38 000 t化学品船空调系统设计

于佳敏

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

0 引言

船舶空调系统是船舶最重要的系统之一，是设备正常运行的保障，能够有效改善船员的生活和工作环境。化学品船空调系统的布置往往会占据较多船内空间，为在满足通风要求的同时，使空调系统布局更加紧凑，本文以某38 000 t双相不锈钢化学品船为例，对其空调系统的设计进行详细介绍，并结合相关规范分析不同空调系统间的差异。

1 中央空调系统

38 000 t双相不锈钢化学品船入籍挪威船级社（Det Norske Veritas，DNV），挂开曼群岛的方便旗，定员45人。中央空调的服务区域包括整个上层建筑和机舱集控室，中央空调系统的设计参数见表1。

表1 中央空调系统的设计参数

中央空调为间接制冷系统，主要由空调冷水机组、间接式空调器、风机盘管和独立柜机组成。空调系统使用R-407C制冷剂和10%乙二醇冷媒水。空调系统仅用于夏天制冷，系统主要配置如下：

1）品牌为Novenco。

2）2台空调冷水机组（一用一备），单台制冷量为570 kW。

3）1个150 L封闭式膨胀水箱。

4）2台冷媒水泵（一用一备），流量为84 m/h。

5）3台风机盘管，分别服务于货控室、检验员办公室和实验室，其中实验室的风机盘管为防爆型。

6）3台空调器，分别服务于上层建筑、厨房和机舱工作间。

7）冷媒水进口温度为6 ℃，出口温度为12 ℃。空调冷媒水管系原理图见图1。

图1 空调冷媒水管系原理图

冷水机组、膨胀水箱和冷媒水泵均布置于主甲板的氮气发生器室，而上层建筑和厨房的空调器布置于上层建筑第三起居甲板的空调机室，氮气发生器室和空调机室之间的高差约为15 m，这意味着制冷管路需要贯穿将近整个上层建筑区域。由于冷媒水采用无缝钢管，其尺寸相对于氟利昂使用的铜管要大很多。此外，该船的上层建筑空间十分吃紧，故空调系统实际布置难度较大。

上层建筑的空调系统具有一次回风、定风量、中压单管送风的特点，回风比约为40%。送风机配有变频器，并与空调器出风口处的压力传感器进行联锁。采用电加热布风器作为送风末端，船员可根据自身需求对温度进行适当调节。考虑到空间大小和视线因素，在驾驶室内仅能布置向上贯穿的回风管而无法布置空调送风管。为解决此问题，将空调送风管布置于驾驶室下方高度为1 500 mm的隔层中，并在驾驶室内布置落地式布风器，进而形成下送上回的气流循环。本船的集控室被定义为控制站，中央空调系统引出一路送风管连通集控室，风量为910 m/h，该送风管与全回风柜机搭配用以维持环境温度，为船员提供更加舒适的工作环境。此外，驾驶室还配置了独立的玻璃除霜送风系统，独立风机、电加热器及送风分配箱均布置在驾驶室顶部的桅屋内，可通过互锁的2个关闭风闸在全新风/全回风模式之间进行切换。根据国际海上人命安全公约（，SOLAS）公约，厨房配置单独的空调送风机和机械抽风机。

根据Delta Marin提供的初步设计方案，上层建筑内的部分空调送风管、回风管和机械抽风管均布置于风道内，空调送风管采用多根预绝缘螺旋风管，占据空间相对较多。此外，风道内还布置有冷水管、热水管、淡水管和电缆。在生产设计的协调过程中证明无法实现该方案。修改方案重新调整了空调回风管的位置，采用结构风管代替原有的方形风管，将风道内的一档肋位的空间用于布置管系及电缆，同时适当调整了某些紧邻回风结构的舱室的布置，如烘衣间和配餐间等，修改方案已获得船东的认可。

修改方案空调机室的布置情况见图 2，可看出空调机室内不仅布置了2台空调器及其控制箱，还布置了3台抽风机、风管、电缆及管系等，布局相当紧凑。

图2 修改方案空调机室的布置情况

修改方案第二起居甲板的布置情况见图 3，相对原方案，修改方案适当缩小了烘衣室的面积，为结构风管省出了必要的空间。

图3 修改方案第二起居甲板的布置情况

船东提出将上层建筑内所有管系均要布置在风道内的要求，但是风道内的布置已经满满当当，需再次对方案进行修改。2次修改方案移除上层建筑空调器出风口的螺旋风管并额外布置1个送风静压箱；第二起居甲板、第三起居甲板、设备室及驾驶室的空调送风依旧保留原螺旋风管，并将其连接至送风静压箱；使用 1根方形风管替换风道内的 13根螺旋风管，并将其连接至送风静压箱。通过调整，2次修改方案为上层建筑管系的布置腾出了宝贵的空间。2次修改方案空调机室的布置情况见图4。

