11 СИСТЕМЫВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
11.1 Назначение и общие требования
В процессе эксплуатации судна воздух в помещениях насыщается различными парами, газами, влагой, пылью. Источниками загрязнения воздуха являются механизмы, аппараты, приборы, теплоизоляция, звукоизоляция, окрашенные поверхности, а в жилых помещениях и постах – люди. Известно, что человек при дыхании поглощает кислород, выделяя углекислый газ (СО2), теплоту и влагу. В течение 1 ч взрослый человек в спокойном состоянии выделяет 23 л СО2, около 80 – 90 Вт теплоты и 70 г влаги. При физической работе эти выделения возрастают примерно в два раза. Работа машин сопровождается интенсивным выделением паров, газов и влаги. Кроме того, окрашенные поверхности, резиновые и теплоизоляционные покрытия выделяют вредные и неприятные пары и тем интенсивнее, чем выше температура. Машины, механизмы, различные аппараты и приборы выделяют большое количество теплоты. Для обеспечения нормальных условий работы экипажа, а также комфортных условий в жилых помещениях необходимо поддерживать качественный состав воздуха, требуемую его температуру и влажность.
Система вентиляции служит для замены в помещениях загрязненного воздуха свежим наружным воздухом. Система кондиционирования воздуха (СКВ), являющаяся дальнейшим развитием системы вентиляции, обеспечивает наряду с вентиляцией тепловлажностную обработку и очистку воздуха от пыли и других загрязнений. СКВ в теплое время охлаждает и осушает воздух, а в холодное время нагревает и увлажняет его. Комфортные условия в первую очередь характеризуются наиболее благоприятными для человека температурой и влажностью воздуха. В соответствии с «Санитарными правилами для морских судов СССР» и отраслевыми нормалями температура воздуха в жилых и служебных помещениях должна быть в пределах 20–25°С, а относительная влажность составляет 40–60%. Максимальная температура в рабочих зонах машинных и котельных отделений не должна превышать 28 °С. Скорость входа свежего воздуха в вентилируемое помещение должна быть не выше 1 – 2 м/с.
|
При проектировании систем вентиляции следует пользоваться применяемыми в практике судостроения кратностями обмена воздуха в час в различных по назначению помещениях. Так, для жилых помещений кратность обмена воздуха в час составляет 10–20, провизионных кладовых 5–15, гальюнов 15–20, камбузов 30–40. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха должны быть устроены так, чтобы при пожаре была исключена возможность распространения пламени и горячих газов по воздухопроводам в соседние помещения. Системы не должны создавать шума, превышающего допустимые уровни. Арматура, воздухопроводы и приборы систем должны гармонировать с архитектурным оформлением помещений.
11.2 Система вентиляции
Воздухообмен при вентиляции осуществляют несколькими способами:
– естественным перемещением воздуха вследствие различной плотности холодного и теплого воздуха;
– использованием скоростного потока воздуха, омывающего судно;
– с помощью вентиляторов.
Воздухообмен первыми двумя способами называется естественной вентиляцией, а посредством третьего способа – искусственной, или принудительной, вентиляцией. Одновременное применение в помещении естественной и принудительной вентиляции называется комбинированной вентиляцией. В зависимости от того, подается воздух в помещение пли вытягивается из него, различают вентиляцию приточную (вдувную) и вытяжную.
|
При вытяжной вентиляции загрязненный воздух отсасывается из помещения и в нем создается некоторое разрежение, вследствие чего в помещение поступает свежий воздух. Применение вытяжной вентиляции предотвращает распространение выделяемых в вентилируемом помещении газов в соседние с ним помещения. При использовании приточной вентиляции в помещение подается свежий воздух, создающий в нем некоторое избыточное давление (подпор), под действием которого из вентилируемого помещения вытесняется загрязненный воздух. Вытяжную принудительную вентиляцию применяют в санитарно-гигиенических помещениях, кладовых, курительных, ваннах, душевых, прачечных, аккумуляторных, насосных отделениях, медицинских и других помещениях, где интенсивно выделяются пары и газы.
