Основные типы систем круглогодичного кондиционирования воздуха

Все суда, имеющие неограниченный район плавания, оборудуются системами комфортного круглогодичного кондиционирования, которые работают как в летнем, та и в зимнем режимах. Суда, предназначенные для работы в южных широтах, могут оборудоваться системой, обеспечивающей только летнее кондиционирование, и соответственно суда, предназначенные для работы в северных широтах - системой зимнего кондиционирования. Кроме того, каждая из перечисленных систем при соответствующих параметрах наружного воздух может работать в режиме вентиляции помещений наружным воздухом без тепловлажностной обработки воздуха. Система круглогодичного кондиционирования воздуха состоит из центрального кондиционера, воз- духопроводов, воздухораспределительных каютных устройств, арматуры, средств автоматического регулирования и защиты, контрольно - измерительных приборов, а также источников теплоты и холода, обеспечивающих зимний и летний режимы работы.

Центральный кондиционер представляет собой агрегат, в состав которого входят фильтры, вентиляторы, воздухонагреватели, воздухоохладители, увлажнители, каплеуловители, шумоглушители, воздушные заслонки и другое оборудование.

Давление, создаваемое вентилятором, определяет также скорость воздуха в воздухопроводах, поэтому по давлению, создаваемому вентилятором, системы кондиционирования воздуха (СКВ) делят: на низк напорные низкоскоростные (0,6—1 кПа, 15—17 м/с), средненапорные средне скоростные (1—2,5 кПа, 17—22 м/с и высоконапорные высокоскорост ные (2,5—4,5 кПа, 22—30 м/с).

По числу воздухопроводов, по которым воздух подается к воздухо­распределителям помещений, СКВ бывают одно- и двухканальные.

Рассмотрим принципиальные схе­мы систем кондиционирования воз­духа, получивших наибольшее рас­пространение на судах.

Одноканальная система кругло­годичного кондиционирования с пол­ной обработкой воздуха в централь­ном кондиционере (рис. 8.1). Летний режим работы обеспечивается фрео­новой холодильной установкой, в со­став которой входят поршневой компрессор КМ, конденсатор КД, ре­генеративный теплообменник РТО, ТРВ с распределителем хладагента, испаритель-воздухоохладитель ВО.

Принцип действия холодильной уста­новки не отличается от ранее изучен­ного. На рис. 8.1 показан вариант непосредственного охлаждения воздуха кипящим хладоном, не меньше распространение имеет охлаж­дение промежуточным хладоносителем водой или рассолом.

Рассмотрим летний и зимний режимы СКВ, используя пример, приведенный в табл. 8.1.

Летний режим. Атмосферный воз­дух имеющий тепловлажностные ха­рактеристики, указанные в табл. 8.1, всасывается через пылевой фильтр ПФ вентилятором В (см. рис. 8.1). Здесь он в результате сжатия нагре­вается на 3 °С. Этот процесс проис­ходит при постоянном влагосодержании с/=14,6 г/кг, относительная влажность ср снижается до 57%. .Далее воздух проходит через воз-1\'хоохладитель ВО, где отдает

Рис. 8.1. Одноканальная система круглогодичного кондиционирования воздуха с полной обработкой воздуха в центральном кондиционере

теплоту на кипение хладагента в змеевиках ВО, в результате чего его температура снижается с 29 до 13°С, т, е. становится ниже темпе­ратуры точки росы. (Из приложе­ния 4 видно, что для воздуха, имею­щего d=14,6 г/кг, температура точ­ки росы равна 20°С.) В результате из 1 кг воздуха выпадает в виде конденсата 14,6 — 8,9 = 5,7 г влаги, а φ увеличивается до 95%. Отметим, что φ не достигает 100%, потому что не все частицы воздуха входят в соприкосновение с холодной по­верхностью воздухоохладителя. Кап­ли влаги, выпавшие из воздуха в процессе охлаждения, во избежание уноса их в воздухопроводы, от­деляют в каплеуловителях КУ (их называют также элюминаторами). Для отвода этой влаги в цистерну или за борт предусмотрен поддон с дренажной трубой. Далее охлаж­денный и осушенный воздух через шумоглушительную камеру ШГ на­правляется в разводящую магист­раль и далее через воздухорас­пределители ВР в обслуживаемые

