独立新风多功能空调技术在客滚船的运用

赵明浩

（黄海造船有限公司，山东 威海 264309）

0 引言

“中华复兴”号是我国自主设计、自行建造的新型、豪华邮轮型客滚船，再次刷新了亚洲最大、最环保、最豪华客滚船的纪录，成为新的“亚洲之最”。该船拥有1690 客位/3000m 车道，总长约212m，型宽28.6m，服务航速18 节时续航力不低于5000 海里。“中华复兴”号采用独立新风多功能空调系统，该系统是国内厂家最新研发的高端空调设备，主要设计在豪华客滚船、游艇、邮轮等高附加值船舶，具有能耗低、噪声低、舒适性高、新风比高等优点，配合变风量空调系统使用，使该船在降本增效成果上，有进一步提高。该船顺利交付运营，对国产化高端空调技术应用具有重要意义。

1 空调系统设计条件及要求

1.1 设计航线

烟台-大连航线的国内航区。

1.2 设计参数

设计环境条件见表1。

表1 设计环境条件

1.3 设计甲板布置及功能

该船共设3 层车辆舱及5 层上层建筑，主要甲板布置及功能见表2。

表2 主要甲板布置及功能

1.4 设计要求

该船空调系统设计满足CCS《钢质海船入级规范》（2018）及其修改通报等规范要求，采用中速单风管空调系统，为全船旅客舱室、船员舱室及公共区域等场所提供空调送风。作为1 艘准豪华邮轮型客滚船，为给旅客提供一个舒适、安静的空调环境，该船以主竖区为界，并按照旅客区域、船员区域、服务区域划分为若干个空调区域，具体空调区域划分如下：1）独立控制每个 VIP 旅客舱室的温度，采用全新风空调器（初级空气处理单元）和独立新风多功能空调器（次级空气处理单元）。将全新风空调器处理好的空气再分配至独立新风多功能空调器，进行2 次空气处理。2）独立控制每个高级官员舱室的温度，采用变风量系统。变风量系统由全空气空调器和带二次风量调节的变风量末端装置组成。3）4 人以下旅客或船员舱室采用全新风空调器和独立新风多功能空调器。各舱室的回风由房门风栅进入走廊，再经回风管返回独立新风多功能空调器。舱室送风采用变风量末端装置加布风器，可实现各舱室的温度独立控制。4）4 人以上（含）旅客或船员舱室采用带新风和回风处理的全空气空调器。各舱室的回风由房门风栅进入走廊，再经回风管返回空调器。舱室送风采用带二次风量调节的布风器，使用典型舱室温度传感器对舱室温度进行控制。5）公共区域空调系统采用全空气空调器，新风比不小于40%。

2 先进空调技术应用

普通客滚船上的中央空调系统一般采用直接式空调系统或间接式空调系统。其本质都是采用了固定风量的定风量系统，按照各舱室夏、冬季节送风量、换气次数和新风量要求的最大值确定送风量，通过回风温度对该空调区控制送风温度[1]。

定风量空调系统总风量不具有调节性能，各舱室风量也只能通过布风器进行手动调节，如果一个舱室调小风量，其他舱室风量随之增大，风道内静压上升，风量调节过大会增加舱室噪声。通过对客滚船定风量空调系统的调研发现普遍存在如下问题：1）各个舱室温度不能根据个人需要进行调节，不能实现独立控制进而降低空调系统能耗。2）舱室内噪声偏高。

针对上述问题，参考国内外空调系统最新技术，该船采用先进的独立新风多功能空调系统和变风量空调系统，实现4 人以下旅客舱室或船员舱室的独立温度控制，并增加降噪措施设计，实现节能增效的目标。

3 独立新风多功能空调系统

3.1 系统概述

独立新风多功能空调系统是国内应用新技术研发的最新型号空调设备，主要为豪华客滚船、游艇、邮轮等高附加值船舶设计，具有能耗低、噪声低、舒适性高、新风比高等优点，达到国际一流技术水准。独立新风多功能空调系统的主要设备和部件包括新风空调器、独立新风多功能空调器、布风器、变风量末端装置、冷水机组、风管系统、控制系统、调风门、防火风闸、风闸、风栅等。

3.2 新风空调器系统原理

夏季，冷水机组对新风空调器提供+7℃的冷媒水，通过冷/热媒水泵送到各新风空调器，冷却空气（新风和回风）。冷媒水与空气进行热交换后，再回到冷水机组重新冷却，如此循环。除湿是以空调制冷来实现，在制冷过程中，潮湿的空气通过空调器蒸发器后温度会大幅下降，空气湿度处于一种饱和状态，多余水汽以冷凝水的形式析出，凝结与蒸发器的翅片上，通过凝水盘排出。

冬季，主要由板式热交换器提供热源，通过蒸汽与淡水换热制取热媒水，再通过冷/热媒水泵向新风空调器提供热媒水。根据热媒水出水温度的变化，通过温控阀自动调节加热蒸汽用量。冬季加湿采用淡水加湿并自动控制。每台空调器通过温湿度传感器来控制送风温度与湿度，保证舱室的舒适度。新风空调器系统原理如图1 所示。

图1 新风空调器系统原理

3.3 独立新风多功能空调系统原理

独立新风多功能空调系统分为两级空气处理。新风首先在新风空调器进行集中处理，然后送到独立新风多功能空调器。独立新风多功能空调器对相似的船员或旅客舱室、公共舱室、办公室、服务区域等进行分类配置。

