Монтаж судовых холодильных установок

Значительно сложнее обеспечить в судовых помещениях определенное сочетание физических параметров воздуха -- температуры и относительной влажности, -- которые вместе с подвижностью воздуха и температурой ограждений характеризуют метеорологические условия в помещении.[9]

Теплообмен организма человека с окружающей средой происходит в основном тремя путями: конвекцией, излучением и испарением влаги с поверхности кожи. Количество тепла, выделяемого человеком, непостоянно и зависит от возраста, физической нагрузки, параметров окружающей среды и т.д.

Человек чувствует себя хорошо, когда в установившемся режиме организм отдает столько тепла и влаги в окружающую среду, сколько вырабатывает. Нарушение тепловлажностного равновесия между человеком и окружающей средой приводит к переохлаждению или перегреву тела. При этих условиях организм человека становится более восприимчивым к заболеваниям. Нарушение функций организма лучше всего восстанавливается при температуре воздуха 25°С, относительной его влажности 45--65% и скорости движения 0,2--0,4 м/сек.

Интенсивность передачи тепла конвекцией и излучением зависит от перепада температур между поверхностью тела человека и окружающей средой, включая внутренние ограждения помещений. С повышением температуры окружающей среды этот перепад температур уменьшается, а следовательно, уменьшается и количество тепла, отводимого от тела человека конвекцией и излучением. Тепло, отводимое от человека этим путем, называется сухим, или явным qявн.

Если температура воздуха равна или выше температуры тела человека, то отвод тепла происходит только путем испарения влаги с поверхности кожи при относительной влажности менее 100% и с выдыхаемым воздухом. Тепло, отводимое от человека, путем испарения, называется влажным, или скрытым, qскр.

На рис. 2.1 показано изменение количества ощутимого и скрытого тепла, отводимого от человека, находящегося в спокойном состоянии, в зависимости от температуры окружающего воздуха. Из графика видно, что при температуре воздуха ниже 15°С теплоотдача испарением играет незначительную роль. При температуре выше 28°С основная часть тепла отводится путем испарения. При этом существенное значение будет иметь степень подвижности воздуха.

Рис. 2.1. График изменения количества ощутимого и скрытого тепла, отводимого от человека, в зависимости от температуры окружающего воздуха.

При увеличении физической нагрузки на человека происходит перераспределение статей теплового баланса в сторону увеличения доли тепла, отводимого с испарением влаги. На судах, плавающих в южных и тропических районах, температура в жилых помещениях часто превышает температуру тела человека. В этих широтах атмосферный воздух обычно высокой влажности, что ухудшает отвод тепла от тела человека испарением. Все это приводит к снижению работоспособности, появлению чувства подавленности и т.д.

Таким образом, для создания микроклимата требуемых параметров система кондиционирования воздуха должна обеспечивать:

1. Подачу в помещение воздуха в количестве, необходимом для ассимиляции вредных примесей.

2. Очистку подаваемого в помещение воздуха от пыли, дыма и других загрязнений.

3. Охлаждение и осушение или подогрев и увлажнение подаваемого воздуха для поддержания в помещении заданной температуры и относительной влажности.

4. Необходимую подвижность воздуха в обитаемой зоне помещения.

Системой комфортного кондиционирования воздуха называется комплекс средств и устройств, обеспечивающих создание и поддержание в судовых помещениях микроклимата заданной кондиции при различных параметрах наружной среды и внутренних тепло- и влаговыделениях.

2.2 Выбор оптимальной системы кондиционирования

Системы кондиционирования воздуха можно классифицировать по следующим основным признакам:

1. Сезонности работы (сезонные, круглогодичные).

2. Назначению (комфортные и технологические).

3. Месту получения холода и тепла и месту обработки воздуха:

а) центральные -- производство холода (тепла) и обработка всего количества вентилирующего воздуха централизованы (рис. 2.2, а); центральные системы применяются для обслуживания нескольких одинаковых по тепловлажностному режиму помещений (на судах может быть установлено несколько центральных систем кондиционирования воздуха);

б) местные -- централизовано только производство холода и тепла, а воздух обрабатывается в каждом помещении отдельно или в одном месте -- для небольшой группы смежных помещений (рис. 2.2, б); хладоноситель и теплоноситель от центральной установки подаются по трубопроводам к местным кондиционерам;

в) местно-центральные -- производство холода и тепла централизовано, а обработка воздуха осуществляется частично в центральном кондиционере, где обычно обрабатывается свежий воздух, и в местных эжекционных кондиционерах, где обрабатывается рециркуляционный воздух (рис. 2.2, в);

г) групповые, отличающиеся от местных только тем, что обработка воздуха осуществляется в групповых кондиционерах, обслуживающих большие группы смежных и несмежных помещений (рис. 2.2, г);

д) местно-групповые -- предварительная обработка свежего (или свежего с рециркулируемым) воздуха производится в групповом кондиционере, а доведение его параметров до требуемых значений осуществляется в местных кондиционерах (рис. 2.2, д); хладоносители и теплоносители обрабатываются в центральной установке и подаются к соответствующим кондиционерам;

е) автономные -- производство холода (тепла) и обработка воздуха осуществляются в отдельных автономных кондиционерах, располагаемых непосредственно в кондиционируемых помещениях (рис. 2.2, е); применяются также групповые автономные кондиционеры, обслуживающие несколько близлежащих судовых помещений.

Рисунок 2.2- Принципиальные схемы систем кондиционирования воздуха

Классификации по месту получения холода (тепла) и способу обработки воздуха: а -- центральные; б -- местные; в -- местно-центральные; г -- групповые; д -- местно-групповые; е -- автономные.

1 - холодильная машина; 2 - центральный кондиционер; 3 -- местный кондиционер; 4 -- групповой кондиционер; 5 -- автономный кондиционер.

Системы кондиционирования воздуха можно классифицировать только по месту обработки воздуха. В этом случае они будут подразделяться на следующие:

-- центральные -- обработка всего вентилирующего воздуха для ряда помещений осуществляется в центральном или групповом кондиционерах;

-- местные или автономные -- воздух обрабатывается в небольших местных кондиционерах, размещаемых в самих помещениях;

-- местно-центральные -- осуществляется двухступенчатая обработка воздуха сначала в центральном, а затем в местном кондиционере.

При такой классификации указанные выше групповые системы будут относиться к центральным, автономные -- к местным и местно-групповые -- к местно-центральным.

