船舶空调系统的节能设计

船舶空调系统的节能设计

邸金涛赵锦炎

扬州中远海运重工有限公司江苏省扬州市225200

摘要：空调系统，作为现代船舶的重要设备之一，又是一个主要的耗能装置，但因环境以及能源问题的不断突出，对船舶的节能也提出了更高的要求。本文对船舶空调系统的节能设计进行简单介绍。

关键词：船舶；空调系统；节能设计

船舶货运以其运量大、成本低等优点成为运输行业的主要方式之一，目前国际贸易总运量中，超过2/3的货物运输是利用海上运输完成的，因此，全面提升我国的船用装备配套能力具有重要意义，发展船舶空调系统生产设计和运营管理是加快我国船舶建造，提升我国航运业竞争力的重要举措。选定合适船用空调系统对于实现系统节能降耗和保证舒适的热环境至关重要。

1暖通空调现状分析

随着居民经济收入的增加，生活品质也明显提高，空调需求量逐年上升，空调行业的竞争十分激烈，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。在这种环境下，由于受到经济利益，多数小企业由于研发力量相对薄弱，资金不足等原因，并不愿意主动增加空调技术研发成本，通常只在外观与内部做简单改进后参与市场竞争。而大企业也受之影响，也会结合市场需求、市场价格等适当减少空调技术研发成本，久而久之影响整个空调行业的向前发展。但是，暖通空调中采用新材料与技术，节约能耗已成为其发展的必然趋势，我国政府通过大力宣传科学发展、可持续发展、节能减排理念与政策，积极鼓励暖通空调行业加大节能技术研发力度，这为空调行业积极采用新技术进行节能设计提供了动力与政策支持。在此基础上，政府还可对采用新技术的空调生产厂家，给予减免纳税等方面政策鼓励与扶持，以提高企业的科研兴趣与投入力度，实现空调节能新技术在更广泛范围内的推广。

2船舶空调系统的节能设计

一般情况下船舶住舱室和公共舱室组成，其中居住舱室要求换气次数6t/h，公共舱室要求换气次数8t/h，室外环境为：夏季温度35℃，相对湿度70%，冬季－20℃，相对湿度50%，居住舱室设计温度为：夏季27℃，冬季20℃，相对湿度均为50%，其他舱室设计相对湿度不作要求，设计温度详情如表1所示。

表1各舱室设计温度℃

2.1设计负荷确定

空调负荷是整个空调系统设计的基础。传统的船舶空调负荷计算主要采用估算法，所得负荷值往往偏大。而相关设备的容量一般又按全负荷条件来选定，再加以一定的裕量。这样，经过层层加码，有的设备容量裕度可高达30%左右。而在实际中，这些设备多数时间是在部分负荷下工作的，设备的设计容量远远超过实际使用负荷，造成很大的能源浪费。对于船舶而言，过大的装机容量还会过度占用船舶宝贵的舱室空间和载重量，成为另一种形式的能源浪费。为此笔者建议：首先，设计负荷应采用计算方法确定，尽量不用估算法；第二，在设计之初应先对系统运行工况进行综合分析，在确认工况合理的基础上选配设备时尽可能选取小的裕量；第三，对于船用空调，考虑到因船舶的不停运动造成太阳照射面积、船舶所在航区与纬度等都在不停变化，负荷不可能计算得很准确、总体空间又有限的特点，建议采用的方案是：在保证满足运行负荷要求的前提下，选取尽可能小的裕量，并选用可调节负荷的机型以满足变工况需求。既能满足船舶规范的要求，又达到节能的目的。

