船用空調(diào)設(shè)計(jì)

船用空調(diào)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)主講:郭隨軍2010年6月20日

一、船用空調(diào)裝置設(shè)計(jì)步驟船用空調(diào)裝置的目的是改善船上的居住質(zhì)量，自二十世紀(jì)30年代開始采用，主要在客船的客廳，公室等區(qū)劃。近代，隨著船舶的現(xiàn)代化，為了改善船員的作業(yè)和居住環(huán)境，貨船上也配置了空調(diào)裝置。1.設(shè)計(jì)條件的選定首先必須明確以下的設(shè)計(jì)條件：1.1本船的航線，?？扛邸?.2外界、室內(nèi)及冷卻海水/淡水的溫度。如果船東不特別指明，按表1.1。（SPEC有規(guī)定）1.3空調(diào)區(qū)劃的相鄰區(qū)劃的溫度的決定。如果船東無(wú)特別指定，按基準(zhǔn)2來(lái)決定甲板、圍壁及非空調(diào)區(qū)劃的溫度。1.4空調(diào)區(qū)劃的布置及空調(diào)裝置安裝場(chǎng)所的決定。1.5防熱規(guī)格的決定2.空調(diào)方式的選定設(shè)計(jì)條件決定后，根據(jù)船舶的航線，空調(diào)區(qū)劃的范圍，船的種類等綜合判斷。2.1方式選定的著眼點(diǎn)：要客觀判斷，充分滿足設(shè)計(jì)條件的裝置采用何種方式，如有必要需作出細(xì)致的利弊對(duì)比。2.2在滿足設(shè)計(jì)條件的情況下，考慮裝置的經(jīng)濟(jì)性。2.3裝置的操作是否簡(jiǎn)單易行。2.4裝置自動(dòng)控制的程度。根據(jù)控制程度，選擇易于執(zhí)行的方式。3.制冷和制熱負(fù)荷的計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)的進(jìn)度及資料的情況分以下3種：3.1根據(jù)空調(diào)區(qū)劃的室容積（或面積）求出概略負(fù)荷。此法適用于初期計(jì)劃，是速算冷凍機(jī)功率及其它機(jī)器的簡(jiǎn)便方法，因設(shè)計(jì)條件的不同可能會(huì)產(chǎn)生大的差異，因此使用此方法要注意。3.2室內(nèi)負(fù)荷，換氣空氣負(fù)荷，再熱負(fù)荷，機(jī)器負(fù)荷等分別算出的方法。該法將各種負(fù)荷都一一算出。然后進(jìn)行匯總集計(jì)。只要設(shè)計(jì)條件確定就可以算負(fù)荷。是經(jīng)常使用的方法。3.3送風(fēng)量，裝置露點(diǎn)溫度，室內(nèi)顯熱負(fù)荷，求出負(fù)荷。此法將制冷或制暖循環(huán)在空氣線圖上，根據(jù)空氣冷卻器、加熱器的性能及空氣吹出口的特性求出負(fù)荷。船廠初期設(shè)計(jì)時(shí)一般不采用。4.空調(diào)裝置的設(shè)計(jì)制冷/制熱的負(fù)荷算出后，就可以設(shè)計(jì)以下的機(jī)器。此階段船廠對(duì)裝置的計(jì)劃實(shí)際是初步設(shè)計(jì)，或決定裝置采購(gòu)申請(qǐng)書的規(guī)格。初步的設(shè)計(jì)為詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，同時(shí)在裝置的預(yù)算上也需注意。4.1送風(fēng)量的決定：空調(diào)負(fù)荷計(jì)算過(guò)程中送風(fēng)量的決定必不可少。且下述的機(jī)器容量計(jì)算也需要。