某350客位客船空調(diào)系統(tǒng)設計

葉志勇

（珠海太陽鳥游艇制造有限公司，珠海 519055）

1 前言

空調(diào)是船舶的重要生活設備之一，尤其對于客船，艙室溫度是客船舒適度的重要指標。客船由于人員比較密集，對室內(nèi)溫度和濕度參數(shù)均有較高要求，因此船舶空調(diào)系統(tǒng)是客船不可缺少的重要設備。

本文通過主機的模塊化設計和兩套獨立的主板控制，不僅可以根據(jù)室外溫度來增加或減少主機運行數(shù)量，而且防止了因為設備單個故障而造成整個船舶空調(diào)的失效。另外，在人員密集的經(jīng)濟艙和商務艙配備新風機盤管，改善了艙室的空氣質(zhì)量，提高了舒適性。

2 船舶概況

本船為無限航區(qū)，定員為船員12人、旅客350人，其中上甲板135人、主甲板210人、上甲板貴賓室5人。按照中國船級社《海上高速船入級與建造規(guī)范》建造，并且滿足以下環(huán)境條件：

夏季室外環(huán)境：溫度35 ℃ , 相對濕度70%；

夏季海水： 溫度≤ 32 ℃；

夏季機艙空氣：溫度≤ 50 ℃；

夏季艙內(nèi)室 ：溫度24 ℃、 相對濕度50% 、15%新風量。

3 空調(diào)系統(tǒng)組成及技術特征

3.1 系統(tǒng)組成

本船空調(diào)系統(tǒng)設備，主要由：空調(diào)主機（模塊式冷水機組，配備一臺備用壓縮單元）；風機盤管；控制系統(tǒng)和管路系統(tǒng)四大部分組成。其中，艙底甲板由模塊式冷水機組與海水進行熱交換，對循環(huán)水進行冷卻，機組制冷時可輸出7 ℃～12 ℃的冷源，輸送至空調(diào)使用區(qū)域；通過風機盤管，對區(qū)域內(nèi)空氣進行回風混合制冷；冷凝器采用鈦合金管；水泵為船舶專用防腐水泵，所有水泵控制均配套電控箱實現(xiàn)聯(lián)動控制；使用R410a環(huán)保制冷劑。

3.2 冷水機組組成及工作原理

冷水機組采用JTLS-144型船用輕型冷水機組，主要由：全封閉渦旋式壓縮機（帶減震器）、減震軟管、套管式換熱器、板式換熱器、雙向膨脹閥、壓力開關、水流量控制器、溫度傳感器、放空氣閥、放水閥、承水盤、框架底座、管系及電氣控制箱等部件組成。其中：氟利昂管系和冷媒循環(huán)淡水管系采用紫銅管；冷卻水管系采用PVC管；承水盤采用鋁合金；框架采用槽鋼；所有零部件共同安裝于一個公共底座上。

冷水機組由五大部件組成：壓縮機；四通換向閥；套管式換熱器；板式換熱器及雙向膨脹閥。

制冷運行時，壓縮機將高溫、高壓的制冷劑氣體經(jīng)過四通換向閥排入套管式換熱器中，并與套管式換熱器內(nèi)管中強迫流動的冷卻水進行熱交換，放出熱量；高壓的制冷劑液體，經(jīng)過膨脹閥其溫度和壓力驟降后變成濕蒸氣進入板式換熱器，吸收經(jīng)過板式換熱器中循環(huán)淡水的熱量，使循環(huán)淡水溫度降低；再經(jīng)冷媒循環(huán)水泵送至間接式空調(diào)器或風機盤管對艙室內(nèi)循環(huán)空氣進行冷卻，使艙室溫度降低；同時制冷劑本身因吸熱由液體汽化成低溫低壓的制冷劑蒸氣，經(jīng)四通換向閥被壓縮機吸入，再次壓縮成高溫、高壓的氣體后，經(jīng)四通換向閥排入冷凝器中，從而完成一個制冷循環(huán)，利用這種周而復始的循環(huán)來達到制冷的目的。

