（制冷及低温工程专业论文）船舶冷藏集装箱变频节能特性研究.pdf

不同工质的冷藏集装箱制冷系统，电子膨胀阀应该根据具体制冷剂的热力性质选 取；电子膨胀阀流量系数对孔径和脉冲数比较敏感；在结构固定时，流量系数随 蒸发温度的降低而升高，随冷凝温度的增加而增大，受过冷度变化的影响较小； 电子膨胀阀的容量受孔径影响最大。在热负荷稳定时，电子膨胀阀开度突然变化 会引起的蒸发器进、出口温度及过热度动态响应，蒸发器出口过热度不仅与电子 膨胀阀的开度有关，而且在流量较大时，过热度还与制冷系统各参数有关。r 关键词：冷藏集装箱，变频，节能，热反应系数，电子膨胀阀 i nm a n n e c o n t t o i s i n c e1 9 7 0 6 ，t h ee 惟 l g yp r o b l e mh a sb e c o m eo n eo ft h ei b i g g e s t p r o b l e m si nt h e w o r i d 懒t h ed e v e t o p m e n to ff o o di n d u s t r ya n dt h ei n c l e a s ei n t r a l r l s p o r ! e dp e a s h a t - e c o m m o n , t h em a l i n er e f d g e r a t e dc o n t a i n e rh a sb e e na p p i 酬e x t e n s i v e l y ，a n dt h e n 陀衔辨蛹敝md e v i c e s 洲i 脯t o om u c he r l l 嘲j t h em a l j l l t 莹n s r n i g e r - d 嘲c o n t a i n e r sa r eo f g r e a tm 曲咐。a n d l h ec h a n g e so f l t l eo u t s i d ea i rt e m p e r a t u r e s e a w a t e r t e m p e r a t u r e ，t h e s u n r a d i a t i o ni n t e n , s i l ya n dt h e l r a n s p o t t e dg o o d sb r i n gt h ec h a n g e si nt h el a t e n ta n dd i s p k a yh e a t l do f 形衔驴惜i i o ns y 哦i l c l r l t h et r a d i t i o n a l 帕m 驴怕1 1 0 n 纠蜘i nc o n t a i n e r sa d o p t st h e m o d eo f 讷垤，j a b br e v o l u t i o n ，a n d 鹣s y s t e m d e s i g n i sb a s e do nw h a tc a nm a t c ht h eb j g g e s t h e a tl o a d s ot h e 怕衔辨粕l i o nc o m p r e s s o r sa n dc o o l i n g 佰1 3m o t o r sh a v eb e e nc h o s e n a c c o r d i n gt ot h e i r “g g e 甜c o o ta n dh e a tb u r t h e ni nw o r k i n gc o n d i t i o n s a c 自旧i i y ，j u s ti ns h o r t t i m ec a r t 他衔辨啦m o n 列鼬e m 8 喊i n t h e “g g e 或b u r t h e n o na s i a n - e u r o p e a n m a r i n er o u t e s r e i 哟邯目l i o ns y s 妇惜a r ep i 酣i n4 凸9 嘶r a t i n g h e a tl o a df o ra i o n gp e d o d o fl i m ea n dt h e e n e r g y i sw a s t e de o n s k 嗍t h e r e f o r e e n e r g y s a v i n go fr e f r i g e r a t i o n d e v i c e si n v i t e sm o r e a n dm o r ea t t e n t i o n t h i st h 够i s 甜协i y 獭t h ec o n t r o l 科i n d l 淞o fe n e r g y 怕g u i 舐n gw a y si nr e e f e ru n # s c o m p a r e s 廿曙r n e r 瓶a n d d 甘n 鲥憾o f t h e s ee o n t r o ir r 蛐o d si 1 1t h ea 啪s j d ew o n k i n gc o n d i t i o n s o ft