Лекция 17
Тема – «Пути совершенствование систем кондиционирования воздуха»
Цель: изучить цели, направления и методы совершенствования систем кондиционирования воздуха.
Рекомендуемая литература:
1. Холодильные машины и установки кондиционирования воздуха. Пигарев В.Е., Архипов П.Е. М., Маршрут, 2003.
2. Кондиционирование воздуха в вагонах: Учебное пособие/ Ж.С.Мусаев, В.Г.Солоненко, Ю.И.Матяш. – Алматы, КазАТК, 2014. – 293 с.
3. Обучающая контролирующая программа «Кондиционирование воздуха в пассажирском вагоне».
План лекции:
1 |
Методы повышения эффективности систем отопления |
2 |
Использование озонобезопасных хладагентов |
3 |
Автоматизация систем управления климатом и создание модульных систем кондиционирования воздуха |
4 |
Применение полупроводниковых термоэлектрических кондиционеров |
5 |
Внедрение компрессоров нового поколения |
6 |
Холодильные агрегаты для устройств кондиционирования воздуха, использующие воздух в качестве хладагента |
7 |
Совершенствование систем кондиционирования воздуха |
8 |
Совершенствование системы вентиляции пассажирского вагона |
1 Методы повышения эффективности систем отопления
Традиционно для отопления внутренних помещений железнодорожного подвижного состава используются воздушные системы, в которых теплый поток воздуха вначале движется по каналам воздуховодов, а в купе вагона подается сверху через потолочные решетки. При такой схеме в холодный период года отопление становится неэффективным по двум причинам.
Во-первых, в процессе движения теплого воздушного потока по каналам происходят большие потери тепла, поскольку внешние поверхности воздуховодов соприкасаются с холодным воздухом окружающей среды.
Во- вторых - в нижней части купе вагона, окон и ограждающих конструкций температура воздуха, имеет минимальное значение, что значительно затрудняет перемещение теплого воздуха в нижнюю часть вагона.
Устранения указанного недостатка отопительно-вентиляционной системы, можно осуществить за счет подачи теплого воздуха под окна вагона. Предлагаемая схема отопления пассажирских вагонов показана на рисунке 59, которая включает вертикальный канал 7, воздуховод 8 предназначенные для подвода воздуха к отопительным трубам 13, расположенные вдоль вагона в нижней его части.
1 - вентилятор; 2 — фильтр; 3 — камера смешения наружного и рециркуляционного воздуха; 4 — жалюзи забора наружного воздуха; 5 — рециркуляционный канал; 6 — решетка забора рециркуляционного воздуха; 7 — вертикальный канал; 8 — воздуховод; 9 — отверстия воздухораспределителя для подачи воздуха к отопительным трубам; 10 — подоконный канал для раздачи воздуха вдоль вагона; 11 — подоконные выпуски воздуха; 12 — котел; 13 — отопительные трубы
Рисунок 59. Схема отопительно-вентиляционной системы
Воздух, омывая горячие отопительные трубы 13, нагревается и затем направляется в подоконный канал 10 для его раздачи в помещения вагона. Здесь нагретый воздух смешивается с инфильтрационным потоком (поступающего в вагон через неплотности в оконных проемах, а также в местах их крепления к корпусу вагона) и затем восходящим потоком направляется в рециркуляционный канал 5.
Предлагаемая схема отопления характеризуется улучшенными гидродинамическими характеристиками, поскольку используется естественная гравитационная составляющая, при этом исключается радиационный теплообмен и холодное дутье из окон.
Плоские и пленочные нагревательные элементы
В последние годы за рубежом (Германии) проводятся работы по повышению эффективности обогрева помещения пассажирского вагона путем внедрения плоских нагревательных элементов [24, 25]. Наибольшее распространение получили плоские и пленочные нагревательные элементы. Плоские нагревательные элементы наилучшим образом подходят для решения проблем, связанных с равномерным распределением тепла и повышением уровня комфорта для пассажиров. Среди прочих положительных характеристик этих обогревателей, выгодно отличающих их от традиционных нагревательных приборов, можно назвать относительную защищенность от вандализма и отсутствие шума при работе.
