阿尔及利亚豪华客滚船空调通风设计要点

秦耀明，赖海清

(广州船舶及海洋工程设计研究院，广州 510250)

豪华客滚船属于高技术、高附加值的船舶产品，其空调通风是至关重要的系统，无论是船东、建造船厂、设计单位还是船级社，都对空调通风系统的计算、设计、设备选型、布置、功能效果、节能环保,以及控制管理等环节非常关注[1]。以阿尔及利亚客滚船为目标船，分析空调通风系统的能量计算、空调类型、通风形式、休闲体验设计指数、安全返港、烟气管理系统，以及系统控制和管理等。该船长199.9 m，型宽30 m，设计吃水6.7 m，航速可达24 kn，全船设置12层甲板，全船人数1 980，其中旅客1 800人(旅客铺位1 500个，座席300个)，船员及服务人员180人；滚装处所车道3 250 m，约600车位，入级法国船级社(BV)，附加符号COMF-NOISE-PAX-2、COMF-VIB-PAX-2、COMF-NOISE-CREW-3、COMF-VIB-CREW-3(相当CCS附加符号CEDI C3/C4)。与其他客滚船相比，该船对舒适度要求极高，旅客房间舒适等级达到二级(BV)。

1 空调通风

阿尔及利亚客滚船吨位大，服务区域空间所需要的空调能量高，各区域的空调通风系统需按防火区域、功能服务区域、休闲体验设计指数等要求进行单独配置。

根据防火的分隔要求，设置4个防火主竖区,在各主竖区内，根据舱室的布置及服务功能，设置独立的空调机室和通风机室。空调通风系统的设计、布置应按各防火主竖区独立进行，同时考虑为满足安全返港要求而划定防火分隔的事故界限。

空调通风设计包括：空调区域的划分、空调系统的选用、空调负荷计算、系统管路、空调装置及配套、环保节能,以及系统控制与管理等。

1.1 空调区域与空调系统

豪华客滚船的空调系统形式是多样性的，不同服务区域根据不同舒适度要求合理配置空调器及通风类型，以利于寻求最佳的能量控制和运行管理。各空调器对应所服务的区域相对独立，应按区域划分、服务功能，以及舒适度等级要求进行独立配置。

1.1.1 空调区域划分

空调区域划分时应考虑在同一主竖区内满足安全返港要求的事故界限防火分隔，不同服务区域根据舒适度要求配置功能不同的空调器及通风类型，因此进行合理的区域划分，利于各空调的能量计算及分配、系统设计、通风布置及系统调试工作。目标船空调区域划分遵循以下原则：①按舱室防火主竖区进行划分；②满足安全返港要求的事故界限分隔进行划分；③不同功能要求的服务区域进行划分；④同一空调器所提供服务的场所应属同一防火区域或事故界限内。

区域划分需要根据总布置图进行，一般需要绘制全船空调区域的彩色划分图(color drawing)见图1。清晰区分各空调器及所对应服务的空调区域，利于进行空调器的能量计算及分配。

图1 甲板部分空调区域的彩色划分

1.1.2 空调系统

豪华客滚船通风系统的负荷和通风量需求很大，通常会采用全新风送风系统，在满足热负荷平衡风量的同时降低通风总量需求，以减少风管的数量，方便管路布置，通过设置在排风与新风之间的能量回收装置实现空调系统的节能。空调系统设有独立的排风管路和通风设施，常采用间接式处理空气。新鲜空气经过滤除尘后，由中间冷热媒介对空气进行高低温2级处理(预处理和再处理)，以满足不同区域空气温度和湿度的调节要求，空调区域的温度控制通常采取调节送风温度来实现。区域需按不同的服务功能和《邮轮空调系统检验指南》(2017)的要求设置风压的中、低压区和负压区。所应用的空调种类、通风方式是多样性，需根据空调区域划分，按区域服务功能不同、舒适度(Cx)等级要求进行空调通风及其系统的配置，其原则主要为：系统配置选取合理、运行节能、方便控制监测和维护为准则。

