《船舶冷库设计》课件

船舶冷库设计欢迎参加船舶冷库设计专业课程！本课程将全面介绍船舶冷库的设计理念、技术规范和实际应用，帮助学员掌握从理论到实践的关键知识主讲人王教授拥有年船舶制冷领域经验，曾参与多项大型远洋船舶冷库设30计项目，现任中国船舶工程研究院高级工程师，国家船舶制冷标准委员会委员本课程共分为理论基础、设计流程、技术规范、案例分析四大模块，通过系统学习，学员将能独立完成船舶冷库的方案设计与核心设备选型工作船舶冷库的行业现状船舶冷库的应用领域远洋渔船冷藏专为远洋捕捞船设计，用于保存新鲜捕获的海产品温度范围通常为-至，确保渔获物在长达数月的航程中保持最佳品质25°C-40°C货运船冷冻集装箱用于跨洋运输易腐食品和温控药品现代冷藏集装箱可独立控温，温度范围至，满足不同货物需求-30°C+30°C生活物资储存为长航程船舶提供船员和乘客的食品储存设施通常分为冷冻区和-18°C冷藏区至，确保食品安全与新鲜0°C+4°C船舶冷库在保障海上运输和生产中发挥着不可替代的作用随着全球海洋资源开发和远洋贸易的发展，船舶冷库技术不断创新，朝着大容量、高效能、智能化方向发展课程学习目标方案设计能力独立完成船舶冷库设计方案计算分析能力掌握冷负荷计算与设备选型理论基础理解制冷原理与标准规范通过本课程的学习，学员将全面掌握船舶冷库设计的理论知识与实践技能从基础的制冷原理到复杂的热负荷计算，从设备选型到系统集成，形成完整的知识体系学习目标具体包括理解船舶环境下冷库设计的特殊要求；熟悉国际船级社关于船舶冷库的规范标准；能够进行船舶冷库的热负荷计算与设备选型；掌握系统设计与优化的方法；了解新型环保制冷技术的应用船舶冷库的作用食品保鲜与安全航程补给保障船舶冷库是保障海上食品安全的关键设施在远洋航行中，新鲜现代船舶航行周期长，冷库为船舶提供了长期储存生鲜食品的条食品供应有限，冷库能够延长食品保质期，确保船员和乘客获得件，减少了补给次数，提高了航行效率和经济性安全、营养的食物在极地航行或特殊任务中，冷库成为生存保障的重要组成部分，对于渔船而言，冷库直接关系到捕获海产品的品质和经济价值储存的食品可能是唯一的食物来源，其可靠性直接关系到船员安合理的温度控制可以将渔获保持在最佳状态，提高其市场价格全随着人们对食品安全和品质要求的提高，船舶冷库的重要性日益凸显现代船舶冷库不仅要满足基本的温度控制需求，还需要考虑能效、环保和智能化等多方面要求国际国内相关标准要求国际船级社规范IMO•《海上人命安全公约》SOLAS中关•DNV GL船级社《船舶制冷装置规则》于制冷设备安全的规定•ABS船级社《钢船规则》第6-2-5节•《国际防止船舶造成污染公约》•英国劳氏船级社《船舶制冷系统规则》MARPOL附则VI中关于制冷剂的环保要求•《极地水域船舶操作规则》PolarCode中关于极地区域船舶冷库的特殊要求中国国家标准•《船舶制冷装置》GB/T13707•《船舶与海上技术结构制冷设备》GB/T34336•中国船级社《钢质海船入级规范》第4篇第5章船舶冷库设计必须同时符合多种标准和规范的要求这些标准涵盖了安全性、环保性、可靠性等多个方面，是设计工作的基础和前提随着国际环保要求的不断提高，相关标准也在持续更新冷库基本构成冷藏舱体保温隔热的密闭空间，包括墙壁、顶棚、地板和门窗系统采用多层复合结构，确保良好的隔热性能制冷系统包括压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器等核心设备，负责制取冷量并将热量排出舱外控制系统温度传感器、控制器和执行机构组成的监控网络，保持舱内温度恒定并监测系统运行状态船舶冷库的三大核心部分相互配合，共同实现温度控制目标舱体提供隔热空间，制冷系统产生并输送冷量，控制系统则确保整个过程的自动化和精确性在船舶环境下，这些组成部分需具备抗振、防腐、紧凑等特殊性能，以适应海上恶劣环境制冷系统通常采用冗余设计，确保在单个设备故障时仍能维持基本功能制冷基本原理压缩冷凝低温低压气态制冷剂被压缩为高温高压气体高温高压气体冷却成为高压液体，释放热量蒸发膨胀低温低压液体吸收环境热量，蒸发为低温低高压液体通过膨胀阀节流降压，变为低温低压气体压液体船舶冷库的制冷原理基于制冷剂在封闭循环中的相变过程当液态制冷剂蒸发时，从周围环境吸收热量，产生制冷效果；当气态制冷剂冷凝时，向外界释放热量这一循环过程通过压缩机提供动力，使制冷剂不断循环流动，持续带走冷库内的热量并排放到外界船舶冷库中通常采用蒸气压缩式制冷循环，具有可靠性高、制冷效率好的特点船舶冷库的分类按温度范围分类冷藏库（0℃~10℃），主要用于保存新鲜水果、蔬菜和乳制品；冷冻库（-18℃~-25℃），用于肉类和部分海产品的长期保存；超低温冷库（-60℃以下），专用于金枪鱼等高价值海产品的保存按温度控制方式分类恒温库，全天候保持固定温度，适用于需要严格温控的药品和特殊食品；变温库，可根据需要调整温度范围，适用于多用途储存需求按制冷方式分类直接蒸发式，制冷剂直接在蒸发器中吸热；间接式，采用二次载冷剂（如乙二醇水溶液）传递冷量，提高安全性但降低效率核心指标与参数50m³标准仓容远洋渔船单个冷库的典型容积5kW日制冷量每立方米冷库空间的平均需求±2°C温度均匀性高质量冷库的温度波动范围80mm隔热层厚度冷冻库标准保温板厚度船舶冷库设计需要综合考虑多项技术指标除上述核心参数外，还包括冷库结构强度（抗12级海况）、制冷系统运行噪声（控制在75dB以下）、能效比（COP不低于

