冰蓄冷系统在船舶上的应用展望

　　Prospect of using ice storage system on the ship

　　Abstract　Ｔhe paper introduce storage system's principles and sorts. By contrast with common aircondition system.Ｗe can draw the conclusion that coolingstorage system economize the run charge . According to the calculation, validateit. Ice storage system invest higher, pipe system is more complicated. In thelong time, ice storage system is save money. Ｗeadwise to use the ice storage system on the ship.

　　Keywords ship ice storage system save money

　　1.前言

　　近年来，冰蓄冷系统（又称蓄冰系统）作为一种新兴的制冷系统，在陆用空调中，发展得非常迅速。因其运行费用低廉，得到了广大用户的青睐。冰蓄冷系统首先是在国外发展和应用起来的,法国和新加坡起步最早，现在应用的也最为广泛。在国内，应用该系统的也日益增多。例如，大连的著名建筑-宏源大厦。空调制冷系统采用的就是冰蓄冷系统。

　　那么，何为冰蓄冷系统，它到底有什么显著的特点呢？冰蓄冷系统是制冷机在夜间作业，把冷量储存起来，白天再把冷量释放出来，系统中的蓄冷装置可以实现空调负荷的转移^[1]。白天是用电的高峰期，夜晚是用电的低谷期，因此，白天的电价比晚上的电价要高许多。冰蓄冷系统的工作时间，避过用电高峰期的白天，这样使得冰蓄冷系统与常规空调系统相比，大大的节省了运行的费用。冰蓄冷系统目前在船舶建造中尚没有应用。该系统有蓄冷的特性，船舶靠岸时，可以用陆上的电源代替船上发电机的电源来驱动空调系统进行制冷。陆上的电价比船上用发电机的发电的成本要低的多。因此，冰蓄冷系统完全可以应用在短途航行的船舶中（远距离航行的船舶，如应用冰蓄冷系统，蓄冰罐的体积会过大，在船舶的舱室中难以布置）。纬度较低的地区，应用该系统的时间会更长，而节约的费用也会更多。

　　本文将介绍蓄冷系统（冰蓄冷系统是蓄冷系统的一种形式）的原理分类和组成，选择冰蓄冷系统的原因，以及对冰蓄冷系统在短途航行船舶中的应用中节省费用的特点进行分析和阐述。并对冰蓄冷系统在船舶上应用的前景进行了展望。

　　2.蓄冰系统的分类

　　冰蓄冷系统是蓄冷系统的一种形式。如按所用的介质（是用来蓄冷的介质）的不同，可将蓄冷系统划分为三种主要的形式：蓄水系统，蓄冰系统，共晶盐系统。它们的特点见下表：

　　表１

　　从上表可以看出，储存相同的冷量，蓄冰系统所需的容积最小。同时，蓄冰系统具有操作简单、方便的特点。因此，如在船舶中应用蓄冷系统，建议采用蓄冰系统。

　　如果根据具体的蓄冰的形式进行划分，可将冰蓄冷系统分为以下几种形式：

　　（1）冰盘管式的系统

　　冰盘管式的系统以压缩机组作为制冷设备，利用制冷剂在钢质或铜质盘管内直接蒸发吸热，使盘管表面结冰。在融冰供冷时，将空调水系统的回水引入蓄冰槽中，使盘管的表面的冰融化，再送到空调系统负荷侧，使之形成循环。该系统的优点是管路简单，效率高，成本低，但维修的费用高，制冷剂的泄露的可能性大，而且结冰的厚度不易控制。

　　（2）完全冻结式系统

　　完全冻结式系统以乙二醇水溶液（25%的乙二醇和75%的水）通过塑料管将储水槽内的水完全冻结。制冰时，冷水机组出水温度降到0℃以下，通过盘管时将水冻成冰储存。由于在储水槽中水可以完全冻结成冰，所以所需的蓄冰槽体积小，系统的造价低存在二次换热，效率较低。

　　（3）冰球式系统

　　冰球式系统以乙二醇冷水机组作为制冷设备，从冷水机组出来的乙二醇水溶液流过冰球间隙，使球内的水溶液冻结成冰，该系统的储水槽布置灵活，具有完全冻结式的优点，使用于各种空调系统，在法国和台湾等地区得到了广泛的应用。冰球式系统由于结构简单，可靠性高，换热性能好等优点，已逐渐能成为冰系统发展的方向。

　　（4）共晶盐系统

　　共晶盐系统以空调系统中的冷水机组作为制冷设备，储冰槽中用来蓄冰的介质是变化而蓄存潜热。空调系统部分负荷运行或停止时，冷水机组将5℃的冷冻水通过储冰槽中的共晶盐冻结而蓄冷。共晶盐系统的最大的优点是节省电能，而且提高了制冷设备的使用效率，由于可蓄存潜热，所需蓄冷槽体积小。