新风空调器处理100%新风，为定风量（CAV）系统。新风量按照人员需要风量和卫生间排放量的最大值选取。新风在新风空调器过滤、冷却、除湿或预加热。经新风空调器处理后的空气通过预绝热螺旋风管送到独立新风多功能空调器进行二次处理。

在客滚船的同一甲板或负荷相似的1 组舱室配置1 台独立新风多功能空调器。一般情况下，每台独立新风多功能空调器最多服务14 个舱室。独立新风多功能空调器以变风量的方式工作。来自走道的回风经独立新风多功能空调器过滤、冷却、除湿或再加热、加湿、消毒杀菌后通过预绝热螺旋风管送到舱室的带再加热器的定风量或变风量布风器。独立新风多功能空调系统原理如图2 所示。

图2 独立新风多功能空调系统原理

4 变风量空调系统

4.1 系统概述

为了进一步提高该船空调系统的运行经济性，对4 人以下旅客或船员等舱室采用变风量空调系统，即在送风预绝热螺旋风管的末端安装变风量末端装置。根据舱室的负荷变化，调节系统中各变风量末端装置的送风量，保持舱室的空气温度基本不变[2]。例如舱室空调负荷减小时，空调器通过变频装置调节风机转速，在稳定出风静压箱静压的同时，减小空调器送风量，可以降低系统运行噪声和系统节能。

变风量末端装置可以实现最小风量和最大风量的设定，风量在该范围内可以根据温度的设定进行自动调节，风量的实测值可以输出。配备有温度控制器，温度控制范围设定：夏季25 ℃～30 ℃，冬季20℃～25 ℃，温度信号可以输出。在工频模式，可以根据空调器控制箱提供最大风量信号使变风量末端处于最大风量状态。

4.2 变风量末端装置原理

变风量末端装置为一次风量控制，按照空调器的数量配备若干台数据采集控制箱和电源分线箱，可通过RS485 通信接口与空调器的PLC 对各舱室的变风量末端装置的温度、风量的数据进行传输。各舱室的变风量末端装置配备有温控器、VAV 控制器，可以根据设定的舱室温度，在最大、最小风量区间对其送风量进行自动调节，即当空调舱室过冷时，变风量末端装置风量自动减少；反之空调舱室过热时，变风量末端装置风量自动增加[3]，并输出实测的温度和风量信号。通过RS485 通信接口与空调器控制箱进行连接，传输各舱室变风量末端的风量和温度信号到空调器控制箱。变风量末端装置原理如图3 所示。

图3 变风量末端装置原理示意图

5 降噪增效技术应用

空调系统主要以舒适度及节能为主要设计方向，不但要保证旅客有一个舒适、安静的居住环境，而且具有节约能源的功效。从整个空调通风系统设计来看，正常的噪声是不可避免的，如何降低噪声，避免异常噪声是最为重要的。当空调系统运行产生的噪声超过一定的允许值后，将影响旅客或船员的正常工作、学习、休息，甚至影响人体健康，因此，该船在进行空调通风系统设计时，着重从3 个方面入手考虑噪声控制：1）从噪声源出进行控制，主要有风机等机械设备产生的噪声；2）从传播过程中进行控制，气流在风管中产生的噪声；3）从空调通风系统末端进行控制，气流通过房间末端装置布风器[4]等产生的噪声。

采取的主要措施：1）空调器的风机一般安装在空调器箱体内，可以对空调箱体进行隔噪处理，外层采用普通钢板或不锈钢板，中间贴40mm 厚岩棉（岩棉传热系数小、耐高温、吸音效果好），内层采用消音孔板做覆板，从根本上降低了风机声源处噪声。2）空气在流过直管段和局部构件（如弯头、三通、变径管、风门、风口等）时都会产生噪声。噪声与气流速度有密切的关系，当气流速度增加一倍，噪声就会增加15dB。降低风管系统的气流噪声的方法包括减少风管系统阻力、降低送风风速、送回风管中加装消音器、风管包隔音材料等。3）房间末端装置布风器的噪声与整个系统的设计、风管的风速、风量以及布风器自身的结构有密切的关系。合理地设计空调系统风管，布风器就不会出现异常的噪声；另外布风器自身结构可以加厚保温消音的岩棉，制成迷宫形式，吸收噪声，从而降低噪声。

除上述措施外，空调器及冷水机组等设备安装减振器；风管末端安装挠性连接，挠性软管安装应松紧适度、不得扭曲；风管与支架间安装软垫；风管采用无法兰连接时，接口处必须严密，矩形风管四角必须定位和密封，不得错位和扭曲；连接风管法兰的螺栓应均匀拧紧，其螺母宜在同一侧，风管接口的连接应严密、牢固，以上技术均能有效降低或避免噪声产生。

6 结论

“中华复兴”号豪华客滚船的空调系统应用了独立新风多功能空调系统及变风量空调系统等新技术，该文分别对其进行概述及原理说明。独立新风多功能空调系统作为国内研发的最新一代空调设备，具有能耗低、噪声低、舒适性高、新风比高等优点，配合变风量空调系统使用，能够提高降本增效的效率。在噪声控制方面，对噪声源、传播过程中、通风末端装置等方面进行降噪设计，使系统符合规范要求，降噪效果明显，最终使实测噪声达到国际一流水平。

近几年，随着我国新的科学技术的普及应用，我国国产空调设备自动化技术有了飞速发展，该船空调设备均选用国产设备，对普及我国高端空调设备应用，积极推动相关配套厂家持续健康发展，加快推进国产豪华型客滚船向邮轮方向发展具有重要意义。