Одноканальная центральная рециркуляционная система кондиционирования воздуха.

Рис. 6.9. Схема одноканальной центральной рециркуляционной системы конди­ционирования воздуха:

ПФ—пылевой фильтр; ВН1 и ВН2, — воздухонагреватели первой и второй ступеней; В — вентилятор; ВО — воздухоохладитель; У — увлажнитель; ШГ —шумоглушительная камера; ВР — воздухораспределители; КО – конденсатоотводчик; КУ - каплеуловитель.

К всасывающему патрубку электровентилятора В (рис. 6.9)подходит наружный воздух, засасываемый через заборное устройство, а также рециркуляционный воздух , забираемый из коридо­ров. Для очистки воздуха от пыли предусмотрены фильтры из металлической или капроновой сетки, смазанные долго не высыха­ющим минеральным маслом. Обработанный в поверхностных теплообменных аппаратах воздух подается к каютным воздухораспре­делителям ВР и смешивается с воздухом помещения. Излишки воздуха через дверные жалюзийные решетки выпускаются в коридор.

Рассмотрим летний режим работы (рис. 6.10,а).

Пусть исходные состояния на­ружного и рециркуляционного воздуха на d,i-диаграмме опреде­ляются соответственно точками 1 и 2. Пройдя через фильтры ПФ наружный и рециркуляционный воздух смешивается в камере смешения центрального кондиционера (процессы 1—3 и 2—3 ). Как было отмечено, точка 3, характеризующая состояние смеси, делит прямую 1—2 на отрезки, обратно пропорци­ональные частям наружного и рециркуляционного воздуха.

После смешения воздух, сжимаясь в вентиляторе с повышением температуры на 2 - 3⁰C (процесс 3—4), подается в воз­духоохладитель ВO. Пусть температура поверхности воздухоохладителя ниже точки росы обрабатываемо­го воздуха. Тогда процесс охлаждения и осушения воздуха (4—5) будет на­правлен в точку О на линии насыщения. В результате из воздуха выпадает влага в количестве d₄ – d₅ из каждого 1 кг воздуха в виде конденсата, а относительная влажность увеличивается. Относительная влажность воздуха φ на вы­ходе из кондиционера (точка 5) не достигнет 100%, потому что не все частицы воздуха входят в соприкосновение с холодной поверхностью воздухоохладителя и определяется температурой по­верхности охлаждения воздухоохладителя, числом рядов труб по ходу воздуха и его скоростью. Охлаждение воздухоохладителя обеспечивается работой холодильной установки, в состав которой входят компрессор КМ, конденсатор КД, испаритель – воздухоохладитель ВО и ТРВ.

Рис. 6.10. Процессы обработки воздуха в летнем а) и зимнем б) режимах работы одноканальной центральной рециркуляционной системы кондиционирования воздуха.

Кап­ли влаги, выпавшие из воздуха в процессе охлаждения, во избежание уноса их в воздухопроводы, от­деляют в каплеуловителях КУ (их называют также элиминаторами). Для отвода этой влаги в цистерну или за борт предусмотрен поддон с дренажной трубой.

Охлажденный и осушенный воздух через шумоглушительную камеру ШГ и разводящую магистраль, где он несколько подогревается (5—6), подходит к выпускным воздухораспределителям и подается в помещения, смешиваясь с воздухом помещения, ассимилируя (поглощая) теплоту и влагу (6-7).

Направление процесса тепловлагоассимиляции зависит от соотношения избытков теплоты и влаги и лежит в пределах значе­ний тепловлажностного отношения ε(4000—40000 кДж/кг).

Из кондиционируемых помещений через дверные жалюзийные решеткивоздух поступает в коридор, где несколько подогревается (7—2) при d =const и за­тем частично выходит наружу, а частично возвращается на рецир­куляцию. В круглогодичных СКВ допускается рециркуляция до 50% от потребного количества воздуха.

В ре­зультате работы СКВ в помещении поддержи­вается температура t₇ , влагосодержание d ₇ и относительная влажность φ₇ ниже тем­пературы t₁, влагосодержания d₁ и относительной влажности φ₁ наружного воздуха. При правильной настройке и функционировании СКВ эти параметры лежат в пределах, установленных Сани­тарными правилами, , что и составляет основную задачу системы кондиционирования воздуха в летнем режиме.