Приточную вентиляцию применяют в жилых помещениях и постах управления, в которых необходимо предотвращать поступление из коридоров загрязненного воздуха и вредных паров. Вытяжную принудительную вентиляцию с естественным притоком из коридоров свежего воздуха применяют в санитарно-гигиенических помещениях, различных кладовых, аккумуляторных, помещениях вспомогательных механизмов и электрооборудования, насосных отделениях. Приточную принудительную вентиляцию с выходом загрязненного воздуха через дверные решетки в коридор используют в каютах, кубриках и служебных помещениях.
|
Приточно-вытяжную принудительную вентиляцию применяют в салонах, столовых, радиорубках, камбузах, сушильных, прачечных, медицинских помещениях, агрегатных с большими тепловыделениями и грузовых трюмах. В машинных и котельных отделениях в основном используют принудительную приточную вентиляцию в сочетании с естественной вытяжкой загрязненного воздуха. Естественная приточно-вытяжная вентиляция применяется на морских углерудовозах, судах малого водоизмещения (до 500 т) и во вспомогательных помещениях (без тепло-или газовыделений), расположенных на верхней палубе.
По скорости воздуха в воздухопроводах системы вентиляции разделяются на низкоскоростные (15–17 м/с), среднескоростные (17–22 м/с) и высокоскоростные (22–30 м/с).
В настоящее время наметилась тенденция к применению высокоскоростных систем, благодаря чему стало возможным сокращать число вентиляторов и уменьшать диаметры воздухопроводов. В зависимости от назначения вентилируемых помещений системы вентиляции можно подразделить на следующие труппы:
– общесудовую, обслуживающую жилые, служебные, бытовые и медицинские помещения;
– машинных и котельных отделений;
– грузовых трюмов;
– помещений с различными вспомогательными механизмами и аппаратами (насосами, холодильными машинами и т. д.);
– аккумуляторных батарей.
Воздухообмен при естественной вентиляции осуществляется через поворотные дефлекторы или эжекционные головки (рис. 83), устанавливаемые на верхней палубе и надстройках. При повороте дефлектора отверстием 4 по направлению движения судна свежий воздух вдувается в вентилируемое помещение, а при повороте против движения судна воздух из помещения подсасывается через вертикальную трубу 3 потоком наружного воздуха, омывающего дефлектор. Эжекционная головка применяется для вытяжки загрязненного воздуха из помещения, поэтому ее устанавливают конусом 6 по направлению движения судна. Поток наружного воздуха, проходя через этот конус, приобретает повышенную скорость, создавая разрежение в верхней зоне помещения. Вследствие этого воздух из помещения подсасывается в эжектор 5 и увлекается проходящей через него струей воздуха в атмосферу.
Система естественной вентиляции весьма проста по устройству, так как в ней нет вентиляторов и воздухопроводов. Система искусственной вентиляции состоит из электровентиляторов, воздухопроводов с разобщительными клинкетами, приемной и воздухораспределительной арматуры. Вентиляторы являются источниками шума, поэтому их размещают вне жилых помещений и постов в специальных звукоизолированных выгородках, называемых вентиляторными. Для надежности действия при сотрясениях судна их устанавливают на резинометаллические амортизаторы. Воздухопроводы применяют круглого и прямоугольного сечения, последние из которых целесообразны для больших условных проходов. Воздухопроводы изготовляют из оцинкованных стальных или алюминиево-магниевых листов. Прокладывают их по подволоке помещения. Для снижения шума, распространяемого потоком воздуха в воздухопроводах, в них устанавливают звукопоглощающие патрубки. Прием свежего и отвод загрязненного воздуха может производиться через грибовидные головки и вентиляционные шахты, имеющие водозащитные крышки.
Грибовидные головки предотвращают попадание брызг волн в вентилируемые помещения. Их устанавливают на открытой палубе или надстройке. Приемные и вытяжные вентиляционные шахты размещают в надстройке или в кожухе дымовой трубы, Их необходимо разносить друг от друга, чтобы предотвратить засасывание вдувным вентилятором отводимого наружу загрязненного воздуха. Воздух в жилые помещения поступает через воздухораспределители, которые обеспечивают равномерное распределение Потока воздуха по подволоке и могут изменять расход и направление потока. В системах общесудовой вентиляции с помощью вентиляторов свежий воздух подается в жилые и служебные помещения, вытесняя из них загрязненный воздух через дверные решетки в коридорах. Из бытовых помещений загрязненный воздух засасывается вентиляторами и выбрасывается в атмосферу, а на смену ему через дверные решетки поступает воздух из коридора.
