綜合科考船居住艙室IDAC空調系統設計

安毓輝，陳福全

(1.中國船舶集團公司 第708研究所，上海 200011；2.江南造船(集團)有限責任公司，上海 201913)

此前，智能化分散式空調系統(intelligent decentralized air conditioning system， IDAC)多用于國內豪華郵船，在海洋綜合科考船上尚屬首次應用。該空調系統在綜合科考船上的應用存在諸多關鍵設計技術和施工工藝上的難點，為此，根據實船設計經驗,提出船用IDAC系統的解決辦法和優化設計建議。

1 IDAC設備及系統原理

1.1 某船IDAC系統基本情況

某海洋綜合科考船(以下簡稱本船)的居住區域中央空調系統設計從個人住艙的舒適性、私密性、低噪音和節能性等多方面考慮，采用了IDAC系統。與豪華郵船相比，綜合科考船空間小，設備布置空間不足，因此對系統的設計、施工和布置有更高的要求。

IDAC是一種智能化全自動控制溫度和舒適度的空調系統,系統由新風空調器、IDAC風機盤管、房間布風器、消音器及送風和回風風管系統等組成。 每個住艙由獨立的溫度控制面板來控制和調節房間的溫度。本船上采用1個住艙對應1個IDAC風機盤管，設備體積較小，裝在衛生單元的三角維修區域，便于安裝和接管，不占用其他空間。IDAC風機盤管僅風機耗能，電功率很小，約160 W。IDAC風機盤管的出口噪聲約55 dBA,進口噪聲值約50 dBA，環境噪聲約46 dBA，一般通過送風管和回風管的消音器，影響到房間的噪聲會進一步降低。

系統采用100%新風，送入每個艙室的新風量和艙室浴廁的排風量一致，滿足ISO7547對于個人新風的要求，系統排風由廁所排風系統完成。在部分公共艙室比較多的甲板采用轉輪熱回收裝置的空調器，MLC2006及CCS規定，廁所排風不能被用于能量回收，因此僅公共場所的排風通過轉輪熱回收裝置和外界新風進行熱量交換，達到節能目的。空調器中處理好的新風通過風管送至IDAC末端設備，和住艙回風混合處理后送入對應住艙消除房間熱負荷，達到房間溫度的控制。住艙的送風末端采用布風器，可通過用戶溫控面板調節房間溫度，系統自動調節達到房間溫度控制的目的。 考慮到房間噪聲控制，在房間送風管和回風管上都加了消音器。IDAC系統組成及布置見圖1。

圖1 IDAC系統示意組成及布置

1.2 IDAC設備及控制原理

IDAC系統的主要設備是獨立風機盤管，風機盤管主要由冷媒水盤管、水量平衡閥、風機、自控元件、電加熱器及一些管路接口組成，見圖2、3。

圖2 IDAC風機盤管結構示意

圖3 本船采用的IDAC風機盤管

IDAC風機盤管采用PLC控制，并通過房間的溫度控制面板來實現房間的氣候控制，主要有兩種控制模式，加熱控制和制冷控制分別對應冬季工況和夏季工況。在冬季工況下，外部新風會在新風空調器中預加熱，然后送至IDAC風機盤管中和住艙回風混合后通過風機盤管中的電加熱模塊加熱。在夏季工況下，外部新風會在新風空調器中冷卻，然后送至IDAC風機盤管中和房間回風混合后通過風機盤管中的冷媒水盤管冷卻帶走房間顯熱。無論冬季和夏季，乘客可以根據個人舒適度的體驗通過房間的溫度控制面板來相應調節溫度范圍，達到每個房間個性化調節的目的。

1.3 IDAC系統的特點

采用IDAC的中央空調系統特點如下。

1)整個系統采用中央空調全新風供給IDAC末端，居住艙室為房間回風，沒有接外部的回風管和回風格柵，居住艙室的空調系統相對獨立，可采用A級防火隔音門，房間溫度獨立調節，安全性和私密性好。

2)系統送風管和排風管少且管徑較小，便于低層高船舶的風管布置。

3)IDAC末端設備尺寸較小，便于安裝和維修。

4)IDAC末端設備的進出口噪聲較低，再配合送風和回風管安裝消音器，足以營造安靜的住艙環境。

5)IDAC末端設備采用房間回風，有效利用了回風的能量，達到系統節能的目的。

2 IDAC系統設計要點

2.1 設備布置

本船IDAC風機盤管，外形尺寸約長330 mm，寬220 mm，高1 000 mm。不同供貨廠家尺寸略有差別。總體來說，IDAC風機盤管尺寸較小，安裝所占空間比較小，可以充分利用艙室剩余空間進行安裝。安裝位置的選擇需考慮接管方便和設備維修的空間需求。

本船由于布置空間緊張(見圖4)，在設計初期經多方協調，采用居住艙室的衛生單元的后部維修空間作為IDAC風機盤管的布置空間(見圖5)，并盡量和衛生單元預安裝在一起，便于船廠的現場安裝, 見圖6。

