基于防病毒的邮轮空调通风系统诊断和改装

徐 谦，罗良宝，高景峰，田正军，孙捍东，吉春正

(1.招商局邮轮研究院(上海)有限公司，上海 200137；2.浙江友联修造船有限公司，浙江 舟山 316000；3.招商局维京游轮有限公司，广东 深圳 518000)

0 引言

2020年新冠疫情暴发后， “钻石公主”号邮轮传染事件引发了大量邮轮停航。研究表明：新冠病毒很可能通过空气传播，应合理进行空调通风系统运行和维护以减少病毒在空气中传播的风险；空调通风系统的通风稀释和过滤作用可以降低病毒在空气中传播的风险，反对在疫情期间关闭空调系统。因此，船舶中央空调通风系统是邮轮防病毒的关键，不合理的空调通风系统可以助长病毒在邮轮内传播，而科学合理的系统可以有效抑制病毒传播，保护旅客和船员的健康。

为某邮轮复航准备的空调通风系统进行提升防病毒能力的改装，其主要参数为：全长261 m，宽32 m；15层甲板，有975个舱房(其中410间拥有私人阳台)，可承载1 950名乘客。为了降低成本，船东要求在尽量减少对现有空调通风系统修改的基础上空调通风依旧能使室内达到一定的舒适度。为此，通过对此邮轮空调通风系统的图纸进行核查和实船考察，本文对空调通风系统的防病毒能力进行详细诊断，找出具体的改装方案。

1 空调通风系统的防病毒能力诊断

该邮轮的中央空调通风系统全面采用全空气系统，空调器都布置在空调机间，然后通过风管把处理后的空气送到房间或公共区，空气在循环后又通过风机抽回空调机间。

旅客房间区域普遍使用带热转轮的100%新风的中央空调箱，室外的新风过滤后在热转轮中进行全热交换，经冷媒水盘管冷却后，通过风机送到房间；在房间内循环和吸收热量后，通过风管回到空调箱，经过过滤和热转轮后排到室外。全新风的空调系统见图1。在整个空气循环中，所有送入房间的风都来自室外，不使用循环风。

图1 全新风的空调系统示意图

该邮轮全新风的空调箱的内部结构见图2。新风段和回风段都布置有滤器，风机是皮带轮驱动的离心风机。热转轮是以复合纤维材料为载体，覆以蓄热吸湿材料而构成，具有一定的自清能力，换热效率高，可回收全热的60%～70%，但是有一定可能的新风污染。如果回风受到病菌污染，可能会被吸附在转轮上，然后传递到新风侧，再被送到各个舱室，这就造成了病毒的扩散和空间的污染。

图2 全新风空调箱的示意图

该邮轮有一些公共区是属于部分回风的全空气系统，中央空调没有热转轮，房间内的风由风机抽回空调机间：一部分回到中央空调器，一部分直接排到室外。部分回风的空调系统见图3。

图3 部分回风的空调系统示意图

该邮轮由于采用全空气系统，房间和公共区的换气次数较高，旅客房间的换气次数达到8次/h，公共区的换气次数达到10次/h，因此室内的空气龄小，室内的污染空气相对容易被稀释和排出，对防病毒比较有利。有一些服务于公共区的中央空调采用部分回风，容易导致病毒的传播，防病毒性能差，需要整改。该邮轮采用热转轮作为热回收装置，热转轮会导致排风侧的污染物进入新风侧，需要进行整改。该邮轮居住区分为6个主竖区，且在4号主竖区的4甲板设置医院。考虑紧急情况下的防疫要求，需要额外布置隔离区。

2 基于全新风的系统改装

病毒的尺寸只有20～300 nm，病毒形成气溶胶后，尺寸为0.1～10 μm，船上普通的滤器无法对病毒完全起到作用，而更改为高效的滤器会使得压降增加而风量不足。因此，全新风是防病毒空调通风系统设计相对比较容易实现的选择。

该邮轮原配有多台中央空调器是部分回风的，回风混入新风后会导致污染扩散。这些中央空调的整改如下：关闭从排风机到中央空调器风管上的风闸，房间内的风直接通过排风机抽走，外部的风直接通过空调箱处理后送入房间，见图4。

图4 回风风闸示意图

在此操作下，排风中的能量不再回收，在夏季的时候室内设计温度会高于原来设计温度，室内舒适度会降低。以某公共处所为例，此处所的空调通风系统在夏季采用50%部分回风的全空气系统，外界温度35 ℃，相对湿度70%，比焓99.7 kJ/kg；内部设计温度26 ℃，相对湿度50%，比焓52.9 kJ/kg；内有200个座位。根据--，每个人的显热为70 W，潜热为50 W。此处所内的空调负荷见表1。

表1 公共区的空调负荷(35 ℃)

此处所空调的送风量为12 000 m/h，中央空调箱内的制冷盘管将空气温度降至16 ℃，比焓为44.8 kJ/kg，考虑2 ℃的管道和风机温升，到达房间的送风温度为18 ℃。按照式(1)计算，可以带走表1中的32 kW显热。

(1)

