满足安全返港的客滚船空调通风系统设计

杨 晶，徐 谦，朱静波，吴 林

（招商局邮轮研究院（上海）有限公司，上海 200041）

0 引言

客船或客滚船的空调通风系统是一个非常庞大的系统，主要包括服务于居住处所的空调系统和服务于机械处所的通风系统。对于具有安全返港要求的客船，其空调通风系统的设计也需满足安全返港的要求。在进行空调通风系统设计时，主要通过分隔和冗余的方法，使得单一处所失效时，空调通风系统依旧能在安全返港的设计要求下进行工作。

1 客滚船通风特点

1.1 客滚船通风的复杂性

普通货船上的空调由压缩机组、空气处理单元和空调的控制板组成，空调仅能通过主控板进行简单的逻辑控制。

客滚船存在多个主竖区，风机和空调单元的数量也较多，通过船上电力配电箱供电不便于控制。因此，通常由空调厂家自己提供通风电机控制箱（Ventilation Motor Control Cabinet，VMCC）给不同区域的空调单元和风机供电。

根据《国际海上人命安全公约》（，SOLAS）的要求，客滚船驾驶室的安全中心需具有所有动力通风系统的全部功能。常规的做法是在安全台上设置数据采集和监测控制（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）电脑。通过各区 VMCC中的网关，将所有空调单元、风机和风闸的控制和显示信号串成环路，并将信号传送至SCADA电脑中。

相较于普通货船，客滚船上空调系统的控制逻辑比较复杂，空调单元（Air Handling Unit，AHU）和 VMCC中均设有可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），需进行自动化控制设计。自动化控制功能主要包括：1）显示所有风机和风闸开闭状态；2）必要情况下，对分组进行应急切断；3）在风闸和风机之间形成联锁；4）针对靠港和航行等不同工况，选择相应的控制逻辑；5）根据房间里的温度传感器，调节风机的转速并改变风量。

1.2 安全返港要求

建造日期在2010年7月1日之后，长度在120 m以上或具有3个及以上主竖区的客船需符合安全返港的要求。安全返港对空调通风的需求主要表现在2方面：1）安全区的服务。在安全返港场景下，乘客集合的安全区域要保证一定量的通风。安全区是在发生客船事故后用以服务乘客的区域，是保证乘客最低生存和舒适度体验的重要基础，空调通风系统需保证安全区的环境要求。在安全返港时，空调通风系统需保证4.5 m/h的新风要求，保证安全区的温度在10～30 ℃。2）在安全返港工况下，工作区域需保证一定量的通风，以保证相关设备的正常工作，如机舱里的主机、发电机和舵机等。

2 安全返港对空调通风系统的要求

2.1 空调水系统

空调水系统由冷媒水系统、预热水系统和再热水系统组成，主要包含冷水机组（冷源）、加热器（热源）、水泵、管路和阀门。空调水系统的主要作用是保证安全区的温度。

为简化空调水系统的安全返港设计，冷媒水系统和预热水系统需在安全返港时提供足够的热量和制冷量，而再热水系统无须考虑安全返港的设计要求。

为满足安全返港的需要，在前泵舱和后泵舱分别隔离布置空调水系统设备（见图1）。后泵舱的设备由前机舱供电，前泵舱的设备由后机舱供电，电缆穿过不同的滚装处所，可保证在一个泵舱空调水系统设备出现问题的情况下，整个空调水系统可正常工作。此外，考虑到失去蒸汽系统的情况，在前泵舱布置电加热器，用电加热水，为上层建筑的空调提供热量。

图1 前泵舱和后泵舱空调水系统布置和供电情况示意

2.2 空调风系统

上层建筑布置有3个安全区，分布在1号～3号主竖区。不同主竖区的空调箱完全独立，当其中 1个故障时，其他2个能够正常使用。通过变频器或调风门来减少风量，以降低安全返港电加热器的功率。

安全返港设计要求：在任意主竖区失效的情况下，垂直管弄均可正常使用。因此，在进行垂直管弄的通风设计时，考虑了冗余因素，分别从相邻的2个主竖区的中央空调箱给予送风，自然排风。

