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[基础知识] 船舶空调系统及设备介绍

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发表于 2021-1-15 17:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
为了能在舱室内创造出一个适宜的人工气候,以便为船员、旅客提供一个舒适的工作和生活环境,现代船舶大都设有空气调节装置。
船舶空调主要用于满足人们对工作和生活环境舒适和卫生的要求。它与某些生产工艺和精密仪器等所要求的恒温恒湿空调不同,对温、湿度等空气条件的要求并不十分严格,允许在稍大的范围内变动,属于舒适性空调。  

船舶空调装置应能在规定的舱外空气设计参数下,使室内空气条件符合“4度”的要求。

(1)温度

就空调来说,使人舒适与否最重要的是能在一般衣着时自然地保持身体的热平衡,其中影响最大的是空气的温度。在温度适中和稍有流动的空气条件下。根据通常的衣着情况,一般人感到舒适的温度条件冬季为19~24℃,夏季为21~28℃。我国船舶空调舱室设计标准是:冬季室温为19—22℃;夏季室温为24—28℃;夏季室内外温差不超过6—10℃。室内各处温差不超过3—5℃。

(2)湿度

人对空气的湿度并不十分敏感。相对湿度在30% ~70%的范围内人都不会感到不适。但如果湿度太低,人呼吸时会因失水过多而感到口干舌燥,而湿度太高,则汗液难以蒸发,也不舒服。夏季空调采用冷却除湿法,室内湿度一般控制在40%~50%;冬季室内湿度以30%~40%为宜,以便减少送风加湿量,并防止靠外界的舱壁结露。

(3)清新程度

所谓清新程度是指空气清洁(少含粉尘和有害气体)和新鲜(有足够的含氧量)的程度。如果只从满足人呼吸对氧气的需要出发,新鲜空气的最低供给量2~4m3/h·人即可,然而要使 空气中二氧化碳、烟气等有害气体的浓度在允许的程度以下,则新风量就需达到30~50m3/h ·人。

(4)气流速度

在室内的活动区域,要求空气能有轻微的流动,以使室内温、湿度均匀和人不感到气闷,室内气流速度以0.15~0.20m/s为宜,最大不超过0.35m/s,否则人会感到不舒适。距室内空调出风口1m处测试的噪声应不大于55~60dB(A)。
下面我们就来详细介绍一下实现“4度”要求的船舶空调系统。

一、船舶空调系统的分类集中式和半集中式船舶空调装置根据其调节方法的不同主要有以下几种形式。集中式单风管系统区域再热式单风管系统末端再处理式单风管系统双风管系统

1.集中式单风管系统在这种系统中,送风由中央空调器统一处理,然后通过单风管送到各个舱室,如下图所示。由于各舱室的送风参数相同,所以对各舱室空气参数的个别调节就只能靠改变布风器风门的开度,即改变送风量来实现。这种系统比较简单,初置费较低,在货船上用得最普遍。但因采用变量调节,调节幅度不宜过大,否则难以保证舱室的新风供给量和室内空气参数基本相等,此外,调节时还会对其它舱室的送风量产生干扰。

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1-空气滤器;2-空气加热器;3-加湿器;4-风机;5-空气冷却器;6-挡水器;7-主风管;8-布风器


2.区域再热式单风管系统这种系统是将中央空调器统一处理后的空气,由设在空调器分配室各隔离室内或主风管内的二次换热器对送风进行再加热,即对送风温度作进一步调节,然后再用单风管送至各个舱室。这种系统对热负荷(绝对值)较小的舱室可少进行或不进行再加热(即采用较小的送风温差),故一般可不必把送风量过分调小。

3. 末端再处理式单风管系统这种系统除在中央空调器中对送风作统一处理外,还在各舱室的布风器内设末端换热器,对送风进行末端再处理。末端再处理的方式通常有两种。

一种是末端电再热式,即在布风器内设电加热器冬季改变加热电阻的阻值进行变质调节,空调器将送风只加热到能满足热负荷较低的舱室对室温的最低要求即可,一般为20~30℃,夏季则只能做变量调节,送风温度为11~15℃。这种方法所花费用不多,管理也较简单,常在低温海域航行的货船多有使用。

另一种是末端水换热式,即在布风器内设水换热器,冬季通以热水,夏季则通以冷水,如下图所示。这种系统冬、夏都可藉调节水量实现变质调节。取暖工况时送风温度约为15~25℃;降温工况时约为12~16℃。这种系统的空调器只需承担舱室的部分热、湿负荷,故送风量可比其它空调器减少1/2~1/3,有的即可采用全新风。
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1-中央空调;2-水冷却器;3-水加热器;4-循环水泵;5-末端换热器;6-膨胀水箱


4.双风管系统这种系统的中央空调器如下图所示,由前、后两部分组成,一部分送风经空调器前部预处理后即经中间分配室送至舱室布风器,称为一级送风,而其余部分则经空调器后部再处理后经后分配室送至舱室布风器,称为二级送风。
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1-空气滤器;2-空气预冷器;3-空气预热器;4-加湿器;5-风机;6-中间分配室;7-在冷却器;8-再加热器;9-挡水板;10-后分配室;11-预处理送风器;12-再处理送风器;13-布风器



这种系统能向舱室同时供送温度不同的两种空气,因此通过调节布风器两个风门的开度,改变两种送风的混合比,即可调节舱室温度,冬、夏都可变质调节,调节灵敏。虽然空调器和风管系统的重量和尺寸较大,但因不需设末端换热器,可采用较便宜的直布式布风器,故噪声低,管理简单,当布风器数量较多时总造价比末端再处理式低,较适合对空调性能要求高的客船。

