船舶居住舱室智能暖通系统设计

发布时间：2021-11-30所属分类：工程师职称论文浏览：1450次

摘 要： 摘 要：船舶暖通系统设计，采用智能风机盘管控制各居住舱室内温度，满足不同人员对舱室温度需求。同时，利用主机缸套水和废气锅炉水为溴化锂机组制冷提供动力源，加上转轮式空调器(AHU)利用回风能量预处理空调新风，提高空调系统节能效果。此设计方案在国内船舶行业尚

　　摘 要：船舶暖通系统设计，采用智能风机盘管控制各居住舱室内温度，满足不同人员对舱室温度需求。同时，利用主机缸套水和废气锅炉水为溴化锂机组制冷提供动力源，加上转轮式空调器(AHU)利用回风能量预处理空调新风，提高空调系统节能效果。此设计方案在国内船舶行业尚属首次。该设计方案在溴化锂机组布置时充分考虑了减摇措施，并在空调器和风机盘管布置时综合考虑了操作、维护的方便性，使本项目暖通系统不仅非常节能，而且安全可靠、维护方便。

　　关键词：溴化锂机组;风机盘管;转轮空调器(AHU);暖通系统

　　1 前言

　　常规船舶室内暖通系统设计采用电动压缩机压缩制冷，通过调节典型舱室的回风量控制空调器送风温度来维持全船舱室舒适性;采用单根空调送风总管方式供多个舱室送风;在制冷过程中，无论是活塞式压缩机还是螺杆式压缩机，都需消耗大量的电能作为动力源，导致暖通系统能耗高;舱室温度只能靠手动调节舱室内送风量进行控制，风量调小时舱室新风量也同时减少，影响舱室舒适性;并且当单个舱室风量调整时，同一主风管上其他舱室的温度也随之变化并相互影响。

　　本文介绍一种新型船用智能暖通系统设计方案及安装技术，解决常规船舶暖通系统存在的缺点。

　　2 智能暖通系统设计原理

　　节能智能暖通系统分为三部分：制冷部分、空气处理部分和温控部分。

　　2.1 制冷部分

　　本项目采用溴化锂机组作为主要制冷源，在船舶正常航行时替代常规船上的氟利昂压缩机组。溴化锂机组运行时，利用船上废气锅炉水和缸套水混合成 95 ℃的热水(以下简称余热利用系统)作为制冷动力源。

　　溴化锂机组的制冷原理是：利用溴化锂吸收水蒸气→溴化锂水溶液遇热蒸发所含水分→水蒸气冷却成冷凝水→冷凝水低压汽化吸热实现制冷。

　　溴化锂机组在运行过程中几乎没有运动部件，无动能损耗，故节能效果好、且设备运行磨损小、运行噪音低，也减少了船舶的振动和噪音源。

　　该设计方案备有两台螺杆式压缩机组作为备用制冷机组，当船舶在抛锚、码头靠泊或其它类似工况运行时，余热利用系统中的水温不能满足溴化锂机组运行要求时，可转换使用螺杆压缩机作为制冷机，不影响居住舱室的舒适性。

　　2.2 空气处理部分

　　该设计方案空调器带有回收转轮，运行时利用转轮回收空调回风中的冷量，并用于预处理空调新风，起到节能效果;同时让该风量全部排出，回风和新风之间无交换，确保空调器舱室送风为全新风、无污染。

　　2.3 温控部分

　　每个舱室均利用智能风机盘管控制温度。智能风机盘管采用无刷变速直流电机，通过探测本舱室温度控制风机盘管运行状态。在此系统中，智能风机盘管处理舱室回风，并与空调器提供的定量新风混合送入舱室，通过控制回风温度和回风风量最终控制舱室温度舒适性;来自空调器的空调新风风量由智能风机盘管新风口的定风量阀控制。由于新风风量来自空调器且风量由定风量阀控制，故送入舱室内的新风量固定不变，保证了舱室内空气新鲜度及舒适性。

　　2.4 系统整体运行

　　(1)制冷工况

　　溴化锂在余热利用系统的作用下运行并冷却冷媒水系统，冷媒水系统将一部份水提供给空调器;空调器通过回收转轮利用舱室回风冷量对新风进行第一次冷却，再利用冷媒水系统对新风智能风机盘管进行第二次冷却;冷媒水系统将另一部份水提供给智能风机盘管，用于控制舱室回风温度;智能风机盘管通过调控回风温度，并与空调器所供新风混合后送入舱室，最终控制舱室温度。

　　(2)制热工况

　　空调器通过转轮利用舱室回风热量对新风进行第一次加热;再利用余热系统对新风智能风机盘管进行第二次加热;当余热利用系统热量不能满足采暖工况时，可通过手动转换模式将热水加热改为电加热对新风进行第二次加热;智能风机盘管通过自带的电加热器加热舱室回风，并与空调器所供新风混合后送入舱室，最终控制舱室温度。

　　智能暖通系统原理图，如图 1 所示。

　　3 智能暖通系统设备布置

　　3.1 溴化锂机组

　　溴化锂机组为制冷源，运行对船舶的平稳性要求特别高，船舶的晃动会严重影响其制冷效率。本船虽设置减摇系统，但为减少溴化锂设备晃动，在设备安装位置上也做了优化考虑，如图 2 所示。

