中小型船舶中央空調系統設計

馬承華

摘 要：隨著對環境保護和工作居住環境舒適度的重視，國際海事組織對中小型船舶的工作居住環境提出了高的要求。為了滿足市場需求和提高船舶工作居住環境的舒適度，現很多中小型船舶也開始采用間接式中央空調系統，并形成了一定的趨勢。

本文通過對直接式和間接式中央空調系統的分析對比，以及采用這兩種形式中央空調系統的實船工作情況，對中小型船舶中央空調系統設計和建造進行探討，希望對業界有一定的指導借鑒意義。

關鍵詞：船舶中央空調系統；噪聲；制冷環境；節能；智能化

中圖分類號：U664.86 文獻標識碼：A

Design of Central Air Conditioning System for Small and

Medium-sized Ships

MA Chenghua

（ Guangzhou Shunhai Shipyard Limited， Guangzhou 511440 ）

Abstract： With the development of the world， people's attention to the environmental protection and living and working environment comfort， although working conditions and environment in the vessels are bad， the IMO puts forward high requirements for the comfort of working and living environment in the small and medium-sized vessels and its standard also is gradually closed to the luxury passenger and Ro-Ro vessels. In order to meet the needs of the market and improve the living environment of vessels， a number of small and medium-sized ships have also started to adopt indirect central air-conditioning system and formed a certain trend.

This paper introduces the direct and indirect central air conditioning systems for small and medium-sized ships and compares the working performances of them.

Key words： Marine central air conditioning system； Noise； Air conditioning environment； Energy saving； Intelligence

1 前言

對于船舶來說，中央空調系統不僅能夠為船員和旅客提供較為舒適的工作和生活環境，還能夠確保船舶的各項設備正常運轉。隨著對環境保護和節能意識的提高，以及對船上工作居住環境舒適度要求的提升，給中小型船舶中央空調系統的設計提出了挑戰。

在實際的完工船舶中，中央空調系統總會存在或多或少的問題，例如：由空調系統引起的噪聲問題；各區域制冷效果不均的問題；空調系統節能及其智能化問題；空調系統工作的可靠性問題；制冷劑泄漏引起的環境污染問題；空調系統的節能化和智能化問題等。

本文通過直接式和間接式中央空調系統的分析對比，以及兩種形式中央空調系統在實船上應用情況，對中小型船舶在中央空調系統設計和建造進行探討，希望對業界有一定的指導借鑒意義。

2 船用中央空調系統工作原理

2.1 直接式中央空調系統工作原理

圖1為船用直接式中央空調系統工作原理圖，它分為兩個閉路循環：

（1）壓縮機從直接式空調器中的蒸發器吸入低壓過熱的氣體（制冷劑一般為氟利昂），經過壓縮機壓縮成高壓過熱的氣體，排出到冷凝器，經冷凝器冷卻成高壓過冷的液體，這些液體經過膨脹閥節流降壓成為低溫低壓的氣體，進入到蒸發器與空氣進行熱交換，帶走空氣中的熱量，使空氣溫度變低。這些制冷劑就變成為低壓過熱的氣體又被壓縮機吸入，形成高溫高壓的氣體，這樣循環不斷的工作，從而源源不斷的制造冷的空氣送到各個艙室；

（2）外界空氣（即新風）和回風（經過各室內回來的風）在直接式中央空調器混合后，經過空調器上的過濾器、蒸發器、加熱器、加濕器、負離子發生器等，再經抽風機吸入到空調器上的總空氣分配室，然后經各空氣支管進入到各艙室，再由各艙室經回風管進入到混合室，又和新鮮風進行混合，如此循環不斷的進行制冷或制熱。

2.2 間接式中央空調系統工作原理

圖2為船用間接式中央空調系統工作原理圖，它分為三個閉路循環：

（1）壓縮機從干式蒸發器吸入低壓過熱的氣體（制冷劑一般為氟利昂），經過壓縮機壓縮成高壓過熱的氣體，排出到冷凝器，經冷凝器冷卻成高壓過冷的液體，這些液體經過膨脹閥節流降壓成為低溫低壓的氣體，進入到干式蒸發器與冷媒介質（一般為淡水）進行熱交換，帶走冷媒介質中的熱量，使冷媒介質變成比較低溫的介質。這些制冷劑就變成為低壓過熱的氣體又被壓縮機吸入，形成高溫高壓的氣體，這樣循環不斷的工作，從而源源不斷的制造冷的冷媒介質，送到各區域的間接式空調器；