Таблица 8.1. Изменение тепловлажностых характеристик

помещения. Для уменьшения тепло­обмена с окружающей средой воздухопровод изолируется, и тем не менее воздух в нем нагревается. В нашем случае на 2 °С при d=const и соответственно уменьшается от­носительная влажность φ. Поступая в помещение, кондиционированный воздух смешивается с воздухом по­мещения, ассимилируя (поглощая) теплоту и влагу. Отметим, что в ре­зультате летнего кондиционирования в помещении удается поддержи­вать температуру на 5 °С ниже тем­пературы наружного воздуха и φ в пределах, установленных Сани­тарными правилами, т. е. 40—60%. Из данных таблицы хорошо видно, что для того, чтобы обеспечить в помещении φ= 50% при tпом = 21 °С, потребовалось осушить на­ружный воздух, т. е. уменьшить его влагосодержание с 14,6 до 8,9 г/кг, что и составляет одну из главных задач системы кондиционирования в летнем режиме.

Зимний режим. Атмосферный воздух нагревается обычно до +15°С воздухонагревателем пер­вой ступени ВН1 при d=const и подается вентилятором В к воз­духонагревателю второй ступени ВН2. В ВН2 воздух нагревается до 28 °С при d=const (, в результате чего φ уменьшается до низкого зна­чения 25,4%. Необходимое повы­шение влажности воздуха осуществ­ляется подмешиванием к нему влаж­ного насыщенного водяного пара, подаваемого через увлажнительную трубу У. При этом и увеличивается до 7,3 г/кг, а φ — до 36,5%. На пу­ти от кондиционера к воздухорас­пределителю ВР воздух охлаж­дается от теплообмена с окружаю­щей средой, и характеристики его соответственно изменяются. Нагре­тый и увлажненный воздух по­дается через воздухораспределитель ВР в помещение, где, смешиваясь с воздухом помещения, охлаждается и увлажняется влагой, выделяемой людьми. В результате воздух по­мещения имеет характеристики, со­ответствующие Санитарным прави­лам.

. 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.

В рассмотренном варианте рабо­ты СКВ является прямоточной, т. е. она осуществляет обработку и подачу в помещения только на­ружного воздуха и поэтому обеспе­чивает наиболее эффективную венти­ляцию помещения. Однако такая система для условий высоких тем­ператур наружного воздуха летом и низких температур зимой должна обладать большим резервом холода и теплопроизводителыюсти, что при­вело бы к нерациональным затра­там. Для уменьшения потребности в холоде и теплоте СКВ выполняют с рециркуляцией воздуха. А это означает следующее: из кают воз­дух под воздействием небольшого избыточного давления проходит че­рез открытые дверные решетки в ко­ридор (см. рис. 8.1), частично через неплотности удаляется наружу, а ча­стично через рециркулярный возду­хопровод вместе с наружным воз­духом всасывается вентилятором. В центрального кондиционера. Здесь же отметим, что из служебных и общественных помещений, обслужи­ваемых СКВ, воздух удаляется в атмосферу вытяжными вентиля­торами. Естественно, что забор воз­духа на рециркуляцию делается в тех местах, куда исключается попадание воздуха, имеющего по­сторонние запахи. Соотношение на­ружного и рециркуляционного воз­духа зависит от чистоты рецирку­ляционного воздуха, назначения по­мещения, где будет использоваться смешанный воздух, и определяется положением заслонок в этих воз­душных каналах. Большинство СКВ выполняются с рециркуляционным каналом. В круглогодичных СКВ допускается рециркуляция до 50% от потребного количества воздуха Приведенные в табл. 8.1 значе­ния наружного воздуха свидетель­ствуют об умеренных параметрах, поэтому в помещении удается под­держивать комфортные условия. Если же температура наружного воздуха поднимается, например до tнар = 33°С. При φнар=:65%, то рассмотренная СКВ, продолжая рабо­тать в режиме прямоточной системы (т. е. без рециркуляции), при той же холодапроцзводительности, уже не обеспечит комфортных условий, так как tпом повысится до 28 °С, а φпом — до 70%. Если же теперь открыть заслонки на рециркуляционном ка­нале на рециркуляцию 50%, то эта же СКВ обеспечит tпом= 24,5°С и φпом = 55%, что вполне приемлемо.

Рассмотренная одноканальная система круглогодичного кондицио­нирования с полной обработкой воз­духа в центральном кондиционере является наиболее простой и деше­вой и поэтому получила наиболее широкое применение на транспорт­ных, рыбопромысловых и других морских и речных судах. Такие СКВ бывают низко-, средне- и высоко­напорными.

