《我国船舶制冷空调技术的发展和展望》由会员分享，可在线阅读，更多相关《我国船舶制冷空调技术的发展和展望（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机电设备 2003 年第 2 期 1 我国船舶制冷空调技术的发展和展望 Development and Forecast on Domestic Marine Refrigeration and Air-Conditioning Technologies 王根德1，史济昊1，冯建雄1，卢士勋2 （1. YORK 船舶工程（中国）有限公司上海办事处 上海 200122；2. 上海海运学院 上海 200134） 摘 要 主要阐述了我国船舶制冷空调技术在不同船型上的发展与应用，并展望了今后的发展趋势 关键词 制冷空调 制冷剂 压缩机 压缩冷凝机组 冷藏船 Abstract The paper mai
2、nly discusses the development and application of domestic marine refrigeration and air-conditioning technologies on various ship types. It also forecasts future development trend. Keywords refrigeration and air conditioning, refrigerant, compressor, condensing unit, reefer 1 我国船舶制冷技术的发展 近 20 年来，我国船舶
3、工业在世界范围内迅速崛起，相关的船用制冷设备与制冷剂的发展也突飞猛进以制冷剂为例，由于 CFCS会对大气臭氧层造成破坏同时也是产生温室效应的重要元凶，随着“蒙特利尔公约”的实行，R12、R502 都已被不带氯元素的绿色制冷剂替代即使是 HCFC R22 这样热力性质优良的制冷剂也渐渐退出了历史舞台 如表 1 所示，中国虽然属于发展中国家，禁用日期相对发达国家有所推迟但由于现建的大量船舶为出口船只，所以实际上我国船舶制冷剂的更新已走在了其他行业的前面由于R22 应用在制冷和空调方面的杰出性能，对于其合适的替代品也成了热门话题如今被大家公认的合适产品为 R404A、R407C、R134a、R410
4、 和 R507 等下面就其相关参数做一客观的评定：由图 1 可看出在蒸发温度为-25的工况下，R134a 的压力非常低，这就意味着该类制冷剂在压缩机吸气侧的密度相对较低，其导致的结果是：若系统泄漏，则有吸入空气或湿气的危险由此看来，R134a 与 R407C 并不适用于低温制冷工况 另外图示R410 的冷凝压力超过了25bar，这意味着如机组的冷凝温度高于 42， 只有非标的冷凝器才能满足要求（常规冷凝器的管内设计压力都低于 25bar） 表 1 制冷剂禁用时间表 有关制冷剂 淘 汰 （%） 条款 5 以外的 条款 5 （发 展中国家） CFCS 100 1996.1.1 2010.1.1 H
5、alons 100 1994.1.1 2010.1.1 Carbon 100 1996.1.1 2010.1.1 Tetrachloride HCFCS 100 2030.1.1 2040.1.1 HBFCS 100 1996.1.1 没确定 Methyl Bromide 100 2010.1.1 稳定在 2001 年用量 Methyl Chloroform 100 1996.1.1 2015 图 2 显示的是不同制冷剂在蒸发温度为 5的空调工况下与 R22 相比的活塞排量百分比和 COP值由此可知，在制冷量不变的情况下 R404A、R407C 和 R507C 完全可以使用原有的 R22 压缩
6、机，甚至在使用 R410 时， 机头还可以选得更小一些 但对于 R134a，则需相对较大的压缩机，大大增加了初投资费用总而言之，展望未来的船舶市场对制冷剂的需求：R404A 将不断上升并占主导地位；R407C基本持平； 而R134a和R507C将不断下降 随着高压制冷部件的发展， R410 的需求也将会迅速提升针对这一商机，许多制冷厂商都在改进各自的设备， 尤其是船用空调制冷设备供应商 YORK 公司的所有压缩机已全部兼容 R410 2 机电设备 2003 年第 2 期 图 1 一些制冷剂的实际压力 图 2 一些制冷剂的相对活塞排量和 COP 从长远考虑，大量生产和使用地球上本来不存在的物质会
7、造成地球生态和环境的破坏所以自然制冷剂的应用，如二氧化碳 CO2、氨 NH3、碳氢化合物（乙烷R170、丙烷 R290、丁烷 R600a） ，甚至水和空气也已越来越得到人们的重视在制冷设备方面，以冷藏领域（尤其在渔船上）为例，NH3和CO2为制冷剂的复叠式压缩机组的应用将是大势所趋其原因主要有以下几点： 1）在相同活塞排量，蒸发温度为-40的工况下，CO2的制冷量是 R22 的 8.5 倍 2）CO2的充注量大约只为 R22 的 25%，不但便宜且易于购买 3）管路直径小得多，便于安装既节约了初投资成本又节省了船上宝贵的空间，一举两得 4） 即使管路有泄漏， 也不会污染环境和对船员产生任何影响
8、 另外氨机在船用空调机组上也大有复苏之势 2 货船制冷与空调的应用技术 近些年来在我国的新造船舶中，货船占了相当大的比重，制冷和空调技术在此类型船中的应用也有所发展比如，由于船员生活质量的提高，以往只有两个冷库（高温库和低温库）的设计方案已远远不能满足要求，又由于要考虑到冷库的制冷设备须 100%备用，现流行的做法为选择一对压缩冷凝机组（分别能承担满负荷工作的冷量）共同为冷库服务在这种情况下，往往一台压缩冷凝机组要为四到五个库（如鱼库、肉库、蔬菜库、乳品库和干粮库）服务，由于不同类型冷库的蒸发温度不同，单单在供液管路上加个蒸发压力调节阀是远远不够的，由此引进了PLC 控制技术，将计算机技术、自
