船用空調(diào)節(jié)能減排的技術(shù)研究和發(fā)展

賈廣偉

黃海造船有限公司 山東榮成 264309

經(jīng)濟(jì)全球化的形勢(shì)不斷深入，環(huán)保保護(hù)問(wèn)題越發(fā)受到人們的關(guān)注。船用、航運(yùn)及海洋工程開(kāi)始踐行綠色環(huán)保理念，形成了綜合考慮環(huán)境和資源利用因素的現(xiàn)代化造船理念。綠色船舶指的是“綠色環(huán)保、節(jié)能減排、安全適居”的新型現(xiàn)代船用。作為一個(gè)大系統(tǒng)產(chǎn)品，船舶的組成結(jié)構(gòu)有很多，空調(diào)系統(tǒng)就是其中一個(gè)。設(shè)計(jì)船用空調(diào)系統(tǒng)的過(guò)程中，要遵循環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)先進(jìn)行原則，保證船舶系統(tǒng)的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)。

1 空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀分析

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展增加了居民收入，提高了人們的物質(zhì)生活水平，也致使空調(diào)產(chǎn)量上升，引發(fā)了劇烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。一些小廠商及其他行業(yè)企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)型投入到空調(diào)生產(chǎn)與銷售領(lǐng)域，更是加劇了空調(diào)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。多數(shù)中小型企業(yè)的研發(fā)力量薄弱，不愿意主動(dòng)增加空調(diào)技術(shù)研發(fā)成本，只進(jìn)行簡(jiǎn)單的外觀改進(jìn)后就參與到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中。大的企業(yè)在其影響下，根據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展需求，會(huì)適當(dāng)降低空調(diào)技術(shù)研發(fā)成本，對(duì)空調(diào)行業(yè)的未來(lái)建設(shè)發(fā)展產(chǎn)生了一定影響。但是，船用空調(diào)中運(yùn)用新材料和技術(shù)，節(jié)約能耗已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。政府大力宣傳科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的理念和政策，鼓勵(lì)船用空調(diào)行業(yè)加大節(jié)能技術(shù)的研發(fā)和利用，為空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)提供動(dòng)力和技術(shù)性支持。此外，政府對(duì)于運(yùn)用新技術(shù)的空調(diào)生產(chǎn)廠家，應(yīng)該給予一定的政策支持，減免稅收等，提高企業(yè)的科學(xué)研究興趣和生產(chǎn)投入，在船用空調(diào)中推廣節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用。針對(duì)部分空調(diào)需求量大的系統(tǒng)，可以通過(guò)政策引導(dǎo)的方式，積極采用國(guó)產(chǎn)船用空調(diào)設(shè)備，改良國(guó)內(nèi)選擇國(guó)外進(jìn)口船舶系統(tǒng)空調(diào)品牌的狀況，加大生產(chǎn)船舶系統(tǒng)空調(diào)行業(yè)的支持和扶持，為船舶企業(yè)的進(jìn)一步打下良好基礎(chǔ)，這也是提升船用空調(diào)系統(tǒng)生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力的一種有效方式。此外，人們的環(huán)保保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)嗎，人們?cè)谶x用空調(diào)時(shí)會(huì)注重節(jié)能效果好的空調(diào)。由于消費(fèi)者觀念和消費(fèi)能力的影響，空調(diào)行業(yè)開(kāi)始加大節(jié)能技術(shù)的成本投入，不斷完善和優(yōu)化當(dāng)前使用的空調(diào)設(shè)備。針對(duì)船舶空調(diào)系統(tǒng)的使用和設(shè)計(jì)，應(yīng)該積極培養(yǎng)船用空調(diào)技術(shù)人員，為技術(shù)改良和節(jié)能優(yōu)化提供一定的人才支持。空調(diào)技術(shù)創(chuàng)新和良好的設(shè)計(jì)環(huán)境下，船用空調(diào)行業(yè)的節(jié)能意識(shí)和技術(shù)水平得到大幅度提升。

