Принципиальные технологические блок-схемы судового комфортного кондиционирования воздуха и газодыхательных смесей

В судовых обитаемых помещениях в любое время года имеются избытки влаги, в основном вследствие влаговыделения людей. Теплоизбытки летом для большинства судовых поме­щений равны теплопритокам в них. В некоторых помещениях теплоизбытки меньше теплопритоков на величину теплоотвода какими-либо холодными поверхностями. В зимнее время в судо­вых помещениях наблюдаются теплопотери, а в некоторых, насы­щенных оборудованием, - теплоизбытки.

С изменением параметров наружного воздуха изменяются и теплоизбытки (теплопотери). Система круглогодичного кондицио­нирования воздуха должна обеспечивать летом, как правило, от­вод из помещений влаго- и теплоизбытков, а зимой - отвод избы­точной влаги и подвод теплоты, равной теплопотерям помещений. Таким образом, в помещениях происходят процессы тепло- и влагоассимиляции приточным воздухом или воздухом помещения, идущие в ту или другую сторону по теплоте и всегда в сторону приточного воздуха по влаге и называемые прямыми (самопроиз­вольными) процессами.

В противовес прямым процессам в кондиционере системы кондиционирования воздуха (СКВ) должны быть организованы обра­щенные процессы тепловлажностной обработки воздуха, подавае­мого в помещения, для получения необходимых его параметров и состава, а также очистка воздуха. При этом в летнее время года наружный воздух перед подачей в помещения обычно требуется охлаждать и осушать, а в зимнее - подогревать и увлажнять (хотя наружный воздух в зимнее время и имеет высокую относительную влажность - до 80 -90%, он содержит очень небольшое количество влаги, не более 1-3 г на 1 кг воздуха).

На рис. 8.1 показана принципиальная технологическая блок-схема прямоточно-рециркуляционной системы комфортного кон­диционирования атмосферного воздуха для негерметизированных судовых помещений (помещения не имеют специальной герметиза­ции от атмосферного воздуха, однако во время работы СКВ ил­люминаторы, двери должны быть закрыты для сохранения в поме­щении комфортных параметров воздуха, обеспечиваемых системой кондиционирования).

Электровентилятор ЭВ кондиционера (если все аппараты очи­стки и тепловлажностной обработки воздуха смонтированы в одном агрегате-кондиционере) или автономный электровентилятор (если он установлен в системе воздухопроводов отдельно от других аппаратов) засасывает воздух через пылевые фильтры ПФ₁ и ПФ₂, в которых производится очистка воздуха от пыли и других механических загрязнений. Далее воздух через аппараты подается в помещения.

 

Существуют системы:

— прямоточные, когда в помещения подается только наружный воздух, обработанный в кондиционере;

— замк­нутые, в которых осуществляется стопроцентная рециркуляция, т. е. через герметизированное помещение и СКВ циркулирует один и тот же воздух, подвергающийся кроме тепловлажностной еще и физико-химической обработке с целью удаления углекислого газа и других вредных выделений и поддержания требуемой кон­центрации кислорода О₂; 

— прямоточно-рециркуляционные, когда в помещения подается часть наружного и часть рециркуляцион­ного воздуха (воздуха помещений), предварительно подвергну­того тепловлажностной обработке и очистке.

Рециркуляция воздуха применяется с целью сокращения расхо­дов теплоты и холода на СКВ, так как зимой воздух помещения более теплый, а летом более холодный, чем наружный воздух (в переходных режимах работы СКВ может оказаться более выгод­ным использование только наружного воздуха).

Для того чтобы зимой при смешении теплого рециркуляционного воздуха с холодным наружным воздухом не происходило обра­зования воды или льда (снега), наружный воздух предварительно подогревают в воздухонагревателе первой ступени (в пользу та­кого варианта имеются и другие соображения, которые будут изло­жены ниже).

 

Рисунок 8.1 — Принципиальная технологическая блок-схема прямоточно-рециркуляционной системы комфортного кондиционирования атмосферного воздуха

НВ — наружный воздух (его расход С_нв); РВ — рециркуляционный воздух (С_рв); ЗУ — заборное устройство наружного воздуха; ПФ — пылевой фильтр;

ВН₁ и ВН₁₁  — воздухонагреватели первой и второй ступеней;

ЭВ — электровентилятор; ХМ —холодильная машина; ВО — воздухоохладитель; У — увлажнитель; ГША — глушитель аэродинамического шума; ЖР — жалюзийная решетка; П — помещение; ВР — воздухораспределитель

 

В зимнее время воздух увлажняется (паром, водой) в увлаж­нителе У, подогревается до необходимой температуры в ВН₁₁ и подается в помещение, где распределяется с помощью специальных распределительных устройств — воздухораспределителей ВР.

В летнее время ВН₁, ВН₁₁ и У не работают, а смесь наружного и рециркуляционного воздуха охлаждается (с необходимой регу­лируемой степенью осушения, т. е. уменьшения влагосодержания воздуха) в воздухоохладителе ВО и подается в помещения.

Из помещений на рециркуляцию забирается только часть пода­ваемого воздуха G_в в количестве G_р.в. Остальное количество воз­духа G_в – G_р.в» G_н.в отсасывается из помещений специальной системой вытяжной вентиляции.

Для уменьшения аэродинамического шума, проникающего с воз­духом в обслуживаемые помещения, на воздухопроводах устана­вливают шумоглушители ГША₁ и ГША₂ (последний предотвращает или уменьшает проникновение аэродинамического шума со сто­роны всасывающего патрубка вентилятора). Кроме того, прини­мают меры по шумоглушению и изоляции непосредственно в по­мещении (звукоизоляция стен и т. п.).

