50 m巡邏艇空調系統設計

黃海彬　陳建　伍東

摘要：本船為孟加拉高速巡邏艇，在孟加拉國近海海域使用，該地區炎熱潮濕，本文對該巡邏艇空調系統專業設計特點進行簡單介紹。

關鍵詞：巡邏艇；船舶空調系統設計

1.概述

船舶空調系統的主要功能是為空調艙室提供具有一定溫度、濕度和潔凈度的空氣，滿足船員的舒適性要求和精密設備的正常運轉。

本船是我院為孟加拉國設計的50 m高速巡邏艇，總長51.4 m，型寬7 m。總體布置上，艙室較多，多數艙室空間狹小，且分散。機艙前主甲板下的一部分船體為人員住艙，主甲板及駕駛甲板上為辦公和居住艙室。本艇主要任務是負責近海巡邏和日常執法、警戒，領海保護，監視和打擊海盜、走私、毒品等。航區為孟加拉國近海區域，其氣候炎熱潮濕，環境溫度35℃～45℃、相對濕度95%、海水溫度32℃。

從船舶主尺度和艙室布置看，空間緊湊，這決定了空調要選小巧的，要能方便靈活的布置；從船舶承擔的任務看，空調系統還要相當安全可靠，不易損壞和易維護；從航區氣候看，單位面積所需要的制冷量比我國大，空調裝置要具有較大的制冷能力。本文就這幾點要求進行本艇的空調系統的設計和選型。

2.冷量計算

本艇空調系統設計前，需要計算全船空調熱負荷。我國船舶空調熱負荷一般按GB/T 13409-92《船舶起居處所空氣調節與通風設計參數和計算方法》進行計算的。此標準是以夏季工況艙內外空氣溫度和相對濕度（艙外：35℃，70%相對濕度，艙內：27℃，50%相對濕度）為設計參數的，跟所在國的航區工況有差別，需要調整。

綜合考慮空調系統運行效果、經濟性，以及對電站和艙室空間的影響，決定調整設計參數為：夏季工況艙外：42℃，70%相對濕度，艙內：2，4℃，50%相對濕度。因此計算用的濕空氣焓值也跟著對應調整，由原來的艙外溫度35℃、濕度70%時，濕空氣焓值為99.73 kJ&g對應調整后為溫度42℃、濕度70%時，濕空氣焓值為138.58 kJ/kg；由原來艙內“溫度27℃、濕度50%時，濕空氣焓值為55.58 kJ/kg對應調整后為溫度24℃、濕度50%時，濕空氣焓值為47.8 kJ/kg。根據計算可得到每個艙室的空調負荷和全船空調負荷，本艇夏季全船空調熱負荷為92.5 kW。

3.空調選型

3.1空調系統的分類

現代空調發展迅速，類型繁多，沒有固定統一的分類，但可根據空氣處理設備的集中度、冷卻介質、蒸發方式、管內風速、以至新風比例等的不同分成各種具體空調方式。本文就常用的按照空氣處理設備的集中度以及蒸發方式來進行簡單的分類，以便于空調選型。

按空氣處理設備的集中度分：

（1）集中式空調系統——所有空氣處理設備（風機、過濾器、加熱器、冷卻器、加濕器、減濕器和制冷機組等）都集中在空調機房內，空氣處理后，由風管送到各空調艙室里。這種空調系統熱源和冷源也是集中的。它處理空氣量大，運行可靠，便于管理和維修，但機房占地面積大；

（2）半集中式空調系統——集中在空調機房的空氣處理設備，僅處理一部分空氣或僅作為冷源和熱源，另外在分散的各空間空調艙室內還有空氣處理設備。它們對室內空氣進行就地處理，或對來及來自集中處理設備的空氣進行補充再處理。誘導系統、風機盤管系統就是這種半集中式空調系統的典型例子；

（3）分散式空調系統——沒有集中的空調機房，空調機組（風機盤管機組）包括冷熱源和空氣處理，風機全部集中在一個風箱內，組成一個緊湊、獨立的空調系統，可按需要直接裝在被調艙室或鄰艙內。一般不設風道，可設簡單的風道以改善氣流分布。

