《船舶机舱自动化》-5-8 船舶中央空调装置控制系统

2025/11/281一、概述

1.对船舶空调的要求船舶空调装置应能在规定的舱外空气设计参数下，使室内空气条件符合以下要求。

(1)温度我国船舶空调舱室设计标准是：冬季室温为19～22℃；夏季室温为24～28℃；室内各处温差不超过3～5℃；夏季室内外温差不超过6～10℃。

(2)湿度

人对空气的湿度在30％～70％的范围内人都不会感到不适。但如果湿度太低，人呼吸时会因失水过多而感到口干舌燥；而湿度太高，则汗液难以蒸发，也不舒服。夏季室内湿度一般控制在40％～50％；冬季室内湿度以30％～40％为宜，以便减少送风加湿量，防止靠外界的舱壁结露。(3)清新程度指空气清洁(少含粉尘和有害气体)和新鲜(有足够的含氧量)的程度。如果只从满足人呼吸对氧气的需要出发，新鲜空气的最低供给量每人2.4m3／h即可；然而要使空气中二氧化碳、烟气等有害气体的浓度在允许的程度以下，则新风量就需达到每人30～50m3／h。2025/11/282(4)气流速度在室内的活动区域，要求空气能有轻微的流动，以使室内温、湿度均匀和人不感到气闷。室内气流速度以0.15～0.20m／s为宜，最大不超过0.35m／s，否则人会感到不舒适。距室内空调出风口1m处测试的噪声应不大于55～60dB(A)。我国所定的远洋船舶空调设计的舱外条件冬季为-18℃，相对湿度80％；夏季为+35℃，湿球温度28℃(约相当于相对湿度70％)。

2025/11/2832.船舶空调装置概况船舶空调装置一般都是将空气经过集中处理再分送到各个舱室，这样的空调装置称为集中式或中央空调装置。有的船舶空调装置还能将集中处理后送往各舱室的空气进行分区处理或舱室单独处理，称为半集中式空调装置。只有某些特殊舱室，例如机舱集中控制室，才单独设专用的空气调节器，称为独立式空调装置。2025/11/284集中式空调装置：通风机7由吸口6吸外界空气(称为新风)，同时也从通走廊的吸口4吸入一部分空气(称为回风)，二者混合后在中央空调器1中经过过滤，然后加热、加湿，或冷却、除湿，以达到一定的温度和湿度，最后通过若干并列的主风管2，再经各支风管分送到各舱室的布风器3，实现对舱室送风。在气候适宜时，则可采用单纯通风(关闭回风口)，使新风只经过过滤就送入各个舱室，以保持室内空气清新。而舱室中的空气则通过房门下部的格栅流入走廊，部分作为回风，其余排往舷外。在非空调舱室(厕所、浴室、配餐室等)、公共活动舱室和病房，以及某些较大客船的走廊都设有抽风口，由排风机经排风系统从高处排至舷外。这样，由于非空调舱室中形成一定的负压，空调舱室的空气就会自动流入，使非空调舱室也能得到一定的空调效果，并避免这些舱室的不良气味散发到其它舱室。2025/11/285

