Особенности ОВК воздуха надводных и подводных кораблей

Многим известно, что весь окружающий нас живой мир, и человек не исключение, постоянно взаимодействует с внешней средой, обусловленной климатическими, погодными, акустическими и другими факторами.

Жизнедеятельность человека связана с расходом энергии. Пополнение этой энергии происходит за счет процесса окисления соединений углеводов в организме человека. Источником поступления кислорода для человека является вдыхаемый воздух, а углеводов- потребляемые продукты питания. Получая из окружающей среды кислород и пищу, человек выделяет тепло, воду, углекислый газ и другие продукты жизнедеятельности. Для нормального самочувствия человека важно не только содержание кислорода во вдыхаемом воздухе, но и его газовый состав, температура, давление, подвижность, чистота. В судовых помещениях воздушная среда оценивается ее чистотой и качеством. Чистота воздуха характеризуется степенью его загрязнения газовыми и взвешенными примесями, а качество- степенью сохранения своих природных свойств. Качество и чистота воздуха судовых помещений напрямую находятся в зависимости от свойств воздуха снаружи и поступающих продуктов эндогенного (от человека) и экзогенного (природного и искусственного) происхождения. В зависимости от интенсивности выполняемой работы человек потребляет с выдыхаемым воздухом 20 и более литров кислорода в час. При этом он выдыхает 18–36 л Углекислого газа (СО2), 40–415 г влаги, а также выделяет 330–1050 кДж теплоты, кишечные газы, некоторые вредные вещества (аммиак, органические вещества и др.). Вредные выделения человека пропорциональны количеству выдыхаемого им СО2, зависящему от тяжести выполняемой работы и времени пребывания в помещении человека. В помещениях на судне параметры воздуха, обеспечивающие эффективную работу и отдых людей, в том числе эксплуатацию различного судового оборудования, определены санитарными нормами. Поэтому система вентиляции играет важную роль в работе всего судна, а для того чтобы всё функционировало и работало необходимо иметь качественную и исправную вентиляцию в каждом помещении.

Системы вентиляции надводных кораблей(судов)

С целью создания для членов экипажа и пассажиров соответствующих бытовых условий во всех помещениях следует поддерживать определенные температуру и влажность воздуха. Кроме того, необходимо обеспечивать замену определенного количества воздуха в единицу времени. Так как не всегда можно открыть иллюминаторы, суда оснащают системами вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха. Подачу свежего воздуха в помещения и удаление из них загрязненного на большинстве речных судов обеспечивают системы вентиляции. Однако температуру, влажность, чистоту, подвижность и давление воздуха в оптимальных пределах на судах наилучшим образом поддерживают системы кондиционирования воздуха (СКВ). Различают:

• естественную,
• и искусственную вентиляцию.

При естественной вентиляции свежий воздух по вентиляционным каналам проходит в помещения за счет ветра, дующего снаружи, или за счет тяги, возникающей при движении судна. Воздух принимается дефлекторами.

При естественной вентиляции воздухообмен происходит за счет разности плотностей теплового и холодного воздуха внутри помещений (тепловое побуждение) и снаружи, также, путем использования скоростного напора ветра или воздушных потоков, которые обдувают движущееся судно (ветровое побуждение). Тепловое побуждение возможно только до тех пор, пока существует разность температур между внутренним и наружным воздухом помещений. Аэрация здесь происходит посредством иллюминаторов, вентиляционные решетки дверей, световые люки и т. п. Ветровое побуждение обеспечивается установкой в потоках наружного воздуха эжекционных головок и поворотных раструбных дефлекторов, преобразующих кинетическую энергию этих потоков в статистическое давление, отличающиеся от давления воздуха в вентилируемом помещении. За счет разности давлений и осуществляется воздухообмен между внутренним и наружным воздухом помещений:

Системы вентиляционных каналов. а — продольная; b — поперечная

Прием и удаление воздуха при естественной вентиляции осуществляется с помощью эжекционных головок и поворотных раструбных дефлекторов, которые устанавливаются на верхней палубе, рубках и надстройках, в местах, защищенных от заливания водой.

Что же такое Эжекционные головки? Это струйный аппарат для отсасывания газов из замкнутого пространства и поддержания разрежения. В свою очередь дефлектор- специальный прибор, служащий для целей вдувной и вытяжной вентиляции. Эжекционные головки и дефлекторы могут быть ориентированы по отношению к направлению набегающего потока наружного воздуха различным образом. Когда дефлектор на рисунке выше повернут раструбом навстречу потоку, в нем создается повышенное статическое давление, и свежий воздух нагнетается в помещение. Ежели раструб дефлектора развернут по потоку, то в нем создается разрежение и происходит вытяжка воздуха из помещения. Во избежание попадания в судовые помещения через дефлекторы воды они могут закрываться штормовыми крышками. Эжекционные головки предназначены только для удаления из судовых помещений загрязненного воздуха в атмосферу. Эжекционная головка устанавливается навстречу потоку малым конусом. Набегающий поток, попав в малый конус, выходит из него с большой скоростью, создавая над вертикальным воздуховодом пониженное давление (разрежение). В результате воздух из помещения отсасывается в корпус эжекционной головки и выходит в атмосферу через большой конус. Эжекционные головки осуществляют удаление воздуха из помещений более эффективно, чем дефлекторы. При хорошей погоде дефлекторы и эжекционные головки обеспечивают воздухообмен в судовых помещениях без затрат дополнительной энергии. Если скорость набегающего потока высока, а температура наружного воздуха небольшая, они могут обеспечить хороший воздухообмен в помещениях. Но всё же чаще дефлекторы и эжекционные головки используются как дополнительное средство в комбинированной вентиляционной системе.

Естественная вентиляция малоэффективна, нестабильна, отличается низкими напорами, значительными габаритами и зависимостью от погодных условий. Ввиду этого несмотря на простоту устройства, отсутствие потребности в механической энергии и малую стоимость на современных судах естественная циркуляция находит ограниченное применение. 