h ec h a n g i n gb u r t h e n ，a n dt h e np u t sf o r w a r dt h ew v f ，ae n t i r e l yn e we n e r g ys a v i n g r e g u l a t i v ea n dc o n t r o lm o t h o d 1 r la d d i t i o n 廿恰t h e s i se d u c e st h eh e a tr e s p o n s e f a c t o r so f c o n t a i n e l sr o u n dw a l lc o n s t r u d i o 惜b ya n a l y z i n gt h ed y n a m i ch e a tt r a n s f e ra n da a o p l i n g t h e m e t h o do fh e a t1 1 b s p o l l f 甑连。惜a n di l l u s l r a t e sl h e 阿州球艉i 略dc o n t a i n e r sc h a r a c t e r i s 慨 t h r o u g h a l le x p e r i m e n t0 1 3a ne r u p t r e f r i g e r a t e dc o n t a i n e r t h em a i np u r p o s eo ft h i st h e s i si st oc o n d u c tar e s e a r c ho nf r e q u e n c yc o r l v e l s i o l l c h a r a c t e 随t i c si nr e e f e ru n i t si h t o u g ha n a l y z i n ge n o r g y - e o n s u m e c o n t r o lm e t h o d ，a n dt h e t e c h n o l o g yo ff r e q u e n c y e o n v o r s i o ni nr e f 哟e r a t i o n & a i r - e o n d i l i o n i n g t h a ti st h ef o c u so f t h e r e s e a r c hi nt h i s 蹴 t h ec h a n g eo ft h er e v o l u t i o n o f c o m p r e s s o rb yu s i n g t h ef r e q u e n c yc o n v 斟 s l o f l t e c h n o l o g y w h i l et h eo u t s i d eb u a h e na l t e r s ，e n a b l e st h a tr e f l l g e r a n td i s c h a r g ec h a n g e sa l o n g 篇 鼍 篙篙 w mt h ea i t e r a l k mo fh e a dl o a d a n dt h e r e f o r er e f r i g e r a t i n gc a p a c i t yw i l lc h a n g er e s p e c b v e l y s ot h a tr e f f i g e r a t i o ns y s t e mc a nm a t c ht h e v a r i e t yi nh e a tl o a d m e a n w h i l e ，a f t e r t h er e v o l u t i o n i sr e d u c e d ，t h ec o m p r e s s o r e n e r g y - c o n s u m e c a nb er e d u c e da n d g o o d r e s u l t sa t t a i n e d t h et h e s i sa n a l y z e st h em a i nc h a r a c t e ro fr e e f e ru n i t sf a nm o t o r sw h e nt h e yr u nw i t h f r e q u e n c yc o n v e r s i o nc o n t r o la n d t h ev a d a b l e d i s c h a r g e c h a r a c t e ro fe v a p o r a t o rs u c t i o ng a s p r e s s u r eg o e su pa s t h ec o m p r e s s o rr u na tt h el o w e r s p e e d i nt h ej o w e rb u r t h e n a n dt h i si s b e n e f i c i a lt ol o w e rs y