3.集中式空气调节器

集中式空调器是对空气集中加工处理的设备。空调器室在货船上，空调器室通常位于甲板上，客船因空调器室较多，所以分布在全船各处。2025/11/2862025/11/2874．空气的冷却和除湿（制冷工况）一般当外界气温高于+25℃时，就应使空调装置按降温工况运行。空气的降温和除湿在空调器中是由空气冷却器和挡水器来完成。当空气冷却器冷却表面的温度低于空气的露点时，接近管壁的空气就会结露，冷却工质的温度越低，冷却器对空气的除湿效果就越好。但对空调冷却器来说，为了避免冷却器壁面结霜，妨碍空气的流动，壁面的冷却温度又不能低于0℃。当空调冷却器采用间接冷却方式时，冷媒水(淡水)的温度一般都保持在+4～+7℃，最低也不得低于+2～+3℃，以防冷媒水冻结，当采用直接冷却方式时，则制冷剂的蒸发温度就需保持在-2～3℃以上。冷却器壁面结露所产生的凝水沿管外肋片下流，汇集在底部集水盘中，然后沿泄水管泄出，为了避免空气从集水盘水面以上的空隙旁通流过，在集水盘上还设有挡板。在挡板的底部开有几个小孔，让水流通，当盘内水面高于小孔时，即可阻止空气旁通。泄水管出口设有U形水封管或浮子阀，用以防止非降温工况时空气由此漏泄。2025/11/288空气冷却器的迎面风速(冷却器盘管间的风速)约为2～3米／秒。为了防止凝水被气流携入舱室，在冷却器后面还设有挡水器。挡水器一般采用曲板式，它由许多薄钢片做成的除水曲板组成，当空气流过除水曲板的曲折缝隙时，因气流方向不断改变，气流中所携带的水滴就会附着在曲板上，然后流落到集水盘2中泄出。曲板的出口端常弯成挡水沟，用来挡住水滴，以防被气流吹走。这种挡水器阻力不大，迎面风速以2.5米／秒左右为宜，如果超过2.8米／秒，曲板式挡水器就有可能失效。2025/11/2895．空气的加热和加湿（取暖工况）当外界气温低于15℃时，空调装置即应按取暖工况运行。空气的加热和加湿，由空气加热器和加湿器来完成。空气的加热可采用电加热、蒸汽加热和热水加热等方式。船上集中式空调器大多使用蒸汽加热。加热器的构造与冷却器相似，由带肋蛇形管组成，加热蒸汽的常用压力为0.2-0.5MPa。2025/11/2810加热蒸汽的凝水顺加热器回水管经阻汽器流回热水井。阻汽器只允许凝水流过，如果蒸汽尚未凝结，阻汽器就会自动闭塞，以节省蒸汽耗量。在采用间接冷却方式的空调器中，使用热水来加热，这时空气冷却器作为加热器，以减少设备。在冬季，因温度很低，所以实际含湿量很小。例如要想保持舱内温度为+22℃、相对湿度为40％，空气的含湿量即应为6.5克／千克，但在外界温度为-18℃，相对湿度为95％时，空气中的含湿量却仅为0.9克／千克，当温度升高到+22℃时，其相对湿度就将变为5％了。如将这样干燥的空气直接送入舱内，人们就会明显地感到口干舌燥。因此，在加热空调供风时，就必须同时进行加湿。2025/11/2811加湿可采用喷水加湿或喷蒸汽加湿，某些小型独立的空调装置中还采用电加湿器，即利用电热器产生蒸汽向空气加湿。船用集中式空调器绝大多数采用喷蒸汽加湿。蒸汽加湿器在将蒸汽喷入流动的空气中时，应尽量防止形成较大的水滴，以免在风道中来不及蒸发完毕而进入室内。最简单的加湿器是一根镀锌钢管(15～18毫米)，该管在迎风方向开有一排直径为1～2毫米的蒸汽喷孔。由于加湿都采用低压饱和蒸汽，供入时总含有一些凝水，所以这种简单的加湿器加湿效果较差。2025/11/2812加湿器也可放置在加热器之前，多属在外界空气进入空调器之前即已在空气的吸口处经预热器进行过预热。还有一些既没有湿度自动控制，也没有预热器的空调器，也将加湿器放置在加热器之前，其目的在于防止加湿过多，但加热前的冷空气对水分的吸收能力很小。虽然微小的水滴也能被气流带入加热器并进一步加湿空气，但实践证明，这样的空调器往往难以保证舱室具有适宜的相对湿度。图5-72中央空调装置的系统结构图1—滤尘器；2－通风机；3－冷却器；4－除水器；5－喷湿器；6－加热器；7－温度计；8－诱导器；9－温度调节器；10－阻汽器；11－凝水滤器；12－视流器；13－过冷器；14－电磁阀；15－热力膨胀阀；16－手动膨胀阀2025/11/2814二、空调装置的自动调节（一）取暖工况的温度自动调节1．调节方案

