船舶居住艙室智能暖通系統設計

劉富均 易正生 王冬梅 熊曉陽 劉瑜

摘 ? ?要：船舶暖通系統設計，采用智能風機盤管控制各居住艙室內溫度，滿足不同人員對艙室溫度需求。同時，利用主機缸套水和廢氣鍋爐水為溴化鋰機組制冷提供動力源，加上轉輪式空調器（AHU）利用回風能量預處理空調新風，提高空調系統節能效果。此設計方案在國內船舶行業尚屬首次。該設計方案在溴化鋰機組布置時充分考慮了減搖措施，并在空調器和風機盤管布置時綜合考慮了操作、維護的方便性，使本項目暖通系統不僅非常節能，而且安全可靠、維護方便。

關鍵詞：溴化鋰機組;風機盤管;轉輪空調器（AHU）;暖通系統

中圖分類號：U664.86?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： In the design of HVAC system， intelligent fan coil is used to control the temperature of each living cabin， so as to meet the needs of different personnel for the cabin temperature， and to achieve the comfort of the cabin. Both M/E jacket cooling fresh water and exhaust gas boiler feed water provide power for the Lithium bromide unit， rotary heat exchangers （AHU） uses the energy of return air to pretreat the fresh air of HVAC system， so as to realize the energy saving effect of air conditioning system. This design is firstly applied in domestic shipbuilding industry. In this design scheme， the anti-rolling measures are fully considered in the layout of lithium bromide unit. And the convenience of operation and maintenance is comprehensively considered in the layout of AHU and intelligent fan coil， so that the HVAC system is not only energy-saving， but also safe， reliable and easy to maintain.

Key words： Lithium bromide unit; Intelligent fan coil; Rotary heat exchangers （AHU）; HVAC system

1 ? ? 前言

常規船舶室內暖通系統設計采用電動壓縮機壓縮制冷，通過調節典型艙室的回風量控制空調器送風溫度來維持全船艙室舒適性;采用單根空調送風總管方式供多個艙室送風;在制冷過程中，無論是活塞式壓縮機還是螺桿式壓縮機，都需消耗大量的電能作為動力源，導致暖通系統能耗高;艙室溫度只能靠手動調節艙室內送風量進行控制，風量調小時艙室新風量也同時減少，影響艙室舒適性;并且當單個艙室風量調整時，同一主風管上其他艙室的溫度也隨之變化并相互影響。

本文介紹一種新型船用智能暖通系統設計方案及安裝技術，解決常規船舶暖通系統存在的缺點。

2 ? ? 智能暖通系統設計原理

節能智能暖通系統分為三部分：制冷部分、空氣處理部分和溫控部分。

2.1 ? 制冷部分

本項目采用溴化鋰機組作為主要制冷源，在船舶正常航行時替代常規船上的氟利昂壓縮機組。溴化鋰機組運行時，利用船上廢氣鍋爐水和缸套水混合成95 ℃的熱水（以下簡稱余熱利用系統）作為制冷動力源。

溴化鋰機組的制冷原理是：利用溴化鋰吸收水蒸氣→溴化鋰水溶液遇熱蒸發所含水分→水蒸氣冷卻成冷凝水→冷凝水低壓汽化吸熱實現制冷。

溴化鋰機組在運行過程中幾乎沒有運動部件，無動能損耗，故節能效果好、且設備運行磨損小、運行噪音低，也減少了船舶的振動和噪音源。

該設計方案備有兩臺螺桿式壓縮機組作為備用制冷機組，當船舶在拋錨、碼頭靠泊或其它類似工況運行時，余熱利用系統中的水溫不能滿足溴化鋰機組運行要求時，可轉換使用螺桿壓縮機作為制冷機，不影響居住艙室的舒適性。

2.2 ? 空氣處理部分

該設計方案空調器帶有回收轉輪，運行時利用轉輪回收空調回風中的冷量，并用于預處理空調新風，起到節能效果;同時讓該風量全部排出，回風和新風之間無交換，確保空調器艙室送風為全新風、無污染。

2.3 ? 溫控部分

每個艙室均利用智能風機盤管控制溫度。智能風機盤管采用無刷變速直流電機，通過探測本艙室溫度控制風機盤管運行狀態。在此系統中，智能風機盤管處理艙室回風，并與空調器提供的定量新風混合送入艙室，通過控制回風溫度和回風風量最終控制艙室溫度舒適性;來自空調器的空調新風風量由智能風機盤管新風口的定風量閥控制。由于新風風量來自空調器且風量由定風量閥控制，故送入艙室內的新風量固定不變，保證了艙室內空氣新鮮度及舒適性。

2.4 ?系統整體運行

（1）制冷工況

溴化鋰在余熱利用系統的作用下運行并冷卻冷媒水系統，冷媒水系統將一部份水提供給空調器;空調器通過回收轉輪利用艙室回風冷量對新風進行第一次冷卻，再利用冷媒水系統對新風智能風機盤管進行第二次冷卻;冷媒水系統將另一部份水提供給智能風機盤管，用于控制艙室回風溫度;智能風機盤管通過調控回風溫度，并與空調器所供新風混合后送入艙室，最終控制艙室溫度。

