第三节船舶空调系统及设备
船舶空调系统及设备
空调回风比
单风管系统中央空调器
10
船舶辅机−第12章 船舶空调装置 [Marine Air Conditioning Plant]
(★)空调通风机 [A/C Fan/Blower] 叶片 放置位置 叶 型 后 弯 叶 型 前 弯 叶 型 原因 型式 原因
高速 系统
低速 系统
空气流经风机温升大。 压出 效率 高(速)后(弯)压(出) 式空 1. 提高制冷量；2. 提高 高 调器 制冷系数；3. 降低降温 工况送风温度； 低(速)前(弯)吸(入) 风量 吸入 空气流经风机温升小。 大 式空 使空气均匀地流过换热 尺寸 调器 器 小
末端电再热式 末端水换热式
4
船舶辅机−第12章 船舶空调装置 [Marine Air Conditioning Plant]
1-中央空调器 2-水冷却器 3-水加热器 4-循环水泵 5-有末端换热 器的诱导器 6-膨胀水箱 末端水换热式单风管系统 缺点：水系统成本布置、布风器成本高、凝水问题
5
船舶辅机−第12章 船舶空调装置 [Marine Air Conditioning Plant]
6 5’ 5 0
14
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船舶辅机−第12章 船舶空调装置 [Marine Air Conditioning Plant]
关于3点状态的推导：
新风状态点1(h1, d1)，干空气质量ma,1；回风状态点2(h2, d2)，干空气质量ma,2。 混合后干空气质量： ma,3 = ma,1 + ma,2 混合后湿空气中水蒸气质量：(ma,1+ma,2)d3=ma,1d1+ma,2 d2 ma , 2 d 3 − d1 = (d 2 − d 3 ) ma ,1 混合后湿空气焓值：(ma,1+ma,2)h3=ma,1h1+ma,2 h2 ma , 2 h3 − h1 h2 − h3 = h3 − h1 = (h2 − h3 ) d 3 − d1 d 2 − d 3 ma ,1 1-3与3-2热湿比相同，所以3在1和2的连线上。 ma , 2 d 3 − d1 13 = = 把m换算成风量G，得教材结论。 ma ,1 d 2 − d 3 23
船舶空调系统及设备介绍
船舶空调系统及设备介绍1. 引言船舶空调系统作为现代船舶中一个重要的组成部分，为船舶提供舒适的室内环境，有效控制温度、湿度和通风等参数，提高船员和乘客的工作、居住舒适性，同时保障重要设备的正常运行。
本文将介绍船舶空调系统的基本原理、主要设备以及其工作原理等内容。
2. 船舶空调系统基本原理船舶空调系统主要由空气处理设备、冷却设备、送风系统和控制系统等组成。
其基本工作原理为通过空气处理设备对室内空气进行处理，然后通过冷却设备冷却处理后的空气，并由送风系统将冷却后的空气送入船舱，达到控制船舶室内温度的目的。
控制系统则负责对整个船舶空调系统的运行状态进行监测和调节。
3. 船舶空调系统主要设备3.1 空气处理设备空气处理设备是船舶空调系统中的核心部件，负责对室内空气进行处理，包括过滤、加湿、除湿、加热等功能。
主要设备包括风机、过滤器、加热器、加湿器和除湿器等。
其中风机负责循环空气，过滤器用于过滤灰尘和污染物，加热器用于提供暖气，加湿器用于增加空气湿度，除湿器则用于降低空气湿度。
3.2 冷却设备船舶空调系统中的冷却设备主要由压缩机、冷凝器和蒸发器等组成。
其工作原理类似于家用空调，通过压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，然后通过冷凝器散发热量，将制冷剂冷却成高压液体，最后通过蒸发器将高压液体蒸发成低温低压气体，实现空气的冷却。