При искусственной вентиляции подвод воздуха и прохождение его по каналам обеспечивается вентиляторами. Это в основном циркуляционные компрессоры (центробежные и осевые) с малой степенью сжатия. Вентиляторы приводятся в действие электродвигателями. Отвод использованного воздуха также осуществляется путем естественной вентиляции через вытяжной дефлектор или с помощью вытяжных вентиляторов. В большей степени используется на современных судах искусственная вентиляция, при которой прием наружного и удаление загрязненного внутреннего воздуха происходит через вентиляционные шахты либо грибовидные головки с помощью вентиляторов. Системы искусственной вентиляции позволяют создавать значительные напоры воздуха, устанавливать различные фильтры, уменьшать сечение воздуховодов, а, следовательно, массу и габариты оборудования. Этими системами оборудуется большая часть судовых помещений. Но их эксплуатация требует высоких затрат энергии на работу вентиляторов и может вызвать значительные уровни шума. Некоторые помещения на судне оборудованы комбинированной системой, где совместно используется и естественная, и искусственная вентиляции. По способу исполнения воздухообмена различают приточную, вытяжную и смешанную (приточно-вытяжную) вентиляцию.  Система искусственной вытяжной вентиляции устанавливается в камбузах, кладовых, санитарно-гигиенических помещениях, курительных, душевых, ванных, прачечных, насосных, отдельных танкеров, станциях углекислотного и химического пожаротушения, помещениях холодильных машин, аккумуляторных и др. Для увеличения эффективности вентиляции используют приточно-вытяжные системы, где в зависимости от функции помещения преобладают или приток, или вытяжка воздуха. Системами приточно-вытяжной вентиляции оборудуют помещения энергетических установок, салоны, камбузы, столовые и т. п. Вентиляция общественных и медицинских помещений осуществляется автономными приточно-вытяжными системами. В целях перемещения воздуха или других газов в системах микроклимата используют в основном центробежные вентиляторы серии ЦСУ и осевые серии ОСО. Подача центробежных вентиляторов составляет 250–40000 м³/ч при полном давлении 480–3840 Па, а осевых соответственно 900–40000 м³/ч и 122–1030 Па.

Судовые дефлекторы

а — приемный; b — вытяжной; с — каютный вентилятор; d — вентилятор загнутый; е — центробежный вентилятор. 1 — двигатель.

Подвод свежего воздуха к жилым и бытовым помещениям происходит через разветвленную систему каналов прямоугольного или кругового поперечного сечения. Эти каналы изготовляются в основном из тонкого листового металла. Грузовые помещения также вентилируются. Это особенно важно при перевозке легко-портящихся продуктов и продуктов, выделяющих углекислый газ (например, овощей и фруктов). На рисунке ниже изображены две вентиляционные системы продольной и поперечной вентиляции для грузовых помещений.

Отопление помещений можно осуществлять различными способами. При необходимости наружный воздух может подогреваться в общесудовых вентиляторах и использоваться в холодное время года для обогрева отсеков, или охлаждаться в воздухоохладителе. Так, применяются установки, похожие на используемые при центральном отоплении жилых домов. В них в качестве теплоносителя служит пар или горячая вода. На судах с дизельными энергетическими установками используют электронагревательные элементы. Часто встречается также и воздушное отопление. Оно обычно связано с системой кондиционирования воздуха. Эта установка отличается от вентиляционной только более высоким давлением воздуха и меньшими поперечными сечениями каналов. Подводимый к помещениям воздух сначала соответствующим образом подготавливается. В зимние месяцы и в северных районах он подогревается, а в летние месяцы и соответственно в тропических зонах охлаждается. Для этого необходима специальная холодильная установка, которую подключают к циркуляционному контуру судовой системы кондиционирования воздуха.

Системы кондиционирования надводных кораблей(судов)

Организация системы кондиционирования воздуха на гражданских и военных судах – это достаточно сложная задача, которая, однако, должна быть решена. Впрочем, сейчас существует уже отработанная на практике и успешно эксплуатируемая на судах система. Рассмотрим поподробнее, из каких элементов она состоит, по какому принципу работает и каковы ее основные особенности.

В машинном отделении размещается компактный чиллер (холодильный агрегат), охлаждаемый забортной водой. От него хладоноситель (гликолевый раствор) разводится по помещениям трубопроводами.

Принудительная циркуляция забортной воды и хладоносителя обеспечивается насосами (возможно использование самовсасывающих и несамовсасывающих насосов в зависимости от положения технического помещения относительно ватерлинии), а чиллер может работать в режимах охлаждения и обогрева.

В каютах монтируются компактные фэнкойлы (доводчики) канального типа, забирающие и подающие воздух через раздельные решетки. Фэнкойлы комплектуются выносной цифровой панелью управления и быстросъемными моющимися фильтрами грубой и тонкой очистки воздуха.

Централизованное управление и мониторинг состояния системы осуществляется с центральной консоли, размещаемой в ходовой рубке.

   Дополнительные возможности:

• Фэнкойлы в каютах можно оборудовать штатными электронагревателями и использовать их в качестве основной или резервной системы отопления.
• В каждой каюте можно индивидуально настроить режим работы фэнкойла, установив нужную температуру исходя из личных потребностей.

Особенности кондиционирования судов

Проектируя систему кондиционирования судна необходимо:

• в первую очередь учитывать ограниченность пространства, которое можно занять под агрегаты и вспомогательное оборудование. Так, необходимо обеспечить более компактную разводку хладагента по трубам, по сравнению с разводкой охлажденного воздуха по воздуховодам в классическом варианте с центральным кондиционером.
• Кроме того, все оборудование должно быть коррозионностойким, достаточно небольших размеров.
• Не издавать сильного шума.
• Нормально работать в условиях качки.
• Автономный принцип проектирования используется для вентиляционных систем помещений большого объема (помещения энергетической установки, грузовые трюмы и цистерны, ангары) и помещений с опасными выделениями (насосные отделения танкеров, аккумуляторные и т. п.). В общей сложности в состав систем вентиляции входят устройства для приема для приема и выброса воздуха, фильтры, вентиляторы, арматура и трубопроводы, глушители воздушного шума, воздухораспределители, приборы контроля и автоматического управления.
• Системы вентиляции проектируются, как принято, по групповому принципу, при котором в группу объединяются судовые помещения с одинаковыми или близкими требованиями к параметрам воздуха и одинаковым характером вредных выделений.

