我國船舶制冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和展望

摘 要：在船舶的制造過程中，制冷與空調(diào)系統(tǒng)是十分重要的環(huán)節(jié)，制冷與空調(diào)系統(tǒng)的有效運(yùn)行是確保船舶上良好生活質(zhì)量和工作環(huán)境的前提和基礎(chǔ)，此外，船舶制冷與空調(diào)系統(tǒng)對船上的衛(wèi)生狀況也有一定的影響。但是，對于船舶制冷與空調(diào)系統(tǒng)的研究較少，本文以船舶的制冷與空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，對船舶制冷與空調(diào)系統(tǒng)的工作過程以及工作原理進(jìn)行了總結(jié)分析，詳細(xì)介紹了船舶制冷與空調(diào)系統(tǒng)的組成。

關(guān)鍵詞：船舶制冷與空調(diào)系統(tǒng)；制冷空調(diào)；壓縮機(jī)

一、船舶制冷空調(diào)技術(shù)推廣的背景

（一）采用新型制冷技術(shù)的重要性

傳統(tǒng)的商用船舶一般采用內(nèi)燃式的柴油機(jī)作為主要推動裝置和發(fā)電機(jī)。這樣，船舶在航行或裝卸貨物的過程中會排放大量的廢氣，并且廢氣中還含有大量的熱量。當(dāng)前，大多數(shù)船舶的空調(diào)制冷系統(tǒng)采用的仍然是蒸汽壓縮式系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對燃油的需求量較高，此外由于其中采用的制冷劑為氟利昂化合物，容易對臭氧層造成較大的破壞。之后，有專家和學(xué)者提出采用R12、R22等對臭氧層破壞較小的物質(zhì)來代替氟利昂化合物，但是這些替代的物質(zhì)也屬于溫室氣體，容易加劇溫室效應(yīng)。隨著全球環(huán)境問題的日益加劇，尋找合適的制冷劑也是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。

近年來，出現(xiàn)了一種新型船舶制冷空調(diào)技術(shù)，即吸附式制冷技術(shù)。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)制冷技術(shù)的概念，省去了壓縮機(jī)、氟利昂等，利用廢氣中的余熱和廢熱進(jìn)行制冷，實(shí)現(xiàn)了能源的循環(huán)利用。

（二）傳統(tǒng)制冷技術(shù)與新型制冷技術(shù)的對比

傳統(tǒng)制冷技術(shù)對能源的需求量和消耗量都較大，我國傳統(tǒng)商業(yè)船舶一般采用蒸汽壓縮式制冷技術(shù)，但是該技術(shù)有兩項(xiàng)明顯的缺陷。首先，壓縮機(jī)的能量利用率不高，能源消耗量較大；其次，采用氟利昂作為制冷劑，容易對臭氧層造成較大的破壞，并產(chǎn)生較多的溫室氣體。

與傳統(tǒng)的蒸汽式壓縮制冷技術(shù)相比，吸附式制冷技術(shù)在工作原理上并沒有本質(zhì)上的差異，都屬于液體氣化的方式進(jìn)行制冷，也就是利用沸點(diǎn)較低的液體在低溫下氣化帶走熱量從而起到制冷的效果。但是兩種制冷技術(shù)還是有較大的差別，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

首先，吸附式制冷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了逆向傳熱，提高了能源的循環(huán)利用率，因此對能源的需求量要求不高。在吸附式制冷技術(shù)中，熱能可以是廢熱、地?zé)崴部梢允侨細(xì)?，甚至可以是?jīng)過轉(zhuǎn)化的太陽能。因此，吸附式制冷技術(shù)有效的擴(kuò)展了對能源的利用范圍，而不是像蒸汽壓縮式制冷技術(shù)那樣只能消耗電能。

其次，吸附式制冷機(jī)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器等幾個(gè)部分組成，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了較大的簡化，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的振動和噪聲都較小，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

此外，吸附式制冷系統(tǒng)還具有安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。吸附式制冷機(jī)的機(jī)組型構(gòu)造對管材的需求量較少，可以有效降低使用成本。

二、我國船舶制冷技術(shù)的發(fā)展

在最近的20年時(shí)間里，我國的船舶產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，在全球范圍內(nèi)都獲得了一席之地，相應(yīng)的，船舶制冷設(shè)備和技術(shù)也有了相應(yīng)的發(fā)展。由于傳統(tǒng)的CFCs制冷劑會對臭氧層造成破壞，而R12、R502等是溫室氣體的組成成分，當(dāng)前這些制冷劑都已經(jīng)逐漸被不含氯的綠色制冷劑所取代。

中國作為一個(gè)發(fā)展中國家，在制冷劑發(fā)展方面雖然落后于發(fā)達(dá)國家，但是在新建的船舶中已經(jīng)進(jìn)行了制冷劑的更新?lián)Q代，在這方面可以說是走在了世界前列。R22在制冷方面有著優(yōu)越的性能，但是由于它會造成溫室效應(yīng)，在近年來也逐漸被取代，尋找到R22的替代品也成為了社會關(guān)注的熱點(diǎn)。當(dāng)前，較為理想的R22替代產(chǎn)品包括R404A、R407C等。

