《船舶冷庫節(jié)能優(yōu)化問題研究》13000字（論文）

船舶冷庫節(jié)能優(yōu)化問題研究摘要關于能源的話題是目前為止我國乃至全世界最熱門的話題，伴隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展、科技進步，人們生活的方方面面均對能源的需求量巨大，能源短缺將影響經(jīng)濟發(fā)展。就航運業(yè)來說，船舶使用能源的消耗量巨大，本文名為新節(jié)能技術在船舶冷庫制冷系統(tǒng)中的應用研究，旨在對船舶制冷系統(tǒng)中的冷庫進行詳細分析，進而提高船舶能源的使用率，對后續(xù)學者的研究有所啟發(fā)。本文將通過四部分進行展開：第一，指出現(xiàn)在制冷系統(tǒng)冷庫的現(xiàn)狀和節(jié)能的必要性；第二，對制冷系統(tǒng)進行概述，主要介紹制冷技術的應用、船舶的冷藏運輸技術、船舶常用的制冷方法；第三，再次對船舶冷庫進行詳細的介紹，其中包括冷庫的熱負荷、制冷裝置的制冷容量、冷庫的隔熱。第四，對船舶冷庫的節(jié)能方式進行展開，其中包括選擇節(jié)能效果好、保溫性能優(yōu)良的材質、使用紅外線技術對其進行溫度的監(jiān)控、對冷庫庫門進行節(jié)能的優(yōu)化以及開發(fā)能耗管理軟件對其進行系統(tǒng)的管理，進而科學的降低能耗；第五，對本文進行總結，指出本文研究中的不足之處，為后續(xù)的研究有所啟發(fā)。關鍵詞：船舶制冷系統(tǒng)；冷庫；節(jié)能方法目錄1977880012摘要 11988544317目錄 3176337558第一章緒論 11779044461.1研究背景2研究意義 1780406591第二章船舶制冷概述 216109427082.1制冷技術在船舶的應用 217877556272.2船舶的冷藏運輸 213651178122.3制冷方法 3366014528第三章船舶冷庫 512130070883.1船舶冷庫簡述 520084964843.2冷庫熱負荷和制冷裝置的制冷容量 519765684283.3冷庫的隔熱 919765684283.4冷庫的冷卻方式 10285046539第四章冷庫庫門節(jié)能優(yōu)化 1218886481634.1冷庫庫門存在的問題 125538892344.2冷庫庫門氣流流動特性 1220222297404.3冷庫庫門流場分析 1420222297404.4某冷庫空氣幕運行下能耗分析 16285046539第四章其他船舶冷庫的節(jié)能方法 1718886481635.1選擇節(jié)能效果好、保溫性能優(yōu)良材料 175538892345.2使用紅外線技術展開溫度監(jiān)控 1720222297405.3開發(fā)能耗管理軟件六章總結與不足 205263015826.1本文的總結 20655466816.2本文的不足 21942456914致謝 222131440303參考文獻 23PAGE5第一章緒論1.1選題背景目前全世界范圍內，能源緊張和環(huán)境破壞都成為新時代全球人類共同面對的考驗。根據(jù)相關資料顯示，現(xiàn)在全球二氧化碳排放量的增長率在百分之二左右，中國由于經(jīng)濟的高速發(fā)展，二氧化碳年均排放量增長率達到百分之六。在2010年全球二氧化碳排放量已經(jīng)增加至4000億噸，而中國的排放量為70億噸居全世界之首。今日的中國二氧化碳排放量依舊大幅度的提高，我國近年來不斷提出節(jié)能減排的相關政策，希望我國的能源消耗和排放可以快速下降。中國航運業(yè)在過去的幾十年中，相較公路系統(tǒng)、航空系統(tǒng)來說運輸體量小，1978年改革開放后，大宗貨物出口交易量大幅度增加，對于航運的需求也隨之提高，使用的船舶也不斷開始向空氣中排放大量溫室氣體、污染物，消耗大量的化石燃料。近年來，船舶節(jié)能減排的熱度不減，主要有船舶主機能量效率的提升、船舶電力化進程的加快等。目前為止，節(jié)能減排工作依舊處在初期階段，雖然目前國內已經(jīng)對船舶的節(jié)能減排有大量的投入，有了一定成效，但依舊存在著很大的進步空間。1.2選題意義船舶制冷裝置能量的消耗將縮短設備使用的時間，減少此次航運的經(jīng)濟性，這顯然難以符合我國對于綠色船舶要求發(fā)展，需要一種有效的手段提高船舶制冷系統(tǒng)冷庫的能源利用率。本文主要立足于船舶制冷系統(tǒng)冷庫的節(jié)能方法展開，目前，船舶制冷系統(tǒng)中的冷庫對于船員食物和生活環(huán)境的保障相當重要，對提高該系統(tǒng)能源使用率的研究近年來卻很少。本文將從制冷系統(tǒng)的原理出發(fā)，詳細分析冷庫的節(jié)能的幾種主要節(jié)能方式，進而給予冷庫制定一套科學、合理的船舶運輸節(jié)能減排的改進指標，減少冷庫的能量排放。

