郭 剛

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

隨著世界各國(guó)對(duì)能源需求的增加，越來越多的鉆井平臺(tái)、鉆井船、平臺(tái)輔助船、FPSO等海工產(chǎn)品投入到市場(chǎng)中，相比民用船舶上船員的作業(yè)環(huán)境，海洋工程上則更加復(fù)雜和惡劣得多，為了更好地提高船員居住環(huán)境的舒適度，對(duì)噪聲、振動(dòng)、溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)等等因素都提出了更為嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求。

1 空調(diào)系統(tǒng)的分類和比較

通常船舶及海工項(xiàng)目上采用的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式有，全空氣單風(fēng)管結(jié)合末端再熱系統(tǒng)、全空氣雙風(fēng)管系統(tǒng)及空氣和水相結(jié)合的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)[1]，各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都有其優(yōu)勢(shì)和不足。

1.1 全空氣單風(fēng)管結(jié)合末端再熱空調(diào)系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全可靠，風(fēng)管比較容易布置，初投資較少，可以滿足絕大部分艙室的溫濕度要求。不足之處是所有艙室均采用同一送風(fēng)溫度，無法實(shí)現(xiàn)單個(gè)艙室的獨(dú)立調(diào)節(jié)，雖然可用通過配置帶末端再熱的布風(fēng)器或是管道加熱器來提高艙室內(nèi)溫度，但是在冬季采暖工況下艙室過熱或是夏季制冷工況下艙室過冷的情況，只能通過減少送風(fēng)量的方式來降低/升高艙室內(nèi)溫度，容易使得送入艙室的新風(fēng)量無法滿足規(guī)格書和規(guī)范規(guī)定的最小新風(fēng)量的要求。雖然在制冷工況下可以通過打開加熱器來提高艙室溫度，但是會(huì)產(chǎn)生冷熱抵消的能量浪費(fèi)。

這類空調(diào)系統(tǒng)多用于貨船和集裝箱船上。

1.2 全空氣雙風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)是可以通過冷風(fēng)管和熱風(fēng)管將送入艙室的空氣進(jìn)行混合，在保持送風(fēng)風(fēng)量不變的情況下通過冷熱風(fēng)的配比來調(diào)節(jié)單個(gè)艙室溫度，可輕易實(shí)現(xiàn)艙室的獨(dú)立控制。不足之處是需要配置冷熱兩根風(fēng)管來實(shí)現(xiàn)空氣的輸送，使得風(fēng)管的數(shù)量較單風(fēng)管系統(tǒng)來說基本增加1倍，同時(shí)在送風(fēng)末端還需要采用特殊的送風(fēng)裝置，初投資加大，不利于在層高不足的生活樓上布置。

這類空調(diào)系統(tǒng)多用于海工平臺(tái)、豪華客船或是對(duì)舒適度有較高要求的船舶上。

1.3 風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

此空調(diào)系統(tǒng)一直以來廣泛應(yīng)用于陸用領(lǐng)域，特別是賓館、醫(yī)院和公寓。新風(fēng)機(jī)組可以僅僅用來處理所需新風(fēng)的顯熱負(fù)荷，艙室內(nèi)部的顯熱和潛熱負(fù)荷可以通過風(fēng)機(jī)盤管來負(fù)擔(dān)。優(yōu)點(diǎn)是可以減小送風(fēng)管的尺寸（只考慮最小新風(fēng)量），有利于風(fēng)管在狹小空間的布置，同時(shí)也可以在不減小新風(fēng)量的情況下通過調(diào)節(jié)盤管的水量或水溫來達(dá)到調(diào)節(jié)單個(gè)房間溫濕度的要求。不足之處是過于分散的風(fēng)機(jī)盤管增加了后期的維護(hù)難度，同時(shí)風(fēng)機(jī)盤管的冷媒水管可能出現(xiàn)泄漏。

這類空調(diào)系統(tǒng)多用于對(duì)舒適度有較高要求的船舶和海工項(xiàng)目上。

2 海工生活樓設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以某大型海工項(xiàng)目生活樓為例，詳細(xì)闡述了針對(duì)不同區(qū)域所采用不同的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。將已在陸用領(lǐng)域完善成熟的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過提煉、改進(jìn)、優(yōu)化后運(yùn)用至大型海工生活樓上，為類似有獨(dú)立溫度控制需求且安裝空間緊湊的生活樓項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)參考。

