§ 24. 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, 1.24, табл. 7) - 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 скомпанован в жестком корпусе, состоящим 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 1.24. Кондиционер типа «Бриз-56»

а - устройство; б - схема компановки

Основные характеристики центрального кондиционера «Бриз-56» на номинальных режимах работы (к рис. 1.24)

Таблица 7

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, ТРВ, ручной 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 3), 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» (табл. 8), 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. 1.25 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: панельавтоматики, пульт уп­равления, реле давления типа РД-Б для

Рис. 1.25. Автономный кондиционер «Нептун-36»:

а - вид со снятой панелью; б - схема компановки.

Таблица 8

Характеристики автономных кондиционеров типа «Нептун»

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.

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» (ряс.1.26); обозначения те же, что на рис.1.25. 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 холодильнотеплоносной машины показана на рис. 1.26.

Рис. 1.26. Схема компановки 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. 1.27. 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.