船舶空调技术的现状与发展

船舶空调技术的现状与发展天涯R7随着人类科学的进步与发展，人们已经越来越多的把注意的目光投向了海洋。

船只的日益增多及空调设备在船舰上日益广泛的运用，表明船舶空调设备已经越来越被人们关注和看好。

近几十年来，许多国家已经对船舶空调技术有了较大的发展和研究。

目前国内生产的船舶空调设备形式主要有间接式组合空调装置、冷水机组、风机盘管、直接蒸发式组合空调装置、柜式空调器、分体式空调器和一些特种空调装置等。

下面从船舶空调系统，空调机组，节能研究和舒适性影响几方面来介绍船舶空调技术的现状。

一船舶空调系统概述船舶空调系统一般由四大部分组成：冷源与热源，空气处理设备，空气的输送与分配和自动控制。

船舶空调系统按其使用对象要求的不同而有各种不同特点，按空调系统的特点不同从不同角度去分析，又可以有多种分类的方法。

按空气处理设备的设置情况分类可以分成集中式系统，半集中式系统和全分散式系统三种；按冷却盘管中冷却介质的不同分类可以分为直接蒸发式系统，间接冷却式空调系统两种；按照风管内空气流速的高低分类可以分成高速系统和低速系统两种；最后按照空调舱室内负荷所采用的输送介质的不同又可以分成全空气系统，全水系统和空气-水系统。

二船舶空调机组的介绍1活塞式制冷机组活塞式制冷机组是最早使用的船用制冷机，由于其发展相当完善，至今在许多场合被广泛使用。

活塞式制冷机组具有高速、多缸、能量可调、热效率高、适用于多种制冷剂等优点，但也有结构复杂、易损件多、检修周期短、对湿行程敏感、有脉冲振动及运行平稳性较差等缺点。

其在现代商船空调装置中使用的特点有：①采用半封闭式结构，可减少制冷剂的泄漏；②采用有级能量调节装置，可以在一定范围内适应空调热负荷的变化；③主要驱动力为电力；④适用制冷量较小的场合。

2螺杆式制冷机组与活塞式制冷机组相比，螺杆式制冷机组具有结构简单、易损件少、体积小、重量轻、单机压缩比大、对湿行程不敏感、振动小、对基础要求低、输气系数高、排气温度低的优点。

制冷量可以在（10～100）%的范围内实现无级调节，随着其可靠性和性能的不断改进，使用范围不断扩大，在船上已经取代了一些较大的活塞式制冷机组。

其主要缺点是：噪声较高、耗油量大、成本较高、制造工艺复杂。

其在现代商船空调装置中使用的特点有：①采用半封闭式结构，可减少制冷剂的泄漏；②采用无级能量调节装置，可以在较大范围内适应空调热负荷的变化；③驱动力为电力；④适用制冷量较大的场合；⑤机型为双螺杆压缩机。

3直接蒸发式制冷机组作为货轮，由于船员人数不多，一般单台空气处理器即可以满足全船的冷量需求，整个系统一般选用直接蒸发式制冷机组，即制冷剂直接在空气冷却器中蒸发以冷却空气，这种装置既节省了能耗，又省去了冷媒水泵。

4间接冷却式制冷机组在客轮上，由于热湿负荷较大，且空调分区较多（热湿比不同），一般选用间接冷却式制冷机组，即用制冷剂冷却冷媒水，再用冷媒水在空气冷却器中冷却空气，这种系统的特点是：必须设置冷媒水泵，增加了功耗（包括冷媒水泵的功耗和冷媒管系的热损失），能方便地对不同空调区域进行变质调节，以满足旅客的需求。

船员舱室区和旅客舱室区的空气处理器应分开，各自独立。

三船舶空调技术与节能近几年随着国际石油价格的不断上涨船舶营运成本也在不断升高。

因此如何实现船舶运营的节能增效,已成为航运界越来越关注的重要课题。

作为占船舶耗能总量很大比例的船舶空调系统,如何提高其制冷效率,实现能耗的降低已成为船舶节能的一个重要研究方向。

下面就介绍船舶中央空调控制系统的节能措施。

1制冷压缩机制冷压缩机的耗电量约占整个中央空调系统的45%左右。

在设计选型时,其容量要比实际峰值热负载高出20%以上,且实际峰值热负载在全年运行中出现的频率相当低,也就是全年平均热负载大约是峰值热负载的60%～70%,所以实际上压缩机大部分时间都是在低负荷下运转。