На рис. 84 показано устройство принудительной приточной и вытяжной вентиляции в жилых и санитарно-бытовых помещениях. Свежий воздух забирается вдувным вентилятором 12 из атмосферы через водозащитную крышку 20, установленную на конце приемного воздухопровода 16, и подводится по магистрали 15 и приточным отросткам 19 к каютам 21. Проходя через фильтр 13, наружный воздух очищается от пыли и дыма. С помощью цилиндрического глушителя 14 снижается уровень шума воздушного потока, направляемого по магистрали 15 к каютам. Впуск воздуха в каюты происходит через воздухораспределители 22. Под напором приточного воздуха загрязненный воздух из кают вытесняется через решетки в дверях 17 в коридор. Из гальюна и бытовых помещений загрязненный воздух забирается вытяжным вентилятором 11через воздухозаборные сетки 3 в вытяжном воздухопроводе 7 и отводится наружу через отводной воздухопровод 10. Вдувной 12 и вытяжной 11 вентиляторы размещены в вентиляторной 8, расположенной в надстройке.
Системы общесудовой вентиляции могут иметь местное, дистанционное или автоматическое управление. Часто применяется ручное управление электровентиляторами с места их установки и дистанционное отключение групп вентиляторов из ходовой рубки или ЦП управления, производимое при пожаре. В настоящее время на крупных морских судах все большее распространение получает автоматическое управление. Используют автоматические программные устройства, с помощью которых осуществляются пуск и остановка электровентиляторов в соответствии с судовым расписанием их работы. В МО и КО применяется преимущественно принудительная приточная и естественная вытяжная вентиляция. Приточный воздух подается в рабочую зону этих помещений, где расположены постоянные вахты обслуживающего персонала. Свежий воздух поступает в помещения через воздухораспределители, с помощью которых можно изменять количество и направление его. В зимнее время вдуваемый воздух предварительно подогревается в воздухоподогревателе до +18°С. Вытяжка загрязненного воздуха производится из верхней зоны МО и КО через кожух дымовой трубы. На рис. 85 показано устройство системы вентиляции МКО. В надстройке и кожухе 13 дымовой трубы установлены воздухо-приемные устройства 16 и 22, через которые электровентиляторы 18 и 24 забирают свежий воздух, направляя его по приточным воздухопроводам 8 и 26 в рабочую зону обслуживания двигателей 30 и 32 и парогенераторов 7 и 11. Воздух в помещение поступает через направленные воздухораспределители 4. Загрязненный воздух естественным путем поднимается вверх и выходит наружу через вентиляционное отверстие 14 и жалюзийную решетку в кожухе 13 дымовой трубы. Вытяжка загрязненного воздуха из-под настила МКО производится вытяжным вентилятором 5. Воздух засасывается через воздухоприемные решетки 36 в вытяжном воздухопроводе 34 и по вытяжной магистрали 9 отводится в кожух дымовой трубы. В грузовых трюмах применяется приточно-вытяжная принудительная или естественная вентиляция. При перевозке грузов, боящихся влаги, в грузовых трюмах применяют систему принудительной вентиляции с осушением воздуха, вдуваемого в помещение. В таких системах предусматривается рециркуляция воздуха в трюмах с небольшой добавкой свежего воздуха.
Система вентиляции грузовых трюмов проектируется по автономному или групповому принципу. Грузовые насосные отделения и аккумуляторные оборудуют естественной приточной и принудительной вентиляцией, выполняемой по автономному принципу. На танкерах приемные отверстия приточной вентиляции, перекрываемые водогазонепроницаемыми крышками, размещают на специальных колоннах на высоте не менее 2,4 м от грузовой палубы. В системах вентиляции грузовых трюмов и аккумуляторных применяют электровентиляторы искробезопасного исполнения, размещая их в отдельных выгородках.