9、动控制技术和通讯技术融为一体简单地说，只要对每个冷库的温度进行了预设定，则整个冷藏系统将会自动调节某些运行参数，使之稳定或者按一定规律（如设备厂商在出厂前植入的程序）变化，从机电设备 2003 年第 2 期 3 而对压缩机、压力控制器、水流继电器、油压差控制器、液位控制器、供液电磁阀、温度控制器、循环水泵、压力变送器、水电磁阀、电动调节阀、冷风机等进行自动化操作与调节，以满足预定工况设定并保持经济运行由于货船的船员人数并不多，空调系统单台空气处理器足以满足全船的冷量需求整个系统一般选用直接蒸发式，即制冷剂直接在空气冷却器中蒸发以冷却空气，这样既节省了空调装置的能耗又能省去冷媒水泵 由于船上空间
10、和层高的限制，单风管送风系统成为主流其优点是系统简单、施工方便，但缺点也十分明显： 无法同时满足不同舱室的温度要求 虽然可以靠调节布风器送风量的大小来控制室温，但室内新风量就得不到保证，影响了舱内的卫生条件由此，装有末端再加热的单风管集中式空调系统便应运而生 其原理是在布风器内加装电加热器，利用电加热空气来补偿舱室送风温差以达到调节舱室温度的效果由于与双风管系统相比，该系统不需占用更多的空间，又能保持舱室布风器的送风量和新鲜空气量不变，舱内能保持良好的空气卫生条件，故已广泛地被船厂和船东所接受 新的 SOLAS 规定，2000 吨以上的货船的厨房空调通风要与中央空调系统独立现在许多国内船厂选择
11、 100%新风的单元式柜机供冷暖送风，该方案既方便又美观不同的船级社和挂旗国都有其特殊的规定，如对于悬挂瑞典旗（需要符合 SMA 规定）的任何船只，只要空调制冷装置中的 HCFC 制冷剂充注量30kg、HFC 系列制冷剂充注量50kg均要使用间接式空调系统；对于悬挂德国旗（需要符合 SBG 要求）的船只，考虑到锅炉蒸汽里有致癌物质联胺（HYDRAZINE）的存在，其不能直接用于空气加湿，需要使用清洁的淡水或蒸汽发生器进行加湿；还有规定化学品船和油船需要符合ISGOTT 规则的，在油码头装卸油品时，空调系统应该保证 100%内循环，所以一定得安装活性炭过滤器在新风口供清洁的新风以保证舱室的正压；
12、SBG 还规定新风量要大于 80%等， 在这里就不一一举例了 对于空调系统的控制，PLC 也是首选我们以YORK 的监控系统为例，如图 3 所示整个空调系统的各项参数都生动地反映在了显示界面之上，如新风温度、湿度、送风温度、回风温度、机组的吸气压力、排气压力、运行时间、运行模式、卸载状况等都一应俱全，使得船员在中控室对机组的远程控制成为了可能这也是今后空调系统迈向全自动化的趋势所在 图 3 YORK 空调监控系统显示屏 3 客船制冷空调的应用技术 客船的比重在我国船舶市场上并不大，但近年来有上升趋势，尤其是客滚船客船对空调的要求非常高首先由于船上不同分区众多，直接式集中空调系统已不再适用，取而
13、代之的为间接式空调送风系统由此必须选用冷水机组，用冷媒水在空气冷却器中冷却空气这样势必造成无法避免的中间热损失（最大可达到全船负荷的 10%左右） ，再加上客船本来的负荷就大，如何最大限度地利用冷量就成了关键如果空调舱室空间允许，最好的方法是选用全热交换热回收系统这种系统采用具有全热交换器（Enthalpy exchanger）的空调器，回收空调回风和排风的冷量或热量，以冷却或加热进入系统的外界新鲜空气图 4 所示为著名的船用空调生产商 Novenco Hi-pres 公司所生产的空调器原理图，它能非常有效地降低空调器的冷却负荷或采暖加热负荷，达到节能目的全热热交换器的热轮是该类型空调器的核心
14、设备，为了避免回风或排出的不洁空气与新风直接接触，对热轮的密封性要求相当 4 机电设备 2003 年第 2 期 高 一般热轮的全热交换效率可达(6575)%， 对于 无限航区的豪华客轮空调系统，有非常大的节能价值至今为止，国内还没有合格的这种设备生产厂家，还是主要依赖进口一般客船上分有若干个供风空调区域，为客舱、船员舱室、小型公共场所、驾驶室提供单风管加末端再加热的中压送风系统须注意船员舱室区的空调与旅客舱室区的空调系统应分开，各自独立大型公共场所、主要楼梯走廊、大厅则采用低压双速送风系统，此时，空调风通过特殊的分配箱和多孔的天花板而不是布风器向外送风，如 Novenco Hi-pres 的
15、rain drop 系统 根据新的 SOLAS 规定，超过 500 吨位的客船厨房要有独立的空调通风系统，由于其面积相对于货船要大得多，现一般采用 100%新风的低压双速送风模式当然，客船的空调监控系统(ACM micro- processor controls)也很重要，它需要控制空气处理器的起停、风机的连锁、马达的变速、各个系统的负荷变化等，且可以与其他系统（如 MAS、SMS等）建立通讯往来，高效安全地监控整个区域这一设计理念现已被我国大多数船厂接受 图 4 Novenco Hi-pres 公司空调器原理图 4 冷藏船制冷空调的应用技术 冷藏系统设计与选用设备的好坏对于冷藏船至关重要 我国在冷藏船的建造方面还处于起步阶段，但以后订单肯定会越来越多一般一艘冷藏船可能有许多货舱区域，而每个区域的冷藏温度不尽相同（-27+ 13），这样要求选用多台制冷机组同时工作，设备的稳定性成了船厂和船东最关心的问题原 Sabroe公司在此