式中：为空调送风带走的显热，kW；为送风量，m/h；为房间温度，℃；为空调送风温度，℃；为空气密度，一般取1.2 kg/m；为空气的比热容，一般取1.01 kJ/(kg·K)。

此空调系统正常运行时是50%新风，新风比例取0.5。按照式(2)，中央空调箱的制冷负荷=127 kW。而当回风风闸关闭后，要达到原来的送风温度，需取1，按照式(2)计算，=222 kW。因此，现在的中央空调箱完全没有足够的制冷能力。

(2)

式中：为中央空调制冷负荷，kW；为外界空气的比焓，kJ/kg；为房间回风的比焓，kJ/kg；为制冷盘管后的比焓，kJ/kg；为新风比例。

根据表1，夏季室内的空调负荷主要来自人的散热和玻璃窗的辐射热，所以为了解决关闭回风风闸而导致室内温度升高的问题，可通过减少公共区人数和通过窗帘等遮阳措施来减少室内空调负荷。当外界温度降低时，全新风对室内舒适度的影响也会随之减小。当外界温度降低到30 ℃时，比焓为76.3 kJ/kg，外部风的比焓会降低到此值，即使不采取任何降低室内空调负荷措施，全新风也不会影响室内舒适度。

3 基于紫外线杀毒的系统改装

该邮轮原配有多台带热转轮的中央空调器，热转轮会带来病毒传递的风险。考虑到室内的舒适度，空调箱内的热转轮需要继续使用，但是有必要对这些空调箱采取一些措施，因此建议在空调箱内或送风静压箱内布置紫外线灯管，对送入房间的风进行杀毒。

首先要核查空调箱内热转轮附近腔体的压力，排风侧的压力应该小于送风侧，避免排风侧的风通过隔板间隙泄露到送风侧，从而污染新风。排风侧的压力取决于房间到空调器回风管的阻力，管路一般较长，而送风侧的压力取决于室外到空调器新风管的阻力，管路一般较短，且热转轮本身也需要通过室外新风来进行自我清洁，所以此压差一般都存在。

江苏兆胜空调有限公司2020年发布的《船舶空调系统如何满足防疫和空气净化的要求白皮书》中提到：254 nm长的紫外线光(UVC)对杀毒最有效果；杀毒的影响因素取决于紫外线的光照强度和空气被紫外线的光照时间(不小于0.25 s)。紫外线灯管的布置位置是此项防病毒改装的关键，可以将灯管布置在以下位置：

(1)在中央空调箱送风静压箱内布置紫外线灯管。此位置布置紫外线灯管可以对送入房间的风进行光照杀毒，且静压箱内风速较低，无其他设备布置在内。

(2)在中央空调箱内送风机位置布置紫外线灯管。此位置布置紫外线灯管可以对送入房间的风进行一次光照杀毒。此段的长度较长，风的光照时间也较长，且紫外线灯管可以照到送风机和挡水板，减少细菌在这些凹凸表面的滋生。此位置有检修门，灯管容易安装。但此位置有风机，灯管如果脱落，就会卡住皮带，影响空调系统正常运作。

(3)在中央空调箱回风静压箱内布置紫外线灯管。此位置布置紫外线灯管，可以对房间回风在进入热转轮前进行一次杀毒，且紫外线可以照到回风滤器。

4 设立隔离区及隔离区的系统改装

划出居住舱室作为隔离区，这些区域最好离船上的医院较近，可在紧急情况下将升级为防病毒隔离区。隔离区在空调通风系统设计时应考虑负压设计，用于隔离患者并进行治疗或对密切接触者进行医学观察。

该邮轮的4号主竖区4甲板右舷已经布置有医院区域，且配置有独立的送风空调和抽风机,抽风能力大于送风，为负压设计。由于医院在4号主竖区，建议4号主竖区11甲板和10甲板左舷作为隔离区，并且保持此隔离区和前后主竖区的门常闭。人员可以通过主梯道到达医院，并建议在此梯道内设置缓冲间，见图5。为了减少病毒的传播，此缓冲间的两个门不可以同时打开，且有空调通风进行加压，使此空间气压大于相连接的走廊和梯道。

图5 梯道内缓冲间

对隔离区相对应的空调通风系统需要进行改装，相应的措施如下：

(1)服务隔离区的中央空调器内的热转轮需要关闭。

(2)在隔离区的处所或走廊上布置空气净化器。有条件的应考虑安装专业的可以去病毒的空净化器。

(3)对隔离区房间的空调风管进行整改。原船的空调通风系统的设计是来自空调器的风送到房间后，一部分风从厕所抽走，另一部分风从门上的格栅回到走廊上后再抽回空调机间。为了防止病毒从房间进入走廊，首先需使用盲板封堵住门上的格栅和走廊上的回风格栅，然后从走廊上的回风管拉支管到各个房间。

(4)对走廊进行加压送风，从而使走廊的气压大于房间的气压，进一步防止房间内的空气溢出到走廊。

5 结论

(1)100%全新风。来自室外的风只经过一次利用后就排到室外，房间和公共区都有很高的换气次数，室内空气能够保持清新。

(2)送入室内的空气进行紫外线高效杀毒。

(3)邮轮上除配备独立空调通风的医院外，还设置了额外的隔离区，并配置改进的空调通风系统。