第二章船舶制冷概述2.1制冷技術在船舶上的應用制冷技術出現(xiàn)已經(jīng)上百年，制冷最早是用于保存食物和改變環(huán)境當中的溫度，但該技術不斷發(fā)展到現(xiàn)在，其使用已經(jīng)逐漸擴展到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥業(yè)等多方面，特別是對于工業(yè)和科學研究部門，更是舉足輕重。就目前的船舶來說，制冷技術逐漸獲得廣泛的使用，就現(xiàn)在的情況去看，主要使用在以下幾個方向：第一，對于多種商品和食物，可以起到冷鏈運輸?shù)男Ч?；第二，給予船舶工作人員和船上的其他人員保存必須的食物，進而使得他們有充足的食物；第三，設立船舶各種空間的空氣調節(jié)裝置；第四，給予水上作業(yè)的船只必要的制冷以及空調裝置。就目前的制冷技術去看，制冷裝置屬于船舶輔機的主要內容，但在科技高度發(fā)展的今天，起到了相當重要的作用，成為了現(xiàn)代船舶難以或缺的部分之一。2.2船舶的冷藏運輸就目前來說，航運對于內河、外海上的運輸都起到了舉足輕重的作用。船舶長時間運輸食物或者保存商品但是不影響其質量，需要改變如下幾個要點：第一，溫度因素。食物的主要構成是碳水、蛋白質和纖維等，在室溫或者高溫之下，短時間放置將會出現(xiàn)腐敗的情況。食物腐敗之后就不會被人體攝取進而造成不必要的浪費。然而，一旦將食物放置在低溫的環(huán)境當中，細菌等微生物的入侵以及繁殖就會大幅度的被抑制，從而延長食物的存放時間。就降低微生物的活性來說，溫度越低效果越好，但由于食品在長時間冷凍放置之后，細胞膜會被破壞，將難以變回原有狀態(tài)，同時，食物的構成不同，保存的手段也分為冷藏和冷凍兩種方式。第二，濕度因素。目前，空氣中的濕度也對食物的保存有著負面作用，濕度的提高將使得食物受潮進而導致微生物的大規(guī)模繁殖，濕度過低則會使得食物脫水而干癟、維生素被大肆破壞進而使得食物的質量降低。第三，通風因素。就目前來說，尤其是剛摘下的蔬果，這些將在運輸?shù)倪^程中不斷產(chǎn)生水分，為保障存儲空間中有正常的水分和氣體組成，同時控制空間中的各個區(qū)域內溫度分布較為平均，則需要不斷的展開通風，通風的具體情況則取決于需要根據(jù)船舶艙室的情況考量。2.3制冷方法當前，除去內河小型船舶以及近海少量漁船外，目前最新的船舶均使用機械降溫的手段。一般來說，機械制冷主要有四種方式：液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、熱電制冷以及渦流管道制冷。目前為止主要使用的手段是，借助液體汽化階段吸收熱量效應展現(xiàn)制冷的，例如：蒸汽式噴射、吸收式噴射均屬于液體汽化制冷。第一，吸收式噴射。在對液體汽化后，需要不間斷的吸取蒸汽裝置中的由于汽化產(chǎn)生的蒸汽，進而保持蒸發(fā)裝置當中壓力不變。壓縮式制冷使用壓縮裝置吸收蒸汽，然而吸收式制冷則借助物質展開吸收熱量。所以在吸收制冷裝置的過程中，最少需要使用兩種物質當做工質，二元溶液中蒸發(fā)溫度低下為降溫化學液劑，然而相同壓力下蒸發(fā)溫度高同時擁有很強的吸熱能力的另外一種液體為吸熱化學液劑。所以，吸收式制冷是借助溶液的特點去完成制冷循環(huán)的一種汽化制冷方式。當前使用在吸收式制冷設備中的液體，以氨—水溶液為主，吸收式則是以熱能為動力源，同時對熱量的要求較小，可以運用低位熱量，比如低壓熱水等。第二，蒸汽噴射式制冷。蒸汽噴射式制冷也為液體汽化制冷的一種，顧名思義，該裝置的制冷液體主要為水，由于水的冰點為0攝氏度，所以蒸發(fā)式噴射制冷只可以被用在空調制冷上。圖2-1蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)如上圖2-1，主輔噴射器的與發(fā)生器相連接，在高溫、高壓的氣體最先進入噴射裝置后，在噴嘴進口處導致高壓真空。比如蒸發(fā)的溫度為5攝氏度，對應的壓力為0.87kPa，以上過程為水在蒸發(fā)裝置內低壓環(huán)境下的汽化增加了條件。液態(tài)水汽化后吸收汽化的熱量，使其未汽化的水溫度減少。