某33m高速巡逻艇空调系统设计

王光放 刘进波 杨蓬勃 黄海彬

摘    要：本文针对目前常规船用空调系统的配置方式，分析了其优缺点及适用船型。结合M国33m级巡逻艇的使命任务和航行地域的实际情况，简要介绍本艇空调系统的设计。

关键词：船用空调系统;小型高速船舶

中图分类号：U664.86                            文献标识码：A

Abstract： In view of the configuration of conventional marine air conditioning system， and analyzes its advantages and disadvantages as well as the applicable ship type. combined with the mission and the actual situation of navigation area of M country 33m-class patrol boat， this paper briefly introduces the design of air conditioning system for the boat .

Key words： Marine air conditioning; Small high-speed ship

1     前言

某33 m高速巡邏艇由广州船舶及海洋工程设计研究院设计，出口非洲某国，适用于内河A级航区。主要用于内河（湖）日常巡航执法，可执行边境武装巡逻、应急救援及反走私、反非法入境、反非法捕鱼等任务。

该艇的主要技术参数：

总  长                                       33.52 m

垂线间长                                31.10 m

型  宽                                       5.20 m

型  深                                       2.30 m

船  员                                       6 P

工作人员                                10 P

满载出港排水量                   97.77 t

最高航速                                20 kn

2    空调型式配置分析

经过对该艇主要航区环境条件的调研，并根据船东要求的舱内设计温度及舱外空气设计条件及冷却水设计温度（见表1），对本艇的空调舱室冷/热负荷进行计算，确定空调制冷能力。

2.1   配置要求

该艇为小型高速快艇，其空调配置条件如下：

（1）空调安装空间有限，要求结构紧凑、简单、可靠;

（2）船舶摇摆幅度大，需防止凝水溢出问题;

（3）船上电力负荷有限，要求制冷及制热效率高;

（4）维修空间有限;

（5）要求重量轻、效果好，故障率低;

（6）满足相关法规要求。

2.2   常用空调型式分析

针对该艇的空调配置要求，为了选用合理的空调型式，对现有常用空调型式进行分析：

2.2.1按空气配送型式分类

大致有下列三种形式：

集中式空调系统（见图1）;

半集中式空调系统 （见图2）;

全分散式空调系统（见图3、图4）。

（1）集中式空调系统

主要分为封闭式循环系统、全新风的直流式系统、新风加回风的混合式系统：① 封闭式循环系统的空气全部来自空调舱室的回风，其系统耗能最小，但没有室外新鲜空气的补充，不能满足ISO标准规定的人员新鲜空气量要求，需另设供风装置;② 全新风直流式系统的空气为全新风，没有回风，空气洁净度高、舒适性好，但因全新风负荷，系统耗能大;③ 混合式系统的空气由新风和回风混合，兼有封闭式循环系统和全新风直流式系统的优点，既舒适性较好又可回收部分能量，应用较普遍。

集中式空调系统多采用混合式，其新风和回风集中在空调器中进行统一处理后，经空调风管输送到各个空调舱室，设有新风管+回风管+送风管+布风器;其空调处理器布置往往需要专用舱室，占用船舶空间较多，同时空调风管布置往往需要较大的层高空间，且当部分舱室不需要空调时整个空调系统仍须运行，使用灵活性较差。因此，常用于面积大、空调舱室多、房间集中的船舶。

（2）半集中式空调系统

主要分为区域再加热系统和末端再处理系统：①半集中式空调系统除了有一次空气集中处理的空调器外，在各个空调舱室还分别设有二次空气处理装置（如诱导式布风器、风机盘管等），对来自一次空气处理装置的空气进一步补充处理;② 与集中式空调系统相比，提供新风的一次空气处理空调器占用舱室面积小、新风风管截面小，相对容易布置，且在各个空调舱室内可独立调节，使用灵活、可靠性高;③ 噪声较大、装置多且分散、施工比较复杂，且初始投资较高。常用于甲板面积大、空调舱室数量较多、对舱室空气温度控制精度要求较高的船舶。