s t e m se n e r g y - c o n s u m e w h e nt h es y s t e mi sc o n t r o l l e db yv v v f ，t h e d i s c h a r g ec h a n g e o ft h e e v a p o r a t o r i sn o t l i n e a r , t h ee l e c t r o n i ce x p a n s i o nv a l v ei sa d o p k d t o r e g u l a t et h es y s t e ms u p e r h e a td e g r e e ，a n dt h ec o n t r o l l e do b j e c tj sp a r a m e t e rt i m ev a n y j n g ， a c c o r d i n g l y t h et i m ev a 哪n gc o n t r o l l e rs h o u b ea d o p t e d t h e o r yc a l c u l 鲥o no fe n e r g y s a v i n gi nf a nm o t o r s s h o w st h a ti ti sc o n s e r a b i ye f f e c t i v ei ne n e r g y s a v i n g t h i st h e s i sa n a l y z e sa l ii d n d so ft h r o t t j e c o m p o n e n t s p o i n t so u tt h ea d v a n t a g eo f a d a p t i n ge e v , a n da n a l y z e st h es t a r t - u pa n dt h ed i s c h a r g ec h a r a c t e d s t k 葛o fe e v ，a n d d y n a m i cr e s p o n s eo fr e f f i r a t i o ns y g - ( b n l sw h e nt h eo p e n _ 仉gd e g r e eo fe e vbc h a n g e d e t c e e vb p f a c e di n t oa t u r n o f fp o s i t i o nw h i l et h eu n i ts t a r t su p a n da f t e rb e i n gk e p tf o rap e r i o d o ft i m ei ti sp i a c e di n t oa b i 始e rp o s 柑o n ，a f t e rs o m e m o r et i m ei ti sp u ti n t oab a s i cc o n t r 0 1 e e vs h o u l db es e l e c t e df o rv a r i o u sr e f r i g e r a t i o ns y s t e m sa c c o r d i n gt ot h et h e r m a lp r o p e r t j e s o fr e f r i g e r a n t s ；t h ed i s c h a r g ec o e f i l c l e n to fe e vi ss e n s i t i v et ot h ea p e t u r ea n di m p u l s e q u a n t i t yo fe e v ；w h e n t h ee e vs t r u c t u r ei sm a d e t h e d i s c h a r g ec o e f t c k 瓣g o e su p w _ 胁t h e l o w e r i n go fe v a p o r a t i o nt e m p e r a t u r eo rg o e sd o w nw i t ht h eh o i s t n go ft h ec o n d e n s a t i o n t e m p e r a t u r e 代皓l e s sa f f e c t e db y t h es u b c o o l e d d e g r e e ；l h ec a p a c 柏yo f e e vi sm o r ea f f e c t e d b y t h e a p e r t u r e w h e n t h eh e a tl o a dbs t a b l e t h es u d d e nc h a n g eo fo p e n i n gd e g r e eo fe e v c o u l dc a u l s et h ed y n a m i cr e s p o n s eo fi n p u tt e m p e r a t u r e o u t p u tt e m p e r a