阿爾及利亞豪華客滾船空調通風設計要點

秦耀明，賴海清

(廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣州 510250)

豪華客滾船屬于高技術、高附加值的船舶產品，其空調通風是至關重要的系統，無論是船東、建造船廠、設計單位還是船級社，都對空調通風系統的計算、設計、設備選型、布置、功能效果、節能環保,以及控制管理等環節非常關注[1]。以阿爾及利亞客滾船為目標船，分析空調通風系統的能量計算、空調類型、通風形式、休閑體驗設計指數、安全返港、煙氣管理系統，以及系統控制和管理等。該船長199.9 m，型寬30 m，設計吃水6.7 m，航速可達24 kn，全船設置12層甲板，全船人數1 980，其中旅客1 800人(旅客鋪位1 500個，座席300個)，船員及服務人員180人；滾裝處所車道3 250 m，約600車位，入級法國船級社(BV)，附加符號COMF-NOISE-PAX-2、COMF-VIB-PAX-2、COMF-NOISE-CREW-3、COMF-VIB-CREW-3(相當CCS附加符號CEDI C3/C4)。與其他客滾船相比，該船對舒適度要求極高，旅客房間舒適等級達到二級(BV)。

1 空調通風

阿爾及利亞客滾船噸位大，服務區域空間所需要的空調能量高，各區域的空調通風系統需按防火區域、功能服務區域、休閑體驗設計指數等要求進行單獨配置。

根據防火的分隔要求，設置4個防火主豎區,在各主豎區內，根據艙室的布置及服務功能，設置獨立的空調機室和通風機室?？照{通風系統的設計、布置應按各防火主豎區獨立進行，同時考慮為滿足安全返港要求而劃定防火分隔的事故界限。

空調通風設計包括：空調區域的劃分、空調系統的選用、空調負荷計算、系統管路、空調裝置及配套、環保節能,以及系統控制與管理等。

1.1 空調區域與空調系統

豪華客滾船的空調系統形式是多樣性的，不同服務區域根據不同舒適度要求合理配置空調器及通風類型，以利于尋求最佳的能量控制和運行管理。各空調器對應所服務的區域相對獨立，應按區域劃分、服務功能，以及舒適度等級要求進行獨立配置。

1.1.1 空調區域劃分

空調區域劃分時應考慮在同一主豎區內滿足安全返港要求的事故界限防火分隔，不同服務區域根據舒適度要求配置功能不同的空調器及通風類型，因此進行合理的區域劃分，利于各空調的能量計算及分配、系統設計、通風布置及系統調試工作。目標船空調區域劃分遵循以下原則：①按艙室防火主豎區進行劃分；②滿足安全返港要求的事故界限分隔進行劃分；③不同功能要求的服務區域進行劃分；④同一空調器所提供服務的場所應屬同一防火區域或事故界限內。

區域劃分需要根據總布置圖進行，一般需要繪制全船空調區域的彩色劃分圖(color drawing)見圖1。清晰區分各空調器及所對應服務的空調區域，利于進行空調器的能量計算及分配。

圖1 甲板部分空調區域的彩色劃分

1.1.2 空調系統

豪華客滾船通風系統的負荷和通風量需求很大，通常會采用全新風送風系統，在滿足熱負荷平衡風量的同時降低通風總量需求，以減少風管的數量，方便管路布置，通過設置在排風與新風之間的能量回收裝置實現空調系統的節能?？照{系統設有獨立的排風管路和通風設施，常采用間接式處理空氣。新鮮空氣經過濾除塵后，由中間冷熱媒介對空氣進行高低溫2級處理(預處理和再處理)，以滿足不同區域空氣溫度和濕度的調節要求，空調區域的溫度控制通常采取調節送風溫度來實現。區域需按不同的服務功能和《郵輪空調系統檢驗指南》(2017)的要求設置風壓的中、低壓區和負壓區。所應用的空調種類、通風方式是多樣性，需根據空調區域劃分，按區域服務功能不同、舒適度(Cx)等級要求進行空調通風及其系統的配置，其原則主要為：系統配置選取合理、運行節能、方便控制監測和維護為準則。