Возможность работы системы в широких температурных диапазонах является несомненным преимуществом, ведь и гражданские, и военные суда, порой, преодолевают за рейс огромные расстояния, проходя через почти все климатические пояса, температура в которых существенно различается.

Судовые кондиционеры должны отличаться надежностью, простой и удобством монтажа, использования и обслуживания, чтобы все возникающие задачи могли решить люди без специальной подготовки. Кроме того, должна существовать возможность управления системой в режиме реального времени и взаимодействия с корабельной информационной системой.

Благодаря грамотно спроектированной и установленной системе кондиционирования можно обеспечить комфортное и удобное пребывание даже в самых суровых условиях. Важно доверить организацию системы специалистам, имеющим опыт подобной работы, которые подберут оборудование, смонтируют и запустят его, а в случае необходимости, проведут качественные сервисные работы.

Типы, устройство и работа СКВ судов

Существует много разновидностей СКВ как по принципиальным схемам, так и по типу оборудования, и поэтому их классифицируют:

• по способу обработки воздуха — круглогодичные, летние и зимние;
• месту обработки воздуха — центральные и местные;
• по числу воздухопроводов(конструктивному признаку) СКВ подразделяют на одноканальные (в одноканальных СКВ весь воздух обрабатывается до заданных параметров и поступает в кондиционируемое помещение по одному каналу), двухканальные и бесканальные (бесканальные системы применяют в помещениях с местными или автономными кондиционерами);
• скорости воздуха в трубопроводах — низкоскоростные при скорости воздуха до 17 м/с, среднескоростные при скорости воздуха 17—22 м/с и высокоскоростные при скорости воздуха более 22 м/с.;
• наличию рециркуляции воздуха — с рециркуляцией и без нее;
• типу воздухораспределителя — прямоточные и эжекционные.

СКВ выбирают в зависимости от типа и назначения судна, района и автономности плавания, наличия электроэнергии и пара, а также стоимости изготовления и эксплуатации системы.

По назначению системы кондиционирования воздуха делятся на два типа кондиционирования:

• Комфортное, регулирующие параметры воздуха в жилых помещениях судна, и технические, регулирующие параметры воздуха в служебных помещениях и грузовых отсеках. Содержание кислорода в воздушной среде судовых помещений изменяется незначительно и практически не влияет на самочувствие людей. Загрязнение же воздуха пылью и другими вредными веществами, а также изменение температуры воздуха оказывают неблагоприятное воздействие на человека. Проведенные исследования показывают, что границами комфортных зон в помещениях является воздух с относительной влажностью 40—60% при температуре 19—23 °С для зимних и 23—27 °С для летних условий.
• Техническое. Система технического кондиционирования — совокупность трубопроводов, механизмов, аппаратов, приборов и устройств, предназначенных для приема, подогрева, охлаждения, осушения и подачи воздуха в грузовые и другие помещения судна, обеспечивает поддержание в них независимо от внешних условий заданных параметров воздушной среды, требуемых для сохранения груза или работы оборудования, приборов, а также для уменьшения коррозии металлических корпусных конструкций. Воздух осушается твердыми поглотителями воды (адсорбентами) и жидкими (абсорбентами), а также при охлаждении с помощью холодильной машины. В качестве адсорбентов используются силикагель и цеолит, абсорбентов — растворы солей хлористого, реже бромистого лития; применяются волокнистые материалы, пропитанные растворами солей.Осушенный и охлажденный воздух вентиляторами подается в грузовые помещения, к приборам и другому оборудованию. Для удаления воды из поглотителей (десорбции) устанавливаются дополнительные вентиляторы. Прием и удаление воздуха производятся так же, как и в системах вентиляции.

В зависимости от способов обработки воздуха СКВ бывают:

•  Централизованные СКВ обрабатывают воздух в центральной климатической станции, из которой он забирается вентиляторами и распределяется по соответствующим помещениям.
• Автономные СКВ обрабатывают воздух непосредственно в кондиционируемом помещении.
• Комбинированные(смешанные) СКВ обеспечивают первичную обработку воздуха в центральной климатической станции, а его окончательную доработку — в доводочных воздухораспределителях.

Система комфортного кондиционирования представляет собой совокупность трубопроводов, механизмов, аппаратов, приборов и устройств, предназначенных для приема, подогрева, охлаждения, увлажнения и подачи воздуха в каюты, салоны, кубрики, медицинские и служебные помещения судна, что обеспечивает поддержание в них благоприятных для самочувствия людей параметров воздушной среды:

• температуры 298— 301 К (25—28 °С),
• влажности 40—60 %,
• подвижности до 0,5 м/с
• газового состава — независимо от района плавания судна.

Механизмы (вентиляторы) и аппараты (подогреватели, охладители, увлажнители воздуха) компонуются в центральном кондиционере. К подогревателям подводится водяной пар с давлением 0,3—0,5 МПа или горячая вода, к охладителям — холодная вода или хладагент (хладон) от холодильной машины. Аппарат, с помощью которого осуществляется кондиционирование воздуха, называется кондиционером. Он представляет собой систему последовательно включенных устройств и аппаратов. Обычно в состав кондиционера входят противопыльный фильтр, вентилятор, воздухоохладитель, воздухонагреватель (калорифер), увлажнитель и элиминатор (каплеотделитель). В зависимости от требуемой обработки воздуха комбинации перечисленных элементов могут быть разными.

Рис.1. Принципиальная  схема центрального кондиционера для одноканальной рециркуляционной системы.  1,5 — задвижки; 2, 6 — Противопыльные фильтры; 3 — первичный воздухонагреватель: 4 — камера смешения наружного и рециркуляционного воздуха; 7 — электровентилятор; 8 — воздухоохладитель; 9 — паровой увлажнитель; 10 — вторичный воздухонагреватель; 11 — Каплеуловитель; 12 — воздуховод; 13 — воздухораспределительная камера обработанного воздуха; 14 — сливная трубка; 15 — запорные клапаны; 16 — терморегулирующий клапан.  Наружный и рециркуляционный воздух поступает в камеру смешения кондиционера, обрабатывается в нем и нагнетается из воздухораспределительной камеры по воздуховоду в каюты. Сконденсированная влага из поддона отводится по сливной трубке. При режиме охлаждения отключают первичный и вторичный воздухонагреватели и паровой увлажнитель, а при режиме отопления — воздухоохладитель и холодильную машину (на рисунке не показана). Воздух в помещениях распространяется различными воздухораспределителями, для которых не требуются высокие скорости и напоры обработанного воздуха.

