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文章摘自2013年10月版CIBSE杂志Keith Bate著。
潜艇是地球上最恶劣的环境之一，设计糟糕的系统可能会造成灾难性的后果。那么，服务工程师如何使这些易挥发的容器安全操作和居住呢?
当我从一家建筑服务咨询公司跳槽到英国宇航系统公司(BAE Systems)，为皇家海军(Royal Navy)潜艇设计时，我以前的大多数同事问的第一个问题是:“通风系统是怎么工作的?”当然，核潜艇上的服务是地球上最勤奋的。
例如，2003年中国361号潜艇的事故就突显了正确操作通风系统的重要性。当时，在柴油发动机运转的情况下，潜艇沉入水中，70名船员窒息而死。
再加上诸如需要将噪音降至最低以避免被可能的敌人发现等因素，以及有缺陷的管道系统可能造成的破坏性影响，很明显，错误的服务成本无法再高了。在本文中，我将展示如何将建筑中使用的一些系统集成到这个独特的、具有潜在波动性的环境中。
喘息的空间
通风显然是任何潜艇的一个重要考虑因素。当潜艇沉入水中时，潜艇内的空气通过带静电除尘器的集中风扇持续循环，过滤掉微粒和气溶胶，冷冻水盘管冷却并去除多余的水分。碳过滤器被用来去除厨房和浴室的气味。热增益高的舱室，如发动机室，使用大容量风扇盘管机组冷却，称为空气处理机组。
柴电潜艇必须定期浮出水面为电池充电。柴油发电机的运行吸收了大量的外部空气，恢复了氧气水平，稀释了二氧化碳等气体污染物。为了避免完全浮出水面，空气通过“短感应桅杆”吸入——当达到潜望镜深度时，这是一根延伸到水面上方的管道。
虽然“潜望镜深度”仍然被用来描述只有潜望镜在水面上的水下状态，但现代潜艇实际上不再使用直接视线潜望镜了——现在使用的是数字成像。
由于核动力潜艇不需要空气来发电，它可以无限期地呆在水下。为了在不浮出水面的情况下保持大气层，核潜艇配备了空气净化系统，控制氧气(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和氢气(H2)的浓度。
CO是由热润滑油和烹饪产生的，而氢气是由电池产生的。空气通过高温燃烧器将这些气体分别氧化为二氧化碳和水。CO保持在12ppm以下，H2保持在2%以下，远低于4%的易燃下限。
从燃烧器和呼吸产生的二氧化碳在专门的工厂中使用化学吸收剂去除，这种吸收剂通过煮沸气体再生。二氧化碳含量被限制在5000 ppm左右，这远远高于一栋建筑可以接受的水平，但低于会对机组人员产生长期健康影响的水平。然而，高浓度的二氧化碳会给未出生的婴儿带来发育问题的风险。随着女性进入潜艇服役，一种方法正在开发中，如果在海上发现怀孕，就可以在舰艇的一个隔离区域内将二氧化碳水平降低到2000 ppm。
氧气是通过电解用反渗透净化的海水而产生的。氧气水平保持在22%的上限以下，以防止火灾风险增加，而呼吸的下限是137托尔的分压，相当于大气压力下的18%。之所以使用分压，是因为潜艇内部的气压变化比建筑物内的要大得多。虽然通常保持在接近大气压力的水平，但根据不同系统的运行情况，在短时间内，它可以高于或低于25%以上。这不仅会导致耳鸣，还会影响肺部吸收氧气的能力。即使在21%的正常大气浓度下，仅20%的压力下降也会产生126托的分压——在可以预期的生理效应范围内。
所需的氧气量少得惊人——160名潜艇士兵每秒只需要1.25升。这相当于7l/s的室外空气，不到一栋典型建筑中同样数量的人所能提供的空气量的1%。
这种巨大的差异是因为建筑物的通风主要是为了控制气味和稀释二氧化碳，提供的氧气远远超过所需。在潜艇中，气味控制、二氧化碳去除和氧气生产都是分开处理的。
通过打开和关闭阻尼器，通风系统可以在许多不同的“队列”中运行，包括完全再循环，为柴油发电机提供空气，净化潜艇不同部位的大气以清除污染物，并在船在港时使用外部空气进行通风。
核潜艇有巨大的冷却需求。虽然周围是相对凉爽的海水，但潜艇内部的热增益远远超过了通过船体损失的热量。核反应堆、蒸汽管道、电气设备和潜艇本身都会产生热量，这些热量必须被清除。水冷式冷水机在7点左右产生冷水°C与冷凝器的热量拒绝到“淡水”回路。主要的推进设备一般直接使用淡水回路冷却。由此产生的热量在35度左右转移到海水中°C使用管壳式热交换器，它有两个目的:将具有腐蚀性的海水从淡水系统中分离出来，并使系统中的压力保持在合理的水平。
