摘要：本文主要阐述了多功能空调装置的设计和结构特点，并对实船产品--船用特种货物库空调装置的性能及其组成也作了简单的介绍。
关键词：船舶；空调装置；特点
引言
现代各种船舶以及用于科学考察的深水装置，是乘员长期工作和停留的场所，这些地方必须有适合人生存的微气候条件。而且，现代船舶和深水装置中使用的各种电器设备和各种精密仪器，它们的可靠性和正常工作与其周围的环境介质有关。在货轮上，有些货物对周围环境（如温度、湿度及空气成分等）有一定的要求，因此，船舶空调系统是各种船舶上不可缺少的设备，它可为人居舱室创造适合人生存的微气候条件，可以保证仪器设备正常工作和货物的完好。
1、船舶空调的特殊性要求与设计标准
船舶运输都是长时间远离海岸的海洋航行，而海洋环境复杂，气候多变，都可能遇上狂风巨浪等人力不可抵御的海洋自然灾害的袭击，因此，船舶及设备的可靠性是船舶设计与建造中最关键的环节。
商船用制冷与空调设备应能耐±22.5º的横向摇摆，并能耐一定角度的横倾、纵倾和纵摇，具有耐振动、耐湿热、耐盐雾等性能，海水冷却设备应有足够的耐海水腐蚀性能。考虑到设备长期使用的可靠性和稳定性，船用空调性能指标一般要求都为正偏差，冷凝器和蒸发器的设计均有一定的余量。在对船舶空调装置进行设计和选型时，必须了解与船舶空调相关的环境参数，如下表：
2、船舶空调机组的分类及特点
船用空调按照其空气处理过程、使用的制冷机组、主管风速等内容可进行如下的分类：
在这些分类当中，比较典型的几种船用空调机组特点如下：
（1）活塞式制冷机组 （热电式）
活塞式制冷机组是最早使用的船用制冷机，由于其发展相当完善，至今在许多场合被广泛使用。活塞式制冷机组具有高速、多缸、能量可调、热效率高、适用于多种制冷剂等优点，但也有结构复杂、易损件多、检修周期短、对湿行程敏感、有脉冲振动及运行平稳性较差等缺点。其在现代商船空调装置中使用的特点有：①采用半封闭式结构，可减少制冷剂的泄漏；②采用有级能量调节装置，可以在一定范围内适应空调热负荷的变化；③主要驱动力为电力；④适用制冷量较小的场合。
（2）螺杆式制冷机组 （压缩式）
与活塞式制冷机组相比，螺杆式制冷机组具有结构简单、易损件少、体积小、重量轻、单机压缩比大、对湿行程不敏感、振动小、对基础要求低、输气系数高、排气温度低的优点。制冷量可以在（10～100）%的范围内实现无级调节，随着其可靠性和性能的不断改进，使用范围不断扩大，在船上已经取代了一些较大的活塞式制冷机组。其主要缺点是：噪声较高、耗油量大、成本较高、制造工艺复杂。其在现代商船空调装置中使用的特点有：①采用半封闭式结构，可减少制冷剂的泄漏；②采用无级能量调节装置，可以在较大范围内适应空调热负荷的变化；③驱动力为电力；④适用制冷量较大的场合；⑤机型为双螺杆压缩机。
（3）直接蒸发式制冷机组 （吸收式）
作为货轮，由于船员人数不多，一般单台空气处理器即可以满足全船的冷量需求，整个系统一般选用直接蒸发式制冷机组，即制冷剂直接在空气冷却器中蒸发以冷却空气，这种装置既节省了能耗，又省去了冷媒水泵。
（4）间接冷却式制冷机组 （热电式）
在客轮上，由于热湿负荷较大，且空调分区较多（热湿比不同），一般选用间接冷却式制冷机组，即用制冷剂冷却冷媒水，再用冷媒水在空气冷却器中冷却空气，这种系统的特点是：必须设置冷媒水泵，增加了功耗（包括冷媒水泵的功耗和冷媒管系的热损失），能方便地对不同空调区域进行变质调节，以满足旅客的需求。船员舱室区和旅客舱室区的空气处理器应分开，各自独立。
3、多功能空调装置的设计
船上，特别是舰上的工艺性空调，其涉及面没有上述陆用的那么广，较常见的有电子计算机房、控制室和弹药库等用的特种空调。舰船上的这类空调由于安装空间紧凑，一般要求“一机多能”。比如，特种货物贮存库不仅要求空调设备能够制冷、制热，而且还要求能够除湿和换气。
3.1 双风道、双风机、三风门
具有制冷制热的二功能空调器，其空气处理只需单风道、单风机、单风门。而具有制冷、制热、除湿和换气的多功能空调装置，为保证能作“循环”和“换气”两种工况运行，必须采用双风道、双风机、三风门。即在循环工况(图1,a)时风门1,2关闭，风道A内的风机将处理后的空气输送入库；风道B内的风机将库内空气抽出，经风门3进入风道A再处理，然后再输入货物库，换气工况(图1.b)时风门3关闭，风道A内的风机经风门1吸进外界新鲜空气，处理后输送入库，风道B内的风机将库内含有害可燃气体的空气抽出，经风门2排至大气。