В зимнем режиме (рис.6.10,б), чтобы предотвратить образование воды или льда при смешении холодного наружного и теплого ре­циркуляционного воздуха, холодный воздух предварительно подо­гревается до 12—15°С в воздухонагревателе ВН1 (процесс 1'—1 при d = const). Подогретый воздух, смешиваясь с рециркуляционным (процессы 1—З и 2—3), нагнетается венти­лятором (повышение температуры при сжатии в вентиляторе 3—4) в воздухонагреватель ВН₂, где окончательно нагревается до заданной температуры (4 – 5). Более низким температу­рам соответствует более высокая температура приточного воздуха на выходе из кондиционера. В результате φ уменьшается до низкого значения. Необходимое повышение влажности достигается подмешиванием к нему влажного насыщенного пара, подаваемого через увлажнительную трубку У. (процесс 5 —6 протекает практически при t=const).

Нагретый и увлажненный воздух в напорном трубопроводе воздух несколько охлаждается (6— 7), подходит к воздухораспределителям и, смешиваясь с воздухом помещения, охлаждается и увлажняется влагой, выделяемой людьми (процесс тепловлагоассимиляции 7—8 протекает при ε, равном 1200—40000 кДж/кг). В результате воздух помещения имеет характеристики, соответствующие Санитарным правилам. Излишки подаваемого воздуха выходят в коридор, где немного охлаждаются (8 – 2).

Для полного использования теп­лоты пара на выходе из каждого воздухонагревателя установлен конденсатоотводчик КО. КО устроен таким образом, что пропускает че­рез себя только конденсат. Поэтому пар задерживается в ВН до тех пор, пока полностью не сконденсируется, т. е. не отдаст воздуху теплоту парообразования (при давлении в паровой системе 0,2—0,3 МПа теп­лота парообразования составляет примерно 2000 кДж/кг).

Одним из важных качеств СКВ является возможность индивидуаль­ного регулирования микроклимата в каюте (помещении). В одноканальной СКВ с полной обработ­кой воздуха в центральном конди­ционере индивидуальное регулиро­вание осуществляется только за счет изменения подачи приточного воздуха клапаном или заслонкой ВР (количественное регулирование), но при значительном прикрытии заслонки вентиляция помещения ухудшается.

Несмотря на указанный недостаток, более низкая по сравнению с другими типами СКВ стоимость, простая трассировка воздухо­проводов, меньшие масса и габариты обусловили достаточно широкое распространение подобных систем на судах. Так, низко­скоростные системы вследствие своей малошумности устанавлива­ются преимущественно на пассажирских судах, а средне- и высо­коскоростные системы —на многих типах сухогрузных судов.

Конструкции воздухораспредели­телей одноканальных СКВ отли­чаются большим разнообразием. Для примера рассмотрим два типа воздухораспределителей.

Рис. 6.11. Воздухораспределители:

a — с направленной раздачей воздуха; б — с панельной раздачей

Корпус 1 воздухораспределителя (рис. 6.11, а) с целью звукоизоляции изнутри покрыт слоем поропласта. Воздух подается через патрубок 3. Отверстия 5 для выпуска воздуха сделаны по всему периметру кор­пуса, причем в передней части от­верстия расположены в два ряда. Направленная подача воздуха обес­печивает эжектирование каютного воздуха, что благоприятно сказы­вается на микроклимате в поме­щении. Подачу воздуха изменяют вращением головки винта 4, пере­мещая при этом сферический кла­пан 2. Помимо этого можно по­средством заслонок 6, управляемых ручками 7, регулировать подачу воз­духа через боковые отверстия воз­духораспределителя. У выпускных воздухораспределителей (рис. 6.11, б) с панельной подачей отверстия 2 расположены на панели 1. Воздух поступает через патрубок 4. Подачу воздуха регулируют заслонкой 3.

Одноканальная местно-центральная рециркуляционная СКВ (рис. 6.12).

а)

Рис. 6.12. Схема а) и процессы б) обработки воздуха в одноканальной местно-центральной рециркуляцион­ной системе кондиционирования воз­духа. Обозначения те же, что и на рис. 6.9. Кроме того, ВРД — возду­хораспределитель доводочный; ПШГ – путевой шумоглушитель.

Процессы обработки воздуха в летнем режимесистемы аналогичны процессам, рассмотренным выше (рис. 6,10, а) : смесь наружного и рециркуляционного воздуха охлаждается и осу­шается в воздухоохладителе и через доводочные воздухораспреде­лители эжекционного типа подается в кондиционируемые помеще­ния. В летнем режиме подогрев в воздухораспределителе отключен и регулирование температуры воздушной среды в помещении осу­ществляется только изменением количества подаваемого воздуха.