В практике кондиционирования системы часто классифицируют по давлению, создаваемому вентилятором, и подразделяют на низконапорные и высоконапорные. К низконапорным относят системы со скоростями движения воздуха в воздуховодах менее 15 м/сек, а к высоконапорным -- с более высокими скоростями.

Напор, развиваемый вентилятором, зависит не только от скорости движения воздуха, но и от требуемой величины давления перед воздухораспределительным устройством, конструкции и длины воздуховодов. Величина давления перед воздухораспределителем зависит от его конструкции (с эжектированием или без него). Поэтому правильнее классифицировать системы по скорости движения воздуха и наличию эжекционных устройств в воздухораспределителях.

4. По скорости движения воздуха в воздуховодах системы кондиционирования подразделяются на низкоскоростные (скорость воздуха в магистральных воздуховодах составляет 15-17 м/с, в отводах 6-8 м/с), среднескоростные (соответственно 17-22 и 8-12 м/с) и высокоскоростные (22-30 и 12-20 м/с). [6, стр. 146].

Основное конструктивное преимущество высокоскоростных систем по сравнению с низкоскоростными - меньшее сечение воздуховодов. Однако с повышением скорости возрастают гидравлические сопротивления, в связи с чем увеличиваются затраты мощности на привод вентилятора и значительно нагревается воздух (на 4-7С⁰). Последнее обусловливает увеличение требуемой холодопроизводительности системы. Высокоскоростные системы при скоростях около 20 м/сек имеют повышенный уровень шума. [9, стр. 9]

5. По числу магистральных воздуховодов системы кондиционирования подразделяются на одноканальные, двухканальные и бесканальные. В одноканальных системах весь воздух в кондиционерах обрабатывается до заданных параметров и поступает в обслуживаемые помещения по одному каналу. В двухканальных воздух подается в помещение по двум параллельным воздуховодам. Параметры воздуха в каждом канале имеют свои заданные значения. В помещениях воздух смешивается в необходимых количествах, в результате чего обеспечиваются его требуемые параметры. Бесканальные системы применяются при установке в помещениях местных или автономных кондиционеров.

6. По составу обрабатываемого в центральном кондиционере воздуха системы подразделяются на:

а) прямоточные -- тепловлажностной обработке подвергается только наружный воздух;

б) рециркуляционные -- обрабатывается смесь наружного воздуха и воздуха из помещений.

Кроме центрального кондиционера, рециркуляция воздуха может осуществляться также в специальных эжекционных воздухораспределителях, установленных в судовых помещениях.

7. По способу индивидуального регулирования температуры воздуха в обитаемых помещениях различают системы кондиционирования с регулированием:

а) количества подаваемого воздуха;

б) температуры подаваемого воздуха;

в) количества и температуры подаваемого воздуха одновременно.

Возможность индивидуального регулирования параметров воздуха в помещениях в соответствии с условиями эксплуатации помещений и индивидуальными физиологическими особенностями пассажиров и членов команды -- одно из основных условий обеспечения заданного уровня комфорта.

Выбор того или иного метода индивидуального регулирования обусловливается возможностью поддержания заданных температур во всех помещениях при их различной тепловой нагрузке.

8. По типу холодильных машин различают системы кондиционирования воздуха с машинами:

а) парокомпрессорными (парокомпрессионными);

б) воздушными;

в) пароэжекторными;

г) абсорбционными;

д) термоэлектрическими.

В зависимости от вида энергии, используемой в холодильных машинах, различают машины, потребляющие механическую и тепловую энергию. К машинам, потребляющим механическую энергию, относятся парокомпрессорные и воздушные. Остальные машины потребляют тепловую энергию.

Для целей кондиционирования воздуха в отечественном судостроении применяются исключительно парокомпрессорные холодильные машины, потребляющие дорогостоящую механическую энергию. Несмотря на то, что наиболее доступным и дешевым видом энергии на судах является бросовое тепло от главных двигателей, использование его для холодильных машин еще не получило широкого распространения в судовой практике.

9. По роду применяемого агента различают системы кондиционирования:

а) с рассольным охлаждением (т.е. охлаждением с помощью промежуточного хладоносителя);

б) с непосредственным охлаждением.

В первом случае хладоносителями в системе служат вода или водные растворы солей, называемые рассолом. Во втором -- специальные жидкости (хладагенты), которые испаряются непосредственно в воздухоохладителях.

Поскольку окончательно установившейся классификации систем кондиционирования воздуха пока еще нет, в ее основу могут быть положены также и другие признаки, здесь не рассмотренные.

В данной работе в основу положена классификация систем кондиционирования по сезонности работы, месту обработки воздуха, скорости его движения, степени регулирования параметров воздуха, количеству магистральных воздуховодов и составу воздуха, обрабатываемого в центральном кондиционере.

На рис. 2.3 приведена схема классификации систем кондиционирования воздуха, в соответствии с которой можно определить наименование системы кондиционирования в нашем случае.

Рисунок 2.3 -- Классификация схем кондиционирования воздуха

Из анализа вышерассмотренного материала можно сделать следующие выводы:

1. В каютах и других небольших судовых помещениях, обслуживаемых групповыми или центральными кондиционерами, удовлетворительное поддержание температурного режима может быть обеспечено только при индивидуальном регулировании параметров подаваемого воздуха.

2. Индивидуальное регулирование температуры в помещениях может осуществляться одним из следующих методов:

а) изменением количества подаваемого воздуха;

б) одновременным изменением температуры и количества подаваемого воздуха;

в) изменением температуры подаваемого воздуха.

Регулирование температуры в помещении изменением количества подаваемого воздуха может привести к подаче свежего воздуха ниже санитарной нормы. Кроме того, при этом методе регулирования могут быть нарушены параметры воздуха в других помещениях. Поэтому регулирование температуры воздуха в помещениях изменением температуры подаваемого воздуха -- наиболее удобный способ. В этом случае температуру подаваемого воздуха можно изменять его охлаждением в концевых теплообменниках. При охлаждении воздуха в доводочных кондиционерах необходимо применять рассольное охлаждение, что увеличивает вес, габариты, мощность и стоимость системы кондиционирования. В этом случае, необходимо изолировать трубопроводы во избежание выпадения конденсата на них и для уменьшения тепловых потерь. А также необходимо применять шпигаты, элиминаторы для отвода сконденсированной влаги, конденсирующейся при охлаждении воздуха в охладителях. [6, стр. 183]

Один из основных факторов, определяющих качество системы -- способ воздухораспределения. Правильный выбор типа и моста расположения воздухораспределителя, а также соответствующий перепад температур обеспечивают хорошее самочувствие людей. Благодаря рациональному выбору воздухораспределения обеспечивается оптимальный перепад температур между воздухом в помещении и приточным и соответственно уменьшается количество подаваемого воздуха.

