某标准型48 000 t散货船空冷通专业电力负荷分析

张俊杰

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

船舶电站的配置一直是设计工作中的重点难点。在设计初期各专业能准确给出本专业设备的电力负荷可以很好地帮助电气专业进行电站选型。空冷通专业设备负荷在整船负荷中占了很大一部分。为更好地分析研究空冷通专业的设备负荷，以我院某标准型48 000 t散货船为例，详细分析此船的空冷通设备的电力负荷状况，并以此船型为标准，供后续船或其他船型设计提供参考。

1 空调系统设备配置

1.1 概 述

本船空调系统将是集中供冷和集中供暖的中压、单风管中央空调系统。并为下列处所服务：

（1）居住处所、公共处所、航海和控制处所为空调处所。

（2）驾驶室、报务室、厨房、配餐间、洗衣室、更衣室、海关储藏室和干粮库为空调局部冷却/采暖处所。

（3）除病室、吸烟室外，空调处所的空调风经空调房间门下方的百叶栅流入走道。部分空调风经舱室抽风系统排至户外；部分空调风经回风管系回流至空调器，并与新风混合，经空气处理后形成空调风，由送风管及布风器送入空调房间。

（4）按SOLAS有关规定，厨房设置一套独立的厨房空调装置。

（5）机舱集控室设置一台柜式空调机。

1.2 空调设计条件

空调系统的设计参数的取值适用于无限航区船舶。对于有限航区船舶，按各航区有关规定确定，并原则上遵循该船航行海域的海洋气象资料。本船的外部环境参数取值如表1所示。

表1 外部环境参数

驾驶室/海图室、厨房、配餐间等均采用局部冷却或加热，该类区域的温度、湿度不作考核。夏季和冬季的空调系统新风比均约为50%，过渡季节则接近100%新风。人均最小新风量可根据ISO要求，私人房间为30 m3/h·人，公共舱室为17 m3/h·人。

1.3 空调负荷计算

全船中央空调负荷的计算按照ISO 7547-2002标准（GB/T 13409-92相等同）进行计算，并采用单位面积热负荷法进行校核计算。

1.3.1 空调负荷计算说明

本船空调负荷计算按照ISO 7547-2002标准执行。每个舱室的风量从以下四个方面进行计算，最终取最大值：

（1）按夏季舱内得热量计算风量；

（2）按冬季舱内热损失计算风量；

（3）按新风量计算风量；

（4）按换气次数要求计算风量。

根据目前标准船型的总图，按照ISO 7547-2002标准风量计算所得结果如下：

A. 夏季

1）送风量 14 500 m3/h

2）冷却负荷 210 kW

B. 冬季

1）送风量 14 500 m3/h

2）加热蒸汽量 1 290 kg/h

3）加湿量 161.17 kg/h

1.3.2 空调柜机冷却能量的确定

船舶机舱集控室的空调柜机的冷却能量的计算参照CB/T 3773-1996 （等同于ISO 8862-1987标准），船舶驾驶室的空调柜机的冷却能量的计算参照CB/T 3774-1996 （等同于ISO 8864-1987标准），船舶厨房的空调柜机的冷却能量的计算参照ISO 9943-1991。

本船空调柜机的计算结果如表2所示。

表2 空调柜机计算结果

1.4 空调设备选型

根据目前船舶空调的常规配置，中央空调压缩冷凝机组采用2×50%能量配置，中央空调器采用1×100%能量配置。压缩机的COP值可按近似值3进行取值。

空调冷藏设备的冷却水量关系到冷却水泵的配置，对电力负荷也有一定的影响。目前对于冷却水量的计算在设备未定前，一般是按照冷凝器排热量来估算的，冷凝器的排热量可以根据压缩机冷凝机组的制冷量乘以1.2倍的排热系数来估算，计算冷却水量时，冷却水温升也是影响比较大的参数。按一般设计手册要求，冷却水温升一般取4℃，但由于在设备订货过程中，各设备供应商由于设备配置情况不同，冷却水温升取值也不同，造成冷却水量的选取值不一致。

根据目前主要设备供应商以往的资料，我们认为冷却水温升的取值范围可以取在3.5～4.5范围之间比较合理，在基本设计时可以按此估算冷却水量。按COP为3估算，本船的空调电负荷约为100 kW。

