风机盘管结合新风机组在海工生活楼中的运用
摘 要：文章介绍了海洋工程项目中采用风机盘管（FCU）结合新风机组的空调设计方案，通过对风机盘管的设备优化及布置优化，避免了常规设计中冷凝水容易溢出现场的问题。
关键词：海工生活楼；风机盘管；冷凝水水盘优化；空调系统设计
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
随着世界各国对能源需求的增加，越来越多的钻井平台、钻井船、平台辅助船、FPSO等海工产品投入到市场中，相比民用船舶上船员的作业环境，海洋工程上则更加复杂和恶劣得多，为了更好地提高船员居住环境的舒适度，对噪声、振动、温度调节、湿度调节等等因素都提出了更为严格的设计要求。
1 空调系统的分类和比较
通常船舶及海工项目上采用的空调系统设计方式有，全空气单风管结合末端再热系统、全空气双风管系统及空气和水相结合的风机盘管系统[1]，各个系统设计都有其优势和不足。
1.1 全空气单风管结合末端再热空调系统
优点是系统设计安全可靠，风管比较容易布置，初投资较少，可以满足绝大部分舱室的温湿度要求。不足之处是所有舱室均采用同一送风温度，无法实现单个舱室的独立调节，虽然可用通过配置带末端再热的布风器或是管道加热器来提高舱室内温度，但是在冬季采暖工况下舱室过热或是夏季制冷工况下舱室过冷的情况，只能通过减少送风量的方式来降低/升高舱室内温度，容易使得送入舱室的新风量无法满足规格书和规范规定的最小新风量的要求。虽然在制冷工况下可以通过打开加热器来提高舱室温度，但是会产生冷热抵消的能量浪费。
这类空调系统多用于货船和集装箱船上。
1.2 全空气双风管空调系统
优点是可以通过冷风管和热风管将送入舱室的空气进行混合，在保持送风风量不变的情况下通过冷热风的配比来调节单个舱室温度，可轻易实现舱室的独立控制。不足之处是需要配置冷热两根风管来实现空气的输送，使得风管的数量较单风管系统来说基本增加1倍，同时在送风末端还需要采用特殊的送风装置，初投资加大，不利于在层高不足的生活楼上布置。
这类空调系统多用于海工平台、豪华客船或是对舒适度有较高要求的船舶上。
1.3 风机盘管加独立新风空调系统
此空调系统一直以来广泛应用于陆用领域，特别是宾馆、医院和公寓。新风机组可以仅仅用来处理所需新风的显热负荷，舱室内部的显热和潜热负荷可以通过风机盘管来负担。优点是可以减小送风管的尺寸（只考虑最小新风量），有利于风管在狭小空间的布置，同时也可以在不减小新风量的情况下通过调节盘管的水量或水温来达到调节单个房间温湿度的要求。不足之处是过于分散的风机盘管增加了后期的维护难度，同时风机盘管的冷媒水管可能出现泄漏。
这类空调系统多用于对舒适度有较高要求的船舶和海工项目上。
2 海工生活楼设计实例
本文以某大型海工项目生活楼为例，详细阐述了针对不同区域所采用不同的通风空调系统的设计思路。将已在陆用领域完善成熟的空调系统设计经过提炼、改进、优化后运用至大型海工生活楼上，为类似有独立温度控制需求且安装空间紧凑的生活楼项目提供设计参考。
2.1 总体设想
针对生活楼内部舱室功能不同，考虑到船东对于居住舱室和公共处所有较高的独立温度调节要求，但对于走廊、储物间等处所没有严格的独立温度调节需求，经过与船东的反复沟通，最后确定对住舱、办公室、餐厅、培训室等处所采用风机盘管加室外预处理新风的空调系统，对走廊及一些较小的服务处所仅采用室外预处理新风而不配置风机盘管的空调系统。但对于重要的电气设备房间，由于船东规格书要求所有的水管管路不得进入电气设备间，所以风机盘管和空调柜机无法使用，因此仍采用常规的全空气单风管空调系统，将处理后的空气从单独的空调机房送入房间，与舱室进行热湿交换后的空气通过风道回到空调机组再次与室外新风混合处理后送至房间。整个生活楼的空调设备配置如下：
1）整个生活楼预处理新风空调机组。制冷量280 kW；风量20 705 m3/h；机外余压1 kPa；数量2×100%，均采用冷媒水供冷，室内安装。
2）中央控制室等重要房间空调处理机组。制冷量90 kW；风量19 000 m3/h；机外余压1 kPa；数量2×100%，一台采用冷媒水供冷，另一台采用氟利昂供冷，室内安装。