现有船舶大多采用两台活塞式制冷压缩机供冷的方式。

由理论可知,当环境温度一定时,冷冻水出口温度越高,系统就能节省更多流量，而两台压缩机的配置要求是满足峰值热负荷要求的,故在实践中我们可以在操作上作合理安排,以达到节能效果,即每次开机时,首先按峰值要求使两台压缩机都投入运行,让冷冻水出口温度降至8℃以下,以达到良好的制冷效果。

经过数小时后,关闭其中一台压缩机,留一台压缩机来维持制冷量,这时冷冻水出口温度会有所上升约在9～12℃之间波动但制冷效果还是较好,这样可以节省一台压缩机的能耗。

2循环水泵循环水泵的耗电量约占整个中央空调系统的25%左右,因此水系统的节能同样具有重要意义。

美国Ashrae规定,水系统应设计成VWV(变水量)系统,以便在运行时能根据系统负荷的大小自动调节,最大可能把流量减少到设计流量的50%以下。

传统的做法在设计和操作上都较为保守,比如在实际的设计过程中,设计者很多都是用概算指标并一再放大,比日本的单位面积冷量还要高15%～20%,使压缩机长期在低负荷、低效率下运行,冷却水的大流量、小温差现象普遍存在。

根据实践经验,现在在船舶上采用的8FS10活塞式压缩机的运行情况是这样的:白天用6缸投入工作,晚上以4缸投入工作,往往得到的制冷量仍使夏季冷冻水系统的供回水温差较低(仅有115～3℃),造成冷冻水流量比实际需要(维持供回水温差在正常值5～7℃)流量超出50%左右,使水泵能耗大大增加。