制熱運行時，壓縮機將高溫、高壓的制冷劑氣體經(jīng)過四通換向閥排入板式換熱器中，并與板式換熱器中強迫流動的循環(huán)淡水進行熱交換，使循環(huán)淡水溫度升高，溫度升高的循環(huán)淡水被送至間接式空調(diào)器或風機盤管中對艙室內(nèi)循環(huán)空氣進行加熱，從而使艙室溫度升高；高壓的制冷劑液體流經(jīng)雙向膨脹閥時節(jié)流降壓，壓力和溫度驟降后的制冷劑濕蒸氣進入套管式換熱器，吸收經(jīng)過套管式換熱器內(nèi)管中冷卻水的熱量，同時制冷劑本身因吸熱由液體汽化成低溫低壓的制冷劑蒸氣，然后經(jīng)四通換向閥被壓縮機吸入，再次壓縮成高溫、高壓的氣體后經(jīng)過四通換向閥排入板式換熱器中，從而完成一個制熱循環(huán)，利用這種周而復始的循環(huán)來達到制熱的目的。

冷水機組工作原理圖，如圖1所示。

圖1 冷水機組工作原理圖

3.3 風機盤管

由26臺風機盤管組成（見圖2、圖3），對各個不同的空間進行溫度調(diào)節(jié)，要求風機盤管易安裝、穩(wěn)定性好、冷凝水不易泄漏。

圖2 上甲板風機盤管布置圖

圖3 主甲板風機盤管布置圖

天花式四出風風機盤管，采用雙排水泵接水盤,通過水泵快速的排出風機盤管的冷凝水，防止冷凝水積聚造成天花漏水；

暗裝臥式側出風風機盤管，采用雙層接水盤超輕、超薄、防漏水設計；為了便于排水（冷凝水），進出冷媒水/冷凝水設計為左出型和右出型。

駕駛室配溫控面板，具有探測室內(nèi)溫度功能，可以調(diào)節(jié)盤管風速。機組制冷時，風機初始為自動風，按風速鍵可設定風速高、中、低運行；其余風機盤管控制為四檔轉換開關調(diào)節(jié)風速，分為停止、高速、中速及低速。

3.4 控制系統(tǒng)

空調(diào)主機（模塊式冷水機組），采用駕駛臺和空調(diào)艙內(nèi)機旁雙控制系統(tǒng)，且設計為兩套主板控制系統(tǒng)。每套控制系統(tǒng)均可控制機組6個模塊及冷媒水泵、冷卻水泵，兩套控制系統(tǒng)本地共用一個屏，遠程共用一個屏。

（1）機組的停機/啟動控制

系統(tǒng)自動啟停機設有嚴格的邏輯，避免了全部主機同時啟動或者關閉；

艙內(nèi)溫度達到設置值時，壓縮機按照設定的邏輯時間間隔逐臺關閉；

根據(jù)運行時間判斷，運行時間長的模塊為備用。

（2）水泵的自動啟動功能

當機組開機指令后，系統(tǒng)會自動先啟動海水泵及冷媒水泵，然后檢測冷卻水、冷媒水后延時自動啟動機組；當檢測到水泵故障時， 備用冷卻水泵或循環(huán)水泵自動轉換。

（3）本地控制箱的報警及顯示

本地采用觸摸屏顯示運行狀態(tài)及報警，控制箱有電源指示燈及蜂鳴器；

控制箱上有冷媒水水溫、壓縮機故障類別、壓縮機運行時間顯示；

遙控狀態(tài)時本地觸摸屏斷電不顯示，本地狀態(tài)時遙控觸摸屏斷電不顯示。

控制箱觸摸屏上，有海水泵和冷媒水泵運行指示、故障報警、海水和冷媒水缺水報警。

（4）駕駛室遙控

與本地控制一致。

3.5 保護功能

（1）壓縮機高壓、低壓、過載、缺相、欠電壓保護；

（2）循環(huán)水低溫、高溫保護；

（3）海水泵、循環(huán)水泵缺水、過載、欠電壓保護；

（4）按冷媒水回水溫度控制機組的卸載；

（5）壓縮機與水泵連鎖；

（6）控制箱同時具有冷媒水水溫、故障、壓縮機運行時間顯示功能；

（7）所有報警設計為排除故障后手動恢復。

3.6 報警系統(tǒng)