Конструкции воздухораспредели­телей одноканальных СКВ отли­чаются большим разнообразием. Для примера рассмотрим приме­няемые на новостроящихся отечественных судах схемы воздухорас­пределителей.

Корпус 1 воздухораспределителя (рис. 8.2, 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. 8.2, б) с панельной подачей отверстия 2 расположены на панели 1. Воздух поступает через патрубок 4. Подачу воздуха регулируют заслонкой 3.

.

Одноканальная система кругло­годичного кондиционирования с ча­стичной обработкой воздуха в цент­ральном кондиционере и с допол­нительным подогревом воздуха в каютных доводочных подогревателях (рис. 8.3). Система работает в лет­нем режиме так же, как и ранее рассмотренная одноканальная си­стема с полной обработкой воздуха в центральном кондиционере: воздух охлаждается и осушается только в центральном кондиционере, а затем подается через каютные воздухораспредилители в помещения. В зимнем режиме воздух нагревается в воздухонагреватиле ВН обычно до 15°С, увлажняется и подается в напорную магистраль. Окончательно воздух подогревается в доводочных водяных или электрических подогревателях, встроенных в воздухораспредилители ВРД кондиционируемых помещений. Вода, которая будет подогревать воздух, нагревается до 80-90°С в паровом водоподогревателе ВП и циркуляционным насосом ЦН прокачивается через змеевики водяных доводчиков. На выходе

Проходя через водяной змеевиковый нагре­ватель /, рециркуляционный воз­дух подогревается и затем смеши­вается с приточным воздухом. Через решетку 8 смешанный воздух посту­пает в помещение. Таким образом 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 нагре­ватель /. 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 водяной подогреватель. При этом объем при­точного воздуха, подаваемого в по­мещение, остается постоянным. Широкое распространение на судах, особенно рыбопромыслового флота, получили одноканальные СКВ с воздухораспределителями, снабженными электрическими подо­гревателями. Основным их преиму­ществом является отсутствие необ­ходимости прокладки к ВРД водя­ных труб, в то же время их работа связана с повышенным расходом энергии. Электрические нагреватели могут иметь как ручное, так и авто­ матическое управление. Внутренние поверхности ВРД облицованы звукотеплоизоляционным материалом. Индивидуальное регулирование в СКВ с каютными доводочными подогревателями в летнем режиме возможно только путем изменения подачи приточного воздуха в ВРД (количественное регулирование), а в зимнем — путем изменения по­дачи приточного воздуха в ВРД или путем регулирования подогрева воздуха в доводочных подогревате­лях (качественное регулирование). 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. На судах зарубеж­ной постройки встречаются СКВ одноканальные 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.

Двухканальная система кругло­годичного кондиционирования с пол­ной обработкой воздуха в централь­ном кондиционере (рис. 8.5). В лет­нем режиме смесь наружного и ре­циркуляционного воздуха охлаж­дается и осушается в воздухоохла­дителе первой ступени В01. Далее воздух проходит через каплеулови-тель КУ1 и подается вентилято­ром В в шумоглушительную камеру Ц1Г1. Отсюда часть кондициони­рованного воздуха направляется в

.
разводящую магистраль 1 первой ступени, а другая часть подается в воздухоохладитель второй ступени ВО2, где дополнительно охлаж­дается до 10—12°С.

Из второй ступени воздух через каплеуловитель КУ2 и шумоглуши­тель ШГ2 направляется в маги­страль 2 второй ступени. Таким образом, к каждому каютному сме­сительному воздухораспределителю ВРС по двум

Рис. 8.5. Двухканальная система круглогодичного кондиционирования

каналам подается воздух с разными характеристиками. Регулируя поступление в помещение воздуха из магистралей 1 и 2 (ка­чественное регулирование), поддер­живают желаемые параметры воз­духа в помещении.

