船舶被動(dòng)式超低能耗上層建筑的設(shè)計(jì)構(gòu)思

徐 謙，田正軍，吉春正，趙自兵

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200041)

0 引 言

為了應(yīng)對(duì)氣候變化，需要提高建筑能效水平，被動(dòng)式超低能耗建筑在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢，在國內(nèi)外有很多相關(guān)研究。船舶的上層建筑和陸地建筑有很大的相似性，在“雙碳”的減排大背景下，把陸地建筑“被動(dòng)式超低能耗”的概念引入到船舶上，并結(jié)合船舶的自身特點(diǎn)，構(gòu)建被動(dòng)式超低能耗上層建筑，研究其節(jié)能設(shè)計(jì)的方法，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)際意義。對(duì)于船廠而言，采用被動(dòng)式超低能耗上層建筑可以減小空調(diào)負(fù)荷，從而降低空調(diào)系統(tǒng)的規(guī)模，降低船舶的建造成本和難度；對(duì)于船東而言，可以減少船舶上層建筑的電力消耗，降低運(yùn)營成本。

1 被動(dòng)式超低能耗上層建筑

被動(dòng)式超低能耗是指適應(yīng)自然條件，通過高隔熱性能和氣密性的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，最大限度地降低供熱供冷需求，以最少的能源消耗提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。結(jié)合船舶特點(diǎn)，被動(dòng)式超低能耗上層建筑具有3層含義。

第1層：采用被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在非機(jī)械模式下，達(dá)到降低電能消耗和提高室內(nèi)環(huán)境性能的目的，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱、遮陽等。

第2層：為了提高室內(nèi)舒適度和空氣質(zhì)量而采用主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)，核心是提高用能系統(tǒng)效率，包括變風(fēng)量、新風(fēng)熱回收、變水量等。

第3層：充分利用船舶上的廢能，從而減少電能的消耗，包括利用主機(jī)廢熱、LNG廢冷等。

2 被動(dòng)式節(jié)能

被動(dòng)式超低能耗上層建筑采用的被動(dòng)式節(jié)能是通過減少上層建筑玻璃、艙壁等圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的熱傳遞，降低室內(nèi)的冷熱負(fù)荷，從而減少上層建筑用于冷卻和加熱的能源消耗。

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷熱負(fù)荷

由于船舶內(nèi)外存在溫度差，外部艙壁和玻璃上存在熱量的傳遞，夏季熱量從室外進(jìn)入室內(nèi)，成為冷負(fù)荷，冬季熱量從室內(nèi)擴(kuò)散到室外，成為熱負(fù)荷，計(jì)算式為：

式中：為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量，W；Δ為船內(nèi)外溫差，℃；為艙壁傳熱系數(shù)，W/(m·K)；為艙壁面積，m；為玻璃傳熱系數(shù)，W/(m·K)；為玻璃面積，m。

由于船舶外部艙壁上都布置保溫絕緣，艙壁的傳熱系數(shù)比較小，而玻璃的傳熱系數(shù)一般要遠(yuǎn)大于艙壁上的絕緣。當(dāng)太陽照射到玻璃上，一部分太陽輻射能會(huì)透過玻璃進(jìn)入到船內(nèi)；當(dāng)太陽照射到艙壁上，部分太陽能被艙壁吸收而導(dǎo)致艙壁溫度升高，影響艙壁上的熱量傳遞，當(dāng)上層建筑艙壁外表面油漆是淺色的，溫差可取12 ℃。太陽輻射熱量的計(jì)算式為：

式中：為輻射熱量，W；Δ為艙壁在太陽照射下的額外溫差，℃；為玻璃太陽輻射強(qiáng)度， W/m。

2.2 被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)

2.2.1 玻璃

玻璃在船上被廣泛的運(yùn)用，其作用主要有減少室外大氣環(huán)境變化對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響和滿足室內(nèi)的采光。玻璃會(huì)大幅度導(dǎo)致上層建筑內(nèi)能耗增大，夏季有熱傳導(dǎo)和熱輻射，冬季有熱傳導(dǎo)，但是玻璃也可以減少冬季室內(nèi)的加熱量，通過太陽光透射入室獲得太陽熱能。中空low-E玻璃具有顯著的節(jié)能效果，low-E玻璃利用真空沉積技術(shù)，在玻璃表面沉積一層低輻射涂層，大大減少玻璃的太陽能總透射比，而中空玻璃由2層或多層平板玻璃構(gòu)成，中間充入干燥氣體，由于氣體的熱傳導(dǎo)率遠(yuǎn)小于玻璃而使整體傳熱系數(shù)大大降低。

