風機盤管結合新風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機盤管（FCU）結合新風機組的空調設計方案，通過對風機盤管的設備優化及布置優化，避免了常規設計中冷凝水容易溢出現場的問題。
關鍵詞：海工生活樓；風機盤管；冷凝水水盤優化；空調系統設計
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等海工產品投入到市場中，相比民用船舶上船員的作業環境，海洋工程上則更加復雜和惡劣得多，為了更好地提高船員居住環境的舒適度，對噪聲、振動、溫度調節、濕度調節等等因素都提出了更為嚴格的設計要求。
1 空調系統的分類和比較
通常船舶及海工項目上采用的空調系統設計方式有，全空氣單風管結合末端再熱系統、全空氣雙風管系統及空氣和水相結合的風機盤管系統[1]，各個系統設計都有其優勢和不足。
1.1 全空氣單風管結合末端再熱空調系統
優點是系統設計安全可靠，風管比較容易布置，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溫度，無法實現單個艙室的獨立調節，雖然可用通過配置帶末端再熱的布風器或是管道加熱器來提高艙室內溫度，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，只能通過減少送風量的方式來降低/升高艙室內溫度，容易使得送入艙室的新風量無法滿足規格書和規范規定的最小新風量的要求。雖然在制冷工況下可以通過打開加熱器來提高艙室溫度，但是會產生冷熱抵消的能量浪費。
這類空調系統多用于貨船和集裝箱船上。
1.2 全空氣雙風管空調系統
優點是可以通過冷風管和熱風管將送入艙室的空氣進行混合，在保持送風風量不變的情況下通過冷熱風的配比來調節單個艙室溫度，可輕易實現艙室的獨立控制。不足之處是需要配置冷熱兩根風管來實現空氣的輸送，使得風管的數量較單風管系統來說基本增加1倍，同時在送風末端還需要采用特殊的送風裝置，初投資加大，不利于在層高不足的生活樓上布置。
這類空調系統多用于海工平臺、豪華客船或是對舒適度有較高要求的船舶上。
1.3 風機盤管加獨立新風空調系統
此空調系統一直以來廣泛應用于陸用領域，特別是賓館、醫院和公寓。新風機組可以僅僅用來處理所需新風的顯熱負荷，艙室內部的顯熱和潛熱負荷可以通過風機盤管來負擔。優點是可以減小送風管的尺寸（只考慮最小新風量），有利于風管在狹小空間的布置，同時也可以在不減小新風量的情況下通過調節盤管的水量或水溫來達到調節單個房間溫濕度的要求。不足之處是過于分散的風機盤管增加了后期的維護難度，同時風機盤管的冷媒水管可能出現泄漏。
這類空調系統多用于對舒適度有較高要求的船舶和海工項目上。
2 海工生活樓設計實例
本文以某大型海工項目生活樓為例，詳細闡述了針對不同區域所采用不同的通風空調系統的設計思路。將已在陸用領域完善成熟的空調系統設計經過提煉、改進、優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計參考。
2.1 總體設想
針對生活樓內部艙室功能不同，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節要求，但對于走廊、儲物間等處所沒有嚴格的獨立溫度調節需求，經過與船東的反復溝通，最后確定對住艙、辦公室、餐廳、培訓室等處所采用風機盤管加室外預處理新風的空調系統，對走廊及一些較小的服務處所僅采用室外預處理新風而不配置風機盤管的空調系統。但對于重要的電氣設備房間，由于船東規格書要求所有的水管管路不得進入電氣設備間，所以風機盤管和空調柜機無法使用，因此仍采用常規的全空氣單風管空調系統，將處理后的空氣從單獨的空調機房送入房間，與艙室進行熱濕交換后的空氣通過風道回到空調機組再次與室外新風混合處理后送至房間。整個生活樓的空調設備配置如下：
1）整個生活樓預處理新風空調機組。制冷量280 kW；風量20 705 m3/h；機外余壓1 kPa；數量2×100%，均采用冷媒水供冷，室內安裝。
2）中央控制室等重要房間空調處理機組。制冷量90 kW；風量19 000 m3/h；機外余壓1 kPa；數量2×100%，一臺采用冷媒水供冷，另一臺采用氟利昂供冷，室內安裝。