t u r ea n ds u p e r h e a t d e g r e e t h eo u t p u t , s u p e r h e a td e g r e e o fe v a p o r a t o ri sn o t o n l yr e l e v a n t t ot h eo p e n i n g d e g r e e o fe e v ，b u ta l s ot oa l l 岫n d so fp a r a m e t e r si n r e i 哟e 暇的ns y s t e mw h 朗t h ed i s c h a r g e c o e f f c i e n t 瞎“g g e l g a n w e i ( r e f d g e r a t j o n & c r y o g e n i ce n g i n e e n n 9 1 d i r e c t e d 时p r o f e s s o rh a nh o u d e k e y w o r d s - r e f n g e r a t e dc o n t a i n e r , f r e q u e n c yc o n v e n t i o n ，e n e r g ys a v i n g ，h e a tr e s p o n s e f a c t o r s ，e l e c t r o n i ce x p a n s i o n v a l v e 论文独创性声明 本论文是我个人在导舞指导下进肇亍的礤究王绍及取缛的研究成果。论文 中除了特冀g 艇以椽注积致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作 了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：爿叠日期：鲨兰：! ：塑 论文使用授权声明 本人同意上海海运学院静关保鼹、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文复印件，允许论文被燕阅和借阅；学校可以上网公布论文的全 部或部分内容，可以采带影印、缩印或者其它复制手段僳存论文。保密的论 文在解密詹遵守就规定。 作者签名；蛭导师签名；蔓塾耋i 曼 第一章船舶冷藏集装箱制冷装置节能概述 2 0 世纪7 0 年代以来，能源问题已被列为世界五大难题之一，随着世界食品工 业的发展和易腐货物冷藏运输量的日益增大，船舶冷藏集装箱得到日益广泛的应用， 远洋船舶运输冷藏集装箱的总能耗也随之迅速增加，因此，冷藏箱制冷的节能也越 来越引起广泛的重视。 1 1 冷藏集装箱制冷装置节能的意义 制冷行业是能耗很大的行业，据中国制冷学会统计，我国制冷空调设备的年耗 电量约占全国年耗电量的5 一6 ，夏季占季节发电量的1 8 一2 0 ，部分经济发达地区 甚至占2 5 一3 5 。可见制冷行业的节能对于解决我国的能源问题具有重要的作用。 远洋船舶也是能源消耗的大户，特别是远洋冷藏船和全冷藏集装箱船。所以研究冷 藏集装箱制冷装置的节能技术有利于各船公司的“开源节流”、提高能源利用率和降 低运营成本、提高在国际运输市场竞争力。 正因为这样，世界各主要冷藏集装箱制冷机组生产厂商竟相研究各自低能耗高 可靠性的制冷机组。t h e r m ok i n g 公司推出的s c r 一4 0m a g n u m 冷藏箱制冷机组比其 竞争对手( c a r r i e r 和删i 等) 的产品降低能耗约5 0 ，制冷量却比c a r r i e r 公司的 6 9 n t 4 0 大近6 5 ，并且更加环保“”。该产品采用了2 项节能措施：高级全封闭旋涡 式压缩机和变速风机，压缩机有一个独特的蒸汽喷射系统使得每个制冷循环制 冷量加大；变速风机根据货物温度和环境温度调节转速。由于采用的节能技术，从 而赢得了较大市场份额。 海运冷藏集装箱流动性大，随着外界气温、海水温度、太阳辐射强度和运送货 物的变化，冷藏集装箱制冷系统的显热和潜热负荷随之不断变化。传统的冷藏集装 箱制冷系统压缩机一般采用恒定转速运行方式，在设计系统时，以能够满足最大热 负荷为依据，制冷压缩机和风机选型的根据是最大冷、热负荷工况。实际上，冷藏 箱制冷系统只是短时间工作在最大负荷。亚一欧、亚一美航线上冷藏集装箱制冷系统 长期处在4 0 9 0 的额定负荷下运行，能量浪费极其可观。 目前全球冷藏集装箱数约为8 1 0 0 0 0 t e u ，且每年仍有约6 5 0 0 0 t e u 的新冷藏集装 箱投入运营，船舶冷藏集装箱从北半球横越赤道到南半球运输途中，外界气温可能 在+ 5 0 1 2 至一3 0 c 范围内变化，冷藏集装箱的热负荷随之剧烈变化，始终维持冷藏、 保温货物在各自最佳温度状态下，以便保持易腐货物的质量品质和数量，并实现制 第一章船舶冷藏集装箱制冷装置节能概述 2 0 世纪7 0 年代以来，能源问题已被列为世界五大难题之一，随着世界食品工 业的发展和易腐货物冷藏运输量的日益增大，船舶冷藏集装箱得到日益广泛的应用， 远洋船舶运输冷藏集装箱的总能耗也随之迅速增加，因此，冷藏箱制冷的节能也越 来越引起广泛的重视。 