Когда судно стоит на ремонте, его судовая энергетическая установка, камбуз и другие объекты, выделяющие тепло не работают, основными источниками тепло- и влаговыделений являются теплообмен с воздухом и водой через борт судна, люди, кабельные трассы и лампы ремонтного освещения. Так что помещения на судне являются близкими по теплововлажностному балансу. Следовательно для нашей системы применима центрально-местная система кондиционирования воздуха.

Охлаждение воздуха в центральных системах кондиционирования целесообразно осуществлять в воздухоохладителях непосредственного охлаждения, что упрощает, облегчает и удешевляет холодильную установку и сокращает расходы электроэнергии.

Однако в нашем случае оправдано применение рассольного охлаждения, так как прокладка магистральных воздуховодов на большое расстояние представляет значительные трудности, а разместить центральные кондиционеры с отдельными холодильными машинами непосредственного охлаждения вблизи обслуживаемых помещений невозможно из-за отсутствия места. Следовательно необходима транспортировка хладоносителя на значительное расстояние (в центрально-местных системах). В этом случае хладоноситель, охлаждаемый в центральной холодильной установке, подается к воздухоохладителям с рассольным охлаждением, расположенным в обслуживаемых помещениях.

Центральные кондиционеры в большинстве случаев размещают вблизи обслуживаемых помещений. Одним центральным кондиционером обслуживаются помещения, близкие по тепловлажностному балансу.

Выбор скорости воздуха в магистральных воздуховодах определяется возможностями их размещения на судне. Однако не следует стремиться к предельному увеличению скорости воздуха (30--40 м/сек), так как это приводит к увеличению потери напора в воздуховодах, росту мощности вентиляторов и холодильной машины и значительному увеличению шумности системы. На судах небольшого водоизмещения, где разместить двухканальную систему затруднительно, следует применять центрально-местную среднескоростную систему, в которой в качестве концевых охладителей воздуха выступают локальные поверхностные воздухоохладители.

Как показывает анализ существующих систем кондиционирования воздуха, их энерговооруженность и расход холода на одного человека соответственно составляют: для центральных одноканальных низкоскоростных 1000--2500 ккал/ч (0,5--1,2 кВт); для центрально-местных одноканальных высокоскоростных 2000--3200 ккал/ч (1,4--1,6 кВт); для центральных двухканальных высокоскоростных 1700--3000 ккал/ч (1,3--1,8 кВт). Меньшие значения этих показателей, очевидно, могут быть приняты за основу при проектировании систем комфортного кондиционирования воздуха. [9, стр. 43]

Холодильные установки - агрегаты для поддержания в охлажденном объекте температуры ниже температуры окружающей среды. Например, они служат для создания пониженной температуры в системах кондиционирования.

Судовые холодильные установки классифицируют по принципу действия на паровые, газовые и термоэлектрические.

Паровые холодильные установки - установки, в которых охлаждающий эффект достигается главным образом за счет парообразования рабочего тела - хладагента в процессе его кипения при низких температурах.

В газовых (воздушных) холодильных установках эффект охлаждения достигается путем расширения предварительно сжатого в компрессоре газа (воздуха). В этих установках хладагент в процессе совершения цикла не меняет своего агрегатного состояния.

Термоэлектрические холодильные установки - установки, принцип действия которых основан на том, что в спаях разнородных полупроводников под влиянием проходящего через них электрического тока возникает разность температур. Эти установки используются в основном в качестве рефрижераторных холодильных установок и установок автономных кондиционеров.

По способу сжатия хладагента судовые паровые холодильные установки делят на компрессорные, пароэжекторные и абсорбционные.

В компрессорных холодильных установках пары хладагента сжимаются с помощью компрессора.

В пароэжекторных установках пары хладагента сжимаются с помощью парового эжектора.

В абсорбционных холодильных установках пары хладагента сжимаются в так называемом термохимическом компрессоре. В качестве хладагента в них используется вода, а в качестве абсорбента (поглотителя паров хладагента) - бромистый литий. Пары хладагента в абсорбере поглощаются крепким раствором бромистого лития в воде (всасывание компрессора) и выпариваются из слабого раствора в генераторе (нагнетание компрессора). Абсорбер, насос и генератор образуют термохимический компрессор.

По применяемому в качестве хладагента веществу различают компрессорные установки: (фреоновые, воздушные и аммиачные), пароэжекторные холодильные установки (водяные или пароводяные и фреоновые), абсорбционные (бромистолитиевые и водоаммиачные).

По назначению судовые холодильные установки делят на установки системы кондиционирования воздуха, рефрижераторные установки, установки технического кондиционирования.

Холодильные установки системы кондиционирования воздуха подразделяют на установки, обслуживающие центральные, групповые, местные и автономные кондиционеры. Установки, обслуживающие центральные и групповые кондиционеры, предназначены для охлаждения воздушной среды большой (в масштабе судна) группы помещений или помещений всего корабля в целом. К таким установкам относятся пароводяные эжекторные, бромистолитиевые абсорбционные и компрессорные фреоновые холодильные установки большой холодопроизводительности. Установки, обслуживающие местные и автономные кондиционеры, предназначены для охлаждения воздушной среды одного или нескольких корабельных помещений. К таким установкам относятся фреоновые компрессорные или термоэлектрические установки малой холодопроизводительности.

Системы кондиционирования воздуха (СКВ) на базе воздушных турбокомпрессорных холодильных машин ВТКХМ имеют некоторые преимущества по сравнению с другими системами, благодаря которым они перспективны в тех случаях, когда энергозатраты не являются определяющим фактором. Основной недостаток этих систем кондиционирования - повышенные энергозатраты, трудность подбора безредукторного привода компрессора на 10-100 тыс. об/мин и шумность.