2.5）等这些指标共同决定了冷库的性能和使用效果在实际设计中，还需根据船舶类型、航行区域和使用需求进行针对性调整例如，极地区域航行的船舶冷库需要更高的保温性能和制冷能力；而热带区域航行的船舶则需要更强的抗湿热性能冷库常用制冷剂制冷剂应用温度范围ODP值GWP值安全等级R134a-10℃~+10℃01430A1R404A-45℃~-10℃03922A1R507-50℃~-20℃03985A1R717氨-50℃~+10℃00B2LR744CO₂-55℃~-10℃01A1船舶冷库制冷剂的选择必须同时考虑制冷性能、环保性和安全性随着国际环保法规日益严格，传统高GWP值的氢氟碳化物HFC制冷剂正逐步被限制使用，船舶冷库正向使用天然制冷剂或新型低GWP值制冷剂方向发展在海洋环境中，制冷剂的安全性尤为重要对于客船和工作人员密集的区域，通常选择A1级安全的制冷剂；而在与生活区隔离的大型冷库中，也可使用效率更高的B2L级制冷剂，但需配备完善的安全系统船舶冷库环境特点振动与摇摆船舶在海上航行时会产生持续的震动和周期性的摇摆，冷库设备需要特殊的减震设计和加固措施，防止长期振动造成的管路松动和接头泄漏限制空间船舶空间宝贵，冷库设计需要充分利用有限空间，设备布置更为紧凑，维修空间有限，要求设备具有更高的可靠性和维护便利性海上电力波动船舶电力系统负荷变化较大，电压和频率波动会影响制冷设备的正常运行，需要配备稳压装置和过载保护，提高系统的适应能力高湿高盐环境海洋环境湿度大，空气中含有大量盐分，加速金属腐蚀和电气元件老化，需采用特殊的防腐材料和表面处理技术延长设备寿命船舶冷库设计必须充分考虑这些特殊环境因素，采取针对性的技术措施确保系统的稳定性和可靠性与陆地冷库相比，船舶冷库对材料选择、结构设计和系统冗余都有更高要求船舶冷库典型布置方案垂直排列式水平排列式集中式冷源适用于大型渔船，冷库呈垂直方向叠加排适用于客货轮，冷库在同一层甲板水平排所有冷库共用一套大型制冷系统，通过分配列，利用重力辅助制冷剂流动，减少管路复列，便于货物搬运和人员操作优点是装卸系统向各个冷库供应冷量优点是设备集中杂度优点是热负荷分层明显，易于温度分便利，维护简单；缺点是占用宝贵的同层甲维护，能效较高；缺点是一旦中央系统故区控制；缺点是货物垂直运输需要专用设板空间，制冷效率相对较低障，影响范围大，需要完善的备份措施备船舶冷库的布置方案需要根据船型特点、使用需求和空间限制进行综合考虑在实际设计中，往往采用混合布置方式，兼顾效率和实用性现代船舶冷库设计越来越注重模块化，便于安装和未来扩展船舶冷库热负荷分析主要设计难点防腐蚀设计应对高盐分海洋环境的材料选择与保护措施保温结构优化在有限空间内实现最佳隔热效果冗余系统配置确保在设备故障情况下的持续可靠运行船舶冷库设计面临多重技术挑战防腐蚀方面，需要选用特殊材质如双相不锈钢、铝合金或复合材料，并采用特殊涂层处理；蒸发器和冷凝器等换热设备尤其需要防腐设计，以抵抗海水和盐雾的侵蚀保温结构设计需要在厚度、重量和绝热性能之间寻找平衡现代船舶冷库多采用聚氨酯发泡夹芯板，配合真空绝热板等新型材料，在减轻重量的同时提高绝热效果冷桥问题是保温设计的重点和难点，尤其是在门框、管道穿墙和支撑结构等处冗余系统设计通常采用N+1配置原则，即正常运行需要N台设备时，实际配置N+1台关键部件如压缩机、控制器等均需备份，并设计自动切换机制，确保在远离岸基支援的情况下维持基本冷藏功能船舶制冷系统设计原则安全性能效与经济性确保系统在各种海况和极端条件下稳定可靠优化能源消耗，降低运行成本，在满足冷藏运行，防止制冷剂泄漏和设备故障对人员和要求的前提下实现最高的能效比和最低的总环境造成危害拥有成本易维护性适应性考虑海上维修条件有限的特点，设计便于检系统能够适应不同航行区域的气候条件和负修和更换的结构，配备完善的监测和诊断系载变化，保持稳定的冷库内部环境统船舶制冷系统设计必须遵循上述核心原则，尤其是安全性始终是首要考虑因素在设计中，制冷剂泄漏监测和应急处理系统是标准配置，所有压力容器和管路必须符合船级社的严格标准能效与经济性方面，现代船舶冷库越来越多地采用变频技术、热回收系统和智能控制算法，在保证制冷效果的同时降低能耗这不仅降低了运行成本，也符合国际海事组织对船舶能效的要求IMO设计规范与标准汇总规范类别标准编号发布机构适用范围安全要求SOLAS Ch.II-2IMO制冷设备消防安全环保要求MARPOL Ann.VI IMO制冷剂排放控制设计标准Pt.6Ch.2-5ABS冷库结构与设备设计标准Pt.7Ch.12LR冷藏船要求国家标准GB/T13707中国船舶制冷装置行业标准CB/T3667中国渔船冷库技术条件船舶冷库设计必须遵循多层次的规范体系国际海事组织IMO制定的公约是最基本的要求，各国船级社则基于这些基本要求，制定了更为详细的技术标准中国船级社CCS的相关规范充分考虑了中国船舶制造的特点，是国内设计的重要依据除了专门针对船舶冷库的标准外，设计中还需参考通用的船舶设计规范，如结构强度、振动控制、电气安全等方面的要求随着低温储存技术的发展和环保要求的提高，相关标准也在不断更新，设计人员需要及时掌握最新版本船舶冷库参数选定温度设定范围湿度控制设计船舶冷库的温度设定需根据储存物品类型确定典型设定范围包湿度控制是保持食品品质的关键因素，但在船舶环境中实现精确括控制具有挑战性主要控制方法包括•蔬果冷藏库0℃至+10℃，相对湿度85%-95%•冷却器表面温差控制法调整蒸发温度与库温差值•乳制品冷藏库0℃至+4℃，相对湿度80%-85%•除湿再湿法先深度除湿后按需加湿，精度高但能耗大•肉类冷冻库-18℃至-22℃，相对湿度90%-95%•盐溶液调湿法利用饱和盐溶液的平衡湿度特性•鱼类冷冻库-25℃至-30℃，相对湿度90%-95%•风量调节法通过改变循环风量间接调节湿度金枪鱼超低温库℃，相对湿度控制不严格•-60船舶冷库的温湿度参数选定需考虑航线气候特点、储存物品特性和能源消耗等因素在远洋渔船上，通常将冷库分为多个温区，以适应不同渔获的保存需求现代船舶冷库越来越注重精确控制，采用多点温湿度监测和智能调节系统，确保储存环境的稳定性舱体结构与保温层设计防水气密层最外层采用不锈钢或铝合金板，确保水气不渗透到保温层主保温层采用聚氨酯硬泡沫或挤塑聚苯板，提供主要隔热性能防蒸汽层铝箔或特殊薄膜，防止舱内水分向外扩散并在保温层凝结内表面层食品级不锈钢或FRP材料，耐腐蚀、易清洗、符合卫生要求船舶冷库舱体结构通常采用三明治式复合结构，由多层材料组成保温层厚度根据所需温度级别确定，一般冷藏库为60-80mm，冷冻库为80-120mm，超低温库可达150mm以上防冷桥设计是舱体保温的关键在支撑结构、管道穿墙、门框等处容易形成冷桥，导致局部保温效果下降和结露问题常用的防冷桥措施包括采用低导热系数的材料作为连接件；使用断热设计的结构支撑；在冷桥处增加额外保温层；安装除湿加热装置防止结露地板系统设计结构层次船舶冷库地板系统通常由以下几层组成