但是這些制冷劑都屬于人工合成物質(zhì)，它們的大量使用可能會對自然環(huán)境和生態(tài)平衡造成一定的破壞。自然制冷劑的應(yīng)用受到了人們的更多關(guān)注，這些自然制冷劑包括二氧化碳、碳?xì)浠衔锏龋踔吝B人們最常見的空氣和水也開始被應(yīng)用到冷凝劑的研發(fā)中。在制冷設(shè)備方面，以NH3和CO2為制冷劑的復(fù)合式壓縮機(jī)將是未來的發(fā)展趨勢，主要原因包括以下幾個(gè)方面：第一，在同樣的活塞排量下，CO2的制冷量是R22的8.5倍；CO2價(jià)格低廉且易于購買；管路的直徑較小，便于安裝，能夠有效的降低生產(chǎn)成本，節(jié)省建造時(shí)間；即使出現(xiàn)管徑泄露的問題也不會對環(huán)境造成污染或?qū)Υ瑔T的生命健康產(chǎn)生危害，具有較高的安全性。

三、船舶制冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用

在我國近年來建造的船舶中，貨船的數(shù)量占了較大的比重，制冷空調(diào)技術(shù)在貨船中的應(yīng)用也較為普遍。隨著貨船建造技術(shù)的進(jìn)步以及船員對生活質(zhì)量要求的提升，原本只有兩個(gè)冷庫的貨船結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿足實(shí)際的需求。再考慮到冷庫的制冷設(shè)備必須100%備用，當(dāng)前常用的做法是選擇一對壓縮冷凝機(jī)組分別承擔(dān)滿負(fù)荷工作的任務(wù)，并共同為冷庫工作。在這種情況下，一臺壓縮冷凝設(shè)備經(jīng)常需要為多個(gè)庫工作，如魚庫、肉庫、蔬菜庫等。而不同類型的冷庫對溫度的要求都有所不同，光靠蒸發(fā)壓力器的調(diào)節(jié)是難以滿足要求的。為了更好的調(diào)節(jié)冷庫溫度，一些制冷空調(diào)系統(tǒng)引進(jìn)了PLC控制技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、通訊技術(shù)的整合，實(shí)現(xiàn)了對每一個(gè)冷庫溫度的預(yù)設(shè)，使每一個(gè)冷藏系統(tǒng)的溫度都可以單獨(dú)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，或者按照一定的規(guī)律進(jìn)行變動。而貨船上的船員人數(shù)一般不多，空調(diào)系統(tǒng)中的單臺空氣處理器就能夠滿足全船的制冷需求。系統(tǒng)一般采用直接蒸發(fā)的工作模式，也就是制冷劑直接在空氣冷卻器中蒸發(fā)達(dá)到冷卻空氣的目的，這樣能夠有效降低能源消耗，還能簡化制冷的流程。

船舶上的空間十分有限，在這種情況下，單風(fēng)管送風(fēng)系統(tǒng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、建造方便的優(yōu)點(diǎn)。但是，其缺陷也是較為明顯的，即無法滿足不同艙室對溫度的不同需求。盡管，單風(fēng)管送風(fēng)系統(tǒng)可以依靠調(diào)節(jié)布風(fēng)器的送風(fēng)量來調(diào)節(jié)船艙內(nèi)的溫度，但是室內(nèi)的新風(fēng)量沒有有效的保障，艙內(nèi)的衛(wèi)生狀況也受到了影響。為了對這些缺陷進(jìn)行改善，具有末端再加熱功能的單風(fēng)管集中式空調(diào)系統(tǒng)得以研發(fā)。其工作原理是在布風(fēng)器內(nèi)部裝電加熱器，通過電加熱空氣來彌補(bǔ)船艙內(nèi)的溫差以實(shí)現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)。與雙風(fēng)管系統(tǒng)相比，這種改進(jìn)后的單風(fēng)管系統(tǒng)占用空間小，與此同時(shí)還能保障船艙內(nèi)的送風(fēng)量和新空氣量，提高了船艙內(nèi)的衛(wèi)生狀況，因而在船舶中得到了廣泛的應(yīng)用。

四、結(jié)語

從上文的介紹不難看出，船舶制冷空調(diào)技術(shù)在發(fā)展的過程中更加注重環(huán)保型和人性化，這符合了人們對生活環(huán)境和工作條件要求的不斷提升。制冷技術(shù)的發(fā)展是建立在制冷設(shè)備不斷完善和制冷劑不斷更新的基礎(chǔ)上的，在新型設(shè)備和技術(shù)的支持下，船舶制冷空調(diào)系統(tǒng)將獲得進(jìn)一步的發(fā)展和完善。

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