108KBC 带冰级散货船通风系统

蒋烈文

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 202129）

0 引言

108KBC 带冰级散货船为沪东中华援建、上海船厂接单的全球首艘108 000 t 极地散货船，航行于北极航线，能适应−25 ℃的极地温度，入DNV GL 船级社，取PC6 冰级符号。虽为散货船，但通风的设计与建造方面存在诸多特别之处。

1 前期设计改进

1.1 中央空调回风管路优化

以往船舶是在每层甲板走廊上的结构回风风道上设置1 个大的带防火风闸的回风格栅，各个房间内部多余的空调风量通过B 级门下部的格栅溢出至走廊，而后进入回风格栅重新进入AHU空调箱。这种布置有很大弊端。即每个房间的大小、空调风量不相同，要返回至AHU 空调箱的风量也不尽相同，则仅凭借B 级门的格栅无法起到很好的调节作用。为了达到更好的空气循环效果，该船直接从结构回风风道处延伸支管至回风量较大的房间。新方案虽然增加了支管，但省掉了防火风闸。因为初始方案中的回风格栅面积一般超过0.075 m2，根据SOLAS 公约，需要增加防火风闸；现将回风格栅分解成几路小的支管，每路支管净截面积小于0.075 m2，无需设置防火风闸，见图1。

图1 中央空调回风管路优化

1.2 厨房机械通风简化

以往船舶习惯于在厨房集气罩出口和排气导管通往室外的末端各设置1 个防火风闸。根据SOLAS 公约7.5.2.1，这样做的前提是“如果厨房炉灶的排气导管穿过起居处所或内含可燃材料的处所”，本船厨房排气导管直接通往室外，仅需在集气罩出口设置1 个防火风闸即可，见图2。

图2 厨房机械通风简化

2 DNV·GL 审图中心的要求

2.1 货舱通风

船级社、船东和船厂在三方会议中确定下来：为了减少冰雪堆积的危险，所有货舱舱盖上的百页窗均布置在舱口围前后，对百叶窗采取手动除冰。

2.2 上建通风

审图中心根据规范DNV GL SHIP Pt.6 Ch.6 Sec.5 12.12 提出： “The air intakes for accommodation ventilation shall be located on both sides of the ship. In addition, accommodation and ventilation air intakes shall be provided with means of heating.”[1]—“上建进风口必须同时布置在船舶两侧。此外，上建入口和通风进风口要提供加热方式。”第二条要求很容易做到，可以在进风口处的百页窗叶片上安装电加热丝。第一条要求看似不合理，也很难做到；根据目前的布置，中央空调的进风口布置在上层建筑后方，处于半遮蔽区域，相比于船舶两侧，更能够减少冰雪堆积的危险；如果布置在船舶两侧，将会给风管的走向带来很大的困难。

不过审图中心又补充道：“The overall goal of this requirement is to ensure that all air intakes are available all time, also under conditions with severe sea spray icing… For example, the location of the intakes, i.e. if located behind superstructure, covered by a deck above, partially covered etc. may also ensure sufficient air flow…”—“这条要求的总的目的是为了确保所有的进风口随时都能工作，包括在极端飞雪结冰海况······进风口的位置如果布置在上层建筑后面，被甲板遮蔽或部分遮蔽，也可以保证足够的空气流量······”。

最终，船厂与审图中心确定了最终方案。中央空调和厨房柜式空调作为上建必不可少的通风系统，其进风口百页窗采用电加热除冰方式，其它如更衣室、储藏室等房间的通风口可以不用电加热，采取手动除冰即可；“上建进风口必须同时布置在船舶两侧”，这一要求的关键点在于必须要有2 个进风口以保证足够的空气流量，而不在于必须布置在船舶两侧，故中央空调进风口可以布置在上建后方，见图3；进风口的位置必须被甲板遮蔽或部分遮蔽，对于没有被甲板遮蔽的百页窗，要单独设置1 块挡板，见图4。

图4 百页窗挡板安装图

图3 中央空调进风口布置

3 2016 版SOLAS 新规范的要求

3.1 不允许有可燃垫片

现场验船师提出 SOLAS II-2, 7.1.6：“Combustible gaskets in flanged ventilation duct connections are not permitted within 600 mm of openings in ‘A’ or ‘B’ class divisions…”—“风管法兰连接处的可燃垫片不允许布置在距离‘A’或‘B’级分隔开口600 mm 范围内······”。