　　将溴化锂机组布置在船舶的最下层甲板(内底甲板)，以减小溴化锂机组的晃动弧度;船舶运行时横摇是以船底龙骨线为中心轴线左右晃动，故在高度上离龙骨线越近，晃动幅度越小;同样，在水平面上也尽量靠近龙骨线以减少设备晃动。

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　　由于受溴化锂机组内部结构影响，沿其切线方向晃动对其制冷效果的影响远远大于其轴线方向，故在设备布置时，溴化锂机组轴线与船舶龙骨线垂直。

　　3.2 空调器

　　带回收转轮的空调器是常规空调器高度的 2 倍，高度达到 2 230 mm;同时受空调器室布置位置、形状、大小等因素影响 , 空调器排风口位于设备顶部;由于甲板之间净空高度仅 3 000 mm，为了满足布置空调器和顶部排风管，将设备安装基座高度降为 50 mm。但当安装基座降低到 50 mm 时，空调器自带的冷凝水疏水阀安装不能满足 160 mm 高度要求，空调器无法正常排出凝水;为解决冷凝水泄放问题，将冷凝管先引到下层甲板，然后在凝水管端部安装疏水阀;另外，因空调器高度太高，空调风管布置时挡住了检修门开启。为此，将空调器检修门开关由合页式改为整板可拆式。

　　3.3 风机盘管

　　鉴于本船居住舱室较小，为充分利用舱室空间，将智能风机盘管布置在卫生单元三角区域，如图 3 所示。

　　考虑卫生单元三角区域空间狭小，智能风机盘管布置采取了下列措施：

　　(1)新风口和送风口位置优化设计

　　因 送 风 管 尺 寸 为 Φ125 mm， 而 新 风 管 为 Φ80 mm，为避免大尺寸风管穿过卫生单元顶部与其他设备互相干涉，对智能风机盘管新风口和送风口位置进行优化设计，即将送风管布置在靠舱室的外侧、新风管布置在内侧，降低了卫生单元顶部管路布置和安装的难度;

　　(2)冷媒水进出口位置优化设计

　　智能风机盘管利用冷媒水冷却舱室回风，冷媒水进出口有开关阀、温度计和压力表，并且冷媒水管还需包覆保温隔热棉，需要较大的安装及操作空间，故在设计冷媒水进出口时将其布置在靠近舱室侧的检修门背后;

　　(3)固定风机盘管的卫生单元壁板加强设计

　　因智能风机盘管重量约有 10 kg，常规卫生单元壁板因强度太弱而不能承受智能风机盘管的重量，为此需加强壁板：在相应位置壁板内预制 [ 形加强材，将智能风机盘管安装固定在此加强材上;在确定 [ 形加强材位置时，为确保对位准确，将智能风机盘管材料 / 样品提前提供给卫生单元厂家作参考对照;

　　(4)三角区域检修门优化设计

　　因智能风机盘管回风口布置位置有限，将回风口布置在检修门上。但常规检修门为合页形式，在检修门开关时因回风格栅与回风管口相互挤压导致开关困难，故对检修门进行了特别设计，可以将检修门整体拆下，避免了上述问题发生

　　5)风机盘管回风滤器设计

　　虽然智能风机盘管本体带有滤器，但因空间限制对滤器清洗工作难度较大。为了方便智能风机盘管滤器检修，选用了带滤网的回风格栅，使用人员可以在舱室内轻易维护;

　　(6)风机盘管回风管固定支架优化设计

　　常规风管固定吊架焊接在船体结构上，而智能风机盘管回风管支架则是通过螺栓固定在三角区域的拦水扁铁上。当卫生单元背后的黑灰水管需要检修时，不仅可以拆下风机盘管和回风管，也可以拆下回风管固定吊架，为检修卫生单元提供宽敞的检修空间。

　　4 结束语

　　随着人们生活水平的不断提升，对居住环境舒适性的要求也越来越高。同时，由于能源的紧缺、油价的上涨以及节能意识的加强，越来越多的船东由降低设备采购的成本意识向降低设备采购、使用和维护的全寿命成本意识转换，智能暖通系统乃大势所趋。智能风机盘管的使用，为船舶暖通系统设计提供了新的方向和选择，相对于通过末端加热冷风控制室温的方法，其节能效果十分明显。回收转轮空调器这种全新风节能空调器已得到普遍应用，而溴化锂机组在船舶上的使用也已呈现燎原之势，掌握智能暖通系统设计和安装要求，必将成为船厂之间竞争的核心技术。 ——论文作者：刘富均，易正生，王冬梅，熊晓阳，刘 瑜

　　参考文献

　　[1] 陆耀庆.实用供暖空调设计手册 [M].北京 : 中国建筑工业出版社， 2020.

　　[2] 黄恒祥.船舶设计实用手册 [M].北京 : 国防工业出版社，2000.

　　[3] 伍悦滨 , 王芳.流体力学泵与风机 [M].北京 : 化学工业出版社 ,2016.

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