2 船用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

2.1 保持空氣清新度

船上的空氣清新對(duì)長(zhǎng)期生活在船上的船員來(lái)說(shuō)是十分重要的。空氣清新程度和空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)作具有一定程度的關(guān)聯(lián)，通常情況下船用空調(diào)都具備清新空氣的補(bǔ)給量設(shè)置。國(guó)際運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)中也嚴(yán)格規(guī)定了空氣補(bǔ)給量，每人每小時(shí)的新鮮空氣補(bǔ)給量不能少于2.4cm3。此外，無(wú)限和有限航區(qū)之間的空氣補(bǔ)給量是存在一定差別的，要保證無(wú)限航區(qū)的空氣補(bǔ)給量高于總風(fēng)量的一半，但有限航區(qū)的空氣補(bǔ)給量高于總風(fēng)量的百分之四十即可。對(duì)空調(diào)的總送風(fēng)量在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要考慮到腔室中的熱能損耗情況以及不同系統(tǒng)的熱量交換等問(wèn)題，必要情況下要實(shí)現(xiàn)艙室隔熱，這也是遵循節(jié)能設(shè)計(jì)原則的重要舉措。送氣和換氣工作最重要的是考慮船上人員的舒適程度，要提供一個(gè)舒適穩(wěn)定的環(huán)境，保證其工作效率和質(zhì)量[1]。

2.2 溫度和相對(duì)濕度

維持船上人員的正常生活需要合適的溫度和相對(duì)濕度。船上的溫度和外界的溫度還有一定差距的，但一定要保證兩者的溫度差處于六到十度的范圍內(nèi)，船上的人員才會(huì)感覺(jué)到舒適。人們感知相對(duì)濕度的能力較溫度要差一些，正常情況下相對(duì)濕度保持百分之五十左右就是比較舒適的。不同季節(jié)設(shè)置溫度和相對(duì)濕度也是不同的，室內(nèi)外的溫差明顯。夏季溫度控制在24至28攝氏度之間，室內(nèi)外溫度差處于六到十度的范圍內(nèi)，；冬季室內(nèi)溫度控制在19到22攝氏度，相對(duì)濕度要比夏天低一些。船用系統(tǒng)耗能十分嚴(yán)重，因此在設(shè)置溫度和相對(duì)濕度時(shí)要考慮內(nèi)部工作人員的舒適程度以及系統(tǒng)的負(fù)荷、成本投入等問(wèn)題，這在整個(gè)船用空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是不容忽視的。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

船用中的空調(diào)系統(tǒng)雖然不會(huì)對(duì)船用的安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，但是設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)時(shí)仍然需要考慮非常多的因素，比如空調(diào)的效率或者材料的選擇，并且在空調(diào)的材料和系統(tǒng)的選擇上相關(guān)機(jī)構(gòu)都有著明確的規(guī)定，比如空調(diào)的通風(fēng)附件必須滿足《船用通風(fēng)附件技術(shù)條件》，空調(diào)中的管件也必須滿足《船用通風(fēng)附件技術(shù)要求》，空調(diào)中的風(fēng)管橫截面也必須滿足《船用通風(fēng)系統(tǒng)管路和附件的公稱通徑》，這些空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范無(wú)論是從空調(diào)需要滿足的工作效率還是需要達(dá)成的舒適度上，都需要嚴(yán)格遵守這些設(shè)計(jì)規(guī)范，從而設(shè)計(jì)一個(gè)高效、性價(jià)比高的船用空調(diào)系統(tǒng)。

3 船用空調(diào)的節(jié)能減排設(shè)計(jì)措施

3.1 水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作為空調(diào)系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分，水系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)良好節(jié)能效果的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。維持水系統(tǒng)平衡才能達(dá)到最佳的室內(nèi)問(wèn)題，同時(shí)降低空調(diào)能耗。針對(duì)水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)可以從這個(gè)方面統(tǒng)籌規(guī)劃。第一，管路布置方式?？照{(diào)系統(tǒng)中的管路布置一般有同程和異程兩種方式。要保證船用空調(diào)良好的節(jié)能效果最好選用異程式管路布置方式。這是因?yàn)楫惓膛c同程布置方式相比，少一條回路管網(wǎng)，因此能控制成本投入。此外，異程式管路布置方式和變水量結(jié)合能夠降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，保證了節(jié)能減排的效果。第二，水流量控制。原有的船用空調(diào)系統(tǒng)中，水泵的工作形式是固定流量工作，在負(fù)荷要求不大的情況下運(yùn)行額定流量，造成了嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了變頻節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)，針對(duì)水泵工作可以實(shí)現(xiàn)變流量控制，依據(jù)負(fù)荷情況自動(dòng)化調(diào)節(jié)流量和轉(zhuǎn)速，保證空調(diào)系統(tǒng)良好的節(jié)能效果[2]。第三，調(diào)節(jié)傳熱溫差和供、回水溫差。傳熱系數(shù)維持不變的情況下，空調(diào)系統(tǒng)的熱能傳輸是這樣一種狀況，傳熱溫差越大，受熱面積就越小，設(shè)備金屬消耗量小，通過(guò)增大傳熱溫差以及供、回水溫差的方式降低系統(tǒng)能耗。

