科考船的空调系统设计

朱 华 汪海燕

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 200011）

科考船的空调系统设计

朱 华 汪海燕

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 200011）

以“向阳红10”号海洋综合科学考察船（简称“科考船”）为例，介绍了科考船空调系统的设计要点。为了提高舒适性和经济性，在空调系统配置、空调通风管系及设备减振降噪方面采取了相应的措施，对空调系统的整体效果产生积极的影响，为科考船空调系统的设计提供一定的参考价值。

科学考察船；间接蒸发式空调系统；空调通风管系；减振降噪

引 言

20世纪90年代以来，大型国际海洋科学计划日趋活跃，传统的海洋科学研究领域逐渐形成融合。为了满足深海海洋科学多学科交叉研究的需求，现代化科考船的要求越来越高。总体而言，科考船具有考察设备集成度高、综合性强等特点。由于科考船的船员配置和工作环境较为特殊，空调系统的设置同常规船舶相比也有其特殊性。同时，由于国际海事组织（IMO）和相关海事组织制定的国际公约、规范的日益完善，国内造船水平和设备技术的不断提高，船东对船上空调系统的舒适性和经济性的要求也越来越高。本文通过对“向阳红10”号海洋科考船的空调设计进行总结分析，为科考船空调设计提供一些参考。

1 设计条件及原则

本船满足无限航区要求。船上定员65人，其中船员25人、科学家40人。在额定人员编制情况下，本船自持力为60天。按中国船级社（CCS）现行《钢质海船入级与建造规范》和中国船舶检验局《船舶与海上设施法定检验规则》及其修改通报对特种用途船舶的要求设计，船舶的噪声控制在不低于《海洋船舶噪声规定》的基础上，满足各声学设备的技术要求。本船噪声值应低于《海洋船舶噪声级规定》（GB5979-86）的规定，振动衡准参照GB/T-7452-2007《机械振动 客船和商船适居性振动测量、报告和评价标准》。参照我国标准《船舶起居处所空气调节与通风设计参数和计算方法》（GB/T13409-1992），结合本船实际情况，确定系统设计参数见表1。

表1 本船空调系统设计参数

2 设计重点与难点

基于科考船自身的船型特点及作业需求，对空调专业而言，主要的设计重点难点及相应的解决措施如下：

2.1 科学划分空调系统，合理配置空调设备

科考船上人员分船员和科考人员，人员数量会根据不同科学考察项目不同航次发生变化，且科考船在靠港和航行状态中对舱室空调的需求会发生很大变化。基于以上科考船运营特点，在空调系统的设计上就需要进行不同状态的分析。

在设计开始前期，设计方与船东就不同运营状态、人员配置及工作住宿区域划分进行综合考虑。首先，在总布置上将航行工作区域、科考工作区域、船员生活区、科考人员生活区进行了划分；其次，根据以上划分确定空调系统的配置方案：采用以中央空调为主，单元式空调相辅的空调系统，中央空调系统的每一空调区域各设置一台空调器。本船空调舱室按不同的甲板层、舱室类型、环境要求、运行时间，以及空调器与其服务舱室相邻近的原则，划分成若干空调区域，详见表2。

表2 本船空调系统划分表

本船重要处所和实验室除供给中央空调外，根据要求分别设置独立单元式空调机。当中央空调停止使用时，这些舱室可以按需要运行局部空调，以达到节能效果；在空调负荷高峰时也可作为中央空调的补充。

中央空调系统采用间接蒸发式空调系统，降温工况时主要由2套组装式冷水机组（每套各承担50%空调负荷，内含1套独立循环回路的制冷管系及1台制冷压缩机）和4台船用间接式空调器工作，组装式冷水机组为空调系统提供冷媒水，根据空调负荷的变化，可自动或手动运行加载或减载。配置1套船用定压装置，该装置包括3台冷媒水泵（其中1台备用）、水-水板式换热器、定压膨胀罐、自动排气补水装置等部件。采暖工况由机舱热水锅炉提供约90℃热水做采暖热源，通过水-水板式热交换器将为间接式中央空调系统提供采暖热源。以温度控制器控制三通流量调节阀来调节空调送风温度，以保证冬季采暖效果。空调加湿采用湿膜加湿的形式，湿膜加湿器能根据冬季采暖回风相对湿度自动加湿，以满足舱内冬季的空调设计相对湿度要求。中央空调系统原理示意图见图1，主要参数见表3。

