船用熱泵：節(jié)能減排新技術(shù)

中國(guó)船級(jí)社 任 勇 陳 實(shí)

目前，船舶柴油機(jī)排出的尾氣已經(jīng)成了大氣的主要污染源之一，特別是尾氣中的SOx和NOx等對(duì)大氣環(huán)境造成的污染已引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，相關(guān)組織和國(guó)家積極開展研究，采取有效措施，出臺(tái)相關(guān)規(guī)定，限制船舶排放對(duì)海洋大氣環(huán)境的污染。

能夠?qū)崿F(xiàn)船舶節(jié)能減排的技術(shù)和裝備很多，熱泵技術(shù)就是其中之一。熱泵是既能制取冷量又能制取熱量的綜合高效能量利用系統(tǒng)，通過閥門切換能夠方便地實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用，因此，將熱泵應(yīng)用在船舶上，不但能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有船舶冷水機(jī)組的制冷功能，還能替代或部分替代燃油鍋爐，實(shí)現(xiàn)加熱功能，更重要的是，用熱泵制熱的效率要遠(yuǎn)高于用燃油鍋爐制熱。

國(guó)內(nèi)船舶節(jié)能減排要求

我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)作為能源資源消費(fèi)和溫室氣體排放的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，節(jié)能減排工作面臨較大壓力。統(tǒng)計(jì)表明，2008年交通運(yùn)輸業(yè)石油消費(fèi)量約占全國(guó)石油終端消費(fèi)總量的36%，其中公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、城市客運(yùn)在交通運(yùn)輸業(yè)中的比例分別約為44%、20%和15%。我國(guó)石油對(duì)外依存度一直較高，《國(guó)內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，2014年我國(guó)石油對(duì)外依存度達(dá)到59.5%。預(yù)測(cè)表明，到2020年，交通運(yùn)輸業(yè)耗油量將占到全國(guó)用油量的50%。

為進(jìn)一步推進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)節(jié)能減排工作，交通運(yùn)輸部《公路水路交通運(yùn)輸節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》提出：與2005年相比，營(yíng)運(yùn)船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗下降15%，其中海洋和內(nèi)河船舶分別下降16%和14%；營(yíng)運(yùn)船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量二氧化碳排放下降16%，其中海洋和內(nèi)河船舶分別下降17%和15%。2008年6月18日，交通運(yùn)輸部還提出：與2005年相比，到2010年和2020年，營(yíng)運(yùn)船舶單位運(yùn)輸量能耗分別下降10%和20%（其中海運(yùn)船舶分別下降11%和20%、內(nèi)河船舶分別下降8%和20%）。

船舶運(yùn)輸行業(yè)是能源消耗型行業(yè)，而且以消耗燃油為主。為降低船舶運(yùn)輸行業(yè)的能源消耗，國(guó)際海事組織（IMO）從MEPC40次會(huì)議開始就如何推動(dòng)航運(yùn)業(yè)節(jié)能減排提出了多種方案，其中包括開展船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）、能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)（EEOI）、船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）、市場(chǎng)機(jī)制（MBIs）等相關(guān)措施，其目的是提高船舶設(shè)計(jì)、營(yíng)運(yùn)管理、操作水平，以及利用經(jīng)濟(jì)手段促進(jìn)船舶溫室氣體排放持續(xù)減少。

對(duì)我國(guó)而言，船舶是一種重要運(yùn)輸工具，其能耗和溫室氣體排放問題不容忽視。由于我國(guó)石油無法實(shí)現(xiàn)自給自足，為確保能源供應(yīng)，石油對(duì)外依存度逐年提高。因此，做好船舶運(yùn)輸行業(yè)的節(jié)能降耗工作，對(duì)于減少燃油消耗，降低運(yùn)輸成本，減輕我國(guó)石油對(duì)外依存度，具有重要作用。

船舶運(yùn)輸?shù)墓?jié)能問題已經(jīng)被列為我國(guó)節(jié)能減排的重要內(nèi)容，并制訂了具體的節(jié)能目標(biāo)。因此，為更好貫徹國(guó)家能源節(jié)約政策，進(jìn)一步推進(jìn)船舶的節(jié)能降耗工作，有必要盡快開展船舶節(jié)能減排技術(shù)研究和推廣應(yīng)用。

船舶制冷空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能必要性

船舶運(yùn)輸比重和船舶運(yùn)輸總能耗將逐漸增加，船舶運(yùn)輸?shù)墓?jié)能減排問題已經(jīng)引起國(guó)際、國(guó)內(nèi)的高度重視，并制訂了具體的節(jié)能目標(biāo)。因此，努力開展船舶節(jié)能減排研究，積極應(yīng)對(duì)行業(yè)發(fā)展的新要求，是目前船舶航運(yùn)業(yè)面臨的一個(gè)重要課題。