Парокомпрессорная холодильная машина (ПКХМ) отличается высокой экономичностью (действительный холодильный коэффициент малых машин Qo?15 кВт и средних Qo=15-120 кВт при tс= -30-0°С и tк= 40-30°С составляет ее=1,8-4,7), малыми габаритами и компактностью в сравнении с другими холодильными машинами.

Тепловой коэффициент водоаммиачных, фреоновых и судовых бромисто-литиевых абсорбционных машин в режиме кондиционирования составляет приблизительно 0,4-0,5. Однако в бромисто-литиевых машинах наблюдается существенный недостаток- это необходимость поддержания глубокого вакуума в испарителе и адсорбере, и умеренного вакуума в генераторе и конденсаторе, так как хладагентом в этих машинах служит вода.

Общий недостаток адсорбционных холодильных машин, в отличие от ПКХМ, - наличие большого числа теплообменных аппаратов с повышенными тепловыми нагрузками, а следовательно, - большие масса и габариты этих машин.

Водяная эжекторная холодильная машина ВЭХМ выгодно отличается от других машин простотой конструкции, надежностью в эксплуатации, относительно низкой стоимостью и тем, что в качестве рабочего тела в них используется вода. Но они имеют низкую эффективность, большую массу и габаритные размеры вследствие больших тепловых нагрузок на аппараты и объемов водяного пара. Необходимость поддержания глубокого вакуума в испарителе и в конденсаторе также является существенным недостатком ВЭХМ.

Компоновка современных ВЭХМ обеспечивает некоторое уменьшение их габаритов за счет совмещения в одном блоке, например, испарителя и эжекторов и взаимного расположения испарителей и конденсаторов.

Фреоновые эжекторные холодильные машины ФЭХМ, обладая всеми достоинствами ВЭХМ (за исключением того, что хладон все же менее удобное рабочее тело, чем вода: дороже, более текучий), выгодно отличаются от водяных отсутствием вакуума, возможностью получения низких температур, большей простотой и компактностью, более высокой экономичностью работы.

Фреоновый парогенератор обогревается водяным паром или отходящими от двигателя газами, водой и т.п.

Эффективность работы ФЭХМ зависит от режима работы и от свойств хладона, применяемого в качестве рабочего тела. Также можно увеличить эффективность машины введением в схему ФЭХМ пароперегревателя и регенеративного теплообменника. Еще большей эффективности можно добиться введением двойной регенерации. Теплообменник РТО, устанавливаемый на "всасе" эжектора, обеспечивает переохлаждение конденсата перед регулирующим клапаном и, следовательно, увеличение холодопроизводительности машины.

Наиболее существенный недостаток турбокомпрессорной холодильной машины ТКХМ - относительная и, следовательно, повышенная стоимость турбоагрегата. Это в значительной степени связано с высоко скоростными опорными узлами, которые должны обеспечивать надежную работу ротора компрессора при частотах его вращения n=20000-60000об/мин.

Большой плюс такой машины заключается в малых габаритах и массе.

В мобильной установке используется парокомпрессорная холодильная машина - как наиболее оптимальный вариант.

Электровентиляторы и основное оборудование (теплообменные аппараты и регулировочная арматура) на судах устанавливают преимущественно в специальных выгородках, называемых вентиляторными. Очень часто эти выгородки служат для совместного размещения оборудования общесудовой вентиляции и системы кондиционирования воздуха. Вентиляторные могут быть автономными и централизованными. Автономные вентиляторные располагаются вблизи обслуживаемых помещений, имеют небольшую площадь и предназначены для вентиляторов, обслуживающих одно или несколько однородных помещений. Централизованные вентиляторные служат для размещения большого количества оборудования нескольких вентиляционных систем, обслуживающих большое количество помещений, иногда нескольких отсеков. Вентагрегаты использованные в схеме мобильной установки установлены на тамбур-шлюзах (приточный установлен на носовом, вытяжной - на кормовом). Они прогоняют воздух через все судно, следовательно система вентиляции, используемая в МУКВ считается централизованной. Как автономные, так и централизованные вентиляторные имеют свои преимущества и недостатки.

Централизованные вентиляторные выгодны с точки зрения подвода электроэнергии и охлаждающей воды. Суммарные площади, занимаемые ими, довольно малы. Весьма удобным является, и размещение устройств приема и выброса воздуха для централизованных вентиляторных. Недостатком централизованных вентиляторных можно считать большую (иногда значительную) длину трубопроводов от вентиляторных до обслуживаемых помещений, но в нашем случае трубопроводов нет, следовательно, этот недостаток отсутствует.

На судах с небольшим составом обслуживаемых помещений и ограниченным парком вентиляторов и центральных кондиционеров вентиляторные, как правило, являются небольшими по объему, а их расположение подчиняется общему расположению основных помещений судна.

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха проектируют с применением, ограниченного количества типов оборудования. С этой целью проводят анализ всех помещений с точки зрения требований по вентиляции и характеру работы в них, рассчитывают потребные количества воздуха, а затем объединяют помещения в группы, каждая из которых обслуживается самостоятельным вентилятором (кондиционером). Объединение в группы производят с таким расчетом, чтобы вентиляторы (кондиционеры) имели производительность, равную одному из принятых для проекта типоразмеров указанного оборудования.

Размещение оборудования в вентиляторных производится с учетом обеспечения свободного доступа к нему и проходов для обслуживания и ремонта. Оно должно быть рациональным и подчиняться определенной закономерности. Центральные кондиционеры, агрегаты и отдельные вентиляторы целесообразно группировать в стройный ряд, электрооборудование сосредоточивать в одном месте. Фундаменты, трубопроводы, вентиляторы и другие устройства следует выбирать из числа типовых конструкций.

В общем случае системы общесудовой вентиляции должны иметь ручное управление электровентиляторами с места их установки и дистанционное (групповое) отключение электровентиляторов из поста управления, производимое при пожарах или по тревогам.

Для вентиляции блока холодильной машины в нем дополнительно должна быть предусмотрена кнопка пуска электровентилятора. Для электровентилятора приточной вентиляции выходных коридоров и шахт из помещения парокомпрессорных холодильных машин также необходимо применять дополнительные кнопки пуска, устанавливаемые снаружи и внутри помещений, в непосредственной близости от выходной двери.

Блок холодильной машины оборудуется автономной комбинированной вентиляцией: искусственной вытяжной и естественной приточной . Система вентиляции в помещении холодильной машины должна обеспечивать: 20-кратный обмен воздуха - для фреоновых холодильных машин. Каналы вытяжной вентиляции в блоке прокладывают с тем расчетом, чтобы воздух отводился из нижней зоны.

