大型邮轮 HVAC技术应用分析
摘要：随着交通行业的高速发展，造船行业市场整体处于几近饱和状态，许多船厂面临转型，开始进军大型邮轮。大型邮轮在欧洲已经有了一条较为完整的生产链。其主要邮轮生产船厂订单已经排到2025年往后了。在这样的大背景下，我国已经投入了大量的人力，物力去进军大型邮轮建造市场。大型邮轮建造是我国造船业正在努力采摘而尚未摘取的“造船皇冠上的那颗明珠”。在大型邮轮的设计建造中，HVAC即暖通空调系统是最大、最复杂的系统，暖通空调系统的设计、建造、调试贯穿了整个船舶的设计、建造过程。暖通空调系统的质量及进度直接影响整个船舶的建造质量和周期。为此，对HVAC技术应用进行研究分析是十分有必要的。
关键词：大型邮轮；暖通空调系统
1 大型邮轮空调系统概述
大型邮轮暖通空调系统按介质可以分为水系统和风管系统两个部分。水系统部分有加热和制冷两种功能，其中制冷系统主要有直膨系统和冷媒水系统两种形式；风管系统分类较多，可以分为单风管系统、双风管系统、VAV变风量系统、FCU（风机盘管）制冷系统。本邮轮项目按照不同的区域采用不同的空调系统运行方式，乘客和高级船员区域采用新风机组加风机盘管的分散式空调系统；普通船员区域采用集中式空调系统和末端布风器二次调节加热形式；公共区域、厨房及其他区域均为独立的空调系统，同时除厨房外所有的空调机组均带有能量回收转换的运用。
图1 典型冷媒水系统原理图
1.1制冷系统
普通商船由于全船制冷量较小，采用直膨系统居多。而客船由于人数较多、制冷量也稍大，通常采用冷媒水系统。大型邮轮动辄几千kW的制冷量，目前大都采用冷媒水系统。典型的冷媒水制冷系统如图1所示（AHU指空调箱）。
从
图1可以看出，冷媒水制冷系统主要有冷水机组、冷媒水泵、膨胀罐、空气处理单元（AHU或FCU）等组成。大型邮轮中，由于冷媒水系统庞大、且在不同季节时制冷负荷差距很大，所以往往采用多台冷水机组进行供冷，以扩大冷量调节的范围；并且，为了避免频繁调节压
缩机的制冷输出或频繁启停压缩机，会在系统中增加一个缓冲罐，起到冷量存储的作用。当采用变流量系统时，为了避免流经压缩机的冷媒水量过少导致蒸发温度过低，冷媒水系统有时采用的是二级循环系统，如图2所示。
图2 二级循环冷媒水系统原理图
图2中，冷媒水系统分为两个部分：冷水机组侧为定流量系统——不管外界负荷如何，流经冷水机组的水量保持不变；AHU侧为变流量系统——冷媒水量根据实际需要进行调节。另外，客船需满足SRtP（安全实时传输协议） 的要求。为了满足SRtP对安全区域的要求，制冷系统在机组布置和系统管路布置上需有一些特殊的安排，以保证在任何区域损失的情况下，安全区域都能满足制冷、供暖和通风要求。目前，还有些新型的制冷系统也在邮轮上进行了尝试性的应用，例如日本三菱建造的AIDA项目就采用了YORK公司的吸附式机组进行制冷。由于空间和重量控制是大型邮轮建造从始至终的控制要点，而吸附式机组体积大、重量重，所以目前还不是制冷系统的主流。
1.2加热系统
对于空调系统而言，在夏季时需要有制冷功能，冬季时则需要有加热功能。普通商船中，空调系统的加热有电加热和热水加热两种形式。但在大型邮轮中，由于需要的热量较大，采用电加热的话，将导致电网负荷过大，所以往往采用热水加热的形式。出于温度调节需要，大型邮轮空调系统的加热通常分为两个部分：预加热系统和再加热系统。系统原理简图如图3所示。
图
3 空调加热系统原理图
预加热系统与制冷的冷媒水系统共用一套管路，管路中的水在夏季时通过冷水机组冷却为冷媒水，冬季时通过换热器加热为热水。再加热系统设置为独立的一套水管路，在AHU中或AHU外，对AHU处理过的空气进行二次调节，以达到各自处所的送风温度要求。并且，由于不同区域要求不同的送风温度，加热系统中每个AHU处将有多个盘管。
1.3 风管系统
风管系统分为单风管系统、双风管系统、VAV系统、FCU 系统等。单风管系统常用于普通商船。双风管系统由于需要冷风、热风两路风管，风管数量较多，目前已很少采用。在大型邮轮中，目前常用的为VAV（变风量）系统和FCU（风机盘管）系统，其中大部分邮轮采用的是FCU风管系统。
1.3.1 VAV系统
VAV系统的全称为变（Variable）风量（Air）风管（Ventilation）系统。该技术设计的核心思想是，通过室内温度的反馈，调节舱室的送风风量典型的VAV系统如图4所示，主要由变风量风机、风管、VAV阀、末端布风器组成。
图
4 典型VAV系统原理图
布置在舱室内的感温探头感应室内温度，并传输信号至VAV阀，调节VAV阀的开度；同时，设置在风管总管或送风箱内的压力探头，感应系统的压力信号，并输出信号至风机，通过调节风机的风量来保持管路里面的压力不变。VAV系统与普通风管系统的区别在于：是通过室内温度传感器自动控制VAV阀的开度，以保持室内温度保持在设定值；并且VAV风闸开度调节后，能通过压力信号调节保持风管内的压力不变，不会影响其他房间的风量。而普通系统通过管路开度调节风量后，不可避免的会影响其他房间的供风，造成连锁反应。
1.3.2 FCU系统
FCU 的全称是FAN COIL UNIT，即风机盘管。FCU系统是通过本地的FCU混合本地的回风以及来自中央AHU的新风，来提供新风及调节室内温度。典型的FCU系统如图5所示。
图5 典型FCU系统原理图
舱室所需的新风通过中央AHU进行预处理后，送至各个房间的FCU；本地的FCU将新风与回风混合后，再经过盘管处理后再送进房间；房间内的负荷变化时，通过回风口的感温探头，将信号送至冷媒水管路调节阀，通过调节通过盘管的水量调节出风温度。
1.3.3 VAV、FCU系统应用比较
相比于VAV系统，FCU较为突出的优点在于风管管径可以大大减少。由于从外界送至各个处所的风量只要满足新风量的要求，不再承担调节温度的功能，因此，从外界输送至房间的风量大大的减少，从而风管的管径也可以减少很多，有利于风管的布置。FCU可以有较灵活的方式。除了每个舱室都设置一个FCU以外，对于船员区域这些要求相对较低的处所，可以几个房间合起来采用一个FCU，以减少早期在FCU设备上的的投入。实际用时，VAV系统和FCU系统可以综合起来运用。同一条船上，要求不高的地方例如船员区域可以采用VAV系统，而乘客其余可以采用FCU系统；同时，在采用VAV系统时，可以在某些有大散热设备的房间增加FCU，以增加局部的制冷效果。目前，FCU 系统是大型邮轮上采用的主流系统。