1.底板通常为船体甲板或专用底板，承担主要承重功能

2.防潮层阻止水分向上渗透，通常使用沥青或合成材料

3.保温层采用高强度XPS板或PU板，能承受货物重量

4.分布式承重层分散集中荷载，保护保温层

5.表面层耐磨、防滑、易清洁的面层材料船舶冷库地板必须同时满足保温性能和承重要求，并适应船体变形在设计时需考虑•防滑处理采用花纹板或特殊涂层，确保湿滑条件下的安全•排水坡度通常为1-2%，确保清洁水和解冻水能顺利排出•排水沟设置在适当位置，连接至专用污水箱•防结霜结构在超低温库中，地板下设置电热丝或热水管防止冻结冷气流通布置顶送风式侧送风式风道分布式蒸发器安装在顶部，冷空气由上向下流动适蒸发器安装在侧墙，冷空气水平流动适用于采用专门设计的风道系统分配冷气适用于复用于高大冷库，利用冷空气自然下降，能耗较长方形冷库，温度均匀性好，但占用侧墙空杂形状或多隔间冷库，温度控制精确，但系统低，但地面附近温度均匀性较差主要用于远间，减少有效储存容积常用于客船和货船的复杂，维护难度大在高端客船和科考船上应洋渔船的大型冷冻舱生活冷库用较多气流均匀分布是保证冷库温度一致性的关键设计中需注意避免出现气流死角和短路现象，合理布置货物通道和堆放方式，确保冷气能够充分接触每个角落通常采用计算流体动力学软件模拟优化气流分布CFD在渔船冷库中，由于装载密度高、货物形状不规则，气流设计尤为关键现代设计中常采用变速风机和可调节出风口，根据装载状况灵活调整气流模式，提高能效和温度均匀性能源效率与节能措施热回收系统智能控制系统•压缩机排气余热利用回收高温气体热•变频技术根据实际负荷需求调整压缩量用于生活热水或除霜机和风机转速•冷凝热回收利用冷凝过程释放的热量•自适应控制根据环境条件和负荷变化预热船舶用水自动优化运行参数•多级利用建立热能梯级利用系统，实•部分负荷运行策略在低负荷时关闭部现能源的多级回收分系统，提高运行效率结构优化设计•高效换热器采用新型微通道或强化换热技术提高传热效率•先进保温材料使用真空绝热板等高性能保温材料减少传热损失•气流优化通过CFD分析优化气流分布，减少风机能耗船舶冷库能源效率对整船能耗有显著影响据统计，冷库系统耗电量可占船舶总耗电的15%-30%采用高效节能技术可显著降低能耗，减少运营成本和碳排放除了上述技术措施外，操作管理对节能也十分重要包括合理设定温度，避免过度制冷；减少门开启频率和时间；优化货物装载，确保良好的空气流通；定期除霜和维护，保持设备高效运行先进的船舶冷库系统能在设备使用寿命周期内节省30%-50%的能源成本环保法规及绿色船舶要求制冷压缩机选型活塞式压缩机螺杆式压缩机涡旋式压缩机工作原理基于活塞在汽缸内往复运动，适用于小型冷通过一对相互啮合的螺杆转子压缩制冷剂，适用于中利用一对特殊形状的涡旋盘相对运动压缩气体，适用库特点是结构简单、维修方便、适应负荷变化能力大型冷库特点是运行平稳、效率高、维护间隔长；于小型高效系统特点是部件少、振动小、效率高、强；缺点是体积相对较大，振动和噪声较大在小型缺点是结构复杂，低负荷时效率下降明显在大型远适合变频控制；缺点是制造工艺要求高，大排量型号渔船和生活冷库中应用广泛洋渔船和冷藏运输船上广泛使用有限在高端邮轮和科考船的精密冷库中应用较多压缩机选型是冷库设计的核心环节，需综合考虑制冷量、工作条件、能效要求和可靠性等因素在船舶应用中，抗振动性能尤为重要，通常选用专门的船用型号，配备加强的减振底座和特殊的润滑系统现代船舶冷库越来越多地采用变频压缩机或多机组合设计，既能满足负荷变化需求，又提高了系统可靠性和能效在选型时，还需考虑维修便利性和备件供应，尤其是长期远洋作业的船舶冷凝器类型与布置风冷式冷凝器将高温高压制冷剂气体的热量通过翅片管传递给空气优点是结构简单，无需水源；缺点是换热效率相对较低，占用空间大适用于小型系统和辅助冷库，通常安装在通风良好的机房或露天甲板上水冷式冷凝器利用循环水带走制冷剂的冷凝热包括套管式、壳管式等多种形式优点是换热效率高，体积紧凑；缺点是需要稳定的冷却水系统大型船舶冷库的首选方案，通常与船舶中央冷却水系统集成海水冷却式冷凝器直接利用海水作为冷却介质优点是冷源温度低，系统效率高；缺点是海水腐蚀性强，要求特殊的材料和防腐设计在远洋渔船上应用广泛，需定期清洗除垢蒸发冷却式冷凝器结合风冷和水冷优点的复合式换热器在管外表面喷淋水，利用水蒸发带走热量优点是节水节能；缺点是结构复杂，维护要求高适用于大型系统和特殊船型冷凝器的抗腐蚀设计是船舶应用的关键常用的防腐措施包括选用铜镍合金90/10或70/30或钛合金管材；采用牺牲阳极保护；应用特殊的防腐涂层；设计便于清洗的结构；配置在线监测系统及时发现腐蚀迹象膨胀阀与节流装置热力膨胀阀TXV根据蒸发器出口过热度自动调节制冷剂流量的机械式阀门适用于负荷波动较小的系统，结构简单可靠，无需电力驱动，是船舶冷库的传统选择电子膨胀阀EEV利用步进电机精确控制阀门开度，配合温度传感器和控制器工作响应速度快，控制精度高，适应负荷变化能力强，越来越多应用于现代船舶冷库系统毛细管简单的固定节流装置，通过细长管道产生压降结构最简单，无活动部件，但不能适应负荷变化主要用于船舶小型独立冷库和备用系统浮球阀根据液位自动调节的机械式阀门，适用于液体分离器或储液器的液位控制在大型船舶冷库系统的特定部位使用，如泵循环系统在船舶环境中，膨胀阀的选择需特别考虑抗振性能和可靠性热力膨胀阀适合大多数船舶应用，但在要求精确控温或负荷变化大的场合，电子膨胀阀具有明显优势现代节能船舶越来越多地采用电子膨胀阀，与智能控制系统配合，实现最佳制冷效果和能效膨胀阀的布置也非常重要，应安装在蒸发器入口附近，减少分布管长度阀前应设过滤器防止杂质堵塞，阀后应确保良好的制冷剂分配在船舶振动环境下，还需对管路和阀体进行适当固定，防止疲劳断裂蒸发器形式船舶冷库常用的蒸发器类型包括翅片管式，热交换面积大，适用于强制对流冷却，是船舶冷库最常用的形式；板式，紧凑高效，多用于间接冷却系统；管壳式，适用于液体冷却，在二次载冷剂系统中应用；裸管式，结构简单，用于自然对流冷却的特殊场合在船舶冷库中，蒸发器除了基本的换热功能外，还需重点考虑防结霜和除霜问题常用的除霜方式包括热气除霜，利用压缩机排气的高温气体；电热除霜，通过内置或外置电热元件加热；热水除霜，利用船舶余热水源除霜系统设计需兼顾效率和能耗，现代船舶冷库多采用智能控制策略，根据结霜情况自动调整除霜频率和时间蒸发器的材料选择也是关键，需考虑耐腐蚀性、换热效率和成本常用材料包括铜管铝翅片、全铝制、不锈钢和铜镍合金等在海产品冷库中，需特别注意防腐设计，通常采用环氧涂层或选用耐海水腐蚀的材料风机与空气循环20-4040-60换气次数换气次数冷冻库每小时空气循环次数冷藏库每小时空气循环次数

