Комплекс систем микроклимата

Обеспечение требуемых параметров воздушной среды на судах осуществляется судовыми система­ми микроклимата, а также путём теплоизоляции ограждений и поверхностей нагревающегося или охлаждающего оборудования. Комплекс систем микроклимата предназначен для поддержания определённого газового состава воздушной среды, её температуры, влажности, подвижности, отоп­ления и охлаждения судовых помещений, ограничения до безопасных концентраций взрывоопас­ных и вредных для человека газов, удаления из­быточных тепло-, влаго- и газовыделений от обо­рудования, механизмов и приборов, обеспечение условий надёжного функционирования электрон­ного и другого оборудования, сохранения пере­возимых грузов и уменьшения коррозии корпус­ных конструкций.

В группу систем микроклимата входят систе­мы вентиляции, отопления, охлаждения, осуше­ния, регенерации, кондиционирования воздуха, системы газового анализа и противохимической вентиляции судовых помещений. Выбор необхо­димого перечня систем микроклимата, техноло­гического процесса тепловлажностной обработки воздуха и теплоизоляции помещений и оборудо­вания зависит от типа, назначения и водоизме­щения судна, его категории, района плавания, мощности главных двигателей, количества пасса­жиров и вида перевозимых грузов.

Системы вентиляции предназначены для обес­печения требуемого качества и чистоты воздуха, иногда заданной температуры и влажности (без тепловлажностной обработки) за счёт подачи в судовые помещения наружного воздуха и удале­ния из них загрязнённого. Кроме того, системы вентиляции служат для подачи воздуха к механиз­мам, котлам, электрооборудованию и системам, потребляющим воздух в процессе эксплуатации. В некоторых случаях воздухообмен, осуществля­емый системами вентиляции, позволяет снизить взрывоопасную концентрацию газов в судовых помещениях (грузовых насосных отделениях, там­бурах, коффердамах, производственных зонах тан­керов, судов-нефтесборщиков, газовозов и пла­вучих буровых установок). Кратность воздухооб­мена оценивается отношением объёма воздуха, поступающего в помещение в течение часа к его внутреннему объёму. Она зависит от назначения помещения и определяется санитарными прави­лами.

В зависимости от назначения вентилируемых помещений различают следующие системы: обще­судовой вентиляции, вентиляции помещений энергетической установки, насосных установок, аккумуляторных, станций пожаротушения, анга­ров, грузовых трюмов и др.

По способу побуждения к действию системы вентиляции подразделяются на естественные, ис­кусственные (механические) и комбинированные. При естественной вентиляции воздухообмен осу­ществляется за счёт разности плотностей холод­ного и тёплого воздуха снаружи и внутри помеще­ний (тепловое побуждение), а также путём исполь­зования скоростного напора ветра или воздушных потоков, обдувающих движущееся судно (ветро­вое побуждение).

Наиболее широкое распространение на совре­менных судах получила искусственная вентиляция, при которой приём наружного и удаление загряз­нённого внутреннего воздуха осуществляется че­рез вентиляционные шахты или грибовидные го­ловки с помощью центробежных и осевых венти­ляторов.

По способу осуществления воздухообмена раз­личают приточную, вытяжную и смешанную (приточно-вытяжную) вентиляцию. Приточная систе­ма вентиляции подаёт в помещение свежий наруж­ный воздух и создает в нём некоторое избыточное давление, за счёт которого из вентилируемого поме­щения вытесняется загрязнённый воздух, а также предотвращается поступление в него из коридо­ров и тамбуров воздуха, содержащего вредные примеси.

Вытяжная вентиляция, отсасывая из помеще­ния отработавший (загрязнённый) воздух, созда­ёт в нём некоторое разрежение, вследствие чего в помещение поступает свежий воздух из коридоров и соседних помещений или снаружи через приём­ные устройства. Системами искусственной вытяж­ной вентиляции оборудуются судовые помещения, в которых выделяются вредные газы, пары или неприятные запахи. Для повышения эффективности вентиляции используют приточно-вытяжные системы, в которых в зависимости от назначения помещений преобладают либо приток, либо вы­тяжка воздуха. Системы искусственной вентиля­ции с целью повышения их экономичности могут работать в режимах полной и частичной рецирку­ляции внутреннего воздуха помещений, а также без рециркуляции.