4.2機(jī)器容量的決定即確定各機(jī)器的動(dòng)力，參考后述的冷凍機(jī)容量計(jì)算基準(zhǔn)、送風(fēng)機(jī)容量計(jì)算基準(zhǔn)，冷卻水泵容量計(jì)算基準(zhǔn)。4.3制冷及制暖的方式的決定這與空調(diào)方式有關(guān)，因此空調(diào)方式一旦決定，制冷/制熱的方法也就大體決定了，以下幾點(diǎn)應(yīng)予以確定：⑴制冷時(shí)采用間接冷卻式還是直接膨脹式？⑵制暖時(shí)采用蒸氣？電氣？還是熱水？⑶制暖時(shí)采用Heatpump的方式，還是普通的方法？4.4機(jī)器的配置及臺(tái)數(shù)（SPEC有規(guī)定）根據(jù)空調(diào)方式可以大致決定機(jī)器的種類及其機(jī)器的配置，以下幾點(diǎn)必須考慮：⑴空調(diào)房冷凍機(jī)在何處布置？⑵冷卻水的供給是專用冷卻水泵還是合用？⑶如有個(gè)別空調(diào)方式時(shí)，空調(diào)區(qū)劃的劃分及臺(tái)數(shù)的決定。⑷機(jī)器的布置：檢修，風(fēng)管布置，冷媒配管，冷卻水配管等需一同考慮。4.5冷凍機(jī)的種類及附屬機(jī)器的種類船用空調(diào)多采用壓縮機(jī)的壓縮冷凍方式壓縮機(jī)又分為往復(fù)式，渦輪式或回轉(zhuǎn)式附屬機(jī)器：冷凝器，受液槽，加熱器，這些形式、容量可由廠家決定。注意：作為船用設(shè)備，材料應(yīng)具有耐腐蝕性且外形上不會(huì)因?yàn)榇暗膭?dòng)搖而受影響。4.6空氣處理單元空氣處理單元與陸用產(chǎn)品基本相同，但作為船用以下照應(yīng)予以注意：⑴安裝處所的甲板層高。⑵與含有鹽分的空氣接觸，故應(yīng)該使用耐蝕性良好的材料。⑶注意船舶的橫搖、縱傾、尤其需注意落水管的布置?？諝馓幚韱卧諝鉃V清器，冷卻盤管，加熱盤管，加濕器，清音器，送風(fēng)機(jī)及單元本體，可由廠家選定。5.送風(fēng)的設(shè)計(jì)上述2、3、4項(xiàng)決定之后，可進(jìn)行送風(fēng)的設(shè)計(jì)，送風(fēng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)及計(jì)算可參考另外的通風(fēng)裝置設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。以下為初步設(shè)計(jì)時(shí)的考慮項(xiàng)目。5.1空調(diào)區(qū)劃的劃分⑴根據(jù)配置劃分，中央?yún)^(qū)劃，船尾區(qū)劃⑵根據(jù)溫度條件劃分，如果溫度條件不同，區(qū)劃分開⑶熱負(fù)荷的平衡：定期航路⑷使用目的來(lái)劃分⑸水密及防火區(qū)劃5.2布風(fēng)器的形式5.3外氣取入口（新風(fēng)口）新風(fēng)口應(yīng)考慮煙害大小應(yīng)能滿足全送風(fēng)量（100％新風(fēng)）5.4噪音對(duì)策噪音特別是送風(fēng)機(jī)、風(fēng)管及布風(fēng)器的噪音必須引起注意，通常僅注意高速高壓，通風(fēng)方式的噪音，其實(shí)低速式的也要注意。6.自動(dòng)調(diào)整裝置6.1控制對(duì)象⑴空調(diào)區(qū)劃的溫度⑵空調(diào)區(qū)劃的濕度⑶送風(fēng)管的壓力（送風(fēng)量的變化引起壓力的變化）及送風(fēng)量⑷空調(diào)裝置的安全運(yùn)行⑸根據(jù)負(fù)荷的變化來(lái)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行⑹防止機(jī)器的誤操作6.2控制方法手動(dòng)，部分自動(dòng)6.3自動(dòng)控制的種類電氣式，電子式，壓力式，自納式等，具體可與專門廠家商討。

