§ 12. Классификация систем кондиционирования

Системы кондиционирования воздуха (СКВ) по назначению подразделяются на комфортные и технические. Системы, предназ­наченные для обслуживания жилых, общественных, медицинских и служебных помещений с длительным пребыванием людей, на­зываются системами комфортного кондиционирования. Системы, которые обеспечивают оптимальные климатические условия, не­обходимые для технологических надобностей или хранения грузов, называются системами технического кондиционирования. Тех­ническое кондиционирование применяют на сухогрузных судах для предотвращения попадания влаги на поверхность груза и порчи его, на танкерах с целью замедления коррозии и предупреж­дения образования взрывообразной концентрации газов в тан­ках. Примером технического кондиционирования также может служить тепловлажностная обработка воздуха в помещении, где установлена электронная аппаратура, бесперебойную работу ко­торой можно обеспечить только при определенной температуре и влажности воздуха и т. п.

Пo периодам работы в течение года комфортные * СКВ делят­ся на:

- летние в которых воздух охлаждается и осушается;

- зимние, в которых воздух нагревается и увлажняется;

- круглогодичные, совмещающие функции первой и второй систем.

Системы кондиционирования воздуха последнего типа уста­навливают на судах с неограниченным районом плавания, т. е. они составляют абсолютное большинство.

Кроме того, при соответствующих параметрах наружного воз­духа установка может работать в режиме вентилирования поме­щений наружным воздухом (без тепловлажностной обработки воздуха).

По числу воздухопроводов, по которым воздух подводится к воздухораспределителю помещения, СКВ бывают одно- и двухканальные.

По давлению воздуха за кондиционером СКВ делят на низко (примерно 1000 Па), средне- (1200 ÷ 2000 Па) и высоконапорные (более 2000 Па).

Системы кондиционирования воздуха бывают прямоточные с рециркуляцией воздуха. В прямоточных СКВ отрабатывается и подается в помещения только наружный воздух. В СКВ с рецирку­ляцией предусмотрен забор вентилятором смеси наружного и ре­циркуляционного (из коридоров) воздуха. Естественно, что забор воздуха на рециркуляцию допускается только из тех помещений, в которых нет источников появления вредных газов и неприятных запахов. Рециркуляция повышает экономичность системы конди­ционирования воздуха, так как при этом сокращаются расходы холода (летом) и тепла (зимой) на обработку наружного воздуха. Для рециркуляции допускается использование в летних СКВ до 80 %, в зимних – до 50 %, круглогодичных – до 50 % воздуха по­мещения от потребного количества воздуха. Применяемые на су­дах установки кондиционирования воздуха отличаются большим разнообразием.

* В пособии рассматривается только комфортное кондиционирование, поэтому в дальнейшем слово «комфортное» опускается.

§ 13. Судовые кондиционеры

В зависимости от того, совместно или раздельно расположены кондиционер и холодильная машина, все кондиционеры можно разделить на неавтономные и автономные. Неавтономные кондиционеры можно условно разделить на центральные и центрально-групповые.

В центральном кондиционере, обслуживаемом собст­венной холодильной машиной, обрабатывается воздух, который затем направляется во все судовые помещения или большую груп­пу помещений. Если судно имеет среднюю или кормовую над­стройку, то каждая из них может быть оборудована своим цент­ральным кондиционером. Учитывая, что один из бортов суд­на больше облучается солнцем, для помещений каждого борта мо­жет быть предусмотрен свой центральный кондиционер. В рассмот­ренных случаях холодильную машину стараются расположить не­далеко от кондиционера и применить систему непосредственного охлаждения.

Центрально-групповые кондиционеры размещаются в разных частях судна и обслуживаются холодильной машиной, нередко размещенной в другой его части. Такие кондиционеры обслужи­вают отдельные группы помещений судна и имеют меньшую по сравнению с центральным кондиционером воздухо-, холодо- и теплопроизводительность. Центрально-групповые кондиционеры могут иметь рассольное или непосредственное охлаждение. В ка­честве примера можно привести пассажирский теплоход «Михаил Лермонтов», где в 31 выгородке, расположенных в разных частях судна, размещено 42 центрально-групповых кондиционера с рас­сольным охлаждением воздухоохладителей.

