客滚船空调系统方案探讨

胡崇伟

(青岛远洋国际船舶贸易有限公司，山东 青岛 266071)

0 引 言

客滚船是一种人车两用运输船，主要用于装运卡车、小汽车、集装箱拖车和游客，并为游客提供住宿和娱乐服务，在经济发达地区的内海、海湾、海峡和沿海岛屿间的短途水运中具有一定的竞争优势。

近年来，随着经济的不断发展和社会的不断进步，人们对客滚船的安全性、稳定性、快速性、舒适性、豪华性和装载车辆大型化提出了更高的要求。目前，国际客滚船运输主要集中在欧洲的波罗的海、北海、地中海地区、日本列岛之间及美国沿海地区。我国的客滚船运输已形成以渤海湾为中心的渤海湾客滚运输市场，随着亚洲区域旅游日益活跃和中韩自贸区建设的推进，将进一步推动中韩航线客货运事业的发展。

客滚船作为一种人车两用的特殊船型，其空调系统的设计对乘客的舒适度和节能环保有着重要影响。本文主要围绕这2个方面对客滚船空调系统的使用要求和技术特点进行阐述,参考的主要标准如下。

1) 舒适度。中国船级社(China Classification Society, CCS)在国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)SOLAS修正案决议的基础上制定了“舒适度附加标志”的细则，包括COMF(NOISEN)噪声舒适性附加标志和COMF(VIBN)振动舒适性附加标志,N为舒适度等级1，2，3，其中：1表示舒适度最高等级；3表示可接受舒适度等级。由此可看出，船级社在随着航运发展的变革,逐步将客滚船舒适度要求标准化、具体化、规范化。

2) 节能环保。我国船舶带来的大气污染主要来自于含硫量较高的燃油。按照IMO《防止船舶污染国际公约》的规定，远洋船舶燃油含硫量最高不超过3.5%，但这已是国产柴油标准含硫量上限0.005%的700倍。内河船舶使用燃油没有强制性标准。在船舶设计过程中，应合理使用节能减排技术，特别是空调系统作为客滚船上的主要耗能设备之一，更要在设计上加入节能方法。

1 客滚船空调系统方案介绍

目前正在运行的客滚船安装的空调系统主要有单风管集中式再加热定风量空调系统、双风管空调系统、变风量空调系统和独立盘管空调系统等4种。

1) 单风管集中式再加热定风量空调系统(见图1)从空调中央处理机吹出的风量恒定，以提供空调区域所需的冷(暖)气。当空调区域负荷变动时，通过末端再加热系统调节送风温度，以满足室内温度的舒适度要求。在该系统中，空调中央处理机接通电源之后以恒定的转速运行，风量是恒定的，控制简单；采取空气集中处理方式，节省空间，便于维护；系统初期投入成本相对较少。

图1 单风管集中式再加热定风量空调系统示意

2) 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2路温度不同的进风，通过调节2路的通风量对送风温度进行调节，满足不同房间的温度需求。由于双风管空调系统可单独调节各舱室的温度，因此乘客可根据自己的热体感调节舱室内的温度。与再加热定风量系统相比，该方式下的送风温度双向可调，温度可调范围更广，使得房间的舒适性大大提高。

①-空调箱；②-送风管；③-风机盘管；④-布风器；⑤-回风口；⑥-回风管

3) 变风量系统主要通过变风量布风器实现。中央空调器提供的送风温度不变，变风量布风器通过舱室内的温度对送风量进行调节，满足不同房间的温度要求。此外，变风量系统一般会配置末端辅助加热系统，具有室内热舒适性良好和空气洁净度较高等优点。

4) 独立盘管系统(见图2)采用空气-水系统空调型式，独立风机盘管既可安装于舱室卫生单元背部或舱室其他空间，也可安装于舱室外部区域，使用灵活，可有效利用船上的布置空间。经过新风空调机组处理的风送至风机盘管与回风混合，混合后经过冷媒水盘管或电加热盘管处理，通过风管送至房间内的布风器。房间内的温度由安装的温度控制器设定。温度控制器通过控制风机盘管的风量达到控制室内温度的目的。风机盘管相当于一套变风量子系统。

2 客滚船不同空调系统方案对比

1) 对于全空气的空调系统，当同一个系统作用于多个房间时，若采用带再热功能的定风量系统，无法使每个房间内的温度都得到控制，只能控制某个主要房间的温度，或在大多数情况下控制一个综合的回风温度。若某个房间的回风温度低于该综合回风温度，可通过再热系统将其调节至适宜的温度；若某些房间的回风温度高于该综合回风温度，则无法通过末端再热系统进行调节。因为再热定风量系统具有单向调节的特性只能通过降低送风温度来兼顾绝大多数房间的温度控制要求，而制冷量和末端再加热量同时上升会带来能耗损失。此外，定风量系统按房间最大热负荷和湿负荷来确定送风量，但在大多数情况下空调房间的负荷低于最大负荷。当实际负荷低于最大负荷时，为维持室温设计水平，通过再热合，用额外消耗的热量抵消部分冷量，形成冷热能量抵消。当室内负荷不是最大负荷时，送风量大于实际需要量，为输送多余的风量，风机需多消耗电能。

2) 对于双风管系统，可根据每个房间设定的温度实时调节2种不同温度的空调送风混合比例，达到控制温度的目的，房间的个性化控制精度是这4种方案中最高的。缺点是每个房间都会存在冷热风的混合，造成能量损失，在送风量基本不变、部分负荷下，风机能耗依然很大，总的能耗要高于另外几种方案。

