Назначение систем кондиционирования воздуха

Кондиционирование бывает ком­фортное и техническое. Комфортное кондиционирование предназначено для создания наибо­лее благоприятных для человека микроклиматических условий в жи­лых, общественных и других оби­таемых помещениях судна (сюда же относятся служебные помещения с длительным пребыванием людей). Необходимость в комфортном кон­диционировании продиктована осо­бенностями судовых помещений, ме­таллические ограждения которых подвержены непосредственному воз­действию солнечной радиации; раз­мещением внутри корпуса судна мощной энергетической установки; спецификой работы судна, перехо­дящего за короткое время из одного климатического пояса в другой, и другими факторами. Системами комфортного кондиционирования оборудуются все суда, имеющие класс Регистра. Помимо комфорт­ного кондиционирования на судах применяют системы технического кондиционирования, которые в за­висимости от назначения судна могут выполнять следующие задачи: обеспечение нормального функ­ционирования оборудования (осо­бенно электронной аппаратуры); предотвращение конденсации вла­ги в трюмах сухогрузных судов при охлаждении воздуха. В противном случае это привело бы к порче гру­за и повышенной коррозии метал­лических поверхностей; получение осушенных и инерт­ных газов на танкерах и газовозах, что значительно снижает коррозию металла и предотвращает взрывы в цистернах и при утечке газов из них. Системы технического кондицио­нирования пока особого распростра­нения не получили, они применяют­ся в основном на наливных судах, где обеспечивают их безопасность. Поэтому материал приводится толь­ко по системам комфортного кон­диционирования. Рассмотрим физиологические осно­вы кондиционирования воздуха. Тепловые ощущения человека зависят от газового состава и чи­стоты воздуха, его температуры, влажности и скорости движения. Поддержание в судовых помещениях оптимальных параметров воздуха и составляет задачу кондициониро­вания воздуха. Воздух, которым мы дышим, содержит 23,5% (по массе) кислорода и 76,5% азота и других газов. Жизнь человека в первую очередь зависит от того, достаточ­но ли он получает кислорода. По­стоянная смена воздуха в помеще­ниях достигается их вентиляцией, причем нагнетаемый воздух с целью его очистки пропускается через фильтры. Организм человека непре­рывно вырабатывает теплоту, и для нормального протекания физиологи­ческих процессов она должна пере­даваться окружающей среде. Теп­лота вырабатывается в результате переваривания пищи и других окис­лительных процессов в организме. Количество этой теплоты зависит от физической нагрузки, возраста чело­века и других факторов и состав­ляет от 330 до 1050 кДж. Теплота, выделяемая организмом, передается окружающему воздуху конвекцией (за счет разности температур тела и воздуха), радиацией (за счет разности температур тела и поверхностей, ограждающих помещение,— переборок, подволока и т. п.) и ис­парением пота с поверхности кожи. Температура кожного покрова в среднем составляет33°С.При тем­пературах воздуха ниже 15 °С тепло­отдача испарением пота с поверх­ности кожи играет незначительную роль. При средних температурах и нагрузках отвод теплоты от че­ловека составляет в среднем кон­векцией32%, радиацией46%, испа­рениемпота22%. При изменении параметров воздуха начинает выпол­нять свои функции физиологиче­ский аппарат терморегуляции: при повышении температуры воздуха (при прочих равных условиях) уменьшается количество теплоты, отдаваемое конвекцией, и увеличи­вается количество теплоты, отводи­мой за счет испарения пота (этим объясняется потение человека в жар­кую погоду). При определении опти­мальной температуры воздуха в по­мещении исходят из следующего: низкая температура в помещении может привести к простудным забо­леваниям, при входе в помещение возникает ощущение сырости и хо­лода, а при выходе на палубу — ощущение жары и духоты. Поэтому в жаркое время в помещениях ре­комендуется поддерживать темпера­туру на 6—10 °С ниже температуры наружного воздуха, не более. На­пример, при температуре наружного воздуха 36 °С в помещении реко­мендуется поддерживать 26—27 °С. Эта температура не обеспечивает отдачу теплоты конвекцией, порообразование значительно. Для того чтобы пот мгновенно испарялся, в воздухе помещения должен быть дефицит влаги, т. е. воздух не дол­жен быть влажным. Поэтому за­дачей летнего кондиционирования является подача в помещения не просто охлажденного, но и осушен­ного воздуха. Важное значение, как отмечалось, имеет скорость движе­ния воздуха в помещении. С повыше­нием скорости конвективная тепло­отдача и испарение осуществляются более интенсивно, но при больших скоростях воздуха получается не­приятное ощущение «сквозняка» и возрастает опасность простуды. Комфортные условия достигаются при определенных значениях влаж­ности и скорости воздуха в поме­щении, которые не должны пре­вышать пределы, установленные Санитарными правилами для мор­ских судов.