Расход воздуха в каждой из магистралей 1 и 2 зависит от поло­жения регулирующих органов (кла­панов, заслонок) каютных ВРС. При этом регулирование не вызы­вает ухудшения вентиляции помеще­ния. Аналогично работает двухканальная СКВ в зимнем режиме. Наружный воздух подогревается в ВН1 обычно до 15—18 °С и подается вентилятором В в маги­страль 1. Другая часть воздуха увлажняется паром, подаваемым через увлажнитель У, затем допол­нительно нагревается в ВН2 до 30—35 °С (в зависимости от темпе­ратуры наружного воздуха) и нагне­тается в магистраль 2 для смеше­ния с воздухом из магистрали 1. Процессы изменения состояния воз­духа в вентиляторе и воздухопро­водах в летнем и зимнем режимах аналогичны рассмотренным в одноканальных СКВ. Основным преиму­ществом двухканальной СКВ яв­ляется широкий диапазон индиви­дуального регулирования парамет­ров воздуха в кондиционируемых помещениях. 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. 8.6 показан один из ва­риантов выполнения воздухораспре­делителя смесительного (ВРС) для двухканальных СКВ. Корпус 15 прямоугольной формы имеет две приемные камеры 7 и 11 с вход­ными патрубками 8 и 9 для под­вода воздуха от магистралей ступе­ней 1 и 2. 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.

Рис. 8.6. Воздухораспределитель смесительный

Как уже отмечалось, СКВ бывают высоко, средне и низконапорные. К достоинствам высоконапор­ных СКВ относятся компактность и удобство монтажа воздухопроводов, которые благодаря повышен­ным скоростям воздуха в них имеют меньшее сечение, возможность осу­ществления интенсивной рециркуля­ции воздуха в помещении благо­даря эжекторному действию приточ­ного воздуха и др. Основным недо­статком высоконапорных систем яв­ляется повышенный уровень шума, значительно снижающий комфорт в кондиционируемых помещениях. В настоящее время наибольшее рас­пространение получают средненапорные СКВ с давлением вентилятора до 2450 Па. Низконапорные си­стемы (в виде автономных) приме­няют на современных судах для общественных помещений большого объема (ресторанов, салонов, кино­залов и т. п.).

В ередненапорных СКВ темпе­ратура приточного воздуха поддер­живается на уровне tпр=14-18 °С. В высоконапорных системах при применении воздухораспределителя эжекторного типа tпр= 12-15 °С.

Шум в СКВ и меры по его умень­шению. Основным источником шума в судовых СКВ являются вентиля­торы, магистральная и концевая воздухораспределительная армату­ра, тройники, колена воздухопроводов и т. п. Снижение шума может достигаться двумя путями: уменьшением шумности источника и поглощением шума на путях его распространения.

Рис. 8.7 Принципиальная схема камерных глушителей шума: а – однокамерный, б – пластинчатый, в - экранированный

Для снижения шума, возникающего при работе электровентилятора, всасывающий и нагнетатель­ный патрубки его подсоединяют к воздушному тракту кондиционера через специальные виброизоляцион­ные проставки (например, листовую резину). Поглощение шума — это процесс преобразования колебательной зву­ковой энергии в тепловую в ре­зультате трения или прохождения звука через пористые, волокнистые и другие материалы, применяемые в качестве изолирующих. С этой целью внутренние поверхности кон­диционеров, воздухораспределите­лей, специальных глушителей обли­цовываются слоем звукопоглощаю­щего материала, который одновре­менно является и теплоизоляцион­ным материалом. В качестве тепло­изоляции-звукоглушителя в судовых СКВ отечественного производства применяются в основном маты из капронового волокна В'Г-4 и эластич­ный полиуретановый поропласт. Мат из капронового волокна обшивают марлей, а со стороны выхода по­тока воздуха покрывают защитным полотном и перфорированными ли­стами, чтобы исключить выдувание изоляционного материала. Поропласт полиуретановый — это эла­стичная легкая газонаполненная масса с равномерной пористой струк­турой.

При скорости в воздухопроводах менее 25 м/с в системе устанавли­вают камерные глушители, которые являются конструктивными элемен­тами кондиционера. На рис. 8.7 показаны их принципиальные схемы. В них глушение достигается путем поглощения шума изоляцией и многократного его отражения от стен камер. При скоростях воздуха в магистралях свыше 25 м/с (что характерно для высокоскоростных систем) уровень шума, возникающего в воздухопроводах, превышает уровень шума других источников, поэтому в таких СКВ обязательно устанавливают специальные путевые шумоглушители (ПШГ).

Существующие методы глушения шума при высоком напоре СКВ обес­печивают лишь частичное снижение шума. И это обстоятельство, как уже указывалось, ограничивает на­пор в системах.