船舶中央空調系統形式分析與對比

摘" " 要：由于船舶種類繁多，目前存在多種中央空調系統形式，需兼顧船上人員居住環境以及建造成本，選擇合適的系統形式。本文主要從初始投入建造成本、節能效果和艙室環境參數等方面對幾種典型的船舶中央空調系統形式進行分析與對比，可給新造船時進行空調系統形式選擇和設計提供參考與幫助。

關鍵詞：空調系統；成本；節能；降噪

中圖分類號：U664.5+1 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Analysis and Comparison of Ship Central Air Conditioning System

SUN Renzhong

（ Shanghai Marine Equipment Research Institute，" Shanghai 200031 ）

Abstract： As there are many types of ships and different types of marine central air conditioning systems， living environment of the people on board and the cost of construction are both considerd in choosing the appropriate types of systems. This paper analyses and compares several typical forms of ship central air conditioning systems in terms of initial input construction costs， energy saving effects and cabin environmental parameters， and provides reference and help for the selection of system forms in new shipbuilding.

Key words： air conditioning system; prime cost;" energy conservation;" noise reduction

1" " "引言

隨著船上人員對居住環境舒適性的要求以及船東對船舶運營節能增效的要求越來越高，空調系統兼顧舒適性和節能性的重要性日益凸顯。舒適性要求涉及溫度、濕度、風速、潔凈度和氣壓，同時還要考慮振動噪聲指標。本著“以人為本”的設計理念，在中央空調系統基礎設計階段就會考慮如何達到以上幾個因素的要求。

目前常用的空氣調節方式按負擔空調負荷所用的工作介質分類有：全空氣式空調系統、空氣-水式空調系統、全水式空調系統和冷劑式系統。按系統風量調節方式分類有：定風量和變風量空調系統。這些方式可以交叉選擇設計。下面研究幾種典型的船舶中央空調系統形式，主要從初始投入建造成本、節能效果和艙室環境參數指標等因素來分析各形式的優缺點，對設計初期空調系統形式的選擇和設計有著指導意義。

2" " 定風量間接式空調系統

定風量間接式空調系統是利用艙室回風溫、濕度進行控制空調器的空氣調節。主要應用于空調區域面積大且相對分散，負荷大的區域.這類型的空調系統一般采用間接式，由水系統和風系統兩部分組成，通過調節冷、熱水量和加濕量而改變送風溫度和濕度來滿足艙室對溫濕度的要求。目前，大部分海工船舶或者平臺采用定風量間接式空調系統。定風量間接式空調系統原理如圖1所示。

所謂定風量空調系統就是在運行過程中風量始終保持不變，空調器內的風機轉速不變。但考慮到節能和艙室噪聲的要求，目前大部分空調器已采用對其中的風機進行變頻控制，根據空調送風主管路背壓自動調節風機轉速。目前大部分電機（以50 Hz為例）允許在30-50 Hz范圍調節，如果采用定頻控制，必須在風管生產設計后，進行管路壓力損失預估后確定風機的靜壓值，勢必會影響空調器的生產周期[1]。另外，在公共區域非使用狀態下，完全可以通過手動關閉空調送風出風口，整個空調器所需供風量就會隨之減小，從而到達節能減噪的效果。以下是傳統定風量空調系統和采用變頻風機的定風量空調系統的對比。風機變頻和定頻的對比如表1。

3" " 定風量間接式熱回收空調系統

定風量間接式熱回收空調系統是利用余熱回收的空調系統。該系統常用于空調器數量較多且所需冷（熱）源較大的船舶類型。由于規范強制要求帶回風的空調器新風比不小于40%，也就是說系統中至少40%的風量作為廢氣被排出室外，此部分風量攜帶的能量則一并被浪費了[2]。利用帶余熱回收的空調系統將廢氣收集，對其攜帶的余熱和新風充分進行熱交換，室外氣象參數越惡劣，節能效果越明顯，從而達到節能的效果。轉輪熱（濕）的回收效率非常高，可以達到65%以上。定風量間接式熱回收空調系統原理如圖2所示。