Применение СКВ исключает необходимость в системах отопления и вентиляции, причем в этом случае создаются условия для лучшего регулирования параметров воздуха в обслуживаемых помещениях.

От центрального кондиционера к установленным в помещениях воздухораспределителям воздух поступает по одному или двум каналам со скоростью 18—20 м/с. В воздухораспределители одно-канальных систем можно встраивать теплообменники для дополнительного подогрева воздуха (паровые, водяные или электрические). В двухканальных системах воздух поступает к воздухораспределителям с разной температурой, что позволяет смешивать его в нужных пропорциях. Прием наружного воздуха и удаление загрязненного производятся так же, как и в системе вентиляции. Системами комфортного кондиционирования в настоящее время оборудуются морские суда всех классов и назначений.

Рис.2. Схема централизованно-местной (смешанной) одноканальной высокоскоростной прямоточной СКВ.

Наружный воздух засасывается высоконапорным вентилятором 2 через приемник 1 и нагнетается им через центральный (групповой) кондиционер 3 в местные пристенные (каютный)кондиционеры 5. Последние устанавливаются в каютах и одновременно являются воздухораспределителями. По воздуховодам 4 обычно подается только наружный воздух, количество которого в 3—4 раза меньше количества воздуха в центральной системе (что сокращает размеры каналов). В общем (групповом) кондиционере воздух полностью не обрабатывается.

Принципиальная схема комбинированной одноканальной СКВ.  Свежий воздух засасывается по трубопроводу 10 вентилятором 7 и нагнетается в центральный кондиционер 11. Окончательно до заданных параметров воздух обрабатывается в доводочных воздухораспределителях 4, в которые он попадает по трубопроводу 2. Загрязненный воздух, поступающий к вентилятору из кондиционируемых помещений по трубопроводу 9, обычно называют рециркуляционным.

В центральном кондиционере воздух очищается фильтром 8 от пыли, а затем (в зависимости от его параметров) охлаждается в воздухоохладителе 6 или подогревается в воздухонагревателе (калорифере) 3.

Для охлаждения воздуха кондиционеры обычно подключают к холодильным агрегатам непосредственного охлаждения (см. рис. 151, а). Змеевики труб воздухоохладителя центрального кондиционера типа «Бриз», например, в схеме автономного холодильного агрегата, работающего на хладоне 12, выполняют функции испарителя.

В кондиционерах воздух подогревается паровыми, водяными или электрическими калориферами. При нагревании относительная влажность воздуха уменьшается. Увлажнение воздуха достигается добавлением в него распыленной воды или пара. Для этого служит увлажнитель. Более широкое применение из-за простоты исполнения, надежности и эффективности получило увлажнение воздуха паром.

Каютный кондиционер 5(см.рис.2) состоит из воздушного эжектора 11 и ребристого теплообменного аппарата 8. Чаще всего воздухоохладитель и воздухонагреватель каютного кондиционера объединяют в единый теплообменный аппарат, составленный из ребристых труб, по которым проходит холодная или горячая вода, подаваемая по трубопроводу 9.

Обработанный в центральном кондиционере воздух с повышенным давлением входит в воздушный эжектор местного кондиционера. Выходя из сопла эжектора 11 с большой скоростью, он эжектирует (подсасывает) в местный кондиционер рециркуляционный воздух из помещения через жалюзийную решетку 7. В местном кондиционере тепловлажностной обработке подвергается только воздух данной каюты. Из кондиционера смесь наружного и рециркуляционного воздуха снова направляется в помещение через выходную решетку 6. Выделяющаяся при охлаждении воздуха влага отводится по сливной трубке 10.

Рис.3. Схема централизованной двухканальной высокоскоростной СКВ.

В центральные кондиционеры обеих ступеней 3 и 4 входят те же последовательно включенные аппараты и устройства, что и в центральный кондиционер одноканальной системы (см. рис.1). Паровой увлажнитель имеется только в кондиционере 3 первой ступени. Летом центральный кондиционер 3 первой ступени охлаждает воздух до более высокой температуры, чем второй кондиционер 4. После кондиционера 3 часть воздуха отбирается и направляется в канал 5. Другая его часть проходит кондиционер 4, а затем поступает в канал 6. По двум каналам воздух идет в смесители (воздухораспределители) 7, установленные в каютах 5. В смесителе воздух, поступающий из канала 5, смешивается с более охлажденным из канала 6, после чего направляется в помещение.

В двухканальной СКВ нет необходимости применять каютные кондиционеры, разводить по каютам холодную и горячую воду и предусматривать дренажные трубопроводы. В каждую каюту идут только воздушные трубы. Система позволяет индивидуально регулировать температуру воздуха в каждой каюте подбором соответствующих количественных соотношений воздуха из обеих каналов. Недостатком двухканальной высокоскоростной СКВ является то, что ее объем и масса несколько больше, чем у одноканальной.

В последнее время на судах получают распространение двухканальные системы кондиционирования. Они проще в обслуживании, не имеют доводочных воздухораспределителей и обеспечивают регулирование параметров воздушной среды в широком диапазоне. В центральный кондиционер воздух засасывается вентилятором 8 по трубопроводу 1. Вместе с потоком свежего воздуха в кондиционер по трубопроводу 2 поступает из помещений рециркуляционный воздух. В зависимости от режима работы воздух может подогреваться в калорифере 9, пар к которому поступает через регулировочный клапан 10, или охлаждаться в камере 7 холодильного агрегата. Количество хладона, поступающего в камеру, а следовательно, и температуру воздуха в ней регулируют клапаном 6. Подачу теплого и холодного воздуха, поступающего по трубопроводам 3 и 4, регулируют в смесителе 5 при помощи специальной заслонки. Положение ее изменяется автоматически по сигналам термореле в кондиционируемых помещениях.