2.2.2 遮陽

遮陽主要是為了在夏季減少太陽輻射通過玻璃進(jìn)入室內(nèi)帶來的冷負(fù)荷，包括內(nèi)遮陽和外遮陽。內(nèi)遮陽主要是運(yùn)用窗簾，其值取決于窗簾的材料和顏色，白色的布窗簾取值為0.5，而白色不透明卷軸遮陽簾只有0.25。外遮陽是通過按照水平或垂直遮陽板來減少被太陽照射的玻璃面積，比如郵輪客房的陽臺(tái)。外遮陽的節(jié)能效果與遮陽板的凸出長度、太陽的照射角度有關(guān)，由于外遮陽對(duì)船舶外觀的影響較大，實(shí)際運(yùn)用不多。受內(nèi)遮陽、外遮陽和自身玻璃特性的共同影響，玻璃太陽輻射強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

式中：為平均玻璃太陽輻射強(qiáng)度， W/m；為玻璃太陽直射輻射強(qiáng)度， W/m；為玻璃太陽散射輻射強(qiáng)度， W/m；為太陽直射玻璃的面積比；為玻璃窗內(nèi)遮陽系數(shù)；為太陽能總透射比。

2.2.3 絕緣

船舶的外部艙壁上均布置保溫絕緣，提高艙壁的熱阻而減少室內(nèi)外的熱傳遞，絕緣的傳熱系數(shù)取決于絕緣的自身特性和厚度，公式如下：

式中：為絕緣導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；為絕緣厚度，m。

絕緣的包覆需要完整，盡可能減少熱橋，在球扁鋼上也需布置絕緣，在外部艙壁向內(nèi)部艙壁過渡的地方，絕緣需要有450 mm的延伸，如圖1所示。

圖1 艙壁保溫絕緣包覆示意圖Fig. 1 diagram of insulation on bulkhead

2.3 實(shí)船被動(dòng)式節(jié)能的計(jì)算分析

為了客觀地看到實(shí)船上被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，選用某客滾船上層建筑的餐廳進(jìn)行計(jì)算，此餐廳的形態(tài)特征見表1，分為左、中、右3個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)有100個(gè)座位。

表1 餐廳的形態(tài)特征Tab. 1 characteristics of restaurant

此餐廳在被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)下采用的被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)包括：采用中空Low-E玻璃，太陽能總透射比取值0.4；布置白色的布窗簾對(duì)玻璃進(jìn)行內(nèi)遮陽，玻璃窗內(nèi)遮陽系數(shù)取0.7，不進(jìn)行外遮陽為0，按照式（3）計(jì)算得平均玻璃太陽輻射強(qiáng)度值是98 W/m；采用低傳熱系數(shù)的保溫絕緣。餐廳的熱工特征在被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)下和在普通設(shè)計(jì)下的對(duì)比見表2，普通設(shè)計(jì)采用ISO7547的推薦值。根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算得到夏季的冷負(fù)荷和冬季的熱負(fù)荷見表3，夏季的冷負(fù)荷在被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)下是10.2 kW，比普通設(shè)計(jì)下的32.4 kW降低了68.5%，冬季的熱負(fù)荷在被動(dòng)式超低能耗下是3.3 kW，比普通設(shè)計(jì)下的8.4 kW降低了60.7%。

表2 餐廳的熱工特征對(duì)比表Tab. 2 Comparison of thermal characteristics of restaurant

表3 夏季/冬季的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷/熱負(fù)荷對(duì)比表Tab. 3 Comparison of cool / heat load of enclosure structure in summer / winter