由于載客數量較多的船舶居住區域較為集中，廁所排風量相比空調器送風量占比比較大，高達60%，應考慮廁所排風進轉輪進行熱回收。但考慮到ILO-92第13.8條/MLC 2006中“所有衛生間都應與室外空氣通風，獨立于住宿的任何其它部分”的要求，為了達到環保的空調系統設計，減少用電能耗，我們希望采用以下技術設計的廁所排氣管布置和空調器設計，為乘客提供高安全、健康和福利。

為防止交叉感染，采取了以下措施：

1）克服因轉輪干燥劑吸附和攜帶，采用3A分子篩干燥劑，防止直徑大于3A的分子進入分子篩干燥劑；

2）克服因轉輪旋轉攜帶，如圖3所示，配置清潔扇面。在轉輪芯體旋轉進入送風管道之前用外部空氣沖洗轉輪芯體。

3）克服排風向新風泄露的方法，包括新風相對排風采用正壓布置，多重密封等手段。

從設備組件、初始成本投入等方面和傳統的一次回風空調器對比如表2所示。

4" " "變風量間接式空調系統

變風量間接式空調系統是根據艙室內的負荷變化、溫度需求及CO2變化等自動調節空調系統中相應變風量末端的送風量，使室內溫度、空氣質量達到設定要求，具有節能、降噪、艙室溫度個性化要求等優勢。目前，變風量間接式空調系統常用于科考船以及部分對艙室環境要求較高的海工平臺。

變風量控制現有三種方式：定靜壓控制、總風量控制和變靜壓控制。船舶中央空調變風量系統常采用前兩種控制方式。而目前定靜壓控制的變風量末端只有進口商可以提供，成本比較高，總風量控制的變風量末端已實現國產化，價格相對便宜些。定靜壓和總風量控制的對比如表3所示。

相比較而言，總風量控制更適合應用在船舶中央空調系統。

夏季的時候，艙室設有獨立的溫度設定器，一般按設計要求設定為25 ℃，當人員體感感覺冷的時候，適當調高溫度設定器的溫度，此時變風量布風器減少風量，將信號傳輸至空調器控制系統，由空調器控制系統累加各變風量布風器所需風量調節送風機頻率，實現空調器的送風量和所需風量相匹配，空調器制冷盤管所需冷量會通過水閥進行調節來維持空調器送風溫度，但每個變風量布風器最小風量不會小于艙室人員所需新風量。如果還覺得實際溫度偏低，則啟用電加熱予以輔助，進行溫度調節。反之，當人員體感感覺熱的時候，適當調低溫度設定器溫度，此時變風量布風器增加風量，但最大風量不超過設定風量的110%。

冬季一般按設計要求設定為20 ℃，當人員體感感覺冷的時候，適當調高溫度設定器溫度，此時變風量布風器增加風量，但最大風量不超過設定風量的110%，空調器盤管所需熱量會通過水閥進行調節來維持空調器送風溫度，如果此時還覺得冷，則啟動電加熱予以補充。反之，當人員體感感覺熱的時候，適當調低溫度設定器溫度，先切斷電加熱，再依次減少風量，但最小風量不低于艙室人員所需新風量。

變風量間接式空調系統原理如圖4所示。

經過軟件模擬，單人間的艙室熱舒適性PPD＜10%，-0.5＜PMV＜0.5。人員活動區PPD 和人員活動區PMV如圖5和圖6所示。

變風量空調系統利用控制送風溫度不變，調節風量大小來滿足艙室負荷需求。艙室負荷計算時，按人員新風量、艙室換氣次數、冬季負荷和夏季負荷所需風量取大值，在艙室風量調節減小時，應考慮不小于人員所需最小新風量。有時同一臺空調器服務一層甲板，不分內外區，例如內區的4人間的額定送風量和最小人員新風量相差不大，無法調節風量，這樣會造成該艙室過熱或過冷的現象，這是該系統目前存在的最大弊端，溫度個性化需求和空氣衛生質量只能二選一。