Системы общесудовой вентиляции обслужива­ют жилые, служебные, бытовые и медицинские помещения. На рис. 7.29 приведена принципиаль­ная схема системы общесудовой вентиляции жи­лых и санитарно-гигиенических помещений. Жи­лые помещения оборудованы искусственной при­точной и естественной вытяжной вентиляцией через дверные решётки. Приток воздуха в каюты осуществляется через регулируемые с мест выпуск­ные потолочные воздухораспределители. Санитар­ные, бытовые помещения и вентиляторная об­служиваются искусственной вытяжной вентиля­цией и естественной приточной из коридора через дверные решётки. Вентиляторы системы установ­лены в специальной выгородке (вентиляторной). Чтобы шум и вибрация от приточного вентилято­ра не передавались по воздуховодам в судовые помещения и корпусным конструкциям, сразу за вентилятором установлен глушитель воздушного шума.

Рис. 2.29. Схема системы общесудовой вентиляции: 7 — туалет; 2 — умывальник; 3 — воздухозаборная сетка; 4 — душевая; 5 — раздевальная; 6 — кладовая; 7 — вытяжной воздухопровод; 8 — вентиляторная; 9, 20 — воздушные крышки; 10 — отводной воздухопровод; 77 — вытяжной вентилятор; 12 — приточный вентилятор; 13 — фильтр; 14 — глушитель шума; 15 — приточный воздухопровод; 16— всасывающий воздуховод; 17— дверь; 18 — заслонка; 19 — отростки; 21 — каюты; 22 — поворотный воздухораспределитель

 

Системы отопления предназначаются для обо­грева жилых, служебных и производственных по­мещений судов в холодное время года. Системы отопления компенсируют теплопотери помещений путём создания процесса теплообмена между теп­лоносителем системы и воздухом обслуживаемого помещения. В зависимости от вида теплоносите­ля системы отопления бывают водяные, паровые, воздушные и электрические. По гигиеническим показателям наиболее предпочтительным являет­ся воздушное отопление, а наименее — паровое, которое снижает относительную влажность возду­ха в помещениях, отличается высоким уровнем шума, пригоранием пыли на отопительных при­борах, даёт малую аккумуляцию (от лат. accumulatio — накопление) тепла. Параметры пара позво­ляют регулировать их только количественно. Си­стемы водяного и парового отопления являются централизованными, так как в них подготовка теплоносителя осуществляется централизованно для всех обслуживаемых помещений в специаль­ных теплогенераторах — котлах, подогревателях воды и т. д. В системах воздушного отопления тепловлажностная обработка воздуха осуществля­ется в агрегатах, обслуживающих группы поме­щений или отдельные помещения. Системы элек­трического отопления являются местными, так как преобразование электрической энергии в тепло­вую производится непосредственно в помещени­ях. Гигиенические и технико-экономические по­казатели систем отопления определяются в пер­вую очередь видом теплоносителя.