3.2 船用制冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用

貨船在建造的船只中占據(jù)一半以上，這也是國(guó)家貨物運(yùn)輸總量大所導(dǎo)致的。貨船的空調(diào)系統(tǒng)中，制冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用比較普遍化。貨船建造技術(shù)不斷提升，船員的生活質(zhì)量需求也發(fā)生了改變，原有的冷庫(kù)貨船結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足船員的生活需求。不僅如此，考慮到需要備用冷庫(kù)的制冷設(shè)備，要選擇一對(duì)承擔(dān)滿負(fù)荷工作的壓縮冷凝機(jī)組，在這樣的設(shè)備條件下為冷庫(kù)工作。也就是說(shuō)，一臺(tái)壓縮冷凝設(shè)備需要為魚(yú)庫(kù)、肉庫(kù)、蔬菜等多個(gè)冷庫(kù)工作，因此造成的能耗是十分大的。不同類型的冷庫(kù)在溫度上有不同的需求，如果只通過(guò)蒸發(fā)壓力器進(jìn)行條件是很難滿足運(yùn)轉(zhuǎn)需求。為了實(shí)現(xiàn)冷庫(kù)溫度的良好條件，在制冷空調(diào)系統(tǒng)中引入了PLC控制技術(shù)，整合了自動(dòng)化控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)，預(yù)先設(shè)置好不同類型冷庫(kù)的溫度，再自動(dòng)化調(diào)節(jié)冷藏系統(tǒng)的溫度或者設(shè)定溫度調(diào)節(jié)的規(guī)律定時(shí)調(diào)節(jié)。此外，貨船上的船員數(shù)量是有限的，只依靠空調(diào)系統(tǒng)的單臺(tái)空氣處理器就能滿足整個(gè)貨船的制冷需求。通常情況下系統(tǒng)會(huì)采用直接蒸發(fā)的工作方式，指的是空氣冷卻器中制冷劑蒸發(fā)冷卻空氣，在降低空調(diào)系統(tǒng)能源消耗的同時(shí)，也能簡(jiǎn)化繁瑣的制冷步驟。

3.3 建立精準(zhǔn)度計(jì)算的通風(fēng)模型

船用空調(diào)系統(tǒng)的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取需要通過(guò)建模計(jì)算實(shí)現(xiàn)。在建模的過(guò)程中，一般會(huì)使用CAD軟件，這種軟件在建模設(shè)計(jì)上具有一定的優(yōu)勢(shì)。建模是針對(duì)船體進(jìn)行整體的模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要考慮到尺寸和散熱設(shè)備的使用問(wèn)題，艙內(nèi)管路和線路影響可以忽略不計(jì)。船用設(shè)備一定要保證其精準(zhǔn)度才能投入使用，如果是為了計(jì)算方便可以多次改動(dòng)直到滿足需求。然后可以布置機(jī)艙的三維結(jié)構(gòu)，必要情況下需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。完成基礎(chǔ)的建模工作后通過(guò)計(jì)算得到相應(yīng)的參數(shù)信息，還要計(jì)算船用系統(tǒng)的通風(fēng)效果，對(duì)設(shè)計(jì)存在的不足之處進(jìn)行優(yōu)化處理。例如船用艙內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布，艙室內(nèi)部的氣流速度場(chǎng)等。而進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口的尺寸和位置角度是經(jīng)常需要優(yōu)化處理的地方。保證通風(fēng)模型計(jì)算的精準(zhǔn)度是為了降低系統(tǒng)能耗，達(dá)到節(jié)能優(yōu)化的目的[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

由上文可知，現(xiàn)代化船舶系統(tǒng)中，空調(diào)系統(tǒng)是不可忽視的一部分。船用空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改善了內(nèi)部環(huán)境，保證了乘客和工作人員的乘船舒適度，但是空調(diào)運(yùn)行中制冷和制熱能耗是巨大的。航運(yùn)發(fā)展中，越來(lái)越重視船舶使用的清潔環(huán)保，研究船用空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排技術(shù)也是勢(shì)在必行。船用空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排設(shè)計(jì)降低了能源消耗量和資本投入，在保證其使用質(zhì)量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)良好運(yùn)行，也起到了環(huán)境保護(hù)的作用。