0.3-

0.565-75风速噪声限值冷库内建议气流速度m/s冷库内风机运行噪声dB空气循环是保证冷库温度均匀的关键风量设计原则是在满足换热需求的同时，避免过大风速造成的食品脱水和能源浪费冷冻库由于温度较低，物品脱水速度慢，换气次数可以相对较少；而冷藏库需要更频繁的空气循环以保持新鲜蔬果的品质船舶冷库常用的风机类型包括轴流风机和离心风机轴流风机结构简单，风量大，压头小，适合大空间少阻力场合；离心风机压头大，适合风管系统和高阻力场合在船舶应用中，风机需具备防腐、防潮和抗振性能，通常采用全封闭电机和特殊的轴承密封设计噪声控制在船舶冷库设计中也很重要，特别是邻近生活区的冷库常用的降噪措施包括选用低噪声风机；安装减振底座；使用柔性连接；设计合理的风道以减少气流噪声；在关键部位增加隔音材料现代船舶冷库越来越多地采用EC电机风机，不仅节能，而且噪声更低冷媒管路设计材料选择根据制冷剂类型和工作环境选择适当的管材氨系统通常使用碳钢或不锈钢；氟利昂系统多采用铜管；二氧化碳系统因压力高，需使用厚壁不锈钢或K65铜合金在海洋环境中，所有外露管道都需考虑防腐处理管径计算根据制冷量和允许压降确定管径原则是在保证压降在合理范围内的前提下，选择经济合理的管径船舶冷库的管径计算需特别考虑长距离输送和垂直升降的影响布局规划合理规划管路走向，减少弯头和接头数量，降低阻力损失和泄漏风险在船舶有限空间内，管路布置需充分考虑维修空间和膨胀补偿，预留检修口和阀门操作空间船舶冷媒管路设计的特殊要求包括振动补偿，在穿越船体结构和连接设备处需设置柔性连接或补偿器；坡度控制，确保油回流和避免液击；绝缘保护，防止结露和减少热损失；支撑固定，防止船舶运动时管路过度振动和应力集中管路系统还需配备完善的阀门和附件，包括截止阀、单向阀、过滤器、视液镜、电磁阀等在关键位置设置压力和温度测量点，便于监控和故障诊断现代船舶冷库系统越来越注重模块化设计，采用预制管路组件，提高安装质量和效率自动控制与监测系统基础控制功能智能监测系统船舶冷库的自动控制系统需具备以下基本功能现代船舶冷库越来越多地采用智能监测技术•温度控制精确维持设定温度，通常采用PID控制算法•多点温度监测在冷库内多点布置传感器，全面掌握温度分布除霜控制根据时间或结霜状况自动启动除霜流程•能耗分析实时监测能源消耗，识别异常状况压力保护监测高低压，防止系统超出安全工作范围••预测性维护通过数据分析预测设备可能的故障启停管理根据负荷需求自动调节制冷量，控制设备启停••远程监控通过卫星通信将数据传送至岸基支持中心报警功能当参数超出设定范围时发出警报并记录数据••智能诊断自动分析系统运行状态，提供优化建议•船舶冷库控制系统需具备较高的可靠性和独立性通常采用专用的冷库控制器而非通用，以确保在船舶主自动化系统故障时仍能PLC正常工作系统设计遵循冗余原则，关键传感器和控制器配备备份，防止单点故障导致整个系统瘫痪现代船舶冷库控制系统已实现与船舶综合自动化系统的集成，但保持必要的独立性和应急操作能力通过标准协议如IAS、或以太网，实现不同系统间的信息交换和协同控制，提高整船的智能化水平和运行效率Modbus Profibus安全联锁与故障应对制冷剂泄漏应对电力故障保护温度异常处理采用高灵敏度气体检测器，24小时设计完善的断电应急方案，包括自多级温度报警系统，当温度偏离设监测机房和冷库内的制冷剂浓度动切换至应急电源、关键设备优先定值时分级响应轻度偏离时调整一旦检测到泄漏，系统自动启动紧供电、温度警报系统独立供电等运行参数，严重偏离时启动备用设急通风，关闭相关阀门，并发出警采用大容量蓄冷系统延长断电后的备，极端情况下进行货物转移和应报在氨系统中，还配备喷淋装置保温时间，为应急处理赢得时间急制冷中和泄漏气体人员安全保障冷库内配备防困人装置，包括内部开门机构、求救按钮和温度异常人员探测系统设置明确的安全操作规程和应急疏散路线船舶冷库的安全联锁系统是确保正常运行的关键典型的联锁保护包括压缩机高压、低压、排气温度、油压差保护；电机过载、过热、相序保护；蒸发器结霜、风机故障保护等这些保护措施采用硬件联锁方式实现，确保即使控制系统失效也能维持基本安全船舶冷库还需制定完善的故障应对预案，包括不同类型故障的处理流程、应急操作指南和责任分工关键设备配备足够的备件，并对船员进行定期培训和演练，确保在紧急情况下能快速有效响应冷负荷计算步骤确定设计参数明确冷库温度要求、环境条件、进出货物量、人员出入频率等基础数据计算传热负荷根据围护结构面积、传热系数和温差计算传热热负荷计算货物负荷根据货物比热、进库温度和日周转量计算货物冷却负荷计算附加负荷包括人员散热、照明、设备发热、门开启损失等确定设计冷量综合各项负荷，考虑安全系数和运行时间，确定制冷设备容量冷负荷计算是冷库设计的基础和前提在船舶环境中，计算需特别考虑船体传热特性和海洋环境影响例如，水下船体部分的传热系数与水上部分差异较大；不同航区的海水和空气温度变化也会显著影响负荷计算结果通常，设计冷量按照日制冷量计算，考虑16-18小时运行时间，并留有15%-20%的裕量在远洋船舶上，由于补给和维修条件有限，安全裕度通常会更高，甚至达到30%现代船舶冷库设计越来越多地采用计算机模拟技术，通过热动力学模型精确计算不同工况下的冷负荷变化船体传热部分负荷门窗与进出损耗门开启热负荷计算降低门开启损失的措施门开启引起的热负荷计算公式船舶冷库门设计应考虑以下减损措施

1.采用快速卷帘门或自动关闭装置，减少开启时间Q=ρ×V×Cp×ΔT×n×τ

2.设置门厅或缓冲间，形成温度过渡区

3.安装塑料帘条或气幕，减少空气交换其中

4.在门口设置除湿或加热装置，防止结露和结冰•ρ-空气密度kg/m³

5.优化作业流程，减少不必要的出入次数•V-每次交换的空气体积m³•Cp-空气比热容kJ/kg·K•ΔT-温差K•n-每日开门次数•τ-空气交换系数

0.5-

0.8在船舶冷库设计中，门窗是热负荷的重要来源之一冷库门的开启频率和时间直接影响冷量损失，尤其是在温差大的情况下根据统计，门开启损失在总负荷中占比可达10%-20%，是不容忽视的部分船舶冷库门的选型也至关重要常用的门型包括铰链式保温门，结构简单但密封性一般；滑动式保温门，密封性好但需要较大的侧向空间；折叠式保温门，节省空间但结构复杂无论选择哪种门型，都需确保良好的密封性能和足够的机械强度，以适应船舶的摇摆和振动环境货物堆码方式影响托盘式堆码散堆式存放集装箱式存放采用标准托盘堆放货物，形成规则的通道和堆垛优无固定容器直接堆放，多用于渔船鱼货存储优点是采用标准制冷集装箱在船上存放货物优点是独立温点是装卸方便，空气流通良好；缺点是空间利用率较空间利用率高，可达85%-95%；缺点是通风条件较控，管理便捷；缺点是初始投资高，且集装箱自重占低，约为65%-75%在客货船和供应船上使用较差，温度均匀性难以保证，且装卸效率低需要特别用有效载重适用于多温区、多品种货物运输船多，便于与岸基物流系统对接注意留设足够的通风空间货物堆码方式直接影响冷库的气流分布和温度均匀性合理的堆码应确保冷气能够充分接触每个货物单元，避免出现局部热区通常建议墙壁与货物间保持10-15cm间距；货垛之间保持15-20cm通道；地面与货物间设置垫块或托盘，确保底部通风堆垛高度对风量需求有显著影响随着堆垛高度增加，气流阻力增大，需要更大的风机功率保证气流穿透一般原则是冷藏库堆垛高度不超过5米，冷冻库不超过4米超高堆垛需要特别的气流组织设计，如设置垂直通风道或多层送风系统制冷压缩机容量计算参数符号单位计算公式或取值范围总热负荷Q总kW传热负荷+货物负荷+附加负荷设计制冷量Q设计kW Q总×1+安全系数安全系数Ks-