Проектом единых технических требований на судовые установки кондиционирования воздуха, разработанным по решению СЭВ для судов с неограниченным районом плавания, предусматриваются расчетные параметры воздуха в кондиционируемых помещениях более близкие к американским и немецким данным , чем к отечественным (табл. 2.1). [9, стр. 62]

Табл. 2.1 - Рекомендуемые расчетные параметры наружного воздуха и воздуха в помещениях

Время года	Температура воздуха, °С	Относительная влажность воздуха, %	Температура морской воды, °С наружного
	наружного	в помещениях	наружного	в помещениях
Лето	35	28	65	50	35

Верхний предел температуры воздуха и судовых помещениях по этим данным не превышает температуру потообразования отдыхающего человека, равную приблизительно 40°С.

Санитарными правилами рекомендуются скорости воздуха в помещении 0,3--0,5 м/сек, при скоростях больших чем указанные у человека появляется неприятное ощущение.

При проектировании систем кондиционирования необходимо учитывать, что перепады температур между наружным воздухом и воздухом в помещении и между подаваемым воздухом и воздухом в помещении не могут быть выбраны произвольно. В летний период разница в температурах наружного воздуха и воздуха внутри помещений температур не должна превышать 12° С (во избежание переохлаждения организма человека).

Максимально допустимый перепад температур между наружным воздухом и воздухом в помещениях в летний период до 11°С в тропическом климате. При температурном перепаде выше 12°С рекомендуется предусматривать ступенчатое изменение температуры путем частичного охлаждения воздуха в коридорах.

В связи с климатическими особенностями тропического климата (повышенная влажность- до 95%), для работы в которой предназначается мобильная установка, наружный воздух НВ, подаваемый на судно необходимо не только охлаждать, но и подсушивать. Это делается с помощью контактных и поверхностных теплообменных аппаратов.

Существуют различные схемы осушения воздуха. Схема осушения воздуха с помощью ВТКХМ может быть условно названа схемой "сжатие--расширение". Она обеспечивает получение холодного осушенного воздуха. Осушение, осуществляется за счет выпадения влаги при расширении воздуха в турбодетандере с совершением внешней -- механической работы, сопровождающейся охлаждением воздуха.

Осушение воздуха может быть осуществлено при охлаждении его ниже температуры точки росы.

В мобильной установке кондиционирования осушение воздуха можно производить фреоновой холодильной машиной при охлаждении его в поверхностных теплообменниках с температурой поверхности ниже температуры точки росы (см. рис. 2.4,а). Процессы применительно к этой схеме в диаграмме I-d представлены на рис.2.4,б.



Рис. 2.4. Принципиальная технологическая блок-схема (а) воздухоосушительной установки с применением фреоновой холодильной машины и графики (б) изменения температуры tв и влагосодержания d воздуха.

ЭВ - электровентилятор; И-ВО - испаритель-воздухоохладитель; К.Н-ВН - конденсатор - воздухонагреватель; ВО - охладитель воздуха забортной водой; ОК. - отвод конденсата из поддона; К - фреоновый компрессор; РК. - регулирующий (дроссельный) клапан.

2.3 Описания тепловой схемы и принципа работы мобильной установки кондиционирования

Холодильная установка системы кондиционирования смонтирована в виде единого модуля (блока) охлаждения в универсальном транспортном контейнере (см. рис. 2.5).

Для транспортировки кранами установка имеет грузоподъемные обухи (рымы) и схему строповки. Крыша и корпус контейнера теплоизолированы фенолформальдегидными плитами ФС - 7. [4, стр. 8] Контейнер с мобильной установкой кондиционирования стоит на берегу.

В корпусе контейнера 1 на фундаментах смонтированы: парокомпрессорная холодильная машина (ПКХМ) 2, электронасосы 3 и 4, два циркуляционных бака 5, арматура, трубопроводы, гибкие шланги, электроаппаратура. Фундаменты крепятся к настилу электросваркой.

Механизмы, трубопроводы, арматура и электроаппараты холодильной установки позволяют производить следующие операции:

1. прием забортной воды и прокачивание ее через конденсатор холодильной машины для конденсации паров фреона насосом НЦ - 100/10;

2. прием пресной воды из противопожарной магистрали и подачу ее в конденсатор холодильной машины или непосредственно на заказ в качестве хладоносителя (рассола) при более низких температурах окружающей среды и температуре воды не выше 16⁰С;

3. прием пресной воды - хладоносителя из циркуляционного бака, прокачку его через испаритель холодильной машины для охлаждения, подачу на судно, прокачку через систему судна, воздухоохладители (локальные и приточного вентагрегата) и возврат в циркуляционный бак пресной воды насосом НЦ - 100/10;

4. прокачку хладоносителя из циркуляционного бака через испаритель холодильной машины и обратно в циркуляционный бак пресной воды - "работа на себя".

Рисунок 2.5 - Блок охлаждения

Емкость циркуляционного бака пресной воды рассчитана на суммарный объем рассола, находящегося в трубках воздухоохладителей (локальных и приточного вентагрегата). В днище циркуляционного бака вмонтирован электронный сигнализатор уровня, который автоматически отключает электоциркуляционный насос подачи хладоносителя при понижении уровня сверх допустимого, чем обеспечивается защита от срыва работы насоса в результате "сухого всаса".

Защита компрессора холодильной машины и непосредственно самой машины предусмотрена их конструкцией и наличием автоматики по давлению фреона, температуре хладоносителя, температуре забортной воды.

Автоматика холодильной машины обеспечивает ее безаварийную работу, при этом предусмотрено ручное управление работой ХМ.

Пуск и остановка насосов установки производится кнопками пускателей, открытие и закрытие арматуры - ручным вращением маховиков, невозвратный клапан напора электроциркуляционного насоса неуправляемый. Все операции по управлению блоком холодильной машины производит один оператор.

Модуль холодильной установки оборудован автономной комбинированной вентиляцией: искусственной вытяжной и естественной приточной, обеспечивающей 20-кратный обмен воздуха, с тем расчетом, чтобы воздух отводился из нижней зоны. Для системы вентиляции модуля в нем предусмотрена кнопка пуска электровентилятора. Кроме того, имеется дополнительная кнопка пуска, установленная снаружи блока, в непосредственной близости от выходной двери.