二、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)1.外氣、室內(nèi)及冷卻海水溫度基準(zhǔn)1.1外氣溫度條件表1.11.2室內(nèi)溫度條件表1.21.3冷卻水溫度表1.32.周圍的溫度條件本基準(zhǔn)用于熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)周圍環(huán)境的溫度條件：表2.1注*1：冬季不考慮太陽(yáng)的輻射*2：制暖時(shí)可以考慮：通路溫度＝1/2x（室內(nèi)溫度+外氣溫度）*3：制暖時(shí)，E/R溫度較高，有熱量流入，但不作考慮，作為余量。*4：資料不足，暫未定。3.制冷制熱的負(fù)荷計(jì)算基準(zhǔn)3.1負(fù)荷的分類表3.1注*1：制暖時(shí)由于該項(xiàng)影響較小，一般不考慮*2：船舶計(jì)算時(shí)因窗為水密，且艙室門不外開，因此侵入空氣的負(fù)荷的影響較小，可以不考慮。*3：傳熱負(fù)荷應(yīng)包括圍壁及窗玻璃兩個(gè)方面，船舶由于窗玻璃的面積相對(duì)較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，初期計(jì)算時(shí)，玻璃面作為圍壁考慮。3.2負(fù)荷計(jì)算方法⑴室內(nèi)負(fù)荷（Q1）①傳熱負(fù)荷qT=ΣU·△t·A………（3.1）………（3.2）：甲板、圍壁、里子板、地面的導(dǎo)熱系數(shù)（Kcal/m2·h·℃）△t：室溫與周圍溫度的差（℃）。見(jiàn)表1.2及2.1A：甲板、圍壁等的表面積（m2）：內(nèi)面的導(dǎo)熱系數(shù)（Kcal/m2·h·℃）=8Kcal/m2·h·℃：外面的導(dǎo)熱系數(shù)（Kcal/m2·h·℃）=30Kcal/m2·h·℃：防熱材的厚度（m）：防熱材的傳熱系數(shù)（Kcal/m·h·℃）：Beam、Frame等的系數(shù)（參考C=1.3~3.0）②人體負(fù)荷qB=n(qbs+qbl)n:居住人數(shù)qbs:人體顯熱Kcal/h取50Kcal/h/人（見(jiàn)表3.2）qbl:人體潛熱Kcal/h取63Kcal/h/人（見(jiàn)表3.2）③侵入空氣負(fù)荷qI=qIS+qIL=0.29VI(to-tr)+720VI(Xo-Xr)………（3.4）qIS：侵入空氣的顯熱（Kcal/h）qIL：侵入空氣的潛熱（Kcal/h）VI：侵入空氣量（m3/h）VI=NI·VR（NI侵入回?cái)?shù)：回/h；VR：室容積m3）to,Xo：外氣的溫度（℃）及絕對(duì)濕度（Kg/Kg）tr,Xr：室內(nèi)的溫度（℃）及絕對(duì)濕度（Kg/Kg）0.29：空氣的比熱/標(biāo)準(zhǔn)空氣的比體積＝0.24/0.83720：水的蒸發(fā)潛熱/標(biāo)準(zhǔn)空氣的比體積＝597/0.83④室內(nèi)機(jī)器負(fù)荷（qM）各種光源的發(fā)熱，見(jiàn)表3.3動(dòng)力源的發(fā)熱，見(jiàn)表3.4⑵機(jī)器負(fù)荷Q2機(jī)器負(fù)荷在制冷時(shí)需考慮，而在制暖時(shí)作為余量不予計(jì)算①送風(fēng)機(jī)負(fù)荷（qP）qF=860x（送風(fēng)機(jī)軸功率KW）（FanMOTOR在duct外部）……（3.5）qF=860x（送風(fēng)機(jī)軸功率KW）x（FanMOTOR在duct內(nèi)部）…（3.5）：電動(dòng)機(