分体式空调在船舶上的应用1

2023-07-07王振华魏文俊

船舶标准化工程师 2023年3期

王振华，魏文俊，王柳

（1.江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913；2.沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

0 引言

当前，船舶主要通过中央空调系统对全船的空气进行调节[1-4]，其辅助空调设备主要为柜式空调机、风机盘管等[3]。可通过各空调系统及设备的协同配合来满足不同船型和船东的要求。其中，为提高舱室的局部温控能力和使用灵活性，通常会采取以下措施：1）采用变风量空调系统[1-2]；2）采用定风量空调系统的典型舱室能量调节功能[4]；3）在局部舱室设置电动调风门、空调器自动旁通装置或电加热布风器[5]。

然而，上述各种空调系统及其辅助设备仅能实现局部调节，且运行时需要开启中央空调系统的主机。因此，现有的空气调节系统的灵活性较差。对于船舶停航、中央空调系统关闭而驾驶室需要单独值岗等工况，现有空气调节系统的运行经济性不佳。对于船舶加改装，柜式空调机、风机盘管等辅助空调设备的改型涉及的成本较高[3]。分体式空调不仅能完善船用空调系统的配备情况，还能增强系统的使用灵活性，使系统更能满足船舶设计、建造和加改装的要求，具有施工方便、实用性和经济性较强等优点。

本文对船用空调系统的使用情况进行介绍，并对分体式空调的特点进行分析。在此基础上，总结分体式空调在安装和使用中的关键技术，以期为分体式空调在船舶上的应用提供一定参考。

1 船用空调系统的使用情况

1.1 船用空调系统介绍

船用中央空调系统分为间接式空调系统和直冷式空调系统（见图1）。间接式空调系统通常将冷水机组作为冷源，通过空调循环水系统、集中式空调器、空气冷却器和风机盘管进行换热[6]，并由集中式空调器将处理过的新鲜空气输送至各空调舱室。通过空气冷却器和风机盘管等辅助空调设备对散热量较高的工作舱室以及船员较为聚集的会议室、餐厅、活动室和健身房等生活舱室供冷。冷水机组需要配备海水冷却水泵和循环水泵，集中式空调器、风机盘管和空气冷却器等空调设备通过循环水泵进行间接制冷。直冷式空调系统则采用空调机组作为冷源，通过制冷剂系统与集中式空调器进行换热，并由集中式空调器将处理过的新鲜空气输送至各空调舱室，由柜式空调机对散热量较高的工作舱室和生活舱室供冷。其中，空调机组和柜式空调机都需要配备海水冷却水泵。

图1 船用中央空调系统示意图

1.2 使用情况分析

无论是间接式空调系统还是直冷式空调系统，在供冷时都需要开启冷水机组或空调机组等冷源，而整个空调系统的运行则需要同时开启水泵和集中式空调器等主要空调设备，启动的设备数量较多，系统的运行步骤较繁琐。

船用中央空调系统主要具有以下特点：

1）对于采用间接式空调系统的船舶，集中式空调器、空气冷却器和风机盘管通过循环水管与冷水机组连接。因此，船舶的循环水管数量较多，尤其是配置了风机盘管等辅助空调设备的空调舱室。根据布置位置的不同，循环水管需要包覆不同厚度的保温材料，会占用较多的船舶空间，也会增加船舶设计、建造和后续保养的难度和工作量。

2）对于采用直冷式空调系统的船舶，虽然相比间接式空调系统少了循环水管，但需要根据柜式空调机的配置数量和位置配备专用海水冷却水泵和冷却水管，管材的防腐蚀要求和建造成本较高。

3）对于只配备了布风器的空调舱室，只要舱内需要供冷，就必须开启作为冷源的冷水机组或空调机组；对于配备了空气冷却器和风机盘管等辅助空调设备的空调舱室，必须开启冷水机组才能供冷；对于配备柜式空调机等直冷式辅助空调设备的空调舱室，则必须要开启专用海水冷却水泵来运行空调设备。因此，在实船使用中，即便全船只有一个空调舱室需要供冷，也必须开启相应的冷却水泵、冷水机组或空调机组等大型设备，操作繁琐，局部供冷能力较差。

4）当舱室较多、舱室位置较高时，不适合将柜式空调机作为辅助空调设备。由于柜式空调机采用海水冷却，过多采用柜式空调机需要配备较多的海水管路，建造成本较高，防腐蚀要求较高，后续检查工作量较大。在较高的舱室使用柜式空调机，则需要采用较大扬程的冷却水泵以确保柜式空调机的正常运行，这会增加冷却水泵的选型成本。