3.3 送风系统送风系统负责将冷却后的空气送入船舱，包括送风管道、风口、排风管道和排风扇等。
送风管道用于输送冷却后的空气，风口则用于调节风量和方向，排风管道将室内的污浊空气排出船舱，排风扇协助排出空气。
3.4 控制系统船舶空调系统的控制系统负责对整个系统的运行状态进行监测和调节，确保系统的正常运行。
控制系统可以通过传感器实时监测室内温度、湿度等参数，并根据设定值自动调节空调运行状态，实现自动控制。
4. 船舶空调系统工作原理船舶空调系统的工作原理是通过各个设备相互配合，共同完成船舶空间内的温度、湿度和通风等控制。
船舶空调系统及设备
船舶空调系统的未来发展趋势与挑战
集成化与模块化
将船舶空调系统与其他船舶系统 进行集成，实现模块化设计，提
高系统的集成度和可维护性。
技术更新与升级
随着科技的不断进步，船舶空调系 统需要不断进行技术更新和升级， 以满足更高的性能要求和环保标准 。
成本与经济效益在追求技术进步的 Nhomakorabea时，需要考虑 成本与经济效益的平衡，确保船舶 空调系统的普及和应用。
和混合式空调等。
组成
船舶空调系统通常由空气处理设备、冷热源设备、输配系统和控制系统等组成。其中， 空气处理设备包括各种风机、过滤器、加湿器、除湿器和加热器等；冷热源设备包括各 种制冷机组、热交换器和锅炉等；输配系统包括送风管路和回风管路等；控制系统包括
各种传感器、控制器和执行器等。
CHAPTER
02
燃油或燃气锅炉
利用燃油或燃气燃烧产生热量， 通过热交换器将热量传递给水或 空气，适用于大型船舶。
加湿设备
电热加湿器
利用电热元件将水加热至沸腾产生蒸 汽，通过蒸汽扩散加湿空气。
超声波加湿器
利用超声波振荡将水雾化成微小水滴 ，通过风扇吹出达到加湿效果。
除湿设备
冷却除湿器
通过冷却空气达到露点温度，使湿空气中的水分凝结成水滴排出。
船舶空调系统的设计流程
收集船舶使用需求、确定空调系统参数、选择合适的设备与材料、进行系统布局与安装设计、完成图纸和技术文 件。
船舶空调系统的节能设计
采用高效节能的空调设备
如使用双级压缩制冷系统、热回收型冷水机等，提高系统能效比 。
优化系统运行模式
根据船舶实际需求，采用分区控制、变风量运行等模式，降低能耗 。
船舶空调系统及设备
船舶空调：4大制冷形式，3大送风形式
船舶空调：4大制冷形式，3大送风形式本期我们一起来探讨下船舶空调的4大制冷形式和3大送风形式。
1、船舶空调4大制冷形式船舶上的制冷装置通常为单级蒸气压缩式制冷循环。
船舶空调加热来源通常为燃油锅炉产生的高温饱和蒸气，目前对绿色船舶的要求严格，在很多客船上，利用船舶余热和废热作为热源，通常为船舶主机高温缸套冷却水换热或是通过废气锅炉收集的主机排气余热。
船舶空调加湿来源通常为船用锅炉蒸气、蒸气发生器以及水和压缩空气。
空调系统通常为一次回风系统，货运船舶一般采用全空气系统。
客船、公务船这类人员多，舱室种类复杂的船型较多采用空气−水系统。
船舶空调风管系统分为单风管和双风管系统，2种系统的优、缺点对比如表2所示。
双风管系统广泛适用于豪华客船或有较高要求的商船上。
对于船舶上通常采用的直接膨胀式制冷系统，双风管系统更适合于满足不同区域的分别调节，对外部环境变化的适应性更好。
但受船上空间限制，船上空调系统多为单风管、中压和中速集中式定风量空调系统，通过调节布风器送风量控制室温，但通常室内新风量得不到满足，影响了舱室内的卫生条件，因此，采用末端再加热的单风管集中式空调系统。