1.1.3 空調系統的選擇

與常規船舶相比，豪華客滾船空調艙室的溫度控制通常采用調整送風溫度來實現。舒適度等級達到C4、C5級的艙室，建議配置高/低溫送風管(雙風管[2])，通過調節高/低溫風量配比以達到所需的艙室溫度和濕度(見圖2)，C3級的艙室可采用低溫單風管送風+末端輔熱(布風器)的方式進行溫度調節；公共區域常采用在送向不同分區的經預處理(低溫)的管路上設置再熱器進行處理，調整不同分區所需的送風溫度，均衡因分區熱負荷不勻時的艙內溫度。

圖2 高/低溫送風管形式

空調采用冷水機組+間接空調器/風機盤管形式向全船空調區域供冷/暖。供暖采用鍋爐蒸汽加熱冷媒水。全船空調制冷負荷約為4 300 kW，設2臺冷水機組，總制冷量2×2 590 kW，每臺機組為60%的全船負荷。設蒸汽加熱冷媒水熱交換器，預加熱為2×350 kW，再加熱為2×400 kW，總制熱量1 500 kW。各區域配置空調通風系統如下：①旅客和高級船員住艙——全新風定風量雙風管系統(中壓中速)；②普通船員住艙——全新風定風量單風管系統(中壓中速)；③公共區域——全新風定風量單風管系統(低速低壓)；④廚房——全新風單風管系統(低壓低速，雙速風機)；⑤梯道——50%新風定風量單風管系統。

1.2 空調系統計算

空調系統的熱負荷計算方法與常規船舶大體相同，但需按《郵輪空調系統檢驗指南》的要求，根據不同區域休閑體驗設計指數CEDI(Cx)的溫濕度要求分區域或住艙進行計算，為了便于核算和能量分配，計算書需根據空調服務區域分組單獨列出相應數據,具體的計算方法參考《郵輪空調系統檢驗指南》。

1.3 空調裝置

為滿足各區域通風空調需要，本船中央空調按各主豎區單獨配置，并根據區域及功能分為5種形式。

1)AC形式(A/C for cabin)。AC形式獨立服務于旅客住艙、船員住艙及官員住艙，采用間接空調器向各住艙送風(高速)，100%新風，空調器設有調節送風溫度的設定功能，以滿足不同季節的要求。同時根據送風溫度變化調節冷媒水的流量(三通閥)從而進行能量調節。

2)AP形式(A/C for public space)。AP形式獨立服務于公共服務區域，采用間接空調器向各區域送風(低速)，單風管，100%新風，空調器設有調節送風溫度的設定功能，以滿足不同季節的要求。同時根據所在服務區域的溫度傳感器信號調節冷媒水的流量(三通閥)從而進行能量調節。

3)AT形式(A/C for stair system)。AT形式獨立服務于梯間(所有)，采用間接空調器向各區域送風(低速)，單風管，50%新風，空調器設有調節送風溫度的設定功能，以滿足不同季節的要求。同時根據回風溫度傳感器信號調節冷媒水的流量(三通閥)從而進行能量調節。

4)AG形式(A/C for galley)。AG形式獨立服務于船員廚房和旅客廚房，采用間接空調器向各區域送風(低速)，單風管，100%新風，空調器設有調節送風溫度的設定功能，以滿足不同季節的要求。

5)AS形式(A/C for other)。AS形式獨立服務于各服務區域，并設有獨立的通風(送風/抽風機)。

1.4 空調系統管路

空調系統管路分為風管布置和冷/熱媒水循環管路兩大部分。

1.4.1 空調風管

空調風管的設計應考慮風速對噪聲帶來的影響，根據區域的風量分配及風速要求合理選擇風管規格，風速控制建議遵循以下原則：送風管路(螺旋風管10～12 m/s，矩形風管8～10 m/s)，排風管一般均控制在5～6 m/s。

空調風管按不同區域采用2種創新性的布風管路。

1)雨降天花形式，在公共區域，采用雨降天花的送風/排風方式，降低送/排風的空氣流速同時可改善艙內溫度均勻度和噪聲，提高舒適度。

2)平衡分配管形式。如圖3所示，為旅客住艙風管模擬流速云圖，兩路送風管將空調風從多點送入平衡分配管，再從平衡分配管分接至各艙的布風器。通過CFD模擬計算[3]，圖中分配管中存在風速接近為零的平衡管段，平衡管段則在管內風壓的作用下，自動左右調整平衡位置，從而均衡分配各艙室的風量，亦可有效改善送風管路的末端效應；平衡分配管可降低送風速度，使氣流平穩，有效降低通風噪聲[4];配置平衡分配管可減少送風管路中調節風門的設置，提高空調通風系統調試的效率。