船舶空调一般都采用集中式空调装置。在取暖工况时，由空调器中的空气加热器将供风加热至适当的温度，再经加湿后送至各个舱室。取暖工况温度自动调节的最常用方法，（1）单脉冲供风温度调节系统在空调器进风温度变化时，自动调节供入空气加热器的蒸汽或热水流量，以控制供风温度。各舱室的温度是否适宜则由舱室的个别调节来解决。将一个感温元件放置在空调器的出口，以感受供风温度，并在风温与调定值发生偏差时，通过调节器相应改变加热工质的流量。2025/11/2815空气加热器传感器流量调节阀单

脉

冲

温

度

调

节

器

控制供风温度特点：测温点离调节阀近、调节系统滞后时间短等，但在外界气温变化时，由于舱室的热负荷也将随之变化，因此仅靠保持供风温度不变，不能保持舱室温度的稳定，而依靠舱室的个别调节，则不仅受调节能力的限制，且舱室数量很多，也难于实现个别调节的自动化，很不方便。2025/11/2816（2）、双脉冲温度调节系统（温度自动补偿调节系统）在这种系统中，共有两个感温元件分别用于测量新风温度和加热器后的供风温度，两个信号同时送入调节器，综合后再产生输出信号，以操纵流量调节阀，在室外温度变化时自动地相应修正供风温度，以使室外温度较低时供风温度也能相应提高；而在室外温度较高时则相应变低（温度的自动补偿）。

2025/11/2817A直接作用式温度调节器国产HJ—71型温度调节器。它由温包膜片感温部分和活塞式减压阀两部分所组成。温包中充有一定数量的低沸点液体，随所感受的温度而具有相应的饱和蒸气压力。压力经毛细管作用在测量膜片的下方.关小关小当温包感受的温度增高时，温包充剂压力变大，推动测量膜片变形带动顶杆8和压座10向上。脉冲阀12在其下面弹簧的作用下就会关小。主阀前的加热介质是通过阀体上的孔道进入腔室a，再经脉冲阀节流后进入腔室b，然后经脉冲阀上部的间隙泄入c腔，最后由阀体上的孔道泄入主阀后的加热管道，而腔室b即相当于一个节流通室并可通过阀体上的虚线孔道与活塞13的上部空间相连通。2025/11/2818当脉冲阀12关小时，b腔中的压力也就变小，活塞在弹簧15的作用下就会带动主阀14向上关小，从而减少加热的流量。反之，当温包感受的温度降低时，脉冲阀12开大，b腔压力变大，主阀随之开大。2025/11/2819