2.1 總體設(shè)想

針對(duì)生活樓內(nèi)部艙室功能不同，考慮到船東對(duì)于居住艙室和公共處所有較高的獨(dú)立溫度調(diào)節(jié)要求，但對(duì)于走廊、儲(chǔ)物間等處所沒有嚴(yán)格的獨(dú)立溫度調(diào)節(jié)需求，經(jīng)過與船東的反復(fù)溝通，最后確定對(duì)住艙、辦公室、餐廳、培訓(xùn)室等處所采用風(fēng)機(jī)盤管加室外預(yù)處理新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)走廊及一些較小的服務(wù)處所僅采用室外預(yù)處理新風(fēng)而不配置風(fēng)機(jī)盤管的空調(diào)系統(tǒng)。但對(duì)于重要的電氣設(shè)備房間，由于船東規(guī)格書要求所有的水管管路不得進(jìn)入電氣設(shè)備間，所以風(fēng)機(jī)盤管和空調(diào)柜機(jī)無法使用，因此仍采用常規(guī)的全空氣單風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)，將處理后的空氣從單獨(dú)的空調(diào)機(jī)房送入房間，與艙室進(jìn)行熱濕交換后的空氣通過風(fēng)道回到空調(diào)機(jī)組再次與室外新風(fēng)混合處理后送至房間。整個(gè)生活樓的空調(diào)設(shè)備配置如下：

1）整個(gè)生活樓預(yù)處理新風(fēng)空調(diào)機(jī)組。制冷量280 kW；風(fēng)量20 705 m3/h；機(jī)外余壓1 kPa；數(shù)量2×100%，均采用冷媒水供冷，室內(nèi)安裝。

2）中央控制室等重要房間空調(diào)處理機(jī)組。制冷量90 kW；風(fēng)量19 000 m3/h；機(jī)外余壓1 kPa；數(shù)量 2×100%，一臺(tái)采用冷媒水供冷，另一臺(tái)采用氟利昂供冷，室內(nèi)安裝。

3）通訊間空調(diào)處理機(jī)組。制冷量30 kW；風(fēng)量6 640 m3/h；機(jī)外余壓400 Pa；數(shù)量2×100%，一臺(tái)采用冷媒水供冷，另一臺(tái)采用氟利昂供冷，室內(nèi)安裝。

4）廚房空調(diào)機(jī)組。制冷量55 kW；風(fēng)量5 235 m3/h；機(jī)外余壓600 Pa；數(shù)量2×100%，雙風(fēng)機(jī)共用基座，采用冷媒水供冷，室內(nèi)安裝。

5）蓄電池間冷卻盤管。制冷量8.5 kW；風(fēng)量630 m3/h；數(shù)量2×100%，兩組盤管串聯(lián)，一組采用冷媒水供冷，另一組采用氟利昂供冷，露天安裝。

2.2 技術(shù)方案

對(duì)普通四人間艙室，先將室外新風(fēng)通過新風(fēng)機(jī)組處理到14℃，通過新風(fēng)風(fēng)管送至艙室內(nèi)部，用以負(fù)擔(dān)局部的艙室內(nèi)部顯熱，同時(shí)在房間內(nèi)部配置相應(yīng)的風(fēng)機(jī)盤管用，以負(fù)擔(dān)剩余房間的內(nèi)部顯熱和所有潛熱。提前將室外新風(fēng)處理到14℃一方面是為了盡量減小艙室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管的尺寸（新風(fēng)負(fù)荷由新風(fēng)機(jī)組負(fù)擔(dān)而無需由風(fēng)機(jī)盤管負(fù)擔(dān)），更有利于空間的利用，另一方面也是為了避免大型風(fēng)機(jī)盤管無法滿足規(guī)格書中對(duì)噪聲的嚴(yán)格要求[2]（居住艙室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)噪聲不大于40 dBA），設(shè)計(jì)原理見圖1。