（3）全分散式空调系统

空气由设置在空调舱室内的风机盘管（或直接蒸发式整体空调机组+布风器）就地循环单独进行局部式处理：① 风机盘管和直接蒸发式整体空调机组体形小、空调风管短或无空调风管、布置和安装方便灵活、容易与舱室内的布置相配合，且在各个空调舱室内单独调节满足个性化要求、使用灵活、节能效果好;② 但装置分散在各个空调舱室，管理、维护工作量大。常用于甲板面积小、房间分散且有层高限制的船舶。

2.2.2按空调主机冷却方式和冷媒介质分类

主要有下列四种配置形式：

冷却水泵+水冷式压缩冷凝机组+直接蒸发式空调处理器+布风器或风机盘管;

冷却水泵+冷水机组+冷媒水泵+间接蒸发式空调器+布风器或风机盘管;

风冷式压缩冷凝机组+直接蒸发式空调处理器+布风器或风机盘管;

冷却水泵+直接蒸发式整体空调机组（柜机）。

（1）空调主机冷却方式分析

① 冷水机组、水冷式压缩冷凝机组由江河水/海水冷却，冷却系统通常采用防腐能力强的管材作冷却水管，通过配置的冷却水泵抽取江河水/海水对空调机组进行冷却。其机组结构紧凑且制冷量大，可布置于机舱或设备舱内，降低了重量重心;但由于外部江河/海面可能有漂浮物和海生物进入冷却水管致使堵塞，管路腐蚀漏水，具有冷却水量供应不足而造成制冷能力下降或停机隐患。同时，为了避免制冷剂泄漏聚积在舱内对人员造成伤害，还需设置机械通风系统用于舱室换气，从而增加了设备及施工成本，且管路较多，重量较重。

② 风冷式压缩冷凝机组由空气直接冷却，其体积比冷水机组大，通常布置在通风条件好的舱室外甲板上，重量重心相对较高，并可能影响外观设计。但其检修方便，不占用舱内空间，且如果制冷剂出现泄漏情况直接排放在大气中，不会对人员造成伤害，无冷却水堵塞而造成制冷能力下降或停机的隐患，可靠性较高、管路较少、重量较轻。

③ 水冷式直接蒸发式整体空调机组由江河水/海水冷却。由于整体空调机组将压缩机、冷凝器、蒸发器结合成一体，独立布置于各空调舱室内单独调节。通常设置在制冷量大、需长时间不与中央空调同时运行的空调舱室，如集控室、厨房、驾驶室等。

（2）冷媒介质分析

① 船舶冷水机组系统的冷媒介质一般采用淡水，通过冷媒水循环泵输送冷媒水至空调处理器或风机盘管，系统内部走的是冷媒水，相对安全、环保、容易检修维护;但冷媒水管较多、系统重量较重、施工量大，相对于直接蒸发式效率较低、投资成本较高。

② 直接蒸发式空调处理器（风机盘管）的冷媒介质为制冷剂，在空调处理器或风机盘管里直接蒸发制冷或制热，效率较高;相对于冷媒水的间接式空调系统响应快、施工简单、管路较小且较轻、造价相对便宜。

③ 直接蒸发式整体空调机组采用制冷剂做冷媒介质，空调处理器或风机等集成模块，形成柜式空调型式，安装简单方便。

④ 通常用户对船舶空调系统可靠性、适用性的要求较高。对甲板面积大、制冷量大、空调舱室集中、层高较高的大型船舶的空调系统，通常是采用冷水机组+间接蒸发式空调处理器+布风器或水冷式压缩冷凝机组+直接蒸发式空调处理器+布风器的型式;对甲板面积小的中小型公务、执法、边检和巡逻艇等船舶，层高较低不易布置空调风管且没有设置布置空调处理器的专用舱室，故多数选用冷水机组+间接蒸发式风机盘管的配置;对于在漂浮物多的航区航行易发生冷却水堵塞的小型船艇，常采用风冷式空调型式。