输送海水的管道暴露在与船体相同的极端水压下。历史上最严重的潜艇灾难是1963年美国军舰长尾鲨号(USS长尾鲨)的沉没，造成129人死亡，原因是焊接不良的海水管道泄漏。为防止此类事故发生，所有海水管道的制造和焊接都按照严格的标准进行，每个焊缝都经过无损检测。所有通过压力外壳的渗透都有两个在线阀门，因此管道可以隔离。
海水也可用于饮用和洗涤，经过反渗透处理后储存在水箱中。通过向储罐提供压缩空气，系统压力保持在约3bar。虽然不节能，但这比增压泵更安静，占用的空间更少。
潜艇对排水设计提出了特殊的挑战。受限的头部空间和长距离的奔跑使其难以实现合理的下落。重力排水系统依靠向下流动的液体，但一艘潜艇可以达到30°从垂直的任何方向。真空系统可以用来解决这些问题。污水废物储存在水箱中，当水箱满时，将其泵出舷外;油类废物的储罐在港口被处理掉。
紧急情况下的另一个关键因素是压缩空气系统。在制造设施和实验室等建筑中，这些系统通常在10巴的压力下工作。潜艇上的空气压缩机的工作温度接近300巴。这些空气主要储存在一组一组的瓶子中，悬浮在压舱壳和外壳之间的压载舱中。
空气在日常生活中有很多用途，如给储罐加压、吹出海水阀门和气动工具中的碎屑。
但对系统最大的需求——也是异常高压力的主要原因——是炸压载水舱。在正常操作下，潜艇被设计成中性浮力，利用水上飞机的升力来实现深度的显著变化，从而有效地在水中上下“飞行”。在失去所有电力的最坏情况下，最后的手段是紧急打击。打开紧急吹气阀，将压缩空气瓶倒入压载舱，迫使水排出，将潜艇升到水面。
如果船体有泄漏，也可以使用压缩空气。潜艇被分成几部分，由密封的钢舱壁隔开。每个部分都可以加压，这样如果发生泄漏，气压就会阻止水泄漏，给船员时间进行修复或返回港口。
慧俪轻体
在建筑物中，工程系统的重量只需要低于结构设计的允许，这本身包括一个重要的余地。在潜艇中，重量必须更严格地管理，因为它是实现正确浮力的关键。潜艇携带铅重量，以确保它们能下沉，但也确保它们在水中处于水平位置，重心在浮力中心以下。如果潜艇两端的重量太大，它就无法在水中保持水平。上层甲板上的重量太大，潜艇就无法保持直立。
人的因素
潜艇和建筑物的一个根本区别是使用者的角色。大多数现代的建筑服务都是由电脑控制的，使用者几乎不知道幕后发生了什么来保持他们的舒适。在潜艇中，软件的使用受到严格控制，部分原因是潜在的网络攻击。有一个控制系统可以自动化许多日常的日常活动，但如果这失败了，系统可以恢复到手动控制。一艘潜艇在地球上最孤立和最恶劣的环境中工作，艇员的生命不仅取决于他们了解系统如何工作，而且取决于他们在系统开始故障时如何继续工作。
潜艇工程系统的范围远远超出一篇文章所能涵盖的范围。然而，除了空气净化和推进系统等潜艇专用设备外，所使用的设备通常是建筑服务工程师所熟悉的。尽管潜艇的工作环境、危险和空间限制远比典型建筑极端得多，但同样的基本组件可以构成世界上最杰出的工程产品的关键部分。CJ
紧急站
大多数建筑的消防安全是建立在确保居住者能够安全撤离的基础上的，而消防则留给了紧急服务部门。潜艇无法撤离，有毒烟雾会在密封的大气中迅速扩散，能见度几乎为零。这就需要一种非常不同的方法。
一旦发生火灾，所有的风扇都被关闭，防火阀关闭，以防止烟雾扩散。由于一艘潜艇能搭载的人数有限，大多数艇员都有不止一种角色。任何不担任"值班"职务的人，例如驾驶潜艇的人，要么被雇用积极扑火，要么受雇于其他各方，连接水管，进行监测和紧急修理，或处理伤亡人员。
策略性位置的软管卷轴和固定抑制系统，如水喷雾和水膜形成泡沫，安装。水雾抑制系统也在一些潜艇上使用。
减震器
冲击是水下爆炸引起的潜艇快速加速。要了解冲击波可能造成的损害，可以查看YouTube上HMAS Torrens被鱼雷的冲击波击沉的视频。设备必须承受的冲击水平取决于它是否有隔振支架或固定在结构上。根据设备的重要性，设备或被指定在震动事件后保持工作状态，或仅用于防止对机组人员的风险。大多数设备的最低震动等级相当于从卡车后面掉下来。对于焊接设备，潜在的冲击水平可以高出10倍。
与此同时，潜艇的“标志”是它在水中发出的噪音。花费了大量的努力使敌人尽可能难以发现或识别潜艇。其特征包括来自螺旋桨的湍流、声学、振动、电荷和磁性。设备必须达到严格的噪声和振动指标，所有重要的设备、管道和管道都使用隔振支架支撑。在一些潜艇上使用。