牲畜船货舱通风系统的设计与研究

张伟光，王树山，谭 冬，张金玉

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

随着食品、医疗市场需求的增加，养殖业迅速发展，活体动物运输量越来越大[1]。牲畜运输船主要用于鲜活牲畜的运输，特殊之处在于它运送的是成千上万的活物，必须在较长时间封闭的海上旅途中保证航行中牲畜的健康稳定，这也决定了牲畜船设备系统和建造工艺的复杂和高技术含量。随着澳大利亚和新西兰等传统畜牧业发达国家活禽出口规模不断扩大，能够大批量运输活体牛羊的特种牲畜运输船越来越受到市场的垂青和关注。

大量的活体牲畜会在船舱内产生过多的水汽和热量，必须采用有效的通风方法才能排走这些水汽和热量，从而保证活体牲畜的安全运输。

大连中远海运重工为新加坡Wellard Ships公司续建的大型牲畜运输船“希乐”轮，该船满足绿色环保国际新型牲畜运输船建造要求的最高标准——澳大利亚AMSA规范，牛栏面积23 500 m2，一次可装载运输约17 000头活牛，装载量远超我国已建造完工交付的各类牲畜运输船，是中国船厂迄今为止建造的最大最先进的同类船舶。

本文依托大连中远海运重工交付“希乐”轮的成功经验，结合澳大利亚的AMSA规范，对牲畜区域的货舱通风系统进行了分析，并通过实际测量数据，验证了通风系统的有效性，从而保证活体牲畜的安全运输。

1 牲畜区域通风系统的必要性

由于长时间运输，活体牲畜产生的水汽和热量不断地在船舱内部积聚，造成气温升高、空气潮湿的环境，这不仅对活体牲畜的正常生理活动产生影响，也会使各种病菌滋生，活体牲畜由此而染病的可能性急剧加大，并且，活体牲畜耐高温的能力要比耐低温的能力弱。对于大多数牲畜而言，适合运输的温度范围约在5℃～30℃之间，舱内气体温度和湿度一旦达到极限，动物便不能维持正常的体温（表1）。

通常情况下，高烧（hyperthermia）比低烧（hypothermia）对牲畜危害性更大，牲畜体温升高1.5℃即可认为高烧，升高4℃～5℃将致死亡；同样，由于通风不合理，活体牲畜也可能出现低烧，体温降低1.5℃则表示已经处于低烧，降低5℃时，未必导致死亡，但通常已不能进行正常的生理活动，降低7℃～8℃会导致死亡。

表1 活体牲畜的正常体温

大量活体的牲畜在集中式运输环境下，加上海况恶劣，极易诱发各种疾病，引发规模性传染，给船东及货主带来经济损失，并会给目的港所在国家造成输入性疫情。因此，合理的牲畜区域通风系统设计，维持牲畜围栏区域通风的有效、持续性，可以为活体牲畜在船舶长途运输过程中提供舒适的生存环境，保障牲畜健康的稳定，有效降低牲畜在运送过程中的得病率和死亡率，使船东或货主达到最大的经济效益[2]。

2 牲畜区域通风系统设计

在整个牲畜运输船牛羊配套系统中，通风系统的要求最高，难度最大[3]。牛栏系统需满足AMSA规则：Marine Order Part 43 Cargo & Cargo Handling– Livestock[4]。其中，AMSA[5]规范对换气次数的要求为：1）如处所的最低净高是2.30 m或以上时，换气次数应不低于每小时20次；2）如处所的最低净高是1.80 m时，换气次数应不低于每小时30次；3）如处所的最低净高在1.80 m～2.30 m之间，换气次数应按照上述要求成比例数。AMSA[5]对风速的要求为：牛羊围栏区域内的任何一点的风速不能小于0.5 m/s。

目前船舶牲畜区域的通风布置主要包括2种形式：集中通风和独立通风。集中通风方式通常应用于6层以下的封闭式货舱牲畜运输船，在不同的货舱内易于风量分配，能够较容易地使各个测试点风速达到要求。

独立通风方式多用于货舱层数较多以及带有开敞甲板的牲畜运输船。风机安装在露天甲板，由多台独立轴流或离心风机对牲畜货舱进行通风。独立式通风在调节各个区域风速以及风量时难度较大，不易满足规范的要求。

针对上述牲畜区域通风系统的特点及难点，为满足AMSA[5]规范对最小换气次数及围栏区域最小风速的要求，“希乐”轮的通风布置和风机配置采用了如下优化设计方案。

2.1 通风布置

货舱区域共划为9层甲板，其中，将1～5层设计为封闭式货舱区域，6～9层为敞开式货舱区域，分别采用独立式的通风系统。采用轴流式供、排风机，安装于顶层主甲板上面。通过位于船舶中部的垂直圆形结构风道向牲畜围栏区域送风；开敞甲板通风舷侧自然排风，封闭甲板通过位于两舷侧的方形结构风道机械排风。

