某船舶中央空調負荷的確定

王靜靜

（惠生（南通）重工有限公司上海分公司，上海 201200）

某船舶中央空調負荷的確定

王靜靜

（惠生（南通）重工有限公司上海分公司，上海 201200）

在船舶中央空調系統的設計過程中，空調負荷的確定既是重點又是難點，是空調系統設計中非常重要的設計依據。根據空調的工作過程，結合經驗值和焓濕圖的使用，介紹了一種確定空調冷熱負荷的方法，為某船舶空調設備的選型提供了重要依據。

船舶空調；熱負荷；焓；含濕量

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.037

1 引言

船舶空調系統的任務就是將艙室內的空氣溫度和濕度調節在一定的范圍內，為船員的生活和工作創造一個適宜的環境，對于保障電子、通信、機電設備的正常運行以及船員的身體健康發揮著極其重要的作用[1]。某船舶生活模塊滿足船員的工作和生活所需，采用普通的單風管集中式船舶空調系統以滿足一般性的空調舒適性要求。為達到設計溫度，中央空調需滿足夏季制冷和冬季制熱的需求，需要確定空調的制冷和制熱負荷。

2 風量的確定

該船舶采用單管變風量系統送風，特點是所有艙室的供風溫度相同，靠改變供風量對各個艙室的溫度進行調節。進行空調負荷計算首先確定所有艙室的最大送風量，在此基礎上再求得整個系統所需要的負荷值。由于夏季制冷和冬季制熱時共用一套空氣處理單元（AHU），則空調系統風量的確定需要算出如下幾種風量，然后取其中最大的參數：

1）制冷時需要的風量；

2）制熱時需要的風量；

3）根據換氣次數計算出的風量；

4）所有人員需要的新風量。風量計算方法（見表1）。

空調負荷主要受環境條件的影響，當然還與船舶艙室的分布、人數、設備等多方面有關。在進行風量計算時，艙室里的熱負荷主要包括維護結構散熱、人體散發的熱量和設備散熱。對于夏季工況，艙室內的熱負荷是所有散熱之和；而冬季工況僅計算維護結構的散熱量。

本船生活區設有船員起居室、公共區域（包括餐廳、吸煙室、娛樂室和醫務室等）等共五十多個需要中央空調供風的艙室，所有艙室的風量都選擇了上面的四種風量中的最大參數，最后求和算得總風量。

表1 風量計算方法

3 空氣溫度的確定

工程設計過程中離不開經驗參數的使用，因此結合船舶設計實用手冊[2]進行各段空氣溫度的確定。送至艙室的供風溫度與艙室內的設計溫度差取10℃，此處應該注意，這里的供風溫差應與前面計算風量時選取的溫差保持一致。考慮送風管內外傳熱損失引起的溫差，則AHU處理后的空氣溫度與送至艙室的供風溫度差取2℃。本船采用走道回風管吸入回風，回風溫度與艙室內的設計溫度相差2℃。本船中央空調系統沒有相對濕度自動控制系統，故冬季考慮新風由室外的溫度經預熱段加熱到10℃。

4 制冷負荷的確定

本船AHU設備由預熱段、混合段、過濾段、再熱段、冷卻段、加濕段、擋水段和風機段組成。夏季工況時，新風和回風在混合段混合后，經冷卻段冷卻處理至指定溫度后再給艙室供風。

空調的制冷負荷計算公式為：

式中，imixing為夏季混合段氣體焓；icooling為冷卻段出口氣體焓；V為供風量。

式（1）中，焓值一般可利用焓濕圖查得。首先根據建造規格書給的已知條件（艙室內外空氣溫度和相對濕度），查得艙室內外的焓值iinside、ioutside和含濕量和dinside、doutside。回風和艙室內空氣的含濕量是相同的，即dreturn=dinside，結合回風溫度可得回風空氣焓ireturn，根據以下公式算得混合空氣焓imixing。

式中，ioutside為夏季外界空氣焓，ireturn為夏季回風空氣焓。

根據冷卻段出口的溫度和相對濕度（一般為90%~100%），查得對應的焓值icooling。代入式（1）求得制冷負荷。

5 制熱負荷的確定

冬季工況時，艙室外新風經預熱段預熱后與回風混合，混合后的空氣經再熱段加熱至指定溫度，再經過噴水滿足濕度要求后給艙室供風。因此空調的制熱負荷包括預熱負荷和再熱負荷兩部分。

空調的預熱功率為

空調再熱功率為

式中，i′mixing×冬季混合段氣體焓；ire-heating×再熱段出口氣體焓，i′outside×冬季外界空氣焓，i′return×冬季回風焓；V×供風量。

利用焓濕圖查對應焓值。由已知條件可得艙室內外焓值i′inside、i′outside和含濕量d′inside、d’outside。回風溫度雖然比室內溫度下降2℃，但是含濕量保持不變，即d′return=d′inside，進而可查得回風焓

i′return。由于新風預熱過程含濕量不變，即dpr-heating=d′outside，查得預熱后的空氣焓ipr-heating。代入公式（3）求得空調預熱段功率。

由以下公式算得混合空氣焓i′mixing和含濕量d′mixing。混合空氣經再熱器加熱過程的含濕量不變，則dre-heating=d′mixing。冬季空調加濕量qhumidify可以根據下面的計算公式算得，同時算出加濕段出口含濕量dhumidify。

式中，N為人體的散濕量=75n（n為人數，75為經驗值75g/人）。

根據加濕段出口含濕量和出口溫度，可以查得對應焓值ihumidify。本船采用噴水等焓加濕，故再熱器出口焓值與加濕后的空氣焓是相同的，即ire-heting=ihumidify。代入公式（4）求得再熱段加熱功率。

6 設備選型

由于計算過程中引用了經驗參數，依據制冷和制熱功率進行設備選型時，還要在計算值的基礎上考慮一定設計余量。本船空調設備選型時依據建造規格書的要求采用兩套機組，壓縮機組通過十字連接管連接，并在AHU上安裝供風止回閥，使得兩套設備可同時工作，也可獨立運行，單套機組最終選用具備總功率60%的制冷和制熱能力的設備。

7 總結

本文借助公司在建的船舶項目，結合集中式船舶空調系統的工作特點，介紹了該系統中空調負荷的確定過程。 對于從事中央空調系統設計的工程師來說，合理地計算和設備選型是保證所有工作順利進行的基礎，在工程中占有非常重要的位置。

【1】劉干武，李光華，陳金增，何晨梟.船舶空調控制系統的改裝[J].中國艦船研究，2009（12）：29-33.

【2】中國船舶工業集團公司.船舶設計實用手冊（第3版）（輪機分冊）（精）[M].北京：國防工業出版社，2013.

Determination of Central Air Conditioning Load of a Ship

WANGJing-jing
（WISON(Nantong)HeavyIndustryCo.Ltd.,ShanghaiBranchCompany,Shanghai201200,China）

In the design process of the central air conditioning system, the air conditioning load is not only the key but also the difficulty and it is the very important design basis in the design of the air conditioning system.Based on theworking process of air conditioning, combinedwith the experience value and the use of enthalpyhumidity chart, this paper introduces amethod to calculate the cooling and heat load of air conditioning,which provides an important basis for the selectionofacertaintypeofshipairconditioningequipment.

shipairconditioning;heatload;enthalpy;moisturecontent

F407.474

A

1007-9467（2016）07-0059-02

2016-6-10

王靜靜（1987～），女，江蘇如皋人，助理工程師，從事海洋工程HVAC系統設計研究，（電子信箱）kasyjj@126.com。