Непосредственно на верхней палубе судна ставятся кормовой и носовой тамбур - шлюзы на специальных основаниях, оборудованные светильниками местного освещения, леерными ограждениями, поручнями и люками для входа - выхода из заказа. В кормовой тамбур-шлюз ставится приточный вентагрегат, в носовой - вытяжной вентагрегат, смонтированные на амортизаторах и снабженные пускателями. Для транспортировки и установки кранами тамбур - шлюзы имеют приваренные рымы и схему строповки. В корпусе кормового тамбур - шлюза (см. рис. 2.6) крепятся на фундаменты: приточный вентагрегат, патрубок подачи приточного воздуха (крепится на подвесках), поверхностный неорошаемый рассольный воздухоохладитель с приемным и отливным патрубками хладоносителя, элиминатор воздухоохладителя для отвода выпавшего из охлаждаемого воздуха конденсата в коллектор, коллектор, конусно-кольцевой лабиринтный конденсатоотводчик для сброса конденсата за борт (крепится на подвесках). Патрубок подачи приточного воздуха оборудован дроссельной заслонкой для регулирования или полного перекрытия подачи воздуха в помещения и соединен с напорным патрубком вентилятора через амортизационный резиновый патрубок. В корпусе носового тамбур - шлюза крепится на фундамент на амортизаторах типа АКСС вытяжной вентагрегат.

Внутри судна в труднодоступных для приточно - вытяжной вентиляции местах помещений устанавливаются местные локальные воздухоохладители на всех настилах, там, где это предусмотрено схемой установки. Они оснащены побудителем - центробежным корабельным вентилятором с длинным ротором. Воздухопроизводительность регулируется путем изменения частоты вращения вала электровентилятора.

Воздухоохладители (приточного вентагрегата и локальные) снабжаются хладоносителем по трубопроводной системе хладоносителя. Трубопроводы покрыты теплоизоляцией из матов АТМ с целью уменьшения теплопотерь во время транспортировки хладоносителя. Можно также использовать термоизоляцию из вспененного каучука, производимую фирмой Armaflex, л=0,035 Вт/(м·⁰С) (см. рис. 2.7). Заканчивается приемный трубопровод заглушкой, чтобы была возможность присоединить дополнительные потребители. Отливной трубопровод хладоносителя также имеет заглушку для той же цели.

В установке кондиционирования предусмотрено подключение к штатной системе вентиляции.



Рис. 2.6 - Кормовой тамбур - шлюз

Рисунок 2.7 -Термоизоляция фирмы Armaflex: а - изоляция тройников; б - изоляция труб; в, г - арматуры; д - фланцевых соединений

Принцип работы мобильной установки кондиционирования основан на охлаждении хладоносителя в холодильной машине, подачи его на судно к потребителям (воздухоохладителям) и возврате в циркуляционный бак пресной воды.

В конденсаторе ХМ пары фреона охлаждаются забортной (пресной) водой, подаваемой насосом НЦ-100/10, конденсируются на наружной поверхности трубок, отдавая при этом тепло забортной воде.

Из конденсатора жидкий фреон поступает в змеевики теплообменников, где происходит переохлаждение фреона за счет теплообмена с парами, отсасываемыми компрессором из испарителя через теплообменник.

После теплообменника переохлажденный жидкий фреон проходит через фильтр - осушитель, где освобождается от влаги, механических примесей и через соленоидные вентили поступает к терморегулирующим вентилям, где дросселируется с давления конденсации до давления испарения и поступает в межтрубное пространство испарителей.

В межтрубном пространстве испарителей фреон кипит, отнимая при этом тепло от хладоносителя, подаваемого электронасосом НЦ-100/10.

Перегретые пары фреона от испарителей поступают на всасывание компрессоров и цикл холодильной машины повторяется.

Из циркуляционного бака хладоноситель забирается электроциркуляционным насосом НЦ-100/10 и подается в испаритель холодильной машины.

Хладоноситель, охлажденный в испарителе фреоновой ХМ по трубопроводу хладоносителя последовательно подается по приемным патрубкам: сначала к воздухоохладителю приточного вентагрегата, затем к локальным воздухоохладителям от кормы к носу. Хладоноситель в трубках воздухоохладителя охлаждает проходящий между ними воздух до температуры ниже точки росы начального состояния воздуха. Кроме охлаждения этим достигается осушение воздуха в результате выпадения конденсата водяных паров на трубках воздухоохладителя.

Нагретый воздухом в воздухоохладителе хладоноситель так же последовательно забирается по отливным патрубкам: сначала от локальных воздухоохладителей от носа к корме, затем от воздухоохладителя приточного вентагрегата.

Отепленный хладоноситель по трубопроводу идет на берег - к блоку холодильной установки и попадает в циркуляционный бак хладоносителя, откуда забирается насосом НЦ-100/10.

Воздух приточно - вытяжной вентиляции забирается из атмосферы приточным вентагрегатом. Охлажденный и подсушенный в воздухоохладителе приточного вентагрегата, воздух подается в помещения для борьбы с тепло - и влагоизбытками, и обновления состава воздуха помещений, а удаляется вытяжным вентагрегатом в окружающую среду. Так как холодный воздух тяжелее теплого, то он вытесняет его с нижних настилов, оседая там. Таким образом вентилируются верхние и нижние настилы. В местах, труднодоступных для вентилирования установлены локальные воздухоохладители, местно охлаждающие воздух помещений.

2.4 Расчет теплопритоков в помещениях

Исходные данные для расчета.

Параметры наружного воздуха и забортной воды:

- температура наружного воздуха - 45⁰С;

- относительная влажность - 85%;

- температура забортной воды - 35⁰С;

Параметры воздуха в помещении:

- температура наружного воздуха - 24⁰С;

- относительная влажность - 70%.

Теплопритоки в помещения рассчитываются по формуле:

Qполн = Qявн + Qскр , (2.1)

где: Qявн - явные теплопритоки, Вт;

Qскр - скрытые теплопритоки, Вт.

Явные теплопритоки в помещение определяются по формуле:

Qявн = Qогр + Qс р + Qл явн + Qосв + Qобор, (2.2)

где: Qогр - теплопритоки через поверхности ограждения, Вт;

Qс р - теплопритоки через поверхности ограждения от солнечной радиации, Вт;

Qл явн - явные теплопритоки от работающих людей, Вт;

Qосв - теплопритоки от приборов освещения, Вт

Qобор - теплопритоки от работающего оборудования, Вт.