1目前，大部分船舶制冷原理仍是蒸气压缩式制冷，制冷装置中的冷凝器一般使用海水或中央冷却水系统的低温淡水作为冷却介质。
空调系统是船舶耗电大户，据统计，万吨级以上的民用船舶空调系统及伙食冷库能耗占总能耗的18%，客轮和邮轮则超过总能耗28% 。
随着国际海事组织(IMO)对船舶能效管理的要求日益严格，降低船舶制冷空调系统的能耗已成为落实船舶节能减排的重要内容。
目前，船舶余热的新型节能制冷方式中，采用蒸气喷射式制冷和吸附/吸收式制冷技术。
2蒸气喷射式制冷能够利用低品位热能驱动，在船舶上的应用有一定可行性。
船舶废气锅炉所产生的蒸气可直接作为蒸气喷射式制冷的流体，其原理图如图1所示。
研究者通过实验研究，发现系统工作过程中存在临界冷凝压力，并且喷射器对系统性能的影响较大；另外有人提出了一种以闪蒸罐为蒸发器的蒸气喷射制冷冷水机样机的设计方案，发现在蒸气压力为401325 Pa，冷水温度为14.4 ℃时，样机最高性能系数为0.4。
船舶中央空调主要设备简介
船舶中央空调主要设备简介作者：赵红伟来源：《科技信息·下旬刊》2017年第07期摘要：船用空调装置的目的是改善船上的作业和居住环境，自二十世纪30 年代开始采用。
船上空调设计的质量直接影响到船上人员的安全，身体健康和生活质量，考虑空调工作环境是潮湿，高盐分，颠簸的海上，生产设计时需要注意对空调各主要组件和系统进行选择。
关键词：压缩机；冷凝器；空气处理单元；布风器船用空调制冷系统包括压缩，冷凝器，热力膨胀阀（毛细管），蒸发器这四大组件控制制冷剂气液转换和热传递，压缩机将气态的制冷剂压缩成高温高压的气体，高温高压气体经过冷凝器的冷却，凝结成高压液体，高压液体经过热力膨胀阀进入蒸发器，在这个过程中高压液体再次汽化，蒸发器中制冷剂汽化吸收空气中的热量，从而降低环境温度，汽化后的制冷剂蒸汽返回压缩机进行下一次循环.船用中央空调还需经过空气处理单元（AHU）对冷却的空气进行加湿或加热处理，利用风机通过风管送到需要的处所，最后用布风器进行局部调节。
1船舶空调系统分类1.1按空气处理设备的设置分类（1）集中式空调系统。
所有的空气处理设备，包括风机、冷却器、加湿器、加热器、过滤器等都集中在一个空调机房内。
根据新风量又可分为封闭式系统（无新风），直流式系统（全新风），混合式系统（部分新风）。
（2）半集中式系统。
除了有集中空调机房外，被调节舱室内还设有冷、热交换装置等，对进入被调房间的空气再进行二次处理。
（3）全分散式系统。
这种机组，空气处理设备，风机集中箱体内，不设集中机房，可以安置在被调舱室或邻近舱内。
船舶上建居住舱室多，结构复杂，空间小且封闭，为方便施工，减少费用，一般采用集式空调系统。
考虑被调舱室人员的舒适和健康，又要节省能源，大多采用混合式系统，新风比根据规格书和船东要求选择。
1.2按蒸发器中冷却介质分类（1）直接蒸发式系统。
制冷剂在蒸发器冷却盘管内蒸发吸取空气热量，多用在制冷负荷不大，被调舱室较为集中的客、货轮上。
第三节船舶空调系统及设备
滤除空气中的灰尘，净化舱室送风 保持空气换热器表面清洁，避免降低换热的效果 常用斜置抽屉式过滤元件（增大面积，降低阻力）
风机出口设有消音室15
利用风道截面积突然改变，使气流低频噪声消减
12-3-2 中央空调器
2．空气的冷却和除湿
当外界气温高于25℃时
空调装置按降温工况运行
二次风量G2与一次风量G1之比β称为诱导比
由于气温变化不大，ρ变化可以忽略；因此，诱
导比 其诱导的室内空气越多
G2 V2
G 1
V1
可增大一次风送风温差，而不影响室温均匀性
有利于减小风机的送风量和风管尺寸
但提高β会增加布风器阻力，需增大风机风压