Главным
достоинством плоских нагревателей
является эффективное излучение тепла
всей поверхностью. В результате
равномерного нагрева всего окружающего
пространства не возникает негативно
воспринимаемых пассажирами воздушных
потоков, которые к тому же могут поднимать
пыль. Благодаря возможности повышать
температуру пола, потолка и стен, а также
в результате того, что основная часть
тепла при этом способе передается в
виде хорошо поглощаемого излучения,
температура воздуха в вагоне может
поддерживаться на 2
3
градуса ниже, чем при других отопительных
системах. Восприятие пассажирами тепла
в обоих случаях одинаково.
Отраслевые стандарты Союза железнодорожных предприятий Германии (VDV), предписывают максимальные температуры поверхностей пола плюс 30°С (303K), стен, потолка и перегородок — плюс 35°С (308K).
В силиконовых нагревательных элементах нихромовая спираль намотана на тонкую несущую стеклоткань, которая укладывается между двумя слоями силикона, армированного стекловолокном вместе с теплопроводящим заполнителем. Конструкция силиконового нагревательного элемента показана на рисунке 60.
Под действием высокой температуры и давления происходит вулканизация, и спираль оказывается герметично закрытой между защитными слоями. Получаемый таким образом нагревательный элемент обладает высокой надежностью благодаря механической, электрической и термической прочности. Эти качества позволяют применять его в тяжелых условиях эксплуатации на железнодорожном подвижном составе.
Благодаря эластичности материалов, используемых в конструкции нагревательных элементов, последним можно придавать практически любую форму в соответствии с пожеланиями заказчика.
1 – спираль; 2 – выводы для подключения напряжения; 3 – силикон
Рисунок 60. Конструкция силиконового нагревательного элемента
Удачно выбранная форма еще в большей степени обеспечивает высокоэффективную, равномерную и целенаправленную теплоотдачу со всей поверхности на месте установки нагревателя. На практике это означает, что такие нагревательные элементы методом вулканизации могут соединяться с требующими обогрева поверхностями, например, с покрытием ступеней тамбура. В процессе вулканизации эластичная резиноподобная полимерная оболочка прочно соединяется с материалом основы — нержавеющей сталью, алюминиевым сплавом, цветными металлами и др. Силиконовые нагревательные элементы имеют большой срок службы, однако в случае замены их чрезвычайно трудно отделять от основания. В зависимости от области применения нагревателя силиконовой смеси могут придаваться свойства, отвечающие строгим правилам противопожарной безопасности.
Пленочные нагреватели толщиной 0,6 - 0,8 мм, при ширине 40 или 60 см являются хорошей альтернативой силиконовым нагревательным элементам. Проведенные исследования показали, что нагреватели этого типа дают значительную экономию по сравнению с другими плоскими элементами.
Пленочный нагреватель, общий вид которого показан на рисунке 61.
Плёночный нагревательный элемент состоит из стеклоткани 3, покрытой слоем угольно-графитового порошка. В качестве подводов для подключения питающего напряжения использованы медные луженые полоски 1. Изоляция выполнена из ламината - высококачественной композиционной полиэфир-полиэтиленовой пленки 2.
В настоящее время этот вид плоских элементов применяется в основном для обогрева полов, потолков и стен в зданиях. В стационарных условиях срок их службы составляет 30 лет. Пригодность для использования пленочных нагревателей на железнодорожном подвижном составе еще остается предметом исследований. Особой проверки в условиях железных дорог требует прочность соединения трех пленок (нагревательной и двух изолирующих) в одну.
1 – выводы для подключения напряжения; 2 – пленка из композиционного материала; 3 – стеклоткань с напыленным графитом
Рисунок 61. Плёночный нагревательный элемент
Нужное количество пленочного нагревателя отрезают от рулона. Образовавшиеся открытые торцы заделывают клейкой лентой. В особых случаях использования, например, в помещениях с повышенной влажностью или на открытом воздухе, торцы заваривают.