1 1 冷藏集装箱制冷装置节能的意义 制冷行业是能耗很大的行业，据中国制冷学会统计，我国制冷空调设备的年耗 电量约占全国年耗电量的5 一6 ，夏季占季节发电量的1 8 一2 0 ，部分经济发达地区 甚至占2 5 一3 5 。可见制冷行业的节能对于解决我国的能源问题具有重要的作用。 远洋船舶也是能源消耗的大户，特别是远洋冷藏船和全冷藏集装箱船。所以研究冷 藏集装箱制冷装置的节能技术有利于各船公司的“开源节流”、提高能源利用率和降 低运营成本、提高在国际运输市场竞争力。 正因为这样，世界各主要冷藏集装箱制冷机组生产厂商竟相研究各自低能耗高 可靠性的制冷机组。t h e r m ok i n g 公司推出的s c r 一4 0m a g n u m 冷藏箱制冷机组比其 竞争对手( c a r r i e r 和删i 等) 的产品降低能耗约5 0 ，制冷量却比c a r r i e r 公司的 6 9 n t 4 0 大近6 5 ，并且更加环保“”。该产品采用了2 项节能措施：高级全封闭旋涡 式压缩机和变速风机，压缩机有一个独特的蒸汽喷射系统使得每个制冷循环制 冷量加大；变速风机根据货物温度和环境温度调节转速。由于采用的节能技术，从 而赢得了较大市场份额。 海运冷藏集装箱流动性大，随着外界气温、海水温度、太阳辐射强度和运送货 物的变化，冷藏集装箱制冷系统的显热和潜热负荷随之不断变化。传统的冷藏集装 箱制冷系统压缩机一般采用恒定转速运行方式，在设计系统时，以能够满足最大热 负荷为依据，制冷压缩机和风机选型的根据是最大冷、热负荷工况。实际上，冷藏 箱制冷系统只是短时间工作在最大负荷。亚一欧、亚一美航线上冷藏集装箱制冷系统 长期处在4 0 9 0 的额定负荷下运行，能量浪费极其可观。 目前全球冷藏集装箱数约为8 1 0 0 0 0 t e u ，且每年仍有约6 5 0 0 0 t e u 的新冷藏集装 箱投入运营，船舶冷藏集装箱从北半球横越赤道到南半球运输途中，外界气温可能 在+ 5 0 1 2 至一3 0 c 范围内变化，冷藏集装箱的热负荷随之剧烈变化，始终维持冷藏、 保温货物在各自最佳温度状态下，以便保持易腐货物的质量品质和数量，并实现制 冷系统节能无论是对于航运公司降低运营成本还是对各制冷机组制造商抢占市场都 具有重要的意义。 1 1 1 全球海上冷藏货运量的增长1 由于全球一体化进程的不断深入，以及各国资源和经济发展的不平衡，导致了 世界各国贸易的急速发展。冷藏苛i g t 得到了很大增加。伦敦的德鲁里航运咨询公 司2 0 0 0 年进行的调查表明，在到2 0 0 5 年为止的5 年里，全球的冷藏品贸易量将会 年均增长1 7 ，海运贸易额每年增长2 1 ，海上冷藏货运量1 9 9 6 年为4 7 0 0 万吨， 2 0 0 0 年近5 0 0 0 万吨，预计到2 0 0 5 年将达到5 7 0 0 万吨。在全球冷藏货运市场上， 冷藏集装箱货运量所占的份额越来越大，在1 9 9 6 年，冷藏集装箱货占海上冷藏货运 量的4 1 ，到2 0 0 5 年预计将达到4 8 。 据英国远洋航运咨询公司( o s c ) 在它的“2 0 0 5 年冷藏运输、贸易、和市场预 测”的研究报告中也预计到2 0 0 5 年全球海上冷藏货贸易量将近6 0 0 0 万吨，其冷藏 货物分布见表卜1 。 表卜1 全球海运冷藏货运量的分布表( 单位：百万吨) 1 9 9 5 矩1 9 9 8 2 0 0 5 年1 0 年的增长率( ) 货物类别、 香蕉 1 1 31 2 31 6 14 2 3 肉类食品9 8 1 2 01 6 36 6 3 水果 7 68 48 61 3 2 落叶食物 4 8 5 66 22 9 2 鱼类 5 46 31 2 41 2 9 6 奶制品 1 41 62 15 0 0 其他 1 21 52 o6 6 7 总计 4 1 54 7 7 6 3 75 3 5 在全球每年5 0 0 0 万吨的海上冷藏品运输中，全部为冷藏船和冷藏集装箱运输。 其中冷藏集装箱的冷货运量每年约占总量的4 0 4 5 。据o s c 出版的( 2 0 1 0 年前的冷 藏货运贸易的报告表明：在2 0 0 0 年，冷藏集装箱所占份额为4 4 5 ，预计到2 0 0 5 年将达到4 6 5 ，2 0 1 0 年将达到4 8 5 - 4 8 7 ( 见表卜2 ) 。由于各自的优势，两种运 输方式将并存发展，但是冷藏集装箱的运输比重将会有所增加，总的冷藏品运输总 量将不断增加，年均2 0 0 0 多万吨的冷藏品将采用冷藏集装箱运输。 表卜2 冷藏船和冷藏集装箱船冷藏品运输货运量预测 ( 单位：千吨) 2 2 0 1 0 笔挺2 0 0 02 l2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 情撩l情景2 冷藏躲运输慧羹2 7 8 5 42 9 2 7 92 9 9 5 5 3 0 6 6 6 3 t 4 1 5 3 2 2 0 53 7 4 0 83 4 9 0 0 冷藏集装禧运输憨凌勰3 灏2 3 5 孽2 4 5 8 62 5 6 5 4黼? 8 6 2 7 窖8 63 4 5 4 23 2 9 2 0 海上冷藏燕避墉慧薰套；千5 0 1 6 0 5 2 8 5 85 4 5 4 辍潞2 棼5 8 2 0 16 0 1 9 17 2 9 5 06 7 8 2 0 冷藏躯涎辘获蠢絮糯狳凝 5 s 辘鑫5 4 鞍飘9 5 4 4 蔼s 4 溅5 3 鞴 5 1 3 5 1 5 冷藏繁装罐遥辘精精镑鞭 4 4 + 5 y ,4 4 ，鼹毒5 1 4 5 8 4 6 溉4 6 。