船舶空调（精选三篇）
船舶空调 篇1
船舶空调系统的任务就是将舱室内的空气温度和湿度调节在一定的范围内, 为船员的生活和工作创造一个适宜的环境, 对于保障电子、通信、机电设备的正常运行以及船员的身体健康发挥着极其重要的作用[1]。某船舶生活模块满足船员的工作和生活所需, 采用普通的单风管集中式船舶空调系统以满足一般性的空调舒适性要求。为达到设计温度, 中央空调需满足夏季制冷和冬季制热的需求, 需要确定空调的制冷和制热负荷。
2 风量的确定
该船舶采用单管变风量系统送风, 特点是所有舱室的供风温度相同, 靠改变供风量对各个舱室的温度进行调节。进行空调负荷计算首先确定所有舱室的最大送风量, 在此基础上再求得整个系统所需要的负荷值。由于夏季制冷和冬季制热时共用一套空气处理单元 (AHU) , 则空调系统风量的确定需要算出如下几种风量, 然后取其中最大的参数:
1) 制冷时需要的风量;
2) 制热时需要的风量;
3) 根据换气次数计算出的风量;
4) 所有人员需要的新风量。风量计算方法 (见表1) 。
空调负荷主要受环境条件的影响, 当然还与船舶舱室的分布、人数、设备等多方面有关。在进行风量计算时, 舱室里的热负荷主要包括维护结构散热、人体散发的热量和设备散热。对于夏季工况, 舱室内的热负荷是所有散热之和;而冬季工况仅计算维护结构的散热量。
本船生活区设有船员起居室、公共区域 (包括餐厅、吸烟室、娱乐室和医务室等) 等共五十多个需要中央空调供风的舱室, 所有舱室的风量都选择了上面的四种风量中的最大参数, 最后求和算得总风量。
3 空气温度的确定
工程设计过程中离不开经验参数的使用, 因此结合船舶设计实用手册[2]进行各段空气温度的确定。送至舱室的供风温度与舱室内的设计温度差取10℃, 此处应该注意, 这里的供风温差应与前面计算风量时选取的温差保持一致。考虑送风管内外传热损失引起的温差, 则AHU处理后的空气温度与送至舱室的供风温度差取2℃。本船采用走道回风管吸入回风, 回风温度与舱室内的设计温度相差2℃。本船中央空调系统没有相对湿度自动控制系统, 故冬季考虑新风由室外的温度经预热段加热到10℃。
4 制冷负荷的确定
本船AHU设备由预热段、混合段、过滤段、再热段、冷却段、加湿段、挡水段和风机段组成。夏季工况时, 新风和回风在混合段混合后, 经冷却段冷却处理至指定温度后再给舱室供风。
空调的制冷负荷计算公式为:
式中, imixing为夏季混合段气体焓;icooling为冷却段出口气体焓;V为供风量。
式 (1) 中, 焓值一般可利用焓湿图查得。首先根据建造规格书给的已知条件 (舱室内外空气温度和相对湿度) , 查得舱室内外的焓值iinside、ioutside和含湿量和dinside、doutside。回风和舱室内空气的含湿量是相同的, 即dreturn=dinside, 结合回风温度可得回风空气焓ireturn, 根据以下公式算得混合空气焓imixing。
式中, ioutside为夏季外界空气焓, ireturn为夏季回风空气焓。
根据冷却段出口的温度和相对湿度 (一般为90%~100%) , 查得对应的焓值icooling。代入式 (1) 求得制冷负荷。
5 制热负荷的确定
冬季工况时, 舱室外新风经预热段预热后与回风混合, 混合后的空气经再热段加热至指定温度, 再经过喷水满足湿度要求后给舱室供风。因此空调的制热负荷包括预热负荷和再热负荷两部分。
空调的预热功率为
空调再热功率为
式中, i′mixing×冬季混合段气体焓;ire-heating×再热段出口气体焓, i′outside×冬季外界空气焓, i′return×冬季回风焓;V×供风量。
利用焓湿图查对应焓值。由已知条件可得舱室内外焓值i′inside、i′outside和含湿量d′inside、d’outside。回风温度虽然比室内温度下降2℃, 但是含湿量保持不变, 即d′return=d′inside, 进而可查得回风焓i′return。由于新风预热过程含湿量不变, 即dpr-heating=d′outside, 查得预热后的空气焓ipr-heating。代入公式 (3) 求得空调预热段功率。
由以下公式算得混合空气焓i′mixing和含湿量d′mixing。
混合空气经再热器加热过程的含湿量不变, 则dre-heating=d′mixing。
冬季空调加湿量qhumidify可以根据下面的计算公式算得, 同时算出加湿段出口含湿量dhumidify。
式中, N为人体的散湿量=75n (n为人数, 75为经验值75g/人) 。
根据加湿段出口含湿量和出口温度, 可以查得对应焓值ihumidify。本船采用喷水等焓加湿, 故再热器出口焓值与加湿后的空气焓是相同的, 即ire-heting=ihumidify。代入公式 (4) 求得再热段加热功率。
6 设备选型
由于计算过程中引用了经验参数, 依据制冷和制热功率进行设备选型时, 还要在计算值的基础上考虑一定设计余量。本船空调设备选型时依据建造规格书的要求采用两套机组, 压缩机组通过十字连接管连接, 并在AHU上安装供风止回阀, 使得两套设备可同时工作, 也可独立运行, 单套机组最终选用具备总功率60%的制冷和制热能力的设备。
7 总结
本文借助公司在建的船舶项目, 结合集中式船舶空调系统的工作特点, 介绍了该系统中空调负荷的确定过程。对于从事中央空调系统设计的工程师来说, 合理地计算和设备选型是保证所有工作顺利进行的基础, 在工程中占有非常重要的位置。
参考文献
[1]刘干武, 李光华, 陈金增, 何晨枭.船舶空调控制系统的改装[J].中国舰船研究, 2009 (12) :29-33.