Основное  преимущество последних — меньшее сечение трубопроводов

Смешанные высокоскоростные СКВ отличаются компактными воздуховодами. Эти СКВ более удобны и гибки, так как позволяют индивидуально регулировать параметры воздуха. Пассажиры каждой каюты могут изменять температуру воздуха по своему желанию дополнительным каютным кондиционером независимо от центрального кондиционера. Это можно осуществить изменением режима работы водяного теплообменника в местном кондиционере, регулируя количество воды открытием клапана, или с помощью жалюзи изменением количества воздуха, проходящего через теплообменник. При этом количество хладоносителя, циркулирующего через теплообменный аппарат, оставляют постоянным.

Однако смешанные системы имеют также значительные недостатки;

• большую разветвленность по судну сети трубопроводов хладоносителя для местных кондиционеров, в связи с чем усложняется их уплотнение;
• необходимость устройства дренажа из местных кондиционеров для отвода влаги, конденсируемой из воздуха помещений; повышенный шум в помещениях из-за работы сопл в местных кондиционерах;
• сокращение полезного объема кают вследствие расположения в них местных кондиционеров;
• меньшая экономичность по сравнению с централизованной низкоскоростной системой. В каждую каюту приходится вести четыре трубы: одну для воздуха, две для подвода и отвода хладоносителя и одну для слива конденсата (дренаж).

СКВ для маломерных судов принято делить на два типа:

• на основе кондиционеров с непосредственным охлаждением, в которых поглотителем тепла служит фреон (R-22, R-134 или, в последнее время, R-407). Они применяются для охлаждения одной-двух кают на парусной яхте или катере;
• на основе использования в качестве поглотителя тепла промежуточного теплоносителя — охлажденной пресной воды или смеси воды с антифризом в соотношении 1/1. Такую систему еще называют центральной.

СКВ на основе кондиционеров с непосредственным охлаждением конструктивно также делятся на два типа: моноблочные (автономные) и раздельные (сплит).

Системы на основе моноблочных кондиционеров. У моноблочного кондиционера все основные узлы холодильного контура компактно смонтированы на едином каркасе. Кондиционер заправляется хладагентом на заводе-изготовителе и испытывается на герметичность контура, прежде чем сойдет с конвейера.

На лодке моноблочный кондиционер устанавливается всегда в жилом отсеке, обычно под диваном или койкой, в мебельной секции или в рундуке. Такой агрегат отличается особой надежностью и практически не требует обслуживания. А если когда-нибудь потребуется отдать его в сервис, легко демонтируется одним блоком. Кроме того, моноблочный кондиционер стоит дешевле всех остальных типов и проще в монтаже, поэтому инсталляция всей системы обходится и быстрее, и дешевле. Это идеальное решение для обслуживания одного помещения, и даже до трех кают на парусных яхтах длиной до 27–30 футов. Благодаря своим достоинствам системы на основе моноблочных кондиционеров получили наибольшее распространение на маломерных судах.

В качестве примера можно привести монтажную схему СКВ «Climma Compact Quattro» итальянской фирмы «Veco S.p.A.», построенную на базе моноблочного кондиционера. В этом варианте система обсуживает только одно помещение (салон). Кондиционер установлен под диваном, а охлажденный воздух подается по воздуховоду, проложенному в пространстве под диваном и за ним, через воздуховыпускную решетку, встроенную в столешницу за спинкой:

Основные узлы и элементы системы:
1 – моноблочный кондиционер, включающий компрессор, конденсатор, испаритель и вентилятор; 2 – электрический/функциональный блок (должен быть расположен не далее чем в 2 м от кондиционера); 3 – решетка рециркуляционного воздуха; 4 – воздушный фильтр; 5 – панель управления СКВ (должна располагаться не далее, чем в 3 м от электрического блока); 6 – гибкий теплоизолированный воздуховод; 7 – пленум (напорная камера); 8 – выпускная решетка; 9 – линия отвода конденсата из дренажного поддона испарителя; 10 – трубопровод охлаждающей забортной воды; 11 – насос забортной воды; 12 – кингстон (шаровый кран) на водозаборном фитинге; 13 – место установки опционального настраиваемого клапана (применяется, если насос обслуживает не один, а два-три кондиционера); 14 – сетчатый фильтр забортной воды; 15 – водозаборный фитинг черпачного типа (должен располагаться как можно ближе к килю и быть направлен заостренным концом в нос судна); 16 – сквозной фитинг в корпусе лодки для слива за борт воды после конденсатора.

Возможен вариант этой же системы, где кондиционер установлен рядом с диваном, а воздух выходит через две решетки в корпусной декоративной конструкции за спинкой дивана.

Основные правила обслуживания СКВ

При подготовке СКВ к пуску производят тщательный наружный осмотр вентиляторов, кондиционеров, трубопроводов и арматуры. Все клапаны, вентили и другие разобщительностопорные устройства на воздухопроводах перед пуском СКВ должны находиться в положении, строго соответствующем инструкции по обслуживанию. Во время работы вентиляторов, воздухонагревателей и увлажнителей следует систематически проверять герметичность соединений, периодически очищать приемные сетки и фильтры, регулярно смазывать подшипники вентиляторов, притирать клапаны арматуры, заменять при необходимости соответствующие прокладки и устранять обнаруженные потеки воды и пропуски воздуха в трубопроводах. Текущий осмотр основного оборудования СКВ производят каждый раз при смене вахт. В процессе эксплуатации системы ежедневно контролируют по приборам температуру и относительную влажность воздуха на входе в кондиционер, на выходе из него и в обслуживаемых помещениях.

При понижении температуры наружного воздуха до установленных пределов систему переводят на зимний режим работы, т. е. вводят в действие все воздухонагреватели центральных кондиционеров и увлажнительные устройства.