3 主動(dòng)式節(jié)能

被動(dòng)式超低能耗上層建筑采用的主動(dòng)式節(jié)能是采用高能效的機(jī)械設(shè)備來保證室內(nèi)舒適度和空氣質(zhì)量，風(fēng)機(jī)、空調(diào)水泵等可以按照實(shí)際需求來調(diào)節(jié)，最大限度地降低空調(diào)負(fù)荷和電能消耗。

3.1 空調(diào)負(fù)荷

上層建筑的室內(nèi)環(huán)境氣密性較高，為了保證空氣質(zhì)量，需要通過中央空調(diào)器內(nèi)的風(fēng)機(jī)把外界的新鮮空氣送入室內(nèi)，按照ISO7547的要求，每個(gè)人的最小新風(fēng)量為28.8 m/h，根據(jù)計(jì)算室內(nèi)CO的式（5），在此最小風(fēng)量下室內(nèi)的CO濃度是952 ppm，略小于通常1 000 ppm的要求，所以在被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)下，最小新風(fēng)量需要保證，而且可以通過監(jiān)控CO的濃度來調(diào)節(jié)新風(fēng)量的供應(yīng)。

式中：為房間內(nèi)CO濃度，ppm；為室外空氣CO濃度，ppm，一般取400 ppm；為人呼出的空氣CO濃度，ppm，一般取53 000 ppm；為人呼吸的空氣，m/h，人安靜時(shí)取0.3 m/h；為房間內(nèi)的通風(fēng)量，m/h。

中央空調(diào)器把空氣加熱或冷卻后送入房間，通過送風(fēng)的溫度變化帶走房間內(nèi)的冷熱負(fù)荷，如下式：

式中：為房間內(nèi)冷熱負(fù)荷，k W；為房間溫度，℃；為空調(diào)送風(fēng)溫度，℃；為空氣密度，一般取1.2 k g/m；為空氣的比熱，一般取1.0 1 kJ/(kg·K)。

外界新風(fēng)在中央空調(diào)器內(nèi)處理，被空調(diào)水冷卻或加熱，此過程中產(chǎn)生空調(diào)負(fù)荷，當(dāng)采用全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，可以運(yùn)用熱轉(zhuǎn)輪來回收房間回風(fēng)中的部分能量，空調(diào)負(fù)荷如下式：

式中：為中央空調(diào)負(fù)荷，kW；為外界空氣的比焓，kJ/kg；為房間回風(fēng)的比焓，kJ/kg；為制冷盤管后空氣的比焓，kJ/kg；為回風(fēng)的熱回收效率。

在全空氣的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中，從中央空調(diào)器送入房間的風(fēng)需要滿足室內(nèi)所有的冷熱負(fù)荷，而在空氣-水系統(tǒng)中，從中央空調(diào)器送入房間的風(fēng)主要是為了滿足旅客的呼吸要求，帶走一部分冷熱負(fù)荷，而讓風(fēng)機(jī)盤管通過循環(huán)處理室內(nèi)空氣來帶走主要的冷熱負(fù)荷?？諝?水系統(tǒng)把室內(nèi)空氣的舒適度和空氣品質(zhì)分開來控制，能夠靈活的控制新風(fēng)量，從而降低空調(diào)負(fù)荷，但是在中間季節(jié)，全空氣系統(tǒng)可以運(yùn)用室外的空氣直接冷卻室內(nèi)，有很好的節(jié)能效果。

3.2 主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)

3.2.1 新風(fēng)熱回收

外部新風(fēng)是維持被動(dòng)式超低能耗上層建筑內(nèi)空氣質(zhì)量的保證，當(dāng)新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，帶來了大量的空調(diào)負(fù)荷，可以采用高效的空氣-空氣能量回收裝置，通過回收排風(fēng)中的能量來降低供暖制冷需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。熱轉(zhuǎn)輪是比較高效的能量回收技術(shù)（見圖2），新風(fēng)和排風(fēng)可以在不混合的情況下進(jìn)行全熱的能量交換。熱轉(zhuǎn)輪是以復(fù)合纖維材料為載體，覆以蓄熱吸濕材料而構(gòu)成，在全新風(fēng)的情況下可以對(duì)能量進(jìn)行全熱回收，熱轉(zhuǎn)輪的回收效率一般在40%～60%。