3）通讯间空调处理机组。制冷量30 kW；风量6 640 m3/h；机外余压400 Pa；数量2×100%，一台采用冷媒水供冷，另一台采用氟利昂供冷，室内安装。
4）厨房空调机组。制冷量55 kW；风量5 235 m3/h；机外余压600 Pa；数量2×100%，双风机共用基座，采用冷媒水供冷，室内安装。
5）蓄电池间冷却盘管。制冷量8.5 kW；风量630 m3/h；数量2×100%，两组盘管串联，一组采用冷媒水供冷，另一组采用氟利昂供冷，露天安装。
2.2 技术方案
对普通四人间舱室，先将室外新风通过新风机组处理到14°C，通过新风风管送至舱室内部，用以负担局部的舱室内部显热，同时在房间内部配置相应的风机盘管用，以负担剩余房间的内部显热和所有潜热。提前将室外新风处理到14°C一方面是为了尽量减小舱室内风机盘管的尺寸（新风负荷由新风机组负担而无需由风机盘管负担），更有利于空间的利用，另一方面也是为了避免大型风机盘管无法满足规格书中对噪声的严格要求[2]（居住舱室通风空调系统噪声不大于40 dBA），设计原理见图1。
对走廊、较小的仓库和储藏室，由于此区域没有严格的温度控制要求，将室外新风通过新风机组处理到14°C后直接送至此区域，既满足舱室的温湿度要求，也解决了由于这部分空间狭小而无法安装风机盘管的困难，设计原理见图2。
以中央控制室（CCR）为例，由于此区域无法采用风机盘管和柜式空调机组，所以在CCR旁的空调机房内配置了1台采用冷媒水为冷却介质的空调机组和1台以氟利昂为冷却介质的直接蒸发膨胀式空调机组，两台机组一用一备，当一台机组发生故障时另一台机组自动启动，时时保证重要电气房间的温湿度在合理设计范围内，设计原理见图3。
2.3 设计要点及改进措施
风机盘管结合新风机组的空调系统设计方案在陆用领域已经得到了广泛应用，特别是在对分区有要求和温度独立调节要求的公寓和宾馆。但是在船舶及海洋工程项目上的应用并不普遍，究其原因主要是大量分散布置的风机盘管机组增加了后期维护的困难，同时标准的陆用风机盘管由于凝水水盘深度过低，当风机盘管处在高负荷工况下运行时，大量汇集在水盘内部的凝水有可能因为船舶的横摇或纵倾而溢出，最严重的后果是造成对天花板及舱室内部设备的损坏。但是风机盘管结合新风机组的空调系统在对房间有独立温度调节要求同时安装空间比较狭小的生活楼项目是非常有利的。通过对风机盘管结构和布置的优化，扬长避短，完全可以使之满足船舶及海洋工程上严苛的运行环境[3]。主要优化包括：
1）增大凝水水盘深度，在保证风机盘管在高度方向上满足安装要求的前提下将标准水盘的深度由25 mm~30 mm增加到50 mm，最大限度杜绝水盘内凝水溢出情况的发生。
2）合理布置风机盘管，在居住舱室均将风机盘管布置在进门上方，采用顶送顶回的气流组织形式，在风机盘管回风侧加装非标设计的回风风管管段，既不用局部降低天花板高度来满足安装要求，也避开了房间内部众多的灯和探头等设备。
3）为了尽量减少船舶摇晃时对冷凝水排放的影响，将水盘做成中间低两侧高的凹槽形状，同时在风机盘管水盘两侧均设置了接口，通过水管将冷凝水及时排出。
3 结论
风机盘管结合新风机组的空调系统设计，只要在风机盘管凝水管路的处理上重点考虑海洋工况的影响，适当进行产品的结构优化，灵活进行设备的布置和管路的改进，即可取得不错的使用效果。相信该系统会逐步发挥出优势，越来越多地应用于海洋工程生活楼的空调系统设计中。
参考文献：
[1] 中国造船工程学会. 船舶设计实用手册(轮机分册)[M]. 北京: 国防工业出版社, 2013.
[2] ISO. 石油和天然气工业海上生产装置加热、通风和空气调节: ISO 15138—2007[S]. 2007.
[3] 赵忠超, 成华, 秦伯进, 等. 船舶空调负荷动态与稳态算法比较与分析[J]. 船舶工程, 2015(4): 37-41.
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