38 000 t化學品船空調系統設計

于佳敏

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引言

船舶空調系統是船舶最重要的系統之一，是設備正常運行的保障，能夠有效改善船員的生活和工作環境。化學品船空調系統的布置往往會占據較多船內空間，為在滿足通風要求的同時，使空調系統布局更加緊湊，本文以某38 000 t雙相不銹鋼化學品船為例，對其空調系統的設計進行詳細介紹，并結合相關規范分析不同空調系統間的差異。

1 中央空調系統

38 000 t雙相不銹鋼化學品船入籍挪威船級社（Det Norske Veritas，DNV），掛開曼群島的方便旗，定員45人。中央空調的服務區域包括整個上層建筑和機艙集控室，中央空調系統的設計參數見表1。

表1 中央空調系統的設計參數

中央空調為間接制冷系統，主要由空調冷水機組、間接式空調器、風機盤管和獨立柜機組成。空調系統使用R-407C制冷劑和10%乙二醇冷媒水。空調系統僅用于夏天制冷，系統主要配置如下：

1）品牌為Novenco。

2）2臺空調冷水機組（一用一備），單臺制冷量為570 kW。

3）1個150 L封閉式膨脹水箱。

4）2臺冷媒水泵（一用一備），流量為84 m/h。

5）3臺風機盤管，分別服務于貨控室、檢驗員辦公室和實驗室，其中實驗室的風機盤管為防爆型。

6）3臺空調器，分別服務于上層建筑、廚房和機艙工作間。

7）冷媒水進口溫度為6 ℃，出口溫度為12 ℃。空調冷媒水管系原理圖見圖1。

圖1 空調冷媒水管系原理圖

冷水機組、膨脹水箱和冷媒水泵均布置于主甲板的氮氣發生器室，而上層建筑和廚房的空調器布置于上層建筑第三起居甲板的空調機室，氮氣發生器室和空調機室之間的高差約為15 m，這意味著制冷管路需要貫穿將近整個上層建筑區域。由于冷媒水采用無縫鋼管，其尺寸相對于氟利昂使用的銅管要大很多。此外，該船的上層建筑空間十分吃緊，故空調系統實際布置難度較大。

上層建筑的空調系統具有一次回風、定風量、中壓單管送風的特點，回風比約為40%。送風機配有變頻器，并與空調器出風口處的壓力傳感器進行聯鎖。采用電加熱布風器作為送風末端，船員可根據自身需求對溫度進行適當調節。考慮到空間大小和視線因素，在駕駛室內僅能布置向上貫穿的回風管而無法布置空調送風管。為解決此問題，將空調送風管布置于駕駛室下方高度為1 500 mm的隔層中，并在駕駛室內布置落地式布風器，進而形成下送上回的氣流循環。本船的集控室被定義為控制站，中央空調系統引出一路送風管連通集控室，風量為910 m/h，該送風管與全回風柜機搭配用以維持環境溫度，為船員提供更加舒適的工作環境。此外，駕駛室還配置了獨立的玻璃除霜送風系統，獨立風機、電加熱器及送風分配箱均布置在駕駛室頂部的桅屋內，可通過互鎖的2個關閉風閘在全新風/全回風模式之間進行切換。根據國際海上人命安全公約（，SOLAS）公約，廚房配置單獨的空調送風機和機械抽風機。

根據Delta Marin提供的初步設計方案，上層建筑內的部分空調送風管、回風管和機械抽風管均布置于風道內，空調送風管采用多根預絕緣螺旋風管，占據空間相對較多。此外，風道內還布置有冷水管、熱水管、淡水管和電纜。在生產設計的協調過程中證明無法實現該方案。修改方案重新調整了空調回風管的位置，采用結構風管代替原有的方形風管，將風道內的一檔肋位的空間用于布置管系及電纜，同時適當調整了某些緊鄰回風結構的艙室的布置，如烘衣間和配餐間等，修改方案已獲得船東的認可。

修改方案空調機室的布置情況見圖 2，可看出空調機室內不僅布置了2臺空調器及其控制箱，還布置了3臺抽風機、風管、電纜及管系等，布局相當緊湊。

圖2 修改方案空調機室的布置情況

修改方案第二起居甲板的布置情況見圖 3，相對原方案，修改方案適當縮小了烘衣室的面積，為結構風管省出了必要的空間。

圖3 修改方案第二起居甲板的布置情況

船東提出將上層建筑內所有管系均要布置在風道內的要求，但是風道內的布置已經滿滿當當，需再次對方案進行修改。2次修改方案移除上層建筑空調器出風口的螺旋風管并額外布置1個送風靜壓箱；第二起居甲板、第三起居甲板、設備室及駕駛室的空調送風依舊保留原螺旋風管，并將其連接至送風靜壓箱；使用 1根方形風管替換風道內的 13根螺旋風管，并將其連接至送風靜壓箱。通過調整，2次修改方案為上層建筑管系的布置騰出了寶貴的空間。2次修改方案空調機室的布置情況見圖4。