蒸汽噴射式制冷借助低位能源視為動力，借此為能源的整體使用開展了途徑，對廢熱、廢汽使用的場合特別合適。第三章船舶冷庫3.1船舶冷庫簡述船舶的冷庫包含著船舶伙食冷庫和船舶運輸冷藏貨物的冷藏空間。通常來說，船舶為解決船員生活的需求，幾乎所有都會設有伙食冷庫，該冷庫需要設置在廚房邊上，便于船上大廚進行加工再處理，同時盡可能遠離主機艙室減少熱量的進入。對于伙食冷庫當中，船員由于靠離港時間長，消耗食物量巨大，所以對于不同食物間儲存方式其冷藏的溫度和濕度均不相同使用分別儲存。目前來說，大、中型海船使用水產(chǎn)、肉類、蔬菜、蛋白和飲料分為五個冷庫，對沿?；蛘邇群哟袄m(xù)航力較小，基本根據(jù)溫度的不同分為高溫和低溫兩個大庫。伙食冷庫的實際庫存是依照每人每天的膳食標準和航行天數(shù)所計算的儲存量后進行確定的，基本上都為略高于該數(shù)字以防止船舶突發(fā)事件發(fā)生導致的不足。船舶的冷藏空間，可以視作使用運送容易腐敗食品的水上活動冷庫。船舶冷藏空間的技術標準是船舶冷藏貨物儲蓄、運輸?shù)年P鍵標準?；谝陨侠碚摚瑢τ诖袄洳乜臻g的實際結構，布局、制冷空間的配置及裝配好的裝置均有大量的規(guī)定。3.2冷庫熱負荷和制冷裝置的制冷容量為了使得船舶制冷系統(tǒng)保障冷庫的運作和保持冷庫需要的低溫，必須從冷庫中將熱量排出，但在規(guī)定時間內排出的熱量，研究人員將其稱為冷庫的熱負荷。但是，船舶冷庫的熱負荷與周遭環(huán)境的實際溫度、冷庫導熱性以及貨物的導熱性間存在的諸多關系，這是選擇裝置以及其他設備的主要理由。目前為止，冷庫的熱負荷包括以下幾個種類的熱量：滲入熱量全部隔熱結構進入冷藏貨柜熱量的數(shù)量和，就稱作冷藏柜的滲入熱量。該熱量是因為溫度差異導致的，該計算公式為：Q在上等式中：QF表示的是表面進入的熱量數(shù)據(jù)，WK表示的是隔熱結構傳熱的參數(shù)，WmΔt表示的是隔熱結構內外表面的溫度差值，°C；F表示的是隔熱結構外表面積，m2就現(xiàn)在而言，對中間有隔間的冷藏的艙室，存在著空隙，屬于線性熱量傳導，計算公式如下：Q在上等式中：L表示的是隔熱片結構外端長度，m;Kl表示的是線路的傳熱數(shù)據(jù)，WΔt表示的是隔熱結構內外表面的溫度差值，°C。就目前的船舶冷庫，建議使用;Q在上等式中：Q1表示的是進入的熱量，W1.2表示的是裕度系數(shù)，不含有因次;物品熱對于物品來說，主要包含著食物和其外包裝，物品熱的主要表達形式如下;Q在上等式中：G表示的是進入貨艙的物品重量，kg;c1表示的是物品凍結之前的比熱容，kJc2表示的是物品凍結之后的比熱容，kJΔt1表示的是貨物進入艙室內的溫度和冰點溫度之間的差，Δt2表示的是貨物冰點和艙室溫度的差值，z表示的是船舶需要降低溫度所消耗的時間，?；t表示的是貨物凝固潛熱，kJkg對于上述的幾個元素來說，降溫時間對貨物熱的影響最明顯，一般需要根據(jù)船舶制造階段提出，同時沒有硬性標準，通常的時間都是4天上下。在船舶之上，多數(shù)階段裝載船舶的冷凍貨物已經(jīng)在岸上的冷庫展開凍結，在裝置船舶之前進行運輸、拆卸的階段，只是船舶的溫度有明顯的提高，在船舶上將不會有凍結的階段，那么，Q2Q在上等式中：t1表示的是進入貨艙階段的溫度，°Ct2表示的是冷庫內部的溫度，z表示的是減少溫度的時間，?。換氣熱換氣熱，顧名思義就是氣體置換到外部所產(chǎn)生的的熱量，具體的計算公式如下：Q在上等式中：γa表示的是正常情況下的空氣的平均重量，γa=1.3V1表示的是船舶艙室內的換氣量，m?1表示的是冷艙外部的空氣焓值，kJ?2表示的是冷艙內部的空氣焓值，kJ對于運輸貨物的低溫艙室而言，以上熱負荷并未完全存在，但伙食冷庫由于打開閥門由外部進入氣體量，可以根據(jù)艙室的具體容量和開門的瞬間展開計算。換氣熱量很難精準的去計算，一般使用冷庫全部熱量的十分之一上下。呼吸熱由于各種食物在搬上船舶之后依舊存在著活性，特別是船上的蔬菜和水果，呼吸熱不相同，所以每種貨物之間保存的溫度也不相同，通常來說，隨著溫度的提升，呼吸作用將會逐漸提高，所能釋放出的熱量也不斷提高，其計算的公式如下：Q在上等式中：G表示的是倉庫內新鮮貨物的重量，kg;e表示的是新鮮貨物每天每噸產(chǎn)生的呼吸熱，kJ(t?day)操作熱操作熱通常包含著照明產(chǎn)生的熱量，循環(huán)風力發(fā)動機的動力產(chǎn)生的熱量和進入冷庫當中的船員產(chǎn)生的熱量。一般來說，操作熱在冷庫總熱負荷當中所占的比例較小，所以對于該熱量的研究較少。