极地环境船舶舱室保温设计探讨

2016-12-03方永红陈莉

广东造船 2016年5期

方永红+陈莉

摘要：本文主要阐述了船舶在极地等低气温环境航行舱室保温方面的设计。论述了船舶舱室保温及隔热设计的基本原理、采用的方法、常用保温隔热材料的主要特性，船上典型的保温隔热结构计算以及保温或隔热绝缘在船上的实际应用。

关键词：极地低温环境；船舶居住区保温隔热设计；保温隔热材料

中图分类号：U671.8 文献标识码：A

Abstract： This paper expounds the heat insulation design of cabins in the vessel sailing in polar region or other low-temperature environments. The basic principle of heat insulation design of vessels and the ways by which it is realized in the living area of vessels are stated. Moreover， the main features of common heat insulation materials， the structural calculations of heat insulation in a typical condition and the actual application of heat insulation technique in the design of vessels are described.

Key words： Low-temperature environment in polar region； Heat insulation design of living areas in vessel； Basic principles of heat insulation design； Structural calculations of heat insulation； Common heat insulation materials

1 引言

我国海洋船舶经过改革开放三十多年的发展，在数量上和质量上已达到了世界先进的水平，我们的船舶已经航行在世界海洋各个领域。对于极地海域船型也有不少成功的例子，如极地科考船和极地远洋渔业船舶。我国中远集团的“永盛”号多用途船已多次往返北极航线。

随着我国北极航行经验的积累以及对极地船舶进行更深入的研发，极地航行、科考、资源勘探等需求将为相关产业带来新的发展动力。

但是，低气温环境影响船舶结构、设备和系统的功能以及船上人员的正常工作，从而威胁船舶的操作安全，为消除或减低低气温的不利影响，应合理有效地采用各类防寒措施。

低气温环境船舶防寒设计包含了很多方面的内容，本文仅就考虑人员可居住性，针对低气温环境船舶舱室保温设计做一探讨。

2 船舶舱室保温及隔热设计的基本原理

2.1 概述

船舶舱室结构为钢或铝质。此类甲板和围壁的吸热量大、传热快，对船舶舱室热环境影响极大。暴露甲板受日照时间长，接受热量较多。

海洋昼夜温差变化比陆地大得多，所以对船舶舱室热环境影响较大，加之海洋空气潮湿，金属围壁内侧极易形成结露现象。

航速和风速可以加速船舶散热，所以在停泊与航行时外界大气和水对船舶舱室热环境的影响是不同的。

热量主要有三种基本传递方式，即导热、对流和热辐射，本文仅考虑导热这种最基本的传递方式。

2.2 导热及导热系数

导热的特点是热流从高温处流向低温处，流动方向垂直于等温面。

3 船舶居住区舱室的保温隔热保护

3.1 规范的要求

根据ILO 及各船级社相关规范的要求，针对居住区域的位置的选择以及外部气温环境对居住人员的舒适影响都有相应的规定，并对高温或低温的影响均应采取保护措施。

3.2 常用保温隔热材料

最理想的绝缘材料是密度小、导热系数小、吸湿率低，又具有一定强度、无腐蚀性、吸声、耐振、不燃或难燃的材料。目前国内生产的矿物棉种类有矿渣棉、岩棉、玻璃棉和硅酸铝纤维（陶瓷棉）等具有这样的性能。

矿渣棉制品的安全使用温度较高，硅酸铝纤维制品是防火保温隔热的首选绝缘材料之一，岩棉和玻璃棉是目前使用最为广泛的隔声保温隔热材料。

3.3 船上典型的保温隔热结构计算

3.3.1 舱室保温隔热典型节点

目前普遍采用的船舶舱室保温隔热结构的基本节点形式如图1。

3.3.2 舱室保温隔热结构计算

从上面计算可得出，保温隔热绝缘材料厚度大约为45 mm，通常我们在船上采用50 mm 玻璃棉用于保温或隔热，基本可以满足各种外部环境温度的要求。

4 保温或隔热绝缘在船上的安装要求

船上舱室及工作处所有保温隔热的要求，需要敷设保温或隔热绝缘，材料可选用岩棉，也可用玻璃棉，材料厚度一般t=50 mm，包复骨材用板块材料厚度一般t=30 mm，岩棉容重一般为γ=100 kg/m3，来货材料最好六面缝合玻璃纤维布，减少棉纤维对人体的伤害。

保温隔热绝缘的延伸没有规范要求，通常为分隔处延热桥延伸600 mm，以避免热量传导；热桥包括临近天花、围壁、T梁或其它大的结构件，围壁需向天花延伸，不需向地板延伸。如围壁保温隔热绝缘在天花处有延伸要求，天花保温隔热在围壁处也有延伸要求，围壁及天花处的T梁也需要适当延伸。遇有防火绝缘与保温隔热绝缘交接处，防火绝缘向保温隔热绝缘延伸。

围壁及天花可以选用板材绝缘，骨材处必须选择软化型材料以方便施工。

5 防结露问题

船舶在低气温下航行，为保证船舶居住环境的舒适和安全，ZC、ILO、各国船级社、各国法规都对船舶居住区保温隔热作了相应规定，另外有些国家法规或组织如USCG要求不仅要考虑舱室保温隔热，还要考虑防止结露问题。

当舱室室内温度较高而外界温度又很低时，舱室外壁的内表面出现露珠。内外温差愈大，越易结露。

防结露的范围包括暴露舱壁和甲板、邻接水柜、冷库壁内侧、水管、风管的外侧。

防结露的措施：首先要有足够的绝缘厚度；其次，绝缘外包玻璃布或涂防水树脂；最后要有合理的铺设方式等。

6 结论

通过以上的分析及计算，了解到目前船上通常流行的保温隔热设计结构节点，已经完全能够满足船舶在低温营运环境包括极地区域航行对船舶舱室保温的要求。

考虑到其它热量流失因素，在一些舱室可补充增设电加热器，在一些重要的工作区域也要考虑增设电加热器作为补充措施。

在外部环境温度特别低的区域如极地区域，还需考虑逃生通道、内部通道的保温问题可以采取设电伴热等措施，以保证人员的通行安全。

参考文献

[1]国际劳工组织.2006年海事劳工公约即MLC2006.