Тепловой поток через ограждающие поверхности определяются по формуле:

Qогр = k*F*(tн-tп), (2.3)

где: Qогр - тепловой поток через поверхности ограждения, Вт;

k - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м²*⁰С);

F - площадь поверхности ограждения, м²;

tн - температура воздуха или воздуха в смежном помещении, ⁰С;

tп - температура воздуха в обслуживаемом помещении, ⁰С.

Значение температуры наружного воздуха и температуры воздуха в обслуживаемом помещении принимаем согласно данных для расчета, значения k выбираем по РД5.5584-89. Значения k, F, и полученные в результате расчета для каждого отсека представлены в таблице 2.2.

Табл. 2.2 - Теплопритоки через поверхности ограждения

№ отсека	k, Вт/(м2*0С)	F, м2	Qогр, Вт
1	1,123	487,3	20300
2	1,302	279,8	11700
3	1,302	223,8	9300
4	1,302	261,1	9400
5	1,302	242,5	8700
6	1,302	282,1	10100

Теплопритоки через поверхности ограждения от солнечной радиации (см. табл. 2.3) находим по формуле:

Qс р = k/бн* qp*еp * Fp, (2.4)

где: бн - коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к поверхности ограждения, Вт/(м²*⁰С), бн = 8,14 Вт/(м²*⁰С). [4]

qp - расчетное значение плотности потока солнечной энергии, Вт/(м²), принимаем qp = 1040 Вт/(м²) [4, стр. 226];

еp - коэффициент поглощения солнечной радиации, для черной поверхности еp = 0,9;

Fp - площадь поверхности ограждения, подверженная действию солнечной радиации, м².

Табл. 2.3 - Теплопритоки через поверхности ограждения от солнечной радиации

№ отсека	F, м2	QС.Р., Вт
1	171,6	2282
2	117,9	1568
3	93,6	1244
4	109,2	1452
5	101,4	1348
6	85,8	1141

Явные теплопритоки от людей определяем по формуле:

Qл явн = n* qл, (2.5)

где: n - количество человек, работающих в помещении;

qл - явный пепловой поток, выделяемый одним человеком, Вт.

Согласно РД5.5584-89 принимаем qл =72 Вт. В каждом отсеке работает десять человек, т.е. n = 10. Таким образом, в каждом отсеке Qл явн =720 Вт.

Теплопритоки от приборов освещения определяем по формуле

Qосв= n*N, (2.6)

где: n - количество светильников, в среднем на одно помещение приходится n = 54 шт.;

N - потребляемая мощность одного светильника, Вт (принимаем N = 60 Вт).

Теплопритоки от работающего в помещении оборудования складываются из теплопритоков от кабелей и вентиляторов воздухоохладителей. Остальное оборудование, электрические сети не работают, т.к. во время ремонта ГЭУ не работает.

Теплопритоки от кабелей находятся по формуле:

Qобор= Qкаб =I2*R*l, (2.7)

где:

I - сила тока в кабеле, А. I ~ 9 А;

R - сопротивление одного погонного метра кабеля, Ом. R ~ 0,005 Ом;

l - длина кабеля, м. Примем длину кабеля равной десяти длинам отсека.

Скрытые теплопритоки в помещение определяются по формуле:

Qскр = Qскр п + Qскр пн + Qскр пу, (2.8)

где:

Qскр п - скрытый тепловой поток, вносимый в обслуживаемое помещение в виде водяного пара, Вт;

Qскрпн - скрытый тепловой поток, вносимый паром, выделяющимся через неплотности, Вт;

Qскр пу - скрытый тепловой поток, вносимый в помещение с утечками пара, Вт.

В нашем случае в скрытый тепловой поток поступает в помещение от людей, точнее, от влаги, которую выделяют работающие в отсеке люди.

Таким образом, количество холода, требуемого на ассимиляцию влаги, поступающей в помещение от людей, определяются по формуле:

Qскр п = n*Wi*iл, (2.9)

где: Wi - количество влаги, поступающей в помещение от одного человека, кг/с. Wi = 0,11 кг/ч [16];

n - количество людей в помещении;

iл - теплосодержание водяного пара при температуре помещения, Дж/кг.

Результаты расчетов Qявн, Wсум, Qскр, Qполн для каждого отсека отображены в таблице 2.4.

Табл. 2.4 - Результаты расчетов теплопритоков для каждого помещения

№ помещения	Qявн, кВт	Wсум, кг/ч	Qскр, кВт	Qполн, кВт
1	21,779	1,186	0,843	22,622
2	14,650	1,054	0,750	15,400
3	11,414	0,725	0,516	11,930
4	13,294	1,120	0,796	14,090
5	12472	1,252	0,890	13,362
6	12,423	0,593	0,422	12,845
Всего:	86,0,23	5,930	4,217	90,249

2.5 Подбор оборудования системы кондиционирования

2.5.1 Технические характеристики воздухоохладителя типа ОВВМ

Воздухоохладитель поверхностного типа воздухоохладитель ОВВМ63,0-2 (см. рис. 2.10) предназначен для охлаждения воздуха в системах кондиционирования на судах.

Климатическое исполнение, категория размещения и условия эксплуатации воздухоохладителя в части воздействия климатических факторов соответствуют ГОСТ 15150.

Воздухоохладитель может поставляться для комплектации экспортных заказов.

Расшифровка условного обозначения:

ОВВМ63,0-2 - воздухоохладитель водяной магистральный;

63,0 - расход воздуха, уменьшенный в 100 раз, м³/ч;

2 - хладоноситель - пресная или дистиллированная вода ГОСТ 6709.

Параметры воздухоохладителя на номинальном режиме применительно к условиям и режимам их эксплуатации и испытаний, материалоемкость, энергоемкость, масса в сухом и рабочем состоянии приведены в табл. 2.5.

Присоединительные размеры и уплотнительные поверхности фланцев входа и выхода воды должны соответствовать ГОСТ 1536.

Воздухоохладитель состоит из теплообменной батареи и корпуса. Теплообменная батарея выполнена в виде унифицированных оребренных труб, соединенных калачами. Подвод и отвод охлаждающей воды осуществляется с помощью коллекторов. Корпус воздухоохладителя выполнен газоплотным.