一般诱导比以2～4较为经济
12-3-3-2 诱导式布风器
12-3-3-1 直布式布风器
图为双风管空调系统采用的一 种顶式直布式布风器 两种温度不同的送风分别由 两根送风管4、5送入
在消音室6中混合 从挡风板周围的缝隙中吹出 通过
调节旋钮1 联动操纵风门2、3 对舱室空气温度进行调节
也可分设两个调节旋钮
分别调节两种送风的风量 从而使调节幅度更大
1 2
3
12-3-2-2 空气的冷却和除湿
空冷器出口的空气状态点
可取φ=100％饱和空气线上温度 (冷却管壁温)的0点与点4连线上 的某点5
冷却越充分，点5越靠近点0
4-5为流过空冷器的冷却减湿 过程
送风过程空气流过风管会有 一定温升，在图上由5—6过 程表示
41 2
3
6 5
12-3-2-2 空气的冷却和除湿
布风器内设水换热器
冬季通热水 夏季通冷水
冬、夏都可藉调节水 量实现变质调节
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第三节船舶空调的自动控制1914 采用直接蒸发式空冷器的集中式船舶空调装置，夏季在外界空气温、湿度变化较大时，能使保持在一定范围内。
A．送风温度 B．舱室温度 C．制冷剂蒸发温度 D．A+B+C提示：直接蒸发式空调装置制冷压缩机设有能量调节装置，能在热负荷变化时将蒸发压力保持在一定范围内。
1915 采用间接冷却式空冷器的集中式船舶空调装置，夏季在外界空气温、湿度变化较大时，自动控制。
A．载冷剂压力 B．载冷剂流量 C．制冷剂蒸发温度 D．载冷剂温度提示：间接冷却式空冷器夏季根据回风（代表舱室温度）温度自动调节载冷剂流量，来调节冷却器换热量。
1916 集中式空调装置夏季工况气候条件变化。
A．自动改变送风量 B．舱室温度大致不变C．舱室温度随之浮动 D．送风温度大致不变提示：夏季要求舱室温度保持恒定，正常室风外温差为6~10℃，因为夏季人进出房间一般不加减衣服，温差大易感冒。
1917 集中式空调装置夏季工况时，制冷压缩机。
A．间断工作 B．排气量大致不变C．排气量自动调节 D．制冷量大致不变提示：夏季空冷器热负荷变化时，制冷剂蒸发量变化，压缩机自动调节能昨（排气量）以保持蒸发压力（温度）在合适范围内。
1918 有的空调制冷装置并联采用两组电磁阀和膨胀阀，通常是为了。
A．适应较大制冷量 B．互为备用，提高可靠性C．压缩机能量调节时，使膨胀阀容量与之适应D．应急时减半制冷量工作提示：空调装置热负荷变化较大时，为了使蒸发压力保持在合适范围内，压缩机的排气量（能量）需自动调节，这时热力膨胀阀的供液量也相应要改变，当一只膨胀阀的容量范围有限时，可用两只容量大小不等的膨胀阀来适应。
1919 许多直接蒸发式空调制冷装置采用温度继电器，在浊度太低时使电磁阀关闭，制冷压缩机停止工作。
A．新风 B．回风 C．送风 D．舱室提示：回风温度太低即表明舱室温度太低，可自动停止空调装置工作。
1920 间接冷却式空调制冷装置采用双位调节时，感受温度信号来控制载冷剂流量。
船舶辅机操作与维护教学培训：项目五任务三船舶空调装置自动控制
三、取暖工况的湿度[Humidity]自动调节
3.控制回风或典型舱室的相对湿度
Humidity Sensor
2 Position Humidity Controller
调节滞后；双位控制改为比例控制可改善室内 湿度均匀性。
4.湿度调节器[Humidity Controller]
(1) 干、湿温包式湿度调节器 干温包[Dry Bulb]和
(3)电容式湿度调节器