图1 中央空调系统原理示意图

表3 中央空调系统主要参数表

另外，驾驶室所配置的2套风冷分体式空调以及餐厅所配置的1套水冷柜式空调，均作为中央空调的补充。中央空调区域的设备配置参见下页表4。

2.2 优化设计空调通风管系

鉴于总体性能要求的考虑，科考船的甲板层高通常在2.4～2.7 m之间。本船空调舱室甲板层高为2.55 m或2.7 m，按照“以人为本”的原则，规格书要求舱室净高为2.03 m，驾驶室要求2.2 m；而为降低空调通风管系噪声，本船风管采用中低速送回风设计，以控制风管流速，管径相对通常的中高速风管要大。有限的甲板层高、严格的净高要求与中低速风管设计，三者如何平衡、如何实现是给设计者及施工方出的一道难题。

表4 中央空调区域设备配置

为了解决这一几乎涉及所有专业的问题，空调专业与总体、轮机、电气等相关专业反复沟通逐层甲板排查计算，对每层甲板的风管、电缆、管系综合布置平衡。通过协调，各专业调整了相关设计图纸，既满足了净高要求，又保证了风管的合理布置。采取的主要措施有：

（1）合理布置空调和通风主要风管通道，减少水平方向的大尺寸管系对层高的影响；

（2）管系综合布置平衡，尽量避免管系重叠；

（3）风管形式因地制宜，矩形、圆形及扁圆形风管组合使用；

（4）对送风管高度及保温层厚度加以限制；

（5）个别舱室天花板适当降低，主要是在舱室边角处，但不影响使用及美观。通过优化，解决了层高与风管冲突的问题，取得了满意的效果。

2.3 采取减振降噪措施

为保证本船声学设备正常工作、体现本船的先进性，对整个空调系统的设备采取了一些减振降噪的措施［3］，这些措施包括：

（1）选用低噪声空调设备，通过采用吸声减振设计、增加设备吸声材料的厚度等手段降低设备噪声；

（2）选用低噪声船用离心轴流风机，以降低源头噪声；

（3）将冷水机组、空调器尽量布置在下层甲板，与生活舱室和实验舱室保持一定距离，防止噪声直接传播，避免设备与船体的共振；

（4）部分舱室采用风冷分体式柜机，将主要噪声源制冷压缩机和冷凝器置于舱外；

（5）通风机、水泵的进出口管道采用柔性联接，风机、水泵、电机安装在减振基础上，以减少噪声的传播，离心及轴流通风机设消声静压箱以降低风机噪声 ；

（6）在必要的通风管道上设置消声附件，选择优质低噪声送风末端装置，使空调房间内噪声控制在要求的范围。

实践证明，以上方法将有效降低空调系统对全船振动和噪声的影响。

2.4 实验室空调通风设计

与常规运输船、客船相比，科考船的实验室系统相对比较特殊，实验室空调通风系统的设计与生活舱室相比有很多不同之处：

（1）对实验室室内空气环境的要求通常较高。科考船作为科学考察的平台，实验室的环境控制非常重要。普通实验室温湿度指标可以参照生活舱室空调，温度通常控制在26℃左右、湿度在50%左右，但是某些特殊实验室根据不同的实验对温湿度及精度控制的要求更高，例如：低温实验室要求室内气温保持在5℃以下，海洋重力仪室的室温波动范围不大于2℃。参照CB/T3470-1994《海洋调查船专用舱室及其设备的设置要求》，针对使用要求需要采取特殊的空调系统设计。由于本船实验室没有特别要求，空调设计参数设为温度26℃、湿度50%。