5 糯 4 8 7 4 8 5 2 0 1 0 零骥最取决警经济奢 筝萼菝藏缀缀瓣经济增长遴发颥澜的上下戳。 密狱主熊分攒豪疆垒姝冷藏藏遮输稔蠹释冷藏爨装箱运输总蘩将会芥断增加， 冷菠黎装籀运输发鼹辩潜力龌犬。 1 1 2 懿靛冷藏豢装耀涎鞭虢笈鼹 2 0 键撼6 0 冬筏嚣攒嚣辩集装辍纯遴辕遮速稻越，镄赢教燮了海上逐输酌筒虢。 7 0 冬健受鑫满静骥熬黛凝瓣与冷藏檠装褡搦予翁褒禽晶静冷藏落输一8 0 年代全诵冷 藏繁装麓一敬藤金铜戆懿传统续稳，受懿鬻辩海逶公霹帮备穰辖袋司鹬歉避和选用a 9 0 肇饩冷藏熊装瓣攘零黥赫突酸释多袋联遴黪兴起潋藏管疆主静芥赫宠善，避劳 攘磷了冷藏集装耩邀瓣翡发麟辍广溅纛餍。 髓滋髓赛备溪菇囊袋避壤搿豢戆逐遮漤籀，海上冷藏豢装禳潺输褥掰了邈速发 矮。赉予集装纯涎输的寿覆、戆簸熬“f - 攀l f 3 ”逡瓣优势，使褥集装箱运输褥嗣飞 速发溪。 $ 2 0 0 0 ，毽器嶷装戆镰骞羹必l 鹌爵器零麟，茭串滋洋瓣靛灞鞯薰1 3 6 0 万彳硒， 漤海鼗斑瀑囊臻鼹戆豢鸯鑫8 万t o j ，淼薅去瓣1 0 擎爨* 套球集装稽笨溜谶潜韬魔 游避11 。掇器蓉邋爨叛懿赞遂系统调蠹撤舞冷藏纂麓箱舞蒜终努箍零，程 1 9 9 8 筝申灏，爱馥器羚藏躲驭( 簸邀公霹鬻獠糍公霭) 蔌糖案冷藏蘩装箱3 6 鞠0 令黢卷6 2 3 9 0 0 令臻楼禳( 黯) ，萁串毽赛舞簸运公霭攥蠢爨苦6 4 ，番掇禳公镯褥 麓3 6 。蘸溅逶涛擎海壤长t t 。羚囊纛来条蕊氏年爨这餮壤长憋势豢继续保持下去6 援枣芙隈突蓣瀑在皋寒的5 年巾，垒球辩耩纛嚣羲褥递攉4 0 ，到2 0 0 5 年，掰 遮2 1 0 0 莠t e u ，冀中饕逶予耱1 6 7 0 努t e u ，祷秘籀1 0 0 7 e u ，冷藏拳裟耱将稳j 2 0 蠢车磷。藏蔻垒辣海上运蠊臻冷藏寨装辕熬羧爨迅速壤蠢，荑整尹番逸嚣控潮新技 术礅不羝逶鼹尊集装禳t ，普巍是程籀俸辖搴； 上，锯食金麓侮提警了滏往耱不锈镶 籍髂，凝煞器慕嗣整倭发逡两藏魏疆囊聚氦酪泡漾攫辩，在豫挎砖够强度豹蓊挺下 大大减轻了辍抟熬羲蠢；其次撩裁技零熬发蓑健褥冷藏集装耱懿控熬鹈诵带嚣臻兔 3 进、完善和更加的可靠，能够控制箱内温度在0 1 内( 实际控制在o 3 c 内) 。 另外计算机技术不断应用于冷藏集装箱的控制、故障检测和记录等。并且气调冷藏 集装箱也得到了很大的发展，通过气调可以控制箱内c 0 2 和0 2 等的含量来达到果蔬 等冷藏货的最佳运输环境。 1 2 船舶冷藏集装箱制冷节能的必要性及节能技术的发展 1 2 1 冷藏集装箱制冷装置节能的必要性 目前全球每年2 0 0 0 万多吨的冷藏品需采用冷藏集装箱运输，全球共有近8 1 万 t e u 冷藏集装箱用于海上冷藏运输，并且每年新增近6 5 万t e u 的冷藏集装箱。考 虑早期使用r 1 2 作为制冷剂的冷藏集装箱的退出和部分老箱的使用寿命，每年有近 3 万t e u 被淘汰，总的冷藏集装箱保有量年均增长3 5 万t e u 。在这之中，有9 0 9 6 以 上是采用不带动力的机械式制冷机组。根据英国剑桥大学制冷技术实验室( c r t ) 的 一项对比实验表明：在相同的货物要求和外界条件下，冷藏集装箱制冷机组( t h e r m o k i n g 公司的s c r 一4 0 m a g n u m ，采用节能设计) 节电5 0 ，通常一般机组耗电5 k w h ， 即省电2 5 k w h ，按照每度电0 0 8 美元计算，每运转- 4 , 时即节省开支0 2 美元； 如果每个冷藏集装箱年运行时间3 5 0 0 小时，年减少运转费用7 0 0 、美元；每个冷藏箱 的使用寿命为1 0 一1 5 年，按1 3 年计算，累计节省运转费用9 1 0 0 美元。对于一艘有 4 0 0 冷箱的全冷藏集装箱船舶每年将可以减少开支近2 8 万美元。对于有冷藏集装箱 的航运公司而言，采购时选用新的能源利用率高、能耗少的冷藏集装箱和对现有冷 藏集装箱进行节能降耗改造，将会有很大的利润空间，其直接的经济效益是十分明 显的。 此外，由于在相同的情况下，由于冷藏集装箱制冷机组的耗电量的下降，所以 在同样的船舶电站容量下，每个船舶可以运输更多的冷藏集装箱，可以为航运公司 带来新的利润。 环保方面，要求制冷装置的o d p ( o z o n ed e p l e t i n gp o t e n t i a l ，即臭氧衰竭潜 能值) 为0 ，g w p ( g l o b a lw a r m i n gp o t e n t i a l ，即全球温升潜能值) 要尽可能小。 