Автономный кондиционер – это автономный единый агрегат, в состав которого входят аппараты тепловлажной обработки воз­духа и холодильная машина. Автономные кондиционеры делятся на местные и групповые. Местными автономными называются кондиционеры, предназначенные для обслуживания одного поме­щения (каюты, салона и т. п.). Групповые автономные кондицио­неры обслуживают группу помещений и имеют специальные па­трубки, к которым присоединяют относительно короткие воздухо­проводы для раздачи обработанного воздуха по помещениям об­служиваемой ими группы, причем избыточное давление воздуха в этих патрубках обычно не более 300 – 500 Па (30 – 50 мм вод.ст.). По сравнению с неавтономными кондиционерами автономные име­ют значительно меньшую производительность.

Неавтономные кондиционеры. Центральные и центрально-груп­повые кон­диционеры по устройству принципиально не отличают­ся друг от друга. После­довательность расположения основных элементов, определяющая технологиче­скую схему обработки воз­духа, может быть разной. Если конструкция конди­ционера предус­матривает резкое изменение направления движения потока воз­ду­ха в нем после воздухоохладителя и увлажнителя, то установка каплеулови­теля (элиминатора) не обязательна; при резком по­вороте потока капли отделя­ются под действием сил инерции и вследствие уменьшения скорости потока воздуха. Имеются конст­рукции кондиционеров, предназначенных для двухка­нальных сис­тем, у которых воздухоохладитель устанавливают только во второй ступени. В такой конструкции воздуховод после второй ступени рассчитан на 100 % расхода воздуха. Кондиционеры выполняют моноблочными и секцион­ными, т. е. составленными из отдельных соединений секций. Кондиционеры могут иметь воздухоохлади­тели непосредственного или рассольного охлажде­ния, а возду­хонагреватели паровые или водяные. Имеются конструкции кон­ди­ционеров, где теплообменник совмещает функции воздухоохла­дителя и возду­хонагревателя за счет подачи в него летом холод­ной воды, а зимой горячей.

На судах отечественной постройки применяют центральные и центрально-групповые кондиционеры типов КЦВД, «Экватор», «Бриз», «Пассат» и др. В качестве примера рассмотрим кондиционер «Бриз-56» (рис. 1.6.) – цифра «56» показывает производительность кондиционера по воздуху в м /ч, деленную на 100. Кондиционер выполнен средненапорным, предназначен для круглогодичной тепловлажной обработки воздуха в двух- и одноканальных СКВ как с частичной рециркуляцией воздуха, так и без нее. Кондиционер скомпонован в жестком корпусе, состоящем из двух соединенных болтами секций вентилятора и секции 7 воздухоохладителя. Каждая из секций представляет собой жесткую сварную конструкцию, состоящую из профилей и листов алюминиево-магниевого сплава, которые изолированы изнутри эластичным полиуретановым пенопластом и капроновым полотном и обшиты перфорированными листами 2. На корпусе предусмотрено несколько съемных крышек. С фронтальной стороны кондиционера вмонтирована панель управления.

Воздух поступает в кондиционер через патрубок 5, двигаясь сверху вниз, проходит сетчатый масляный противопыльный фильт ПФ, паровой воздухонагреватель первой ступени ВН1 и всасывается электровентилятором В. Далее воздух, нагнетаемый через направляющий аппарат 4, соединенный с вентилятором резиновым патрубком 3, изменяет свой путь на 90° и поступает в шумоглушительную камеру ШГ1, а затем в разделительную камеру 6. Отсюда можно через три или четыре патрубка отбирать часть (до 50 %) от общего расхода воздуха в канал I системы кондиционирования при работе кондиционера в двухканальный СКВ. Остальной воздух, двигаясь вниз, проходит через воздухоохладитель непосредственного охлаждения ВО, рассчитанный на охлаждение 100 % расхода воздуха. Далее воздух изменяет свой путь на 180° и попадает в пространство над поддоном. Двигаясь вверх, воздух проходит паровой увлажнитель У, паровой воздухонагреватель второй ступени ВН2 (с направляющим щитом 9) и поступает в конечный камерный глушитель ШГ2. Отсюда воздух через патрубки поступает в канал II СКВ. Отвод влаги, скапливающейся на поддоне, осуществляется по трубе. Таким образом, кондиционер обеспечивает зимой нагрев воздуха в первой ступени, увлажнение и нагрев во второй. Расход воздуха через канал II лета значительно больше, чем через канал I. Поэтому суммарное значение канала II больше, чем канала I. При работе кондиционера в одноканальной СКВ патрубки канала I заглушают. Воздухонагреватель ВН1 и ВН2 имеют индивидуальные конденсационные горшки.