船舶空调 篇2
关键词：船舶空调；热舒适性；指标；PMV&PPD
前言
船舶空调在舱室内为船员、旅客创造一个舒适的生活、工作环境，满足人们对环境舒适的要求，属于舒适性空调。船员的身心健康，工作能力及效率极大程度上取决于船舶舱室的舒适状况。人体的热感觉与舒适感不可混为一谈，舒适感具有更广泛的意义，它不仅包含了人体的热感觉，还与舱室的壁面温度，空气温度，相对湿度，气流速度，空气品质等因素有关。鉴于船舶室外环境的特殊性，温度波动性大，为了保障船员在这样的环境中正常的工作和休息，研究其船舶空调的舒适性具有重要的意义。
1 影响船舶舱室热舒适性的因素
ASHRAE55-92标准将人体的舒适性定义为人对周围环境表示满意的程度，是通过研究人对周围环境的主观反映来确定的人体舒适环境参数的最佳范围及允许范围的[1]。船舶舱室内的空气基本参数主要是根据船员舒适感要求来确定。本文主要从以下因素分别阐述。
1.1 影响舱室热舒适性的微气候指标
影响船员热感觉的重要因素是船舶舱室的微气候指标[2]，包含船舶室外环境的热工参数（即海况）及其组合，影响舱室内热感觉的主要参数包括：空气温度，空气流速，空气的相对湿度及空气清新度，周围环境的温度及热辐射。把微气候参数及对热感觉有显著影响的微气候参数的各种组合的综合指标，定义为微气候指标。船舶舱室内微气候指标的高低对船员的身体健康、生活水平、工作学习效率将产生重大影响。
为了研究空气温度、相对湿度及气体流速和墙体内表面热辐射对人体舒适性的综合影响，这里引入有效温度的概念[3]。为考虑环境中辐射对人体的影响，用黑球温度代替干球温度来修正原有效温度指标，称为修正有效温度（ET），它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。鉴于船舶的特殊性，一般选择室内温度为20℃，相对湿度为60%，按照设计标准，室内壁面温度与室内环境温度温差控制在4℃以内，人体舒适感较好。
1.2 舱室内空气品质对热舒适性的影响
船舶是一个封闭的环境，室内空气的品质与舒适性有着本质的、密切的关联。室内空气的温湿度影响着人体的感觉，室内气流分布状况及流场的均匀性影响室内空气的整体品质。合理的送回风方式及空气流动形式有助于排出室内油气、污浊物、尘埃，降低室内污浊气体的浓度，除湿降热，营造舒适的室内环境。按照《公共建筑节能设计标准》设计标准，船舶船员舱室的新风量一般选择为10m3/（h·p）。
船舶空调 篇3
为了满足中华人民共和国海事局《海船船员适任考试与评估大纲》船员评估训练及船舶无人机舱AUT0-1规范的要求,结合钢质海船入级与建造规范对船舶中央空调的温度、湿度、清新程度及气流速度的要求。对原有船舶中央控制系统,运用计算机人机界面、PLC、变频器、智能仪表和力控Forcecontrol6.0等软硬件技术,改造成既可在机舱集控室控制又可以设备现场操作的中央空调控制系统。使工作人员坐在集中控制室就能实时的了解该系统的实时运行工况,如果发生故障能立即的发送报警信号,并记录下来,实现了不到现场都能实行监视、控制、管理三者合一的功能。
1 中央空调监控系统的组成
1.1 监控系统控制方案
中央空调监控系统由上位机和下位机组成。上位机利用计算机Window server 2000与组态软件力控Force control6.0,其目标是对该系统进行管理监视与控制,如数据采集、存贮、运算、过程监控、远程控制,并根据现场状况,做出故障报警、存贮历史数据与提供数据查询,并生成各类报表和自动打印等。下位机是系统的核心部分,能脱离上位机独立运行。由三菱FX2n-60MR、FX0n-3A模拟量模块、RS485、变频器;智能仪表;DCS等组成。通过编程实现中央空调系统从启/停、手动/自动及温度、流量、压力等各工作阶段的负荷控制。同时对该系统的运行进行安全保护,如压缩机工作压力不正常、流量过小、超压保护等。同时为了满足学生实操、培训等要求,在控制柜侧边用按钮开关增设了故障,以便训练学生能力。系统图如图1所示。
1.2 监控系统的基本功能
1.2.1 上位机(Window2000;Force control6.0)能实现功能
1)查看中央空调运行时的实时数据及流程画面;
