獨立新風多功能空調技術在客滾船的運用

趙明浩

（黃海造船有限公司，山東 威海 264309）

0 引言

“中華復興”號是我國自主設計、自行建造的新型、豪華郵輪型客滾船，再次刷新了亞洲最大、最環保、最豪華客滾船的紀錄，成為新的“亞洲之最”。該船擁有1690 客位/3000m 車道，總長約212m，型寬28.6m，服務航速18 節時續航力不低于5000 海里。“中華復興”號采用獨立新風多功能空調系統，該系統是國內廠家最新研發的高端空調設備，主要設計在豪華客滾船、游艇、郵輪等高附加值船舶，具有能耗低、噪聲低、舒適性高、新風比高等優點，配合變風量空調系統使用，使該船在降本增效成果上，有進一步提高。該船順利交付運營，對國產化高端空調技術應用具有重要意義。

1 空調系統設計條件及要求

1.1 設計航線

煙臺-大連航線的國內航區。

1.2 設計參數

設計環境條件見表1。

表1 設計環境條件

1.3 設計甲板布置及功能

該船共設3 層車輛艙及5 層上層建筑，主要甲板布置及功能見表2。

表2 主要甲板布置及功能

1.4 設計要求

該船空調系統設計滿足CCS《鋼質海船入級規范》（2018）及其修改通報等規范要求，采用中速單風管空調系統，為全船旅客艙室、船員艙室及公共區域等場所提供空調送風。作為1 艘準豪華郵輪型客滾船，為給旅客提供一個舒適、安靜的空調環境，該船以主豎區為界，并按照旅客區域、船員區域、服務區域劃分為若干個空調區域，具體空調區域劃分如下：1）獨立控制每個 VIP 旅客艙室的溫度，采用全新風空調器（初級空氣處理單元）和獨立新風多功能空調器（次級空氣處理單元）。將全新風空調器處理好的空氣再分配至獨立新風多功能空調器，進行2 次空氣處理。2）獨立控制每個高級官員艙室的溫度，采用變風量系統。變風量系統由全空氣空調器和帶二次風量調節的變風量末端裝置組成。3）4 人以下旅客或船員艙室采用全新風空調器和獨立新風多功能空調器。各艙室的回風由房門風柵進入走廊，再經回風管返回獨立新風多功能空調器。艙室送風采用變風量末端裝置加布風器，可實現各艙室的溫度獨立控制。4）4 人以上（含）旅客或船員艙室采用帶新風和回風處理的全空氣空調器。各艙室的回風由房門風柵進入走廊，再經回風管返回空調器。艙室送風采用帶二次風量調節的布風器，使用典型艙室溫度傳感器對艙室溫度進行控制。5）公共區域空調系統采用全空氣空調器，新風比不小于40%。

2 先進空調技術應用

普通客滾船上的中央空調系統一般采用直接式空調系統或間接式空調系統。其本質都是采用了固定風量的定風量系統，按照各艙室夏、冬季節送風量、換氣次數和新風量要求的最大值確定送風量，通過回風溫度對該空調區控制送風溫度[1]。

定風量空調系統總風量不具有調節性能，各艙室風量也只能通過布風器進行手動調節，如果一個艙室調小風量，其他艙室風量隨之增大，風道內靜壓上升，風量調節過大會增加艙室噪聲。通過對客滾船定風量空調系統的調研發現普遍存在如下問題：1）各個艙室溫度不能根據個人需要進行調節，不能實現獨立控制進而降低空調系統能耗。2）艙室內噪聲偏高。

針對上述問題，參考國內外空調系統最新技術，該船采用先進的獨立新風多功能空調系統和變風量空調系統，實現4 人以下旅客艙室或船員艙室的獨立溫度控制，并增加降噪措施設計，實現節能增效的目標。

