综合科考船居住舱室IDAC空调系统设计

安毓辉，陈福全

(1.中国船舶集团公司 第708研究所，上海 200011；2.江南造船(集团)有限责任公司，上海 201913)

此前，智能化分散式空调系统(intelligent decentralized air conditioning system， IDAC)多用于国内豪华邮船，在海洋综合科考船上尚属首次应用。该空调系统在综合科考船上的应用存在诸多关键设计技术和施工工艺上的难点，为此，根据实船设计经验,提出船用IDAC系统的解决办法和优化设计建议。

1 IDAC设备及系统原理

1.1 某船IDAC系统基本情况

某海洋综合科考船(以下简称本船)的居住区域中央空调系统设计从个人住舱的舒适性、私密性、低噪音和节能性等多方面考虑，采用了IDAC系统。与豪华邮船相比，综合科考船空间小，设备布置空间不足，因此对系统的设计、施工和布置有更高的要求。

IDAC是一种智能化全自动控制温度和舒适度的空调系统,系统由新风空调器、IDAC风机盘管、房间布风器、消音器及送风和回风风管系统等组成。 每个住舱由独立的温度控制面板来控制和调节房间的温度。本船上采用1个住舱对应1个IDAC风机盘管，设备体积较小，装在卫生单元的三角维修区域，便于安装和接管，不占用其他空间。IDAC风机盘管仅风机耗能，电功率很小，约160 W。IDAC风机盘管的出口噪声约55 dBA,进口噪声值约50 dBA，环境噪声约46 dBA，一般通过送风管和回风管的消音器，影响到房间的噪声会进一步降低。

系统采用100%新风，送入每个舱室的新风量和舱室浴厕的排风量一致，满足ISO7547对于个人新风的要求，系统排风由厕所排风系统完成。在部分公共舱室比较多的甲板采用转轮热回收装置的空调器，MLC2006及CCS规定，厕所排风不能被用于能量回收，因此仅公共场所的排风通过转轮热回收装置和外界新风进行热量交换，达到节能目的。空调器中处理好的新风通过风管送至IDAC末端设备，和住舱回风混合处理后送入对应住舱消除房间热负荷，达到房间温度的控制。住舱的送风末端采用布风器，可通过用户温控面板调节房间温度，系统自动调节达到房间温度控制的目的。 考虑到房间噪声控制，在房间送风管和回风管上都加了消音器。IDAC系统组成及布置见图1。

图1 IDAC系统示意组成及布置

1.2 IDAC设备及控制原理

IDAC系统的主要设备是独立风机盘管，风机盘管主要由冷媒水盘管、水量平衡阀、风机、自控元件、电加热器及一些管路接口组成，见图2、3。

图2 IDAC风机盘管结构示意

图3 本船采用的IDAC风机盘管

IDAC风机盘管采用PLC控制，并通过房间的温度控制面板来实现房间的气候控制，主要有两种控制模式，加热控制和制冷控制分别对应冬季工况和夏季工况。在冬季工况下，外部新风会在新风空调器中预加热，然后送至IDAC风机盘管中和住舱回风混合后通过风机盘管中的电加热模块加热。在夏季工况下，外部新风会在新风空调器中冷却，然后送至IDAC风机盘管中和房间回风混合后通过风机盘管中的冷媒水盘管冷却带走房间显热。无论冬季和夏季，乘客可以根据个人舒适度的体验通过房间的温度控制面板来相应调节温度范围，达到每个房间个性化调节的目的。

1.3 IDAC系统的特点

采用IDAC的中央空调系统特点如下。

1)整个系统采用中央空调全新风供给IDAC末端，居住舱室为房间回风，没有接外部的回风管和回风格栅，居住舱室的空调系统相对独立，可采用A级防火隔音门，房间温度独立调节，安全性和私密性好。

2)系统送风管和排风管少且管径较小，便于低层高船舶的风管布置。

3)IDAC末端设备尺寸较小，便于安装和维修。

4)IDAC末端设备的进出口噪声较低，再配合送风和回风管安装消音器，足以营造安静的住舱环境。

5)IDAC末端设备采用房间回风，有效利用了回风的能量，达到系统节能的目的。

2 IDAC系统设计要点

2.1 设备布置

本船IDAC风机盘管，外形尺寸约长330 mm，宽220 mm，高1 000 mm。不同供货厂家尺寸略有差别。总体来说，IDAC风机盘管尺寸较小，安装所占空间比较小，可以充分利用舱室剩余空间进行安装。安装位置的选择需考虑接管方便和设备维修的空间需求。

本船由于布置空间紧张(见图4)，在设计初期经多方协调，采用居住舱室的卫生单元的后部维修空间作为IDAC风机盘管的布置空间(见图5)，并尽量和卫生单元预安装在一起，便于船厂的现场安装, 见图6。