3）通訊間空調處理機組。制冷量30 kW；風量6 640 m3/h；機外余壓400 Pa；數量2×100%，一臺采用冷媒水供冷，另一臺采用氟利昂供冷，室內安裝。
4）廚房空調機組。制冷量55 kW；風量5 235 m3/h；機外余壓600 Pa；數量2×100%，雙風機共用基座，采用冷媒水供冷，室內安裝。
5）蓄電池間冷卻盤管。制冷量8.5 kW；風量630 m3/h；數量2×100%，兩組盤管串聯，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 技術方案
對普通四人間艙室，先將室外新風通過新風機組處理到14°C，通過新風風管送至艙室內部，用以負擔局部的艙室內部顯熱，同時在房間內部配置相應的風機盤管用，以負擔剩余房間的內部顯熱和所有潛熱。提前將室外新風處理到14°C一方面是為了盡量減小艙室內風機盤管的尺寸（新風負荷由新風機組負擔而無需由風機盤管負擔），更有利于空間的利用，另一方面也是為了避免大型風機盤管無法滿足規格書中對噪聲的嚴格要求[2]（居住艙室通風空調系統噪聲不大于40 dBA），設計原理見圖1。
對走廊、較小的倉庫和儲藏室，由于此區域沒有嚴格的溫度控制要求，將室外新風通過新風機組處理到14°C后直接送至此區域，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機盤管的困難，設計原理見圖2。
以中央控制室（CCR）為例，由于此區域無法采用風機盤管和柜式空調機組，所以在CCR旁的空調機房內配置了1臺采用冷媒水為冷卻介質的空調機組和1臺以氟利昂為冷卻介質的直接蒸發膨脹式空調機組，兩臺機組一用一備，當一臺機組發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計范圍內，設計原理見圖3。
2.3 設計要點及改進措施
風機盤管結合新風機組的空調系統設計方案在陸用領域已經得到了廣泛應用，特別是在對分區有要求和溫度獨立調節要求的公寓和賓館。但是在船舶及海洋工程項目上的應用并不普遍，究其原因主要是大量分散布置的風機盤管機組增加了后期維護的困難，同時標準的陸用風機盤管由于凝水水盤深度過低，當風機盤管處在高負荷工況下運行時，大量匯集在水盤內部的凝水有可能因為船舶的橫搖或縱傾而溢出，最嚴重的后果是造成對天花板及艙室內部設備的損壞。但是風機盤管結合新風機組的空調系統在對房間有獨立溫度調節要求同時安裝空間比較狹小的生活樓項目是非常有利的。通過對風機盤管結構和布置的優化，揚長避短，完全可以使之滿足船舶及海洋工程上嚴苛的運行環境[3]。主要優化包括：
1）增大凝水水盤深度，在保證風機盤管在高度方向上滿足安裝要求的前提下將標準水盤的深度由25 mm~30 mm增加到50 mm，最大限度杜絕水盤內凝水溢出情況的發生。
2）合理布置風機盤管，在居住艙室均將風機盤管布置在進門上方，采用頂送頂回的氣流組織形式，在風機盤管回風側加裝非標設計的回風風管管段，既不用局部降低天花板高度來滿足安裝要求，也避開了房間內部眾多的燈和探頭等設備。
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高的凹槽形狀，同時在風機盤管水盤兩側均設置了接口，通過水管將冷凝水及時排出。
3 結論
風機盤管結合新風機組的空調系統設計，只要在風機盤管凝水管路的處理上重點考慮海洋工況的影響，適當進行產品的結構優化，靈活進行設備的布置和管路的改進，即可取得不錯的使用效果。相信該系統會逐步發揮出優勢，越來越多地應用于海洋工程生活樓的空調系統設計中。
參考文獻：
[1] 中國造船工程學會. 船舶設計實用手冊(輪機分冊)[M]. 北京: 國防工業出版社, 2013.
[2] ISO. 石油和天然氣工業海上生產裝置加熱、通風和空氣調節: ISO 15138—2007[S]. 2007.
[3] 趙忠超, 成華, 秦伯進, 等. 船舶空調負荷動態與穩態算法比較與分析[J]. 船舶工程, 2015(4): 37-41.
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