然而，在展開執(zhí)行運輸工作的冷藏船舶，在貨物裝載完畢之后，對冷艙進行閉合，同時不能打開燈，所以照明熱可以忽略。在不是搬運蔬果的階段，檢查人員可以直接進入冷庫檢查，運輸階段中沒有工作人員進入貨艙，因此，船員發(fā)出的熱量也可以視作為零。風力降溫的循環(huán)風機的動力熱可以在冷艙中展開拓展，所以屬于冷艙熱負荷，所以，根據(jù)上述分析可以知道，操作熱只是單一的風機動力熱量，如下：Q在上等式中：U表示的是電機正常運作下的電壓，V;I表示的是電機正常工作情況下的電流，A。根據(jù)以上五個算式，我們可以得知，冷庫的總熱負荷如下：Q=Q根據(jù)本節(jié)的討論，在這里需要表明的是，目前就多種使用途徑去看，裝置的熱量負荷并非均為上述熱量進行構成。我們已經(jīng)知道冷庫的總熱負荷為Q，則制冷設備的制冷產(chǎn)量與之相同。但是由于工作情況的變化，制冷設備的制冷量產(chǎn)生數(shù)量不同，因此，需要按照工況去確立制冷設備當中的制冷量。保持制冷裝置的工作情況，以上是船舶冷庫大多數(shù)時間下船舶運行的情況，在該種情況之下，物品以及艙室的溫度已經(jīng)到達規(guī)定的范圍當中，冷庫的熱負荷是滲入熱量Q1、換氣熱Q3、呼吸熱Q4Q在上等式中：Q3+τ表示的是制冷裝置運行的時間，h，一般取值為18上下。回冷工況，這是因為貨物進艙后的很長時間所需要的工作情況，在上述情況之下，主要運用入庫貨物的溫度減少到保持工作情之下的庫房溫度，所以在保持工作情況下的各種熱量之外，還需要增加貨物熱量Q2。Q回冷工作情況比維持工作情況所需要需要消耗的能量更大，因此，制冷設備的總制冷量需要按照回冷工況來進行展開。此外，還需要將維修時間和蒸發(fā)裝置容霜時間計入考慮，所以，目前為止，制冷裝置的總制冷量如下：Q0=1.2?在上等式中：QA表示的是回冷工況需要的制冷量，kJ3.3冷庫的隔熱冷庫可以建設和保持指定的溫度，不但需要制冷設備不間斷的從冷庫吸取熱量，同時還需要使用有效的手段才能最大概率的防護有可能導致的外部熱量進入冷庫中。從四周環(huán)境中向著低溫冷庫進入的熱量，在制冷階段被叫做冷消耗，溫差將會導致熱量的傳輸。所以，完全避免熱量損失是不可能存在的。然而借助冷庫進行隔熱，能夠有效的減少熱量損失，就好像我們日常生活中使用的熱水瓶、暖水杯。優(yōu)良的隔熱可以降低船舶的實際能耗，增加冷藏運輸?shù)膶嶋H經(jīng)濟性，通常隔熱需有的構造為：最小的價格、選取合適的隔熱材料，可以長期保持隔熱效果的隔熱結構。1.隔熱材料冷庫理想的隔熱材料需要有以下的特點：第一，導熱系數(shù)較小，密度也小，吸水能力差，低溫時性能保持良好，耐火性強，難以自燃，不容易腐敗、耐用、機械強度較高，不含毒性且價格低廉。但是需要指出的是能完全滿足以上特性的材料，以目前為止科學手段尚未存在，所以需要根據(jù)不同船型的現(xiàn)實情況進行綜合考慮，船舶冷庫可以使用的隔熱材料有很多，當前使用的隔熱材料主要有泡沫塑料、特質的木材和纖維等。隔熱結構因為船舶船體的結構有很多，且縱橫交錯，均為金屬材質，所以熱導性良好，該結構很容易導致短路傳熱，所以在隔熱結構的實際形態(tài)是取決于船舶隔熱性能好壞的主要原因。目前為止，船舶冷庫的隔熱結構需要滿足以下幾點條件：第一，最大可能的減少結構中的熱橋，進而防止外部熱量快速的進入冷庫中，繼而降低艙內滲入的熱量；第二，隔熱結構中必須要有滿足的強度，進而防護船舶受到風浪波動、所產(chǎn)生的橫搖和縱搖，貨物拆卸時的碰撞進而導致隔熱層的斷裂。第三，隔熱裝置在隔熱層中需要長期填滿。干燥、不變的空氣熱阻將巨大，然而一旦隔斷層當中有很大的空間，空氣將產(chǎn)生對熱熱量轉換，進而使得隔熱性能減少。所以，隔熱材質需要連續(xù)裝填在隔熱層當中。第四，隔熱結構必須裝設有放水防潮的隔板。材料的隔熱能力主要借助將空氣分隔在材料中的進而造成熱阻的擴大，但因為材料中將會有很多小型孔洞的存在，隔熱材料容易吸水進而受潮，材料受潮后將會容易腐蝕，同時導熱系數(shù)也會不斷增加，一旦溫度低于0℃時，材料當中的水分逐漸結冰，熱阻不斷降低，所以結冰膨脹將使隔熱結構受到大規(guī)模的破損。所以，隔熱材料表面需要設定不透氣的防潮層，進而保證隔熱性能的長期耐久使用。3.4冷庫的冷卻方式目前來說，制冷裝置有很多，船舶上冷庫的冷卻方式也是涇渭分明，目前船舶的冷卻方式有：直接冷卻式、間接冷卻式和冷風冷卻式。第一，直接冷卻式是制冷劑展開節(jié)流后，直接導入分布在冷庫中的蒸發(fā)盤管內進行蒸發(fā)，從冷庫當中吸收熱量使得庫溫降低。