0.15-

0.30日运行时间t h16-20压缩机容量Q压缩机kW Q设计×24/t制冷系数COP-

1.5-

4.0（根据温度区间）压缩机功率P kWQ压缩机/COP压缩机容量计算是制冷系统设计的核心船舶冷库通常按日冷量设计，考虑设备不会全天运行，留出除霜和维护时间设计日运行时间是关键参数，一般取16-20小时，远洋渔船因维修条件有限，通常取较短时间，预留更多裕量COP制冷系数取值与蒸发温度、冷凝温度密切相关蒸发温度通常设定为所需库温低10-15℃；冷凝温度则设定为环境温度水温或气温高10-15℃在船舶应用中，由于海水温度相对稳定且较低，水冷系统的COP通常高于陆地应用在多舱共用一套制冷系统的设计中，需考虑同时系数由于各舱不会同时达到最大负荷，可引入

0.7-

0.9的同时系数降低总装机容量但关键舱室的独立供冷能力必须得到保证，通常采用优先控制策略或独立备用机组备用与冗余系统设计设计原则多路切换技术N+1系统正常运行需要N台设备时，实际配置N+1台，设计灵活的管路系统，允许设备间相互备份和负确保单台故障时仍能满足基本需求荷转移模块化系统分级冗余策略采用多个小型制冷模块替代单一大型系统，提高根据重要性为不同冷库配置不同级别的冗余保障灵活性和可靠性船舶冷库的冗余设计是确保远洋航行安全的关键在远离维修基地的海上环境，设备故障可能导致严重后果，尤其是渔船上与渔获保鲜直接相关的冷库系统常见的冗余配置包括主备压缩机组1+1或2+1配置；关键部件如膨胀阀、控制器的双重配置；多回路蒸发器设计等除了硬件冗余外，运行策略也很重要如主备交替运行制度，避免备用设备长期闲置导致的可靠性下降；负荷均衡策略，使多台设备均匀承担工作，延长整体寿命；智能故障检测和自动切换系统，最小化人工干预需求现代船舶冷库越来越多地采用分布式制冷系统，每个关键舱室配备独立小型制冷机组，互不影响，大大提高了整体可靠性电气负荷与能耗预算设备选型与供应商比较品牌类别代表品牌优势劣势适用船型欧美高端品牌Carrier,York,GEA可靠性高，技术成熟价格昂贵，维修成本高豪华邮轮，科考船日系品牌Daikin,Mayekawa紧凑高效，节能性好专用配件，通用性差远洋渔船，冷藏船中国品牌烟台冰轮，大连冷冻性价比高，服务便捷国际认可度较低沿海船舶，内河船专业船用品牌Teknotherm,Novenco专为船舶设计，抗振性强型号有限，价格较高各类专业船舶设备选型是冷库设计的重要环节，需综合考虑技术参数、可靠性、成本和服务支持等因素在船舶应用中，抗振性能、紧凑程度和使用寿命尤为重要设备选型应注重船级社认证，主要设备必须获得相应船级社的型式认可证书，确保符合海事安全要求供应商选择应关注全球服务网络和备件供应能力远洋船舶可能在全球各地需要技术支持和备件，选用国际知名品牌通常能获得更好的全球服务同时，设备的标准化和通用性也很重要，便于在紧急情况下寻找替代品在实际项目中，通常需要编制详细的技术规格书，明确各项性能参数和测试要求对关键设备进行厂家测试FAT和船上测试SAT，确保满足设计要求近年来，国产品牌在船舶冷库设备领域快速发展，在中小型船舶应用中占据越来越大的市场份额冷库施工与集成流程详细设计完成设备布置图、管路系统图、电气控制图和安装详图，并通过船级社审核确定材料清单和施工工艺要求，编制详细的技术规格书岸基预制在船厂或专业车间预制保温板、管路组件和控制柜等部件进行必要的测试和预组装，确保上船后能快速安装设备和材料必须符合船级社要求上船安装按照既定顺序进行安装首先完成舱体保温结构；其次安装主要设备如压缩机、冷凝器；然后铺设管路系统；最后进行电气连接和控制系统安装调试与验收系统安装完成后进行全面调试包括气密性测试、绝缘性能测试、功能测试和性能测试通过船级社检验并取得相关证书后交付使用船舶冷库的施工与集成需特别注重质量控制和安全管理防火处理是关键环节，所有保温材料必须符合船舶防火要求，管道穿舱处需设置专用防火密封装置防腐处理同样重要，所有金属部件需进行适当的防腐处理，如镀锌、喷塑或特殊涂层，以适应海洋环境在施工过程中，需建立严格的质量控制体系，对关键工序如保温板安装、管道焊接、电气连接等进行专项检查安装完成后的系统测试分多个阶段进行，从单机测试到系统联调，最后进行满负荷试运行，确保各项性能指标符合设计要求典型渔船冷库案例介绍远洋金枪鱼船冷库技术参数运行状况分析船型米超低温金枪鱼延绳钓船该船冷库系统投入使用年，共完成次远洋作业，累计运行时•7636间小时，期间发生故障次，故障率次千小时主