图1 装置的气流图
3.2 转动式风阀
该组阀(图2)有两个阀芯，通过联杆机构可同步转动，以此控制三个风门，只需扳动手柄一次就可实现循环工况和换气工况的转换，使用简便.若照常规做法需用三个风阀，分别并启才能实现转换。
3.3 独立的冷源和热源
根据货物贮存环境的空气质量要求，本装置所用的冷源和热源应和舒适性空调系统分开，需自带冷、热源设备，以组成制冷与制热循环系统，保证装置的独立运行。
3.4 控制系统
本装置须控制的参数有：货物库内的空气温度、电热水锅炉内水的温度和水位。装置的安全控制有:制冷机与风机机组和冷凝器的冷却水泵机组的连锁控制、制冷机的高、低压保护控制、装置各机组的电机过载保护控制和启动控制等。
4、多功能空调装置的使用
（1）当库内空气的自然温度符合货物贮存要求时，只需开动风机进行循环—换气运行，使库内空气中有害气体成分不达危险浓度。
（2）当库内空气温度高于贮存要求时，须使风机和包括制冷机在内的制冷循环系统投入运转，进行循环—换气运行。
（3）当库内空气温度低于贮存要求时，须使风机和包括电热水锅炉在内的热水循环系统投入运转，进行循环—换气运行。
（4）当库内空气湿度超过贮存要求时，须使风机和制冷循环系统及热水循环系统共同投入运转，进行循环—换气的除湿运行。
空气的相对湿度超过80%时，流经直接蒸发式空气冷却器的减湿效果越来越差，在此情况下须将被处理的空气经热水循环系统中的加热器进行加热，以降低其相对湿度，拉开空气的湿球温度及其露点温度间的差;以增强减湿效果。
5、现代船舶空调技术的发展趋势
石油价格走势上涨、保护大气臭氧层和防止全球变暖的国际公约在世界范围的实施、以及人们对环境舒适性要求的提高和增强产品竞争力的需要，设备的节能、环保、空调的舒适性和模块化设计必然成为船用空调技术发展的趋势。为了降低空调噪声，目前船舶空调装置大多采用主风管风速为（12～14）m/s 的中速系统，以前曾经使用过的诱导式布风器和主风管静压调节早已不用。
通过对氟利昂制冷系统制冷剂的变流量控制，提高机组的部分负荷性能，是节能的重要措施之一。热泵节能技术就是利用海水的热量进行制热，这个技术也逐渐被人所接受，并且在小型船舶上具有相当的应用前景。许多新船的空调制冷装置，有的已采用电子膨胀阀，原因是它的适用容量范围大，可适应夏季空调热负荷变化范围大的特点。它代替了过去需要配大、小两个热力膨胀阀切换使用的空调制冷蒸发器。 由于船上空间和层高的限制，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，故广泛地被船厂和船东所接受。
对于空调机组的控制，将由最早的继电器控制（如模拟式温度控制器），逐渐发展到基于经验的模糊控制和PID的基础上延伸出的可编程序控制器（PLC）。随着计算机技术和控制理论的发展，冷水机组的模块化将作为其未来的主要发展趋势，模块化冷水机组具有以下优点：①模块化组合，扩展方便。制冷系统由若干个模块单元组成，可以根据需要随时进行容量的扩展。②高效运行，节能明显。由于每个模块单元自成系统，独立运行，当外部负荷改变时，通过控制器调节投入运行的模块单元数，确保机组的工作效率，尤其是在部分负荷和低负荷工作的情况下，节能效果明显。③互为备用，安全可靠。模块化机组是多系统的，通过中央控制系统可以切换各模块的工作状态，保证系统输出负荷的稳定。
为了保护臭氧层，研究代替R22的绿色制冷剂是船舶空调机组必须面对的问题，如今被大家公认的合适产品为R404A、R407C、R134A、R410和R507等，已在实船应用的有R404A、R407C，但这两种替代制冷剂的运行经济性比R22差，设备要求比R22高。因此，研究环保、高性能系数的制冷剂和节能型空调机组将是船舶空调技术发展方向之一。
6、结束语
总之，船舶空调装置的发展离不开现代科学技术进步。当然，节约能源和保护环境也是促进船舶空调技术向前发展的重要影响因素，我们可以肯定，智能、环保和节能的空调装置必然是未来船舶空调的主流。
参考文献：
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论文作者:范永亚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
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