因此对于新造船舶或改装船舶可考虑投资运用VWV系统,运用一台单泵功率的变频器联控三台水泵,实现全流量范围的节能运行。

年均节电率可达泵组总功率的50%以上。

系统价格低廉且稳定可靠。

现代船舶空调系统中,采用两台运行一台备用的情况,由于使用时间长,造成实际使用时水循环管路中因水质较差,内壁积垢较多,导致管路中实际的水流量很小。

这样,可能需要同时运行三台水泵才能保持应有的水流量达到较满意的效果。

针对这种计划管理者可以经常性的净化水质和对内壁进行水垢去除，以达到节能目的。

3空调箱为了提高空调装置的送风量,达到变风量的要求,满足各封闭船在不同季节的使用要求,新型船采用的变频组合式空调装置是一种对空气集中进行处理后送风的空调设备。

根据各封闭船舶本身的特性,要求空调设备在不同工况、不同季节下,以不同的风量送风。

当然,对旧的船舶空调设备在操作管理上,应该正确操作,严格管理,以保证安全节能。

在操作上,应按夏季启动风机时先关闭风管阀门,待风机启动运转后才逐步开启,以防风机电机超负荷。

在管理上,应做到定期清扫过滤器,尽量少开门窗,4热力膨胀阀远洋船舶通常在全球海域内航行。

当船舶从北半球越过赤道至南半球、或从南半球至北半球的航行过程中,室外温差可能在30～50℃的范围内剧烈变化,因此空调系统的冷负荷将在较大范围内不断变化。

虽然热力膨胀阀可以根据外界冷负荷的变化,在一定范围内自动调节制冷剂的流量,以使制冷量与冷负荷相匹配,但是这种调节范围是有限的。

而电子膨胀阀具有良好的变负荷动态特性,可按压缩机变频调节规律由微机预设程序,通过脉冲信号控制脉冲电机转向,改变针阀开度以精确控制制冷剂流量。

轮机员在船舶空调的运行管理中也可以根据负荷的变化,合理地调节传统热力膨胀阀的弹簧预紧力,保证合适的开度,避免能耗增加,提高经济性。

四船舶空调技术与舒适性现代船舶大都设有空调装置。

船舶空调一般是为满足旅客对舱内环境舒适的需求，属于舒适性空调。

而船员的身心健康和工作效率在极大程度上取决于船舶舱室的舒适状况。

船舶的流动性很大，室内工况一般是由供暖系统加以维持的，并采用通风设备来保证室内空气品质。

制热工况下才配之以空调系统，以满足工作人员对活动地区所必需的温度、空气新鲜度等的需求。

鉴于船舶在不同航区室外环境的特殊性，室内外环境的温差波动性大，为了保障船员和旅客在这样的环境中正常的工作或休息，研究船舶空调的舒适性具有重要的意义。

1影响舱室热舒适性的微气候指标影响船员热感觉的重要因素是船舶舱室的微气候指标，其主要包含船舶室外环境的热工参数（即海况）及其组合。

室内空气的流动影响人体的对流换热和蒸发换热，同时也影响室内空气的更新。

当室内空气流动性较低时，室内环境中的空气得不到有效的通风换气，尤其是船舶这样相对封闭的环境，机舱散发的油气等各种有害气体不能得以及时排出，会造成室内空气质量恶化。

船员在室内生活中所排出的各种微生物相对聚集在空气中或在某些角落，大量增生会致使室内空气质量进一步恶化。

空气相对湿度直接影响人体皮肤表面的蒸发散热，从而影响人体的舒适感。

湿度过低，人体皮肤因缺少水分而变得粗糙甚至开裂，人体的免疫系统也会受到伤害，导致对疾病的抵抗力大大降低。

室内湿度过高不仅影响人体的舒适感，还为室内环境中的细菌、霉菌及其它微生物创造了良好的生长繁殖条件，加剧室内微生物的污染，易导致患上呼吸道或消化道疾病。

舱室内相对湿度不易过高，也不易太低，一般维持在65％~80％为宜。

2舱室内空气品质对热舒适性的影响船舶是一个相对封闭的环境，室内空气的品质与舒适性有着本质的、密切的关联。

室内气流分布状况及流场的均匀性影响室内空气的整体品质。

合理的送回风方式及空气流动形式有助于排出室内油气、污浊物、尘埃，降低室内污浊气体的浓度和除湿降热。

按照《公共建筑节能设计标准》规定，船舶船员舱室的新风量一般选择为10m/h.人。

3个体因素对热舒适性的影响人体舒适程度还和人的自身因素，如人的衣着、活动量、人体代谢等有关。

船员随船舶运动，受到外界气候条件逐时变化的影响较大；船员在船舶内的活动情况不一，穿着各异，船员来自不同的地区，热感觉也存在很大的差异，这些因素就决定了船舶热舒适性不可能采用单一的数值来加以衡量。

一般在寒冷地区，船员都要穿保暖衣服，对应的最舒适工作温度为17℃。

如果实际运行中，将温度普遍设置在20℃以上，其结果将导致衣服表面温度与环２境的温差就很小，人体热量散发也就很小，人就会有燥热的感觉。

而在炎热地区，穿着的衣服较少或者较薄的工作服，皮肤与空气直接接触的面积较大，将温度设置在28℃以上，人会有燥热气短的感觉，温度太低人又会有冷感，容易生病，所以船舶的室内温度，在寒冷地区尽量不要超过20℃，在炎热地区尽量控制在25℃左右。

随着原油价格的不断上涨、保护大气臭氧层和防止全球变暖的国际公约在世界范围的实施、以及人们对环境舒适性要求的提高和增强产品竞争力的需要，现代船舶空调应不仅仅需要实现空气调节功能和达到舒适性,也应具备节能、高效的技术特征和优良性能。

通过采用变频技术实现压缩机的能量调节，利用电子膨胀阀调节制冷剂流量，利用变频调速技术调节风量等手段就可以改变船舶中央空调系统的低效、高能耗状态，节省大量的燃油费用支出,降低营运成本,提高航运企业在现代物流行业中的竞争力,以适应市场经济的竞争环境；同时根据负荷大小，采取合理的送风手段对空调系统的循环风量进行变风量控制，可以进一步改善提高居住舱室的热舒适性，保证船舶上船员的精神状况和身体情况良好。