分體式空調(diào)在船舶上的應(yīng)用1

王振華，魏文俊，王 柳

（1.江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913；2.滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引言

當(dāng)前，船舶主要通過中央空調(diào)系統(tǒng)對全船的空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)[1-4]，其輔助空調(diào)設(shè)備主要為柜式空調(diào)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管等[3]?？赏ㄟ^各空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備的協(xié)同配合來滿足不同船型和船東的要求。其中，為提高艙室的局部溫控能力和使用靈活性，通常會采取以下措施：1）采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)[1-2]；2）采用定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的典型艙室能量調(diào)節(jié)功能[4]；3）在局部艙室設(shè)置電動調(diào)風(fēng)門、空調(diào)器自動旁通裝置或電加熱布風(fēng)器[5]。

然而，上述各種空調(diào)系統(tǒng)及其輔助設(shè)備僅能實現(xiàn)局部調(diào)節(jié)，且運行時需要開啟中央空調(diào)系統(tǒng)的主機(jī)。因此，現(xiàn)有的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈活性較差。對于船舶停航、中央空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉而駕駛室需要單獨值崗等工況，現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行經(jīng)濟(jì)性不佳。對于船舶加改裝，柜式空調(diào)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管等輔助空調(diào)設(shè)備的改型涉及的成本較高[3]。分體式空調(diào)不僅能完善船用空調(diào)系統(tǒng)的配備情況，還能增強(qiáng)系統(tǒng)的使用靈活性，使系統(tǒng)更能滿足船舶設(shè)計、建造和加改裝的要求，具有施工方便、實用性和經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)等優(yōu)點。

本文對船用空調(diào)系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行介紹，并對分體式空調(diào)的特點進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)分體式空調(diào)在安裝和使用中的關(guān)鍵技術(shù)，以期為分體式空調(diào)在船舶上的應(yīng)用提供一定參考。

1 船用空調(diào)系統(tǒng)的使用情況

1.1 船用空調(diào)系統(tǒng)介紹

船用中央空調(diào)系統(tǒng)分為間接式空調(diào)系統(tǒng)和直冷式空調(diào)系統(tǒng)（見圖1）。間接式空調(diào)系統(tǒng)通常將冷水機(jī)組作為冷源，通過空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)、集中式空調(diào)器、空氣冷卻器和風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行換熱[6]，并由集中式空調(diào)器將處理過的新鮮空氣輸送至各空調(diào)艙室。通過空氣冷卻器和風(fēng)機(jī)盤管等輔助空調(diào)設(shè)備對散熱量較高的工作艙室以及船員較為聚集的會議室、餐廳、活動室和健身房等生活艙室供冷。冷水機(jī)組需要配備海水冷卻水泵和循環(huán)水泵，集中式空調(diào)器、風(fēng)機(jī)盤管和空氣冷卻器等空調(diào)設(shè)備通過循環(huán)水泵進(jìn)行間接制冷。直冷式空調(diào)系統(tǒng)則采用空調(diào)機(jī)組作為冷源，通過制冷劑系統(tǒng)與集中式空調(diào)器進(jìn)行換熱，并由集中式空調(diào)器將處理過的新鮮空氣輸送至各空調(diào)艙室，由柜式空調(diào)機(jī)對散熱量較高的工作艙室和生活艙室供冷。其中，空調(diào)機(jī)組和柜式空調(diào)機(jī)都需要配備海水冷卻水泵。

圖1 船用中央空調(diào)系統(tǒng)示意圖

1.2 使用情況分析

無論是間接式空調(diào)系統(tǒng)還是直冷式空調(diào)系統(tǒng)，在供冷時都需要開啟冷水機(jī)組或空調(diào)機(jī)組等冷源，而整個空調(diào)系統(tǒng)的運行則需要同時開啟水泵和集中式空調(diào)器等主要空調(diào)設(shè)備，啟動的設(shè)備數(shù)量較多，系統(tǒng)的運行步驟較繁瑣。

船用中央空調(diào)系統(tǒng)主要具有以下特點：

1）對于采用間接式空調(diào)系統(tǒng)的船舶，集中式空調(diào)器、空氣冷卻器和風(fēng)機(jī)盤管通過循環(huán)水管與冷水機(jī)組連接。因此，船舶的循環(huán)水管數(shù)量較多，尤其是配置了風(fēng)機(jī)盤管等輔助空調(diào)設(shè)備的空調(diào)艙室。根據(jù)布置位置的不同，循環(huán)水管需要包覆不同厚度的保溫材料，會占用較多的船舶空間，也會增加船舶設(shè)計、建造和后續(xù)保養(yǎng)的難度和工作量。