1.1.3 空调系统的选择

与常规船舶相比，豪华客滚船空调舱室的温度控制通常采用调整送风温度来实现。舒适度等级达到C4、C5级的舱室，建议配置高/低温送风管(双风管[2])，通过调节高/低温风量配比以达到所需的舱室温度和湿度(见图2)，C3级的舱室可采用低温单风管送风+末端辅热(布风器)的方式进行温度调节；公共区域常采用在送向不同分区的经预处理(低温)的管路上设置再热器进行处理，调整不同分区所需的送风温度，均衡因分区热负荷不匀时的舱内温度。

图2 高/低温送风管形式

空调采用冷水机组+间接空调器/风机盘管形式向全船空调区域供冷/暖。供暖采用锅炉蒸汽加热冷媒水。全船空调制冷负荷约为4 300 kW，设2台冷水机组，总制冷量2×2 590 kW，每台机组为60%的全船负荷。设蒸汽加热冷媒水热交换器，预加热为2×350 kW，再加热为2×400 kW，总制热量1 500 kW。各区域配置空调通风系统如下：①旅客和高级船员住舱——全新风定风量双风管系统(中压中速)；②普通船员住舱——全新风定风量单风管系统(中压中速)；③公共区域——全新风定风量单风管系统(低速低压)；④厨房——全新风单风管系统(低压低速，双速风机)；⑤梯道——50%新风定风量单风管系统。

1.2 空调系统计算

空调系统的热负荷计算方法与常规船舶大体相同，但需按《邮轮空调系统检验指南》的要求，根据不同区域休闲体验设计指数CEDI(Cx)的温湿度要求分区域或住舱进行计算，为了便于核算和能量分配，计算书需根据空调服务区域分组单独列出相应数据,具体的计算方法参考《邮轮空调系统检验指南》。

1.3 空调装置

为满足各区域通风空调需要，本船中央空调按各主竖区单独配置，并根据区域及功能分为5种形式。

1)AC形式(A/C for cabin)。AC形式独立服务于旅客住舱、船员住舱及官员住舱，采用间接空调器向各住舱送风(高速)，100%新风，空调器设有调节送风温度的设定功能，以满足不同季节的要求。同时根据送风温度变化调节冷媒水的流量(三通阀)从而进行能量调节。

2)AP形式(A/C for public space)。AP形式独立服务于公共服务区域，采用间接空调器向各区域送风(低速)，单风管，100%新风，空调器设有调节送风温度的设定功能，以满足不同季节的要求。同时根据所在服务区域的温度传感器信号调节冷媒水的流量(三通阀)从而进行能量调节。

3)AT形式(A/C for stair system)。AT形式独立服务于梯间(所有)，采用间接空调器向各区域送风(低速)，单风管，50%新风，空调器设有调节送风温度的设定功能，以满足不同季节的要求。同时根据回风温度传感器信号调节冷媒水的流量(三通阀)从而进行能量调节。

4)AG形式(A/C for galley)。AG形式独立服务于船员厨房和旅客厨房，采用间接空调器向各区域送风(低速)，单风管，100%新风，空调器设有调节送风温度的设定功能，以满足不同季节的要求。

5)AS形式(A/C for other)。AS形式独立服务于各服务区域，并设有独立的通风(送风/抽风机)。

1.4 空调系统管路

空调系统管路分为风管布置和冷/热媒水循环管路两大部分。

1.4.1 空调风管

空调风管的设计应考虑风速对噪声带来的影响，根据区域的风量分配及风速要求合理选择风管规格，风速控制建议遵循以下原则：送风管路(螺旋风管10～12 m/s，矩形风管8～10 m/s)，排风管一般均控制在5～6 m/s。

空调风管按不同区域采用2种创新性的布风管路。

1)雨降天花形式，在公共区域，采用雨降天花的送风/排风方式，降低送/排风的空气流速同时可改善舱内温度均匀度和噪声，提高舒适度。

2)平衡分配管形式。如图3所示，为旅客住舱风管模拟流速云图，两路送风管将空调风从多点送入平衡分配管，再从平衡分配管分接至各舱的布风器。通过CFD模拟计算[3]，图中分配管中存在风速接近为零的平衡管段，平衡管段则在管内风压的作用下，自动左右调整平衡位置，从而均衡分配各舱室的风量，亦可有效改善送风管路的末端效应；平衡分配管可降低送风速度，使气流平稳，有效降低通风噪声[4];配置平衡分配管可减少送风管路中调节风门的设置，提高空调通风系统调试的效率。