7.2. Принципы тепловлажиостной обработки воздуха в системах кондиционирования.

Чтобы понять процессы, осуще­ствляемые в системах кондициони­рования воздуха, ознакомимся с не­которыми определениями и поня­тиями. Окружающий нас воздух всегда содержит какое-то количество влаги. Влагосодержанием d (кг/кг, г/кг) называется масса водяного пара, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха. При данной температуре влагосодержание воздуха может увеличиваться только до опреде­ленного предела, при котором воздух становится насыщенным.

Например, насыщенный воздух при приведенных ниже температу­рах может иметь следующее влагосодержание (г/кг):

-10°С. . . 1,60 25°С . . 20,0

0°С. . . 3,78 30 °С . 27,2

+ 12°С. . . 8,75 36 °С . .38,8

Из этих данных видно, что чем ниже температура воздуха, тем мень­ше количество влаги он способен содержать при насыщении. Если воз­дух, например, при температуре 25 °С содержит не 20,0 г влаги а меньше, он считается ненасыщенным, а влага, находящаяся в нем представляет собой перегретый пар[ (поэтому мы его не видим). При охлаждении ненасыщенного воздуха содержащийся в нем перегретый пар переходит в состояние насыщения. Та температура, при которой водяной пар достигает состояния насыщения, называется точкой росы. Дальнейшее понижение тем­пературы насыщенного воздуха при­водит к конденсации пара и выпа­дению росы.

Пример. Если воздух имеет температуру tn = 25°С, влагосодержание d=13,8 г/кг, то, пользуясь данными приложения 4, на ходим точку росы

tn=19°С.

При охлаж­дении этого воздуха, например, до температуры tn =10°С, из 1 кг выпадает конден­сат 13,8-7,63 = 6,17 г.

Для того чтобы определить точку росы, надо знать только влагосодер­жание воздуха, т. е. точка росы не зависит от температуры воздуха. Если воздух ненасыщен и имеет влагосодержание d ниже, чем на точке росы, его состояние опреде­ляется относительной влажностью φ. Относительную влажность воздуха φ, %, можно определить как отно­шение влагосодержания ненасыщен­ного воздуха к влагосодержанию насыщенного воздуха при равной температуре.

Пример. Определить относительную влаж­ность воздуха φ, если его температура

tn = 34 °С и влагосодержание d=17,2 г/кг.

Пользуясь данными приложения 4, опре­делим, что при температуре

tn = 34°С насы­щенного воздуха влагосодержание d" =34,4 г/кг. Тогда.

φ = 50%. Находим для этого воздуха температуру точки росы tp=23°С.

При охлаждении ненасыщенного воздуха до точки росы его влагосо­держание не изменится, а относи­тельная влажность увеличивается и на точке росы φ=100%. Из приве­денного ясно, что для снижения вла­госодержания воздуха, т. е. для его осушения, воздух необходимо охлаж­дать до температуры ниже точки росы.