При работе в зимнем режиме (рис. 6.12, б) наружный и рециркуляционный воздух смешивается в приемной камере кондиционера (процессы 1—3 и 2—3) и нагревается в воздухонагревателе ВН (3—4). Подогретый воздух сжимается в вентиляторе (процесс 4—5 идет с повышением температуры), увлажняется (5—6) и по воздухопроводу с некоторым охлажде­нием (6—7) подается к доводочному воздухораспределителю ВРД.

На рис.6.13 показан воздухо­распределитель, часто применяемый в таких СКВ.

Рис. 6.13. Воздухораспределитель доводочный.

Приточный воздух, имея достаточно высокий напор, подво­дится по каналу, в котором на­ходится регулирующая заслонка 2, к сопловым отверстиям 5. Вследстве высокого напораисте­чение приточного воздуха через сопла в камеру смешения 7 происхо­дит с большой скоростью. В резуль­тате сквозь решетку 10 эжектируется воздух из помещения. Проходя через нагре­ватель 1 (водяной или электрический), рециркуляционный воз­дух подогревается (8 -9) рис. 6.12,б) и затем смеши­вается с приточным воздухом (7 – 10) и (9 - 10). Через решетку 8 смешанный воздух посту­пает в помещение (10 – 8), отдавая теплоту и ассимилируя влагу от дыхания людей. Несмотря на закрытие всех дверей и иллюминаторов при работе кондиционера, в коридоре всегда немного прохладнее, чем в каютах (8 – 2). Таким образом, в результате применения ВРД создается рециркуляция воздуха внутри помещения, обеспечивающая большую равномерность темпера­турного и влажностного поля по всему объему помещения. Сопло­вое устройство представляет собой фасонную коробку, внутри которой с помощью тепло- и звукоизоляцион­ного материала 4 образован фигур­ный канал 3, выполняющий роль глушителя шума. Регулирование микроклимата осуществляется за­слонкой 2, поворачиваемой рукоят­кой 9 через привод 6. В большинстве конструкций ВРД предусмотрено также регулирование путем измене­ния подачи горячей воды в водяной нагре­ватель или изменением тепловой нагрузки электронагревательной батареи 1.

Прямоточные доводочные воздухораспределители в отличие от рассмотренных не имеют на лицевой панели щелей для подсоса воздуха из помещения и работают без циркуля­ции. В зависимости от положения ре­гулирующей заслонки, размещенной в начальной части воздушного кана­ла ВРД, большая или меньшая часть приточного воздуха проходит через канал, в котором находится подогреватель. При этом объем при­точного воздуха, подаваемого в по­мещение, остается постоянным.

Индивидуальное регулирование температуры летом в СКВ с доводочными подогревателями возможно только изменением подачи приточного воздуха в ВРД (количественное регулирование). В зимнем режиме — путем изменения по­дачи приточного воздуха в ВРД и дополнительного изменения подогрева воздуха в доводочных подогревате­лях (качественное регулирование). Поэтому в зимнем режиме такие СКВ обес­печивают более широкие возмож­ности индивидуального регулирова­ния, а следовательно, и более ком­фортные условия, ввиду чего при­меняются на судах неограниченного района плавания с преимуществен­ным нахождением в средних и се­верных широтах. Встречаются также одноканальные СКВ с ВРД, в которых концевой подогрев воздуха с целью расширения возможностей индиви­дуального регулирования может осу­ществляться не только зимой, но и летом. Такие СКВ обеспечивают вы­сокий комфорт, но эксплуатация их летом связана с повышенным расходом топлива.

К недостаткам подобных систем относится необходимость про­кладки электрокабеля (в ВРД с водяным подогревателем — про­кладка трубопроводов горячей воды) и, как следствие, усложнение эксплуатации и повышенная стоимость.

Местно-центральные СКВ с подогревом в доводочных воздухо­распределителях нашли применение на сухогрузных судах с преи­мущественным плаванием в северных широтах.

Двухканальная центральная прямоточная СКВ (рис. 6.14).

Рис. 6.14. Схема а) и процессы б), в) в двухканальной центральной прямоточной системы кондиционирования воздуха. Обозначения те же, что и на рис. 6.9. Кроме того, ВРС - воздухораспределитель смесительный.

