某33m高速巡邏艇空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王光放 劉進(jìn)波 楊蓬勃 黃海彬

摘 ? ?要：本文針對(duì)目前常規(guī)船用空調(diào)系統(tǒng)的配置方式，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)及適用船型。結(jié)合M國33m級(jí)巡邏艇的使命任務(wù)和航行地域的實(shí)際情況，簡要介紹本艇空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：船用空調(diào)系統(tǒng);小型高速船舶

中圖分類號(hào)：U664.86?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In view of the configuration of conventional marine air conditioning system， and analyzes its advantages and disadvantages as well as the applicable ship type. combined with the mission and the actual situation of navigation area of M country 33m-class patrol boat， this paper briefly introduces the design of air conditioning system for the boat .

Key words： Marine air conditioning; Small high-speed ship

1 ? ? 前言

某33 m高速巡邏艇由廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，出口非洲某國，適用于內(nèi)河A級(jí)航區(qū)。主要用于內(nèi)河（湖）日常巡航執(zhí)法，可執(zhí)行邊境武裝巡邏、應(yīng)急救援及反走私、反非法入境、反非法捕魚等任務(wù)。

該艇的主要技術(shù)參數(shù)：

總 ?長 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 33.52 m

垂線間長 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?31.10 m

型 ?寬 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5.20 m

型 ?深 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.30 m

船 ?員 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 6 P

工作人員 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?10 P

滿載出港排水量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 97.77 t

最高航速 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?20 kn

2 ? ?空調(diào)型式配置分析

經(jīng)過對(duì)該艇主要航區(qū)環(huán)境條件的調(diào)研，并根據(jù)船東要求的艙內(nèi)設(shè)計(jì)溫度及艙外空氣設(shè)計(jì)條件及冷卻水設(shè)計(jì)溫度（見表1），對(duì)本艇的空調(diào)艙室冷/熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，確定空調(diào)制冷能力。

2.1 ? 配置要求

該艇為小型高速快艇，其空調(diào)配置條件如下：

（1）空調(diào)安裝空間有限，要求結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、可靠;

（2）船舶搖擺幅度大，需防止凝水溢出問題;

（3）船上電力負(fù)荷有限，要求制冷及制熱效率高;

（4）維修空間有限;

（5）要求重量輕、效果好，故障率低;

（6）滿足相關(guān)法規(guī)要求。

2.2 ? 常用空調(diào)型式分析

針對(duì)該艇的空調(diào)配置要求，為了選用合理的空調(diào)型式，對(duì)現(xiàn)有常用空調(diào)型式進(jìn)行分析：

2.2.1按空氣配送型式分類

大致有下列三種形式：

集中式空調(diào)系統(tǒng)（見圖1）;

半集中式空調(diào)系統(tǒng) （見圖2）;

全分散式空調(diào)系統(tǒng)（見圖3、圖4）。

（1）集中式空調(diào)系統(tǒng)

主要分為封閉式循環(huán)系統(tǒng)、全新風(fēng)的直流式系統(tǒng)、新風(fēng)加回風(fēng)的混合式系統(tǒng)：① 封閉式循環(huán)系統(tǒng)的空氣全部來自空調(diào)艙室的回風(fēng)，其系統(tǒng)耗能最小，但沒有室外新鮮空氣的補(bǔ)充，不能滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人員新鮮空氣量要求，需另設(shè)供風(fēng)裝置;② 全新風(fēng)直流式系統(tǒng)的空氣為全新風(fēng)，沒有回風(fēng)，空氣潔凈度高、舒適性好，但因全新風(fēng)負(fù)荷，系統(tǒng)耗能大;③ 混合式系統(tǒng)的空氣由新風(fēng)和回風(fēng)混合，兼有封閉式循環(huán)系統(tǒng)和全新風(fēng)直流式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，既舒適性較好又可回收部分能量，應(yīng)用較普遍。