Необходимый состав (чистота) воздуха в помещении (соответ­ствующая концентрация С0₂ и О₂) в данной схеме обеспечивается путем подачи свежего наружного воздуха в требуемом количестве, а также удалением в атмосферу из помещений вытяжной вентиля­цией воздуха, загрязненного газовыми выделениями жизнедея­тельности людей.

Системы кондиционирования, принципиальная блок-схема ко­торых показана на рис. 8.1, широко применяются на надводных судах.

В случае плавания или стоянки судна в районах, где атмосфера заражена или загрязнена (погрузочно-разгрузочные операции при перевозке некоторых сортов жидкого топлива, выделяющего вредные газы, и т.д.), необходимы СКВ, обеспечивающие комфорт­ные условия в режиме полной герметизации судовых помещений. Схема такой системы представлена на рис. 8.2.

При отсутствии заражения или загрязнения внешней атмосферы в районе плавания судна СКВ работает как обычная система. При этом клапан К₁ открыт, а клапаны К₂ и К_з закрыты, электро-вентилятор ЭВ₂ не работает, в кондиционируемых помещениях поддерживается обычное атмосферное давление.

При загрязненной внешней атмосфере помещения судна герме­тизируются, закрывается клапан К₁ и открывается клапан К₂. Загрязненный наружный воздух проходит через пылевой фильтр ПФ₂ и электровентилятором ЭВ₂ прокачивается через специальный газовый фильтр СГФ, очищающий воздух от загрязнений (ядови­тых паров топлива, отравляющих газов и т. п.). Обычно СГФ имеет большое аэродинамическое сопротивление, поэтому необхо­дим дополнительный электровентилятор ЭВ₂. Открывается кла­пан Кз и включается подача кислорода в систему из кислородной емкости КЕ. Подачу регулируют так, чтобы в обитаемых помеще­ниях поддерживалось парциальное давление кислорода в пре­делах 0,016 - 0,021 МПа. При этом в помещениях поддерживается давление воздуха р, превышающее атмосферное (р > р_атм), во избежание проникновения в помещения через неплотности конструкций зараженного наружного воздуха.

Углекислый газ и другие газообразные продукты жизнедеятельности людей из помещений выбрасываются через нагруженный клапан НК в атмосферу.

С ними выбрасывается и азот воздуха, компенсация которого происходит за счет азота атмосферного воздуха, очищенного фильтрами ПФ₂ и СГФ.

 

 

Рисунок 8.2 — Принципиальная технологическая блок-схема

прямоточно-рециркуляционной системы комфортного кондиционирования воздуха на судах с длительной герметизацией помещений

Обозначения те же, что и на рис. 8.1. Кроме того, СГФ — специальный газовый фильтр; КЕ — кислородная емкость; НК — нагруженный клапан; р — давление в помещениях;   К_1, К₂, К_з — запорные клапаны.

 

Кислород отфильтрованного в СГФ воздуха несколько снижает расход кислорода из резервных емкостей КЕ.

На рис. 8.3 представлена принципиальная технологическая блок-схема полнокомфортного кондиционирования ГДС с ее реге­нерацией при условии полной герметизации подводных кондицио­нируемых помещений для глубин более 70 м.

Система кондиционирования в этом случае замкнутая. В нее включен регенератор ГДС гелиокислородной смеси (ГКС) РГ, в котором производится поглощение выделяемых людьми угле­кислого газа, водяных паров (частично), других газовых продуктов жизнедеятельности человека и выделение кислорода. В качестве регенерирующего вещества можно применять, например, надперекись натрия NаО₂, в 1 кг которой содержится 0,436 кг кислорода. Она может поглотить 0,4 кг СО₂ на 1 кг своей массы.

Электровентилятор ЭВ₂ обеспечивает покрытие аэродинамиче­ских сопротивлений в контуре регенерации ГКС, а электровенти­лятор ЭВ₁ — в контуре тепловлажностной обработки и циркуля­ции ГКС.

Для компенсации утечек гелиокислородной смеси и поддержа­ния в обитаемом помещении заданного давления служит емкость запаса гелия ГЕ (баллоны с гелием).

Одновременно с работой системы кондиционирования ГКС обеспечивается комфорт и по другим параметрам - раздражителям: ландшафтный комфорт — демонстрацией видов природы на спе­циальном экране; музыкальный комфорт—воспроизведением пе­ния птиц, шума ветра, шума ручья и т.п. в зависимости от ландшафтных изображений; ароматический комфорт — приданием га­зовой среде запахов цветов, хвойного леса, свежескошенного сена и т.д.; ионизационный комфорт. Работа устройств ландшафтного, музыкального и ароматического комфорта синхронизируется так, чтобы определенное ландшафтное изображение сопровождалось соответствующими ему музыкальным фоном и запахами.

 

Рисунок 8.3 — Принципиальная технологическая блок-схема

полнокомфортного кондиционирования ГДС

Кроме известных, обозначены: ГО₁, ГО₂, и ГН – охладители и нагреватель гелио-кислородной смеси (ГКС); РГ – регенератор ГСК; ГЕ – гелиевая емкость (баллоны с гелием); Муз. К, Ланд. К, Аром. К, Ион К – устройства, создающие соответственно музыкальный, ландшафтный, ароматический и ионизационный комфорт; ЗИ – звукоизоляция помещения.