jī)效率，見(jiàn)表3.6②風(fēng)管取得負(fù)荷qD制冷時(shí)qD=（0.03～0.06）QIS③循環(huán)PUMP負(fù)荷（qP）qP=860x(PUMP功率KW)………（3.7）注：僅在間接冷卻式時(shí)計(jì)入⑶換氣負(fù)荷Q3①新鮮空氣負(fù)荷qoqo=qos+qol(Kcal/Hr)=60VAF[0.29(to-tr)+720(Xo-Xr)]………（3.8）VAF：新鮮外氣量（m3/min）按公式4.3計(jì)算to,Xo：外氣的溫度及絕對(duì)濕度tr,Xr：室內(nèi)的溫度及絕對(duì)濕度②循環(huán)空氣負(fù)荷（qCA）qCA=17.3(VA-VAF)x(tCA-tr)………（3.9）VA：送風(fēng)量（m3/min）按公式4.1或4.2計(jì)算VAF：新鮮外氣量（m3/min）按公式4.3計(jì)算tCA：循環(huán)空氣的溫度（℃）tr：室內(nèi)的溫度（℃）一般地，制冷時(shí)：tCA-tr＝5制熱時(shí)：tCA-tr＝1/2（to-tr）注：*1.循環(huán)空氣通常從通道取得，故tCA可取通道的溫度*2循環(huán)空氣的絕對(duì)濕度同室內(nèi)濕度，故可不考慮循環(huán)空氣的潛熱負(fù)荷但室內(nèi)水分很多時(shí)別論。⑷再熱負(fù)荷qrqr＝17.3VA(t2-t1)VA：所要送風(fēng)量（m3/min）t2-t1：Heater出口及入口溫差17.3：表3.2人體的散熱量上表為27℃時(shí)的值修正值為包括女子、未成年人在內(nèi)的值表3.3各種器具的散熱：表3.4光源的散熱注：照明的標(biāo)準(zhǔn)：白熾燈：4.5W/m3；熒光燈：2.0W/m3表3.5動(dòng)力的散熱表3.6的表4.一次空氣及新鮮外氣量算出基準(zhǔn)4.1一次空氣送風(fēng)量：制冷時(shí)按4.1，4.2計(jì)算風(fēng)量，制熱時(shí)的風(fēng)量與制冷相同………（4.1）：所要送風(fēng)量（m3/min）：室內(nèi)取得顯熱：夏季室內(nèi)計(jì)劃溫度（℃）：吹出空氣溫度（℃）17.3：注：*1.對(duì)于全制冷區(qū)劃：*2.一次空氣指從送風(fēng)風(fēng)管空調(diào)區(qū)劃供給的空氣*3.新鮮空氣保持空氣的清潔度和維持人體呼吸的氧氣等，但新鮮空氣的比例很高時(shí)，會(huì)增加制冷負(fù)荷5.冷凍機(jī)容量的計(jì)算冷凍機(jī)負(fù)荷按下式求得：QR=(1+KR)QC………（5.1）QR：冷凍機(jī)負(fù)荷（Kcal/h）QC：冷凍負(fù)荷（Kcal/h）KR：余量系數(shù)KR＝0.10（直接膨脹式）KR＝0.15（間接冷卻式）6.送風(fēng)機(jī)容量算出本基準(zhǔn)適用于空調(diào)裝置中送風(fēng)機(jī)容量的初期概算6.1電動(dòng)機(jī)容量………（6.1）：電動(dòng)機(jī)容量（KW）：送風(fēng)量（m3/min）按4.1或4.2式計(jì)算：全風(fēng)壓（mmAq）按6.2式計(jì)算：通風(fēng)機(jī)全壓效率（按表6.1）：余量系數(shù)（按表6.1）表6.16.2全風(fēng)壓按下式計(jì)算………（6.2）：送風(fēng)機(jī)所要全風(fēng)壓（mmAg）：風(fēng)管損失水頭（mmAg）：機(jī)器損失水頭（mmAg）：余量水頭（mmAg）⑴………（6.3）：風(fēng)管的摩擦損失（mmAg）：局部抵抗損失（mmAg）：平均1m長(zhǎng)的風(fēng)管的摩擦損失（mmAg）：空氣進(jìn)口到最遠(yuǎn)端吹出口之間風(fēng)管長(zhǎng)度（m）：局部抵抗與摩擦損失的比例（）初期計(jì)劃時(shí)可以＝0.5mmAg/m（低速風(fēng)管u＝10～15m/s）＝2.0mmAg/m（高速風(fēng)管u＝16～25m/s=0.5（彎頭較少，空調(diào)區(qū)劃小）=1.0（彎頭較多，空調(diào)區(qū)劃大）⑵：附屬機(jī)器的抵抗損失之和初期計(jì)劃可按下式：表6.2機(jī)器損失水頭標(biāo)準(zhǔn)值7.