В летнем режиме (рис. 6.14, б) к каютным смесительным воздухораспределителям ВРС по разводящей магистрали первого канала подво­дится часть наружного воздуха НВ, состояние которого в d, i-диаграмме определяется точкой 2 (1—2—повышение температуры, связанное со сжатием в вентиляторе). По каналу II к ВРС подходит воздух, предварительно охлажден­ный и осушенный (2—3) в воздухоохладителе ВО, после которого он получает небольшой нагрев в воздухопроводе (3—4) из-за теплообмена с окружающей средой. Таким образом, к каждому каютному сме­сительному воздухораспределителю ВРС по двум каналам подается воздух с разными характеристиками, Желаемые параметры воз­духа в помещении поддер­живают изменением поступления воздуха из каналов I и II - ка­чественное регулирование, процесс (4'—5'). Линия (5—2) характеризует глубину регулирования состояния воздуха в помещении. Глубина регулирования, а значит и соотношение расхода воздуха из каждого канала I и II зависит от поло­жения регулирующих органов (кла­панов, заслонок) каютных ВРС. При этом регулирование не вызы­вает ухудшения вентиляции помеще­ния. Процесс тепловлагоассимиляции ( 4—5) соот­ветствует подаче воздуха в помещение только через канал II, а точка 2 — подаче воздуха только через канал I.

Аналогично работает двухканальная СКВ в зимнем режиме (рис.6.14,в). Наружный воздух подогревается в ВН1 обычно до 15—18 °С (1 – 2) и по­дается вентилятором В (2 – 3) - повышение температуры при сжатии в вентиляторе)в канал I. Другая часть воздуха в канале II увлажняется паром (3 – 5), подаваемым через увлажнитель У, затем допол­нительно нагревается в ВН2 (5 – 6) до 30—35 °С {в зависимости от темпе­ратуры наружного воздуха) и нагне­тается в ВРС для смеше­ния с воздухом из канала I (7 – 8) и (4 – 8). Процессы (3 – 4) и (6 – 7) показывают охлаждение воздуха при теплообмене с окружающей средой в каналах I и II.

Отрезок (9´ – 9´´) характеризует возможности качественного регулирования двухканальной системы в зимнем режиме только за счет смешения воздуха в ВРС, которое не вызывает ухудшения вентиляции помещения. Граничный процесс (7 - 9´) показывает возможности системы при подаче воздуха только через канал II, а (10 - 9´´) – предел регулирования, когда на канал I подается часто задаваемое максимальное 50% ограничение от общего количества воздуха, а другая часть – через канал II.

Основным преиму­ществом двухканальной СКВ яв­ляется широкий диапазон индиви­дуального регулирования парамет­ров воздуха в кондиционируемых помещениях без нарушения установленного режима вентиляции. В то же время система имеет более высокую построечную стоимость из-за необходимости про­кладки двух воздухопроводов. При­меняется она в основном на пас­сажирских, а также транспортных судах; обычно выполняется средненапорной.

На рис. 6.15 показан один из ва­риантов выполнения воздухораспре­делителя смесительного (ВРС) для двухканальных СКВ.

Рис. 6. 15. Воздухораспределитель смесительный.

Корпус 15 прямоугольной формы имеет две приемные камеры 7 и 11 с вход­ными патрубками 8 и 9 для под­вода воздуха от каналов I и II. В полость 4, являющуюся смесительной камерой, воздух по­ступает из приемных камер через отверстия 6 и 10, размер открытия которых регулируется полусфериче­скими клапанами 5 и 12 посредством регулирующего устройства 3. По­следнее состоит из копира, пово­рачиваемого с помощью ручки 2 и системы подвижных рычагов 14 и 13. При повороте ручки 2 одновременно изменяется положение обоих клапанов 5 и 12, при этом один из них увеличивает подачу воздуха из своего канала, а другой — уменьшает; из смесительной камеры 4 воздух подается в помещение через сопло 1.

Вся внутренняя полость ВРС по­крыта звукоизоляционным материа­лом, поэтому она в известной степе­ни выполняет роль глушителя воз­душного шума.

Как видно, двухканальная система обеспечивает широкий диа­пазон индивидуального регулирования параметров воздуха в поме­щении: в летнем режиме — линия (5—2), в зимнем —( 9'—9"). К достоинствам подобных СКВ относится также бесшумность и надеж­ность работы, простота обслуживания. Недостатки этих систем свя­заны с необходимостью трассировки второго воздухопровода и бо­лее высокой стоимостью по сравнению с рассмотренной выше одноканальной центральной СКВ.