2 机械通风系统设备配置

2.1 概 述

每个通风系统的风量根据舱室容积以及换气次数来确定。通风系统分组和风机数量等根据最终舱室布置进行调整。

2.2 风量的计算

系统通风量的计算遵循下列原则：

（1）按照舱室换气次数来确定舱室通风量；

（2）对于设备散热量较大的房间，需根据房间的最大热负荷和允许的最大温升来计算舱室通风量。

根据计算取大值来确定舱室最终的送风量，对于有空调送风的舱室还需要考虑中央空调系统的风量平衡等因素。

2.3 风机设备的选型

本船的风机选型参照国产风机型号，由于国产风机和进口风机在风机效率上有一些差别，因此选用进口风机时，电机配用功率通常小于国产风机。

按国产风机选型，本船风机的总功率为14 kW。

3 伙食冷藏系统设备配置

3.1 概 述

伙食冷库主要由肉库、鱼库、蔬菜库等组成，其相应库容及库温如表3所示。

表3 伙食冷库主要组成部分

3.2 伙食冷库负荷计算

伙食冷库的设计条件和计算结果见表4。

表4 不同工况下伙食冷库的负荷计算结果W

一套制冷机组应能在36℃冷却淡水、35℃外界空气温度条件下，每天运转18 h可保证上述的库温要求；另有一套机组作为备用。机组每天平均运行18 h。

根据上述计算结果，选用压缩机单台制冷量为：4×1.1≈4.4 kW。

3.3 伙食冷藏压缩冷凝机组及冷风机的选型

根据压缩机的制冷量选择Bitzer压缩机4T.2Y，轴功率为3.21 kW，冷风机总功率为5.3 kW。

4 空调冷藏专业设备电力负荷状况分析

作为设计人员，通常基于负荷的计算结果，并据此结合设备特性，选用恰当的设备。因此，较为准确地计算整船的负荷对于选用合适设备进而给出准确的电力负荷而言至关重要。下面分别从中央空调设备（主要包括空调压缩冷凝机组和冷水机组、空调箱和空调柜机等）、风机以及伙食冷藏装置（主要包括伙食冷藏压缩冷凝机组和冷风机等）等三个主要方面对用电负荷进行分析。

4.1 从空调系统设计角度

作为空调系统设计基础的外界环境参数，一般根据ISO标准和船东要求，以极端气候条件进行计算，但在实船航行中，这种极端气候条件出现的几率并不高。此外，就夏季工况而言，与陆用建筑朝向固定不同，由于船舶航行导致的朝向不确定性，各舱室均以最不利条件确定空调负荷，空调系统根据这些最大负荷的累加确定设备参数。但即便在最不利环境条件下，在任何时刻，当部分舱室处于不利的朝向（日晒面）时，必然有部分舱室处于部分负荷状态（处于日阴面）。因此，即使船舶航行在设计工况下，空调系统所需的制冷量也小于系统实际配备的制冷量。

4.2 从风机设备选用角度

机械通风系统要保证船上除中央空调区域外所有舱室的通风换气要求，船上的风机基本上一直运行。单台风机功率虽不大，但由于风机数量多，所以总电力负荷也较大。在风机设备的选用上除非船东明确要求，船厂大多从成本考虑选用国产风机，而目前国产风机的效率普遍低于进口风机，所以选用国产风机的电力负荷大大超过进口风机。因此，如果要较好地控制整船的电力负荷，船东不应忽视风机这一相对不起眼的设备，选用高效率的风机可以使整船用电功率减小不少。

4.3 从伙食冷藏系统设计角度

伙食冷藏系统在海上运行时属于间歇运转系统，由于伙食冷藏系统一般配置2套压缩冷凝机组（1用1备），在码头进货初期，由于需要快速将货品温度降低，故可能2套机组同时运行，此时的设备负荷最大。对于库品的进货温度（尤其是低温库），设计手册上给的是-10℃，但在很多实际情况中，船东进货往往买的是新鲜货品，因此在负荷计算的时候应特别注意。进货温度的不同对于设备的容量又有着较大影响，同时也影响了设备的选型，从而影响电负荷。海上航行阶段由于处于维持工况下，设备负荷很小，而且1套机组是停机的，只有1套机组间歇运行维持冷库的库温。需要说明的是，当冷风机结霜严重时需要进行电加热除霜，此时除霜的电加热功率比较大，并且可能超过1台压缩机运行时的设备电负荷。

5 结 论

综上所述，由于空调系统大部分时间都是处于部分负荷运行状态，因此在系统设计时不宜过多考虑设备负荷余量，在设备选型时应尽可能选用能效比（COP）高的压缩冷凝机组，这样可以有效降低海上设备运行时的电力负荷，提高设备运行效率，达到降低空调系统能耗，节省能源的目的。

机械通风系统中，对高效率风机的选择，则能大大减小电力负荷，但在选型时仍应考虑成本，合理选择风机。而冷藏系统在船舶航行状态中绝大多数情况下负小，负荷的变化也较为稳定，故设计时也不宜过多考虑设备负荷余量，选择能效比（COP）较高的压缩冷凝机组，并在船舶运行时注意系统的工作状态，提高设备运行效率，达到节能目的。

HVAC系统电力负荷在整船中占较大比例，做好HVAC系统的设备选型对于电站的配置有很重要的作用。在提倡节能环保的今天，如何更妥善合理地选用HVAC设备，达到节电节能，对于设计人员而言，将是一个永久的课题。

［1］ 中国船舶工业集团公司.船舶设计实用手册：轮机分册［M］.北京：国防工业出版社，2013：646-681.

［2］ 中国船舶工业集团公司.船舶设计实用手册：电气分册［M］.北京：国防工业出版社，2013：27-54.

［3］ 王静静. 某船舶中央空调负荷的确定［J］.工程建设与设计，2016（7）：59-60.

［4］ 李崇，李亚文. 船舶空调系统的节能设计［J］.工程建设与设计，2016（7）：77.