風(fēng)機盤管結(jié)合新風(fēng)機組在海工生活樓中的運用

摘  要：文章介紹了海洋工程項目中采用風(fēng)機盤管（FCU）結(jié)合新風(fēng)機組的空調(diào)設(shè)計方案，通過對風(fēng)機盤管的設(shè)備優(yōu)化及布置優(yōu)化，避免了常規(guī)設(shè)計中冷凝水容易溢出現(xiàn)場的問題。

關(guān)鍵詞：海工生活樓；風(fēng)機盤管；冷凝水水盤優(yōu)化；空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計     

Application of FCU and Fresh Air Set on Living Quarter of Offshore Platform 

Abstract: The article introduces the air condition system design using FCU and fresh air handling unit on the  living  quarter  of  offshore  platform.  Through  the  optimization  of  FCU  and  layout,  the  problem  of  condensing water overflowing on the spot in the conventional design is avoided. 

Key  words:living  quarter  of  offshore  platform;  fan  coil  unit  (FCU);  optimization  of  condensing  water  pan; air condition system design

 0  引言

       隨著世界各國對能源需求的增加，越來越多的鉆井平臺、鉆井船、平臺輔助船、FPSO等海工產(chǎn)品投入到市場中，相比民用船舶上船員的作業(yè)環(huán)境，海洋工程上則更加復(fù)雜和惡劣得多，為了更好地提高船員居住環(huán)境的舒適度，對噪聲、振動、溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)等等因素都提出了更為嚴(yán)格的設(shè)計要求。

1   空調(diào)系統(tǒng)的分類和比較

       通常船舶及海工項目上采用的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方式有，全空氣單風(fēng)管結(jié)合末端再熱系統(tǒng)、全空氣雙風(fēng)管系統(tǒng)及空氣和水相結(jié)合的風(fēng)機盤管系統(tǒng)[1]，各個系統(tǒng)設(shè)計都有其優(yōu)勢和不足。

1.1  全空氣單風(fēng)管結(jié)合末端再熱空調(diào)系統(tǒng)

       優(yōu)點是系統(tǒng)設(shè)計安全可靠，風(fēng)管比較容易布置，初投資較少，可以滿足絕大部分艙室的溫濕度要求。不足之處是所有艙室均采用同一送風(fēng)溫度，無法實現(xiàn)單個艙室的獨立調(diào)節(jié)，雖然可用通過配置帶末端再熱的布風(fēng)器或是管道加熱器來提高艙室內(nèi)溫度，但是在冬季采暖工況下艙室過熱或是夏季制冷工況下艙室過冷的情況，只能通過減少送風(fēng)量的方式來降低/升高艙室內(nèi)溫度，容易使得送入艙室的新風(fēng)量無法滿足規(guī)格書和規(guī)范規(guī)定的最小新風(fēng)量的要求。雖然在制冷工況下可以通過打開加熱器來提高艙室溫度，但是會產(chǎn)生冷熱抵消的能量浪費。

        這類空調(diào)系統(tǒng)多用于貨船和集裝箱船上。

1.2 全空氣雙風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)

        優(yōu)點是可以通過冷風(fēng)管和熱風(fēng)管將送入艙室的空氣進行混合，在保持送風(fēng)風(fēng)量不變的情況下通過冷熱風(fēng)的配比來調(diào)節(jié)單個艙室溫度，可輕易實現(xiàn)艙室的獨立控制。不足之處是需要配置冷熱兩根風(fēng)管來實現(xiàn)空氣的輸送，使得風(fēng)管的數(shù)量較單風(fēng)管系統(tǒng)來說基本增加1倍，同時在送風(fēng)末端還需要采用特殊的送風(fēng)裝置，初投資加大，不利于在層高不足的生活樓上布置。

        這類空調(diào)系統(tǒng)多用于海工平臺、豪華客船或是對舒適度有較高要求的船舶上。

1.3    風(fēng)機盤管加獨立新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

       此空調(diào)系統(tǒng)一直以來廣泛應(yīng)用于陸用領(lǐng)域，特別是賓館、醫(yī)院和公寓。新風(fēng)機組可以僅僅用來處理所需新風(fēng)的顯熱負(fù)荷，艙室內(nèi)部的顯熱和潛熱負(fù)荷可以通過風(fēng)機盤管來負(fù)擔(dān)。優(yōu)點是可以減小送風(fēng)管的尺寸（只考慮最小新風(fēng)量），有利于風(fēng)管在狹小空間的布置，同時也可以在不減小新風(fēng)量的情況下通過調(diào)節(jié)盤管的水量或水溫來達到調(diào)節(jié)單個房間溫濕度的要求。不足之處是過于分散的風(fēng)機盤管增加了后期的維護難度，同時風(fēng)機盤管的冷媒水管可能出現(xiàn)泄漏。