2.3   船用风机盘管分类

船用风机盘管有多种形式，中小型船舶上常用的有吸顶式、天花板上隐藏式、落地式（包括明装和暗装、柜式等）三类：落地式风机盘管布置在甲板上，占用舱室使用面积;吸顶式和天花板上隐藏式风机盘管布置在天花板上，在船舶颠簸、摇摆时易发生冷凝水溢出。

3    空调系统设计及配置

3.1  空调冷/热负荷量计算

根据该艇的最终总布置图，并依照《船舶起居处所空气调节与通风设计参数和计算方法》和《船舶驾駛室的空气调节与通风设计条件和计算基本》等标准，对全艇的空调冷/热负荷进行计算，计算结果分别约为冷/热负荷=36/43 kW。

3.2  空调选型及设计方案

由于该艇为小型高速执法艇，层高有限且没有足够空间设置空调处理器专用舱室，故选用全分散式空调系统比较合适;该艇是在内河（湖）巡航执法，考虑到杂草、漂浮物堵塞管路问题，采用风冷式空调系统比较合适;

由于该艇空调舱室的空间很小，考虑舱室布置及装修方便，选用吸顶式或天花板上隐藏式风管盘管比较合适。

下面，结合整体布置、各舱室内布置及装修情况，分别对水冷式和风冷式空调系统进行对比分析，具体配置及布置方案如下：

（1）风冷式空调系统方案

2套风冷式压缩冷凝机组+6套隐藏式室内机+1套壁挂式防爆室内机。其中：2套风冷式压缩冷凝机组分别布置在驾驶室后部的甲板左右两舷，在驾驶室、接待室、工作室等舱室的左右舷天花板上各布置1套隐藏式室内机，在弹药舱后壁处布置一套壁挂式防爆室内机（见图5）。

（2）水冷式空调系统方案

1套双模块式冷水机组+1台空调冷却水泵+1台空调循环水泵+4套四面出风卡式风机管盘+1套落地式防爆风机盘管。其中：双模块式冷水机组、空调冷却水泵和空调循环水泵布置于机舱前部，在驾驶室、接待室、工作室等舱室的天花板上各布置2套四面出风卡式风机管盘，在弹药舱前部布置1台落地式防爆风机盘管（见图6）。

其中，风冷式空调系统空调室外机组重心高，可能影响整体美观，但是管路少、重量轻、施工较简单、制冷效率高、相对投资成本低;而水冷式空调系统冷水机组重心低、外观影响小，但其冷却水和冷媒水的管路多，管路内充满液体重量较重，对高速艇总体性能有较大影响，且施工量大。

通过综合分析论证，最终确定本型艇的空调采用风冷式空调系统型式：实艇配置了1套总制冷/热量为48.6 kW的风冷型变频空调系统，用于调节空调舱室的空气温度;空调室外机变频运行，可最大限度降低能耗。

建造完毕后，在试验过程中全艇的空调制冷效果达到设计指标，满足使用要求。

4    小结

空调系统的选型，需要考虑用户使用要求、船舶布置可行性、船舶性能影响、成本控制等多种因素。设计者在设计阶段应及时与船东、建造厂沟通，针对船舶的自身特点确定适合的方案，避免在建造过程中或建造完成后产生重大修改。

参考文献

[1]中国船级社.水面舰艇入级规范[M].北京： 2011.

[2]轮机工程手册[M].北京：人民交通出版社.

[3]暖通空调[M].北京：中国建筑出版社.

[4]船舶设计实用手册（轮机分册） [M].北京：国防工业出版社.

[5]采暖通风与空气调节设计规范 [S].北京：中国有色金属工业总公司.

[6]船舶起居处所空气调节与通风设计参数和计算方法[M].北京：国家     技术监督局.

[7]船舶驾驶室的空气调节与通风设计条件和计算基本[M].北京： 中国船           舶工業总公司.