（2）制熱工況

空調器通過轉輪利用艙室回風熱量對新風進行第一次加熱;再利用余熱系統對新風智能風機盤管進行第二次加熱;當余熱利用系統熱量不能滿足采暖工況時，可通過手動轉換模式將熱水加熱改為電加熱對新風進行第二次加熱;智能風機盤管通過自帶的電加熱器加熱艙室回風，并與空調器所供新風混合后送入艙室，最終控制艙室溫度。

智能暖通系統原理圖，如圖1所示。

3 ? ?智能暖通系統設備布置

3.1 ? 溴化鋰機組

溴化鋰機組為制冷源，運行對船舶的平穩性要求特別高，船舶的晃動會嚴重影響其制冷效率。本船雖設置減搖系統，但為減少溴化鋰設備晃動，在設備安裝位置上也做了優化考慮，如圖2所示。

將溴化鋰機組布置在船舶的最下層甲板（內底甲板），以減小溴化鋰機組的晃動弧度;船舶運行時橫搖是以船底龍骨線為中心軸線左右晃動，故在高度上離龍骨線越近，晃動幅度越小;同樣，在水平面上也盡量靠近龍骨線以減少設備晃動。

由于受溴化鋰機組內部結構影響，沿其切線方向晃動對其制冷效果的影響遠遠大于其軸線方向，故在設備布置時，溴化鋰機組軸線與船舶龍骨線垂直。

3.2 ? 空調器

帶回收轉輪的空調器是常規空調器高度的2倍，高度達到2 230 mm;同時受空調器室布置位置、形狀、大小等因素影響，空調器排風口位于設備頂部;由于甲板之間凈空高度僅3 000 mm，為了滿足布置空調器和頂部排風管，將設備安裝基座高度降為50 mm。但當安裝基座降低到50 mm時，空調器自帶的冷凝水疏水閥安裝不能滿足160 mm高度要求，空調器無法正常排出凝水;為解決冷凝水泄放問題，將冷凝管先引到下層甲板，然后在凝水管端部安裝疏水閥;另外，因空調器高度太高，空調風管布置時擋住了檢修門開啟。為此，將空調器檢修門開關由合頁式改為整板可拆式。

3.3 ? 風機盤管

鑒于本船居住艙室較小，為充分利用艙室空間，將智能風機盤管布置在衛生單元三角區域，如圖3所示。

考慮衛生單元三角區域空間狹小，智能風機盤管布置采取了下列措施：

（1）新風口和送風口位置優化設計

因送風管尺寸為Φ125 mm，而新風管為Φ80 mm，為避免大尺寸風管穿過衛生單元頂部與其他設備互相干涉，對智能風機盤管新風口和送風口位置進行優化設計，即將送風管布置在靠艙室的外側、新風管布置在內側，降低了衛生單元頂部管路布置和安裝的難度;

（2）冷媒水進出口位置優化設計

智能風機盤管利用冷媒水冷卻艙室回風，冷媒水進出口有開關閥、溫度計和壓力表，并且冷媒水管還需包覆保溫隔熱棉，需要較大的安裝及操作空間，故在設計冷媒水進出口時將其布置在靠近艙室側的檢修門背后;

（3）固定風機盤管的衛生單元壁板加強設計

因智能風機盤管重量約有10 kg，常規衛生單元壁板因強度太弱而不能承受智能風機盤管的重量，為此需加強壁板：在相應位置壁板內預制[形加強材，將智能風機盤管安裝固定在此加強材上;在確定[形加強材位置時，為確保對位準確，將智能風機盤管材料/樣品提前提供給衛生單元廠家作參考對照;

（4）三角區域檢修門優化設計

因智能風機盤管回風口布置位置有限，將回風口布置在檢修門上。但常規檢修門為合頁形式，在檢修門開關時因回風格柵與回風管口相互擠壓導致開關困難，故對檢修門進行了特別設計，可以將檢修門整體拆下，避免了上述問題發生;

（5）風機盤管回風濾器設計

雖然智能風機盤管本體帶有濾器，但因空間限制對濾器清洗工作難度較大。為了方便智能風機盤管濾器檢修，選用了帶濾網的回風格柵，使用人員可以在艙室內輕易維護;

（6）風機盤管回風管固定支架優化設計

常規風管固定吊架焊接在船體結構上，而智能風機盤管回風管支架則是通過螺栓固定在三角區域的攔水扁鐵上。當衛生單元背后的黑灰水管需要檢修時，不僅可以拆下風機盤管和回風管，也可以拆下回風管固定吊架，為檢修衛生單元提供寬敞的檢修空間。

4 ? ?結束語

隨著人們生活水平的不斷提升，對居住環境舒適性的要求也越來越高。同時，由于能源的緊缺、油價的上漲以及節能意識的加強，越來越多的船東由降低設備采購的成本意識向降低設備采購、使用和維護的全壽命成本意識轉換，智能暖通系統乃大勢所趨。智能風機盤管的使用，為船舶暖通系統設計提供了新的方向和選擇，相對于通過末端加熱冷風控制室溫的方法，其節能效果十分明顯。回收轉輪空調器這種全新風節能空調器已得到普遍應用，而溴化鋰機組在船舶上的使用也已呈現燎原之勢，掌握智能暖通系統設計和安裝要求，必將成為船廠之間競爭的核心技術。

參考文獻

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