（2）低溫冷媒介質被送往各個區域的間接式空調器的熱交換盤管中，與空氣進行熱交換，形成高溫冷媒介質，高溫冷媒介質通過冷媒水泵，被送往干式蒸發器，與制冷劑進行熱量交換，再次形成低溫冷媒介質，這樣循環不斷的工作；endprint

（3）外界空氣（即新風）和回風（經過各室內回來的風）混合后經過過濾器、蒸發器、加熱器、加濕器、負離子發生器等，再經抽風機吸入.到間接式空調器上的空氣分配室，然后經各空氣支管進入到各艙室，再由各艙室經回風管進入到混合室，又和新風進行混合，如此循環不斷的進行制冷或制熱。

3 直接式和間接式中央空調系統的分析對比

基于船用直接式和間接式中央空調系統的工作原理，現從以下六個方面對其進行分析對比：

3.1 環保方面

直接式中央空調系統是直接將制冷劑從壓縮裝置送到空調器蒸發器中進行制冷。而直接式空調器一般布置在中央空調房內，壓縮機裝置布置在設備艙內。這將導致壓縮機裝置和空調器距離遠、管路長、制冷劑量多、制冷劑在管路中泄漏風險增加等問題；

間接式中央空調系統的制冷劑是在壓縮機、冷凝器和干式蒸發器中流動，在設計中為了減少制冷劑的用量和泄漏風險，可以將這些部件做成一個模塊，這樣管路少、需要制冷劑少，泄漏的風險大大降低。從干式蒸發器到各個制冷區域內的間接式空調器所用的冷媒介質一般為淡水，如有泄漏也無污染，同時可以直接從船上的淡水系統進行補給，大大提高了操作的方便性。

3.2 風管等附件布置

直接式中央空調系統，所有的回風及其新風需通過回風支管、回風總管和新風總管回到直接式空調器中進行處理，根據需制冷的區域及其每個區域制冷量的大小，來確定送風支管的數量和支管截面積的大小。通過這些支管，將處理后的冷風從直接式空調器送往相應的區域。雖然這種設計比較簡單、成本較低，但存在如下問題：（1）因全船所有的風都需在中央空調器處理，中央空調器尺寸大、風管總管截面積大；（2）所有的送風支管、回風總管和新風總管需回到空調器上，空調器上風管的布置難度加大；（3）空調房的位置離有些需制冷的區域較遠，處于不同的防火區域內，這樣將導致風管支管的路徑長、增加空氣阻力、風管穿過不同防火區域時破壞防火分隔等問題，需通過加大風管截面積和增加防火風閘等方法解決；（4）當風管支管多、截面積大時，在與電纜、管路等附件在同一個空間布置時，將增加現場施工的難度，有時還需犧牲部分功能以便于布置。

間接式中央空調系統，根據防火分隔、制冷區域的功能要求，以及回風，新風和送風風管的走向布置、空調器的安裝位置等方面，將全船需制冷的區域劃分為不同的區域，將全船的制冷量分配到多個間接式空調器中。間接式空調器尺寸小、風管截面積小、方便布置。這樣將不會破壞防火分隔，減少風管支管的長度及其阻力、方便風管與電纜、管路等在同一空間區域的布置等；因有多個間接式空調器，將會使系統相對復雜，在設計中需合理考慮風管和空調器的布置以方便裝修，提高船上工作居住環境的舒適度。

3.3 船舶噪聲

根據GB5979-86《海洋船舶噪聲級規定》 ，其中規定臥室噪聲為60 dB（A），辦公室、休息室等為65 dB（A）。

直接式中央空調系統，通過上面的分析，風管管路長、彎頭多、空氣阻力加大。為了保證制冷效果和將處理后的風送到相應的區域，需加大直接式中央空調器上風機的壓頭。提高風機壓頭，將會導致如下問題：（1）空調器的噪聲增加；（2）風在風管中流動時噪聲加大；（3）風在房間內從布風器出來時噪聲也會加大。當然，通過加大風管截面積、減少風管上彎頭的數量和加裝消聲器等方法也可以降低噪聲，但效果不太明顯，而且會增加現場施工難度。

間接式中央空調系統，通過上面的分析，風管管路短、彎頭少、空氣阻力小。這樣可以選擇低壓頭、低噪聲的間接式空調器。制冷區域的噪聲會降低，容易滿足規范對噪聲的要求，船上工作居住環境的舒適度大大提高。