图4 2次修改方案空调机室的布置情况

2 风机盘管

本船在紧邻上层建筑前壁的位置布置了2层甲板室，下层为检验员办公室和实验室，上层为货控室。在最初设计方案中，这3个舱室均由中央空调送风。但依据DNV相关规范，这3个舱室被定义为货舱区域，要求空调通风系统必须与上层建筑分开。为满足要求，修改方案在每个舱室内分别布置1台风机盘管。此外，修改方案分别在货控室和检验员办公室布置1台新风风机用来供给必要的新风。

货控室和检验员办公室的风机盘管采用落地式固定形式，实验室的防爆风机盘管采取底部基座螺栓固定形式。冷媒水管路布置于里子板与钢围壁之间，减少裸露的部分。在风机盘管侧面的冷媒水进出及凝水接口处布置装饰柜，用于隐藏管系及阀件，在考虑美观的同时也为船员的操作及检修提供方便。

本船的货控室宽度较宽，风机盘管布置在舱室右舷，在实际调试及使用过程中发现，舱室左舷的制冷效果较差。为解决此问题，修改方案在货控室左舷增加1台风机盘管，见图5。

图5 修改方案风机盘管布置情况

3 柜式空调

Delta Marin提供的初步设计方案中仅在集控室布置了1台100%回风柜式空调，冷量为26.7 kW，电加热功率为18 kW，风量为4 900 m/h，出风口布置在集控室天花板上并与风管相连接，共设置 5个出风口以使风的分布更加均匀。

泡沫间原通风布置由机械抽风和自然进风组成，风量为2 550 m/h。在后续调试过程中发现此房间的温度已超过45 ℃的要求。检查发现泡沫间内布置了较多大散热设备、蒸汽管路和热水管路，而且在前期的通风计算过程中并未考虑大部分散热量。此外，还有一些本来应该布置在其他房间的设备也布置在泡沫间，这些设备产生了额外的散热量。由于上述因素，泡沫间风机风量无法达到要求，进而导致房间过热。计算发现，单纯增加机械通风已无法满足散热和空间布置的要求，修改方案中采取增设柜式空调的方式解决此问题（见图6）。柜式空调的型号为 NovPac-R35，制冷量为 33.4 kW，风量为6 600 m/h。

图6 修改方案风机盘管布置情况

4 中央空调系统全回风模式

根据相关要求，上层建筑的空调通风系统需要具备100%回风模式，结合现有设备及风管布置条件，进行如下布置：1）上层建筑区域布置1台主空调器和1台厨房空调器；2）在梯道顶层甲板布置新风进口，同时安装危险气体探头；3）上层建筑区域共布置9台抽风机，分别为厨房抽风机、厕所抽风机、休闲甲板抽风机、艉楼甲板抽风机、洗衣室抽风机、配餐间抽风机、吸烟室抽风机、病室抽风机和空调机室抽风机。

在空调新风进口监测到危险气体后，上层建筑的空调通风系统需要切换至全回风模式。在此模式下，舱室的温度和相对湿度需通过手动操作进行调节，主要包括如下步骤：1）关闭上层建筑的所有进风口和出风口；2）关闭上层建筑所有抽风机，包括厕所及病房的抽风机；3）调节主空调器送风风机的变频器，以大约 50%的风量运行；4）关闭主空调器的新风进口风闸，并将回风口风闸开度调至最大；5）对于原本配置有空调送风和自然排风的设备室、配备有机械抽风的餐厅和休息室等，需要打开预先布置的回风管上的风闸；6）对于无法回风的舱室，需要关闭送风管上的风闸；7）关闭厨房的送风系统和抽风系统；8）可开启驾驶室的玻璃除霜系统，但必须在全回风模式下运行。

5 结论

船舶空调系统可有效改善船员的生活和工作环境，是船舶最重要的系统之一。本文以某38 000 t双相不锈钢化学品船为例，对其空调系统的设计进行详细介绍，并结合相关规范分析不同空调系统间的差异。通过分析和调整，空调系统修改方案的布局更为紧凑，节省了宝贵的船内空间。研究成果可为化学品船空调系统的设计提供一定参考。