船舶居住艙室智能暖通系統(tǒng)設(shè)計

劉富均 易正生 王冬梅 熊曉陽 劉瑜

摘 ? ?要：船舶暖通系統(tǒng)設(shè)計，采用智能風(fēng)機(jī)盤管控制各居住艙室內(nèi)溫度，滿足不同人員對艙室溫度需求。同時，利用主機(jī)缸套水和廢氣鍋爐水為溴化鋰機(jī)組制冷提供動力源，加上轉(zhuǎn)輪式空調(diào)器（AHU）利用回風(fēng)能量預(yù)處理空調(diào)新風(fēng)，提高空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果。此設(shè)計方案在國內(nèi)船舶行業(yè)尚屬首次。該設(shè)計方案在溴化鋰機(jī)組布置時充分考慮了減搖措施，并在空調(diào)器和風(fēng)機(jī)盤管布置時綜合考慮了操作、維護(hù)的方便性，使本項目暖通系統(tǒng)不僅非常節(jié)能，而且安全可靠、維護(hù)方便。

關(guān)鍵詞：溴化鋰機(jī)組;風(fēng)機(jī)盤管;轉(zhuǎn)輪空調(diào)器（AHU）;暖通系統(tǒng)

中圖分類號：U664.86?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(guī)船舶室內(nèi)暖通系統(tǒng)設(shè)計采用電動壓縮機(jī)壓縮制冷，通過調(diào)節(jié)典型艙室的回風(fēng)量控制空調(diào)器送風(fēng)溫度來維持全船艙室舒適性;采用單根空調(diào)送風(fēng)總管方式供多個艙室送風(fēng);在制冷過程中，無論是活塞式壓縮機(jī)還是螺桿式壓縮機(jī)，都需消耗大量的電能作為動力源，導(dǎo)致暖通系統(tǒng)能耗高;艙室溫度只能靠手動調(diào)節(jié)艙室內(nèi)送風(fēng)量進(jìn)行控制，風(fēng)量調(diào)小時艙室新風(fēng)量也同時減少，影響艙室舒適性;并且當(dāng)單個艙室風(fēng)量調(diào)整時，同一主風(fēng)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(tǒng)設(shè)計方案及安裝技術(shù)，解決常規(guī)船舶暖通系統(tǒng)存在的缺點。

2 ? ? 智能暖通系統(tǒng)設(shè)計原理

節(jié)能智能暖通系統(tǒng)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(jī)組作為主要制冷源，在船舶正常航行時替代常規(guī)船上的氟利昂壓縮機(jī)組。溴化鋰機(jī)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(tǒng)）作為制冷動力源。

溴化鋰機(jī)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(fā)所含水分→水蒸氣冷卻成冷凝水→冷凝水低壓汽化吸熱實現(xiàn)制冷。

溴化鋰機(jī)組在運行過程中幾乎沒有運動部件，無動能損耗，故節(jié)能效果好、且設(shè)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(shè)計方案備有兩臺螺桿式壓縮機(jī)組作為備用制冷機(jī)組，當(dāng)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(tǒng)中的水溫不能滿足溴化鋰機(jī)組運行要求時，可轉(zhuǎn)換使用螺桿壓縮機(jī)作為制冷機(jī)，不影響居住艙室的舒適性。

2.2 ? 空氣處理部分

該設(shè)計方案空調(diào)器帶有回收轉(zhuǎn)輪，運行時利用轉(zhuǎn)輪回收空調(diào)回風(fēng)中的冷量，并用于預(yù)處理空調(diào)新風(fēng)，起到節(jié)能效果;同時讓該風(fēng)量全部排出，回風(fēng)和新風(fēng)之間無交換，確?？照{(diào)器艙室送風(fēng)為全新風(fēng)、無污染。

2.3 ? 溫控部分

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

2.4 ?系統(tǒng)整體運行

（1）制冷工況

溴化鋰在余熱利用系統(tǒng)的作用下運行并冷卻冷媒水系統(tǒng)，冷媒水系統(tǒng)將一部份水提供給空調(diào)器;空調(diào)器通過回收轉(zhuǎn)輪利用艙室回風(fēng)冷量對新風(fēng)進(jìn)行第一次冷卻，再利用冷媒水系統(tǒng)對新風(fēng)智能風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行第二次冷卻;冷媒水系統(tǒng)將另一部份水提供給智能風(fēng)機(jī)盤管，用于控制艙室回風(fēng)溫度;智能風(fēng)機(jī)盤管通過調(diào)控回風(fēng)溫度，并與空調(diào)器所供新風(fēng)混合后送入艙室，最終控制艙室溫度。

（2）制熱工況

空調(diào)器通過轉(zhuǎn)輪利用艙室回風(fēng)熱量對新風(fēng)進(jìn)行第一次加熱;再利用余熱系統(tǒng)對新風(fēng)智能風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行第二次加熱;當(dāng)余熱利用系統(tǒng)熱量不能滿足采暖工況時，可通過手動轉(zhuǎn)換模式將熱水加熱改為電加熱對新風(fēng)進(jìn)行第二次加熱;智能風(fēng)機(jī)盤管通過自帶的電加熱器加熱艙室回風(fēng)，并與空調(diào)器所供新風(fēng)混合后送入艙室，最終控制艙室溫度。