圖4 典型科考人員房間的布置

圖5 典型衛生單元及IDAC布置立面

圖6 本船IDAC風機盤管和衛生單元預裝

本船的艙室面積較小，且要求滿足規范要求的艙室最小面積要求，所以需要在滿足艙室最小面積要求的基礎上兼顧IDAC的安裝和維修的便利性(見圖7)，對船舶的設計建造也提出了較高的要求。在本船的設計階段和船廠生產放樣過程中，發現利用居住艙室的衛生單元維修區域安裝IDAC風機盤管存在一些問題:①接管空間小，維修安裝不方便；②泄水管需設置好水封防止異味影響空調系統。因此,今后的設計中，如果船舶布置空間有余量，可采用豪華郵船的布置方式。豪華郵船由于相對布置空間較大，很多設計是利用門后的一塊區域來布置IDAC風機盤管，這樣維修和安裝都比較方便，不占房間的有效面積。

圖7 客船住艙IDAC風機盤管的布置示意

2.2 設備接管

IDAC風機盤管的設備接管主要包括水系統接管和風系統接管，水系統接管包括冷媒水進出口管和泄水管，冷媒水管的接口，從設備側面接入，管路的進出口包括截止閥和自動排氣閥,見圖8。泄水管從底部接出，為防止衛生單元泄水口的異味影響，泄水管需采用水封，見圖9。

圖8 IDAC風機盤管水系統接管原理

圖9 泄水管管水封連接

風系統的風管接口主要有新風管、送風管和回風管。 其中新風管和送風管從風機盤管頂部接出，回風管從底部接入。需要注意的是IDAC風機盤管是定新風系統，新風管接自中央空調系統的新風空調器，新風管在進入IDAC風機盤管前需安裝定風量閥，居住艙室的送風管從IDAC風機盤管頂部接出至房間布風器，在送風管路上需接消音器，均需考慮留有安裝空間。回風管的安裝是最大的問題，由于回風口噪音較大，需在回風管段加消音器，由于IDAC風機盤管裝在衛生單元后部維修空間的原因，又受到馬桶污水管的布置影響，因此本船采用特制的回風管消音器，消音器中間留孔穿污水管，同時不影響消音器的布置,回風管經消音器后和預制在衛生單元底部的回風管連接，通過衛生單元的下部格柵進行房間回風,見圖10。

圖10 本船典型住艙IDAC風管接管布置立面

2.3 系統噪聲

IDAC系統的特點是低噪聲，IDAC風機盤管的進出口噪聲比較低(見表1)，但是對于噪聲要求比較高的艙室，如本船的居住艙室要求達到CCS舒適度等級2以上，艙室內環境噪聲要求是47 dB(A),還需在系統上采取一定的降噪措施。

表1 IDAC風機盤管設備實測噪聲值

由表1可見：IDAC風機盤管在實際使用時如果不采用任何措施，進出口的噪聲會通過管路傳遞到房間內，各點噪聲的疊加會使房間的噪聲值超標。因此本船根據系統噪聲計算，在IDAC風機盤管的送風管和回風管上都加裝了消音器，并在試航時進行了艙室噪聲的測量，實船測試結果表明設計，達到了CCS舒適度2級的要求。

3 IDAC系統施工安裝注意點

1)IDAC風機盤管產品普遍存在的問題是上部新風管接口和送風管接口間距較小，由于接管都是預絕熱螺旋管，管子外徑尺寸要大于實際的接口尺寸；且新風管還需裝定風量閥，因此實際安裝會有困難，由于新風量較小，建議新風管可以采用末端變徑方法連接，確保送風管能順利接出。此外，由于新風已經過新風空調器處理，還可以采用直接將新風管接入送風管，而不經過風機盤管的接管方法。

2)盡量采用獨立空間安裝，如確實需安裝在衛生單元維修區，所有空氣接口處必須密封好，防止廁所異味傳入系統。泄水管可接入衛生單元污水管或接至維修區的泄水口上方，但必須帶水封，防止異味進入風機盤管。

3)回風口需接消音器，考慮消音器的高度及避開污水管，一般可定制消音器，中間預留穿污水管的孔。

4)IDAC風機盤管側面有有很多網線和電纜接口，有些沒有用到的接口是空的，這就造成了殼體存在漏風點，考慮到封堵材料的防火要求，需采用合格的不燃材料封堵接口，避免產生漏風。

4 結論與建議

本船是IDAC空調系統在綜合科考船上的首次應用，現已順利交船，在設計和建造過程中總結了不少經驗教訓，實船在試航時使用情況良好，艙室噪聲均滿足設計要求，房間溫濕度控制很好。但利用衛生單元維修空間安裝的布置方式，在船廠現場施工時帶來了不少施工和安裝上的不便，因此建議后續設計應采用客船的布置方式，盡早規劃好IDAC風機盤管的布置安裝的空間。而且，目前由于新冠疫情肆虐，采用IDAC空調系統能使每個住艙形成1個獨立的小空調系統，相對可以減少空氣流動造成的交叉污染，從防疫的角度來說是有利的。因此在未來船舶空調系統的設計中應盡可能采用IDAC空調系統。