Рис. 1.6. Кондиционер типа «Бриз-56»

а – устройство; б – схема компоновки

На трубопроводах подвода пара и отвода конденсата ВН2 предусмотрены спускные пробки для удаления конденсата из воздухонагревателя продувкой его сжатым воздухом. Для сниже­ния шума электровентилятор В крепят на амортизаторах. Нагне­тательный патрубок электровентилятора присоединяют к корпусу через резиновый патрубок. К фундаменту электровентилятора В крепят удлинитель для смазывания. Вдоль фронтальной стенки камеры электровентилятора внутри корпуса кондиционера распо­ложена трубка обогрева 5, которая питается паром от ВН1 и слу­жит для предотвращения отпотевания и обмерзания наружной по­верхности корпуса кондиционера в районе расположения ВН1. На трубке обогрева установлена ограничительная дроссельная шайба диаметром 4 мм.

Кондиционер имеет регулирующую станцию, в которую входят: жидкостный фильтр, терморегулируючщий вентиль (ТРВ), ручной регулирующий вентиль (РВ) на случай неисправности ТРВ, ручной запорный вентиль для отключения ТРВ, мановакуумметр, подключенный к всасывающей трубе компрессора и др.

Для предотвращения переконденсации хладона из термобаллона в головку ТРВ (пространство под мембраной ТРВ) в кондиционере предусмотрена трубка обогрева головки воздухом, отбираемым из первой ступени кондиционера. Подвод хладона к воздухоохладите­лю ВО осуществляется через распределители – «пауки», отвод пара агента – через общий коллектор. Для визуального контроля за температурой воздуха во входном и выходном патрубках пре­дусмотрены термометры, которые вставляются в гнезда. На пат­рубке отсоса хладона из кондиционера имеется гнездо для термо­метра, которое в процессе эксплуатации должно быть заполнено глицерином. Автоматика выполнена на основе пропорциональных регуляторов температуры прямого действия типа РТВ. Защита от замораживания осуществляется термореле. Конструк­ции кондиционеров типа КЦВД и «Экватор» подобны рассмотрен­ной. Кондиционеры типа КЦВД имеют рассольные воздухоохлади­тели и вентиляторы с более высоким напором. Кроме того, возду­хонагреватель второй ступени расположен не во вторичной1воз­духораспределительной камере, а под ней, непосредственно на входе в камеру. Воздухораспределительные камеры обоих каналов имеют по три патрубка (вместо четырех). Разные названия конди­ционеров приняты в соответствии с их модификацией по хладо- и теплоносителю: «Бриз» – R12 и пар, «Пассат» – вода и пар. Воз­дух во всех кондиционерах увлажняется паром.

В последние годы разработан и находится в стадии освоения ряд, включающий 32 разновидности центральных кондиционеров, изготовляемых из унифицированных секций. Кондиционеры этого ряда выполняются для одно- и двухканальных систем, летнего, зимнего и круглогодичного кондиционирования воздуха, низко-, средне- и высоконапорными, с рециркуляцией воздуха и без нее, правой и левой моделей. Унификация обеспечивает создание при высокой экономичности на базе одной модели ряда производных аппаратов одинакового назначения, но с разными характеристи­ками.