Система водяного отопления использует в ка­честве теплоносителя горячую воду. Вода имеет большую удельную теплоёмкость [4,19 кДж/(кг • К)] и плотность ( 1000 кг/м³), что позволяет транс­портировать значительное количество теплоты при сравнительно небольшом количестве теплоноси­теля. К достоинствам теплоносителя можно от­нести его сравнительно невысокую температуру (не ниже 70 °С и не выше 95 °С) при большой акку­муляции теплоты, обеспечивающей устойчивый тепловой режим отапливаемых помещений. Сис­тема водяного отопления практически бесшумна. Она состоит из теплогенераторов, нагревательных приборов, циркуляционного насоса, расшири­тельного сосуда, воздухосборника, воздухоотводчиков, трубопроводов с арматурой. В качестве теплогенераторов в системе могут использоваться водогрейные котлы, электрические, паровые или пароэлектрические подогреватели воды и утили­зационные котлы. Циркуляция воды в системе обеспечивается циркуляционным насосом или раз­ностью давлений горячей и отработавшей воды. Разность эта обычно составляет 25-35 °С. По числу магистралей системы могут быть одно- и двухпроводными. В двухпроводных системах горячая и отработавшая вода двигаются по отдельным тру­бопроводам. Однопроводные системы могут быть проточными, когда вода проходит последователь­но через все нагревательные приборы, и с замы­кающими участками, когда через нагревательный прибор проходит часть общего расхода теплоно­сителя. Системы водяного отопления находят при­менение в жилых и служебных помещениях.

Система парового отопления из-за своих недо­статков находит на судах ограниченное примене­ние в машинных отделениях, санитарно-гигиени­ческих и санитарно-бытовых помещениях, мастерских, кладовых и др. Теплоносителем системы является сухой насыщенный пар с давлением не более 0,3 МПа (3 кгс/см²), получаемый от глав­ных и вспомогательных котлов, а также с берега или другого судна.

Системы парового отопления проектируют однопроводными или двухпроводными. В однопроводной системе паровые грелки подключают последовательно к одной магистрали, в двухпро­водных — к раздельным магистралям свежего и отработавшего пара. Двухпроводные системы мо­гут быть прямоточными или противоточными. Каждая магистраль системы обслуживает группу помещений, близких по тепловому режиму (са­нитарные помещения, помещения пищевого блока и т. д.).

Система электрического отопления использу­ется на судах для компенсации теплопотерь поме­щений, которые нецелесообразно оборудовать си­стемой кондиционирования воздуха и в которых по условиям эксплуатации нельзя прокладывать трубопроводы и устанавливать грелки систем па­рового и водяного отопления. К таким помеще­ниям относятся посты, мастерские и кладовые с электронным и электротехническим оборудова­нием и приборами. Основным элементом систе­мы электрического отопления являются нагрева­тельные приборы — электрические грелки. Пре­образование электрической энергии в тепловую в грелках происходит в трубчатых электронагрева­телях (ТЭН-ах). Конструктивно ТЭН состоит из стальной трубки, заполненной кварцевым песком, и пропущенной через неё спирали, изготовлен­ной из нихрома.

Система электрического отопления гигиенич­на, проста по устройству, имеет небольшую мас­су, позволяет легко регулировать температуру воз­духа в помещении. Недостатками системы явля­ются высокая стоимость эксплуатации, сложность обеспечения электрозащиты. Общим недостатком систем отопления является то, что при отсутствии увлажнения воздуха они не в состоянии обеспе­чить требуемую степень его относительной влаж­ности, то есть комфортные условия.

Системы охлаждения служат для поддержания необходимого температурного режима в жилых и служебных помещениях, а также в помещениях для хранения провизии и скоропортящихся гру­зов. В группу систем охлаждения входят системы холодильного агента (хладагента) и хладоносителя. Система хладагента предназначена для пере­мещения холодильного агента (хладона, аммиака и др.) с целью выработки искусственного холо­да. Система хладоносителя обеспечивает переме­щение хладоносителя (рассола, воды и др.) между холодильной машиной и охлаждаемым поме­щением. В зависимости от способа транспорти­ровки холода к охлаждаемому помещению и вида хладоносителя различают системы: непосредствен­ного испарения, рассольного и воздушного охлаж­дения. Испаритель в системах непосредственного испарения устанавливается в самом охлаждаемом помещении и играет роль охлаждающей батареи. В системе рассольного охлаждения в качестве промежуточного теплоносителя применяют рассол. В системе воздушного охлаждения промежуточ­ным теплоносителем является воздух. Теплый воз­дух из помещения прокачивается вентилятором через воздухоохладитель, где охлаждается цирку­лирующим хладагентом. Охлаждённый воздух че­рез воздухораспределители вновь поступает в по­мещение.

