DSV潛水支持船生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

林煥泉 張家茂 付慶義

摘? ? 要：DSV潛水支持船的生活區(qū)具有空間小、層高低、房間密等特點(diǎn)，而且生活區(qū)對噪音震動等舒適性要求極高，需要滿足DNVGL規(guī)范中COMF-V（3）要求。本文以已完工并交付的DSV實(shí)船為例，對其生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及解決方案進(jìn)行介紹，為類似船舶的空調(diào)系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：DSV;生活區(qū)空調(diào);設(shè)計(jì);密性

中圖分類號：U674.98 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： The accommodation of the diving support vessel （DSV） has the characteristics of small space， small floor height and dense rooms. Moreover， and the accommodation has very high comfort requirements for noise and vibration， so it needs to comply with the requirements of COMF-V? （3） in DNVGL rules. Taking the completed and delivered DSV as an example， this paper introduces the difficulties and solutions of the air conditioning system design in the accommodation， which provides a reference for the production design of the air conditioning system similar to the vessel.

Key words： DSV; Accommodation air conditioning; Design; Tightness

1? ? ?前言

DSV潛水支持船作業(yè)水深可達(dá)水下300 m，如采用機(jī)器人作業(yè)水深可達(dá)3 000 m。由于其功能特殊、系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備繁多而導(dǎo)致船上各系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)船舶的系統(tǒng)。船上生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)作為一個為船員提供舒適性環(huán)境的系統(tǒng)，其重要性不言而喻。如何設(shè)計(jì)好該系統(tǒng)已成為船東衡量船廠設(shè)計(jì)能力的重要指標(biāo)。

2? ?DSV潛水支持船生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

DSV潛水支持船主要參數(shù)如下：型長120.8 m、型寬25 m;配備有5x2 851 kW發(fā)電機(jī)組、2x3 500 kW全回轉(zhuǎn)主推進(jìn)器、2x1 930 kW側(cè)推和1 500 kW全回轉(zhuǎn)伸縮槳。此外，船上還擁有雙飽和潛水鐘、雙高壓逃生艇、無人值守機(jī)艙、一人橋樓、DP2動力定位等系統(tǒng);能夠在無限航區(qū)航行并具備寒帶作業(yè)能力，最大可搭載并支持24名飽和潛水員進(jìn)行300 m水下安裝、檢查、維修、打撈等作業(yè)。

該船生活區(qū)共有七層甲板，居住艙室分布在其中5層甲板上，共配備有單人間28個、雙人間51個，可滿足130人居住要求。出于對船的穩(wěn)性及靈活性等方面考慮，生活區(qū)的空間狹小、層高較低;生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的室外溫度為-20 ℃～ 45 ℃、相對濕度45%;室內(nèi)溫度要求保持夏季最高25 ℃、冬季最低20 ℃、相對濕度50%;生活區(qū)需滿足DNVGL規(guī)范中的COMF-V（3）要求，對高級船員艙室噪音要求不超過50dB、震動量不超過3 mm/s。

3? ? DSV潛水支持船生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)簡介

DSV潛水支持船生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，主要由放置于主甲板下冷媒水間的兩套冷水壓縮機(jī)組（每套機(jī)組提供船上所需冷負(fù)荷的60%，冗余20%）、三套分別位于生活區(qū)的主甲板、船長甲板、駕駛室甲板空調(diào)機(jī)室的AHU以及位于各個房間的若干風(fēng)機(jī)盤管組成。

系統(tǒng)的主要原理（見圖1）為：冷水機(jī)組產(chǎn)生冷媒水，利用其作為媒介，通過兩臺冷媒水泵（一用一備）輸送到各個AHU和風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行熱交換。

為了保證各個制冷裝置有充足的冷媒水，在各裝置冷媒水進(jìn)口處加裝流量調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)水平衡計(jì)算的流量對每一個裝置的冷媒水流量進(jìn)行設(shè)定，以避免發(fā)生搶水情況;生活區(qū)中的三臺AHU將處理過的空氣（制冷/制熱/除濕），通過預(yù)絕熱螺旋風(fēng)管分配到各個房間;各房間通過門上的格柵排風(fēng)到走道，走道處設(shè)置集中回風(fēng)到AHU，一部分風(fēng)通過房間內(nèi)的衛(wèi)生單元排風(fēng)系統(tǒng)排出，使得整個生活區(qū)風(fēng)量達(dá)到平衡狀態(tài);對于部分高級船員艙室，每個房間單獨(dú)加裝一臺風(fēng)機(jī)盤管，以更好地進(jìn)行房間的空氣調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)各主要設(shè)備參數(shù)如下。