B

双温包补偿式温度调节器

2025/11/2820双温包补偿式温度调节空调器空气加热器供汽管上装用这种调节器，具有两个巨大的液体温包：室外温包2，放在空调器的新风吸入口，以感受外界气温；供风温包3，放在空调器分配室中，感受供风温度。两个温包都有自己的毛细管与调节器的液缸11相通，所以任一个温包感受的温度升高时，其中的甘油都将膨胀，从温包中溢出并挤入液缸之中，从而推动柱塞9将调节阀1关小。补偿率的多少与两个温包的容积比例有关。当容积相同时，气温下降1℃，风温大约提高l℃，若室外温包比供风温包大一倍，则气温下降1℃时大约能将供风温度提高2℃。在调节器的液缸外壁刻有方牙螺纹，液缸是拧在螺纹管12中。若需将所保持的供风温度调低，可转动调节旋钮13带动螺纹管旋转，将液缸向上移动，于是柱塞上移，调节阀关小，蒸汽流量也即减小。反之，若将供风温度调高，则要反方向拧动旋钮，使液缸下降。而液缸移动的程度则由用导向螺钉17固定在液缸体11上的标尺指针16来示出。2025/11/2821（二）取暖工况的湿度自动调节1、调节方案(1)控制送风的相对湿度感湿元件1放置在空调器出口的分配室内，用以感受送风的相对湿度，然后将信号送至比例式湿度调节器2。当送风的相对湿度偏离整定值时，调节器会使加湿蒸汽调节阀3的开度与送风湿度的偏差值成比例地变化，将送风的相对湿度控制在一定的范围内。2025/11/2822这种方案只要根据送风温度选取合适的相对湿度整定值，即可大致调定送风的含湿量d。只要送风量和舱室的湿负荷不变，就可控制室内空气的含湿量d，并在室温变化不大时保持室内相对湿度合适。但如舱室的湿负荷变化较大，则室内的相对湿度仍会产生较大的变化。控制送风湿度的方法不能采用双位调节，一般都采用比例调节。2025/11/2823(2)控制送风的含湿量(露点)直接控制送风的含湿量，就可大致地控制室内的相对湿度。因为含湿量确定即露点确定，故这种方案亦称为露点调节。这种系统采用两级加热的方法，即在预热器7后再加设喷水加湿器4。喷水加湿是一个等焓加湿过程，加湿后的空气温度就会有所降低，而加湿后所能达到的相对湿度一般比较稳定，未能被吸收的水则可由泄水管路泄出。只要调节预热器加热介质的流量，控制住加湿后的空气温度，即可控制送风的含湿量和露点，可防止加湿过量。这种方法特别适用于采用两级加热的区域再热系统和双风管系统。2025/11/2824(3)控制回风或典型舱室的相对湿度控制回风或典型舱室相对湿度。当双位式湿度调节器10收到感湿元件l送出的湿度信号，表明回风的湿度或典型舱室的湿度已降低到所要求的下限时，调节器10即会发出调节信号，使加湿电磁阀11开启，舱内湿度随之增加；当感湿元件感受的湿度达到上限时，调节器又会使电磁阀关闭，于是舱内湿度即开始下降。这种调节方案的滞后时间长：如果送风与室内空气混合不良，室内空气湿度的不均匀性会较大。如果改用比例调节，则可改善室内湿度的均匀性。2025/11/28252．干湿球式湿度调节器用干湿球感受相对湿度，将两个感温元件同时置于测量点，并将其中一个包以湿纱布：以便用干、湿温度差来反映相对湿度的大小。感温元件可采用温包或热电阻，前者是将干湿温度差变为温包充剂的压差，后者则是将两个热电阻因温差而出现的电阻差值变为电桥的不平衡电压，以便用压差或不平衡电压的大小来反映相对湿度。干湿球温包式湿度调节器是一种双位式电动调节器。干湿球法感湿的主要缺点是，必须保证湿球纱布套湿润、清洁和通风良好，为此就需经常对纱布套加水和清洁，风速的大小也会影响相对湿度的测量值。2025/11/28264．尼龙(或毛发)式气动湿度变送器及气动调节系统利用尼龙或脱脂毛发的长度随相对湿度的改变而成正比变化的特性，即可用其作湿度发讯元件，做成湿度变送器。这种湿度发讯元件构造简单，价格便宜，而且不需要经常维护。缺点是在使用日久后将会老化损坏，或因塑性变形而造成伸缩长度与相对湿度的关系不成线性而影响调节精度，同时变送器的零值和终值也需重新调整；感湿方法的灵敏度低，反应速度较慢，因而测量延迟较大。但因舒适空调对湿度调节的要求不高，所以尽管这种感湿方法的调节精度仅为±5％，却仍然广为采用。2025/11/28275．氯化锂电阻式湿度调节器2025/11/2828一种双位调节器，感湿元件是表而绕有互不接触的两根平行的银丝(或铂丝)、并涂以氯化锂的绝缘圆柱体(或平板)、由于网根银丝互不接触，仅靠氯化锂涂层导电构成电的回路，故感湿元件变送的信号就取决于氯化锂涂层的电阻值。当空气相对湿度升高至调定值时，氯化锂涂层的含水量增大，电阻值减小，使通过元件的电流成比例增加，电信号经晶体管放大器2放大后，通过信号继电器控制调湿电磁阀4关闭，停止加湿蒸汽供入，使空气的相对湿度降低；反之，当空气的相对湿度降至低于调定值1％时，调湿电磁阀开启，供入加湿蒸汽，空气的相对湿度高。空气的相对湿度就被控制在调定值的上下限之间。2025/11/2829氯化锂的电阻值除与含水量有关外，还与温度有关，在湿度调节器上还设有调节旋钮3，以便按照当时的环境温度，依据厂家提供的湿温关系曲线，通过改变旋钮的位置来加以调整。例如欲调定湿度为50％，如所处环境温度为20℃，则应将旋钮旋至