Конструкция воздухоохладителя предусматривает жесткое палубное и подволочное крепление. Для крепления воздухоохладителей к фундаменту должны быть применены болты по ГОСТ 7805 из стали марки 45 ГОСТ 1050.

Воздухоохладитель должен работать по противотоку. Воздушная полость воздухоохладителя должна обеспечивать плотность при избыточном давлении воздуха 2,0 кПа (0,02 кгс/см²).[18]



Рисунок 2.10 - Воздухоохладитель ОВВМ - 63,0-2

Табл. 2.5 - Параметры воздухоохладителя.

Параметры	ОВВМ63,0-2
Расход воздуха м3/с (м3/ч)	1,750 (6300)
Температура воздуха на входе, 0С	34,0
Относительная влажность на входе, %	70
Температура воздуха на выходе, 0С	18±1
Массовый расход хладоносителя, кг/с (кг/ч)	5,980 (21500)
Температура хладоносителя на входе, 0С	8,0
Холодопроизводительность, кВт	110
Полная площадь теплообменной поверхности, м2	69,4
Аэродинамическое сопротивление, Па, не более	330
Гидродинамическое сопротивление, кПа (кгс/см2)	44,2 (0,45)
Масса сухого воздухоохладителя (масса в рабочем состоянии), кг	212,0±21,2 (222,4±22,2)
Удельная материалоемкость, кг/кВт	2,1
Удельная энергоемкость, кВт·м-3·с	16750

Воздухоохладитель отвечает действующим требованиям по маломагнитности.

Рабочее давление хладоносителя должно быть не более 9,8·105 Па (10 кгс/см²).

Регулирование температуры воздуха на выходе из воздухоохладителя должно осуществляться изменением расхода хладоносителя.

Для предотвращения уноса влаги, образующейся при охлаждении воздуха, за воздухоохладителем должен быть установлен отделитель влаги.

Выполнение тепловой изоляции воздухоохладителя должно производиться при монтаже на объекте согласно РД 5.9037.

Воздухоохладитель работает при температуре воздуха на входе до плюс 50⁰С и температуре охлаждающей пресной воды, очищенной от механических примесей, от плюс 2⁰С до плюс 30⁰С. Безотказная работа воздухоохладителя обеспечивается без непосредственного обслуживания и контроля периодами по 5000 часов на любых, из оговоренных ТУ, режимах непрерывно или с необходимыми по условиям нормальной эксплуатации объекта остановками, пусками и переключениями.

Показатели и нормы надежности воздухоохладителя:

- полный назначенный ресурс до списания - 60000 ч;

- полный назначенный срок службы - 10 лет;

- вероятность безотказной работы за заданное время работы - 0,983;

- срок сохраняемости - 5 лет.

Для воздухоохладителя, работающего на пресной воде, допускается работа на морской воде или рассоле не более 5000 ч. за весь срок службы.

Критерием полного отказа воздухоохладителя является нарушение герметичности теплообменной батареи, которое определяется по выносу охлаждающей воды в воздуховод.

Критерием предельного состояния воздухоохладителя являются язвенные разрушения труб теплообменной батареи до появления свища.

Необходимость поставки ремонтного комплекта ЗИП отсутствует.

Габаритные размеры воздухоохладителя составляют не более:

- длина, мм - 858 мм;

- ширина, мм - 1010 мм;

- высота, мм - 290 мм.

Материалы составных частей воздухоохладителя соответствуют стандартам, действующим в отрасли. Материалы основных составных частей ОВВМ приведены в табл. 2.6.

судовой фрегат холодильный машина

Табл. 2.6 - Материалы составных частей ОВВМ

Наименование составной части	Материал
	Наименование	Марка и стандарт
Корпус	Алюминиево-магниевый сплав	АМг5 ГОСТ 4784
Трубки, калачи для работы на дистиллированной или пресной воде	Медно-никелевый сплав	Труба ДКРНМ МНЖ5-1 ГОСТ 17217
Коллекторы	Медно-никелевый сплав	Труба ДКРНМ МНЖ5-1 ГОСТ 17217
Трубные доски	Сталь высоколегированная	08Х22Н6Т ГОСТ 5632
Фланцы, спускные пробки для работы на дистиллированной или пресной воде	Бронза	Бр. АМц 9-2 ГОСТ 18175
Пластины оребрения	Медь	М3р ГОСТ 859
Крепежные изделия	Сталь	20 ГОСТ 1050
Припой для работы на дистиллированной или пресной воде		ПСр 45 ГОСТ 19738
Прокладки	Пластина резиновая	Пластина 2025 ТУ 38-105160

В комплект поставки входит:

- воздухоохладитель - 1шт.;

- этикетка - 1экземпляр на каждый воздухоохладитель;

- групповой комплект ЗИП, поставляется по отдельному заказу.

Воздухоохладитель поставляется законсервированным, при этом обеспечивается хранение без переконсервации в течение 5 лет. Для консервации используется масло консервационное К-17 ГОСТ 10877. Применяемый способ консервации обеспечивает возможность производить расконсервацию и возобновлять ее в условиях объекта без полной разборки.

2.5.2 Технические характеристики воздухоохладительной установки типа УВО

Установка воздухоохладительная УВО-12Б-2 предназначена для местного охлаждения и осушения воздуха в помещениях, не содержащих взрывоопасных и агрессивных сред.[17]

Индекс УВО-12Б-2 означает:

УВО - установка воздухоохладительная;

12 - производительность по воздуху, м³/ч, уменьшенная в 100 раз;

Б - тип батареи, обеспечивающий перепад температур по воздуху около 10 0С;

2 - повышенный ресурс и срок службы.

Основные параметры воздухоохладительной установки на номинальном режиме показаны в табл. 2.7.

Воздухоохладительная установка выполняется в палубном и подволочном исполнении, с автоматическим, дистанционным или ручным управлением. Воздухоохладительная установка устанавливается на фундамент через амортизаторы типа АКСС в количестве 6 шт. Амортизаторы в объем поставки не входят. Рабочее колесо вентилятора до сборки с двигателем отбалансировано. Электродвигатель выполнен в брызгозащитном исполнении. Конструкция воздухоохладительной установки позволяет производить их частичную разборку для погрузки в люк диаметром 594 мм в свету, для чего корпуса выполнены разъемными.

Подсоединение трубопроводов хладоносителя к установке должно производиться только через гибкие рукава или амортизационные патрубки.