集中式空調(diào)系統(tǒng)多采用混合式，其新風(fēng)和回風(fēng)集中在空調(diào)器中進(jìn)行統(tǒng)一處理后，經(jīng)空調(diào)風(fēng)管輸送到各個(gè)空調(diào)艙室，設(shè)有新風(fēng)管+回風(fēng)管+送風(fēng)管+布風(fēng)器;其空調(diào)處理器布置往往需要專用艙室，占用船舶空間較多，同時(shí)空調(diào)風(fēng)管布置往往需要較大的層高空間，且當(dāng)部分艙室不需要空調(diào)時(shí)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)仍須運(yùn)行，使用靈活性較差。因此，常用于面積大、空調(diào)艙室多、房間集中的船舶。

（2）半集中式空調(diào)系統(tǒng)

主要分為區(qū)域再加熱系統(tǒng)和末端再處理系統(tǒng)：①半集中式空調(diào)系統(tǒng)除了有一次空氣集中處理的空調(diào)器外，在各個(gè)空調(diào)艙室還分別設(shè)有二次空氣處理裝置（如誘導(dǎo)式布風(fēng)器、風(fēng)機(jī)盤管等），對(duì)來自一次空氣處理裝置的空氣進(jìn)一步補(bǔ)充處理;② 與集中式空調(diào)系統(tǒng)相比，提供新風(fēng)的一次空氣處理空調(diào)器占用艙室面積小、新風(fēng)風(fēng)管截面小，相對(duì)容易布置，且在各個(gè)空調(diào)艙室內(nèi)可獨(dú)立調(diào)節(jié)，使用靈活、可靠性高;③ 噪聲較大、裝置多且分散、施工比較復(fù)雜，且初始投資較高。常用于甲板面積大、空調(diào)艙室數(shù)量較多、對(duì)艙室空氣溫度控制精度要求較高的船舶。

（3）全分散式空調(diào)系統(tǒng)

空氣由設(shè)置在空調(diào)艙室內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管（或直接蒸發(fā)式整體空調(diào)機(jī)組+布風(fēng)器）就地循環(huán)單獨(dú)進(jìn)行局部式處理：① 風(fēng)機(jī)盤管和直接蒸發(fā)式整體空調(diào)機(jī)組體形小、空調(diào)風(fēng)管短或無空調(diào)風(fēng)管、布置和安裝方便靈活、容易與艙室內(nèi)的布置相配合，且在各個(gè)空調(diào)艙室內(nèi)單獨(dú)調(diào)節(jié)滿足個(gè)性化要求、使用靈活、節(jié)能效果好;② 但裝置分散在各個(gè)空調(diào)艙室，管理、維護(hù)工作量大。常用于甲板面積小、房間分散且有層高限制的船舶。

2.2.2按空調(diào)主機(jī)冷卻方式和冷媒介質(zhì)分類

主要有下列四種配置形式：

冷卻水泵+水冷式壓縮冷凝機(jī)組+直接蒸發(fā)式空調(diào)處理器+布風(fēng)器或風(fēng)機(jī)盤管;

冷卻水泵+冷水機(jī)組+冷媒水泵+間接蒸發(fā)式空調(diào)器+布風(fēng)器或風(fēng)機(jī)盤管;

風(fēng)冷式壓縮冷凝機(jī)組+直接蒸發(fā)式空調(diào)處理器+布風(fēng)器或風(fēng)機(jī)盤管;

冷卻水泵+直接蒸發(fā)式整體空調(diào)機(jī)組（柜機(jī)）。

（1）空調(diào)主機(jī)冷卻方式分析

① 冷水機(jī)組、水冷式壓縮冷凝機(jī)組由江河水/海水冷卻，冷卻系統(tǒng)通常采用防腐能力強(qiáng)的管材作冷卻水管，通過配置的冷卻水泵抽取江河水/海水對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行冷卻。其機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊且制冷量大，可布置于機(jī)艙或設(shè)備艙內(nèi)，降低了重量重心;但由于外部江河/海面可能有漂浮物和海生物進(jìn)入冷卻水管致使堵塞，管路腐蝕漏水，具有冷卻水量供應(yīng)不足而造成制冷能力下降或停機(jī)隱患。同時(shí)，為了避免制冷劑泄漏聚積在艙內(nèi)對(duì)人員造成傷害，還需設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)用于艙室換氣，從而增加了設(shè)備及施工成本，且管路較多，重量較重。