目前來說，直接冷卻式裝置構造簡單容易管理，能量損失較小，裝置效率高，但因為對冷庫的冷卻是依靠庫當中的空氣自然對流展開換熱的，所以蒸發(fā)管道的熱傳導較差，對于大型、中型冷庫來說，需要布置很多蒸發(fā)管道，這樣管路長、消耗的材料多、沖冷劑量多，管路容易受到損害。一旦管路損害后，檢測較為困難，同時冷劑將會污染貨物。因為存在著以上的不足，所以直接冷卻式一般被使用在船舶上的食品冷庫，但就艙容大的冷藏艙室中卻使用的很少。第二，間接冷卻式，該裝置使用是鹽水作為吸收熱量的實際介質，首先制冷劑在蒸發(fā)裝置中逐漸蒸發(fā)，使得鹽水降低為低溫液體，接著油泵將其傳送到冷庫中的各個鹽水冷卻管道，該液體從冷庫當中吸取熱量，再次返回蒸發(fā)裝置中進行二次降溫，如此反復使得冷庫的溫度切實的下降。間接冷卻有著蓄冷能力大的優(yōu)點，即使在壓縮裝置停止工作后，鹽水泵依舊會繼續(xù)完成工作，冷庫可以持久保持溫度低下，間接冷卻可以使用一套完整的制冷裝置，適合使用在多種冷庫溫度的要求下，借助鹽水溫度或者流量的管控可以改變庫當中的濕度；間接冷卻制冷劑循環(huán)管路當中，因為操作和管理較為便利，充冷劑量較小，可以使用價格更低的氨氣作為制冷劑，進而保證不污染船舶上的貨物。雖然有著優(yōu)點，但該裝置同時也存在著復雜而笨重這一缺點，間接冷卻式可對此我們通常使用雙級壓縮制冷替代，但又使得初期建設的成本提高，系統(tǒng)更加復雜，這就限制了其在船舶上的使用，所以在后續(xù)的研究當中將會被冷風冷卻時進行取代。第三，冷風冷卻式。目前，冷風冷卻或是借助循環(huán)風機使冷庫中的空氣強制途徑空氣冷卻裝置，對冷庫產(chǎn)生降溫的手段。以上冷卻手段因使用制冷裝置系統(tǒng)的區(qū)別可分為直接時冷風冷卻裝置和間接式冷風冷卻裝置兩種。對于現(xiàn)在空氣的冷卻:直接式使用的是直接蒸發(fā)空氣冷卻裝置，也被稱作冷風機，第二個設備使用的是間接空氣冷卻裝置，就是使用冷卻裝置內借助低溫鹽水，所以將其稱為空氣盤管。冷風冷卻，因為擁有著換熱效率高、冷庫降溫速度快、冷庫中溫度分布勻稱、裝置自重小、便于安裝和管理、自動化程度搞等多種有點，所以目前新型船舶使用的均為冷風冷卻式。

第四章船舶冷庫庫門節(jié)能優(yōu)化通過前三章的分析，我們主要知道船舶制冷技術的實際應用、船舶冷藏的實際方法以及船舶冷庫的具體制冷方式，在本章當中，我們將從冷庫庫門的角度出發(fā)，對其進行數(shù)據(jù)分析，旨在探討提高冷庫的能源使用率。4.1冷庫庫門存在的問題因為冷庫內外存在很大的溫差，所以在庫門處將會產(chǎn)生很強的冷熱、濕度交換，使得冷庫庫門上端以及周邊出現(xiàn)不同強度的結霜、露珠，類似于日常生活當中使用的冰箱中的霜塊。需要及時的進行清理，一旦墻體因長期的霜凍受到腐蝕，會有大片的墻面發(fā)生脫落，較為嚴重的地方甚至將破壞墻體實際保溫功能，此外因為濕度過大還會損壞庫門，使得運作環(huán)境較為惡劣，最重要的是提高冷庫熱負荷，增加了制冷裝置的實際負載，公司的成本將進一步提高。雖然部分庫房門口設置了空氣幕布，但截止目前效果依舊不是特別滿意。在目前使用的冷庫制造標準中，尚未對空氣幕流量、流速等方面的嚴格規(guī)定，所以一般設計人員或隨便選型，或使用普通的空氣幕的計算方式。但是因為冷庫庫門的溫差巨大，庫房當中均為封閉性空間，借助通?？諝饽坏挠嬎惴绞?，則會出現(xiàn)很大的誤差。4.2冷庫庫門氣流流動特性當前在沒有空氣幕布進行運作階段，在門口氣流流動主要受到兩個原因影響：第一是空氣庫內外由于溫度差導致的熱壓差造成的空氣對流，二是由于庫內外風力所造成的熱量交換。因為庫房內外溫度差較大，所以庫房內外必然存在很大的熱壓差。目前使用的庫房均為封閉性庫房，那就是除庫門外，沒有其他的空氣流動通道，哪怕在使用空氣流動通道，也通常處于閉合的階段，因為庫房內外氣壓差很小，所以空氣可以被視作不可壓流體，將會導致庫房口氣體的快速流動。因為是封閉環(huán)境，所以中和面將位于庫房門的一半出，熱壓差值的分布如下圖4-1。圖4.1熱壓分布圖在中和面上，室外熱空氣從外部向內部產(chǎn)生對流，中和面之下，冷空氣向著室內逐漸向室外運動。目前按照室外最高部以及外墻壁為x，y兩軸開始建立直角坐標系，例如上圖所表示的，假設目前中和面的壓力為P0P在上等式中：P1表示的是x斷面的室外壓力，Pag表示的重力加速度;ρw表示的是溫度為tw的室外空氣密度，H表示的是庫門高度，m。