В жилых и служебных помещениях темпера­турный режим определяется условиями обитаемо­сти и комфортности в них. В охлаждаемых поме­щениях режим для перевозки скоропортящихся грузов и провизии диктуется условиями перевоз­ки и хранения этих грузов. По температурному режиму перевозки скоропортящиеся грузы на су­дах делятся на четыре класса: замороженные с тем­пературой от – 6 °С и ниже; охлаждённые от – 5 °С до – 1 °С; охлаждаемые от 0 °С до + 15 °С; вентили­руемые без создания определённого температурно-влажностного режима.

Системы осушения воздуха обеспечивают со­хранность перевозимых грузов и снижение интен­сивности коррозии конструкций корпуса за счёт понижения влажности воздуха. Влажность возду­ха может быть понижена путём его охлаждения в поверхностном охладителе или путём поглоще­ния влаги твёрдыми (адсорбенты) и жидкими (аб­сорбенты) влагопоглотителями.

К твёрдым сорбентам относятся силикагель, алюмогель, цеолиты и др. На судах широко рас­пространен силикагель, представляющий собой кристаллическое механически прочное пористое вещество, изготавливаемое в виде гранул диаметром 1-3 мм. Развитая поверхность капилляров силикагеля составляет 400—500 м²/г. При насыще­нии адсорбента влагой его адсорбционные способ­ности уменьшаются. Регенерацию адсорбента осу­ществляют воздухом, подогретым до 150—250 °С. По мере пропускания осушаемого воздуха через слой силикагеля он будет нагреваться до темпера­туры 50—90 °С из-за конденсации водяного пара в капиллярах, сопровождающейся выделением теплоты парообразования. Поэтому перед подачей в грузовые помещения осушенный воздух про­пускается через воздухоохладитель. Принципиаль­ная схема системы осушения воздуха адсорбента­ми приведена на рис. 7.30.

 

 

	Рис. 7.30. Принципиальная схема системы осушения воздуха: 1 — атмосферный воздух; 2 — фильтр; 3, 8 — вентилятор; 4 — манипулятор; 5 — трубопровод горячего воздуха; 6, 14 — адсорбер; 7 — воздухонагреватель; 9 — воздухоохладитель; 10 — магистральный трубопровод; 11 — в грузовые помещения; 12 — трубопровод осушенного воздуха; 13 — устройство переключения манипуляторов

 

 

В состав системы входят два адсорбера, внут­ри которых установлены кассеты, заполненные силикагелем с толщиной слоя 200-300 мм. В про­цессе работы системы один из адсорберов (на схе­ме — нижний) осушает засасываемый вентилято­ром атмосферный воздух. Осушенный и нагре­тый воздух после адсорбера проходит последова­тельно через манипулятор, воздухоохладитель, фильтр и поступает в палубную магистраль, а из неё — в грузовые помещения. Второй адсорбер (верхний на схеме) находится в режиме регенера­ции. Для его осуществления атмосферный воздух засасывается вентилятором, подаётся в воздухона­греватель, где нагревается до 150-200 °С, и посту­пает на регенерацию в адсорбер. Здесь он прохо­дит через слой насыщенного силикагеля, высуши­вает его и с парами воды выбрасывается в атмо­сферу. Система постоянно находится в работоспо­собном состоянии, так как процесс регенерации происходит за меньший период времени, чем про­цесс обводнения силикагеля.

В системах осушения воздуха, использующих в качестве влагопоглотителей водные растворы со­лей (хлористого лития LiCl, хлористого кальция Са₂С1, бромистого лития LiBr и др.), принцип действия основан на том, что давление паров у поверхности поглощающих жидкостей меньше, чем в окружающем их пространстве. Разность дав­лений и способствует процессу поглощения влаги из воздуха адсорбентом.