15000322.13/冷库容积（分为℃超低温库和℃普通冷冻•850m³-60-25要故障类型分布为库）制冷系统双机双级压缩系统，总制冷量•R404A450kW控制系统故障（主要是传感器问题）•38%冷却方式板式蒸发器直接接触冻结风冷循环•+压缩机故障（以机械磨损和油路问题为主）•25%特殊设计高效冻结隧道，小时可处理吨新鲜渔获•2425阀门系统故障（以泄漏和卡阻为主）•20%能耗指标平均日耗电，占船总耗电的•4500kWh40%其他故障（电气连接、冷凝器结垢等）•17%该案例的成功经验包括采用模块化设计，将冷库分为多个相对独立的制冷系统，提高了可靠性；超低温区采用复合制冷技术，在保证℃深冷效果的同时降低能耗；引入智能除霜控制，根据实际结霜情况自动调整除霜频率和时间，减少不必要的热损失-60需要改进的方面包括传感器可靠性不足，建议采用更高等级的海洋专用传感器；压缩机振动问题，需要加强减振设计和定期维护；电气元件防潮性能有待提高，建议采用更高防护等级的电气设备和更好的密封措施客货轮生活冷库实例某客位豪华客滚船配备了综合生活冷库系统，包括个独立冷藏区蔬果库℃，、肉类库℃，、乳制品库℃，200040~460m³-1840m³2~6和日取库多温区，冷库位于主甲板下方，紧邻厨房区域，便于食品供应和管理20m³30m³冷库采用分体式设计，制冷机房集中布置在机舱上层使用和双系统设计，每个温区配置独立蒸发器和控制系统，确保温度精确控R134a R404A制特别之处在于采用全热回收系统，将冷凝热回收用于生活热水预热，节能效果显著，回收热量可满足船上的热水需求40%该系统按照美国公共卫生局标准设计，内表面材料全部采用食品级不锈钢，便于清洁消毒设有完善的食品安全监控系统，全程记USPHHACCP录温度数据维保周期为日常检查每天、轻度维护每周、中度维护每月和全面维护每季度，确保系统长期稳定运行冷藏集装箱在船上的应用集装箱船应用电力供应系统监控与管理现代集装箱船可载运数百个冷藏集装箱，每个集装箱船舶需提供专用的冷藏集装箱电源插座，通常为现代船舶配备中央监控系统，实时跟踪每个冷藏集装配有独立的制冷装置，由船舶提供电力这种模式的380V/50Hz三相电源大型集装箱船配备的冷藏集箱的运行状态、温度和报警信息先进系统还具备远优势是灵活性高，不同货物可设定不同温度；缺点是装箱电源可达数百个，总功率可达数兆瓦为确保供程诊断和故障预警功能，提高了管理效率和货物安全每个制冷单元独立运行，整体能效较低电可靠性，通常设计冗余电力系统和应急发电机性冷藏集装箱主要用于运输水果蔬菜、肉类、海产品、乳制品、药品和化学品等温控货物不同货物对温度要求差异很大香蕉等水果需保持13~14℃；肉类冷冻需-18℃以下；疫苗等药品可能需要精确控制在2~8℃范围集装箱冷机必须能满足这些多样化的温控需求集装箱冷机的常见型号包括Carrier的PrimeLINE系列和Thermo King的MAGNUM系列，制冷能力一般为5~8kW，能够在外部环境-30℃至+50℃范围内正常工作船舶设计需充分考虑这些设备的功率需求、发热量和噪声影响，并设置专门的检修通道和备件存储区域新型冷库材料与技术高性能保温板新型相变材料PCM•真空绝热板VIP导热系数仅为传统材•盐水合物PCM用于0℃附近的温度稳料的1/5，厚度减少60%定，蓄冷能力是水的3-4倍•气凝胶复合材料超轻质高效隔热，导热•有机烷烃PCM适用于-20℃至+20℃范系数低至