这种湿度调节器在20世纪80年代初开始应用，它采用的电 容式感湿元件精度较高(土3.5%)、体积小、量程宽(10% ~95%)、反应.快,性能稳定,使用寿命长,几乎无须维护,被 认为是现今最理想的测量相对湿度的方法,但价格较贵。适用 环境温度是0~50℃。
(4)毛发式（尼龙）湿度调节器
K t / t 送风温度变化量 新风温包容积
T
s
w = 新风温度变化量 = 送风温包容积
舱室的隔热性越差，温度补偿率就越高。
单风管系统，KT为0.30~0.75；
双风管系统二级送风KT更高，可达1.2
2. 控制典型舱室的温度或回风温度
(1)控制典型舱室的温度 [Typical Cabin Temp.]：将
船舶辅机操作与维护
项目五 船舶空气调节装置
任务三 船舶空调装置的自动控制
空调系统的组成 1、冷、热源
2、空气处理系统
3、空气输送和分配系统
4、自动控制系统
一、降温工况[Cooling Condition]的自动调节[Auto Control]
直接蒸发式空冷器：制冷剂的蒸发温度 温度控制
间接蒸发式空冷器：载冷剂的流量 相对湿度：控制保持空冷器壁面温度，便有足 够的除湿效果，故不对送风湿度进行专门调节。 即降温工况只控制温度，“不”控制湿度。
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性能较好，造价较高， 管理也较麻烦，实际 应用较少
12-3-1 船舶空调系统的分类
4．双风管系统
中央空调器由前、后两部分组成
一部分送风经空调器预处理后即送至舱室，称一级送风 其余部分则经再处理后经后送至舱室，称二级送风
通过调节布风器两个风门开度，改变送风混合比， 即可调节舱室温度
12-3-1 船舶空调系统的分类
冬、夏都可变质调节，调节灵敏 空调器和风管系统的重量和尺寸较大 不需设末端换热器 可用较便宜的直布式布风器，故噪声低，管理简单 适合对空调性能要求高的客船
12-3-1 船舶空调系统的分类
空调系统按送风管内空气流速高低分为：
1．低速系统
主风管内风速不超过15m／s
12-3-1 船舶空调系统的分类
2．区域再热式单风管系统
将中央空调器统一处理后的空气
由分配室或主风管内的二次换热器对送风再加热 再用单风管送至各个舱室
热负荷较小舱室可不进行再加热 舱室单独调节仍靠变量调节
但调节幅度明显减小
可解决几部分热湿比相差较大的舱室不得已 列入同一空调区所带来的弊病
对空气冷却时有除湿作用 管壁温度越低，除湿作用越
大 应避免管壁结霜，以免妨碍
空气流动
冷却器管壁温度不能低于0℃
空调采用直接蒸发方式时
冷剂蒸发温度多为0～7℃
12-3-2 中央空调器
空冷器壁面结露产生的凝水沿管外肋 片下流 汇集在底部承水盘中 然后沿泄水管排走 泄水管出口设有U形水封 以防非降温工况时空气泄漏
夏季则只能做变量调节
▪ 送风温度为11～15℃
所花费用不多，管理也较简单 在低温海域航行的货船多有使用
12-3-1 船舶空调系统的分类
末端水换热式
布风器内设水换热器
冬季通热水 夏季通冷水
冬、夏都可藉调节水 量实现变质调节
空调器只承担舱室的 部分热、湿负荷
送风量比其它空调器 减少1／2～1／3
冷却越充分，点5越靠近点0
4-5为流过空冷器的冷却减湿 过程
送风过程空气流过风管会有 一定温升，在图上由5—6过 程表示
41 2
3
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12-3-2-2 空气的冷却和除湿
6-7为空气在舱内按舱室ε吸 热、吸湿的过程
7—2为回风在走廊里的等湿 吸热过程
空调器热负荷包括
舱室全热负荷(约占40％以上) 送风过程吸热