2）對于采用直冷式空調(diào)系統(tǒng)的船舶，雖然相比間接式空調(diào)系統(tǒng)少了循環(huán)水管，但需要根據(jù)柜式空調(diào)機(jī)的配置數(shù)量和位置配備專用海水冷卻水泵和冷卻水管，管材的防腐蝕要求和建造成本較高。

3）對于只配備了布風(fēng)器的空調(diào)艙室，只要艙內(nèi)需要供冷，就必須開啟作為冷源的冷水機(jī)組或空調(diào)機(jī)組；對于配備了空氣冷卻器和風(fēng)機(jī)盤管等輔助空調(diào)設(shè)備的空調(diào)艙室，必須開啟冷水機(jī)組才能供冷；對于配備柜式空調(diào)機(jī)等直冷式輔助空調(diào)設(shè)備的空調(diào)艙室，則必須要開啟專用海水冷卻水泵來運行空調(diào)設(shè)備。因此，在實船使用中，即便全船只有一個空調(diào)艙室需要供冷，也必須開啟相應(yīng)的冷卻水泵、冷水機(jī)組或空調(diào)機(jī)組等大型設(shè)備，操作繁瑣，局部供冷能力較差。

4）當(dāng)艙室較多、艙室位置較高時，不適合將柜式空調(diào)機(jī)作為輔助空調(diào)設(shè)備。由于柜式空調(diào)機(jī)采用海水冷卻，過多采用柜式空調(diào)機(jī)需要配備較多的海水管路，建造成本較高，防腐蝕要求較高，后續(xù)檢查工作量較大。在較高的艙室使用柜式空調(diào)機(jī)，則需要采用較大揚程的冷卻水泵以確保柜式空調(diào)機(jī)的正常運行，這會增加冷卻水泵的選型成本。

5）對于空調(diào)艙室加改裝工程，風(fēng)機(jī)盤管或柜式空調(diào)機(jī)等輔助空調(diào)設(shè)備的改裝工作量較大，所涉及的船體基座修改、管附件修改、各專業(yè)牽連工程和加改裝成本較高[3]。

2 分體式空調(diào)器應(yīng)用分析

2.1 分體式空調(diào)器的使用特點

風(fēng)冷式分體空調(diào)可作為空調(diào)艙室的輔助設(shè)備，其主要功能等同于風(fēng)機(jī)盤管和柜式空調(diào)機(jī)。相比風(fēng)機(jī)盤管和柜式空調(diào)機(jī)，分體式空調(diào)器的優(yōu)點如下：

1）分體式空調(diào)器的系統(tǒng)較為簡單。由于室外機(jī)的冷凝器采用風(fēng)冷的冷卻形式，不需要配置專用的海水冷卻水泵。室內(nèi)機(jī)的蒸發(fā)器通過氟利昂管中的制冷劑進(jìn)行熱交換，不需要配置循環(huán)水泵。室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)通過銅管和電纜連接，不需要配置水管系統(tǒng)。因此，分體式空調(diào)器是獨立的輔助空調(diào)設(shè)備，其運行完全獨立于中央空調(diào)系統(tǒng)。

2）分體式空調(diào)器的安裝較為簡單。只需在空調(diào)艙室內(nèi)預(yù)留足夠的安裝位置，便可根據(jù)實船情況完成室內(nèi)機(jī)的安裝固定。此外，室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的氟利昂管和電纜是現(xiàn)場連接的，因此，即使室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的實際位置略有偏差，也可通過適當(dāng)修改管路長度來完成連接。

3）分體式空調(diào)器的噪聲指標(biāo)合格。由于分體式空調(diào)器的壓縮機(jī)、冷凝器和風(fēng)扇等噪聲較大的運轉(zhuǎn)部件布置在室外機(jī)內(nèi)部，主要的噪聲源在艙外，艙內(nèi)的噪聲一般低于50 dB(A)[7]。

4）分體式空調(diào)器的質(zhì)量可靠、使用方便。分體式空調(diào)器的生產(chǎn)技術(shù)成熟、用途廣泛，已在國內(nèi)多種船型上安裝和使用（見圖2）。在交船7～8 年后，分體式空調(diào)器仍能正常運行，使用效果良好。此外，分體式空調(diào)器在運行時不需要開啟冷卻水泵、循環(huán)水泵和冷水機(jī)組等中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備，可以通過獨立運行實現(xiàn)局部溫控，具有運行靈活性高、操作簡單、運行成本低等特點。

