的重视。从事这一行业的工作人员以及专家应该继续研究和探索，解决设计过程中还存在的问题，以使其逐步趋于完善、成熟。

［1］中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册（轮机分机）［M］.北京：国防工业出版社，2007.

［2］ISO 7547-2002.船舶和海上技术-起居处所的空调和通风-设计条件和计算基础［S］.

［3］尉迟斌.实用制冷与空调工程手册［M］.北京.机械工业出版社，2005.