3) 对于变风量系统，在运行过程中随着室内负荷的变化，能实时调节风机转速以改变送风量，达到满足室内热舒适性要求的目的。同时，系统内不存在冷热量相互抵消的情况，因此变风量的能耗明显低于再热定风量系统和双风管系统。变风量末端的风量调节会引起系统风量发生变化，进而影响整个系统内其他房间风量控制的精度，因此对变风量布风器的配置要求较高，目前仅有少数几个厂家生产的变风量布风器能满足精确的控制要求。

4) 对于独立盘管系统，通风末端的独立风机盘管可较好地实现房间的温度控制，达到与变风量系统相同的舒适度和能耗水平，且集中送风量更小，系统的噪声更低。缺点是虽然可布置在舱室卫生单元的背部空间或舱室外部区域，但仍对设备的布置空间有较高要求。同时，需供给末端冷媒水，舱室需设置冷媒水管道，需船厂具有较高的施工工艺以避免产生凝水，是4种方案中最复杂的。

综上所述，4种方案按温度控制水平排序是双风管系统>独立盘管系统=变风量系统>再热定风量系统；按照系统的节能水平排序是独立盘管系统=变风量系统>再热定风量系统>双风管系统；按噪声控制水平排序是独立盘管系统>变风量系统>再热定风量系统>双风管系统；综合考虑系统复杂性、安装空间要求和设备价格，按初始成本投入排序是再热定风量系统<变风量系统<双风管系统<独立盘管系统。

3 变风量空调系统的应用

根据上述方案对比，综合空调系统的温度控制水平、节能要求、噪声控制和初始成本投入，变风量系统是现阶段最适宜客滚船空调系统采用的方案，是目前国外客滚船空调系统的主流选择。本文选取变风量系统和目前国内客滚船最常用的再热定风量系统进行分析比较。

变风量空调系统是通过改变室内的送风量来对室内的温度进行调节的全空气空调系统，其送风状态保持不变。定风量空调系统是通过控制风量来保证空调区域温度和湿度要求的空调系统，具有单个区域控制能力强、局部区域运行灵活性和节能性好等优点。

空调系统全年大部分时间都是在部分负荷下运行的，而变风量空调系统可根据空调负荷的变化和室内参数的要求，通过改变送风量来调节室内的温度。在自动控制系统的控制下，空调和制冷设备都只按实际负荷需要运行，因此可大幅度降低送风风机的动力耗能和运行费用，大大节约冷量。根据风机的风量与功率之间的关系，当送风量减少时，风机的功率大大下降。有关研究结果表明，与定风量空调系统相比，变风量空调系统的全年空气系统输送能耗一般可节约1/3。

对于定风量空调系统与变风量空调系统在耗能方面的差别，以某正在研制的最新客滚船的某中央空调的计算结果为例进行说明。该船的室内设计温度为24 ℃@50%RH，室外设计温度为35 ℃@80%RH，人均新风量为30 m3/h，最小新风比为50%。在夏季工况下，每个舱室的空调送风量计算结果见表1。

该中央空调器为36个房间提供服务，其中有20个双人靠舷侧外舱，并有16个四人内舱。根据热负荷计算：双人外舱因有较大的飘窗，每个舱室的热负荷为1 100 W；四人内舱每个舱室的热负荷为400 W。

在设计条件下，在常规的定风量系统中，不考虑管路损失，将送风温度控制在14 ℃，每个双人外舱为保证带走1 100 W的热量，计算送风量为330 m3/h。在四人内舱中，为保证同时满足热负荷要求和人均新风量要求，送风量必须是240 m3/h，而240 m3/h的14 ℃空气送入舱室会造成舱室内的温度过低，因此在该系统设计下，内舱需打开电加热以提高送风温度，每个房间需500 W的电加热。由此，在定风量系统中，这层系统配置需包括1台空气处理单元，送风量为10 440 m3/h，制冷量为142 kW。此外，还需配备16个500 W的电加热装置。这些制冷能耗和风机能耗及电加热能耗是固定不变的。

在同样的设计条件下采用变风量系统，若在实际航行中外舱有1/2处于太阳阴面，则阴面的热量会大大降低，经过计算将变为650 W，送风量只需195 m3/h。仅这一个变化就可减小空气处理单元1 350 m3/h的送风量，制冷量会相应减少19 kW。在部分负荷工况下，所有靠舷边舱室的送风量可低至170 m3/h，只需满足最低换气次数要求即可，中央空调器的总送风可减少3 200 m3/h，制冷量会减少44 kW。图3为变风量空调系统静压控制原理图。

图3 变风量空调系统静压控制原理图

若在设计船舶通风系统时能将变风量系统接入互联网控制，使其能自动识别舱内的情况并控制变风量末端，则将进一步降低不必要的空调能耗。若系统除了检测到外舱都有乘员，但有1/2是阴面舱室以外，还检测到内舱有16个房间没有乘员，则送风量只要保证与厕所抽风量平衡即可，一个舱室为72 m3/h，送风量随之降低2 688 m3/h，制冷量也会降至86 kW。

综上所述，变风量系统实际上是一个可借助互联网技术为各舱室提供个性化温控需求并节省能耗的空调系统。随着相关领域的不断发展，空调系统会变得更加灵活、舒适、节能。

4 结 语

本文介绍了客滚船常见的几种空调系统方案，分析比较了这些方案在温度控制、节能水平、噪声控制和初始成本投入等方面的表现，重点选取了变风量系统和目前国内客滚船最常用的再热定风量系统进行比较。结果表明，变风量系统的应用可有效提高舱室温度控制水平和节能水平，在客滚船上拥有广阔的应用前景，有助于空调系统节能减排理念在大型船舶上进一步实践。