根据SOLAS II-2, 7.3.1：“如果有效截面积超过0.02 m2的通风导管穿过‘A’级舱壁或甲板，开口应衬有钢套管。但如果这种导管为钢结构并穿过甲板或舱壁，导管应至少厚3 mm并至少长900 mm。在穿过舱壁时，此长度以在舱壁两侧各450 mm为宜”，即只需要钢质导管贯穿件厚度≥3 mm，总长度≥900 mm即可。如图5所示，贯穿件长度为900 mm时，贯穿件两端的法兰至少有一端距离舱壁小于600 mm。船级社给出的解释是：法兰距离舱壁可以不用大于600 mm，但法兰垫片必须是不燃垫片，否则需将贯穿件延长至单侧距离舱壁600 mm。

图5 2016 版SOLAS 通风新要求

3.2 包防火绝缘

现场验船师提出 SOLAS II-2, 7.3.1.3：“Automatic fire dampers shall be fitted in all ducts with a free cross-sectional area exceeding 0.075 m2that pass through ‘A’class division …the duct between the damper and the division penetrated shall be constructed of steel in accordance with paragraphs7.2.4.2.1 and 7.2.4.2.2”[2]—“有效截面积超过0.075 m2的导管穿过‘A’级分隔必须安装自动防火风闸······防火风闸与被贯穿分隔之间的导管的构造必须根据7.2.4.2.1 和7.2.4.2.2”。根据7.2.4.2.1 和7.2.4.2.2，尽管导管穿过的是A-0级分隔，防火风闸与被贯穿分隔之间仍须包防火绝缘，如图5 所示。

3.3 防火风闸检修盖

现场验船师提出 SOLAS II-2 Reg.9.7.1.4： “Ventilation ducts shall be provided with hatches for inspection and cleaning. The hatches shall be located near the fire dampers.”—“风管必须在靠近防火风闸的地方提供检修和清洁盖”。

经与现场验船师商量，检修盖的净开孔尺寸做到150 mm×150 mm 即可；另外，为了保证900 mm长度钢质导管贯穿件的完整性，检修盖布置在防火风闸远离‘A’分隔的一侧，见图5。

4 设计缺陷

4.1 驾驶室无空调结构风道

如图6 所示，中央空调结构风道没有延伸至驾驶室，导致驾驶甲板的空调送风风管和回风风管的布置非常困难。

图6 驾驶室回风管路布置

送风风管和回风风管只能先在D 甲板向船尾延伸，向上穿过驾驶甲板后再延伸至船首。回风风管的走向弯折、施工难度大，且由于管路加长、弯头增多，风管阻力变大，AHU 内的风静压也需增大。

4.2 驾驶室玻璃窗融霜系统

该船的驾驶室包括了驾驶甲板两翼，且围壁上布满玻璃窗。房间的容积增大、玻璃窗的传热系数大，导致驾驶室所需的空调风量特别大、送风风管特别多，且每块玻璃窗都配备融霜喷头，使得空间更为紧张。根据ISO8863，融霜系统风量与玻璃窗的面积成正比，由于风量太大，最后将融霜系统划分为4 路总管，每路管径DN315。事实上，驾驶室外围有冷热水冲窗管，部分玻璃窗配备雨刮器（雨刮器也自带冲窗管），还有部分玻璃窗带电加热丝，融霜系统完全可以减少数量并与带雨刮器及电加热丝的玻璃窗错开，以减轻布置压力。

5 通风实际问题解决

5.1 驾驶室柜式空调噪音过大

驾驶室只配备 1 台柜式空调，风量为5 100 m³/h，采用风管送风。该空调产生的噪音特别大，测量数据见图7。如此大的风量，可将1台大空调换成2 台小空调。或设置单独的空调机室，将柜机与驾驶室隔离。由于发现问题是在试航阶段，已来不及按上述方案去更改，只能在现有基础上优化。噪音来源于风和柜机本体；要降低风产生的噪音，只能减小柜机风量或将送风管换成消音风管；要降低本体产生的噪音，则可在柜机外设1 个木柜将其包裹（类似于单独的空调机室），将其与驾驶室其它区域隔离。