3 电气控制系统设计

空调电气控制系统为空调和风机供电，并对其进行自动化控制。

3.1 供电

考虑到安全返港的要求，以及客船空调和风机的数量，在设计空调系统时，为各个风机和空调单元配置了11个VMCC用于供电。2个机舱各布置1个，货舱艏艉各布置1个，3个机械区域各布置1个，4个主竖区域各布置1个。

各区域的风机和AHU分别由该区域的VMCC独立供电。通常情况下，AHU仅需1路主电源进行供电。然而，有安全返港要求AHU则需2路主电源供电。空调单元设计示意图见图2，AC1.2.1、AC1.2.2、AC2.1.1和AC2.2.2等所在区域属于安全返港时的安全区，因此，这些空调单元均由2路主电源供电。2路主电源分别从2个配电板间里连接到 VMCC，然后连接至 AHU，2路主电源可在VMCC中自动切换。

图2 空调单元设计示意

对于带有风闸控制的VMCC，为了避免电源切换时风闸的关断，会专门为风闸控制的PLC电源提供1路UPS电源。当主电源失电切换时，控制电源不断电，以保证对风机和风闸的控制不会间断。

对于包含应急风机的VMCC（如机舱应急风机、集控室应急通风供风机和驾驶室应急供风机所在的VMCC），需再增加1路应急电源。

3.2 应急切断

船舶配电系统风油切断会按照不同区域进行分组，在本例中，ES1和ES2为机舱油泵等设备的应急切断，ES3～ES16为不同区域的风机应急切断。当不同区域探测到火警信号时，火警系统发出相应的切断信号到风闸控制箱，对风闸进行及时切断。在配电板接收火警信号后，风机发出相应的风油切断信号到VMCC，切断相应的风机电源。

同一风路上的风闸和风管具有联锁功能，当风闸切断时，相应的风机也会联锁切断。

3.3 自动化

客船空调配有一套SCADA电脑系统，该系统通过VMCC内的网关形成闭合环路，可将各AHU和所有风机的状态和控制信号传送至SCADA电脑中，见图3。

图3 SCADA电脑系统连接示意

4 设计要点

4.1 安全区域的通风

根据 MSC.1/Circ.1369要求，当安全返港航程超过12 h时，需为每个乘客提供至少2 m的安全区域面积。本例中，客滚船返港航程为36 h，船上人员共1 000人。因此，选取的安全区域面积应不少于2 000 m。

由于每个主竖区中可提供作为安全区域的面积有限，本例中采取2个主竖区组合作为安全区域的方式来满足规范的要求：1）若1号主竖区失火，2号主竖区和3号主竖区作为安全区域；2）若2号主竖区失火，1号主竖区和3号主竖区作为安全区域；3）若3号主竖区失火，1号主竖区和2号主竖区作为安全区域。保证在单个主竖区失火时，安全区域的通风可满足要求。

4.2 满足安全返港要求的电缆路径

图4为满足安全返港要求的电缆路径，以2号配电板室的风机起动器为例，2个配电板室的2个配电板分别给风机起动器提供2路电。当失去1号机舱时，由2号配电板为风机起动器供电；当失去2号机舱时，由1号配电板为风机起动器供电。由于1号配电板室接出的电缆（电缆①）经过2号机舱，该电缆需绕过2号机舱，可从2号机舱上面的货舱区域或者2号机舱下面的空舱穿过。

图4 满足安全返港要求的电缆路径示意

原本配电板间和集控室的风机是接在VMCC10上的，之所以在2号配电板室增设独立的风机起动器，是因为考虑到失去艉部机械区域时，配电板和集控室的风机仍能运行，且集控室可正常显示水密门的开闭状态。

4.3 水密风闸

除空调单元风管里的关闭风闸和防火隔壁上的防火风闸外，船舶在水线以下还会有几个比较特殊的水密风闸。水密风闸是风管穿过水密舱壁时装在水密舱壁上的水密阀，以免当水密舱进水时，水通过风管延伸到相邻水密舱。水密风闸与火灾时的应急切断无关，但会在风闸控制板上单独做几组切断，当进水时关闭相应区域的水密风闸。

5 结论

本文结合客滚船的特点，对空调风系统、水系统和电气自动化控制各要素进行分析，通过优化配置来实现空调通风系统的合理控制、满足安全返港的要求，对需要满足安全返港要求的客滚船设计有一定参考意义。