船舶空調系統節能設計分析

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摘要：對船舶行業來說，空調系統的能耗是重點支出部分。本文通過對當前船舶空調系統的耗能情況進行描述，對比不同的船舶空調系統設計情況，對船舶空調系統節能設計的要點進行研究，為當前船舶行業的節能發展提供參考意見，幫助其降低運行成本。

關鍵詞：船舶行業；運行成本；空調系統；節能設計

1研究背景

現有船舶通風系統一般采用高流速設計，空調送風末端裝置為單風管布風器的通風格柵，無法對房間出風溫度和出風量進行調節。如雙風溫低噪音布風器，采用冷暖風管同時對布風器供風，由供風量大小調節布風器出風溫度，該結構雖然調節布風器出風溫度，但布置空調冷熱風管結構復雜，空間安裝位置困難，組裝、使用成本過高，不適合船舶空調系統使用；另外，布風器距離空調機組的遠近直接影響進入布風器內風量的大小，無法對空調送風系統進行風量平衡調節，浪費能耗，使用舒適度低。因此，當前船舶市場急需一種結構簡單、緊湊，調節方便，能有效解決布風器出風溫度調節，以及各艙室布風器出風量可調的船用新型布風器。

2研究意義

由于船舶行業在運行過程中普遍使用獨立電網，而且因其環境的復雜性，對于船舶運行來說，船舶電氣的能耗是相對較高的。空調系統作為船舶上的高耗能設備，如何在不影響其正常工作的情況下降低其能耗，在船舶電氣設備技術中的應用中十分重要，因此，進行基于節能理念的船舶船舶空調系統研究有著重要的意義。

3空調系統節能設計的要求

3.1功能性。空調系統的節能設計不應只關注節能而忽略了其在功能性上的應用。在利用節能理念以及相應技術對船舶空調系統進行節能改造的過程中，對設計要點的考慮必須加入功能性原則的因素，并進行重點的掌控。所謂的功能性原則，就是要求設計者在對船舶空調系統的節能改造過程中，一定要重點結合相應船舶空調系統的實際功能，在保障其運行質量的同時，實現能源消耗的降低。3.2安全性。對船舶空調系統的改造不能只專注于功能，對于節能改造后船舶電氣設備運行的安全性也要進行控制。由于地理環境因素的限制，船舶的航程通常較遠，和內陸的交流以及技術的共享相對來說比較困難，遇到突發性的安全性問題，將會引發及其嚴重的后果，甚至會造成整體的覆沒。而且由于海上濕度相對較大，類似空調系統這類電器設備更容易受到電化學腐蝕，從而導致安全問題，因此，在對船舶的空調系統進行節能設計時，不能僅關注其節能效果，還要關注空調系統中可能存在的安全隱患，對其出現的故障原因及時分析并且制定相應的對策，確保船舶的航行安全。3.3成本效益性。對船舶空調系統的節能改造不僅僅是關注其節能效果，還要考慮其成本效益。如果對船舶的空調系統改造需要花費大量的成本，那么，當節能的效果低于花費的成本時，整個改造就失去了其最初的意義。因此，在進行船舶空調的節能設計時，一定要考慮其安裝成本、改造成本以及具體使用成本，充分發揮其成本效益的效果。