P在上等式中：P2表示的是x斷面的室內壓力，Pag表示的重力加速度;ρN表示的是溫度為tw的室外空氣密度，目前為止，在x斷面為止的室內外外壓差為：Δ==g(借助流體力學的相關原理，根據(jù)壓強差將會發(fā)生的流動速度為：ΔP=在上等式中：ρ表示的是流動空氣的密度，中和面以上為ρw，中和面以下為ρξ表示的是門洞阻力參數(shù);vy表示的是x斷面y聯(lián)合以上等式之后，得出以下結論：g那么v4.3冷庫庫門流場分析目前，因為z方向上的流動變動微小，對于其的影響可以忽略，在這里主要討論庫門二維流場，借助流函數(shù)相關的概念，在本模型中將對于空氣流動的影響進行忽略。借助函數(shù)的相關概念，如下：φ因為在冷庫出口的位置的x方向流動速度為vx將與0保持相等，所以上等式可以逐漸簡化為φ基于以上等式，可以計算出平面射流在基本段的流函數(shù)為：φ2=在上等式當中：v0表示的是空氣幕的出口速度，a表示的是吹風口流體參數(shù);b0α表示的是空氣幕出口軸線和x軸兩者之間的夾角。由于在該區(qū)域，氣體難以壓縮，因此，可以將平面射流視為勢流，借助流場增加的相關原理，以上兩股氣流相加之后的流函數(shù)見下等式：φ=φ1就以上等式而言，在二維平面流場當中，流體被視作難以壓縮的，所以需要添加流函數(shù)存在的必要等式：?因此需要首先確定φ的存在，為了簡便計算，假設：A=C=cosD=tgF=3以上等式可以變?yōu)橐韵拢害?A對以上等式展開求導可得以下：??按照以上的計算結果可得：?2φ所以流函數(shù)φ存在。圖4.2庫門流場設計圖為了安裝和使用方便，為避免庫房管理人員被低溫狀態(tài)的風吹，大多數(shù)冷庫都采用外墻上吹式空氣幕，由于將室內外空氣看作不可壓縮流體，則室內進入了多少體積的熱空氣，就會流出多少體積的冷空氣，故只要將熱空氣擋在室外，即可達到不讓室內冷空氣流出的目的，從而改善庫門內外冷熱空氣交換的程度。所以在x=0時，y=0;x=H2時，y=04.4某冷庫空氣幕運行下能耗分析在本文選取一個具體冷庫運行階段展開能耗分析，目前選取的是庫內溫度為-15攝氏度的低溫庫，相對的濕度為φ=80%，所獲取的環(huán)境溫度為35攝氏度，相對濕度為75%，目前冷庫庫門的寬度為2.5米，高度則為3米。在沒有空氣幕時：在室內溫度為35攝氏度，相對濕度為75%時:ρ在室外溫度為-15攝氏度，相對濕度為80%時：ρ無空氣幕時可得：Q對空氣幕進行改進之后：Q計算后可得，目前熱空氣滲透量明顯降低，因為改進之后空氣幕功率雖然增加，但幅度不大，所以每天消耗的電能可以被忽略，所以最后獲取的空氣幕相對比沒有優(yōu)化的情況可以節(jié)能約40%上下。一般的冷庫因為空氣幕設置不當或者不合理，進而致使冷庫庫房吊頂結霜或者墻體被大規(guī)模破壞，對其進行分析主要包含庫門的流動因素，對其建設空氣幕存在情況下的空氣滲透量方程，通過大量的運算計算出空氣幕的空氣滲透量，對進行的空氣幕展開了結構數(shù)據(jù)和運行條件的改良，

第五章其他船舶冷庫的節(jié)能方法前面詳細研究冷庫庫門改進對于降低能源消耗的具體數(shù)據(jù)，同時還有著其他多種船舶冷庫節(jié)能方法，如下：5.1選擇節(jié)能效果好、保溫性能優(yōu)良材料對于冷庫來說，需要借鑒陸上冷庫的保存方式，進而提高船舶冷庫能源使用率，降低能源消耗。一般情況下，冷庫在使用過程中的跑冷量和單位熱流量間形成正比。但在有效減少冷庫圍構造中的單位熱流量的方法主要有兩種：一種是選擇和使用熱導率較低的保溫材質，第二是促進保溫層厚度的大幅度增加。在船上是難以兼顧的，首先如果保溫層厚度不斷提高，將會占用船舶過多空間或壓縮食物放置空間，這對船舶來說，并非一種很好的解決方式，而使用非常熱導率低下的保溫材料，將會提高船舶制造成本，船廠造船預算有限，未必可以接受制造成本大幅度增加，所以有關人員需要選取適當厚度、節(jié)能效果良好，保溫性能高的優(yōu)良材料，如聚苯乙烯。5.2使用紅外線技術展開溫度監(jiān)控船舶上的冷庫中還能使用紅外線技術，對冷庫中的溫度和相對濕度進行實時監(jiān)控，進而保障冷庫在能源方面的損耗可以被隨時監(jiān)控，該方式將有效減少冷庫在能源方面的損耗，除此以外，要使用全球最新的制冷技術，對具體的設計方案進行不斷改進。在一些高端的船舶或新建的船舶可對于目前為止的五種冷庫分布方式再次進行細分，在改進后，冷庫的在能源方面將會明顯降低，所以可以有效滿足國家對于節(jié)能減排的需求，同時提高公司的盈利能力。現(xiàn)在，國家已經(jīng)對國內貿易行業(yè)提出冷庫節(jié)能運行技術規(guī)范的標準，該標準主要對冷庫能源管理裝置、冷庫建筑節(jié)能要求、制冷裝置和制冷裝備運行的節(jié)能操作等角度增加更具體的規(guī)范。