（1）冷水壓縮機(jī)組

制冷量：658x2 kW

制冷劑：R-134 a

冷媒水進(jìn)出口溫度：12/6 ℃

（2）AHU

AHU-1：

風(fēng)量：10 270 m3/h

機(jī)外余壓：1 200 pa

制冷量：55 kW

AHU-2：

風(fēng)量：24 580 m3/h

機(jī)外余壓：1 800 pa

制冷量：174 kW

AHU-3：

風(fēng)量：16 440 m3/h

機(jī)外余壓：1 800 pa

制冷量：323 kW

4? ? DSV潛水支持船生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

（1）層高低、空間狹小

傳統(tǒng)的船舶生活區(qū)一般層高較高，并且設(shè)有空調(diào)風(fēng)管專用送風(fēng)管道及回風(fēng)管道，從上往下貫穿整個生活區(qū)，每層生活區(qū)的空調(diào)從主空調(diào)風(fēng)管分支管到各個房間。DSV潛水支持船生活區(qū)共居住130人，房間分布在5層甲板上。其中：每層甲板的層高僅2700 mm、大梁高度為400 mm、凈高為2 200 mm，這意味著大梁與天花板之間的間隙僅為100 mm;因船型較小，生活區(qū)沒有任何空間可用于上下貫穿的結(jié)構(gòu)風(fēng)道;存放AHU的房間也十分狹小。這些對于AHU與空調(diào)風(fēng)管布置無疑增加了許多難度，而且在傳統(tǒng)船舶生活區(qū)中，電纜、空調(diào)風(fēng)管的布置順序?yàn)殡娎|走梁上、風(fēng)管走梁下。但如果DSV也采取此種布置，則因空間問題會導(dǎo)致后期拉放電纜時受到下方風(fēng)管的制約而導(dǎo)致施工困難;如果將風(fēng)管布置在大梁上，又會因?yàn)轱L(fēng)管穿梁的開孔過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求。因此，空間及層高的問題是制約DSV生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)。

（2）噪音等級要求高

根據(jù)建造規(guī)格書要求，生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)不僅需滿足常規(guī)的舒適性要求，還需滿足DNVGL規(guī)范中入級符號COMF-V（3）的要求，該入級符號對噪音及震動的要求比普通船舶生活區(qū)高出不少，如表1、表2所列。

（3）空調(diào)風(fēng)管的密性試驗(yàn)難度大

一般船舶的風(fēng)管密性試驗(yàn)是通過煙霧試驗(yàn)來進(jìn)行檢查。煙霧試驗(yàn)雖然一定程度上能檢查出泄漏處，但因鼓風(fēng)機(jī)的壓力往往比實(shí)際AHU風(fēng)機(jī)的壓力小，因此在做煙霧試驗(yàn)時風(fēng)管所承受的壓力比實(shí)際運(yùn)行時要小，這可能會導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行后仍有遺漏之處;而DSV潛水支持船生活區(qū)空調(diào)風(fēng)管眾多、排列十分緊湊，一旦密性試驗(yàn)不成功，則無法完整的查出空調(diào)風(fēng)管潛在的泄露之處，在今后運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)泄露會很難進(jìn)行修補(bǔ)。

5? ? 針對生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)的解決方案

（1）細(xì)分風(fēng)管、控制風(fēng)量

針對DSV潛水支持船生活區(qū)的空間小、層高低等特點(diǎn)，船廠把空調(diào)風(fēng)管進(jìn)行細(xì)分，將送風(fēng)和回風(fēng)系統(tǒng)的每根風(fēng)管風(fēng)量控制在600 m3/h左右，單根風(fēng)管只負(fù)責(zé)兩個房間的空調(diào)通風(fēng)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：一方面將風(fēng)管的通徑變小了，最大的通徑不超過PR160，因此可以更加靈活地布置在各房間角落或者裝修板中間;另一方面是風(fēng)管風(fēng)量和風(fēng)速減少了，從而使得風(fēng)管的噪音變小了。船廠還在各個送風(fēng)管及回風(fēng)管上均設(shè)置了長度600 mm的消音器，進(jìn)一步地有效消除噪音，使噪音水平大大降低。

船廠還對AHU進(jìn)行重新布置，并修改其檢修門的開啟方式及位置，最終使得AHU可以布置下去。但是盡管如此，對于靠艙壁一側(cè)的螺栓仍然無法安裝。經(jīng)過各種考慮分析，最終確定在艙壁上開手孔、增加手孔蓋，以便于安裝AHU。