图3 住舱风管布置及流速云图

此外，在布置空调风管时，应充分利用船体结构空间进行(见图4)，尽量避免空调风管与其他系统管路和电缆的干涉，亦利于模块化设计居住舱室的批量安装及施工，有效缩短施工周期。

图4 住舱区域的风管布置示意

1.4.2 空调水管

根据所配置的空调系统，本船空调水管系统配置了预处理(低温)和再处理(再热)2个独立的水循环管系。

预处理设备(包括冷水机组、预热装置和循环水泵)、再处理设备(再热器和循环水泵)和系统配置需冗余设置，并分别安装于不同的防火区域内。各主竖区的供给水管路上应设置隔离阀进行控制，在船舶发生事故后隔离相应主竖区的供水，保证其他主竖区的空调运行不受影响，以满足安全返港[5]的要求。

同时，舱室温度需要保持10～30 ℃要求，仅预处理(低温)水循环管系所提供的低温风管就可满足，因此，仅需在预处理(低温)水循环管系提供不同主竖区的管路设置隔离阀。

1.5 系统的控制及管理

设置监测和数据收集系统(SCADA)对全船空调系统的监控、安全运行和节能至关重要，本船监测信号和控制接至机舱集控室和驾驶室服务计算机，利用可编程逻辑控制(PLC)，需要监控的设备为：空调器、风机盘管、通风机、电控风闸(防火/防烟风闸、隔离风闸)、冷水机组、冷媒水泵、再处理水泵、冷却水泵、机组运行时间，以及制冷剂泄漏等，同时可调整各类传感器及系统的报警值，如温/湿度、压力值等。

空调系统的监测和数据收集系统的信号应延伸至全船内部监测报警系统(IAS)，服务计算机需配置备用电源(UPS)，提高系统运行的稳定性和可靠性。

2 安全返港

根据船级社规范要求，对于120 m及以上载重线船长，或者设有3个及以上主竖区的客滚船或邮轮，应满足《SOLAS公约》有关客船“安全返港”和“有序撤离和弃船”的相应要求。

根据IMO MSC.1/Circ.1369通函要求，对空调系统的具体要求为：①舱内温度：在安全区域，应保持10～30 ℃；②通风需求，在安全区域，应保证每人不少于4.5 m3/h的通风。

因此，在设计时，要从低温风管预处理循环水的供给、通风管路及防火措施等因素考虑，保证在安全区域内暖通空调系统运行的稳定性和可靠性。

3 烟气管理系统

根据IMO MSC.1/Circ.1514通函[5]烟气管理系统评估的性能标准、功能要求和系统要求，在船舶的安全脱险通道和穹顶容易积聚烟气的处所需配置烟气管理系统。烟气管理系统包括所有可单独或组合使用的处理烟气移动通道，防止烟气侵入脱险通道。

目标船某主竖区梯间(安全通道)的空调系统示意于图5。

图5 某主竖区梯间(安全通道)的空调系统烟气管理示意

一般来说梯间的空调不需进行舒适度的考核，为了节约能量，采用回风形式的通风系统。在进行烟气管理操作时，只需关闭防烟风闸即可进行正常空调通风和烟气管理排烟通风的转换。

4 结论

1)合理的利用结构空间布置通风管路，减少各系统管路的相互干涉，有利于采用模块化设计和安装的住舱安装，可大大缩短船舶的建造周期。

2)舱室采用双风管(高/低温)的通风系统，可通过调节高低温风量的混合比例，灵活调整舱室温/湿度，调节性能好，适用于豪华船舶。

3)舱室风管设置平衡分配管，可降低送风速度，使气流平稳，有效降低通风噪声，同时可减少送风管路中调节风门的设置，提高空调通风系统调试的效率。

目前，阿尔及利亚客滚船已通过海上试验的各项调试工作，空调系统的设计、制造和安装均超越了设计要求，同时有效缩短了船舶的建造周期，为该船顺利交船提供了保障，得到船东、船级社和船厂的好评和首肯。