全部牲畜货舱区域的机械通风系统配置 86台大口径轴流供、排风风机。见典型布置图1和图2。

在6～9层开敞甲板通风系统配置46台风机：

1）36台（OSF1～36）轴流送风机通过圆形垂直方向的结构风道向 6～9层甲板牲畜围栏区域送风，风机位于主甲板中部；

2）4台（OSF37～40）轴流送风机通过方形垂直方向的结构风道向6～8层甲板艏部区域的牲畜围栏处送风，风机位于9甲板舷侧；

3）4台（OSF41～44）轴流送风机向9甲板艏部区域的牲畜围栏处送风，风机位于艏方向舱壁；

4）2台（OSE1～2）轴流排风机通过方形垂直方向的结构风道为6层和7层甲板艏部区域的牲畜围栏处排风，风机位于主甲板舷侧。

在1～5层封闭甲板通风系统配置40台风机：

1）8台（ESF1～8）轴流送风机通过圆形垂直方向的结构风道向5层甲板船尾部牲畜围栏区域送风，风机位于主甲板中部；

2）2台（ESE3～4）轴流排风机通过圆形垂直方向的结构风道为5层甲板船尾部牲畜围栏区域排风，风机位于主甲板舷侧；

3）2个自然排风装置为5层甲板船尾部牲畜围栏区域排风；

4）18台（ESF9～26）轴流送风机通过圆形垂直方向的结构风道向 1～5层甲板牲畜围栏区域送风，风机位于主甲板中部；

5）12台（ESE5～16）轴流排风机通过方形垂直方向的结构风道为1～5层甲板牲畜围栏处排风，风机位于主甲板舷侧。

图1 开敞甲板典型通风布置图

图2 封闭甲板典型通风布置图

通过位于牲畜围栏中部区域的送风口，将风排向舷侧，务必使全船的空气气流循环方向一致，保证良好的通风效果。同时，送风与排风系统分区布置要最大限度地避免排出风与新鲜风的混流，见图3。

图3 牲畜货舱典型通风布置图

2.2 风机配置

为了减少风机的使用个数，有效利用有限的船舶空间，牲畜货舱区域通风风机全部采用直径900 mm～18 00 mm的大口径轴流风机，既节约能源消耗，又能最大限度减少结构风道的数量，降低通风系统占用货舱区域有限的空间。同时，减少了牲畜围栏区域的送风口个数，送风气流分布更加合理，降低牲畜围栏区域的噪声水平。

风机采用新一代1.8 m直径的大口径轴流风机的通风解决方案，为本船的创新点。采用此通风方案，可以同时节省能源，降低牲畜围栏区域的噪声水平，并为船上的工作人员创造更好的工作环境。

风机的选型以及结构风道的尺寸等，应用CFD（computed fluid dynamics）建模进行计算。通过优化风道布置及CFD模拟计算，保证牲畜围栏区域的气流分布在任意一点的风速不小于0.5 m/s。

根据SOLAS要求，封闭处所的通风装置需配置关闭装置。因此，封闭处所的通风风机，增加铝制保护盖，既节约成本又降低重量。在正常航行状态下，保护盖处于常开状态；紧急情况下，可手动关闭。见图4和图5。

图4 典型轴流风机配置

图5 封闭处所通风风机

3 牲畜区域通风效果

检验通风系统设计通风效果的重要指标，一是换气次数，二是围栏区域的风速。

换气次数及风速作为检验通风效果的重要指标，高换气次数和风速的通风系统，可以显著地为牲畜围栏区域提供大量新鲜空气，带走牲畜体表产生的热量，降低牲畜围栏区域的环境温度及湿度。通过摘自AMSA的表2[5]可以看出，在不同的外界环境温度条件下，通过增大换气次数，可以显著改善通风效果。因此，增大牲畜围栏区域通风系统的换气次数及风速，对改善船员的工作环境及保证牲畜正常的生命体征具有重要意义，必须重点考虑。

表2 换气次数对通风系统的影响

基于上述货舱牲畜围栏区域的通风系统优化设计方案，按照AMSA的规范要求，对确定进入整个货舱和每层甲板牲畜围栏区域的换气次数进行了测量，测量结果见图6。同时，对每层甲板牲畜围栏区域的风速也进行了测量，测量结果见表3和表4。

图6 每层甲板的换气次数测量结果

表3 开敞甲板的风速测量结果

表4 封闭甲板的风速测量结果

测量结果对比AMSA的规范要求表明，此种牲畜围栏区域通风系统的设计及大口径轴流风机的启用，使得空气能够在每个活体牲畜的各个部分流动，保证了通风的有效性，极大地改善了牲畜的生存条件。

4 结论

随着世界经贸合作的进一步拓展和人们生活追求的不断提高，全球优质牲畜产品的跨地域转移将持续增长，牲畜运输船前景广阔。本研究涉及到的牲畜围栏区域通风系统的设计、通风布置及风机配置等在“希乐”牲畜运输船上得到成功实践，总结了切实可行的设计方案，证明其有效性和可靠性，对今后牲畜运输船牲畜区域的通风设计具有重要的借鉴意义，以提升设计人员对该船型的设计水平。