某350客位客船空调系统设计

叶志勇

（珠海太阳鸟游艇制造有限公司，珠海 519055）

1 前言

空调是船舶的重要生活设备之一，尤其对于客船，舱室温度是客船舒适度的重要指标。客船由于人员比较密集，对室内温度和湿度参数均有较高要求，因此船舶空调系统是客船不可缺少的重要设备。

本文通过主机的模块化设计和两套独立的主板控制，不仅可以根据室外温度来增加或减少主机运行数量，而且防止了因为设备单个故障而造成整个船舶空调的失效。另外，在人员密集的经济舱和商务舱配备新风机盘管，改善了舱室的空气质量，提高了舒适性。

2 船舶概况

本船为无限航区，定员为船员12人、旅客350人，其中上甲板135人、主甲板210人、上甲板贵宾室5人。按照中国船级社《海上高速船入级与建造规范》建造，并且满足以下环境条件：

夏季室外环境：温度35 ℃ , 相对湿度70%；

夏季海水： 温度≤ 32 ℃；

夏季机舱空气：温度≤ 50 ℃；

夏季舱内室 ：温度24 ℃、 相对湿度50% 、15%新风量。

3 空调系统组成及技术特征

3.1 系统组成

本船空调系统设备，主要由：空调主机（模块式冷水机组，配备一台备用压缩单元）；风机盘管；控制系统和管路系统四大部分组成。其中，舱底甲板由模块式冷水机组与海水进行热交换，对循环水进行冷却，机组制冷时可输出7 ℃～12 ℃的冷源，输送至空调使用区域；通过风机盘管，对区域内空气进行回风混合制冷；冷凝器采用钛合金管；水泵为船舶专用防腐水泵，所有水泵控制均配套电控箱实现联动控制；使用R410a环保制冷剂。

3.2 冷水机组组成及工作原理

冷水机组采用JTLS-144型船用轻型冷水机组，主要由：全封闭涡旋式压缩机（带减震器）、减震软管、套管式换热器、板式换热器、双向膨胀阀、压力开关、水流量控制器、温度传感器、放空气阀、放水阀、承水盘、框架底座、管系及电气控制箱等部件组成。其中：氟利昂管系和冷媒循环淡水管系采用紫铜管；冷却水管系采用PVC管；承水盘采用铝合金；框架采用槽钢；所有零部件共同安装于一个公共底座上。

冷水机组由五大部件组成：压缩机；四通换向阀；套管式换热器；板式换热器及双向膨胀阀。

制冷运行时，压缩机将高温、高压的制冷剂气体经过四通换向阀排入套管式换热器中，并与套管式换热器内管中强迫流动的冷却水进行热交换，放出热量；高压的制冷剂液体，经过膨胀阀其温度和压力骤降后变成湿蒸气进入板式换热器，吸收经过板式换热器中循环淡水的热量，使循环淡水温度降低；再经冷媒循环水泵送至间接式空调器或风机盘管对舱室内循环空气进行冷却，使舱室温度降低；同时制冷剂本身因吸热由液体汽化成低温低压的制冷剂蒸气，经四通换向阀被压缩机吸入，再次压缩成高温、高压的气体后，经四通换向阀排入冷凝器中，从而完成一个制冷循环，利用这种周而复始的循环来达到制冷的目的。

制热运行时，压缩机将高温、高压的制冷剂气体经过四通换向阀排入板式换热器中，并与板式换热器中强迫流动的循环淡水进行热交换，使循环淡水温度升高，温度升高的循环淡水被送至间接式空调器或风机盘管中对舱室内循环空气进行加热，从而使舱室温度升高；高压的制冷剂液体流经双向膨胀阀时节流降压，压力和温度骤降后的制冷剂湿蒸气进入套管式换热器，吸收经过套管式换热器内管中冷却水的热量，同时制冷剂本身因吸热由液体汽化成低温低压的制冷剂蒸气，然后经四通换向阀被压缩机吸入，再次压缩成高温、高压的气体后经过四通换向阀排入板式换热器中，从而完成一个制热循环，利用这种周而复始的循环来达到制热的目的。

冷水机组工作原理图，如图1所示。

图1 冷水机组工作原理图

3.3 风机盘管

由26台风机盘管组成（见图2、图3），对各个不同的空间进行温度调节，要求风机盘管易安装、稳定性好、冷凝水不易泄漏。

图2 上甲板风机盘管布置图

图3 主甲板风机盘管布置图

天花式四出风风机盘管，采用双排水泵接水盘,通过水泵快速的排出风机盘管的冷凝水，防止冷凝水积聚造成天花漏水；

暗装卧式侧出风风机盘管，采用双层接水盘超轻、超薄、防漏水设计；为了便于排水（冷凝水），进出冷媒水/冷凝水设计为左出型和右出型。

驾驶室配温控面板，具有探测室内温度功能，可以调节盘管风速。机组制冷时，风机初始为自动风，按风速键可设定风速高、中、低运行；其余风机盘管控制为四档转换开关调节风速，分为停止、高速、中速及低速。