目前新的冷藏集装箱采用的制冷剂基本上为r 1 3 4 a 和r 4 0 4 a ，由于g w p 只是考虑了 在制冷剂泄露到大气中去后造成的温室效应，而没有考虑在使用这种制冷剂所造成 的温室效应，因此现在有的国家强调用t e w i ( t o t a le q u i v a l e n tw a r m i n gi m p a c t ， 即当量温室效应) 来衡量制冷装置的温室效应，t e w i 包括工质排放产生的直接温室 效应和能耗有关排放c o ：的的温室效应两个部分。考虑对温室效应的影响，远洋船 舶上的电源一般为柴油机发电，因此冷藏集装箱制冷装置的节电实际上就减少了船 4 进、完善和更加的可靠，能够控制箱内温度在0 1 内( 实际控制在o 3 c 内) 。 另外计算机技术不断应用于冷藏集装箱的控制、故障检测和记录等。并且气调冷藏 集装箱也得到了很大的发展，通过气调可以控制箱内c 0 2 和0 2 等的含量来达到果蔬 等冷藏货的最佳运输环境。 1 2 船舶冷藏集装箱制冷节能的必要性及节能技术的发展 1 2 1 冷藏集装箱制冷装置节能的必要性 目前全球每年2 0 0 0 万多吨的冷藏品需采用冷藏集装箱运输，全球共有近8 1 万 t e u 冷藏集装箱用于海上冷藏运输，并且每年新增近6 5 万t e u 的冷藏集装箱。考 虑早期使用r 1 2 作为制冷剂的冷藏集装箱的退出和部分老箱的使用寿命，每年有近 3 万t e u 被淘汰，总的冷藏集装箱保有量年均增长3 5 万t e u 。在这之中，有9 0 9 6 以 上是采用不带动力的机械式制冷机组。根据英国剑桥大学制冷技术实验室( c r t ) 的 一项对比实验表明：在相同的货物要求和外界条件下，冷藏集装箱制冷机组( t h e r m o k i n g 公司的s c r 一4 0 m a g n u m ，采用节能设计) 节电5 0 ，通常一般机组耗电5 k w h ， 即省电2 5 k w h ，按照每度电0 0 8 美元计算，每运转- 4 , 时即节省开支0 2 美元； 如果每个冷藏集装箱年运行时间3 5 0 0 小时，年减少运转费用7 0 0 、美元；每个冷藏箱 的使用寿命为1 0 一1 5 年，按1 3 年计算，累计节省运转费用9 1 0 0 美元。对于一艘有 4 0 0 冷箱的全冷藏集装箱船舶每年将可以减少开支近2 8 万美元。对于有冷藏集装箱 的航运公司而言，采购时选用新的能源利用率高、能耗少的冷藏集装箱和对现有冷 藏集装箱进行节能降耗改造，将会有很大的利润空间，其直接的经济效益是十分明 显的。 此外，由于在相同的情况下，由于冷藏集装箱制冷机组的耗电量的下降，所以 在同样的船舶电站容量下，每个船舶可以运输更多的冷藏集装箱，可以为航运公司 带来新的利润。 环保方面，要求制冷装置的o d p ( o z o n ed e p l e t i n gp o t e n t i a l ，即臭氧衰竭潜 能值) 为0 ，g w p ( g l o b a lw a r m i n gp o t e n t i a l ，即全球温升潜能值) 要尽可能小。 目前新的冷藏集装箱采用的制冷剂基本上为r 1 3 4 a 和r 4 0 4 a ，由于g w p 只是考虑了 在制冷剂泄露到大气中去后造成的温室效应，而没有考虑在使用这种制冷剂所造成 的温室效应，因此现在有的国家强调用t e w i ( t o t a le q u i v a l e n tw a r m i n gi m p a c t ， 即当量温室效应) 来衡量制冷装置的温室效应，t e w i 包括工质排放产生的直接温室 效应和能耗有关排放c o ：的的温室效应两个部分。考虑对温室效应的影响，远洋船 舶上的电源一般为柴油机发电，因此冷藏集装箱制冷装置的节电实际上就减少了船 4 舶c o z 等温室气体排放，则总的对全球温室效应的作用就会下降。根据英国剑桥大 学制冷技术实验室( c r t ) 研究表明，一个冷藏集装箱制冷机组一年的c o ：贡献为1 3 吨，节能5 0 就意味着少排放6 5 吨的c 如。由此可见冷藏集装箱的节能节电对于全 球温室效应的影响也有间接的减缓作用。 1 2 2 船舶冷藏集装箱制冷装置节能技术的发展 1 2 2 1 冷藏集装箱制冷装置设计中的节能 在设计冷藏集装箱制冷装置的时候首先要考虑的在满足使用要求的前提下确 定合理的制冷方法和高效的制冷循环。目前在冷藏集装箱制冷系统中一般采用的都 是蒸汽压缩式，利用制冷剂的相变来转移热量。 在设计中首先要合理地确定制冷循环的各个设计参数，如冷凝温度、蒸发温度、 压缩机吸气温度以及节流前制冷剂过冷度和制冷剂蒸发过热度等。 冷凝温度是制冷系统循环的主要运行参数之一，它直接关系到冷藏集装箱制冷 装置的制冷效果、安全可靠性和能耗水平。设计中冷凝温度是定值，而实际运行中 的冷凝温度是变化的，冷凝温度与环境温度有关，环境温度随季节、昼夜和航区的 不同而在不断的变化，因此在设计中要充分考虑冷藏集装箱的各种不利环境因素， 选择适当的冷凝温度，保证制冷系统在高效下节能运行。选取较高的冷凝温度实际 上就是把冷藏集装箱的运行条件考虑得恶劣些，虽然会增加初投资，但是常年运行 费用将会降低，可以达到提高经济性和增加节能效果。 蒸发温度是制冷系统运行中最重要的参数，为了满足冷藏运输的要求，达到冷 货所要求的温度就必须要有足够低的温度，但是温度过低又会是制冷装置的运行经 济性下降，能耗增加。所以在满足冷藏集装箱运输温度要求的前提下应当选择较高 的蒸发温度。 