2.2风道系统设计

风道系统是空调系统设计中重要的一个环节，风道系统不合理会增加空气流动的阻力，增加能耗。因此，在设计风道系统时要以降低空气流动阻力为基本原则，尤其是回风管道，一旦设计不合理，不仅空气流动阻力增大，而且使回风受到阻碍。在风道系统设计中可以在以下几个方面采取节能设计：（1）对于送、回风系统的设计中，要设置合理的送、回风口，尽量缩短风道长度，减少管道的弯曲部分，总之，尽可能减少空气流动阻力；（2）淘汰传统的定风量空调系统，采用变风量系统，可以根据船舶内负荷大小自动调节风量，减少能耗损失；（3）可以采取大温差送风的方式，这种送风方式与传统送风方式相比的优势在于，在不改变人体舒适度的前提下，减少了风量的输送，从而也就降低了能耗。

2.3水系统设计

水系统是空调系统中关键的部分。水系统要想达到节能的效果必须使水系统达到平衡，这样才能达到室内所需的最佳温度，同时空调能耗是最低的。水系统的节能设计可以从以下几方面入手。

（1）管路布置方式。空调系统中管路布置方式通常有两种：同程和异程。对于以节能为目标设计的空调系统最好选择异程式管路布置。因为异程式比同程式少一条回路管网，减少了成本投入，另外，异程式系统与变水量相结合可以大大降低能耗，达到节能的效果。

（2）流量控制。传统的空调系统中，水泵都是定流量工作，在没有那么大负荷要求的情况下依旧运行额定的流量，因而造成了能源的浪费。随着变频技术的深入，我们对水泵的工作可以采用变流量控制，根据所需负荷自动调节水泵流量，进而调节水泵转速，达到节能目的。

（3）调节传热温差与供、回水温差。空调系统中，保持传热系数不变的前提下，传输一定的热量，传热温差越大，受热面积就越小，进而所需的设备较小金属消耗量也较小，所以我们可以通过增大传热温差以及供、回水温差来达到降低能耗的目的。

2.4设备选择

随着经济的发展，科技的进步，目前大量的机械设备都引入了节能的设计理念，因而，船舶企业在选择空调系统设备时要选择节能、高效的设备，在价格方面这种设备一定较普通设备昂贵，但是从企业长远发展的角度来看，虽然在投资成本上增高了，但是今后在能源费用上会大大降低，减少了运行之后的开销。空调系统中的主要设备有压缩机和热交换器，压缩机的好坏直接决定了空调运行时功率的高低，所以在选择时要进行合理的分析，结合压缩机指标中的性能曲线，选择压缩机最佳的工作频率；热交换器的质量影响着压缩机的运行功率，选择高性能的压缩机，对于一定的制冷量所需要的传热温差就小，蒸发温度降低的幅度也就小，从而制冷系数下降较小，压缩机的功率降低，最终达到降低能耗的效果。

2.5其他环节的节能

（1）应用全能系统，以提高能量利用效率，尤其对大型船舶的供电、供热和供冷，应在船舶中就地产生和综合利用，以减少发电、输配电过程和能量转换过程中的损耗。普通系统发电效率仅30%左右，而全能系统的整个效率可达84%左右。如在船上推广应用冷热全效热泵，既可用热泵实现全部的制冷、供热、提供生活热水等功能，改善现有船舶空调装置只能提供冷量的局限；又可大幅度提高现有船舶空调系统的能耗水平，节能效益显著。（2）推广船舶动力装置的余热综合利用船舶装置中柴油机的排气、柴油机的冷却水、还有冷凝器(制冷机)的冷却水等的废热均存在利用的潜力。这些余热如能加以综合利用，不但可以节约石油资源，提高船舶运行的经济性，而且可以减少对大气和海洋环境污染。

总结：通过对船舶空调系统设计时应该注意的几个方面进行研究，相信可以彻底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，使船舶空调系统的设计水平上一个新的台阶，达到安全、舒适、高效节能的要求。

参考文献：

[1]蔡秀安.浅谈液货船中央空调的设计[J].制冷,2010(2)

[2]张建华,阚安康,韩厚德.船舶中央空调系统能耗分析及节能措施[J].上海造船,2011(1)

[3]中国船级社.船用冷热全效热泵技术应用[J].交通节能与环保,2011(4)