綜合報警：設計AMS接入端口（485信號）；

壓縮機啟動/停止指示，壓縮機故障保護報警；

海水泵和循環(huán)水泵啟動/停止指示。

3.7 管路系統(tǒng)

船的冷卻水采用的是高腐蝕性的海水,且海水泥沙含量比較高，所以一般冷卻水管采用耐腐蝕比較好的材質(zhì)；管徑大小按照管內(nèi)水流速度1.5～2.5 m/s設計，在冷卻水管路系統(tǒng)相接時必須采用軟接頭，減少管路振動；冷卻水泵必須安裝在低于船舶水線的位置，冷卻水過濾器必須安裝在海底閥門和冷卻水泵之間，將吸入冷卻水中的雜質(zhì)過濾出來，以免損壞冷卻水泵或者堵塞管道。

循環(huán)水泵應安裝在管路的最低點（或盡可能低），系統(tǒng)排水口應安裝在管系（管道）的最低點，以便日常維護；循環(huán)水泵應靠近冷水機組，循環(huán)水由水泵送入冷水機組，然后再流經(jīng)管路，這樣可以避免機組缺水；冷水機組在與冷卻水管路系統(tǒng)相接時，套管式換熱器冷卻水進出口管路上必須各接一只耐冷卻水腐蝕的截止閥，截止閥前接清洗接口；接入的冷卻水管系必須固定在艦船艙壁上或另附支架，不準依附在套管式換熱器接管上；冷卻水泵必須安裝在低于水線的位置，冷卻水過濾器必須安裝在海底閥門和冷卻水泵之間，將吸入冷卻水中的雜質(zhì)過濾出來，以免損壞冷卻水泵或者堵塞管道；排氣閥和膨脹水箱，應在可能產(chǎn)生氣堵的位置（或管系最高點）安裝自動排氣閥和手動排氣閥，排氣閥出口通過軟管連接到附近的風機盤管冷凝水盤；膨脹水箱可以安裝在主機附近位置，但應支撐牢固防止將應力施加于水管上；膨脹水箱處可以安裝一個閥件以便日后維修，但閥柄應移走以防止誤操作而使膨脹水箱與循環(huán)水主管路隔離。

安裝疏水管應選擇相配的管徑與設備承水盤的凝水接頭相接，并引至甲板泄水孔；凝水出水管必須具有坡勢，不準爬高，外包12 mm厚PVC/NBR橡塑保溫材料防止凝露；所有疏水管，應設計為低于設備（風機盤管、冷水機組）的排水口，以便于冷凝水自動排出。。

風機盤管由于一般情況下船頭高于船尾，為了便于臥式暗裝風機盤管自動排水，設計時臥式暗裝風機盤管的排水口一定要向船尾方向，臥式暗裝風機盤管由于對稱安裝，接水盤應該設計為左/右排水兩種規(guī)格。

4 結束語

本船空調(diào)系統(tǒng)不僅在重量、體積、外觀以及安裝方式等方面具有較大優(yōu)勢，而且空調(diào)主機采用模塊式設計和兩套獨立的主板控制，可根據(jù)不同季節(jié)或實際需要來選擇模塊單元的啟動數(shù)量。當多模塊機組中的某個單元出現(xiàn)故障時，不會影響整套空調(diào)的正常運行，使空調(diào)系統(tǒng)具有較好的節(jié)能和安全冗余，保證了空調(diào)系統(tǒng)工作的可靠性，提高了客艙的舒適性。