       這類空調(diào)系統(tǒng)多用于對舒適度有較高要求的船舶和海工項目上。

2   海工生活樓設(shè)計實例

      本文以某大型海工項目生活樓為例，詳細(xì)闡述了針對不同區(qū)域所采用不同的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計思路。將已在陸用領(lǐng)域完善成熟的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)過提煉、改進、優(yōu)化后運用至大型海工生活樓上，為類似有獨立溫度控制需求且安裝空間緊湊的生活樓項目提供設(shè)計參考。

2.1  總體設(shè)想

       針對生活樓內(nèi)部艙室功能不同，考慮到船東對于居住艙室和公共處所有較高的獨立溫度調(diào)節(jié)要求，但對于走廊、儲物間等處所沒有嚴(yán)格的獨立溫度調(diào)節(jié)需求，經(jīng)過與船東的反復(fù)溝通，最后確定對住艙、辦公室、餐廳、培訓(xùn)室等處所采用風(fēng)機盤管加室外預(yù)處理新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)，對走廊及一些較小的服務(wù)處所僅采用室外預(yù)處理新風(fēng)而不配置風(fēng)機盤管的空調(diào)系統(tǒng)。但對于重要的電氣設(shè)備房間，由于船東規(guī)格書要求所有的水管管路不得進入電氣設(shè)備間，所以風(fēng)機盤管和空調(diào)柜機無法使用，因此仍采用常規(guī)的全空氣單風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)，將處理后的空氣從單獨的空調(diào)機房送入房間，與艙室進行熱濕交換后的空氣通過風(fēng)道回到空調(diào)機組再次與室外新風(fēng)混合處理后送至房間。整個生活樓的空調(diào)設(shè)備配置如下：

1）整個生活樓預(yù)處理新風(fēng)空調(diào)機組。制冷量280 kW；風(fēng)量20 705 m3/h；機外余壓1 kPa；數(shù)量2×100%，均采用冷媒水供冷，室內(nèi)安裝。

2）中央控制室等重要房間空調(diào)處理機組。制冷量90  kW；風(fēng)量19  000  m3/h；機外余壓1  kPa；數(shù)量2×100%，一臺采用冷媒水供冷，另一臺采用氟利昂供冷，室內(nèi)安裝。

3）通訊間空調(diào)處理機組。制冷量30 kW；風(fēng)量6 640 m3/h；機外余壓400 Pa；數(shù)量2×100%，一臺采用冷媒水供冷，另一臺采用氟利昂供冷，室內(nèi)安裝。

4）廚房空調(diào)機組。制冷量55 kW；風(fēng)量5 235 m3/h；機外余壓600 Pa；數(shù)量2×100%，雙風(fēng)機共用基座，采用冷媒水供冷，室內(nèi)安裝。

5）蓄電池間冷卻盤管。制冷量8.5  kW；風(fēng)量630 m3/h；數(shù)量2×100%，兩組盤管串聯(lián)，一組采用冷媒水供冷，另一組采用氟利昂供冷，露天安裝。

2.2  技術(shù)方案

       對普通四人間艙室，先將室外新風(fēng)通過新風(fēng)機組處理到14°C，通過新風(fēng)風(fēng)管送至艙室內(nèi)部，用以負(fù)擔(dān)局部的艙室內(nèi)部顯熱，同時在房間內(nèi)部配置相應(yīng)的風(fēng)機盤管用，以負(fù)擔(dān)剩余房間的內(nèi)部顯熱和所有潛熱。提前將室外新風(fēng)處理到14°C一方面是為了盡量減小艙室內(nèi)風(fēng)機盤管的尺寸（新風(fēng)負(fù)荷由新風(fēng)機組負(fù)擔(dān)而無需由風(fēng)機盤管負(fù)擔(dān)），更有利于空間的利用，另一方面也是為了避免大型風(fēng)機盤管無法滿足規(guī)格書中對噪聲的嚴(yán)格要求[2]（居住艙室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)噪聲不大于40 dBA），設(shè)計原理見圖1。