圖2 分體式空調(diào)器的實船安裝

5）相較于風(fēng)機(jī)盤管換裝方案和柜式空調(diào)機(jī)改裝方案，分體式空調(diào)加裝方案的成本最低。對于船舶加改裝，分體式空調(diào)加裝方案的成本是3 種方案中最低的（見表1）。通常情況下，分體式空調(diào)器比風(fēng)機(jī)盤管的價格低50%左右，比柜式空調(diào)機(jī)的價格低90%左右。對于船舶的加改裝，分體式空調(diào)器的安裝基本沒有牽連工程，僅需要對空調(diào)艙室的艙壁進(jìn)行開孔和絕緣材料修補(bǔ)。

表1 某船加改裝的成本對比

2.2 分體式空調(diào)器的安裝要點

分體式空調(diào)器主要布置在如下位置：1）位置較高且需要單獨值崗的駕駛室；2）需要局部溫控能力較強(qiáng)的會議室和活動室；3）部分加改裝船舶的空調(diào)艙室。

根據(jù)分體式空調(diào)器的安裝特點和空間需求，為確保分體式空調(diào)器的運行穩(wěn)定，要考慮以下安裝要點：

1）目前市場上分體式空調(diào)器的接管長度一般不超過5 m，若要在船舶的空調(diào)艙室內(nèi)配備分體式空調(diào)器，則需要綜合考慮室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的布置位置，確保接管長度不超過生產(chǎn)廠家要求的額定長度。當(dāng)接管長度超過分體式空調(diào)器的額定長度時，根據(jù)實際所需的接管長度購買相應(yīng)長度的銅管、電纜和保溫材料，并在安裝后充注適量制冷劑。

2）分體式空調(diào)器需要布置在能夠安裝室外機(jī)的空調(diào)艙室，確保室外機(jī)的通風(fēng)、換熱有效。室外機(jī)可布置在上層建筑的舷側(cè)、單獨的排風(fēng)圍井、換氣次數(shù)滿足需求的貯藏室或設(shè)備室等地點。如圖3所示，對于露天布置的室外機(jī)，要盡量布置在有遮擋的部位，確保室外機(jī)不因海浪、雨水等影響產(chǎn)生腐蝕；對于布置在通風(fēng)圍井內(nèi)的室外機(jī)，要確保開孔滿足風(fēng)冷效果、圍井尺寸滿足室外機(jī)的安裝和拆卸要求；對于布置在艙內(nèi)的室外機(jī)，艙室的通風(fēng)換氣次數(shù)要滿足要求以確保室外機(jī)的冷凝效果。

圖3 室外機(jī)的布置情況

3）室內(nèi)機(jī)的布置位置附近需要預(yù)留冷凝水管，確保室內(nèi)機(jī)的冷凝水管可以接到船用冷凝管上。此外，在室內(nèi)機(jī)附近的艙壁上設(shè)置電源插座用于室內(nèi)機(jī)的供電。

4）布置有分體式空調(diào)器的空調(diào)艙室內(nèi)需要設(shè)置空調(diào)風(fēng)管和布風(fēng)器。通過中央空調(diào)系統(tǒng)滿足新風(fēng)量的需求，分體式空調(diào)器則作為輔助空調(diào)設(shè)備，其主要作用是調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度。若工作人員長期在某艙室值班，而全船中央空調(diào)系統(tǒng)未開啟，這種情況需要通過定時開門通風(fēng)來滿足新風(fēng)量的要求。分體式空調(diào)器僅作為局部溫控措施，不能完全代替中央空調(diào)系統(tǒng)。

3 結(jié)論

本文對船用空調(diào)系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行介紹，并對分體式空調(diào)的特點進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)分體式空調(diào)在安裝和使用中的關(guān)鍵技術(shù)，可以得出如下結(jié)論：

1）分體式空調(diào)器具有獨立運行、系統(tǒng)簡單、安裝方便、質(zhì)量可靠和成本可控等優(yōu)點。

2）無論是新建船舶還是加改裝船舶，只需滿足室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的接管長度合適、室外機(jī)布置位置合理等安裝要素，都可視情況采用分體式空調(diào)器作為空調(diào)艙室的輔助空調(diào)設(shè)備。