船舶空调系统方案节能设计研究
时间：2020-12-16 16:05:25 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘 要]本文主要围绕着船舶空调系统方案进行分析，主要针对船舶空调系统方案的节能问题进行探讨，提出了节能设计的具体目标和具体方法，供参考和借鉴。
[关键词]船舶，空调系统，节能
中图分类号：TU831.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）09-0123-01
前言
在船舶空调系统方案的设计过程中，一定要寻找更好的设计思路，探寻更好的设计对策，保证设计可以更好的提升方案的可行性，保证方案在应用过程中可以发挥更大的优势。
1、船舶空调系统方案节能的要求
船舶作为航行于各个水域运输或作业的交通工具，面临各种复杂多变的气候条件，为了给船上人员提供舒适的工作和生活环境，船舶空调成为了必不可少的重要设备。空调系统的设计与建造作为复杂庞大的船舶设计与建造的一部分，随着空调技术的不断革新，船级社对于船舶安全航行规范的日渐严格，船东对于船舶舒适度要求的日益提高，空调系统正确合理的设计与建造越来越受到重视。
从上世纪开始，船舶空调系统已经成为船舶设备中不可缺少的重要组成部分。船舶空调系统对室外空气进行一系列处理，使船舱内的气候环境更为舒适健康，同时保证船上各种设备的正常运行。
船舶空調热舒适研究是在满足热舒适评价指标对室内空气状态要求的基础上，以船上人员为核心，利用空调系统创建良好的船舶室内气候环境，从而提高船上工作人员的工作效率，使船上乘客心情愉快，降低人们海上工作和旅行的疲劳感。另外，船舶暖通空调的能耗在整条船的能耗中占有很大的比例[2]，大约是15%-40%。结合这两方面来看，从船舶空调实际出发，进行基于热舒适的节能研究是有必要的。
目前，航运业的竞争越来越激烈，造船和运营成本的控制已成为船舶行业的关键。此外，对舒适健康环境的追求已成为人类生活质量提高的标志。这些都要求船舶空调技术不仅在能源的节约和回收、空调设备性能的改进、系统能量利用效果的提高等方面进行持续深入的研究和开发，而且要在更广泛的范围内，研究创造有利于人体健康和适合人工作和生活的热舒适条件。
2、热舒适指标控制及其优越性
热舒适指标控制（Comfort Index Based Control）是以热舒适指标为控制目标的HVAC系统运行控制方式。在传统的控制方法中，室内空气的温度、湿度等参数为被控量，而在热舒适指标控制中，通常以平均预测投票（PMV）或标准有效温度（SET*）等反映室内热舒适状况的参数为被控参数。在空调的控制系统中采用模糊控制、神经网络控制、专家系统等智能控制技术，直接或间接实现对被控参数的调节。
通常情况下，按照是否对热舒适指标参数进行直接控制，可以将热舒适指标控制分为直接控制和间接控制两种方式。
在直接控制中，采用热舒适指标传感器测量船舱环境中的PMV或SET*，通过执行机构来改变系统中的各参数，将船舱环境的PMV或SET*数值调整在人体舒适的范围内。直接控制方式由于对测量控制设备的要求较高，且控制算法相对复杂，因此在实际应用中受到了一定的限制。PWV指标的计算主要综合了物理和生理因素对人体热舒适感觉的影响，因此在热舒适指标控制中采用较多，受到了研究工作者的青睐。使用PWV控制指标可以使控制系统按照要求将环境的热舒适控制在ISO7730规定的范围之内。在船舶空调的控制系统中使用PWV控制指标需要考虑多种因素，计算较为繁琐。但在对热舒适要求高的船舶空调控制系统，采用PWV控制指标作为被控量是一种理想的选择。