智能暖通系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。

3 ? ?智能暖通系統(tǒng)設(shè)備布置

3.1 ? 溴化鋰機(jī)組

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

將溴化鋰機(jī)組布置在船舶的最下層甲板（內(nèi)底甲板），以減小溴化鋰機(jī)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(shè)備晃動。

由于受溴化鋰機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響，沿其切線方向晃動對其制冷效果的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其軸線方向，故在設(shè)備布置時，溴化鋰機(jī)組軸線與船舶龍骨線垂直。

3.2 ? 空調(diào)器

帶回收轉(zhuǎn)輪的空調(diào)器是常規(guī)空調(diào)器高度的2倍，高度達(dá)到2 230 mm;同時受空調(diào)器室布置位置、形狀、大小等因素影響，空調(diào)器排風(fēng)口位于設(shè)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(diào)器和頂部排風(fēng)管，將設(shè)備安裝基座高度降為50 mm。但當(dāng)安裝基座降低到50 mm時，空調(diào)器自帶的冷凝水疏水閥安裝不能滿足160 mm高度要求，空調(diào)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(diào)器高度太高，空調(diào)風(fēng)管布置時擋住了檢修門開啟。為此，將空調(diào)器檢修門開關(guān)由合頁式改為整板可拆式。

3.3 ? 風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)盤管布置在衛(wèi)生單元三角區(qū)域，如圖3所示。

考慮衛(wèi)生單元三角區(qū)域空間狹小，智能風(fēng)機(jī)盤管布置采取了下列措施：

（1）新風(fēng)口和送風(fēng)口位置優(yōu)化設(shè)計

因送風(fēng)管尺寸為Φ125 mm，而新風(fēng)管為Φ80 mm，為避免大尺寸風(fēng)管穿過衛(wèi)生單元頂部與其他設(shè)備互相干涉，對智能風(fēng)機(jī)盤管新風(fēng)口和送風(fēng)口位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，即將送風(fēng)管布置在靠艙室的外側(cè)、新風(fēng)管布置在內(nèi)側(cè)，降低了衛(wèi)生單元頂部管路布置和安裝的難度;

（2）冷媒水進(jìn)出口位置優(yōu)化設(shè)計

智能風(fēng)機(jī)盤管利用冷媒水冷卻艙室回風(fēng)，冷媒水進(jìn)出口有開關(guān)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(shè)計冷媒水進(jìn)出口時將其布置在靠近艙室側(cè)的檢修門背后;

（3）固定風(fēng)機(jī)盤管的衛(wèi)生單元壁板加強(qiáng)設(shè)計

因智能風(fēng)機(jī)盤管重量約有10 kg，常規(guī)衛(wèi)生單元壁板因強(qiáng)度太弱而不能承受智能風(fēng)機(jī)盤管的重量，為此需加強(qiáng)壁板：在相應(yīng)位置壁板內(nèi)預(yù)制[形加強(qiáng)材，將智能風(fēng)機(jī)盤管安裝固定在此加強(qiáng)材上;在確定[形加強(qiáng)材位置時，為確保對位準(zhǔn)確，將智能風(fēng)機(jī)盤管材料/樣品提前提供給衛(wèi)生單元廠家作參考對照;

（4）三角區(qū)域檢修門優(yōu)化設(shè)計

因智能風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口布置位置有限，將回風(fēng)口布置在檢修門上。但常規(guī)檢修門為合頁形式，在檢修門開關(guān)時因回風(fēng)格柵與回風(fēng)管口相互擠壓導(dǎo)致開關(guān)困難，故對檢修門進(jìn)行了特別設(shè)計，可以將檢修門整體拆下，避免了上述問題發(fā)生;

（5）風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)濾器設(shè)計

雖然智能風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)盤管濾器檢修，選用了帶濾網(wǎng)的回風(fēng)格柵，使用人員可以在艙室內(nèi)輕易維護(hù);

（6）風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)管固定支架優(yōu)化設(shè)計

常規(guī)風(fēng)管固定吊架焊接在船體結(jié)構(gòu)上，而智能風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)管支架則是通過螺栓固定在三角區(qū)域的攔水扁鐵上。當(dāng)衛(wèi)生單元背后的黑灰水管需要檢修時，不僅可以拆下風(fēng)機(jī)盤管和回風(fēng)管，也可以拆下回風(fēng)管固定吊架，為檢修衛(wèi)生單元提供寬敞的檢修空間。

4 ? ?結(jié)束語

隨著人們生活水平的不斷提升，對居住環(huán)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(jié)能意識的加強(qiáng)，越來越多的船東由降低設(shè)備采購的成本意識向降低設(shè)備采購、使用和維護(hù)的全壽命成本意識轉(zhuǎn)換，智能暖通系統(tǒng)乃大勢所趨。智能風(fēng)機(jī)盤管的使用，為船舶暖通系統(tǒng)設(shè)計提供了新的方向和選擇，相對于通過末端加熱冷風(fēng)控制室溫的方法，其節(jié)能效果十分明顯?；厥辙D(zhuǎn)輪空調(diào)器這種全新風(fēng)節(jié)能空調(diào)器已得到普遍應(yīng)用，而溴化鋰機(jī)組在船舶上的使用也已呈現(xiàn)燎原之勢，掌握智能暖通系統(tǒng)設(shè)計和安裝要求，必將成為船廠之間競爭的核心技術(shù)。

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