图7 驾驶室柜机风速噪音测试

5.1.1 减小柜机风量

柜机的送风口为5 个400 mm×400 mm 的风栅，风量按5 100 m³/h 计算，每个出风口的平均风速应为1.77 m/s，但实际测出的平均风速为2.18 m/s，实际风量比理论风量高23%。其原因为空调厂家为柜机的机外余压添加了余量，根据风机的风量静压性能曲线，风量与静压成反比，厂家设定的静压为580 Pa，对应的风量为5 100 m³/h，而实际克服管路阻力只需400 Pa，对应的风量为6 300 m³/h。离心风机的叶轮和马达是由皮带连在一起的，可以通过更换皮带来降低马达的有效输出功率，减小风机风量。

5.1.2 换消音风管

消音风管的管壁由内外2 层钢板中间夹玻璃丝棉组成，内层钢板为多孔板。

5.1.3 用以包裹的木柜

柜机为100%回风，回风口距地面约1 m。木柜子需要将回风口露出来，但柜机的噪音仍会从回风口传出来。最后的设计方案为：木柜子在柜机回风口处不开孔，在底部开孔并安装格栅（见图8），且木柜子反面包裹消音棉。

图8 驾驶室柜机包木柜子Ⅰ（单位：mm）

图8 驾驶室柜机包木柜子Ⅱ（单位：mm）

底部的开孔在距地面500 mm 以下，正常人耳的高度在距离地面1.6 m 以上时，即便柜机的噪音从底部传出来，也没有明显感觉[3]。

经过以上3 个方案，柜机噪音由75 dB 降至65 dB，满足MSC.337(91)对驾驶室噪音控制的要求。

5.2 机舱通风

在码头系泊试验阶段，机舱内的平均气温接近50 ℃，且明显感觉机舱内送风不足。检查机舱风量计算书，风机风量取值正常，则只能从风管具体布置以及实际施工、操作等方面找原因。

1）需检查集控室的门。正常情况下，机舱是机械送风，机舱内为正压，集控室门很难开启，而本文研究的这艘船能够轻松打开集控室的门，则说明机舱送风量不够；同时，发现上平台和下平台出风口的风量都很小。

2）至底层。发现出风口的风速很高，说明风机的静压足够。

3）再爬进机舱结构风道检查。发现未被堵塞。

4）最后推断原因为，风管上出风口的尺寸比同类型的船小很多，很多风栅尺寸只有350 mm×150 mm，导致风释放不出来。

风管上开口尺寸增大后，机舱内的送风量明显比之前大很多。但在试航阶段，机舱内的温度仍然很高。分析原因，可能是因为试航时机舱设备全开，散热量增大，且正值夏天，室外温度达到32 ℃。因此，现只能从其它方面解决问题。正常船舶从机舱风机室进风，而后通过风管至机舱各层甲板，机舱内为正压，多余的空气通过机舱棚艉部的百叶窗排至室外。而本船为带冰级船，须考虑北极航线上的极端天气。见图9，机舱风机室的舱壁上设有可关闭风栅，当外界气温非常低时，格栅开启；机舱内的热空气溢入机舱棚后，被吸进风机室再次进入机舱，形成内循环，以保证机舱内保持较为舒适的温度。在检查风管时，发现风栅全部打开；除了风栅开启导致部分热量排不出去外，还发现分油机间抽风机未启动，这也对机舱内空气循环造成了影响；且机舱进风口的菌形通风筒没有开到最大。将风栅关闭、分油机间风机开启、菌形通风筒开到极限后，机舱温度明显降低。

图9 机舱通风

6 结论

冰级船的通风设计与普通的散货船或集装箱船还是有很大的差别，主要需考虑防冻化的要求：如上层建筑的中央空调要有2 个新风口，1 用1备；百页窗的上方要安装挡板，防止冰雪的堆积；驾驶室的玻璃窗要有融霜系统，防止玻璃上结冰而影响视线；机舱通风最好考虑节能，使暖空气能够重复利用等。

通风设计前期，不能局限于以往的设计惯例，需要认真研究规范，尽量节省设计成本。在面对图纸送审和建造中出现的各种问题，经验和理论计算固然重要，但更需要具体问题具体分析，从多方面寻找原因以及解决方案。