對(duì)走廊、較小的倉庫和儲(chǔ)藏室，由于此區(qū)域沒有嚴(yán)格的溫度控制要求，將室外新風(fēng)通過新風(fēng)機(jī)組處理到14℃后直接送至此區(qū)域，既滿足艙室的溫濕度要求，也解決了由于這部分空間狹小而無法安裝風(fēng)機(jī)盤管的困難，設(shè)計(jì)原理見圖2。

圖1 生活艙室的設(shè)計(jì)原理

圖2 無嚴(yán)格控制要求的處所的設(shè)計(jì)原理

以中央控制室（CCR）為例，由于此區(qū)域無法采用風(fēng)機(jī)盤管和柜式空調(diào)機(jī)組，所以在 CCR旁的空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)配置了1臺(tái)采用冷媒水為冷卻介質(zhì)的空調(diào)機(jī)組和1臺(tái)以氟利昂為冷卻介質(zhì)的直接蒸發(fā)膨脹式空調(diào)機(jī)組，兩臺(tái)機(jī)組一用一備，當(dāng)一臺(tái)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)另一臺(tái)機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，時(shí)時(shí)保證重要電氣房間的溫濕度在合理設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)原理見圖3。

2.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)及改進(jìn)措施

風(fēng)機(jī)盤管結(jié)合新風(fēng)機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在陸用領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，特別是在對(duì)分區(qū)有要求和溫度獨(dú)立調(diào)節(jié)要求的公寓和賓館。但是在船舶及海洋工程項(xiàng)目上的應(yīng)用并不普遍，究其原因主要是大量分散布置的風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組增加了后期維護(hù)的困難，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的陸用風(fēng)機(jī)盤管由于凝水水盤深度過低，當(dāng)風(fēng)機(jī)盤管處在高負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，大量匯集在水盤內(nèi)部的凝水有可能因?yàn)榇暗臋M搖或縱傾而溢出，最嚴(yán)重的后果是造成對(duì)天花板及艙室內(nèi)部設(shè)備的損壞。但是風(fēng)機(jī)盤管結(jié)合新風(fēng)機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)在對(duì)房間有獨(dú)立溫度調(diào)節(jié)要求同時(shí)安裝空間比較狹小的生活樓項(xiàng)目是非常有利的。通過對(duì)風(fēng)機(jī)盤管結(jié)構(gòu)和布置的優(yōu)化，揚(yáng)長(zhǎng)避短，完全可以使之滿足船舶及海洋工程上嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境[3]。主要優(yōu)化包括：

1）增大凝水水盤深度，在保證風(fēng)機(jī)盤管在高度方向上滿足安裝要求的前提下將標(biāo)準(zhǔn)水盤的深度由25 mm～30 mm增加到50 mm，最大限度杜絕水盤內(nèi)凝水溢出情況的發(fā)生。

2）合理布置風(fēng)機(jī)盤管，在居住艙室均將風(fēng)機(jī)盤管布置在進(jìn)門上方，采用頂送頂回的氣流組織形式，在風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)側(cè)加裝非標(biāo)設(shè)計(jì)的回風(fēng)風(fēng)管管段，既不用局部降低天花板高度來滿足安裝要求，也避開了房間內(nèi)部眾多的燈和探頭等設(shè)備。

3）為了盡量減少船舶搖晃時(shí)對(duì)冷凝水排放的影響，將水盤做成中間低兩側(cè)高的凹槽形狀，同時(shí)在風(fēng)機(jī)盤管水盤兩側(cè)均設(shè)置了接口，通過水管將冷凝水及時(shí)排出。

圖3 重要設(shè)備艙室空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)原理

3 結(jié)論

風(fēng)機(jī)盤管結(jié)合新風(fēng)機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只要在風(fēng)機(jī)盤管凝水管路的處理上重點(diǎn)考慮海洋工況的影響，適當(dāng)進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，靈活進(jìn)行設(shè)備的布置和管路的改進(jìn)，即可取得不錯(cuò)的使用效果。相信該系統(tǒng)會(huì)逐步發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)，越來越多地應(yīng)用于海洋工程生活樓的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。