图4 典型科考人员房间的布置

图5 典型卫生单元及IDAC布置立面

图6 本船IDAC风机盘管和卫生单元预装

本船的舱室面积较小，且要求满足规范要求的舱室最小面积要求，所以需要在满足舱室最小面积要求的基础上兼顾IDAC的安装和维修的便利性(见图7)，对船舶的设计建造也提出了较高的要求。在本船的设计阶段和船厂生产放样过程中，发现利用居住舱室的卫生单元维修区域安装IDAC风机盘管存在一些问题:①接管空间小，维修安装不方便；②泄水管需设置好水封防止异味影响空调系统。因此,今后的设计中，如果船舶布置空间有余量，可采用豪华邮船的布置方式。豪华邮船由于相对布置空间较大，很多设计是利用门后的一块区域来布置IDAC风机盘管，这样维修和安装都比较方便，不占房间的有效面积。

图7 客船住舱IDAC风机盘管的布置示意

2.2 设备接管

IDAC风机盘管的设备接管主要包括水系统接管和风系统接管，水系统接管包括冷媒水进出口管和泄水管，冷媒水管的接口，从设备侧面接入，管路的进出口包括截止阀和自动排气阀,见图8。泄水管从底部接出，为防止卫生单元泄水口的异味影响，泄水管需采用水封，见图9。

图8 IDAC风机盘管水系统接管原理

图9 泄水管管水封连接

风系统的风管接口主要有新风管、送风管和回风管。 其中新风管和送风管从风机盘管顶部接出，回风管从底部接入。需要注意的是IDAC风机盘管是定新风系统，新风管接自中央空调系统的新风空调器，新风管在进入IDAC风机盘管前需安装定风量阀，居住舱室的送风管从IDAC风机盘管顶部接出至房间布风器，在送风管路上需接消音器，均需考虑留有安装空间。回风管的安装是最大的问题，由于回风口噪音较大，需在回风管段加消音器，由于IDAC风机盘管装在卫生单元后部维修空间的原因，又受到马桶污水管的布置影响，因此本船采用特制的回风管消音器，消音器中间留孔穿污水管，同时不影响消音器的布置,回风管经消音器后和预制在卫生单元底部的回风管连接，通过卫生单元的下部格栅进行房间回风,见图10。

图10 本船典型住舱IDAC风管接管布置立面

2.3 系统噪声

IDAC系统的特点是低噪声，IDAC风机盘管的进出口噪声比较低(见表1)，但是对于噪声要求比较高的舱室，如本船的居住舱室要求达到CCS舒适度等级2以上，舱室内环境噪声要求是47 dB(A),还需在系统上采取一定的降噪措施。

表1 IDAC风机盘管设备实测噪声值

由表1可见：IDAC风机盘管在实际使用时如果不采用任何措施，进出口的噪声会通过管路传递到房间内，各点噪声的叠加会使房间的噪声值超标。因此本船根据系统噪声计算，在IDAC风机盘管的送风管和回风管上都加装了消音器，并在试航时进行了舱室噪声的测量，实船测试结果表明设计，达到了CCS舒适度2级的要求。

3 IDAC系统施工安装注意点

1)IDAC风机盘管产品普遍存在的问题是上部新风管接口和送风管接口间距较小，由于接管都是预绝热螺旋管，管子外径尺寸要大于实际的接口尺寸；且新风管还需装定风量阀，因此实际安装会有困难，由于新风量较小，建议新风管可以采用末端变径方法连接，确保送风管能顺利接出。此外，由于新风已经过新风空调器处理，还可以采用直接将新风管接入送风管，而不经过风机盘管的接管方法。

2)尽量采用独立空间安装，如确实需安装在卫生单元维修区，所有空气接口处必须密封好，防止厕所异味传入系统。泄水管可接入卫生单元污水管或接至维修区的泄水口上方，但必须带水封，防止异味进入风机盘管。

3)回风口需接消音器，考虑消音器的高度及避开污水管，一般可定制消音器，中间预留穿污水管的孔。

4)IDAC风机盘管侧面有有很多网线和电缆接口，有些没有用到的接口是空的，这就造成了壳体存在漏风点，考虑到封堵材料的防火要求，需采用合格的不燃材料封堵接口，避免产生漏风。

4 结论与建议

本船是IDAC空调系统在综合科考船上的首次应用，现已顺利交船，在设计和建造过程中总结了不少经验教训，实船在试航时使用情况良好，舱室噪声均满足设计要求，房间温湿度控制很好。但利用卫生单元维修空间安装的布置方式，在船厂现场施工时带来了不少施工和安装上的不便，因此建议后续设计应采用客船的布置方式，尽早规划好IDAC风机盘管的布置安装的空间。而且，目前由于新冠疫情肆虐，采用IDAC空调系统能使每个住舱形成1个独立的小空调系统，相对可以减少空气流动造成的交叉污染，从防疫的角度来说是有利的。因此在未来船舶空调系统的设计中应尽可能采用IDAC空调系统。