② 風(fēng)冷式壓縮冷凝機(jī)組由空氣直接冷卻，其體積比冷水機(jī)組大，通常布置在通風(fēng)條件好的艙室外甲板上，重量重心相對(duì)較高，并可能影響外觀設(shè)計(jì)。但其檢修方便，不占用艙內(nèi)空間，且如果制冷劑出現(xiàn)泄漏情況直接排放在大氣中，不會(huì)對(duì)人員造成傷害，無冷卻水堵塞而造成制冷能力下降或停機(jī)的隱患，可靠性較高、管路較少、重量較輕。

③ 水冷式直接蒸發(fā)式整體空調(diào)機(jī)組由江河水/海水冷卻。由于整體空調(diào)機(jī)組將壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器結(jié)合成一體，獨(dú)立布置于各空調(diào)艙室內(nèi)單獨(dú)調(diào)節(jié)。通常設(shè)置在制冷量大、需長時(shí)間不與中央空調(diào)同時(shí)運(yùn)行的空調(diào)艙室，如集控室、廚房、駕駛室等。

（2）冷媒介質(zhì)分析

① 船舶冷水機(jī)組系統(tǒng)的冷媒介質(zhì)一般采用淡水，通過冷媒水循環(huán)泵輸送冷媒水至空調(diào)處理器或風(fēng)機(jī)盤管，系統(tǒng)內(nèi)部走的是冷媒水，相對(duì)安全、環(huán)保、容易檢修維護(hù);但冷媒水管較多、系統(tǒng)重量較重、施工量大，相對(duì)于直接蒸發(fā)式效率較低、投資成本較高。

② 直接蒸發(fā)式空調(diào)處理器（風(fēng)機(jī)盤管）的冷媒介質(zhì)為制冷劑，在空調(diào)處理器或風(fēng)機(jī)盤管里直接蒸發(fā)制冷或制熱，效率較高;相對(duì)于冷媒水的間接式空調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)快、施工簡單、管路較小且較輕、造價(jià)相對(duì)便宜。

③ 直接蒸發(fā)式整體空調(diào)機(jī)組采用制冷劑做冷媒介質(zhì)，空調(diào)處理器或風(fēng)機(jī)等集成模塊，形成柜式空調(diào)型式，安裝簡單方便。

④ 通常用戶對(duì)船舶空調(diào)系統(tǒng)可靠性、適用性的要求較高。對(duì)甲板面積大、制冷量大、空調(diào)艙室集中、層高較高的大型船舶的空調(diào)系統(tǒng)，通常是采用冷水機(jī)組+間接蒸發(fā)式空調(diào)處理器+布風(fēng)器或水冷式壓縮冷凝機(jī)組+直接蒸發(fā)式空調(diào)處理器+布風(fēng)器的型式;對(duì)甲板面積小的中小型公務(wù)、執(zhí)法、邊檢和巡邏艇等船舶，層高較低不易布置空調(diào)風(fēng)管且沒有設(shè)置布置空調(diào)處理器的專用艙室，故多數(shù)選用冷水機(jī)組+間接蒸發(fā)式風(fēng)機(jī)盤管的配置;對(duì)于在漂浮物多的航區(qū)航行易發(fā)生冷卻水堵塞的小型船艇，常采用風(fēng)冷式空調(diào)型式。

2.3 ? 船用風(fēng)機(jī)盤管分類

船用風(fēng)機(jī)盤管有多種形式，中小型船舶上常用的有吸頂式、天花板上隱藏式、落地式（包括明裝和暗裝、柜式等）三類：落地式風(fēng)機(jī)盤管布置在甲板上，占用艙室使用面積;吸頂式和天花板上隱藏式風(fēng)機(jī)盤管布置在天花板上，在船舶顛簸、搖擺時(shí)易發(fā)生冷凝水溢出。

3 ? ?空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及配置

3.1 ?空調(diào)冷/熱負(fù)荷量計(jì)算

根據(jù)該艇的最終總布置圖，并依照《船舶起居處所空氣調(diào)節(jié)與通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算方法》和《船舶駕駛室的空氣調(diào)節(jié)與通風(fēng)設(shè)計(jì)條件和計(jì)算基本》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全艇的空調(diào)冷/熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果分別約為冷/熱負(fù)荷=36/43 kW。