       對走廊、較小的倉庫和儲藏室，由于此區(qū)域沒有嚴(yán)格的溫度控制要求，將室外新風(fēng)通過新風(fēng)機組處理到14°C后直接送至此區(qū)域，既滿足艙室的溫濕度要求，也解決了由于這部分空間狹小而無法安裝風(fēng)機盤管的困難，設(shè)計原理見圖2。

       以中央控制室（CCR）為例，由于此區(qū)域無法采用風(fēng)機盤管和柜式空調(diào)機組，所以在CCR旁的空調(diào)機房內(nèi)配置了1臺采用冷媒水為冷卻介質(zhì)的空調(diào)機組和1臺以氟利昂為冷卻介質(zhì)的直接蒸發(fā)膨脹式空調(diào)機組，兩臺機組一用一備，當(dāng)一臺機組發(fā)生故障時另一臺機組自動啟動，時時保證重要電氣房間的溫濕度在合理設(shè)計范圍內(nèi)，設(shè)計原理見圖3。

2.3  設(shè)計要點及改進措施

       風(fēng)機盤管結(jié)合新風(fēng)機組的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案在陸用領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，特別是在對分區(qū)有要求和溫度獨立調(diào)節(jié)要求的公寓和賓館。但是在船舶及海洋工程項目上的應(yīng)用并不普遍，究其原因主要是大量分散布置的風(fēng)機盤管機組增加了后期維護的困難，同時標(biāo)準(zhǔn)的陸用風(fēng)機盤管由于凝水水盤深度過低，當(dāng)風(fēng)機盤管處在高負(fù)荷工況下運行時，大量匯集在水盤內(nèi)部的凝水有可能因為船舶的橫搖或縱傾而溢出，最嚴(yán)重的后果是造成對天花板及艙室內(nèi)部設(shè)備的損壞。但是風(fēng)機盤管結(jié)合新風(fēng)機組的空調(diào)系統(tǒng)在對房間有獨立溫度調(diào)節(jié)要求同時安裝空間比較狹小的生活樓項目是非常有利的。通過對風(fēng)機盤管結(jié)構(gòu)和布置的優(yōu)化，揚長避短，完全可以使之滿足船舶及海洋工程上嚴(yán)苛的運行環(huán)境[3]。主要優(yōu)化包括：

1）增大凝水水盤深度，在保證風(fēng)機盤管在高度方向上滿足安裝要求的前提下將標(biāo)準(zhǔn)水盤的深度由25  mm~30  mm增加到50  mm，最大限度杜絕水盤內(nèi)凝水溢出情況的發(fā)生。

2）合理布置風(fēng)機盤管，在居住艙室均將風(fēng)機盤管布置在進門上方，采用頂送頂回的氣流組織形式，在風(fēng)機盤管回風(fēng)側(cè)加裝非標(biāo)設(shè)計的回風(fēng)風(fēng)管管段，既不用局部降低天花板高度來滿足安裝要求，也避開了房間內(nèi)部眾多的燈和探頭等設(shè)備。

3）為了盡量減少船舶搖晃時對冷凝水排放的影響，將水盤做成中間低兩側(cè)高的凹槽形狀，同時在風(fēng)機盤管水盤兩側(cè)均設(shè)置了接口，通過水管將冷凝水及時排出。

3    結(jié)論

風(fēng)機盤管結(jié)合新風(fēng)機組的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，只要在風(fēng)機盤管凝水管路的處理上重點考慮海洋工況的影響，適當(dāng)進行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，靈活進行設(shè)備的布置和管路的改進，即可取得不錯的使用效果。相信該系統(tǒng)會逐步發(fā)揮出優(yōu)勢，越來越多地應(yīng)用于海洋工程生活樓的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中。

參考文獻：

[1] 中國造船工程學(xué)會. 船舶設(shè)計實用手冊(輪機分冊)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2013. 

[2]   ISO.   石油和天然氣工業(yè)海上生產(chǎn)裝置加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié): ISO 15138—2007[S]. 2007.

[3] 趙忠超, 成華, 秦伯進, 等. 船舶空調(diào)負(fù)荷動態(tài)與穩(wěn)態(tài)算法比較與分析[J]. 船舶工程, 2015(4): 37-41. 

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