3.2.2 變風(fēng)量

圖2 熱轉(zhuǎn)輪的示意圖Fig. 2 diagram of recovery wheel

空調(diào)通風(fēng)是按照此區(qū)域內(nèi)最大的人數(shù)和最惡劣的外部環(huán)境來設(shè)計(jì)的，而在船舶實(shí)際運(yùn)行中，這個(gè)設(shè)計(jì)工況很少出現(xiàn)，以至于空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常是高于實(shí)際需求的狀態(tài)下運(yùn)行，導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。變風(fēng)量設(shè)計(jì)可以通過根據(jù)實(shí)際人數(shù)的風(fēng)量需求來改變進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)，除了通過減少新風(fēng)降低空調(diào)負(fù)荷來進(jìn)行節(jié)能外，也直接通過風(fēng)機(jī)馬達(dá)的變頻來減少風(fēng)機(jī)的電能消耗。為了保證室內(nèi)的空氣質(zhì)量且送風(fēng)量根據(jù)實(shí)際人員的數(shù)量來調(diào)節(jié)，可以通過室內(nèi)的CO濃度來調(diào)節(jié)送風(fēng)量，另一種變風(fēng)量是根據(jù)室內(nèi)溫度來調(diào)節(jié)風(fēng)量，比如在夏季，室內(nèi)溫度低于設(shè)定值，則會(huì)減少送風(fēng)量，主要用于全空氣系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管。

風(fēng)機(jī)的軸功率取決于風(fēng)機(jī)壓力和風(fēng)量，如下式：

式中：為風(fēng)機(jī)軸功率，kW；為風(fēng)量，m/h；為風(fēng)機(jī)壓力，Pa；為風(fēng)機(jī)效率。

被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)主張變風(fēng)量應(yīng)該采用變靜壓法或總風(fēng)量法來最大程度減少風(fēng)機(jī)功率，而不是定靜壓法。風(fēng)機(jī)壓力取決于風(fēng)道內(nèi)的通風(fēng)阻力，與風(fēng)量的平方等比例相關(guān)，所以通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)阻力特性不變的情況下，當(dāng)風(fēng)量減小到原來的1/2時(shí)，風(fēng)機(jī)壓力會(huì)減小到原來的1/4，風(fēng)機(jī)功率會(huì)減小到原來的1/8。但是要考慮變風(fēng)量風(fēng)閘的節(jié)流作用導(dǎo)致風(fēng)機(jī)壓力的額外升高，實(shí)際節(jié)能效果沒有那么多。而變靜壓法控制使得風(fēng)閘開度盡可能的大，可以盡可能地降低風(fēng)機(jī)壓力來降低電能消耗。

3.2.3 變水量

變水量系統(tǒng)使得冷媒水流量隨負(fù)荷變化而變化，空調(diào)水泵通過變頻改變轉(zhuǎn)速，改變泵的特性曲線，從而降低水泵的能耗。變水量空調(diào)水系統(tǒng)如圖3所示，變流量閥是兩通壓力無關(guān)的電動(dòng)閥，閥的開度根據(jù)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行變化；變流量閥的開度變化會(huì)影響水管的壓力，壓差傳感器可以獲得壓差信號(hào)，空調(diào)水泵通過變頻器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來保持給水管和回水管的壓差是穩(wěn)定的。由于空調(diào)水用戶較多，為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定，一般采用定壓差的方法，泵的軸功率與水流量成正比。變水量空調(diào)水系統(tǒng)可以消除定水量系統(tǒng)供回水溫差小的“低溫綜合癥”，提高空調(diào)水系統(tǒng)的效率，減少水泵的能耗。