冷凝温度( 冷凝压力) 和蒸发温度( 蒸发压力) 是两个最重要的参数，基本上 每1 冷凝温度的降低和每1 蒸发温度( 压缩机吸气的温度升高1 ) 升高约有2 3 的节能效果，所以使这两个因素达到最优化的调整将显著减少冷藏集装箱制冷系统 的运转费用和能耗。 为了保证压缩机的安全运行，防止液击冲缸现象的发生，要求吸气温度有一定 的过热度，但是要尽量减少有害过热的出现，否则制冷系数下降，冷凝的热负荷增 加。一定的有益过热度有利于保证系统的正常运行，但吸气过热度过大会使压缩机 的排气温度升高。因此必须选择合理的过热度，达到安全、节能的效果。 制冷剂液体在节流前过冷对提高制冷系统循环的运行经济性是有利的，通过制 5 冷剂的过冷可以减少节流损失，提高制冷系数。 对于冷藏集装箱制冷装置，制冷剂的选择不仅直接关系到装置的结构及操作管 理，更重要的是制冷剂的不同，直接关系到装置运行的经济性。在选择制冷剂的时 候要综合考虑制冷剂的热力学、热物理和化学性质、环保要求以及装置的安全和经 济性。 1 2 2 2 冷藏集装箱控制技术的发展与节能 由于制冷装置的热负荷总在不断的变化，在这种情况下，要保证整个制冷装置 在安全、准确和经济合理的条件下运行，就必须对整个制冷装置进行及时准确的调 节，使制冷装置的制冷量和热负荷趋于或达到平衡，从而达到在满足热负荷要求的 前提下最低的能量消耗。可见，节能与控制技术是相互作用的。制冷装置的调节控 制是否及时、合理，直接关系到制冷装置的运行特性和能耗。根据自动控制技术在 制冷装置中应用的程度的不同，制冷装置的控制方式大致可以分为5 级，即手动控 制配合安全保护装置、局部自动控制、半自动控制、全自动控制、全自动最佳工况 调节。随着自动控制技术的发展，制冷装置的控制方式也在不断改进。在6 0 年代末 以前制冷系统控制方法以最简单的双位调节与直接作用或比例调节为主；到7 0 年代 制冷系统引入了控制精度更高的比例积分调节系统；8 0 年代初由于比例积分调节、 串级调节、补偿调节、自适应控制和计算机控制在制冷控制系统中的应用，使制冷 装置的自动化有了很大的发展，随着控制技术、电力电子技术、微电子技术及计算 机技术的发展及其在冷藏集装箱上的不断应用，使冷藏集装箱的制冷系统控制精度 不断提高，能耗不断下降。 1 3 船舶冷藏集装箱运行特性与变频节能的可行性 1 3 1 船舶冷藏集装箱运行特性 船舶冷藏集装箱实际上是一座运输易腐货物的海上活动冷库，它从北半球横越 赤道到南半球，在经受可能高达+ 5 0 的极高温和一3 0 ( 2 的极低温的外界恶劣气候的 情况下，冷藏货物( 果蔬、鲜花、冷却肉类等) 的温度仍需要始终维持在一1 0 4 c 至+ 2 5 之间，冷冻货物( 鱼、肉类) 的温度仍要始终维持在一2 5 c 至一i o c 之间。冷藏集装 箱在如此恶劣的工况下工作，制冷系统经历着严竣的考验。 由于目前船舶冷藏集装箱运输已迅速发展成为国际贸易中的一种重要运输手 段，随着国际冷藏集装箱运输业的迅速发展，研究冷藏集装箱运行特性、提高制冷 装置工作效率和经济性已成为世界范围内广泛重视的课题。西欧、北美和日本等发 6 冷剂的过冷可以减少节流损失，提高制冷系数。 对于冷藏集装箱制冷装置，制冷剂的选择不仅直接关系到装置的结构及操作管 理，更重要的是制冷剂的不同，直接关系到装置运行的经济性。在选择制冷剂的时 候要综合考虑制冷剂的热力学、热物理和化学性质、环保要求以及装置的安全和经 济性。 1 2 2 2 冷藏集装箱控制技术的发展与节能 由于制冷装置的热负荷总在不断的变化，在这种情况下，要保证整个制冷装置 在安全、准确和经济合理的条件下运行，就必须对整个制冷装置进行及时准确的调 节，使制冷装置的制冷量和热负荷趋于或达到平衡，从而达到在满足热负荷要求的 前提下最低的能量消耗。可见，节能与控制技术是相互作用的。制冷装置的调节控 制是否及时、合理，直接关系到制冷装置的运行特性和能耗。根据自动控制技术在 制冷装置中应用的程度的不同，制冷装置的控制方式大致可以分为5 级，即手动控 制配合安全保护装置、局部自动控制、半自动控制、全自动控制、全自动最佳工况 调节。随着自动控制技术的发展，制冷装置的控制方式也在不断改进。在6 0 年代末 以前制冷系统控制方法以最简单的双位调节与直接作用或比例调节为主；到7 0 年代 制冷系统引入了控制精度更高的比例积分调节系统；8 0 年代初由于比例积分调节、 串级调节、补偿调节、自适应控制和计算机控制在制冷控制系统中的应用，使制冷 装置的自动化有了很大的发展，随着控制技术、电力电子技术、微电子技术及计算 机技术的发展及其在冷藏集装箱上的不断应用，使冷藏集装箱的制冷系统控制精度 不断提高，能耗不断下降。 1 3 船舶冷藏集装箱运行特性与变频节能的可行性 1 3 1 船舶冷藏集装箱运行特性 船舶冷藏集装箱实际上是一座运输易腐货物的海上活动冷库，它从北半球横越 赤道到南半球，在经受可能高达+ 5 0 的极高温和一3 0 ( 2 的极低温的外界恶劣气候的 情况下，冷藏货物( 果蔬、鲜花、冷却肉类等) 的温度仍需要始终维持在一1 0 4 c 至+ 2 5 之间，冷冻货物( 鱼、肉类) 的温度仍要始终维持在一2 5 c 至一i o c 之间。冷藏集装 箱在如此恶劣的工况下