3 獨立新風多功能空調系統

3.1 系統概述

獨立新風多功能空調系統是國內應用新技術研發的最新型號空調設備，主要為豪華客滾船、游艇、郵輪等高附加值船舶設計，具有能耗低、噪聲低、舒適性高、新風比高等優點，達到國際一流技術水準。獨立新風多功能空調系統的主要設備和部件包括新風空調器、獨立新風多功能空調器、布風器、變風量末端裝置、冷水機組、風管系統、控制系統、調風門、防火風閘、風閘、風柵等。

3.2 新風空調器系統原理

夏季，冷水機組對新風空調器提供+7℃的冷媒水，通過冷/熱媒水泵送到各新風空調器，冷卻空氣（新風和回風）。冷媒水與空氣進行熱交換后，再回到冷水機組重新冷卻，如此循環。除濕是以空調制冷來實現，在制冷過程中，潮濕的空氣通過空調器蒸發器后溫度會大幅下降，空氣濕度處于一種飽和狀態，多余水汽以冷凝水的形式析出，凝結與蒸發器的翅片上，通過凝水盤排出。

冬季，主要由板式熱交換器提供熱源，通過蒸汽與淡水換熱制取熱媒水，再通過冷/熱媒水泵向新風空調器提供熱媒水。根據熱媒水出水溫度的變化，通過溫控閥自動調節加熱蒸汽用量。冬季加濕采用淡水加濕并自動控制。每臺空調器通過溫濕度傳感器來控制送風溫度與濕度，保證艙室的舒適度。新風空調器系統原理如圖1 所示。

圖1 新風空調器系統原理

3.3 獨立新風多功能空調系統原理

獨立新風多功能空調系統分為兩級空氣處理。新風首先在新風空調器進行集中處理，然后送到獨立新風多功能空調器。獨立新風多功能空調器對相似的船員或旅客艙室、公共艙室、辦公室、服務區域等進行分類配置。

新風空調器處理100%新風，為定風量（CAV）系統。新風量按照人員需要風量和衛生間排放量的最大值選取。新風在新風空調器過濾、冷卻、除濕或預加熱。經新風空調器處理后的空氣通過預絕熱螺旋風管送到獨立新風多功能空調器進行二次處理。

在客滾船的同一甲板或負荷相似的1 組艙室配置1 臺獨立新風多功能空調器。一般情況下，每臺獨立新風多功能空調器最多服務14 個艙室。獨立新風多功能空調器以變風量的方式工作。來自走道的回風經獨立新風多功能空調器過濾、冷卻、除濕或再加熱、加濕、消毒殺菌后通過預絕熱螺旋風管送到艙室的帶再加熱器的定風量或變風量布風器。獨立新風多功能空調系統原理如圖2 所示。

圖2 獨立新風多功能空調系統原理

4 變風量空調系統

4.1 系統概述

為了進一步提高該船空調系統的運行經濟性，對4 人以下旅客或船員等艙室采用變風量空調系統，即在送風預絕熱螺旋風管的末端安裝變風量末端裝置。根據艙室的負荷變化，調節系統中各變風量末端裝置的送風量，保持艙室的空氣溫度基本不變[2]。例如艙室空調負荷減小時，空調器通過變頻裝置調節風機轉速，在穩定出風靜壓箱靜壓的同時，減小空調器送風量，可以降低系統運行噪聲和系統節能。

變風量末端裝置可以實現最小風量和最大風量的設定，風量在該范圍內可以根據溫度的設定進行自動調節，風量的實測值可以輸出。配備有溫度控制器，溫度控制范圍設定：夏季25 ℃～30 ℃，冬季20℃～25 ℃，溫度信號可以輸出。在工頻模式，可以根據空調器控制箱提供最大風量信號使變風量末端處于最大風量狀態。