Не разрешается эксплуатировать СКВ в случаях появления свищей, разрывов труб рециркуляционного и обработанного воздуха, неисправных ограждениях и кожухах воздухопроводов. При включении в действие вентилятора нужно следить за тем, чтобы не было стуков и шума, нехарактерных для его нормальной работы. При обнаружении ненормальных стуков и увеличении вибрации останавливают вентилятор, выявляют причины возникновения дефектов и устраняют их. Порядок выполнения и подробный перечень работ по ТО систем установлен фирменными инструкциями и Правилами технической эксплуатации.

Узнать больше: Морские кондиционеры: все модели

Системы вентиляции и кондиционирования подводных кораблей(лодок)

Обитаемость подводных лодок:

В соответствии с назначением подводная лодка в течение всей автономности плавания должна находиться в районе боевого патрулирования или на пути следования в район или в базу. Поэтому вопросам обеспечения обитаемости при создании этого корабля уделено особое внимание.

Необходимые условия для жизни и боевой деятельности личного состава подводной лодки на протяжении заданной автономности плавания обеспечиваются комплексом средств обитаемости, в состав которого входят системы создания микроклимата внутри подводной лодки и поддержания требуемого химического состава воздуха.

Контроль микроклиматических условий в отсеках подводной лодки осуществляется с пульта общекорабельных систем из главного командного пункта. Система кондиционирования воздуха выполнена в виде автономных узлов в каждом отсеке.

На всех режимах подводного плавания при работающей главной энергетической установке при температуре забортной воды от минус 2 до плюс 30 градусов и работе системы кондиционирования в жилых помещениях обеспечена температура воздуха в пределах плюс 20 – плюс 25 градусов. Относительная влажность воздуха в жилых, служебных и помещениях профилактория поддерживается в пределах 50-70 процентов.

В случае выхода из строя пароэжекторных холодильных машин в одном блоке паротурбинной установки при температуре забортной воды плюс 30 градусов температура воздуха в помещениях отсеков подводной лодки будет выше нормальной на 8-10 градусов.

Система регенерации воздуха состоит из двух автономных систем электрохимической регенерации воздуха, обеспечивающих требуемое содержание кислорода и двуокиси углерода в обитаемых отсеках в подводном положении АПК. В состав системы входят электролизеры, компрессоры и аппараты поглощения двуокиси углерода.

Система регенерации воздуха обеспечивает содержание кислорода в пределах 19-21%, углекислого газа 0.2-0.8%. Содержание окиси углерода в воздухе помещений с постоянными боевыми постами не превышает 5 миллиграммов на метр.

Производство кислорода обеспечивается путем электролиза дистиллированной воды и поотсечным поглощением углекислого газа в аппаратах-поглотителях, установленных во всех отсеках.

Кроме того, на АПК размещены средства химической регенерации воздуха в составе 209 комплектов, которые при выходе из строя системы электрохимической регенерации воздуха обеспечивают в отсеках подводной лодки содержание кислорода и углекислого газа в пределах установленных норм, а система очистки воздуха исключает содержание вредных примесей.

Вопросы кондиционирования воздуха жилых и общественных зданий с жесткими требованиями к внутреннему микроклимату часто представляют определенные трудности для специалистов. Всегда интересно рассмотреть предельный случай применения установок кондиционирования, одним из проявлений которого является отсутствие возможности использования наружного воздуха. Этот предельный случай позволяет специалисту отойти от привычных традиционных взглядов, подходов и дает возможность прийти к новым техническим решениям.

Современные подводные лодки, такие как, например, субмарина «Seawolf» (SSN-21) («Морской волк»), входящая в состав Военно-морских сил США, являются сосредоточением самых современных разработок, в т. ч. в области систем климатизации. Такие суда обычно эксплуатируются в погруженном состоянии, но при необходимости они функционируют как обычные надводные корабли.

Так как современная подводная лодка в обычном погруженном состоянии не может обновлять свой внутренний воздух свежим атмосферным воздухом, на ней должна быть создана искусственная среда. Так как лодка может находиться под водой долгое время, одной из самых насущных проблем для людей, находящихся на борту субмарины, является создание комфортной и здоровой среды обитания. Именно такие задачи ставятся перед разработчиками судовых систем ОВК и холодильных систем.

Как могут быть решены эти проблемы?:

• Какое оборудование разработано для создания и поддержания искусственной среды, в которой продолжительное время должна находиться команда из более чем 100 человек?
• Как контролировать эту среду?
• И каким образом это оборудование и соответствующие методы отличаются от оборудования и способов решения подобных задач в современных, стоящих на берегу зданиях с системами кондиционирования воздуха?

Для ответа на указанные вопросы в этой статье рассматривается оборудование, технологии и методы создания искусственной среды на подводных судах.

Проектирование систем кондиционирования воздуха

Применяемые на современных подводных лодках ядерные установки представляют собой практически неограниченный источник энергии. Кроме этого, лодки оборудованы аккумуляторными батареями и вспомогательным дизельным двигателем, который может использоваться вместо ядерной установки. Когда лодка находится вблизи водной поверхности, воздух для дизеля может забираться из атмосферы. При этом кондиционированный воздух может подаваться для дыхания команды и для других нужд, для которых требуется свежий воздух. В доках или у причала используется вспомогательное береговое оборудование, с помощью которого производится замена внутреннего воздуха лодки. Внутреннее пространство лодки может вентилироваться, обогреваться, воздух может кондиционироваться или охлаждаться при помощи специально разработанных для подводных лодок вариантов оборудования, аналогичного используемого в современных зданиях.

Теперь представим себе сложность выполнения этой задачи на такой субмарине, как «Seawolf». Она «забита» различными материалами и оборудованием поддержания тепловых параметров и удаления отработанных газов. Мы знаем, что имеющийся в ней воздух сильно загрязнен – 130 человек месяцами находятся в цилиндре длиной 108 м и шириной 12 м. Помимо этого, кроме загрязнений от оборудования разработчики систем ОВК должны учитывать образующийся мусор, пух от белья, загрязнения, вырабатываемые при приготовлении пищи, запахи человеческих тел, сточные воды и утечки химических веществ.Однако, когда судно находится под водой, внутренняя атмосфера должна поддерживаться достаточно длительное время, в течение которого лодка должна находиться в погруженном состоянии, чтобы не быть обнаруженной.