间接控制方式是将船舱环境中的某一参数指标作为被控量，根据其他环境参数作为设定值的确定依据，对控制量进行调整，从而使船舱环境的热舒适指标满足控制要求。在间接控制中通常采用空气温度和风速作为被控参数。在船舶空调系统中，由于在海上航行的过程中气象状况不断变化，特别是外界空气的流动速度和方向等都不确定，同时船舱内空气流动速度一般很低，容易受到外界气流的影响，此外，风速的控制和测量受到很大的限制，因此，采用船舱内空气温度作为被控参数更为合适。
国内外众多研究结果表明，通过先进的控制方式对室内空气参数进行调节优化，可以实现高度舒适和显著的节能效益。
总的来说，以热舒适为指标的控制系统优点如下：
2.1 控制系统不再通过以室内空气为作用点，间接实现对空调用户的服务，而是直接作用于人。根据热舒适的研究理论，将影响人体舒适感的六个因素，即空气温度、空气湿度、平均辐射温度、气流速度、人体新陈代谢率和服装热阻都考虑在内，因而能更好的提高室内的热舒适性。
2.2 由于调节参数中综合了室内气流、辐射的客观因素，以及人体着装情况等主观因素，便于选择最佳的环境参数组合进行控制，从而尽量降低系统的能耗。
2.3 由于热舒适指标的复杂性和模糊性，数学模型非线性关系，缺乏直观性，通常为了确保计算的准确性，要求运用神经网络、模糊控制和专家系统智能控制。同时相对传统控制方式，基于先进控制理论的控制系统响应迅速，温湿度以及热舒适场波动小，自适应强。
3、船舶空调系统方案节能设计
3.1 设计参数优化
船舶空调主要是维持船舱内良好的空气质量，为船上人员提供舒适的工作和生活环境，属于舒适型空调。船舶空调系统的负荷随温度和相对湿度的增大而减少。因而，当温度一定时，适当增大相对湿度，可以减少空调系统的能耗。我国和ISO7730标准所规定的船舶空调装置设计参数为：冬季室温为19～22℃，相对湿度30%～40%；夏季室温为24～28℃，相对湿度40%～50%；夏季室内外温差不超过6～10℃，室内各处温差不超过3～5℃。通过模型优化设计参数可以达到明显的节能效果，并推荐在满足热舒适性要求的条件下，我国船舶空调夏季设计参数为：t=25℃时，φ>35%；t=27℃时，φ<55%；最佳的室内设计参数为：t=26℃，55%<φ<60%，基本符合ISO7730标准的规定。并建议在需同时考虑节能与热舒适度要求的条件下，选取船舶空调系统夏季设计参数时，不宜采用提高温度值的方法体现节能，而相对湿度则可在允许的范围内取高一些。
3.2 设计负荷确定
空调负荷是整个空调系统设计的基础。传统的船舶空调负荷计算主要采用估算法，所得负荷值往往偏大。而相关设备的容量一般又按全负荷条件来选定，再加以一定的裕量。这样，经过层层加码，有的设备容量裕度可高达30%左右。而在实际中，这些设备多数时间是在部分负荷下工作的，设备的设计容量远远超过实际使用负荷，造成很大的能源浪费。对于船舶而言，过大的装机容量还会过度占用船舶宝贵的舱室空间和载重量，成为另一种形式的能源浪费。
为此笔者建议：首先，设计负荷要依靠精确计算来确定，尽量不用估算法；第二，在设计之初应先对系统运行工况进行综合分析，在确认工况合理的基础上选配设备时尽可能选取小的裕量；第三，对于船用空调，考虑到因船舶的不停运动造成太阳照射面积、船舶所在航区与纬度等都在不停变化，负荷不可能计算得很准确、总体空间又有限的特点，建议采用的方案是：在保证满足运行负荷要求的前提下，选取尽可能小的裕量，并选用可调节负荷的机型以满足变工况需求。既能满足船舶规范的要求，又达到节能的目的。
4、结束语
综上所述，针对船舶空调系统方案，我们需要更加深入的进行总结，本文思考了船舶空调系统方案的设计方法和设计内容，提出设计的具体方法，可以为今后的设计带来有益的参考。
参考文献
[1] 叶国栋.舒适空调中的热舒适指标控制研究.长沙：湖南大学，2016.78.
