船用空调节能减排的技术研究和发展

贾广伟

黄海造船有限公司 山东荣成 264309

经济全球化的形势不断深入，环保保护问题越发受到人们的关注。船用、航运及海洋工程开始践行绿色环保理念，形成了综合考虑环境和资源利用因素的现代化造船理念。绿色船舶指的是“绿色环保、节能减排、安全适居”的新型现代船用。作为一个大系统产品，船舶的组成结构有很多，空调系统就是其中一个。设计船用空调系统的过程中，要遵循环境协调性、经济性和技术先进行原则，保证船舶系统的绿色节能设计。

1 空调发展现状分析

经济的发展增加了居民收入，提高了人们的物质生活水平，也致使空调产量上升，引发了剧烈的行业竞争。一些小厂商及其他行业企业开始转型投入到空调生产与销售领域，更是加剧了空调市场的竞争。多数中小型企业的研发力量薄弱，不愿意主动增加空调技术研发成本，只进行简单的外观改进后就参与到市场竞争中。大的企业在其影响下，根据市场的发展需求，会适当降低空调技术研发成本，对空调行业的未来建设发展产生了一定影响。但是，船用空调中运用新材料和技术，节约能耗已经成为发展的必然趋势。政府大力宣传科学发展、可持续发展的理念和政策，鼓励船用空调行业加大节能技术的研发和利用，为空调系统的节能设计提供动力和技术性支持。此外，政府对于运用新技术的空调生产厂家，应该给予一定的政策支持，减免税收等，提高企业的科学研究兴趣和生产投入，在船用空调中推广节能新技术的运用。针对部分空调需求量大的系统，可以通过政策引导的方式，积极采用国产船用空调设备，改良国内选择国外进口船舶系统空调品牌的状况，加大生产船舶系统空调行业的支持和扶持，为船舶企业的进一步打下良好基础，这也是提升船用空调系统生产竞争力的一种有效方式。此外，人们的环保保护意识逐渐增强吗，人们在选用空调时会注重节能效果好的空调。由于消费者观念和消费能力的影响，空调行业开始加大节能技术的成本投入，不断完善和优化当前使用的空调设备。针对船舶空调系统的使用和设计，应该积极培养船用空调技术人员，为技术改良和节能优化提供一定的人才支持。空调技术创新和良好的设计环境下，船用空调行业的节能意识和技术水平得到大幅度提升。

2 船用空调系统设计规范

2.1 保持空气清新度

船上的空气清新对长期生活在船上的船员来说是十分重要的。空气清新程度和空调系统的运作具有一定程度的关联，通常情况下船用空调都具备清新空气的补给量设置。国际运行标准中也严格规定了空气补给量，每人每小时的新鲜空气补给量不能少于2.4cm3。此外，无限和有限航区之间的空气补给量是存在一定差别的，要保证无限航区的空气补给量高于总风量的一半，但有限航区的空气补给量高于总风量的百分之四十即可。对空调的总送风量在设计的过程中，要考虑到腔室中的热能损耗情况以及不同系统的热量交换等问题，必要情况下要实现舱室隔热，这也是遵循节能设计原则的重要举措。送气和换气工作最重要的是考虑船上人员的舒适程度，要提供一个舒适稳定的环境，保证其工作效率和质量[1]。

2.2 温度和相对湿度

维持船上人员的正常生活需要合适的温度和相对湿度。船上的温度和外界的温度还有一定差距的，但一定要保证两者的温度差处于六到十度的范围内，船上的人员才会感觉到舒适。人们感知相对湿度的能力较温度要差一些，正常情况下相对湿度保持百分之五十左右就是比较舒适的。不同季节设置温度和相对湿度也是不同的，室内外的温差明显。夏季温度控制在24至28摄氏度之间，室内外温度差处于六到十度的范围内，；冬季室内温度控制在19到22摄氏度，相对湿度要比夏天低一些。船用系统耗能十分严重，因此在设置温度和相对湿度时要考虑内部工作人员的舒适程度以及系统的负荷、成本投入等问题，这在整个船用空调系统的设计中是不容忽视的。