В научной литературе трудно найти сведения о тепловых нагрузках и расходе холода на «Seawolf», однако на основании опыта эксплуатации ядерных подводных лодок подобного класса могут быть сделаны некоторые предположения о размерах и типе установленного на этой лодке оборудования кондиционирования воздуха, а также о возможном расходе холода. На основании этих данных могут быть рассмотрены такие факторы, как тепловые нагрузки от электронного или электрического оборудования, параметры главной энергетической установки, численность команды и размеры корпуса.

При расчете тепловой нагрузки важно знать, охлаждается ли электрооборудование обычной или охлажденной водой. Должны учитываться такие непредвиденные аварийные факторы, как утечки пара или энергетические потери. При определении параметров вентиляторов и охлаждающих теплообменников для удовлетворения требований нормативов по уровню температуры и влажности должны учитываться факторы комфортности среды в машинном отделении и жилых помещениях. Для обеспечения здоровой среды обитания в замкнутом пространстве подводной лодки должны быть решены проблемы со всеми внутренними загрязняющими веществами.

Вероятнее всего, субмарина «Seawolf» оснащена двумя судовыми комплектами, каждый из которых включает два центробежных охладителя.

Когда лодка находится на ходу, обычный максимум расхода холода составляет от 528 до 703 кВт. Возможно, на лодке можно было бы обойтись и одним комплектом, но обычная нагрузка разделяется на два комплекта охладителей. Второй судовой комплект, скорее всего, служит в качестве резерва. Энергию для первичных двигателей охладителей обеспечивают судовые служебные генераторы. Устройство для обработки воздуха предоставляет различным центрам потребления электрической энергии воздух с контролируемой температурой для надлежащего регулирования влажности и температуры. Вероятнее всего, в значительной степени используется тепло, выделяемое электрооборудованием.

Вероятно, внутренний объем «Seawolf» составляет от 9 000 до 11 300 м³. Если показатель расхода холода равен 703,4 кВт, удельный расход холода составляет 0,07 кВт/м³.

Используемое оборудование

Так как пар и электроэнергия имеются в избытке, обогрев горячей водой, паром не представляет проблемы. Для охлаждения ранее широко использовались абсорбционные машины, работающие на бромиде лития, а также центробежные охладители. Другое используемое в промышленности оборудование, такое как ротационные винтовые компрессоры, спиральные компрессоры, насосы, вентиляторы и электронные фильтры, также заслуживает внимания разработчиков оборудования для подводных лодок. Важнейшей характеристикой такого рода оборудования является способность контролировать температуру и влажность во всех помещениях и отсеках, а также возможность поддержания необходимых параметров среды в изолированных отсеках при аварии. Это, в свою очередь, определяет необходимость использования централизованной системы управления при наличии избыточного резервного оборудования.

Так как в подводной лодке должна обеспечиваться рециркуляция воздуха и должно поддерживаться необходимое качество воздуха во внутреннем пространстве, чрезвычайную важность приобретают функции фильтрации и жесткого контроля загрязняющих веществ. Для этого требуется специальное оборудование:

• вырабатывающее кислород из морской воды,
• отделяющее углекислый газ от рециркулируемого воздуха
• и отфильтровывающее из него нежелательные газы.

На уровне моря сухой атмосферный воздух состоит приблизительно из 78 % азота, 21 % кислорода и небольшого количества углекислого газа, озона и инертных газов. Максимальное содержание воды составляет 4 % (в тропиках). На подводных лодках поддерживается указанный процентный состав внутреннего воздуха при помощи перечисленного ниже оборудования.

Системы обеспечения кислородом:

Рис.1. Кислородная установка. Когда лодка находится в погруженном состоянии, кислород может пополняться в контролируемых объемах из таких источников, как кислородные установки, запасы кислорода, кислородные свечи. Кислородная установка представляет собой неограниченный источник безопасного кислорода для дыхания, вырабатываемого в процессе электролиза воды с использованием твердых полимерных электролитных ячеек. Насыщенная катализатором пластиковая диафрагма служит в качестве электролита и сепаратора. Установка имеет микропроцессорное управление, время ее цикла останова, промывки, повторного запуска и выхода на полную мощность составляет около 15 минут. Вырабатываемый установкой кислород может подаваться в отсеки лодки или собираться в кислородном хранилище, а получаемый попутно водород удаляется безопасным образом.

Система удаления углекислого газа (CO₂):

Рис.2. Установка удаления СО₂ . В погруженном состоянии подводной лодки углекислый газ обычно удаляется газоочистителями СО₂. В чрезвычайных ситуациях могут также использоваться контейнеры с гидратом окиси лития. В газоочистителях для удаления СО₂ используется раствор моноэтаноламина (МЕА). Процесс очистки производится в поглотителе при соприкосновении воздуха с рециркулирующим МЕА, а также при контакте выделяемого пара и СО₂ с ниспадающим МЕА в отпарной секции котла. Так как моноэтаноламин является коррозийным и токсичным веществом, необходимо соблюдать чрезвычайную осторожность, чтобы он не попал в воздух.

Аппарат для электростатического осаждения:

Для удаления частиц размером в один микрон и меньше применяются аппараты для электростатического осаждения. Ионизированные пластины заряжают взвешенные частицы, которые затем собираются на пластинах заземления. Загрязненные пластины периодически очищаются ультразвуком или в очистных станциях. Так как аппараты для электростатического осаждения являются потенциальными источниками озона вследствие образования электрической дуги, для предотвращения искрения работа аппаратов электростатического осаждения должна производиться при надлежащем напряжении, при этом необходимо соблюдать все необходимые установочные параметры.

Аппараты осаждения масляного тумана:

Присутствующий в воздухе масляный туман из поддонов машинного масла турбогенераторов и из выпускных отверстий корпусов подшипников удаляется аппаратом осаждения тумана. Так же как и аппарат электростатического осаждения, этот аппарат формирует на частицах масла подаваемого в него воздуха положительный заряд. После этого частицы осаждаются на заземленный проходной изолятор и стекают обратно в масляный поддон.