冷卻水泵的容量計(jì)算本基準(zhǔn)主要用于空調(diào)冷凝器冷卻水泵的容量的初期計(jì)劃7.1所要冷卻水量*1………（7.1）：所要冷卻水量（l/min）：冷凝器帶走的熱量：冷卻水出口、進(jìn)口的溫度差（℃）=3℃（假定冷卻海水32℃，冷凝溫度40按下式計(jì)算：=+860x（冷凍機(jī)功率，KW）………（7.2）=………（7.3）=………（7.4）：冷凍機(jī)負(fù)荷（Kcal/h）按5.1式計(jì)算：冷卻系數(shù)：=1.15（5℃蒸發(fā)，40℃冷卻時(shí)）：余量系數(shù)（見(jiàn)5.1）=0.10直接膨脹時(shí)=0.15間接膨脹時(shí)7.2所要水頭………（7.5）：冷卻水泵所要水頭（m）：平均配管1m的摩擦損失水頭（mAq/m）=0.1mAq/m（標(biāo)準(zhǔn)）：配管長(zhǎng)度：局部抵抗的比例=0.5配管彎曲較少時(shí)=1.0配管彎曲較多時(shí)：靜水頭（mAq）指配管中的最高點(diǎn)與最低航海吃水的差：器械損失水頭（mAq）應(yīng)該是各器械損失之和初期計(jì)劃時(shí)取=6m：吐出速度水頭，取=0.5mAq7.3泵的電動(dòng)機(jī)功率………（7.6）：電動(dòng)機(jī)功率（KW）：所要水量（l/min），根據(jù)7.1式計(jì)算：泵的水頭（m），根據(jù)7.5式計(jì)算：海水的比重，取1.025：泵的效率：余量系數(shù)，取=1.2

船用空調(diào)裝置設(shè)計(jì)檢圖注意事項(xiàng)在通常設(shè)計(jì)檢圖的基礎(chǔ)上，要重點(diǎn)注意以下事項(xiàng)：1、采購(gòu)申請(qǐng)書756101空調(diào)裝置1）材料所掌：MOTOR（FAN，COMPRESSOR）由船廠還是廠家提供？風(fēng)管通艙件是否由廠家一起提供？潤(rùn)滑油，冷媒的提供2）施工所掌注意通風(fēng)試驗(yàn)的風(fēng)量調(diào)試（通過(guò)衛(wèi)生單元的調(diào)風(fēng)門）由廠家完成。3）空調(diào)裝置的形式是否有限制？（整體式/分體式）4）壓縮機(jī)的形式是否有限制？（半密封/全密封/敞開式）5）控制形式（自動(dòng)/手動(dòng)）2、圖面75-501空調(diào)裝置詳細(xì)圖的檢查：1）冷熱負(fù)荷計(jì)算中各狀態(tài)條件以及參數(shù)的選擇是否正確？2）艙室容積，艙室擬定人數(shù)是否正確？3）冷卻水（FRESHWATER？SEAWATER？）4）冷卻水的流量以及壓頭與機(jī)裝設(shè)計(jì)確認(rèn)。5）STEAM的消耗量（加熱，加濕）與機(jī)裝設(shè)計(jì)確認(rèn)。6）MOTOR等的功率與電裝設(shè)計(jì)確認(rèn)。7）空調(diào)房?jī)?nèi)的布置的注意事項(xiàng)：（1）新風(fēng)口，回風(fēng)TRUNK，供風(fēng)TRUNK/DUCT的位置是否順暢合理？（2）冷卻水管路空間足夠否？（3）蒸汽管路空間足夠否（散裝式）是否影