常用风速为25m／s左右, 有的高达30m／s
送风支管风速约为8～15m／s 可用送风温差较大的诱导式送风
使送风量减小，风管尺寸和重量都减小
用标准化圆风管及附件，便于安装，又降低成本 缺点：
(1)风管阻力大，风机功率较大, 高风压使空气温度升高, 增加 热负荷
(2)噪声大。
许多船舶采用主风管风速在15m／s的中速系统
回风过程吸热
风机热
新风全热负荷(将进风降温至 回风状态，30％～50％)
2 7
6
12-3-2-2 空气的冷却和除湿
12-3-2 中央空调器
对空气进行集中处理的设备
通常置于上层甲板后部的专门舱室
1．空气的吸入、过滤和消音
新风和回风经新风进口1和回风进口被风机3吸入 在新、回风口处装有铁丝滤网 新风量和回风量的比例可用调风门2、4调节 回风量和总风量之比称为回风比 采用离心式通风机
高速系统用效率较高的后弯叶型风机 低速系统用前弯叶型风机
常用的风速范围为10～15m／s
送风支管的风速为4～8m／s 由于风速低，风管阻力小，风机风压不高 但低风速则要求风管截面增大
这使得风管尺寸、重量也随之增大
为了减小风管所占的空间高度
截面需做成扁矩形 使得制造、安装和隔热包扎都较麻烦
12-3-1 船舶空调系统的分类
2．高速系统
主风管内风速在15m／s以上
风机出口设有消音室15
利用风道截面积突然改变，使气流低频噪声消减
12-3-2 中央空调器
2．空气的冷却和除湿
当外界气温高于25℃时
空调装置按降温工况运行
空气的冷却和除湿由空气 冷却器和挡水板来完成
空气冷却器由蛇形肋片管 构成
图示为直接蒸发式空气冷 却器
12-3-2 中央空调器
空冷器管壁温度一般都低 于空气露点
在1—2两点的连线上
点3距新风状态点和回风状态 点的距离与新风量G1和回风 量G2成反比
(3-1线段)／(3-2线段)＝G2／Gl 3-4为经过风机时等湿加热过程 点4为空冷器进口状态点
1 2Байду номын сангаас
3
12-3-2-2 空气的冷却和除湿
空冷器出口的空气状态点
可取φ=100％饱和空气线上温度 (冷却管壁温)的0点与点4连线上 的某点5
12-3-2 中央空调器
12-3-2 中央空调器
高速系统风机布置在空调器进口（压出式空调器）
避免风机产生热量使排出空气温度升高 利于提高空气冷却器的蒸发温度
低速系统风机布置在空调器出口（吸入式空调器）
使空气比较均匀地流过换热器
空气滤器
滤除空气中的灰尘，净化舱室送风 保持空气换热器表面清洁，避免降低换热的效果 常用斜置抽屉式过滤元件（增大面积，降低阻力）
12-3-1 船舶空调系统的分类
3．末端再处理式单风管系统
除中央空调器对送风作统一处理外 还在各舱室布风器内设末端换热器 末端再处理方式通常有两种
末端电再热式（在布风器内设电加热器）
冬季靠改变加热电阻的阻值进行变质调节
▪ 空调器将送风只加热到满足热负荷较低舱室要求 ▪ 一般为20～30℃
第三节 船舶空调系统及设备
12-3-1 船舶空调系统的分类
1．集中式单风管系统
送风由中央空调器统一处理，用单风管送到各舱室 各舱室送风参数相同，空气参数调节是改变送风量 简单，初置费较低，货船用得最普遍
12-3-1 船舶空调系统的分类
因采用变量调节，调节幅度不宜过大 调节时会对其它舱室送风量产生干扰
为防止凝水被携入风管中 在空冷器后设有挡水板 挡水板由许多曲板1组成 空气流过时气流方向不断改变 所携带水滴碰撞到曲板上 然后落到承水盘2中泄出 曲板出口弯成挡水沟4 用以挡住水滴
12-3-2-2 空气的冷却和除湿
降温工况空气参数变化过程
新风状态点为1 回风状态点为2 新风和回风混合后状态点3