Условные обозначения марки секционных кондиционеров расшифровываются сле­дующим образом: первая буква К – кондиционер, вторая Г – круглогодичный или З – зимний, Л – летний, третья Т – с увлажнением (из принципа работы СКВ ясно, что буква Т может ставиться только в сочетании с Г и З), следующая буква Ф – фреоновый или В – водяной, далее указывается объемный расход воздуха, V, уменьшенный в 100 раз, м /ч, затем после дробной черты – полное давление кондиционера Н, уменьшенное в 10 раз (кгс/м ) и через дефис Л – левая, П – правая модель. Например, обозначение (марка) КГТФ16/18-Л расшифровывается: кондиционер круглогодичный с увлажнителем, фреоновый, объемный расход воздуха 1600 м /ч (0,445 м /ч), полное давление около

180 кгс/м (1700 Па), левая модель.

На судах морского флота, применяют в основном средненапорные круглогодичные кондиционеры. Следует отметить, что в технической документации, поставляемой заводами – изготовителями, по секционным централь­ным кондиционерам воздушные каналы имеют обратную нумера­цию: второй считается первым, а первый – вторым.

Автономные кондиционеры. К современным автономным кондиционерам относятся ряд кондиционеров типа «Нептун», предназначенных для круглогодичной обработки воздуха в жилых, служебных и общественных помещениях на судах с неограничен­ным районом плавания.

Эти кондиционеры имеют конструкцию шкафного типа. Холо­дильная машина с герметическим компрессором работает на R22. Выполнена машина в одном блоке, что позволяет извлекать ее из кондиционера для осмотра и ремонта без нарушения герметичнос­ти фреоновой системы. Компрессоры ФГП – 2,2; ФГП – 4,5; ФГП – 9,0; ФГП – 14,0 применяют в кондиционерах соответственно «Нептун – 18», «Нептун – 72» и «Нептун – 125». В кондиционе­рах отсутствует увлажнитель, так как процент подаваемого ими свежего воздуха невелик, а тепловыделения в помещениях значи­тельны. Наружный воздух в кондиционер подается судовым под­порным вентилятором. Для отвода выделенной из воздуха влаги предусмотрена дренажная трубка.

На рис. 1.7. показан местный кондиционер «Нептун-36»: 1 – решетка для входа рециркуляционного воздуха; 2 – выпускная ре­шетка; 3 – пульт управления; 4 – датчик терморегулятора; 5 – реле давления; КМ – герметический компрессор; КД – кожухо-трубный конденсатор; ЭН – электронагреватель воздуха (осталь­ные обозначения знакомы из предшествующих схем СКВ). Схема автоматизации кондиционеров типа «Нептун» предусматривает автоматическое и ручное регулирование. В комплект аппаратуры автоматического управления входят: панель автоматики, пульт уп­равления, реле давления типа РД-Б для защиты компрессора по низкому и высокому давлению. На передней панели расположены переключатель управления работой кондиционера в режимах ох­лаждения, нагрева и вентиляции (переключение на режим венти­ляции выполняют вручную). Терморегулятор настраивается пере­ключателем: при температуре воздуха ниже 23 °С кондиционер мо­жет работать только в режиме нагрева; при температуре выше 23 °С – только в режиме охлаждения. Схема предусматривает включение электровентилятора при включении любого исполни­тельного механизма.

Рис. 1.7. Автономный кондиционер «Нептун-36»:

а – вид со снятой панелью; б – схема компоновки.

Устройство групповых кондиционеров в принципе мало отлича­ется от устройства местных кондиционеров. Однако они могут иметь несколько иную компоновку, обусловленную их назначе­нием.

Наиболее современным образцом группового автономного кон­диционера является «Нептун-125» (рис. 1.8.); обозначения те же, что на рис. 1.7. Он предназначен для круглогодичной тепловлажностной обработки воздуха в жилых, служебных и общественных по­мещениях на судах с неограниченным районом плавания. Предус­матривает добавку 10 % наружного воздуха в режимах вентиляции, охлаждения и нагрева (без увлаж­нения). Вентилятор создает давле­ние 300 Па (30 мм вод. ст.). Воз­дух в кондиционере «Нептун-125» может нагреваться как электрона­гревателем ЭН, так и холодильной машиной, работающей по циклу теплового насоса. Электронагрева­тель воздуха включается только вручную при работе кондиционера в любом из режимов.

Главной особенностью кондицио­нера «Нептун-125» является устрой­ство его холодильной машины, пред­назначенной для работы в режиме как охлаждения, так и теплового насоса. Схема такой холодильно-теплоносной машины показана на рис. 1.9.