5）对于空调舱室加改装工程，风机盘管或柜式空调机等辅助空调设备的改装工作量较大，所涉及的船体基座修改、管附件修改、各专业牵连工程和加改装成本较高[3]。

2 分体式空调器应用分析

2.1 分体式空调器的使用特点

风冷式分体空调可作为空调舱室的辅助设备，其主要功能等同于风机盘管和柜式空调机。相比风机盘管和柜式空调机，分体式空调器的优点如下：

1）分体式空调器的系统较为简单。由于室外机的冷凝器采用风冷的冷却形式，不需要配置专用的海水冷却水泵。室内机的蒸发器通过氟利昂管中的制冷剂进行热交换，不需要配置循环水泵。室内机和室外机通过铜管和电缆连接，不需要配置水管系统。因此，分体式空调器是独立的辅助空调设备，其运行完全独立于中央空调系统。

2）分体式空调器的安装较为简单。只需在空调舱室内预留足够的安装位置，便可根据实船情况完成室内机的安装固定。此外，室内机和室外机的氟利昂管和电缆是现场连接的，因此，即使室内机和室外机的实际位置略有偏差，也可通过适当修改管路长度来完成连接。

3）分体式空调器的噪声指标合格。由于分体式空调器的压缩机、冷凝器和风扇等噪声较大的运转部件布置在室外机内部，主要的噪声源在舱外，舱内的噪声一般低于50 dB(A)[7]。

4）分体式空调器的质量可靠、使用方便。分体式空调器的生产技术成熟、用途广泛，已在国内多种船型上安装和使用（见图2）。在交船7～8 年后，分体式空调器仍能正常运行，使用效果良好。此外，分体式空调器在运行时不需要开启冷却水泵、循环水泵和冷水机组等中央空调系统的设备，可以通过独立运行实现局部温控，具有运行灵活性高、操作简单、运行成本低等特点。

图2 分体式空调器的实船安装

5）相较于风机盘管换装方案和柜式空调机改装方案，分体式空调加装方案的成本最低。对于船舶加改装，分体式空调加装方案的成本是3 种方案中最低的（见表1）。通常情况下，分体式空调器比风机盘管的价格低50%左右，比柜式空调机的价格低90%左右。对于船舶的加改装，分体式空调器的安装基本没有牵连工程，仅需要对空调舱室的舱壁进行开孔和绝缘材料修补。

表1 某船加改装的成本对比

2.2 分体式空调器的安装要点

分体式空调器主要布置在如下位置：1）位置较高且需要单独值岗的驾驶室；2）需要局部温控能力较强的会议室和活动室；3）部分加改装船舶的空调舱室。

根据分体式空调器的安装特点和空间需求，为确保分体式空调器的运行稳定，要考虑以下安装要点：

1）目前市场上分体式空调器的接管长度一般不超过5 m，若要在船舶的空调舱室内配备分体式空调器，则需要综合考虑室内机和室外机的布置位置，确保接管长度不超过生产厂家要求的额定长度。当接管长度超过分体式空调器的额定长度时，根据实际所需的接管长度购买相应长度的铜管、电缆和保温材料，并在安装后充注适量制冷剂。

2）分体式空调器需要布置在能够安装室外机的空调舱室，确保室外机的通风、换热有效。室外机可布置在上层建筑的舷侧、单独的排风围井、换气次数满足需求的贮藏室或设备室等地点。如图3所示，对于露天布置的室外机，要尽量布置在有遮挡的部位，确保室外机不因海浪、雨水等影响产生腐蚀；对于布置在通风围井内的室外机，要确保开孔满足风冷效果、围井尺寸满足室外机的安装和拆卸要求；对于布置在舱内的室外机，舱室的通风换气次数要满足要求以确保室外机的冷凝效果。

图3 室外机的布置情况

3）室内机的布置位置附近需要预留冷凝水管，确保室内机的冷凝水管可以接到船用冷凝管上。此外，在室内机附近的舱壁上设置电源插座用于室内机的供电。

4）布置有分体式空调器的空调舱室内需要设置空调风管和布风器。通过中央空调系统满足新风量的需求，分体式空调器则作为辅助空调设备，其主要作用是调节舱内温度。若工作人员长期在某舱室值班，而全船中央空调系统未开启，这种情况需要通过定时开门通风来满足新风量的要求。分体式空调器仅作为局部温控措施，不能完全代替中央空调系统。