3.4 制冷效果

在直接式中央空調系統中，中央空調的工作情況是通過回風總管上的回風溫度進行控制，全船送風的溫度一樣，要想改變每個區域或房間的溫度，只有通過調節每個區域或房間的送風量來進行調整。這樣將會導致有的區域送風量大，有的區域送風量小，有的風管風速高，有的風管風速低，有的區域溫度高，有的區域溫度低等問題。風管風速的問題，也將產生噪聲等問題。此種方法的調節需要人通過其經驗進行調節，非人性化和智能化。

在間接式中央空調系統中，各區域可以根據自己的需要獨立設置自己的溫度，當溫度設定好后，間接式空調器會通過冷媒介質的供應量來調節所需的溫度。當某區域不需要制冷時，也可將此區域的間接式空調器關閉。整套間接式空調裝置通過自動控制方式來調整設備的工作情況，所制冷的環境更人性化，設備更智能化，更能滿足規范的要求。

3.5 節能化和智能化

在采用直接式中央空調裝置時，為了保證設備的安全使用，一般都采取一用一備的方式，而且每套系統的制冷量都會按實際的最大制冷量加上10%余量來決定。這樣需加大船舶發電機容量，導致能量的浪費，增加使用成本。

在采用間接式空調裝置時，也會設置一用一備的方式，但每套系統的制冷容量會按最大制冷量的75%進行選型。當全船負荷較小時，單套機組運行即可；當全船負荷較大時，可兩套機組同時投入運行。同時，用間接式空調器在智能化和節能化的升級改造空間非常巨大。

3.6 實船空調裝置工作情況

船舶中央空調系統的設計是一個復雜的過程。還有很多方面需要考慮，例如：新風和回風比例的考慮；空氣中濕度的控制；空調器冷凝水的排放；未來設備的維護和保養；冷媒水管和空調風管的保溫絕熱；風管與電纜、管路的在同一區域的布置；中央空調系統附件對裝修的影響等。在此就不一一探討。

通過分別采用直接式和間接式中央空調裝置的同類型實船，在設計、施工、完工后的調試及其實際工作情況等，分析兩種中央空調系統有如下特點：

（1）直接式中央空調裝置：①系統簡單、成本低；② 風管截面積大、風管路徑長、穿過不同的防火區域，施工難度相對較大，不利于裝修；③ 制冷區域的噪聲分貝相對會高一些，特別是靠近中央空調房的區域和房間內靠近布風器的位置；④ 制冷情況不太均勻，靠近中央空調房的區域制冷效果相對較好，遠離中央空調房的區域相對差些。

總的來說，系統相對簡單，成本相對較低，住居和工作環境的舒適度相應也會低一些。

（2）間接式中央空調裝置：① 系統復雜、成本相對高一些；② 因間接式空調器數量多，在設計中對區域的劃分、空調器的布置需仔細考慮；③ 設計中需處理好新風管、回風管和送風管的布置，以及冷媒水地漏管的設計；④ 本系統各制冷區域可根據要求設定相應的溫度；⑤ 各制冷區域的噪聲分貝相對較低。

總的來說，系統相對復雜，成本相對較高，住居和工作環境的舒適度相應也會高一些。

通過船東代表、租船方代表和驗船師的反饋，從空調的制冷效果、房間內的噪聲等級和裝修情況等方面，間接式中央空調裝置優于直接式中央空調裝置。

4 結束語

在船舶設計建造中，出于對船舶空間和建造成本的考慮，間接式中央空調裝置一般用在大型的豪華郵船和客滾船上，直接式中央空調裝置一般用在中小型船舶上。

隨著人們對環境保護和工作居住環境舒適度的重視，加上船舶的工作條件和環境的惡劣，對中小型船舶工作居住環境的舒適度也提出了很高的要求，其標準也逐漸向豪華郵船和客滾船靠近。為了滿足市場需要和提高船舶工作居住環境的舒適度，現很多中小型船舶也開始采用間接式中央空調裝置，并形成了一定的趨勢，這是未來船舶向節能化和智能化發展的趨勢。

通過本文的分析，希望對后續中小型船舶中央空調系統設計和建造有一定的指導借鑒意義。

參考文獻

[1] 中國造船工程學會編著. 船舶設計手冊 輪機分冊[M]. 國防工業出版

社，2013.

[2] 何耀東. 中央空調實用技術[M]. 冶金工業出版社， 2006.

[3] 中國船級社. 鋼制海船入級規范[S]. 人民交通出版社， 2017.endprint