（2）实验室通常对室内的噪声有严格的控制。参照CB/T3527-1993《海洋调查船实验及调查作业甲板振动、噪声一般要求》，实验室噪声限值为60 dB（A）。但对于装有对振动、噪声敏感的调查仪器和实验设备的实验室则噪声限值更高，需要根据实际设备要求确定。为了满足要求，这就需要优化设计空调通风管系，采取特别的减振降噪措施。

（3）实验室空调设备的配置一般要求相对独立，运行配置灵活。本船甲板实验区的重磁实验室、通用化学实验室、综合地球物理实验室、资料处理室及网络中心等舱室除配备中央空调外，还各配置1台风机盘管，作为中央空调的备用件，详见图1和表4。科考船在靠港时，空调器AC3停止运行，备用风机盘管启动运行。通过合理的系统配置，无论需要空调系统满负荷运转还是局部空调运行都能灵活配置，对电力能源的需求也可合理调配，从而满足不同工况下的功能，使空调这一能源需求较多的系统更加节能环保。

（4）带通风柜的实验室通风系统要兼顾日常工作时使用与通风柜工作状态。根据航次安排及不同实验项目的要求，实验室通风设计需考虑室内日常排风和实验用的通风柜排风两种工况。就本船而言，通用化学实验室设有通风柜，要求保持负压，防止实验室不良气体泄漏，且采取空调送风、机械排风的通风方式，排风量稍大于送风量。该实验室设有两套独立的机械排风系统，1套日常工作时使用，另1套为通风柜排风系统。根据风量平衡原则，两套排风系统不能同时运行。日常工作排风系统设置1台管道风机，工作台上方设置三节式万向抽风臂。通风柜排风系统自带风机，接风管直接排出室外。

3 结 论

通过对本船空调系统设计的分析，可以了解到科考船的空调设计具有运营工况复杂，空间有限以及舒适性要求高等特点。针对以上特点，可以通过以下几个方面来开展科考船空调系统设计：

（1）科学划分空调系统，合理配置设备，在满足舒适性的基础上适应运营管理需求。

（2）在有限的船舶空间内优化设计空调及通风管系，在降低系统噪声和保证活动空间二者间达到平衡。

（3）在设备设计及布置等方面采取减振降噪措施，从源头控制设备对全船噪声水平的影响。

（4）实验室空调系统合理设计，一些实验室除中央空调外，配置风机盘管作为备用。另外，通风柜排风系统和日常排风系统独立且不能同时运行，以保证风量平衡。

通过以上对几个方面的优化设计，本船的空调系统具有合理运行、节能环保、管理方便、噪声低、振动小、经济性能好等优点，从而保证船员的舒适性要求；但同时也存在一些不足，如单台压缩机冷量较大，在可能存在的低负荷工况下运行性能有些不足。此外，局部风管走向不顺畅，也可能影响空调效果。这些在今后设计中应注意并加以改进。

［1］ 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册：轮机分册［M］.北京：国防工业出版社，1999：474-575.

［2］ 尉迟斌，卢士勋，周祖毅.实用制冷与空调工程手册［M］.第2版.北京：机械工业出版社，2011.

［3］ 由成良.辅助船空调、通风系统的噪声分析与控制［J］.船舶，2012（6）：48-53.

On design of air condition system for scienti fi c investigation vessel

ZHU Hua WANG Hai-yan
(Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)

Taking a „Xiangyanghong 10‰ scientific investigation vessel for instance, this paper introduces the design points of AC system for science investigation vessels. To improve comfort and economy, the corresponding measures are adopted in AC system arrangement, AC ventilation duct design and vibration & noise reduction of equipments, which actively affect the whole AC system. It can provide some references to the design of AC system for science investigation vessels.

scientific investigation vessel; indirect evaporation AC system; AC ventilation duct; vibration & noise reduction

U664.5+1

A

1001-9855（2014）02-0066-05

2013-09-03 ；

2013-10-21

朱 华（1979- ），男，工程师，主要从事船舶空调、冷藏、通风设计。汪海燕（1978- ），女，高级工程师，主要从事船舶空调、冷藏、通风设计。