5" "OPTI智能區域式空調系統

OPTI智能區域式空調系統，也是一種變風量空調系統。通常OPTI空調單元系統適用于大型載客類船舶的空調系統，其空調分區內居住艙室的空調負荷類型相近或公共艙室等。例如，按照同主豎區內同層甲板的左舷、右舷、內區進行空調分區，其分區的艙室的日曬、人員數基本相同，空調負荷類型相近。可以避免按同主豎區內同層甲板的因左舷、右舷、內區負荷差異較大帶來的過冷、過熱或送風量偏少的現象。OPTI智能區域式空調系統原理如圖7所示。

該系統和傳統的變風量系統對比如下表4所示。

由于后來出現IDFC產品，該系統逐漸被取代，其造價與后期的IDFC智能區域式相差無幾，另外主要還是因為該系統在設備布置和管路布置上比較困難，加大生產設計放樣的難度。

6" " IDFC智能區域式空調系統

IDFC智能區域式空調系統，主要由一臺全新風空調器和若干IDFC空調單元組成。新風空調器通過中低壓單風管系統向各艙室提供新風空調器處理過的新風，滿足衛生要求。IDFC空調單元對各自艙室的回風進行處理，負責艙室其它負荷。主要應用于郵輪、客滾船、游船等載客型船舶。由于居住艙室較多，人員較多，IDFC空調系統在空調器和風管系統的布置和安裝方面可以有效節省空間，達到空調系統節能，艙室環境舒適和個性化的需求。IDFC智能區域式空調系統原理如圖8所示。

IDFC在節能設計時應考慮房間有無人員情況、陽臺門打開關閉情況等特殊節能模式。特殊節能模式就是擴大IDFC不工作區溫度范圍的方式，能使在房間無人或人員處在陽臺活動的情況下，在夏季時風機盤管主要運行在不工作區及房間高溫區間，在冬季時IDFC主要運行在不工作區及房間低溫區間，在春秋季節時IDFC主要運行在不工作區，節能模式IDFC運行規則如圖9所示。

這種方式的優點主要有以下幾個方面：

1）無論分時負荷如何變化，艙室人員新風量按艙室人員數量設定恒定，保證人員對新風衛生的需求；

2）新風空調器設備容量小；

3）艙室溫度控制由IDFC智能控制，其所需冷量直接影響全船的冷源供給，實時調節，有助于節能；

4）風管尺寸小；

5）個性化調節能力強；

6）艙室噪音特別低，系統消音器配置數量較少[3]。

但這種系統形式的缺點非常明顯就是在初始成本投入比較高，不僅使用了帶余熱回收的空調器，每個艙室還額外增加了IDFC設備。

7" " 結論

空調系統型式多種多樣，基礎設計時應從經濟和實用兩方面來考慮和選擇，每一種形式都有自己的優點，同樣還會存在或多或少的缺點。選擇合適的系統形式要考慮的因素有很多：初始投入成本、建造條件是否適合、船舶類型、船上人員需求等。以上分析與對比在空調系統形式選擇時具有一定的參考意義。

參考文獻

[1]謝清蘭.變頻風機在客滾船定風量空調通風系統中的應用研究[J].廣船科技， 2021 （ 3 ） ：" 36-39.

[2]王冬梅，熊曉陽，徐志權，等.余熱回收轉輪在海洋平臺空調系統的"應用[J].廣東造船， 2021 （ 1 ） ：" 75-78.

[3]謝旭晨，劉芳，張朝霞 ， 等.豪華客船陽臺房空調系統的節能設計[J]."船舶， 2021 （ 4 ） ：" 49-54.