現(xiàn)代船舶以及用于科學(xué)考察的深水裝置，往往有乘員長(zhǎng)期工作和停留，因此必須創(chuàng)造合適的微氣候條件，保證乘員的身體健康，使之順利工作。在貨輪上，有些貨物對(duì)周圍環(huán)境的溫度、濕度及空氣成分等都有一定的要求。還有船上安裝的各種電器設(shè)備和精密儀器，其可靠性和正常工作也往往受周圍環(huán)境影響。因此可以說，制冷空調(diào)系統(tǒng)是船舶不可缺少的重要系統(tǒng)，它既可以為居住處所創(chuàng)造適合乘員工作和生活的微氣候條件，也可以保證貨物的完好，還可以為儀器設(shè)備正常工作提供合適的環(huán)境。

貨物加熱與制冷、燃油加熱系統(tǒng)、空調(diào)及生活用熱等是現(xiàn)代船舶的重要系統(tǒng)，在船舶能耗中占有一定比例，尤其是客船、原油船及化學(xué)品船等占有相當(dāng)大的比例。而現(xiàn)有船舶的加熱與制冷系統(tǒng)相對(duì)落后，因此，具有較大節(jié)能潛力。

目前，針對(duì)船舶加熱與制冷系統(tǒng)采取有效技術(shù)措施，提高其能耗水平的研究和應(yīng)用都處于起步階段，因此，開展這方面的詳細(xì)研究，積極推動(dòng)能效比較高的熱泵技術(shù)在船舶中應(yīng)用，采取有效措施改進(jìn)系統(tǒng)的能耗狀況，努力提高系統(tǒng)的用能水平，對(duì)提高整船的節(jié)能減排水平具有重要意義，同時(shí)也能增強(qiáng)我國(guó)未來造船的競(jìng)爭(zhēng)能力，促進(jìn)我國(guó)造船配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

熱泵技術(shù)是成熟的節(jié)能技術(shù)

為了降低船舶空調(diào)裝置的能耗，有必要在現(xiàn)有船舶空調(diào)設(shè)備的基礎(chǔ)上引入新型熱泵技術(shù)，優(yōu)化船舶能源供給系統(tǒng)，提高船舶的總體性能。

熱泵是一種將熱量由低溫?zé)嵩摧斔偷礁邷責(zé)嵩矗瑥亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)指定空間制冷和供熱功能的能量綜合利用系統(tǒng)。熱泵技術(shù)的開發(fā)為利用可再生能源和低品位能源提供了強(qiáng)有力的手段，從而滿足了節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的要求。在中國(guó)科學(xué)院（88）能字004號(hào)關(guān)于印發(fā)“熱泵在我國(guó)開發(fā)與應(yīng)用的可行性論證”的通知中指出，熱泵技術(shù)是節(jié)能的手段之一，對(duì)低位熱能的開發(fā)和利用具有重要意義。

熱泵技術(shù)的發(fā)展有一百多年的歷史，熱泵產(chǎn)品在陸地上也已經(jīng)成功應(yīng)用了幾十年，取得了非常好的節(jié)能效果和豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)成熟。熱泵按照低溫?zé)嵩吹姆N類可分為水源熱泵、空氣源熱泵、地源熱泵和太陽能熱泵等。由于水的質(zhì)量熱容大，傳熱性能好，因此在可以獲得溫度較為穩(wěn)定的大量水源的地方，水是理想的低溫?zé)嵩础６遥礋岜眉夹g(shù)成熟，系統(tǒng)效率較高，因此，水源熱泵適合在船舶領(lǐng)域應(yīng)用。

水源熱泵具有較高的能效比，而且水源熱泵只利用水中的低位熱能，不污染、不浪費(fèi)寶貴的水資源，是一種節(jié)能環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)，在陸上已經(jīng)有了多年成熟的應(yīng)用，并取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。目前船舶節(jié)能減排要求日益嚴(yán)格，正逐漸成為影響我國(guó)未來船舶接單能力的一個(gè)重要因素，同時(shí)也將影響我國(guó)船舶配套產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。水源熱泵產(chǎn)品作為一項(xiàng)具有較好節(jié)能潛力、良好經(jīng)濟(jì)效益的新型節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，在船舶行業(yè)推廣應(yīng)用將有效提高船舶能效水平。而且，水源熱泵在船舶中的應(yīng)用也將對(duì)EEDI和EEOI產(chǎn)生貢獻(xiàn)，有助于我國(guó)積極應(yīng)對(duì)國(guó)際社會(huì)對(duì)船舶節(jié)能減排不斷提出的新要求。

但是水源熱泵技術(shù)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用還屬于一個(gè)全新的課題，由于船舶的應(yīng)用環(huán)境與陸地有本質(zhì)區(qū)別，使用環(huán)境條件的變化也勢(shì)必會(huì)對(duì)水源熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，因此，要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)全面的科學(xué)研究，確保應(yīng)用安全和充分發(fā)揮熱泵的節(jié)能減排作用。

目前，從公開的報(bào)道來看，無論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，對(duì)船用水源熱泵的研究和應(yīng)用都非常少，市場(chǎng)上也沒有專用的系列產(chǎn)品，所以，開發(fā)出船用水源熱泵產(chǎn)品并推向市場(chǎng)，具有較大的市場(chǎng)潛力，推動(dòng)船舶節(jié)能減排的整體水平提高，并能夠有力提升我國(guó)船舶配套設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力。