Процесс охлаждения осуществ­ляется при движении воздуха через кондиционер, где он соприкасается с поверхностью воздухоохладителя-испарителя, температура которой ниже точки росы. Далее охлажден­ный и осушенный воздух подается в помещения, где, смешиваясь с внут­ренним воздухом, он ассимилирует (поглощает) в нем теплоту и влагу. В результате этого температура в помещении снижается, а относи­тельная влажность уменьшается. Рассмотренный процесс и составляет сущность тепловлажностной обра­ботки воздуха при летнем конди­ционировании.

При зимнем кондиционировании наружный воздух нагревается воз­духонагревателями при неизменном влагосодержании d (сухое нагрева­ние), относительная влажность φ при этом снижается, так как темпе­ратура воздуха повышается, т. е. удаляется от точки росы.

Пример. В кондиционер поступает воз­дух, имеющий температуру tn = 0°С, влагодержание d = 3,5 г/кг.

Находим относительную влажность φ= . Если нагревать воздух, например, до температуры tn=32°С, относительная влажность снизится до φ (влагосодержание d''1=3,78 г/кг и d''2= 30,6 г/кг находим по данным приложе­ния 4).

Низкая влажность не обеспечи­вает условий комфорта, поэтому для повышения влажности воздух в кондиционере увлажняют, смешивая с водяным паром.

Следовательно, тепловлажностная обработка воздуха при зимнем кондиционировании состоит в на­гревании и увлажнении подаваемого в помещения воздуха. Итак, под­ведем итог: задачей кондициони­рования воздуха является создание в помещениях судна микроклимата, обеспечивающего наиболее благо­приятные условия труда и отдыха членов экипажа и пассажиров. Ком­фортные микроклиматические усло­вия обеспечиваются поддержанием в помещении заданных значений тем­пературы tn относительной влаж­ности φn, скорости движения воз­духа Wn а также радиационного теплоизлучения (теплопоглощения) поверхностей ограждений помеще­ния. Так, для летнего режима при плавании в тропиках система ком­фортного кондиционирования воз­духа должна обеспечивать парамет­ры воздуха tn = 24:26°С; φn= = 40:60%; Wn= 0,15 м/с при разности между tn и tогр (2—4)°С. Совокупное действие этих параметром на человека определяет значение так называемой результирующей температуры, которая нормируется в зависимости от времени года, района плавания и назначения помещения. Относительную влажность воз­духа φ определяют посредством приборов психрометров и гигрометров. Психрометр аспирационный состоит из двух одинаковых ртутных термометров, вмонтированных в корпус прибора. Один из термометров служит для измерения температуры окружающей среды, и его условно называют «сухим», другой — «смо­ченным», так как ртутный баллон его обернут чистой материей — ба­тистом, смачиваемым дистиллиро­ванной водой из небольшого ре­зервуара, входящего в состав при­бора. Испарение влаги с поверхности батиста сопровождается отбором теплоты от ртутного баллона, поэтому «смоченный» термометр показывает температуру ниже, чем «сухой». Чем суше окружающий воздух, тем интенсивнее испарение, тем ниже показания «смоченного» термометра и больше разность в по­казаниях термометров. По этому принципу и работает прибор: по показаниям «сухого» и «смоченного» термометров определяют относи­тельную влажность, используя для этого таблицы или психрометриче­скую диаграмму. Высокую точность измерения дают полупроводниковые и проводниковые электропсихромет­ры, у которых датчиками являются термометры сопротивления.

Принцип работы гигрометра осно­ван на свойствах некоторых твердых веществ изменять свои линейные размеры в зависимости от влажности воздуха. В качестве чувствительных элементов гигрометров служат обезжиренный человеческий волос, специально обработанные животные пленки, капроновые нити и другое. При увеличении влажности чувствительный элемент, находящийся под постоянным натяжением, удлиняется, что фиксируется стрелкой на шкале прибора, градуированной в процентах относительной влажности. Приборы, применяемые для измерения влажности воздуха, отличаются большим разнообразием.