3.4 控制系统

空调主机（模块式冷水机组），采用驾驶台和空调舱内机旁双控制系统，且设计为两套主板控制系统。每套控制系统均可控制机组6个模块及冷媒水泵、冷却水泵，两套控制系统本地共用一个屏，远程共用一个屏。

（1）机组的停机/启动控制

系统自动启停机设有严格的逻辑，避免了全部主机同时启动或者关闭；

舱内温度达到设置值时，压缩机按照设定的逻辑时间间隔逐台关闭；

根据运行时间判断，运行时间长的模块为备用。

（2）水泵的自动启动功能

当机组开机指令后，系统会自动先启动海水泵及冷媒水泵，然后检测冷却水、冷媒水后延时自动启动机组；当检测到水泵故障时， 备用冷却水泵或循环水泵自动转换。

（3）本地控制箱的报警及显示

本地采用触摸屏显示运行状态及报警，控制箱有电源指示灯及蜂鸣器；

控制箱上有冷媒水水温、压缩机故障类别、压缩机运行时间显示；

遥控状态时本地触摸屏断电不显示，本地状态时遥控触摸屏断电不显示。

控制箱触摸屏上，有海水泵和冷媒水泵运行指示、故障报警、海水和冷媒水缺水报警。

（4）驾驶室遥控

与本地控制一致。

3.5 保护功能

（1）压缩机高压、低压、过载、缺相、欠电压保护；

（2）循环水低温、高温保护；

（3）海水泵、循环水泵缺水、过载、欠电压保护；

（4）按冷媒水回水温度控制机组的卸载；

（5）压缩机与水泵连锁；

（6）控制箱同时具有冷媒水水温、故障、压缩机运行时间显示功能；

（7）所有报警设计为排除故障后手动恢复。

3.6 报警系统

综合报警：设计AMS接入端口（485信号）；

压缩机启动/停止指示，压缩机故障保护报警；

海水泵和循环水泵启动/停止指示。

3.7 管路系统

船的冷却水采用的是高腐蚀性的海水,且海水泥沙含量比较高，所以一般冷却水管采用耐腐蚀比较好的材质；管径大小按照管内水流速度1.5～2.5 m/s设计，在冷却水管路系统相接时必须采用软接头，减少管路振动；冷却水泵必须安装在低于船舶水线的位置，冷却水过滤器必须安装在海底阀门和冷却水泵之间，将吸入冷却水中的杂质过滤出来，以免损坏冷却水泵或者堵塞管道。

循环水泵应安装在管路的最低点（或尽可能低），系统排水口应安装在管系（管道）的最低点，以便日常维护；循环水泵应靠近冷水机组，循环水由水泵送入冷水机组，然后再流经管路，这样可以避免机组缺水；冷水机组在与冷却水管路系统相接时，套管式换热器冷却水进出口管路上必须各接一只耐冷却水腐蚀的截止阀，截止阀前接清洗接口；接入的冷却水管系必须固定在舰船舱壁上或另附支架，不准依附在套管式换热器接管上；冷却水泵必须安装在低于水线的位置，冷却水过滤器必须安装在海底阀门和冷却水泵之间，将吸入冷却水中的杂质过滤出来，以免损坏冷却水泵或者堵塞管道；排气阀和膨胀水箱，应在可能产生气堵的位置（或管系最高点）安装自动排气阀和手动排气阀，排气阀出口通过软管连接到附近的风机盘管冷凝水盘；膨胀水箱可以安装在主机附近位置，但应支撑牢固防止将应力施加于水管上；膨胀水箱处可以安装一个阀件以便日后维修，但阀柄应移走以防止误操作而使膨胀水箱与循环水主管路隔离。

安装疏水管应选择相配的管径与设备承水盘的凝水接头相接，并引至甲板泄水孔；凝水出水管必须具有坡势，不准爬高，外包12 mm厚PVC/NBR橡塑保温材料防止凝露；所有疏水管，应设计为低于设备（风机盘管、冷水机组）的排水口，以便于冷凝水自动排出。。

风机盘管由于一般情况下船头高于船尾，为了便于卧式暗装风机盘管自动排水，设计时卧式暗装风机盘管的排水口一定要向船尾方向，卧式暗装风机盘管由于对称安装，接水盘应该设计为左/右排水两种规格。

4 结束语

本船空调系统不仅在重量、体积、外观以及安装方式等方面具有较大优势，而且空调主机采用模块式设计和两套独立的主板控制，可根据不同季节或实际需要来选择模块单元的启动数量。当多模块机组中的某个单元出现故障时，不会影响整套空调的正常运行，使空调系统具有较好的节能和安全冗余，保证了空调系统工作的可靠性，提高了客舱的舒适性。