圖4 2次修改方案空調機室的布置情況

2 風機盤管

本船在緊鄰上層建筑前壁的位置布置了2層甲板室，下層為檢驗員辦公室和實驗室，上層為貨控室。在最初設計方案中，這3個艙室均由中央空調送風。但依據DNV相關規范，這3個艙室被定義為貨艙區域，要求空調通風系統必須與上層建筑分開。為滿足要求，修改方案在每個艙室內分別布置1臺風機盤管。此外，修改方案分別在貨控室和檢驗員辦公室布置1臺新風風機用來供給必要的新風。

貨控室和檢驗員辦公室的風機盤管采用落地式固定形式，實驗室的防爆風機盤管采取底部基座螺栓固定形式。冷媒水管路布置于里子板與鋼圍壁之間，減少裸露的部分。在風機盤管側面的冷媒水進出及凝水接口處布置裝飾柜，用于隱藏管系及閥件，在考慮美觀的同時也為船員的操作及檢修提供方便。

本船的貨控室寬度較寬，風機盤管布置在艙室右舷，在實際調試及使用過程中發現，艙室左舷的制冷效果較差。為解決此問題，修改方案在貨控室左舷增加1臺風機盤管，見圖5。

圖5 修改方案風機盤管布置情況

3 柜式空調

Delta Marin提供的初步設計方案中僅在集控室布置了1臺100%回風柜式空調，冷量為26.7 kW，電加熱功率為18 kW，風量為4 900 m/h，出風口布置在集控室天花板上并與風管相連接，共設置 5個出風口以使風的分布更加均勻。

泡沫間原通風布置由機械抽風和自然進風組成，風量為2 550 m/h。在后續調試過程中發現此房間的溫度已超過45 ℃的要求。檢查發現泡沫間內布置了較多大散熱設備、蒸汽管路和熱水管路，而且在前期的通風計算過程中并未考慮大部分散熱量。此外，還有一些本來應該布置在其他房間的設備也布置在泡沫間，這些設備產生了額外的散熱量。由于上述因素，泡沫間風機風量無法達到要求，進而導致房間過熱。計算發現，單純增加機械通風已無法滿足散熱和空間布置的要求，修改方案中采取增設柜式空調的方式解決此問題（見圖6）。柜式空調的型號為 NovPac-R35，制冷量為 33.4 kW，風量為6 600 m/h。

圖6 修改方案風機盤管布置情況

4 中央空調系統全回風模式

根據相關要求，上層建筑的空調通風系統需要具備100%回風模式，結合現有設備及風管布置條件，進行如下布置：1）上層建筑區域布置1臺主空調器和1臺廚房空調器；2）在梯道頂層甲板布置新風進口，同時安裝危險氣體探頭；3）上層建筑區域共布置9臺抽風機，分別為廚房抽風機、廁所抽風機、休閑甲板抽風機、艉樓甲板抽風機、洗衣室抽風機、配餐間抽風機、吸煙室抽風機、病室抽風機和空調機室抽風機。

在空調新風進口監測到危險氣體后，上層建筑的空調通風系統需要切換至全回風模式。在此模式下，艙室的溫度和相對濕度需通過手動操作進行調節，主要包括如下步驟：1）關閉上層建筑的所有進風口和出風口；2）關閉上層建筑所有抽風機，包括廁所及病房的抽風機；3）調節主空調器送風風機的變頻器，以大約 50%的風量運行；4）關閉主空調器的新風進口風閘，并將回風口風閘開度調至最大；5）對于原本配置有空調送風和自然排風的設備室、配備有機械抽風的餐廳和休息室等，需要打開預先布置的回風管上的風閘；6）對于無法回風的艙室，需要關閉送風管上的風閘；7）關閉廚房的送風系統和抽風系統；8）可開啟駕駛室的玻璃除霜系統，但必須在全回風模式下運行。

5 結論

船舶空調系統可有效改善船員的生活和工作環境，是船舶最重要的系統之一。本文以某38 000 t雙相不銹鋼化學品船為例，對其空調系統的設計進行詳細介紹，并結合相關規范分析不同空調系統間的差異。通過分析和調整，空調系統修改方案的布局更為緊湊，節省了寶貴的船內空間。研究成果可為化學品船空調系統的設計提供一定參考。