Предварительные фильтры:

Предварительные фильтры используются для предотвращения попадания в аппараты осаждения крупных частиц (больших 10 микрон).

Топка для угарного газа и водорода (СО-Н₂):

Рис.3.Топка угарного газа и водорода. Существенной частью системы очистки воздуха в подводной лодке является топка  СО-Н₂,  используемая для уменьшения содержания угарного газа, водорода и углеводородных загрязнений. В топке СО-Н₂  используется каталитическое горение, в результате которого угарный газ преобразуется в углекислый газ и воду. Нагретый воздух пропускается над слоем материала, называемого гопкалит. Если на борту произойдет утечка хладагента, топка СО₂ среагирует на эту утечку. Однако частичное окисление углеводородов, проходящих над катализатором, а не через него, может привести к образованию токсичных побочных продуктов. Хлорированные хладагенты, такие как R-12 и R-114, образуют токсичные компоненты HF и HCl допустимого уровня концентрации, а нехлорированные хладагенты, например R-134a и R-236fa, образуют токсичные компоненты при температуре 316 °C, хотя до температуры 260 °C уровень их концентрации можно признать допустимым.

Для дальнейшего поглощения продуктов разложения кислотами (HF и HCl) далее по потоку СО₂ расположен фильтр из карбоната лития. Часто слой карбоната лития возобновляется благодаря образованию на подводной лодке этого вещества при прохождении углекислого газа над контейнером с LIOH. Имеющийся на рынке карбонат лития не используется.Фильтры из карбоната лития

Фильтры с активированным углем:

Активированный уголь из скорлупы кокосовых орехов используется для удаления загрязняющих газов в процессе капиллярного притяжения и поглощения. Поглощение является доминирующим процессом для органических компонентов, например углеводородов. Пределом задерживающей способности угля в обычных условиях вентиляции является практический предел насыщения. Так как процесс поглощения в угле приводит к замещению газа или пара с меньшим молекулярным весом газом или паром с большим молекулярным весом, основной слой угля может утрачивать свою способность удалять из атмосферы подводной лодки нежелательные компоненты с меньшими молекулярными весами. Когда устанавливается, что уголь достигает насыщения, он должен быть заменен на имеющийся в запасе свежий угольный фильтр. Активированный уголь используется в главной вентиляционной системе, в фильтрах туалетных помещений, гигиенических вентиляционных каналах, в фильтрах санитарно-технических каналов.

Система вентиляции:

На подводной лодке система вентиляции выполняет также функции обогрева и кондиционирования воздуха. Она распределяет кондиционированный воздух по всем отсекам подводной лодки. В системе циркулирует охлажденный, нагретый и осушенный воздух. Система вентиляции:

• выводит из помещений воздух,
• подает загрязненный воздух на механические фильтры,
• аппараты электростатического осаждения,
• фильтры с активированным древесным углем,
• в систему удаления СО₂ и в топки СО-H₂.

Она выравнивает концентрацию атмосферных газов и осуществляет циркуляцию воздуха с восстановленными параметрами.

Когда подводная лодка находится в надводном или полупогруженном состоянии, система вентиляции:

• поставляет воздух для дизельного двигателя,
• приточного вентилятора низкого давления
• и для возобновления воздуха для дыхания.

Она вентилирует отсек аккумуляторных батарей, производит циркуляцию холодного осушенного воздуха в отсеках управления ракетным оружием и навигационного оборудования, производит аварийную вентиляцию с выводом отработанного воздуха за борт и снижает концентрацию кислорода на устройствах подачи кислорода, распределяя его по всем помещениям подводной лодки.

Система отопления, которая является паровой, обогревающей помещения подводной лодки в холодное время года; пар подается от внешнего источника во время стоянки лодки у пирса или базы. Система состоит из магистрали свежего и отработанного пара и паровых грелок. Для обогрева помещений подводной лодки на ходу во всех положениях используется температура работающих машин и электрогрелки.

Контроль источников загрязнения:

Несмотря на наличие надлежащего оборудования, наиболее эффективным способом уменьшения или устранения токсичных загрязнений в атмосфере подводной лодки является применение детально разработанной программы контроля источников загрязнений. Такая программа должна включать проверку и контроль материалов, а также неукоснительное соблюдение внутреннего распорядка. Например, летучие углеводороды, такие как разлитое машинное или гидравлическое масло, либо утечки дизельного топлива должны немедленно устраняться для уменьшения количества веществ, которые могут распространяться по воздуху.

Качество внутреннего воздуха на подводной лодке может контролироваться при помощи инфракрасных спектрофотометров, приборов масс-спектроскопии, устройств определения парамагнитных свойств, теплопроводности, фотоионизации, колориметрических данных. Результаты анализов могут сравниваться с ранее полученными данными и использоваться для определения надлежащих процедур технического обслуживания, таких, например, как замена фильтров с активированным углем. Для проведения замеров на борту используется множество приборов, основанных на указанных принципах.

Применяются следующие приборы:

• центральный монитор контроля атмосферы, анализатор газовых примесей,
• водородный детектор, портативное устройство контроля параметров атмосферы,
• портативный кислородный анализатор,
• шахтный индикатор безопасности, трубки колориметрического анализа,
• насосные тестеры.

Эти приборы могут использоваться как перед погружением, так и во время погружения лодки. Они могут применяться во время пожара для обнаружения мест, которые не затронул огонь, или для контроля мест, в которых производится работа с хладагентом.

Заключение

В настоящее время имеется множество типов специализированных подводных лодок. Их предназначением может быть не только выполнение патрулирования и других специальных задач для сохранения мира. Однако, по крайней мере, часть описанного выше оборудования или его видоизмененные варианты должны использоваться на борту, чтобы экипаж подводной лодки мог выполнять свою работу в безопасной среде. И применение этого оборудования будет расширяться, т. к. человечество будет продолжать проводить исследования и расширять использование глубин мирового океана.

Большое внимание уделяется проблеме очистки воздуха от угарного газа и водорода, В этих целях на дизельных подводных лодках используются в основном специальные высокотемпературные установки, а на атомных – система типа TSMA.