0.015W/m·K围，相变温度可定制•纳米多孔绝热材料结合纳米技术的新型•微胶囊PCM将相变材料封装在微小胶囊材料，防火性能优异中，便于集成到建筑材料抗菌与防霉材料•纳米银抗菌涂层长效抑制细菌繁殖，适用于冷库内表面•光催化抗菌材料在光照条件下分解有害物质，保持环境清洁•自清洁疏水涂层减少表面结露和微生物生长，降低维护需求这些新型材料在船舶冷库中的应用正逐步增加真空绝热板已在高端客船的生活冷库中使用，可在有限空间内实现更好的隔热效果相变材料作为蓄冷介质，能够平滑冷负荷波动，减少压缩机启停频率，延长设备寿命，同时在短时断电情况下提供温度缓冲抗菌材料在食品储存冷库中应用前景广阔，特别是在对食品安全要求较高的客船上这些材料能有效抑制微生物生长，减少交叉污染风险，延长食品保质期但在应用新材料时，需注意其长期稳定性、防火性能和与船舶振动环境的兼容性，确保安全可靠绿色船舶冷库前沿低制冷剂太阳能辅助制冷GWPR290丙烷、R717氨和R744CO₂等自然利用光伏板提供部分制冷系统电力，减少碳排放工质正逐步替代传统氟利昂相变蓄冷技术余热回收利用利用峰谷电价差，在电力充足时蓄冷，降低运行冷凝热回收用于生活热水、除霜和甲板除冰成本绿色船舶冷库技术正朝着环保、高效方向快速发展低GWP制冷剂应用是主要趋势，其中CO₂跨临界系统虽然初投资较高，但能效优异，已在部分高端渔船上应用太阳能辅助制冷系统适合在阳光充足海域航行的船舶，可结合智能控制技术，优化能源利用余热回收技术在大型船舶上应用潜力巨大先进系统可回收60-75%的冷凝热，显著提高能源利用效率挪威某渔业研究船采用全船能源集成管理系统，将制冷系统余热与主机余热统一调配，实现了近30%的能耗降低相变蓄冷技术则可以平衡负荷波动，特别适合周期性作业的渔船，在捕捞作业前预冷，减轻高峰期系统负担数字化与智能监测远程监控人工智能优化预测性维护IoT通过船舶卫星通信系统将冷库运行数利用机器学习算法分析历史运行数基于振动、噪声、电流等多参数监据实时传输到岸基监控中心，实现全据，优化冷库控制参数，适应不同工测，结合大数据分析，预测设备可能球范围内的远程监测和技术支持系况和环境条件AI系统能够预测负荷出现的故障，并给出维护建议这种统可监控温度、湿度、能耗等关键参变化，提前调整运行策略，提高能效方法可将计划外停机减少50%以上，数，并在异常情况下自动报警和温度稳定性延长设备使用寿命技术应用AR/VR利用增强现实技术辅助船员进行复杂维修操作，岸基专家可通过AR设备看到现场情况并提供指导VR技术则用于船员培训，模拟各种故障情景进行演练数字孪生技术是船舶冷库管理的新趋势，通过创建冷库系统的虚拟模型，实时映射物理设备的运行状态这种技术可用于系统优化、故障诊断和维护培训，提高整体管理水平某大型远洋渔业公司采用此技术后，冷库系统故障率下降35%，能耗降低18%区块链技术在冷链物流中的应用也值得关注，特别是对于高价值货物通过区块链记录全程温度数据，确保数据不可篡改，建立从捕捞到消费的完整溯源体系这不仅提高了食品安全性，也增加了产品附加值，已有部分高端远洋渔船开始采用这一技术下一步研究方向超低温冷库技术研发-80℃以下的超低温保存技术，满足特殊海产品和生物样本的储存需求关键挑战包括高效率制冷循环的开发、适用于极低温的材料选择和能源消耗控制复叠式制冷系统和混合工质技术是有潜力的解决方案舱内空气品质提升开发新型空气处理系统，控制冷库内的微生物水平、气味和乙烯等气体浓度，延长食品保质期并保持品质活性炭过滤、光催化净化和冷等离子体技术是主要研究方向，需解决能耗和小型化问题可再生能源集成探索风能、波浪能等可再生能源与船舶冷库系统的深度集成，减少碳排放热电联产、海水温差能利用和高效储能技术是重点研究领域，需开发适应船舶环境的专用解决方案磁制冷技术是另一个前沿研究方向，利用磁性材料的磁热效应产生制冷效果，无需传统制冷剂，环保且效率潜力高目前该技术在实验室已实现-50℃的制冷效果，但功率密度和成本仍需改进船舶应用的关键是开发紧凑型磁制冷系统，适应有限空间和振