　　根据蓄冷设备是否全部承担的建筑物负荷，冰蓄冷可以分为部分蓄冷系统和全部蓄冷系统。

　　3.推荐的船舶制冷冰蓄冷系统及流程

　　从以上的介绍和分析，我们可以看出冰球式系统优点较多，技术成熟，目前应用的也最为广泛。

　　本文推荐的系统就是完全蓄冷式的冰球式系统。原理简图如下：

　　
图1 冰蓄冷系统原理图

　　从上图可知：氟里昂制冷系统(应用的是岸上的电源)首先对乙二醇水溶液进行冷却（此时，1号截止阀和2号截止阀打开，3号、4号和5号截止阀关闭），降温后的乙二醇水溶液流经蓄冰罐，把冰球中的水冷冻成冰，这样冷量就被蓄存在蓄冰罐中。当房间需要制冷时，关闭1号截止阀和2号截止阀，打开3号和4号截止阀，冰球里的冰融化，释放出冷量，冷却乙二醇水溶液，乙二醇水溶液流经板式换热器时，把冷量传递给冷媒水。冷媒水经分水器输送到各个房间中的风机盘管，对空调房间进行冷却。然后，返回集水器，继续循环。当系统中的乙二醇水溶液不足时，打开5号截止阀，利用储液罐中的乙二醇水溶液，对其进行补充。

　　4.船舶上应用冰蓄冷系统的特点

　　１．当船舶停靠码头时，启用岸上的电源运转制冷机。把冷量储存在蓄冰罐里。不需要船上发电机发的电。船上应用冰蓄冷系统可以在船上限电的情况下，仍能供应部分冷量，提高了空调系统的可靠性。制冷机的耗电量在全船的总耗电量中占较大的份额，应用冰蓄冷系统，可以大大减少发电机的负荷，减少船舶上燃油的使用量和存储量，可以减少烟尘的排放量，减少了对环境的污染。

　　２．冰系统也带来了一定的问题。蓄冰系统要增加一些设备，如蓄冰罐、储液罐和两次换热需要的换热器及相应的管路系统。这样使系统更加复杂，给设计、施工及运行管理带来一定的难度，在船舶停靠的码头要安装相应的电源装置。蓄冷系统不节约能源，有时甚至比常规的空调消耗更多的能源，初投资也较高。

　　３．行费用较低，从长期来看来还是比较划算的。

　　在船上通常用柴油发电机进行发电。凭经验，一台柴油发电机在正常运行的情况下，每发一度电实际约需柴油0.2～0.3千克（我公司建造的35000吨油轮，所应用的发电机型号为7L23/30H，名义发电消耗为197g/kW.Hr（偏差为+5%）），柴油的密度约为0.8千克/升，每升柴油的价格约为3.5元/升。则可计算出在船上每发一度电约需0.8～1.3元。而，陆上电源的电费约为0.6元。

　　下面，我们以一艘航行于烟台和大连之间的客轮上装有2台功率为100KW的制冷机组为例，对应用冰蓄冷系统与常规的冷水机组系统的运行费用进行比较。

　　用柴油发电机提供动力的常规冷水机组系统

　　W=M/Ρ*Q

　　W 为每度电花费的钱数（单位为 元）

　　M 为每度电需用的柴油质量 （单位为 千克）

　　P为柴油的密度（单位为 千克/升）

　　Q 为柴油的价格（单位为 元/升）

　　式中，M取值为0.2，P取值为0.8，Q取值为3.5。把值代入上式，解得W为0.875，即，用柴油发电机发的电，每度成本为0.875元。与陆上的用电费用0.6元相比多花0.275元。该船制冷机组的功率为200KW，该机组每小时需耗电200度。则每小时多花的费用55元。以一年中用空调的时间为60天（一些低纬度的地区每年用空调的时间会更多，如我国广州和厦门之间的船只，夏季用空调的时间为四到五个月），每12小时，则可计算出，该船应用常规空调比应用冰蓄冷空调,每年至少要多花费39600元（以上是按M=0.2计算，如M=0.3,计算的结果会更大）。一艘船的应运周期按３０年计算，共可节约费用１１８.万元。由此可以看出，运用陆上的电源运行冰蓄冷空调，可以大大的节省运行的费用。

　　5.蓄冷系统的未来展望

　　 冰蓄冷系统是一个成熟完善的空调系统。在陆上的建筑中的得到了广泛的应用。在船舶上的应用，尚属于探索阶段。因其环保、节省运行费用的特点，必将在船舶建造中得到长足的发展和应用。

　　参考文献

　　 1．杜敬三．蓄冷装置在区域供冷系统中的应用．暖通空调．２００３．２－９７