船舶空调：4大制冷形式，3大送风形式

船舶上的制冷装置通常为单级蒸气压缩式制冷循环。船舶空调加热来源通常为燃油锅炉产生的高温饱和蒸气，目前对绿色船舶的要求严格，在很多客船上，利用船舶余热和废热作为热源，通常为船舶主机高温缸套冷却水换热或是通过废气锅炉收集的主机排气余热。船舶空调加湿来源通常为船用锅炉蒸气、蒸气发生器以及水和压缩空气。空调系统通常为一次回风系统，货运船舶一般采用全空气系统。客船、公务船这类人员多，舱室种类复杂的船型较多采用空气 ? 水系统。船舶空调风管系统分为单风管和双风管系统， 2 种系统的优、缺点对比如表 2 所示。

双风管系统广泛适用于豪华客船或有较高要求的商船上。对于船舶上通常采用的直接膨胀式制冷系统，双风管系统更适合于满足不同区域的分别调节，对外部环境变化的适应性更好。但受船上空间限制，船上空调系统多为单风管、中压和中速集中式定风量空调系统，通过调节布风器送风量控制室温，但通常室内新风量得不到满足，影响了舱室内的卫生条件，因此，采用末端再加热的单风管集中式空调系统。

1、蒸气压缩式制冷    

目前，大部分船舶制冷原理仍是蒸气压缩式制冷，制冷装置中的冷凝器一般使用海水或中央冷却水系统的低温淡水作为冷却介质。空调系统是船舶耗电大户，据统计，万吨级以上的民用船舶空调系统及伙食冷库能耗占总能耗的 18% ，客轮和邮轮则超过总能耗 28% 。

随着国际海事组织 (IMO) 对船舶能效管理的要求日益严格，降低船舶制冷空调系统的能耗已成为落实船舶节能减排的重要内容。目前，船舶余热的新型节能制冷方式中，采用蒸气喷射式制冷和吸附 / 吸收式制冷 技术。

2、蒸气喷射式制冷  

蒸气喷射式制冷能够利用低品位热能驱动，在船舶上的应用有一定可行性。船舶废气锅炉所 产生的蒸气可直接作为蒸气喷射式制冷的流体， 其原理图如图 1 所示。研究者通过实验研究，发现系统工作过程中存在临界冷凝压力，并且喷射器对系统性能的影响较大；另外有人提出了一种以闪蒸罐为蒸发器的蒸气喷射制冷冷水机样机的设计方案，发现在蒸气压力为 401325 Pa ，冷水温度为 14.4 ℃时，样机最高性能系数为 0.4 。

显而易见，蒸气喷射式制冷的效率较低，因此，未在船舶上得到广泛应用。

3、吸附/吸收式制冷技术

吸收式和吸附式制冷均能够利用低品位热能驱动。大部分船舶上主要动力推进装置为柴油机，受卡诺循环的限制，其热效率只有约 50% ，存在 于排烟和循环冷却水中大量的废热可作为驱动制冷机组的可行热源。船舶吸收式制冷系统原理图如图 2 所示。

以 1 艘万吨级的远洋船为例，全船余热可足够满足空调和冷藏系统的热量需求。通过研究发现：

吸附式制冷技术需关注：

4、 LNG(liquefied natural gas)冷能利用技术

为了控制船舶污染，打造绿色低碳船舶，以 LNG 为燃料的船舶越来越多。 LNG 通常要被气化 后应用，在此过程中会产生大量的冷能。根据 LNG 蒸气的性质，其冷能可以应用于 LNG 船舶伙 食冷库、海水淡化装置、空气分离装置等领域。 LNG 蒸气的温度较低，其作为冷源时对设备的材料有较高要求。

而且， LNG 船舶蒸发的蒸气量有限，不能满足船舶上大规模的制冷需求，且由于 LNG 管路复杂，很容易泄露，因此，需经过相关机构认可后，才能进行实船应用。

1、孔板送风技术   

目前，静压箱孔板送风的应用较广泛。舰船舱室受层高以及舱室天花板上方有电缆等管线铺设限制，因而安装静压箱的空间有限，通常舰船上的静压箱长度较大，高度较小，分布在天花板上方。

舰船上孔板送风的设计风速通常按舱室层高度减去 1 进行计算，兼顾设计要求和美观性能，孔板的推荐开孔孔径为 8~10 mm ，以此计算开孔率和总开孔面积，进而确定静压箱的数量。

舰船冷库温度的波动及库内送风方式对冷库内果蔬的保存影响较大，为了对冷库进行精确控温，降低冷库内气流速度，部分舰船上的冷库也由冷风机直吹形式改为孔板送风形式，通过果蔬保鲜试验可以发现，采用孔板送风形式的冷藏库，库温控制在 (0±0.5) ℃，大部分蔬果都可保鲜贮藏至 45 d 以上，大幅度提高了果蔬的食用周期，为舰船的长期远航提供了有力保障。

2、置换通风技术   

目前，舰船舱室空调通风系统布置主要采用传统的上送风形式，其特点是上下室内温度基本一致，但工作区的空气龄较长。 “ 雪龙 2” 号极地 科学考察破冰船的学术报告厅和某新型训练舰的 多功能厅均采用座椅送风系统。通过实际使用和模拟计算，该方案能有效降低吹风感，保证人体周围的空气品质，热舒适性指标符合要求。

在船舶上层较高的公共舱室采用座椅送风的置换通风形式：

一方面，可以优化气流，提高人员热舒适性，另一方面，天花板上方空调风管数量大幅减少，有效提高了舱室的净层高，这对空间狭窄的船舶舱室来说优势明显。根据设计经验，每个座椅下方的送风柱风量为 60~80 m3 /h 较合适，可满足送风量和送风温度的要求。

置换通风技术具有通风效率高、空气品质佳和能耗低等特点，在船舶上有一定的应用前景。 由于应用置换通风方式的场量多为船舶人员集中空间，后续可结合模拟和实测，研究置换通风系统对舱室污染物去除效果。

3、大温差低温送风技术   

低温送风系统具有降低设备容量、减小布置空间需求、降低成本及运行费用等优点，同时，低温送风系统可使室内空气的相对湿度与露点温度比常规系统更低，显著提高舱室的舒适性，该技术解决了船上有限空间内的布置和船舶空调舒适性的矛盾，在船舶上有广阔的应用前景。

有人结合潜艇空调系统能耗高、舱室温湿度控制难的问题，提出了将大温差低温送风、变风量控制和温湿度独立控制相结合的系统技术方案，该方案使系统能耗降低 30% ， 噪声降低 5 dB ，减小了设备体积和质量，有利于减小潜艇舱室噪声。值得注意的是，由于送风温度较低，各部分产生的温升波动比常规送风系统大，设计时要留有一定余量。