880 客位客滾船空調系統(tǒng)設計

田正軍 顧鑫鑫 張文楷 馮國增

（1.招商局郵輪研究院（上海）有限公司 上海 200000;2.江蘇科技大學能源與動力學院 鎮(zhèn)江 212003）

0 引言

客滾船作為一種人車兩用運輸船，主要用于裝載車輛和相應人員、游客等，其內部設計有多重娛樂空間，包含影劇院、KTV、棋牌室、餐廳、豪華套間等休閑配套，能滿足乘客的休閑娛樂、會客等需求。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，客滾船在海峽之間、海內外短途運輸中扮演著越來越重要的地位，其需求量日益增長。

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展進步，人們的生活水平不斷提高，不再滿足于物質需求，而對生活的品質要求提高。隨著時代的發(fā)展，人們將越來越注重船舶的快速性和舒適性，因此對船舶的居住環(huán)境和配套設施都有新的要求[1]。根據(jù)現(xiàn)代化需求，未來客滾船將朝著大型化、舒適化和豪華的方向發(fā)展[2]。

作為同時裝運車輛和乘客的特殊船型，客滾船的空調系統(tǒng)選擇和設計對乘客的舒適度和船舶的節(jié)能有著重要影響[3]，因此研究適用于客滾船的空調系統(tǒng)對改善船舶艙室內的舒適性和節(jié)能問題很有必要。

本文以880 客位客滾船為設計對象，主要完成其公共區(qū)域內的空調系統(tǒng)設計。首先對公共區(qū)域進行冷熱負荷計算，然后通過對各種空調系統(tǒng)方案的特點及適用范圍進行比較分析，根據(jù)客滾船的實際特點以及設計需求選擇合理的空調系統(tǒng)方案，本工程設計最終選擇冷水機組和蒸汽的冷熱源方案，并在此基礎上進行風系統(tǒng)的設計及機組設備的選型。

1 工程設計概況

1.1 客滾船基本資料

880 客位2160 米車道客滾船全長188.90m，垂線間長171.50m，型寬28.60m，型深9.25m，設計吃水6.20m，載重量5400t。該客滾船設三層車輛甲板，可承載轎車、載重汽車、雜貨和集裝箱拖車等。客艙可容納乘客880 人，設客艙、旅客餐廳、娛樂處所、休息室、超市、吸煙室等公共處所，客艙涵蓋豪華套房、行政房、雙人間、四人間等類型。

1.2 室內外基本參數(shù)

根據(jù)《船舶起居處所空氣調節(jié)與通風設計參數(shù)和計算方法》[4]進行參數(shù)設計，冬夏季艙室內外的基本參數(shù)如表1所示。

根據(jù)船舶空調設計國際標準ISO7547[5]，公共區(qū)域采用最小新風比為50%。

2 負荷計算

由于本文研究的是某客滾船公共區(qū)域的空調系統(tǒng)設計，因此負荷計算的范圍為客滾船的公共區(qū)域，包括甲板艏腫部各艙室、甲板尾腫部左舷各艙室、甲板尾腫部右舷各艙室和尾部各艙室等。甲板艏腫部包括客艙、娛樂室、醫(yī)療室、高級船員餐廳及休息室等，甲板尾腫部包括海景長廊、棋牌室、茶室、影院、超市、KTV 等，尾部主要是旅客餐廳和食品店。

客滾船每個艙室的負荷計算包括冷負荷和熱負荷兩個方面，熱負荷包括露天甲板、內部甲板、玻璃窗、外圍壁、內圍壁等維護結構的傳熱，冷負荷除圍護結構的傳熱以外，還包括人體顯熱、設備照明等散熱。

負荷計算的計算方法依據(jù)《船舶起居處所空氣調節(jié)與通風設計參數(shù)和計算方法》[4]。各區(qū)域負荷計算結果如表2所示，該客滾船的公共區(qū)域總冷負荷為552.6kW，總熱負荷為490kW。

表2 公共區(qū)域冷熱負荷計算結果Table 2 Calculation results of cooling and heating loads in public areas

3 系統(tǒng)設計及設備選型

3.1 系統(tǒng)方案的選取原則

雖然船舶空調系統(tǒng)在工作原理上與陸用空調系統(tǒng)并無太大差別，但是由于船舶航行于大海之中，航向不定，經(jīng)常遇到各種極端氣候條件和風浪的撞擊，因此對于船舶空調系統(tǒng)提出了一系列不同于陸用空調系統(tǒng)的要求[6]，歸納如下：

（1）可靠性。船舶上各種設備和系統(tǒng)都要保證工作時高度可靠，并有足夠的備用設備、部件等。要求整個系統(tǒng)能經(jīng)受艦船周期性橫搖或者縱傾考驗，能經(jīng)受得住一定的沖擊力；

（2）設備體積小，重量輕。船舶上空間緊湊，各甲板間的高度也有一定的限制，設計時應使空調系統(tǒng)所占體積盡量小，并要適應船體結構，有效的利用空間，同時也應盡量減輕設備重量以便提高船舶運載能力；

（3）設備材料要有一定的抗腐蝕能力；

（4）減少振動與噪聲。

3.2 空調系統(tǒng)方案的確定

目前，我國大型船舶中央空調系統(tǒng)普遍采用的型式包括直接式空調系統(tǒng)和間接式空調系統(tǒng)[7]。

直接式空調系統(tǒng)是由直接蒸發(fā)式空調裝置直接處理空氣，然后通過風管將空氣輸送至各艙室；而間接冷卻式空調系統(tǒng)是通過中間冷卻器讓被制冷劑冷卻過的冷媒來冷卻空氣，從而達到降低空氣溫度的目的，最后再將處理后的空氣送至各艙室。