圖3 住艙風管布置及流速云圖

此外，在布置空調風管時，應充分利用船體結構空間進行(見圖4)，盡量避免空調風管與其他系統管路和電纜的干涉，亦利于模塊化設計居住艙室的批量安裝及施工，有效縮短施工周期。

圖4 住艙區域的風管布置示意

1.4.2 空調水管

根據所配置的空調系統，本船空調水管系統配置了預處理(低溫)和再處理(再熱)2個獨立的水循環管系。

預處理設備(包括冷水機組、預熱裝置和循環水泵)、再處理設備(再熱器和循環水泵)和系統配置需冗余設置，并分別安裝于不同的防火區域內。各主豎區的供給水管路上應設置隔離閥進行控制，在船舶發生事故后隔離相應主豎區的供水，保證其他主豎區的空調運行不受影響，以滿足安全返港[5]的要求。

同時，艙室溫度需要保持10～30 ℃要求，僅預處理(低溫)水循環管系所提供的低溫風管就可滿足，因此，僅需在預處理(低溫)水循環管系提供不同主豎區的管路設置隔離閥。

1.5 系統的控制及管理

設置監測和數據收集系統(SCADA)對全船空調系統的監控、安全運行和節能至關重要，本船監測信號和控制接至機艙集控室和駕駛室服務計算機，利用可編程邏輯控制(PLC)，需要監控的設備為：空調器、風機盤管、通風機、電控風閘(防火/防煙風閘、隔離風閘)、冷水機組、冷媒水泵、再處理水泵、冷卻水泵、機組運行時間，以及制冷劑泄漏等，同時可調整各類傳感器及系統的報警值，如溫/濕度、壓力值等。

空調系統的監測和數據收集系統的信號應延伸至全船內部監測報警系統(IAS)，服務計算機需配置備用電源(UPS)，提高系統運行的穩定性和可靠性。

2 安全返港

根據船級社規范要求，對于120 m及以上載重線船長，或者設有3個及以上主豎區的客滾船或郵輪，應滿足《SOLAS公約》有關客船“安全返港”和“有序撤離和棄船”的相應要求。

根據IMO MSC.1/Circ.1369通函要求，對空調系統的具體要求為：①艙內溫度：在安全區域，應保持10～30 ℃；②通風需求，在安全區域，應保證每人不少于4.5 m3/h的通風。

因此，在設計時，要從低溫風管預處理循環水的供給、通風管路及防火措施等因素考慮，保證在安全區域內暖通空調系統運行的穩定性和可靠性。

3 煙氣管理系統

根據IMO MSC.1/Circ.1514通函[5]煙氣管理系統評估的性能標準、功能要求和系統要求，在船舶的安全脫險通道和穹頂容易積聚煙氣的處所需配置煙氣管理系統。煙氣管理系統包括所有可單獨或組合使用的處理煙氣移動通道，防止煙氣侵入脫險通道。

目標船某主豎區梯間(安全通道)的空調系統示意于圖5。

圖5 某主豎區梯間(安全通道)的空調系統煙氣管理示意

一般來說梯間的空調不需進行舒適度的考核，為了節約能量，采用回風形式的通風系統。在進行煙氣管理操作時，只需關閉防煙風閘即可進行正常空調通風和煙氣管理排煙通風的轉換。

4 結論

1)合理的利用結構空間布置通風管路，減少各系統管路的相互干涉，有利于采用模塊化設計和安裝的住艙安裝，可大大縮短船舶的建造周期。

2)艙室采用雙風管(高/低溫)的通風系統，可通過調節高低溫風量的混合比例，靈活調整艙室溫/濕度，調節性能好，適用于豪華船舶。

3)艙室風管設置平衡分配管，可降低送風速度，使氣流平穩，有效降低通風噪聲，同時可減少送風管路中調節風門的設置，提高空調通風系統調試的效率。

目前，阿爾及利亞客滾船已通過海上試驗的各項調試工作，空調系統的設計、制造和安裝均超越了設計要求，同時有效縮短了船舶的建造周期，為該船順利交船提供了保障，得到船東、船級社和船廠的好評和首肯。