11.3 Система кондиционирования воздуха
Система кондиционирования состоит из кондиционеров, теплообменных аппаратов, фильтров, электровентиляторов, трубопроводов с запорной арматурой, воздухораспределителей, средств автоматического регулирования и приборов контроля. В кондиционере происходит полная или частичная обработка воздуха до заданной кондиции, т. е. охлаждение с осушением или нагревание с увлажнением воздуха. На судах применяют СКВ многих разновидностей, как по принципиальным схемам, так и по типу оборудования, и поэтому их классифицируют по следующим основным признакам:
– по способу обработки воздуха: круглогодичные, летние и зимние;
– по месту обработки воздуха: центральные и местные;
– по конструктивному признаку: одноканальные и двухканальные;
– по скорости воздуха в трубопроводах: низкоскоростные, среднескоростные и высокоскоростные;
– по наличию рециркуляции воздуха: с рециркуляцией и без рециркуляции;
– по типу воздухораспределителя: с прямоточными и эжекционными.
Круглогодичные СКВ обеспечивают любой вид обработки воздуха: нагревание или охлаждение. Летние СКВ охлаждают и осушают воздух, а зимние, наоборот, нагревают и увлажняют его. Центральные СКВ производят полную обработку воздуха в одном кондиционере, из которого он по воздухопроводам направляется вентилятором в группу обслуживаемых помещений. Местные СКВ осуществляют обработку воздуха отдельного помещения с помощью автономного кондиционера. Одноканальная и двухканальная СКВ получили название по количеству воздухопроводов, по которым обработанный в кондиционере воздух подводится к обслуживаемым помещениям. Одноканальные системы проще по устройству, а двухканальные более удобны при создании желаемого микроклимата. В случае использования двухканальных систем не требуется установка в каютах доводочных воздухораспределителей и, следовательно, подвод к ним трубопроводов с горячей или холодной водой. Скорость воздуха для низкоскоростных систем принимается 4–10 м/с, для высокоскоростных – 16–30 м/с, а для среднескоростных – 10–16 м/с. Высокие скорости воздуха позволяют уменьшить диаметры воздухопроводов, но вместе с тем создают повышенный шум от потока воздуха. В низкоскоростных системах вентиляторы затрачивают на перемещение воздуха по воздухопроводам меньшую мощность, но воздухопроводы в них имеют большие габариты. В СКВ с рециркуляцией свежий воздух, впускаемый в помещение, смешивается с воздухом, подсасываемым из коридора.
Выбор типа СКВ зависит от типа и назначения судна, района и автономности его плавания, наличия электроэнергии и пара, а также стоимости изготовления и эксплуатации системы. Рассмотрим наиболее широко применяемые на морских судах типы СКВ (рис. 86). На рис. 86, а показано устройство летней одноканальной низкоскоростной СКВ. Электровентилятором 5 через воздухозаборник засасывается наружный воздух и по магистрали 1 направляется в воздухоохладитель 8, а затем во влагоотделитель 33, где он последовательно охлаждается до +15°С и осушается до требуемой влажности. Охлажденный воздух по трубопроводу 12 подводится к обслуживаемым помещениям. Через потолочные воздухораспределители 39 воздух входит в каюты 18. Избыточный воздух из кают выходит через дверные решетки в коридор 16. В системе предусмотрена рециркуляция воздуха, т. е. подсасывание через воздухозаборник 19 некоторого количества воздуха из коридора и подвод по рециркуляционному трубопроводу 20 к магистрали 1, где происходит смешивание его с наружным воздухом. С помощью датчика 14, регулятора 25 и регулирующего клапана 26 осуществляется автоматическое регулирование расхода хладоносителя через воздухоохладитель 8 для поддержания заданной температуры охлаждения воздуха. Индивидуальное регулирование температуры воздуха в каютах производится с помощью воздухораспределителей 39, позволяющих изменять количество впускаемого воздуха. Систему рассмотренного типа рекомендуется применять на судах, эксплуатируемых преимущественно в южных широтах океанов.
