[船舶节能] 船舶中央空调节能技术

中央空调是现代船舶必须具备的条件之一，对于保证船上人员的正常工作和休息十分重要。但 是，船舶空调系统的耗电量很大，约占船舶总电量 的 20%所以对于原本就紧张的船上用电来说，空调系统能否节能就显得尤为重要。船舶中央空调系统是按照船舶航行中的最大冷负荷或最大热负荷 选定的，而实际上绝大部分时间里空调系统是在部 分负荷下运行的。这种“大马拉小车”的状况和缺乏控制与节能技术手段，导致了船舶中央空调系统普遍存在着巨大的能源浪费。应该说，船舶中央空调系统的节能空间是很大的。针对上述情况，本文着重介绍了目前船舶空调系统采用的 3 种主要节能方法：新风和回风汇合改造同机变频技术和压缩机变频技术。

1    船舶空调系统的主要节能方法

1.1    改变系统的新风和回风汇合

船舶空调系统的制冷剂广泛采用的是 R22，制 冷系统多是全新风系统，能量散失严重。为改善这 种状况，可对于整个系统进行新风和回风汇合改 造。造后的系统如图 1 所示。

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1.2    空调风机变频

传统的船舶空调风机一般采用恒转速运行方 法，但空调负荷变化后，风机出口节流、间隙运行等调节方法会对船舶电网产生冲击，造成空调舱室

                         室温波动大。风机的能耗与转速的三次方成正比， 因而根据空调负荷的变化，通过变频器调节风机转速不仅能改变空调送风量，提高空调温度。                   能降 低风机轴功率及机械损耗。因此，研究风机风量调 节方式是船船空调节能的重要途 经。

                        

                    风机变频调节就是通过改变空调风机驱动电 机的输人电源频率，改变风机的转速，使得空调装置的制冷量与系统负荷相一致，维持空调舱室温度                         在设定值内。图 2 为风机变频调速系统图。该系统 的特点是选用双脉冲PID温度调节器，温度调节器 利用热敏电阻T1感受到的空调舱室回风温度作为 输入信号，以热敏电阻T2测到的室外环境温度，即 新风进行补偿修正，并根据舱室设定温度、采集到 的环境温度和室温等数值按一定控制规律输出相 应的频率信号和电压信号至变频器，然后变频器产生所要求的电压和频率的电源提供给空调风机电 机，使电机转速相应改变，向空调舱室输送所需要 的风量。变频器同时将相应的电压给制冷压缩机电 机，改变压缩机转速，使制冷机产生的制冷量与风 机的送风量相匹配。

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以“育锋”号为例，该船空调系统采用一次再循环系统，回风口设在中层走廓左舷三管轮房间旁。正常航行时，一般采用 30％的新风比。整个航
次中，除红海航区航行时空调负荷较大（下午 3 时 超过设计工况  20％），其余航日空调负荷均在额定 负荷 80％以下。“育锋”号 1998 年 8 月 1 日从丹麦
返航上海沿途外界气温实测记录如图 3 所示。

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该航次空调机组共运行40 d，空调风机额定功 率为15 kW，与不采取变频时空调风机的耗电量相 比，风机变频调运节能率：

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1.3    空调压缩机变频

船舶空调系统是按设定的舱内外气候条件和 海况设计的。实际上，随着航区、外界气温、海水 温度、船舶航速及太阳辐射强度等变化，空调舱室热负荷随之不断变化，使空调系统长时间处在部分 负荷工况。在低热负荷工况下，普遍采用的 ON-OFF 和冷却水量调节法,调节精度差、能耗大，且易引起 压缩机起停频繁和表面结霜。

万吨级以上货船空调系统能耗占船舶电气设备总能耗的 20%左右，而压缩机耗电量占空调系统 总耗电量的 75%，压缩机的有效能损失占电机输入功率的 33.9%。    因此，根据船舶航区，气候环境和 海况剧烈变化特点，对典型航线船舶动态热负荷进 行定量描述，分析空调系统运行特性，研究空调压缩机变频调速节能规律具有重要的现实意义。

变频器将输入的交流电整流成直流电，通过数 字控制器输出脉冲电流，用脉冲宽度控制电压高低 以获得近似正弦波的交流电输出。变频控制器的控
制如图4所示，微电脑接收箱内温度传感器、热交 换器的信号，经过演算发出连续的控制指令，对动态、油漆备货情况等，并与船东、服务商、建造师和有关部门等紧密联系，及时互通信息，发现问 题及时反馈解决，有效保证了作业过程的顺畅进 行
行。