按空氣冷卻盤中不同的冷卻介質來分：

船舶空調器中空氣的冷卻和加熱，目前均采用表面式換熱器。冷熱介質在盤管內循環，以加熱或冷卻在管外流動的空氣。

（1）直接蒸發式系統一制冷劑直接在冷卻盤管內蒸發，吸取盤管外空氣熱量。適合用于空調負荷不大，空調房間比較集中的場合；

（2）間接蒸發式系統——制冷劑在專用的蒸發器內蒸發吸熱，冷卻冷凍水（又稱冷媒水），冷凍水由水泵輸送到專用的水冷式表面冷卻器冷卻空氣。適用于空調負荷較大、房間分散或自動控制要求較高的場合。

3.2空調類型選擇

3.2.1按空氣處理設備的集中度分類的空調系統選型

選擇半集中式空調系統。本艇艙室數量多且狹小分散，在每個艙室適當位置安裝一個或幾個風機盤管以處理室內空氣運走室內熱量，全船各艙室的熱量再由安裝在機艙的冷水機組或壓縮冷凝機組通過海水運走。其布置靈活，占用空間最少，可利用床底、柜子底、桌子底等不易利用的空間安裝風機盤管，使緊張的艙室空間得到利用充分；把冷水機組或壓縮冷凝機組等冷熱源設施、冷熱水輸送設施等設備布置在機艙，把機艙作為機房，不占甲板艙室空間。艙室新風可由本艇的通風系統風機提供。

若采用第一種集中式空調系統，需要在甲板上設立一個空調機房，需要布置全船送風管及相應的回風與新風管。本艇艙室數量多和空間小，布置全船的風管很困難，故集中式空調不適合本艇。

分散式空調系統雖然沒有集中的空調機房，但在每一個空調艙室內安裝一套空調費用高，對本艇較小的空調艙室來說體積還是比較大且占地方的，而空調壓縮機在艙室內運行噪聲大，也不適合本艇。

3.2.2按空氣冷卻盤中不同的冷卻介質來分類選型

選擇間接蒸發式系統。本艇為帶有武備的小型巡邏艇，航行及工作情況比較復雜，對安全性、可靠性要求較高，風機盤管走冷媒水比走制冷劑可靠性高，容易檢修維護，而制冷劑一旦發生泄漏，空調制冷，制熱能力嚴重下降甚至無法制冷制熱，故間接蒸發式系統更適合本艇。

3.2.3空調系統選型

綜上所述，本艇空調系統選擇半集中式、間接式空調系統，由冷水機組、海水泵（冷卻水泵）、冷媒水泵、間接蒸發式風機盤管（空氣處理設備）、回風設施、排風設施、冷凝水排放設施、管路及管路附屬設施以及控制系統組成，其系統組成及工作原理如圖1所示。

4.空調設備選型及布置

空調設備選擇時，不論冷水機組還是風機盤管，要按船舶布置的實際情況和船舶空調負荷計算書來選擇合適的類型。

4.1冷水機組的選擇

以中國最大的艦船用制冷設備商兆勝空調的設備為例，冷水機組目前有三種類型：活塞式冷水機組、螺桿式冷水機組和渦旋式冷水機組。比較而言，活塞式冷水機組、螺桿式冷水機組的外形尺寸及重量都比渦旋式冷水機組大很多和重很多。本艇航速要求高，船型小，對重量控制嚴格，一切要盡量輕量化設計，無疑只有渦旋式冷水機組最適合本艇。

4.2風機盤管的選擇

本艇選擇組合落地式風機盤管。組合落地式風機盤管緊湊的結構設計可將機組安裝在櫥柜、鋪位下或別的封閉空間，通過柔性風管送往安裝在高處的送風格柵，以節省緊湊的艙室空間。原來餐廳采用安裝在天花板上其它風機盤管，地板上都是座位，沒有合適的空間放落地的風機盤管，船東反映此風機盤管容易漏水，本艇噸位較小，在海況較差的時候航行很顛簸，冷凝水容易灑落下來，船東不要這種風機盤管，故拆除一兩個座位，餐廳還是采用組合落地式風機盤管。

4.3本艇空調設備布置及系統組成

本艇空調設備布置及系統如圖2所示。