На рис. 86, б показано устройство круглогодичной одноканальной СКВ без рециркуляции воздуха. В системе предусмотрена частичная обработка воздуха в центральном кондиционере и окончательная доводка его до требуемой температуры в каютных воздухораспределителях. В воздухораспределителе обработанный воздух смешивается с эжектируемым (подсасываемым) воздухом из каюты. Проходя через теплообменный аппарат, встроенный в воздухораспределитель, воздух подогревается или олхлаждается (в зависимости от требуемого режима обработки воздуха). Центральный кондиционер состоит из фильтра 2, первичного 3 и вторичного 11 воздухоподогревателей, электровентилятора 5, воздухоохладителя 8, увлажнителя 10 и влагоотделителя 33. В фильтре воздух очищается от пыли. В режиме отопления свежий воздух предварительно подогревается до + 15°С в первичном воздухоподогревателе и окончательно до заданной температуры во вторичном воздухоподогревателе. Затем, проходя через увлажнитель 10, увлажняется паром. В этом режиме подвод хладоносителя к воздухоохладителю 8 клапанами 26 отключается. В режиме охлаждения трубопроводы теплоносителя 4, 24 и 40 перекрываются клапанами 23, 29 и 37, а клапан 26 на трубопроводе хладоносителя 27 открывают. В результате воздух охлаждается в воздухоохладителе 8 до +(11 – 15) °С и осушается во влагоотделителе 33. Обработанный воздух вентилятором 5 нагнетается по трубопроводу 12 в обслуживаемые каюты 18. Проходя через воздухораспределитель 34, наружный воздух эжектирует (подсасывает) воздух из помещения и смешивается с ним. Эжектируемый воздух, проходя через теплообменный аппарат, встроенный в воздухораспределитель 34, на режиме отопления подогревается до + (30–45) °С, а на режиме охлаждения охлаждается до +(14–18) °С. Наружный и эжектируемый воздух смешиваются в выходном сопле воздухораспределителя и смешанный воздух выпускается в помещение. СКВ такого типа позволяет индивидуальным путем регулировать в широком диапазоне температуру воздуха в помещении. Недостатками системы являются повышенный шум в помещениях, создаваемый при эжектировании воздуха, и наличие воздухораспределителей больших габаритов (из-за встроенных в них водяных теплообменников).
На рис. 86 в - показано устройство круглогодичной двухканальной СКВ. К смесительным воздухораспределителям 17, установленным в обслуживаемых помещениях 18, подводится обработанный воздух различных параметров по двум воздухопроводам (каналам) 9 и 12. В воздухораспределителе оба потока воздуха смешиваются, за счет чего достигается требуемая температура обработанного воздуха. Этот смешанный воздух направляется в помещения. В режиме отопления воздух, предварительно подогретый до +15°С в первичном воздухоподогревателе 3, поступает по трубопроводу 9 в воздухораспределитель 17, куда по другому трубопроводу 12 подводится более нагретый воздух (с температурой 30–40°С) из вторичного воздухоподогревателя. В режиме охлаждения к воздухораспределителям подводится по трубопроводу 9 наружный воздух, смешанный с рециркуляционным воздухом, поступающим из трубопровода 20, а по трубопроводу 12 из воздухоохладителя 8 – воздух, охлажденный до температуры +(11 – 15)°С.
Система отличается удобством и широким диапазоном регулирования температуры воздуха в помещениях в сочетании с относительной бесшумностью работы.
В СКВ применяют автономные кондиционеры, предназначенные для обслуживания одного помещения, и центральные кондиционеры – для группы помещений. Центральный кондиционер представляет собой теплообмениый агрегат, скомпонованный с электровентилятором. В автономный кондиционер встраивают холодильную машину с конденсатором, выполняющим роль воздухоохладителя. Автономный кондиционер выполняют в виде настенного шкафа. Корпус кондиционера тепло- и звукоизолируют. В зависимости от применения в одно- или двухканальных СКВ кондиционеры различаются конструктивно по числу выходных патрубков для обработанного воздуха (для одноканальных СКВ – один, для двухканальных – два) и воздухоподогревателей.