Системы кондиционирования воздуха служат для создания и автоматического поддержания в судо­вых помещениях заданных параметров воздушной среды. Системы кондиционирования воздуха со­четают в себе функции вентиляции, отопления, охлаждения и очистки воздуха от вредных веществ. Своё начало эти системы берут с конца XIX в., когда на английском судне «Норман» впервые было применено искусственное охлаждение воздуха. Системы разделяются на систему технического кондиционирования воздуха и систему комфорт­ного кондиционирования.

Система технического кондиционирования воз­духа направлена на создание благоприятных усло­вий для работы радио, акустического и электрон­ного оборудования, предотвращения порчи пере­возимого груза, снижения интенсивности корро­зии корпусных конструкций.

Система комфортного кондиционирования воз­духа предназначена для создания основных пара­метров микроклимата в судовых помещениях, наи­более благоприятных для человека и независимых от внешнего климата и метеорологических усло­вий. Она поддерживает на заданном уровне со­став, давление, чистоту, температуру (21-26 °С), относительную влажность (40-60 %), подвижность (0,15 м/с) воздуха и теплопоглощение поверхнос­тей ограждений и оборудования. Технологичес­кий процесс кондиционирования воздуха может включать также одоризацию (добавление в воздух веществ, придающих характерный запах), дезодоризацию (устранение нежелательных запахов) и ионизацию (превращение атомов и молекул в ионы) воздуха. В состав системы входят обору­дование для тепловлажностной обработки воздуха (фильтры, теплообменные аппараты, увлажните­ли, отделители влаги), вентиляторы, смесители и воздухораспределители, глушители, трубопро­воды, приборы и арматура систем автоматическо­го регулирования, контрольно-измерительные приборы.

Системы кондиционирования воздуха весьма разнообразны. Их можно классифицировать по следующим признакам:

— по сезонности – кругло­годичные, летние, зимние (первые предпочтитель­нее);

— по месту обработки воздуха – автономные, центральные, местные, местно-центральные;

— по числу каналов – одно- и двухканальные;

— по ско­рости воздуха в каналах – низкоскоростные (15— 17 м/с), среднескоростные (17-22 м/с) и высо­коскоростные (22-30 м/с);

— по наличию рецирку­ляции – без рециркуляции и с рециркуляцией;

—по типу воздухораспределителя – с выпускными и доводочными воздухораспределителями.

В центральных системах кондиционирования воздуха полностью обработанный в центральном кондиционере воздух подаётся непосредственно в судовые помещения. В местных системах холод вырабатывается централизованно и подаётся к ус­тановленным в судовых помещениях местным кон­диционерам, в которых производится дальнейшая тепловлажностная обработка воздуха. Выработка холода в местно-центральных системах централи­зована, а последующая обработка воздуха осуще­ствляется частично в центральном кондиционере и дополнительно в теплообменниках каютных воз­духораспределителей. Автономные системы кон­диционирования представляют самостоятельные кондиционеры, включающие в себя аппараты тепловлажностной обработки воздуха и холодильную машину, обслуживающие данное помещение. В моноблочном кондиционере в одном корпусе монтируются все основные элементы (вентилято­ры, теплообменники, фильтры, увлажнители, воздухоохладители и т. п.), а в секционном — эти элементы распределены по самостоятельным сек­циям.

Типовые схемы систем кондиционирования приведены на рис. 7.31. В одноканальной цент­ральной системе кондиционирования с рецирку­ляцией и выпускными воздухораспределителями (рис. 7.31, а)в летний период смесь атмо­сферного и рециркуляционного воздуха охлажда­ется и осушается в воздухоохладителе и с темпе­ратурой 12-20 °С поступает через воздухораспре­делитель в помещение. Нагреватели первой и вто­рой ступени и увлажнитель при этом не работают. В зимний период воздухоохладитель не работает, а воздух нагревается до температуры 12-15 °С в воз­духонагревателе первой ступени, смешивается с рециркуляционным воздухом, увлажняется и по­догревается в воздухонагревателе второй ступени до 30-45 °С, после чего подаётся в воздухорас­пределитель. Рециркуляция воздуха применяется с целью сокращения расходов тепла и холода. В подобных системах параметры воздуха можно изменять количественно, изменяя его расход с по­мощью регулятора расхода в воздухораспреде­лителе.