动环境数字化冷库管理平台也是未来发展重点，集成物联网、大数据和人工智能技术，实现冷库全生命周期的智能管理这包括基于数字孪生的设计优化、实时性能监测、预测性维护和能源管理等功能，提高冷库系统的整体效能和可靠性课程知识点回顾基础原理与标准制冷循环原理、热力学基础、船舶环境特点、国际国内标准规范设计流程与方法负荷计算、设备选型、系统设计、布局优化、材料选择设备系统集成压缩机、换热器、控制系统的选择与集成，管路设计，电气系统施工与维护管理安装流程，调试方法，运行维护，故障诊断与处理新技术与发展趋势环保制冷剂，节能技术，智能控制，绿色船舶要求船舶冷库设计是一门综合性学科，涉及热力学、传热学、流体力学、电气工程等多个领域本课程通过系统梳理设计流程和关键技术点，为学员提供了全面的知识框架重点强调了船舶环境的特殊性对冷库设计的影响，如空间限制、振动环境、电力波动等课程中详细讲解了冷负荷计算方法，这是设计的基础和前提；深入分析了各类设备的选型原则和注意事项；系统介绍了冗余设计和安全措施的重要性通过多个实际案例分析，展示了不同类型船舶冷库的设计特点和运行经验，帮助学员将理论知识与实践应用相结合课后思考与练习冷负荷计算练习设计方案分析讨论某远洋渔船需设计一个150m³的-25℃冷冻鱼库，已知条件如下某3000吨级远洋渔船需设计一套冷库系统，包括热带区域航行，海水温度℃，空气温度℃℃超低温库，用于金枪鱼储存•3035•-60100m³•冷库六面总面积230m²，平均传热系数

0.25W/m²·K•-30℃冷冻库200m³，用于普通鱼类日装载新鲜渔获吨，初始温度℃，比热容℃冷却库，用于短期储存•

10203.5kJ/kg·K•-550m³门尺寸，每天开启次，每次分钟辅助制冰系统日产吨片冰•

1.8m×

1.0m202•10照明功率，人员散热人，平均人•15W/m²300W/2讨论题设计一套合理的制冷系统方案，包括系统类型、制冷剂选择和1主要设备配置；分析该方案的优缺点，并考虑能效、可靠性和维护性；请计算总热负荷；所需压缩机制冷量（假设日运行小时，安全21218如何设计冗余系统确保关键温区的可靠性？系数）；如采用制冷剂，为，计算压缩机功率

31.23R404A COP

1.8以上练习旨在帮助学员巩固课程知识并培养实际设计能力冷负荷计算练习涵盖了传热负荷、货物冷却负荷和附加负荷的典型计算方法；设计方案分析则要求学员综合运用课程知识，进行系统集成和方案优化完成练习后，建议同学们对比其他船型的冷库设计特点，思考不同应用场景下设计侧重点的差异同时关注新技术、新材料在船舶冷库中的应用前景，保持对行业发展的敏感性，提升综合设计能力答疑与交流常见问题解答后续学习建议联系方式通过本课程的学习，我们已经系统性地了解了船舶冷库船舶冷库技术发展迅速，建议学员持续关注行业动态课程结束后，欢迎通过以下方式与讲师保持联系，交流设计的各个方面在日常工作中，学员可能会遇到一些推荐参加国际制冷空调协会IIR和中国制冷学会的学学习心得或咨询技术问题电子邮箱典型问题，如冷库温度波动大、能耗过高、结霜严重术交流活动，订阅《国际制冷》和《船舶工程》等专业professor.wang@marinetech.edu；微信公众等针对这些问题，我们已准备了详细的故障分析和解期刊同时，建议参与实际项目设计和调试，将理论知号船舶冷库技术；专业交流QQ群589765432决方案手册，可在课后索取识与工程实践相结合每月我们还将组织一次在线技术研讨会，欢迎积极参与针对学员在学习过程中可能遇到的挑战，我们设置了多种辅助学习资源课程配套的电子教材包含大量工程案例和计算实例；实验室开放日活动让学员有机会近距离接触实验设备；线上论坛提供了交流平台，可与同行分享经验和解决方案作为本系列课程的延续，我们计划在明年推出《船舶制冷系统维护与故障诊断》和《绿色船舶冷链技术前沿》两门进阶课程，欢迎有兴趣的学员持续关注最后，感谢大家参与本次课程学习，希望所学知识能够在实际工作中发挥作用，为提升我国船舶冷库技术水平贡献力量！。