極地環(huán)境船舶艙室保溫設(shè)計探討

方永紅+陳莉

摘 要：本文主要闡述了船舶在極地等低氣溫環(huán)境航行艙室保溫方面的設(shè)計。論述了船舶艙室保溫及隔熱設(shè)計的基本原理、采用的方法、常用保溫隔熱材料的主要特性，船上典型的保溫隔熱結(jié)構(gòu)計算以及保溫或隔熱絕緣在船上的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：極地低溫環(huán)境；船舶居住區(qū)保溫隔熱設(shè)計；保溫隔熱材料

中圖分類號：U671.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper expounds the heat insulation design of cabins in the vessel sailing in polar region or other low-temperature environments. The basic principle of heat insulation design of vessels and the ways by which it is realized in the living area of vessels are stated. Moreover， the main features of common heat insulation materials， the structural calculations of heat insulation in a typical condition and the actual application of heat insulation technique in the design of vessels are described.

Key words： Low-temperature environment in polar region； Heat insulation design of living areas in vessel； Basic principles of heat insulation design； Structural calculations of heat insulation； Common heat insulation materials

1 引言

我國海洋船舶經(jīng)過改革開放三十多年的發(fā)展，在數(shù)量上和質(zhì)量上已達(dá)到了世界先進(jìn)的水平，我們的船舶已經(jīng)航行在世界海洋各個領(lǐng)域。對于極地海域船型也有不少成功的例子，如極地科考船和極地遠(yuǎn)洋漁業(yè)船舶。我國中遠(yuǎn)集團(tuán)的“永盛”號多用途船已多次往返北極航線。

隨著我國北極航行經(jīng)驗的積累以及對極地船舶進(jìn)行更深入的研發(fā)，極地航行、科考、資源勘探等需求將為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展動力。

但是，低氣溫環(huán)境影響船舶結(jié)構(gòu)、設(shè)備和系統(tǒng)的功能以及船上人員的正常工作，從而威脅船舶的操作安全，為消除或減低低氣溫的不利影響，應(yīng)合理有效地采用各類防寒措施。

低氣溫環(huán)境船舶防寒設(shè)計包含了很多方面的內(nèi)容，本文僅就考慮人員可居住性，針對低氣溫環(huán)境船舶艙室保溫設(shè)計做一探討。

2 船舶艙室保溫及隔熱設(shè)計的基本原理

2.1 概述

船舶艙室結(jié)構(gòu)為鋼或鋁質(zhì)。此類甲板和圍壁的吸熱量大、傳熱快，對船舶艙室熱環(huán)境影響極大。暴露甲板受日照時間長，接受熱量較多。

海洋晝夜溫差變化比陸地大得多，所以對船舶艙室熱環(huán)境影響較大，加之海洋空氣潮濕，金屬圍壁內(nèi)側(cè)極易形成結(jié)露現(xiàn)象。

航速和風(fēng)速可以加速船舶散熱，所以在停泊與航行時外界大氣和水對船舶艙室熱環(huán)境的影響是不同的。

熱量主要有三種基本傳遞方式，即導(dǎo)熱、對流和熱輻射，本文僅考慮導(dǎo)熱這種最基本的傳遞方式。

2.2 導(dǎo)熱及導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱的特點是熱流從高溫處流向低溫處，流動方向垂直于等溫面。

3 船舶居住區(qū)艙室的保溫隔熱保護(hù)

3.1 規(guī)范的要求

根據(jù)ILO 及各船級社相關(guān)規(guī)范的要求，針對居住區(qū)域的位置的選擇以及外部氣溫環(huán)境對居住人員的舒適影響都有相應(yīng)的規(guī)定，并對高溫或低溫的影響均應(yīng)采取保護(hù)措施。