5.3開發(fā)能耗管理軟件冷庫耗電量大，而一般規(guī)模的冷庫都是由不同的制冷機組同時供冷，以滿足冷庫冷量的需求，這就造成了能耗管理的混亂，很難統(tǒng)計出單個機組的能耗現(xiàn)狀及運行狀況，本軟件選取自王貴強設計的能耗管理軟件開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是為冷庫能耗管理開發(fā)的在線監(jiān)測和能耗分析軟件，軟件采用模塊化設計，其主要功能模塊有:數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、報表打印模塊、用戶管理模塊、歷史記錄查詢模塊等。通常一個整套的工業(yè)流程測控應用軟件需要包含人機界面、圖形界面、控制策略報表輸出、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、通訊功能、報警功能和在線幫助等多個功能模塊。在本文中使用的冷庫系統(tǒng)節(jié)能控制軟件也是如此，對于該軟件開發(fā)有著相當重要作用，首先需要對報警功能進行測試，一旦出現(xiàn)能耗過大、高于平均值的情況需要顯示不同報警信息，而在線幫助需要和船舶內網(wǎng)相連接。進而在冷庫故障時可盡快的獲取岸站人員的快速幫助。人機界面是工業(yè)工程當中測控使用裝置的重要組成元素，借助CRT以及鍵盤、鼠標和其他裝置，進而完成人機對話的相關功能，實現(xiàn)操縱對象對測控裝置的整體操縱和干預。借助運用菜單和帶有標識的按鍵，供給簡潔同時易于使用的用戶操縱。如果預算充足可以使用觸控屏替代鍵盤等多種輸入裝置，供給最便捷的用戶操縱方式。目前圖形界面是工業(yè)階段中使用軟件的主要階段，該階段內容大量，通常包含測控軟件整體顯示、工藝流程圖繪制、分組畫面展現(xiàn)、實時趨勢圖顯示、過程監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示及警報等。全部的畫面均按照視頻的形式體現(xiàn)，畫面顯示的數(shù)據(jù)樣式將模擬顯示游標盤進而符合操縱人員的具體習慣。例如在CRT裝置模擬儀表的具體數(shù)據(jù)、畫面和聲音警報等?？刂撇呗钥梢越忉尀閷κ占畔⒌募庸るA段，其中包括數(shù)據(jù)的輸入輸出、計算數(shù)據(jù)的控制、數(shù)據(jù)的再處理等。通常來說，組態(tài)軟件可被供給為PID、模糊控制算法等多種模式可以被用戶完全使用。截止目前，工業(yè)流程控制運用的軟件額外功能是報表輸出，工業(yè)階段中的測試階段需要供給相當豐富的報表，其中包含著表格的設計。報表可以從現(xiàn)實數(shù)據(jù)或以前收集的數(shù)據(jù)中獲取需要的相關數(shù)據(jù)，再展開統(tǒng)計整理，借助格式進行存儲和打印。數(shù)據(jù)庫的部分則是裝置運行階段測控裝置使用的前提。裝置運行的有關數(shù)據(jù)、展現(xiàn)被控制的特點和控制裝置階段等階段的數(shù)據(jù)等同時被放置在數(shù)據(jù)庫當中。所以，實時數(shù)據(jù)庫是工業(yè)階段中控制軟件的主要組成部分。該裝置的安全性關系到裝置的可靠性，需要將其放在十分重要的位置。對于一個長期運轉的工業(yè)階段測控使用軟件去看，難以將全部的時間獲取的數(shù)據(jù)存放在設實時的數(shù)據(jù)庫中，這樣是沒有必要的，同樣也是不可能實現(xiàn)的。這樣就需要將內存中的數(shù)據(jù)轉儲到外存的歷史數(shù)據(jù)庫中。歷史數(shù)據(jù)庫的每一項值實際上是設備在預定時間內(比如一秒鐘)采集值的平均，或者是采集的最新值。在事后數(shù)據(jù)處理中，處理程序從歷史數(shù)據(jù)庫中取出相應時間段的變量數(shù)據(jù)，再通過設定各項參數(shù)進行各種統(tǒng)計處理。伴隨著控制裝置的日漸復雜和集散控制裝置的快速發(fā)展，通信裝置的功能將會越來越關鍵，現(xiàn)場單元和控制層大多使用現(xiàn)場總線網(wǎng)為主要的方式，如PROFIBUS、CAN、FF總線等。目前軟件開發(fā)平臺有很多，例如在王賀的文章中就使用了VB開發(fā)的手段，介紹軟件的功能，數(shù)據(jù)采集等手段。目前，很多船舶的硬件已經(jīng)無法變化，對于軟件的改進也會有效提高冷庫的能源使用率?，F(xiàn)在已經(jīng)有不少船舶使用該手段。