圖3 變水量空調(diào)水系統(tǒng)Fig. 3 Variable volume A/C water system

式中：為泵軸功率，kW；為水量，m/h；為泵壓力，Pa；為泵效率。

3.3 實(shí)船主動(dòng)式節(jié)能的計(jì)算分析

此客滾船餐廳的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了超低能耗的設(shè)計(jì)，如圖4所示。中央空調(diào)器帶有熱轉(zhuǎn)輪，具備100%新風(fēng)能力，把室外的空氣進(jìn)行凈化、冷卻或加熱后，根據(jù)每區(qū)100人的人數(shù)對(duì)餐廳的3個(gè)區(qū)分別送風(fēng)2 880 m/h，送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)都可通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)；在送風(fēng)管和回風(fēng)管上分別布置壓力無關(guān)型變風(fēng)量風(fēng)閘，根據(jù)CO傳感器來控制送風(fēng)量，變風(fēng)量風(fēng)閘可以檢測風(fēng)量并把需求風(fēng)量傳遞給風(fēng)機(jī)的控制器；外區(qū)布置風(fēng)機(jī)盤管，根據(jù)回風(fēng)溫度來變速運(yùn)行；空調(diào)水泵采用定壓差的變水量控制；內(nèi)區(qū)布置再加熱器來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。

圖4 超低能耗空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)Fig. 4 Ultra-low power HVAC system

夏季，室外空氣的比焓是 86.3 kJ/kg，通過中央空調(diào)冷卻到室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度以下，取13°C，比焓是36.6 kJ/kg，室內(nèi)空氣的比焓是52.6 kJ/kg。冬季，室外空氣的比焓是-19 kJ/kg，通過中央空調(diào)加熱加濕到溫度15°C，濕度40%，比焓是 25.7 kJ/kg，室內(nèi)空氣的比焓是38.8 kJ/kg。外區(qū)的風(fēng)機(jī)盤管用于帶走圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷熱負(fù)荷。

表4 主動(dòng)式節(jié)能的能耗對(duì)比表Tab. 4 Comparison of active energy saving

中央空調(diào)器采用變靜壓的變風(fēng)量系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)取平均風(fēng)量是設(shè)計(jì)風(fēng)量的70%，取平均風(fēng)機(jī)壓力為設(shè)計(jì)值的70%；采用高效熱轉(zhuǎn)輪，效率60%，相對(duì)于普通設(shè)計(jì)是40%；風(fēng)機(jī)盤管根據(jù)室內(nèi)溫度進(jìn)行變速，運(yùn)行時(shí)平均送風(fēng)量是設(shè)計(jì)風(fēng)量的70%，由于沒有變風(fēng)量風(fēng)閘，風(fēng)機(jī)壓力為設(shè)計(jì)值的49%；空調(diào)水泵采用定壓差的變水量控制，取平均水量是50%。風(fēng)機(jī)和泵的效率均取0.7，根據(jù)式（6）～式（8）計(jì)算得到被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)和普通設(shè)計(jì)下的能耗對(duì)比，如表4所示。

夏季的空調(diào)負(fù)荷在被動(dòng)式超低能耗下是96.2 kW，比普通情況下的137 kW降低了30%；冬季的空調(diào)負(fù)荷在被動(dòng)式超低能耗下是32.6 kW，比普通情況下的71.2 kW降低了54%；雖然設(shè)計(jì)電功率的區(qū)別不大，但是在使用過程中，在變風(fēng)量和變水量的作用下，被動(dòng)式超低能耗下是9.4 kW,比普通情況下的20.9 kW降低了55%。

4 主機(jī)廢熱的利用

主機(jī)廢熱是船舶上非常豐富的能源，通過利用主機(jī)廢熱來減少上層建筑空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗是被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

4.1 吸收式冷水機(jī)

溴化鋰吸收式冷水機(jī)是以熱能為動(dòng)力，溴化鋰溶液為工質(zhì)對(duì)，冷卻冷媒水，幾乎不需要消耗電能，可以利用低品位熱源，運(yùn)行時(shí)震動(dòng)噪聲小。溴化鋰吸收式冷水機(jī)分為蒸汽型和熱水型，越高的蒸汽壓力和熱水溫度，吸收式冷水機(jī)的效率就越高，效率用能效比(coefficient of performance，COP)來表示，蒸汽型冷水機(jī)的COP要高于熱水型。

式中：為冷水機(jī)能效比（COP）；為冷水機(jī)制冷量，kW；為消耗的熱能，kW。

溴化鋰吸收式冷水機(jī)由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器和循環(huán)泵等部分組成，原理圖如圖5所示。