在大型艦艇和客輪上，由于空調容積大而分散，空調負荷大，而且船舶航行在海域中，有豐富的海水資源，可以采用海水來冷卻制冷劑，因此該客滾船的制冷系統(tǒng)方案冷水機組和間接式空調器組合的方式。

由于船舶柴油發(fā)電機在運行過程中需要大量蒸汽，本著節(jié)能的原則，對蒸汽的余熱回收利用，因此，采用蒸汽作為空調系統(tǒng)的熱源。

3.3 空調送風方式

空調風系統(tǒng)的設計是空調系統(tǒng)設計的重要組成部分，經(jīng)過處理的送風和回風都必須經(jīng)過通風管道才能進入和離開艙室，艙室的送風和回風能否達到設計要求完全取決于空調風系統(tǒng)設計的是否合理。

氣流組織形式是否合理很大程度上影響熱舒適環(huán)境，此外風速也是影響熱舒適性的一個重要因素，我國設計規(guī)范對舒適性空調工作區(qū)風速作出以下規(guī)定[8]：冬季室內風速不應大于0.2m/s，夏季不應大于0.3m/s。

船舶空調艙室的風系統(tǒng)設計中既要滿足室內空氣參數(shù)要求，還要使得公共區(qū)域內艙室速度場均勻，避免人員有直接吹風感，影響人體的舒適性，因此本工程設計采用球型布風器平送風的方式，避免送風直接吹向人體和吹風感等問題，球形空氣分配器能四周轉動，使得艙室內空氣分布均勻。

根據(jù)艦船空調器選型手冊，選擇TMU(W)-105型間接式空調器。間接冷卻式空調器采用一次回風的處理方式，夏季空氣處理的焓濕圖如圖1所示。室外狀態(tài)點W 與室內經(jīng)回風管的狀態(tài)點N 混合到達狀態(tài)點C，經(jīng)空氣冷卻器冷卻去濕處理到送風狀態(tài)點O，然后送入艙室內。

圖1 夏季空氣一次回風焓濕圖Fig.1 Summer air return enthalpy humidity diagram

冬季空氣處理的焓濕圖如圖2所示。室外狀態(tài)點W 與室內經(jīng)回風管的狀態(tài)點N 混合到狀態(tài)點C，經(jīng)加熱器加濕熱蒸汽加濕后處理到送風狀態(tài)點O，然后送入艙室內。

圖2 冬季工況焓濕圖Fig.2 Enthalpy diagram for winter conditions

3.4 設備選型

3.4.1 冷水機組選型

艦船式冷水機組是間接式空調系統(tǒng)的主要設備，以制冷劑為制冷工質，制取低溫冷媒水，向各末端設備提供所需的冷媒水。艦船用冷水機組具有設計新穎、操作簡便、運行穩(wěn)定的特點，廣泛用于各類型客船、貨船、石油平臺等。其設計、制作、交付均按船級社要求。

根據(jù)負荷計算得到客滾船公共區(qū)域的總冷負荷為552.6kW，從艦船冷水機組選型手冊中選擇CLS-600 型艦船用冷水機組，其型號及性能參數(shù)如表3所示。

表3 冷水機組型號及性能參數(shù)Table 3 Chiller model and performance parameters

為滿足安全返港要求，冷媒水系統(tǒng)的設備分布在兩個機艙內，即每個機艙配置有2 套冷水機組、2 臺冷/熱媒循環(huán)泵、2 臺冷水機組冷卻海水泵等。每套冷水機組包括1 臺制冷壓縮機，1 臺海水冷卻的冷凝器，1 個油分離器，1 個蒸發(fā)器及必需的閥件控制裝置及管路等。冷水機組的安裝需采用減震器及撓性接管。冷、熱媒水系統(tǒng)配備有電動三通閥、靜態(tài)水力平衡閥，通過初始調節(jié)建立冷、熱媒水系統(tǒng)管路的水量平衡，保證各空調器的冷、熱媒水供給。

3.4.2 風機選型

風機的選擇根據(jù)空調通風系統(tǒng)的風量和風壓兩個參數(shù)進行選擇，一般地，風機的風壓應為空調通風系統(tǒng)中最不利環(huán)路阻力損失總和的1.1～1.5倍，風量取空調通風系統(tǒng)總風量的1.1 倍。

圖3 離心式風機性能曲線Fig.3 Centrifugal fan performance curve

以甲板艏腫部區(qū)域的通風系統(tǒng)為例，該風系統(tǒng)的風量為1197m3/h，總阻力損失為1142Pa，則風機的風量為1316.7m3/h，風壓為1256Pa。根據(jù)風量和最不利管路阻力損失并結合離心式風機的性能曲線在經(jīng)濟使用范圍內選擇2 臺CWL-100～200艦船用小型離心風機（1 用1 備），風量為2300m3/h，全壓為2000～2300Pa，功率為3kW。

4 結語

本文針對某880 位客滾船空調系統(tǒng)進行工程設計，可以對該類型船舶空調系統(tǒng)設計研究提供參考建議。該工程的負荷計算是根據(jù)船舶設計等標準規(guī)范進行，空調系統(tǒng)采用的是間接冷卻式空調系統(tǒng)，空調風系統(tǒng)采用定風量單風管系統(tǒng)，送風方式采用一次回風露點送風，冷水機組選用CLS-600型艦船用冷水機組，熱源采用回收蒸汽的余熱。在本工程設計的基礎上，還應考慮管路、設備的防腐、消聲減振等問題。