3.2 常用保溫隔熱材料

最理想的絕緣材料是密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸濕率低，又具有一定強(qiáng)度、無腐蝕性、吸聲、耐振、不燃或難燃的材料。目前國內(nèi)生產(chǎn)的礦物棉種類有礦渣棉、巖棉、玻璃棉和硅酸鋁纖維（陶瓷棉）等具有這樣的性能。

礦渣棉制品的安全使用溫度較高，硅酸鋁纖維制品是防火保溫隔熱的首選絕緣材料之一，巖棉和玻璃棉是目前使用最為廣泛的隔聲保溫隔熱材料。

3.3 船上典型的保溫隔熱結(jié)構(gòu)計算

3.3.1 艙室保溫隔熱典型節(jié)點

目前普遍采用的船舶艙室保溫隔熱結(jié)構(gòu)的基本節(jié)點形式如圖1。

3.3.2 艙室保溫隔熱結(jié)構(gòu)計算

從上面計算可得出，保溫隔熱絕緣材料厚度大約為45 mm， 通常我們在船上采用50 mm 玻璃棉用于保溫或隔熱，基本可以滿足各種外部環(huán)境溫度的要求。

4 保溫或隔熱絕緣在船上的安裝要求

船上艙室及工作處所有保溫隔熱的要求，需要敷設(shè)保溫或隔熱絕緣，材料可選用巖棉，也可用玻璃棉，材料厚度一般t=50 mm，包復(fù)骨材用板塊材料厚度一般t=30 mm，巖棉容重一般為γ=100 kg/m3，來貨材料最好六面縫合玻璃纖維布，減少棉纖維對人體的傷害。

保溫隔熱絕緣的延伸沒有規(guī)范要求，通常為分隔處延熱橋延伸600 mm，以避免熱量傳導(dǎo)；熱橋包括臨近天花、圍壁、T梁或其它大的結(jié)構(gòu)件，圍壁需向天花延伸，不需向地板延伸。如圍壁保溫隔熱絕緣在天花處有延伸要求，天花保溫隔熱在圍壁處也有延伸要求，圍壁及天花處的T梁也需要適當(dāng)延伸。遇有防火絕緣與保溫隔熱絕緣交接處，防火絕緣向保溫隔熱絕緣延伸。

圍壁及天花可以選用板材絕緣，骨材處必須選擇軟化型材料以方便施工。

5 防結(jié)露問題

船舶在低氣溫下航行，為保證船舶居住環(huán)境的舒適和安全，ZC、ILO、各國船級社、各國法規(guī)都對船舶居住區(qū)保溫隔熱作了相應(yīng)規(guī)定，另外有些國家法規(guī)或組織如USCG要求不僅要考慮艙室保溫隔熱，還要考慮防止結(jié)露問題。

當(dāng)艙室室內(nèi)溫度較高而外界溫度又很低時，艙室外壁的內(nèi)表面出現(xiàn)露珠。內(nèi)外溫差愈大，越易結(jié)露。

防結(jié)露的范圍包括暴露艙壁和甲板、鄰接水柜、冷庫壁內(nèi)側(cè)、水管、風(fēng)管的外側(cè)。

防結(jié)露的措施：首先要有足夠的絕緣厚度；其次，絕緣外包玻璃布或涂防水樹脂；最后要有合理的鋪設(shè)方式等。

6 結(jié)論

通過以上的分析及計算，了解到目前船上通常流行的保溫隔熱設(shè)計結(jié)構(gòu)節(jié)點，已經(jīng)完全能夠滿足船舶在低溫營運(yùn)環(huán)境包括極地區(qū)域航行對船舶艙室保溫的要求。

考慮到其它熱量流失因素，在一些艙室可補(bǔ)充增設(shè)電加熱器，在一些重要的工作區(qū)域也要考慮增設(shè)電加熱器作為補(bǔ)充措施。

在外部環(huán)境溫度特別低的區(qū)域如極地區(qū)域，還需考慮逃生通道、內(nèi)部通道的保溫問題可以采取設(shè)電伴熱等措施，以保證人員的通行安全。

參考文獻(xiàn)

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