本技术涉及船舶空调技术,旨在提供一种集成海水淡化和船舶数据中心液冷技术的空调系统及其操作方法。该系统包含热泵模块、用户侧循环水循环模块、蒸发冷却模块以及海水淡化模块,旨在提高船舶空调效率,降低能耗,并实现水资源的可持续利用。
背景技术
船舶在海上航行时,会受到海洋环境、气候条件等多重因素的影响,船舶空调系统需要具备良好的稳定性和安全性,同时,船舶设置有冷冻间冷冻食物以及设置船舶数据中心以保障其通讯和电子元件的运行,因此船舶空调系统需要具备良好的功能性和高效性。船舶冷冻间通常所需冷量较大,而船舶数据中心为解决局部高热流密度散热而采用更高效的液冷冷却,因此可以将冷冻间剩余冷量用于船舶人员活动室以及船舶数据中心,形成多级空调系统。而船舶数据中心作为船舶通讯及电子运行的重要部分,其安全稳定运行是保障船舶航行的必要条件。船舶环境通常较为苛刻,其特殊条件包括空间有限、振动和冲击、盐雾腐蚀等,在选择船舶数据中心散热方案时,考虑到开式系统有腐蚀的风险,采用运行更为稳定的闭式液冷板液冷系统。同时,船舶航行中远离陆地,淡水的获取是保障船员生命健康的必要条件,因此可将船舶空调系统中的余热加以利用,制取淡水。因此,有必要设计一种适用于船舶的空气调节系统,在确保安全性、稳定性的同时,满足多功能性以及节能性。
已有部分专利提出了一些船舶空气调节系统。专利CN 108016598 B设计了一种直燃式船用恒温恒湿空调系统及工作方法,主要特征包括热泵子系统、溶液除湿子系统、余热加湿子系统、送风道、空气过滤器、温度传感器和湿度传感器,利用天然气驱动斯特林发动机,直接带动压缩机进行蒸汽压缩,通过回收船舶主机和斯特林发动机排出的烟气余热,进行供热和加湿,利用深层低温海水降低冷凝温度,通过余热驱动的加湿和除湿技术,实现空气湿度的舒适性调节,结合温湿独立控制技术,提供高品质空气;但是,该专利系统结构复杂,涉及多个子系统和阀门,维护和操作难度增加,由于采用高效的斯特林发动机和多种技术,初期投资和维护成本较高,该专利系统依赖天然气作为燃料,适用范围有限。专利CN103770927B设计了一种高效节能船舶空调系统,主要特征是将船舶系统与空调系统整合在一起,利用船舶柴油机废气和水源热泵空调冷凝产生的余热,利用余热回收系统使船舶上的人员全年都能使用热副产品;但是,该专利系统依赖于外部水源进行热交换,在极端环境条件下,水源的温度可能会影响系统的热交换效率,从而影响空调系统的稳定性和效能,该专利系统依赖于船舶柴油机废气和水源热泵空调冷凝产生的余热,这些热源的稳定性和可用性可能会因船舶的运行状态和外部环境的变化而波动,同时,该专利系统功能较单一,不能同时适用多种用能场合。
本发明提供了一种具有海水淡化的与船舶数据中心液冷相结合的船舶空调系统及方法,利用热泵和蒸发冷却相结合的冷却方法,不同季节执行不同的空气调节模式,夏季以及过渡季采用以热泵为主,以蒸发冷却为辅,向船舶数据中心提供冷量,冬季采用自然空气冷源向船舶数据中心供冷,充分利用自然冷源,最大限度降低能源消耗;对于船舶冷冻间,该系统全年采用热泵向其供冷,保障冷冻间稳定运行;对于船舶人员活动空间,以热泵作为其冷热源;夏季该空调系统分别向冷冻间、人员活动室以及船舶数据中心多级供冷,热泵产出的余热用于海水淡化,制取淡水,过渡季该空调系统分别向冷冻间和船舶数据中心供冷,热泵产出的余热用于海水淡化,制取淡水,冬季该空调系统向冷冻间供冷,向人员活动室供热,以自然空气为冷源向船舶数据中心提供冷量。本发明为船舶冷冻间、人员活动场合、船舶数据中心提供了一种安全、稳定、节能、高效的空气调节系统和方法。
实现思路