第六章總結與不足6.1本文的總結近年來，隨著改革開放進程的不斷加快與深入擴大，我國的社會經(jīng)濟發(fā)展獲得了更加廣闊的空間，同時能源方面的消耗每年都在以直線速度上升，發(fā)展與能源之間的矛盾越來越明顯。冷庫作為船舶上的一種必備空間，在全船總能源的消耗中所占的比例都非常高，降低船舶制冷裝置冷庫實際能耗可以有效降低船舶的能源消耗。因此，必須對冷庫進行一定的節(jié)能設計與改進，提高能源使用效率不僅要從硬件的角度出發(fā)，也要從軟件的角度出發(fā)。通過采用各種有效的措施以來此最大限度的節(jié)省能源方面的消耗，如使用紅外線技術展開溫度監(jiān)控、對冷庫庫門展開節(jié)能優(yōu)化、開發(fā)能耗管理軟件以及多選擇一些節(jié)能效果好、保溫性能高的優(yōu)質材料等。目前，選取節(jié)能效果效果好的材料以及使用紅外線技術展開溫度控制難以給出準確的節(jié)能效果數(shù)據(jù)，但幾乎所有船舶都適用，希望接下來的研究中可以有所突破。對于剩下兩種方法則有很多學者展開建模和仿真試驗，當前有不少投入使用，對于冷庫庫門來說，所有船舶均可有效使用，借助相關文獻的計算，其節(jié)能效果應該是40%上下，而能耗管理軟件則在大型現(xiàn)代船舶上應用前景較好，由于近海船舶消耗能量少，該系統(tǒng)開發(fā)需要一定的成本，所以目前尚未鋪開使用，但借助該軟件，即使在硬件不優(yōu)化的情況下依舊可以獲取20%的節(jié)能效果。基于本文的研究，目前為止，需要不斷優(yōu)化冷庫庫門，這是目前來說效果最為明顯的一種方式。表6.1幾種冷庫節(jié)能方式對比節(jié)能方式主要手段節(jié)能效果適用環(huán)境選擇節(jié)能效果好的材料選擇和使用熱導率較低的保溫材質和增加保溫層厚度—所有船舶使用紅外線技術展開溫度監(jiān)控對冷庫使用紅外線技術，對溫濕度進行實時監(jiān)控—所有船舶冷庫庫門優(yōu)化使用空氣幕進行運用條件改良40%所有船舶開發(fā)能耗管理軟件適用計算機進行軟件開發(fā)，借助收集的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果進行優(yōu)化20%大型現(xiàn)代船舶，小型船舶難實現(xiàn)6.2本文的不足目前冷庫制冷裝置在實際運行過程中較為復雜，節(jié)能手段和措施也需要根據(jù)實際情況進行判斷，所以不同船舶間節(jié)能手段和措施也不盡相同，目前全球學者對于冷庫的研究較少，通用性也不高，雖然筆者閱讀大量資料，但本文依舊存在著以下不足：第一，由于筆者能力不足，無法進行仿真實驗展開數(shù)據(jù)對比，只能借助文獻進行粗略判斷，未對具體情況進行理論分析和優(yōu)化，希望在下一步過程中增加試驗，并對有關數(shù)據(jù)進行建模；第二，由于新冠肺炎的影響，筆者未能到船舶上實習，不能實際觀察制冷系統(tǒng)冷庫的現(xiàn)狀，只能借助網(wǎng)上的視頻進行觀察，對冷庫的了解不足，所以本文較為理論化，缺乏與實際的結合，希望疫情解封后可以現(xiàn)場觀察冷庫庫房結霜的情況進而完善本文的論述。參考文獻[1]劉繼海,肖金超,魏三喜,等.綠色船舶的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析[D].船舶工程,2016,38(S2):33-37.[2]王績宏,俞國春.關于推進綠色造船技術的建設與思考[J].技術與市場，2018,25(12):177.[3]富貴根、費千類.船舶輔機.大連海事大學出版社.152-186.[4]盧士勛.船舶冷庫、冷艙制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度調節(jié)及其蒸發(fā)壓力調節(jié)閥的應用[J].上海海運學院學報,1983(04):23-32.[5]單海校.船舶冷庫技術的發(fā)展探討[J].工程技術，2011(22):22-58.[6]陳立軍.船舶輔機(輪機管理專業(yè)).人民交通出版社.2005.08.[7]TOMASEKM.AnalysisofDomesticRefrigeratorCyclewithanEjector[J].ASHRAETransactions,1994(45):1431-1438.[8]WANGX.ExperimentalInvestigationonTwo-PhaseDriveEjectorPe