3.2 ?空調(diào)選型及設(shè)計(jì)方案

由于該艇為小型高速執(zhí)法艇，層高有限且沒有足夠空間設(shè)置空調(diào)處理器專用艙室，故選用全分散式空調(diào)系統(tǒng)比較合適;該艇是在內(nèi)河（湖）巡航執(zhí)法，考慮到雜草、漂浮物堵塞管路問題，采用風(fēng)冷式空調(diào)系統(tǒng)比較合適;

由于該艇空調(diào)艙室的空間很小，考慮艙室布置及裝修方便，選用吸頂式或天花板上隱藏式風(fēng)管盤管比較合適。

下面，結(jié)合整體布置、各艙室內(nèi)布置及裝修情況，分別對(duì)水冷式和風(fēng)冷式空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，具體配置及布置方案如下：

（1）風(fēng)冷式空調(diào)系統(tǒng)方案

2套風(fēng)冷式壓縮冷凝機(jī)組+6套隱藏式室內(nèi)機(jī)+1套壁掛式防爆室內(nèi)機(jī)。其中：2套風(fēng)冷式壓縮冷凝機(jī)組分別布置在駕駛室后部的甲板左右兩舷，在駕駛室、接待室、工作室等艙室的左右舷天花板上各布置1套隱藏式室內(nèi)機(jī)，在彈藥艙后壁處布置一套壁掛式防爆室內(nèi)機(jī)（見圖5）。

（2）水冷式空調(diào)系統(tǒng)方案

1套雙模塊式冷水機(jī)組+1臺(tái)空調(diào)冷卻水泵+1臺(tái)空調(diào)循環(huán)水泵+4套四面出風(fēng)卡式風(fēng)機(jī)管盤+1套落地式防爆風(fēng)機(jī)盤管。其中：雙模塊式冷水機(jī)組、空調(diào)冷卻水泵和空調(diào)循環(huán)水泵布置于機(jī)艙前部，在駕駛室、接待室、工作室等艙室的天花板上各布置2套四面出風(fēng)卡式風(fēng)機(jī)管盤，在彈藥艙前部布置1臺(tái)落地式防爆風(fēng)機(jī)盤管（見圖6）。

其中，風(fēng)冷式空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)室外機(jī)組重心高，可能影響整體美觀，但是管路少、重量輕、施工較簡單、制冷效率高、相對(duì)投資成本低;而水冷式空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組重心低、外觀影響小，但其冷卻水和冷媒水的管路多，管路內(nèi)充滿液體重量較重，對(duì)高速艇總體性能有較大影響，且施工量大。

通過綜合分析論證，最終確定本型艇的空調(diào)采用風(fēng)冷式空調(diào)系統(tǒng)型式：實(shí)艇配置了1套總制冷/熱量為48.6 kW的風(fēng)冷型變頻空調(diào)系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)空調(diào)艙室的空氣溫度;空調(diào)室外機(jī)變頻運(yùn)行，可最大限度降低能耗。

建造完畢后，在試驗(yàn)過程中全艇的空調(diào)制冷效果達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足使用要求。

4 ? ?小結(jié)

空調(diào)系統(tǒng)的選型，需要考慮用戶使用要求、船舶布置可行性、船舶性能影響、成本控制等多種因素。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段應(yīng)及時(shí)與船東、建造廠溝通，針對(duì)船舶的自身特點(diǎn)確定適合的方案，避免在建造過程中或建造完成后產(chǎn)生重大修改。

參考文獻(xiàn)

[1]中國船級(jí)社.水面艦艇入級(jí)規(guī)范[M].北京： 2011.

[2]輪機(jī)工程手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社.

[3]暖通空調(diào)[M].北京：中國建筑出版社.

[4]船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（輪機(jī)分冊(cè)） [M].北京：國防工業(yè)出版社.

[5]采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京：中國有色金屬工業(yè)總公司.

[6]船舶起居處所空氣調(diào)節(jié)與通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算方法[M].北京：國家? ? ?技術(shù)監(jiān)督局.

[7]船舶駕駛室的空氣調(diào)節(jié)與通風(fēng)設(shè)計(jì)條件和計(jì)算基本[M].北京： 中國船 ? ? ?? ? ?舶工業(yè)總公司.