此外，為了解決后期電纜拉放的困難，將風(fēng)管布置在大梁上、電纜布置在大梁下。由于風(fēng)管被細(xì)分為通徑不大于PR160，且大梁在設(shè)計(jì)時加高100 mm，從而使得風(fēng)管可以直接穿梁走而不破壞結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。這種方法有效地解決了后期電纜的托架施工及電纜拉放等難題，避免了以往拉放電纜需反復(fù)拆除已安裝風(fēng)管的不利局面。

（2）優(yōu)化選型、降低噪音

為了使生活區(qū)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)滿足DNVGL規(guī)范中入級符號COMF-V（3）要求，船廠在設(shè)計(jì)開始就與廠家進(jìn)行了深入的研究及討論，最終根據(jù)風(fēng)機(jī)的功能、工況的不同進(jìn)行了針對性的選型。比如：機(jī)艙風(fēng)機(jī)及AHU風(fēng)機(jī)選擇了變頻風(fēng)機(jī)，這樣可以通過壓差傳感器根據(jù)內(nèi)外壓力的不同對風(fēng)機(jī)進(jìn)行無級轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié);并且在機(jī)艙內(nèi)增加了溫度傳感器，當(dāng)機(jī)艙溫度超過45 ℃時，傳感器將信號反饋到控制箱，控制箱自動將風(fēng)機(jī)調(diào)整到全速運(yùn)轉(zhuǎn);再如，廚房以及潛水氣瓶間的風(fēng)機(jī)則選用了了雙速風(fēng)機(jī)，在正常情況下使用低速運(yùn)行，在煮飯或者氣體泄漏時則高速運(yùn)行;對于其他處所的風(fēng)機(jī)，在滿足風(fēng)量及壓頭的情況下，盡量使用低速風(fēng)機(jī)。通過一系列有目的地對風(fēng)機(jī)進(jìn)行細(xì)分選型以及合適的控制，使得噪音得到有效控制，滿足了COMF-V（3）的噪音要求，同時也大大的降低了運(yùn)營成本。

（3）引入先進(jìn)打壓系統(tǒng)

對于空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)的密性試驗(yàn)，改變以往煙霧試驗(yàn)方法，引進(jìn)歐洲D(zhuǎn)W143風(fēng)管測漏標(biāo)準(zhǔn)，并重新編制了以打壓為主要手段的密性試驗(yàn)工藝。其主要原理為：將風(fēng)管一端封閉，利用壓力儀器設(shè)定好一定的壓力（一般設(shè)定為風(fēng)管的工作壓力），利用風(fēng)機(jī)維持這種壓力值，使系統(tǒng)不斷輸入空氣。當(dāng)系統(tǒng)平衡時，風(fēng)機(jī)注入壓力儀器空氣的流量與密閉管道的泄露流量相等，因此可測得泄漏風(fēng)管的流量。

實(shí)際試驗(yàn)時，船廠還對生活區(qū)送風(fēng)及回風(fēng)管進(jìn)行編號，并使用2 000 Pa的壓力進(jìn)行逐一打壓;對于其他系統(tǒng)風(fēng)管使用1 200 Pa壓力進(jìn)行打壓，使得風(fēng)管在設(shè)計(jì)壓力的工況下進(jìn)行測漏，這樣可以更好地在天花板未封板之前就檢查出是否存在漏風(fēng)情況。對有泄露的風(fēng)管修改替換，以保證后期風(fēng)量試驗(yàn)完全滿足設(shè)計(jì)要求。

6? ? 結(jié)語

DSV潛水支持船生活區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)并實(shí)際運(yùn)用到招商局重工建造的一系列同類型船舶中，有如下兩方面的積極意義：

（1）從設(shè)計(jì)角度來講，解決了該類型船舶生活區(qū)空間緊張、層高低、管路難布置等難題，有效的對生活區(qū)噪音進(jìn)行了控制。不僅為潛水支持船的順利交付提供了重要的保障，也為今后船廠建造相關(guān)船型甚至更高要求的豪華游輪生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提供了重要的設(shè)計(jì)參考案例。

（2）從經(jīng)濟(jì)角度來講，優(yōu)化創(chuàng)新后的空調(diào)風(fēng)管布置更加節(jié)省材料成本;因大量使用了小管徑的螺旋風(fēng)管也使得安裝更加方便，螺旋風(fēng)管均為成型管，無需預(yù)制、額外包覆保溫棉;風(fēng)管走在梁上，避免了因施工誤差導(dǎo)致與天花板干涉等修改，大大減少修改量，且避免了與電纜拉放的交叉作業(yè)。通過已完工交付的項(xiàng)目的成本來看，大大的減少了項(xiàng)目的施工費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

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