На рис. 87 показан кондиционер, применяемый в круглогодичных двухканальных СКВ. В кондиционере размещен электровентилятор 1, засасывающий свежий воздух через воздухопровод, присоединенный к входному патрубку 5. На всасывании воздух проходит через фильтр 4 и первичный воздухоподогреватель 3, в которых он очищается от пыли и дыма и затем нагревается. Нагретый воздух вентилятором нагнетается в разделительную камеру 9. При этом, проходя через камерный глушитель 2, поток воздуха снижает уровень своего шума. Из камеры 9 часть воздуха направляется в канал I, а другая его часть следует в направлении канала II, проходя на своем пути последовательно воздухоохладитель 16, увлажнитель 15 и вторичный воздухоподогреватель 10. В режиме отопления помещений свежий воздух подогревается в обоих воздухоподогревателях 3 и 10 и увлажняется паром, после чего из кондиционера направляется по каналам I и II в обслуживаемое помещение. В этом режиме воздухоохладитель 16 отключается. В режиме охлаждения помещений воздухоподогреватели и увлажнитель отключаются и свежий воздух только охлаждается в воздухоохладителе 16. В результате в обслуживаемое помещение подводится из кондиционера по каналам I и II свежий и охлажденный воздух. В СКВ применяется несколько разновидностей воздухораспределительных устройств, которые различаются по следующим признакам:
– без дополнительной доводки воздуха и доводочные (с индивидуальной доводкой кондиционированного воздуха);
– по форме выпускаемой в помещение струи воздуха: веерные (горизонтальные) и прямоточные;
– по конструкции: решетчатые, панельные, щелевые и с поворотными жалюзи.
Доводочные воздухораспределители могут быть смесительными и эжекционными.
На рис. 88 показан смесительный воздухораспределитель. К патрубкам 2 и 3 от кондиционера по каналам I и II подводится различно обработанный воздух. В смесительной полости воздухораспределителя оба потока воздуха, поступающие из каналов I и II, смешиваются. С помощью ручки 10, механизма регулирования 9 и клапана 4 регулируется расход воздуха из каналов I и II для создания требуемой температуры выходящего из воздухораспределителя воздуха.
На рис. 89 показано устройство эжекционного воздухораспределителя, представляющего собой шкафчик, навешиваемый на стенку каюты. Корпус его закрыт кожухом 7 с прорезями на лицевой стороне, через которые подсасывается воздух из помещения. Снизу воздухораспределитель имеет патрубки, через которые подводятся воздух от кондиционера и рабочая вода и в свою очередь отводятся отработавшая вода и конденсат, образовавшийся на трубках теплообменника 3. Сверху воздухораспределителя через решетку 1 выпускается в помещение окончательно обработанный воздух. Внутри воздухораспределителя размещены эжектор 5, теплообменник 3 и механизм регулирования 2 с тягой 4. В режиме отопления к теплообменнику 3 подводится горячая вода, а в режиме охлаждения – холодная вода. Расход воды регулируется клапаном. Воздух входит через патрубок 8 в сопловую камеру эжектора 5, где приобретает большую скорость истечения (20–30 м/с), позволяющую подхватывать с собой воздух из воздухораспределителя. Вследствие этого внутри него создается некоторое разрежение и происходит подсасывание воздуха из помещения через прорези в кожухе 7. Рециркуляционный воздух, омывая на своем пути оребренные трубы теплообменника 3, охлаждается или нагревается (в зависимости от выбранного режима работы СКВ). С помощью механизма регулирования 2 и 4 осуществляется регулирование температуры выходящего из воздухораспределителя в помещение воздуха путем изменения расхода подсасываемого рециркуляционного воздуха из помещения.
В СКВ применяют теплообменники поверхностного типа с оребренными змеевиковыми трубами, по которым циркулирует хладо- или теплоноситель. В качестве хладоносителя используется охлажденная вода, рассол или хладом, а в качестве теплоносителя– водяной пар. Теплообменники могут быть встраиваемые в кондиционер или магистральные, устанавливаемые в воздухопроводе. В кондиционерах применяют центробежные электровентиляторы серии ЦСУ, различающиеся по давлению: низкого [до 1,1 кПа (110 кгс/м2)], среднего [2,5 кПа (250 кгс/м2)] и высокого [свыше 2,5 кПа (250 кгс/м2)]. Наряду с ручным управлением в СКВ все большее распространение получает автоматическое поддержание заданных процессов тепловлажностной обработки воздуха. Это обеспечивается автоматическими регуляторами (АР) и системами автоматического регулирования (САР). АР и САР могут быть трех типов: пневматические, электрические и прямого действия. Пневматические САР нашли применение на судах американской, японской и итальянской постройки. Электрические САР широко применяются в ФРГ. На судах отечественной постройки используются все три типа САР. Однако предпочтение отдается регуляторам прямого действия, отличающимся надежностью действия в морских условиях эксплуатации.