4.2 廢熱利用

船舶上主機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的廢熱，包括來自廢氣鍋爐的蒸汽和來自缸套的高溫水。在冬季，主機(jī)產(chǎn)生的廢熱可以通過空調(diào)水系統(tǒng)加熱上層建筑，廢熱水加熱器可以從高溫缸套水中獲得熱能，蒸汽加熱器可以從蒸汽系統(tǒng)獲得熱能。在夏季，吸收式冷水機(jī)組通過空調(diào)水系統(tǒng)來冷卻上層建筑，當(dāng)沒有廢熱的時(shí)候，依舊使用傳統(tǒng)冷水機(jī)組，利用主機(jī)廢熱的空調(diào)水系統(tǒng)如圖6所示?？紤]到在港口的時(shí)候主機(jī)不運(yùn)行而無廢熱可利用，但是海上航行時(shí)廢熱過多，可以通過蓄熱水柜來儲(chǔ)存主機(jī)廢熱，或通過蓄冷柜來存儲(chǔ)吸收式冷水機(jī)利用廢熱產(chǎn)生的冷量，這樣可以進(jìn)一步降低上層建筑的電能消耗。

4.3 實(shí)船主機(jī)廢能利用的計(jì)算分析

圖5 溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組的原理圖Fig. 5 Diagram of LiBr chiller

圖6 廢熱利用的空調(diào)水系統(tǒng)Fig. 6 A/C water system with waste heat utilization

本客滾船在海上航行的時(shí)候，2臺(tái)主機(jī)保持85%工況運(yùn)行，可產(chǎn)生約3 000 kW熱量的缸套水，廢氣鍋爐可產(chǎn)生約3 000 kW熱量的蒸汽，以COP為1的蒸汽溴化鋰?yán)渌畽C(jī)為例，可產(chǎn)生3 000 kW的冷量，而上層建筑的最大夏季空調(diào)制冷負(fù)荷為1 800 kW, 所以僅用蒸汽的廢熱產(chǎn)生的冷量就能完全滿足空調(diào)制冷負(fù)荷。

在被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)下運(yùn)用蒸汽溴化鋰?yán)渌畽C(jī)通過蒸汽的熱能來冷卻冷媒水，吸收式冷水機(jī)幾乎不消耗電能。但是由于蒸汽的熱能也需要冷卻水帶走而會(huì)導(dǎo)致冷卻水泵的水量加大，冷卻水泵消耗的電功率增加，此餐廳需要28 m/h的冷卻水，冷卻水泵在2.5 bar的壓力下運(yùn)行，消耗2.3 kW的電能。冷卻水泵采用變水量系統(tǒng)，根據(jù)冷水機(jī)的負(fù)荷和海水溫度變化來調(diào)節(jié)泵的頻率，取冷卻水泵平均使用水量是設(shè)計(jì)水量70%，由于管路上無調(diào)節(jié)閥增加額外阻力，泵的壓力會(huì)降低是設(shè)計(jì)值的49%。而普通設(shè)計(jì)下運(yùn)用傳統(tǒng)的螺桿冷水機(jī)，其COP是4。兩者的對(duì)比見表5，吸收式冷水機(jī)僅消耗0.9 kW的電能，遠(yuǎn)小于普通情況的35.8 kW.

表5 廢熱利用的能耗對(duì)比Tab. 5 Comparison of energy with waste heat utilization

5 結(jié) 語

船舶上層建筑采用被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)，通過被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)、主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)和主機(jī)廢能利用可以大幅度降低能耗。對(duì)一客滾船餐廳進(jìn)行計(jì)算分析后發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷降低68.5%，熱負(fù)荷降低60.7%，設(shè)計(jì)空調(diào)負(fù)荷在夏季降低30%，在冬季降低54%，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，主要設(shè)備的電能消耗都可以大幅度降低，總電能消耗降低了82%，單位面積能耗可以達(dá)到27.1 W/m，如表6所示。

表6 餐廳被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)Tab. 6 Design of passive ultra-low power in restaurant

雖然這只是一個(gè)具體設(shè)計(jì)案例，但是可以看到船舶被動(dòng)式超低能耗上層建筑的設(shè)計(jì)構(gòu)思具備超強(qiáng)的節(jié)能實(shí)力。