Местно-центральная одноканальная система с доводочными воздухораспределителями без рециркуляции (рис. 7.31, б) позволяет наряду с ко­личественным регулированием расхода воздуха обеспечить качественное его изменение за счет тепловлажностной обработки в доводочном эжекционном воздухораспределителе. В последнем ус­тановлен водяной теплообменник, который охлаж­дает летом и подогревает зимой эжектируемый воздух. В такой системе наружный воздух охлаж­дается в центральном кондиционере до темпера­туры 12-16 °С и осушается летом либо нагревается до температуры 15—25 °С и увлажняется зимой, после чего поступает в воздухораспределитель. Эжектируемый из обслуживаемого помещения воздух проходит через теплообменник доводочно­го воздухораспределителя, охлаждается до 14-18 °С летом или нагревается зимой до 30-45 °С, сме­шивается с воздухом, поступающим из кондици-

Рис. 7.31. Принципиальные схемы систем кондиционирования: а — одноканальная центральная с рециркуляцией; б — одноканальная местно-центральная; в — двухканальная; 1, 17 — воздухозаборник; 2 — фильтр; 3 — всасывающий трубопровод; 4 — воздухонагреватель 1-й ступени; 5 — камера смешения; 6— вентилятор; 7— воздухоохладитель; 8— воздухоувлажнитель; 9 — воздухонагрева-тель П-й ступени; 10 — дроссельная заслонка; И — глушитель шума; 12— магистральный трубопровод; 13 — коридор; 14 — помещение; 15 — выпускной воздухораспределитель; 16 — решетка; 18 — трубопровод рецир-куляционного воздуха; 19 — в атмосферу; 20 — доводочный эжекционный воздухораспределитель; 21 — воз-духораспределитель-смеситель; 22 — разделительная камера; 23 — ка­нал I; 24 — канал II.

 

онера, и вновь подаётся в помещение. Такая схе­ма системы позволяет снизить производительность центральных кондиционеров в 1,5-2,0 раза по сравнению с предыдущим типом системы, умень­шить потребляемую холодопроизводительность и мощность системы на 20-25 %, сократить массогабаритные характеристики воздуховодов. Систе­ма представляет большие возможности для регу­лирования параметров обрабатываемого воздуха.

Особенностью третьей схемы (см. рис. 7.31, в)является наличие двух каналов, по которым по­ступает воздух с отличными друг от друга пара­метрами. Смешивая воздух, поступивший по ка­налам 1 и II в воздухораспределитель-смеситель в различных количествах, можно получить разные параметры воздуха в помещении. Это позволяет производить индивидуальную регулировку воздуха в каждом обслуживаемом помещении в очень ши­роких пределах.

Системы газового анализа применяются для контроля за газовым составом воздушной среды, в основном, в замкнутых судовых помещениях. Они должны предупреждать о предельно-допусти­мых концентрациях вредных и токсичных компо­нентов. На танкерах, газовозах, морских буро­вых установках, судах-нефтесборщиках действие этих систем направлено на предотвращение воз­никновения взрывоопасных концентраций углево­дородных газов.

Система противохимической вентиляции пред­назначена для подачи очищенного воздуха в за­герметизированные жилые, служебные, машин­ные помещения и воздушные шлюзы при возник­новении повышенной концентрации паров и га­зов, способных оказать отрицательное воздействие на здоровье людей. Она обеспечивает воздушный подпор в вентилируемых помещениях и поддер­живает необходимую температуру. Для подачи воздуха могут быть использованы штатные систе­мы вентиляции и кондиционирования воздуха.