2.3 空调系统设计规范

船用中的空调系统虽然不会对船用的安全产生严重的影响，但是设置空调系统时仍然需要考虑非常多的因素，比如空调的效率或者材料的选择，并且在空调的材料和系统的选择上相关机构都有着明确的规定，比如空调的通风附件必须满足《船用通风附件技术条件》，空调中的管件也必须满足《船用通风附件技术要求》，空调中的风管横截面也必须满足《船用通风系统管路和附件的公称通径》，这些空调的系统设计规范无论是从空调需要满足的工作效率还是需要达成的舒适度上，都需要严格遵守这些设计规范，从而设计一个高效、性价比高的船用空调系统。

3 船用空调的节能减排设计措施

3.1 水系统设计

作为空调系统中关键的组成部分，水系统是实现良好节能效果的一个重要环节。维持水系统平衡才能达到最佳的室内问题，同时降低空调能耗。针对水系统的节能设计可以从这个方面统筹规划。第一，管路布置方式。空调系统中的管路布置一般有同程和异程两种方式。要保证船用空调良好的节能效果最好选用异程式管路布置方式。这是因为异程与同程布置方式相比，少一条回路管网，因此能控制成本投入。此外，异程式管路布置方式和变水量结合能够降低空调系统能耗，保证了节能减排的效果。第二，水流量控制。原有的船用空调系统中，水泵的工作形式是固定流量工作，在负荷要求不大的情况下运行额定流量，造成了严重的水资源浪费。科学技术的发展促进了变频节能技术的优化和改进，针对水泵工作可以实现变流量控制，依据负荷情况自动化调节流量和转速，保证空调系统良好的节能效果[2]。第三，调节传热温差和供、回水温差。传热系数维持不变的情况下，空调系统的热能传输是这样一种状况，传热温差越大，受热面积就越小，设备金属消耗量小，通过增大传热温差以及供、回水温差的方式降低系统能耗。

3.2 船用制冷空调技术的应用

货船在建造的船只中占据一半以上，这也是国家货物运输总量大所导致的。货船的空调系统中，制冷空调技术的应用比较普遍化。货船建造技术不断提升，船员的生活质量需求也发生了改变，原有的冷库货船结构已经不能满足船员的生活需求。不仅如此，考虑到需要备用冷库的制冷设备，要选择一对承担满负荷工作的压缩冷凝机组，在这样的设备条件下为冷库工作。也就是说，一台压缩冷凝设备需要为鱼库、肉库、蔬菜等多个冷库工作，因此造成的能耗是十分大的。不同类型的冷库在温度上有不同的需求，如果只通过蒸发压力器进行条件是很难满足运转需求。为了实现冷库温度的良好条件，在制冷空调系统中引入了PLC控制技术，整合了自动化控制技术、计算机技术和通讯技术，预先设置好不同类型冷库的温度，再自动化调节冷藏系统的温度或者设定温度调节的规律定时调节。此外，货船上的船员数量是有限的，只依靠空调系统的单台空气处理器就能满足整个货船的制冷需求。通常情况下系统会采用直接蒸发的工作方式，指的是空气冷却器中制冷剂蒸发冷却空气，在降低空调系统能源消耗的同时，也能简化繁琐的制冷步骤。

3.3 建立精准度计算的通风模型

船用空调系统的精准数据获取需要通过建模计算实现。在建模的过程中，一般会使用CAD软件，这种软件在建模设计上具有一定的优势。建模是针对船体进行整体的模型结构设计，要考虑到尺寸和散热设备的使用问题，舱内管路和线路影响可以忽略不计。船用设备一定要保证其精准度才能投入使用，如果是为了计算方便可以多次改动直到满足需求。然后可以布置机舱的三维结构，必要情况下需要对模型进行简化处理。完成基础的建模工作后通过计算得到相应的参数信息，还要计算船用系统的通风效果，对设计存在的不足之处进行优化处理。例如船用舱内部的温度场分布，舱室内部的气流速度场等。而进风口、排风口的尺寸和位置角度是经常需要优化处理的地方。保证通风模型计算的精准度是为了降低系统能耗，达到节能优化的目的[3]。

4 结语

由上文可知，现代化船舶系统中，空调系统是不可忽视的一部分。船用空调系统的设计改善了内部环境，保证了乘客和工作人员的乘船舒适度，但是空调运行中制冷和制热能耗是巨大的。航运发展中，越来越重视船舶使用的清洁环保，研究船用空调系统的节能减排技术也是势在必行。船用空调系统的节能减排设计降低了能源消耗量和资本投入，在保证其使用质量的基础上实现良好运行，也起到了环境保护的作用。