4整體設計思路

4.1設計要點。作為節能的新型空調系統布風器，可以由進風管和出風管分別聯通箱體組成，進風管可設置于箱體側板上，出風管可設置于箱體的底板上。進風管管壁上可以均勻設置多個進風孔，并在進風管管壁外套帶一次調節機構的調節管，調節管管壁上均勻設置多個調節孔，調節管的調節孔與進風管的進風孔對應成閉合或部分聯通或完全接通狀態。進風管內設接風管壁內密封配合的閥板，閥板可以連接二次調節機構，采用帶有一次、二次調節機構共同調節空調系統進風量，配合空調系統內加熱管控制其出風溫度，實現空調系統出風量大小和出風溫度的平衡調節，達到結構簡單緊湊、操作便捷的效果，不僅使用成本低，還能提高節能降耗的安全性，滿足船用空調的舒適度調節要求。（1）對布風器進風量大小實現一次調節船舶空調系統借助布風器對各艙室統一供風，由于各艙室距離空調系統遠近不一，同步至各布風器的風量大小也不一致，需要對出風量進行調節，在空調系統布風器箱體進風時，可通過調節一次調節結構的手輪經旋轉調節桿帶動調節管在進風管上移動，使調節管的調節孔與進風管的進風孔對應成閉合或部分聯通或完全接通狀態，調節孔和進風孔的接通大小關系到對空調系統布風器進風量的大小，以此對空調系統的進風量大小實現一次調節；同時，通過調節二次調節機構的旋轉經齒輪、齒條傳動連桿帶動閥板在進風管內移動，呈現前后滑動狀態，使閥板處于靜風管管壁進風孔段不同位置，調節連通箱體的進風孔數量，對空調系統布風器進風量大小，由此對空調系統布風器進風量大小實現二次調節，利用一次、二次調節配合能有效控制空調系統的進風大小，從而調節空調系統的出風量大小，確保各艙室送風量平衡。具體設計：一次調節機構包括手輪和旋轉調節桿，手輪經旋轉調節桿連接調節管；二次調節機構包括旋鈕、齒輪、齒條和連桿，旋鈕設置于出風管口，旋鈕經齒輪轉動連接齒條一端，齒條另一端連接桿一段，連接桿另一端連接閥板。預計效果：兩個調節機構的多級調控實現布風器的送風量平衡，有利于節能降耗，減少浪費。（2）溫度自動調節在船舶空調系統布風器工作時，壓差傳感器探測進風管進風信號，溫度傳感器探測進風管進風溫度，船員根據需要設定房間溫度，當空調系統布風器進風溫度高于設定溫度，或房間溫度高于設定溫度時，加熱通道內的加熱管不工作；當空調系統布風器進風溫度低于設定溫度，或房間溫度低于設定溫度時，加熱管開啟工作，加熱到設定溫度時，加熱管關閉；空調系統布風器出風溫度的調節由進風管進風和加熱管共同調節，避免冷熱風管調節的復雜結構，降低生產和安裝成本。具體設計：進風管關口設置溫度傳感器，進風管上設置壓差傳感器，箱體內腔由折流板分隔成依次連通的進風腔、加熱通道和出風腔，進風管經進風孔和調節孔連通進風腔，加熱通道內設有加熱管，溫度傳感器連接加熱管，出風腔連通出風管，出風管上設置散流器，其中散流器為五面孔板結構。預計效果：不同艙室對空調系統的布風器溫度要求不一致，由溫度傳感器探測進風管進風溫度、室內溫度和設定溫度三者共同決定箱體加熱管的啟閉，利用加熱通道內加熱管對送風高效加熱，實現布風器出風溫度的有效調節。（3）電源自動復位根據設計結果，當加熱管溫度大于70℃時，70℃溫控器自動切斷加熱管電源復位，當出現異常時，或加熱管溫度大于110℃時，110℃熔斷器將自動切斷加熱管電源復位，不僅可以減少不必要的耗能，達到節能效果，還能進一步確保空調系統的使用安全。具體設計：加熱管上設置70℃的溫控器和110℃的熔斷器，其中箱體上還要設置玻璃棉。預計效果：利用70℃溫控器和110℃熔斷器的安全保護，預防布風器由于溫度失控引發的安全隱患。4.2設計負荷確定。在節能設計的過程中，不僅要考慮其功能及效果的實現，還要考慮其整體負荷情況。在傳統的船舶空調負荷計算中，通常選取估算法，但是，所得負荷值往往偏大。在實際過程中，相關設備的容量一般又按全負荷條件來選定，同時，還要加上固定的的裕量。這樣層層疊加下來，估算的設備容量遠遠超出實際值。而在實際運用過程中，空調系統大多數時間都在部分負荷下進行工作，這就造成了很大的能源浪費。因此，設計負荷要依靠精確計算來確定，盡量不用估算法，在保證滿足運行負荷要求的前提下，選取盡可能小的裕量，并選用可調節負荷的機型以滿足變工況需求，既能滿足船舶規范的要求，又達到節能的目的。

5結語

本次空調系統節能設計研究，采用了帶有一次、二次調節機構共同調節空調系統布風器進風量，配合布風器內加熱管控制布風器出風溫度，實現空調系統布風器出風量大小和出風溫度的平衡調節，本設計方案所述船舶空調系統布風器研究解構簡單、緊湊，操作便捷，適應成本低，節能降耗，安全性高，滿足了船舶行業對空調系統的舒適度調節要求及節能要求，具備極高的實用價值。

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作者:王雪紅 單位:江蘇兆勝空調有限公司