2)自动打印各种实时/历史生产报表;
3)及时得到并处理种种过程报警和系统报警;
4)在需要时,操作(管理)人员可以干预生产过程,修改工作参数和状态(温度、PID值);
1.2.2 下位机(PLC;变频器;智能仪表;DCS;RS485等)能实现的能
1)急停;自动/用动转换;
2)遇到火灾时能自动关闭空调冷库系统;
3)压缩机工作压力不正常时立即停止运行;
4)自动检测、监测各种器件工况、参数与标准数值是否符合,以确保整个系统的使用安全,如出现故障将做出相应的处理,并报警;
5)自动累计压缩机、各种水泵、冷却塔等器件的运行时间;
6)通过冷媒水的总供、出、回的温差和回水流量,计算中央空调系统的冷负荷;
7)根据温差,作为变频器闭环控制的输入信号,自动控制水泵的转速,改变制冷量,以适应不同的工况,同时可设定PI值,以达到最佳的节能效果;
8)通过计算机得到各机组的用电量,并生成报表。
2 系统硬件设计
2.1 设备的选型
利用三菱FX2N-48MR-PLC、台达VDF-M变频器、FX0N-3A模拟量模块、RS485通信模块、数据采集器、电磁阀、液位开关、接触器以及各种流量、温度、湿度传感器等器件的有机结合,组成船舶中央空调的闭环控制系统,通过PID调节变频器,从而控制冷媒泵的流量达到温度调节和节能。
2.2 电气原理图
船舶中央空调电气控制主电路图如图2所示。QF2、QF3、QF4、QF5、QF6分别是压缩机、冷媒水泵、冷却水泵、冷却塔、计算机和控制电源的空气开关,起短路漏电保护。KM3、KM4、VDF-M、KM5、KM6分别控制以上电机运行,FR1、FR2、FR3为压缩机、冷却水泵、冷却塔电机过载保护用的热继电器。
3 系统软件设计
3.1 编程方案
该控制系统要达到二地控制,也就是既可在机舱集控室控制又可以中央空调设备现场操作,同时二者又能独立运行。当上位机组态软件力控Force control6.0没有开机或失效时,由PLC进行独立控制,实现全自动与手动控制。由于上位机不能对PLC的输入点进行改写,因此在编程时可通过PLC的辅助继电器M和数据D与之相对应编址来实现从上位机控制PLC的输入情况。
3.2 组态监控界面开发
组态监控界面是利用组态软件Force Control6.0设计的,如图3所示。它主要包含数据库创建、各种监控图形界面制作、编制动作脚本程序三部分。
1)实时数据库DS是整个应用系统的核心。它通过定义I/O设备,数据连接,负责整个应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理,并完成与过程数据采集的双向数据通信。
2)监控图形界面制作。依据软件本身提供的
或新创建的子图并根据系统器件和控制流程绘制出方便监视、控制、管理、显示、修改等用户友好丰富的画面。
3)动作脚本程序。脚本程序是保证解决系统在运行中对变量、函数的操作,从而完成现场数据的处理和控制,并进得图形化监控。
3.3 程序梯形图
当上位机没有开机或失效时,此时由PLC进行独立控制,实现全自动与手动控制。由于篇幅有限,下面只重点介绍RS485控制程序如图4、模拟量处理监控程序如图5。
4 结束语
1)投入运行后,经调试,在上位机和下位机都能运行稳定,实时数据库能实时的反映当前系统运行参数,并自动的记录运行情况。
2)经连续运行测试多次表明,系统性能稳定,设备故障报警正确率达100%,除设备本身因陈旧导致温度过高需停机外,自动控制系统运转正常。
3)该系统的节能措施主要是控制冷却水泵,空调冷却水的循环是以淡水作为冷媒,以海水出口温度作为变频器输入信号改变海水流量,实现变频调速节能。
摘要：根据海船船员评估训练及船舶建造无人机舱(AUT0-1)的规范要求,在独立的船舶中央空调设备的基础上,应用计算机控制技术并结合可编程序控制器(PLC)、变频器、传感器、智能仪表等硬件,设计出既可在设备现场又可在集中控制室控制的船舶中央空调系统。结果表明,稳定性高,节能效果好,实现了监视、控制、管理三者合一的功能。
关键词：中央空调,组态,PLC,监控
参考文献
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