Рис. 1.8. Схема компоновки кондиционера «Нептун-125»

При работе в режиме холодильной машины хладагент R22 циркулирует по контуру (показан сплошными стрелками); компрессора КМ – переключатель ре­жима ПР – конденсатор КД – дроссель-капиллярная трубка РВ1 – испаритель-воздухоохладитель ВО – переключатель ре­жима ПР – компрессор КМ.

Перевод машины в режим теплового насоса осуществляется изменением направления движения хладагента. Для этого необ­ходимо переключатель ПР повернуть на 90°. Теперь после сжа­тия в компрессоре R22 через ПР нагнетается в испаритель-воз­духоохладитель ВО, который в этом режиме выполняет роль конденсатора-воздухонагревателя ВН. Здесь пар агента, имею­щий высокую температуру, охлаждается продуваемым воздухом и конденсируется, отдавая воздуху теплоту конденсации и на­гревая его. Отсюда жидкий агент через дроссель РВ2 поступает в конденсатор КД, который те­перь работает в режиме испари­теля. Здесь агент кипит, получая теплоту, необходимую для парообразования, от забортной воды, прокачиваемой через аппарат. Далее пар снова всасывается компрессором КМ. Таким обра­зом, один теплообменный аппа­рат служит испарителем – воздухоохладителем ВО в режиме охлаждения и конденсатором – воздухонагревателем ВН в режиме теплового насоса, а второй – конденсатором КД в режиме охлаждения и испарителем в режиме теплового насоса. Между дросселем – капиллярной трубкой и конденсатором включена дополнительная емкость – бачок для жидкого R22, позволяющий менять количество агента в си­стеме в зависимости от режима работы.

Рис. 1.9. Схема холодильно-теплоносной установки с непосредственной системой охлаждения или нагрева воздуха

Спецификационные режимы работы кондиционера «Нептун-125» характеризуются следующими параметрами:

в режиме охлаждения t = 28°, φ = 50 % при t = 35 °С, φ = 65 %, = 30 °С; в режиме нагрева по циклу теплового насоса t = 20 °С, φ = 40 – 50 % при t = - 25 °С, φ = 85 %, = 5 °С. Экспериментальными исследованиями при указан­ных выше параметрах были определены номинальные характеристики работы холо­дильной машины кондиционера в режиме теплового насоса.

Температура кипения t = - 5 ÷ 6 °С, p = 0,41 МПа (4,17 кгс/см ) температура всасывания t = 2 ÷ 3 °С, t = 7 ÷ 9 °С, температура конденсации t = 40 °С, p = 1,58 МПа (16,1 кгс/см ) и температура переохлажденного жидкого R22 t = 35 °С. Теплопроизводительность кондиционера 11,630 кВт (10 000 ккал/ч), потребляемая электродвигателем мощностью 4 кВт.

Таким образом, принцип работы холодильной машины и теп­лового насоса одинаков, отличие состоит в интервале температур. Холодильная машина работает в интервале от температуры окру­жающей среды и ниже, тепловой насос – от температуры окру­жающей среды и выше.

Стоимость нагрева воздуха в автономном кондиционере хо­лодильной машины, работающей в режиме теплового насоса, приблизительно в 3 раза менее стоимости электронагрева возду­ха. Поэтому применение на судах автономных кондиционеров с тепловым насосом считается весьма перспективным.

Общими достоинствами для всех автономных кондиционеров являются следующие: воздухопроводы отсутствуют или имеют минимальную протяженность, расход энергии на вентиляторы в 1,5 – 2 раза менее, чем в центральных системах, монтаж на месте, простая, легкая управляемость и допускается независимая инди­видуальная регулировка параметров воздуха в помещении. Однако автономные кондиционеры обладают повышенным шумом (порядка 70 дБ) и имеют повышенный расход электроэнергии в зимнем режиме. Автономные кондиционеры весьма целесообраз­ны для обслуживания помещений с периодическим пребыванием относительно большого числа людей (в столовых, кают - компа­ниях, кинозалах и т. п.). В этом случае центральную СКВ рассчитывают на обслуживание остальных помещений, и она рабо­тает с более равномерной нагрузкой.