4.2 變風量末端裝置原理

變風量末端裝置為一次風量控制，按照空調器的數量配備若干臺數據采集控制箱和電源分線箱，可通過RS485 通信接口與空調器的PLC 對各艙室的變風量末端裝置的溫度、風量的數據進行傳輸。各艙室的變風量末端裝置配備有溫控器、VAV 控制器，可以根據設定的艙室溫度，在最大、最小風量區間對其送風量進行自動調節，即當空調艙室過冷時，變風量末端裝置風量自動減少；反之空調艙室過熱時，變風量末端裝置風量自動增加[3]，并輸出實測的溫度和風量信號。通過RS485 通信接口與空調器控制箱進行連接，傳輸各艙室變風量末端的風量和溫度信號到空調器控制箱。變風量末端裝置原理如圖3 所示。

圖3 變風量末端裝置原理示意圖

5 降噪增效技術應用

空調系統主要以舒適度及節能為主要設計方向，不但要保證旅客有一個舒適、安靜的居住環境，而且具有節約能源的功效。從整個空調通風系統設計來看，正常的噪聲是不可避免的，如何降低噪聲，避免異常噪聲是最為重要的。當空調系統運行產生的噪聲超過一定的允許值后，將影響旅客或船員的正常工作、學習、休息，甚至影響人體健康，因此，該船在進行空調通風系統設計時，著重從3 個方面入手考慮噪聲控制：1）從噪聲源出進行控制，主要有風機等機械設備產生的噪聲；2）從傳播過程中進行控制，氣流在風管中產生的噪聲；3）從空調通風系統末端進行控制，氣流通過房間末端裝置布風器[4]等產生的噪聲。

采取的主要措施：1）空調器的風機一般安裝在空調器箱體內，可以對空調箱體進行隔噪處理，外層采用普通鋼板或不銹鋼板，中間貼40mm 厚巖棉（巖棉傳熱系數小、耐高溫、吸音效果好），內層采用消音孔板做覆板，從根本上降低了風機聲源處噪聲。2）空氣在流過直管段和局部構件（如彎頭、三通、變徑管、風門、風口等）時都會產生噪聲。噪聲與氣流速度有密切的關系，當氣流速度增加一倍，噪聲就會增加15dB。降低風管系統的氣流噪聲的方法包括減少風管系統阻力、降低送風風速、送回風管中加裝消音器、風管包隔音材料等。3）房間末端裝置布風器的噪聲與整個系統的設計、風管的風速、風量以及布風器自身的結構有密切的關系。合理地設計空調系統風管，布風器就不會出現異常的噪聲；另外布風器自身結構可以加厚保溫消音的巖棉，制成迷宮形式，吸收噪聲，從而降低噪聲。

除上述措施外，空調器及冷水機組等設備安裝減振器；風管末端安裝撓性連接，撓性軟管安裝應松緊適度、不得扭曲；風管與支架間安裝軟墊；風管采用無法蘭連接時，接口處必須嚴密，矩形風管四角必須定位和密封，不得錯位和扭曲；連接風管法蘭的螺栓應均勻擰緊，其螺母宜在同一側，風管接口的連接應嚴密、牢固，以上技術均能有效降低或避免噪聲產生。

6 結論

“中華復興”號豪華客滾船的空調系統應用了獨立新風多功能空調系統及變風量空調系統等新技術，該文分別對其進行概述及原理說明。獨立新風多功能空調系統作為國內研發的最新一代空調設備，具有能耗低、噪聲低、舒適性高、新風比高等優點，配合變風量空調系統使用，能夠提高降本增效的效率。在噪聲控制方面，對噪聲源、傳播過程中、通風末端裝置等方面進行降噪設計，使系統符合規范要求，降噪效果明顯，最終使實測噪聲達到國際一流水平。

近幾年，隨著我國新的科學技術的普及應用，我國國產空調設備自動化技術有了飛速發展，該船空調設備均選用國產設備，對普及我國高端空調設備應用，積極推動相關配套廠家持續健康發展，加快推進國產豪華型客滾船向郵輪方向發展具有重要意義。