二.中央空调器 中央空调器是集中式和半集中式空调装置对空气进行集中处理的设备。在货船上,它通常置于上层甲板后部的专门舱室——空气调节站里,在客船上空调器数目较多,故多分布在全船各处。下图以单风管系统的中央空调器为例说明空调器的各组成部分及其工作情况。

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1-新风进口;2-新风调风门;3-风机;4-回风调风门;5-空气滤器;6-制冷剂回气集气管;7-空气冷却器;8-制冷剂分液器;9-挡水板;10-加湿器;11-空气加热器;12-底架;13-检查门;14-进风混合室;15-消音室;16-空气处理室;17-盛水盘;18-送风分配室


1.空气的吸入、过滤和消音外界新风和空调舱室的回风分别经新风进口1和回风进口被风机3吸人。在新风和回风进口处装有铁丝网或百叶窗,以防吸入较大的异物。新风量和回风量的比例可用手动调风门2、4进行调节。回风量和总风量之比称为回风比,设计时已经确定。调风门的开度在空调装置调试时已按要求调好,一般情况不予变动。空调通风机的静压应能克服空调器和送风系统的阻力,故采用风压较高、噪声较低的离心式通风机。高速系统可采用效率较高的后弯叶型风机,而低速系统因所需的风量较大,为减小风机尺寸多采用前弯叶型风机。为降低空调器室的噪声,现在多将风机安装在空调器内。由于风机工作时所产生的热量将使排出的空气温度升高,高速系统为了避免降温工况时送风温度过高,并有利于提高空气冷却器的蒸发温度,通常多把风机布置在空调器的进口,称为压出式空调器。在低速系统里,由于风压较低,空气流经风机的温升较小,故可把风机布置在空调器的出口,以使空气能比较均匀地流过各换热器,称之为吸入式空调器。

2.空气的冷却和除湿   一般当外界气温高于25℃时,就应使空调装置按降温工况运行。空气的冷却和除湿在空调器中是由空气冷却器和挡水板来完成的。热空气首先经过除水曲板,撞击除水曲板后,分离出空气中的水分,然后干燥的热空气经过冷却器和冷却介质发生热交换,实现制冷功能。
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3.空气的加热和加湿一般当外界气温低于15℃时,就应使空调装置按取暖工况运行。在空调器中空气的加热和加湿是由空气加热器和加湿器来完成的。空气的加热可采用电加热、蒸气加热或热水加热等方式;除间接冷却式空调系统在取暖工况利用同一换热器改以热水加热外,船用集中式空调器多使用蒸气加热。加热器由带肋片的蛇形管组成。加热蒸汽常用表压为0.2~0.5MPa的饱和蒸汽。加湿可采用蒸汽加湿或喷水加湿,在某些小型独立的空调装置中还采用电热加湿器。船用集中式空调器采用蒸汽加湿的较多。最简单的加湿器就是图示的一根镀锌钢管(φ10~20mm),该管在迎风方向开有两排直径为1~2mm的蒸汽喷孔(中心夹角90˚,孔距50mm左右)。由于蒸汽加湿采用的是低压饱和蒸汽,稍有降温就会产生凝水,使加湿效果变差,为此又设计了其它各种干式蒸汽加湿器。加湿器放置在加热器后比较合适,因为此处空气温度较高,相对湿度较小,喷入的蒸汽(或水)容易被空气吸收,同时还可防止加湿器在进风温度太低时冻结,但应防加湿过多而造成舱内壁面的结露。

三、布风器 舱室的送风是通过布风器送入的。布风器应满足以下要求:

(1) 能使送风与室内空气很好地混合,从而使室温均匀性好;
(2) 能保持人的活动区内风速适宜;
(3) 能单独进行调节;
(4) 阻力和噪声较小。
(5) 结构紧凑,外形美观,价格较低。布风器按安装位置的不同分为顶式和壁式两类。壁式布风器靠舱壁底部垂直安装,使用方便。顶式布风器装在天花板上,不占舱室地面,艺术造型能与顶灯配合,起到装饰效果,所以,在船舶空调系统中采用较多。

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(a) 侧吹式适用于天花板较平整的小舱室:(b) 适用于高诱导比的壁式布风器,(c) 适用于空间较大的舱室;(d) 适用于空气参数均匀性要求较高的舱室
布风器按送风诱导作用的强弱可分为直布式和诱导式两类。

1、直布式布风器直布式布风器是一种将送风直接送入舱室的布风器,其出口做成有利于送风气流扩散的形状,如喇叭形、格栅形等。直布式布风器的出口风速较低,一般为2~4m/s,送风与室内空气混合较慢,所以送风温差不宜过大,一般在10℃以下。
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2、诱导式布风器(简称诱导器)图为一种带电加热器的壁式诱导器。它的特点是静压箱10中的静压较高,送风(称一次风)是通过许多小喷嘴9(约26~46个)喷出,喷嘴的出风速度较高(一般可达20~40m/s),能把很大一部分室内空气经外罩正面的进风栅4卷吸进来(称二次风)·,混合后再从顶部出口格栅6吹出,送入室内。     
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诱导器有两个比较明显的缺点一是送风阻力较大,另一缺点是噪声较大,可达50~55dB。此外,诱导器的价格也昂贵。因此,目前在船舶上仍以采用直布式布风器为多。            



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龙船学院
发表于 2021-1-18 09:21 | 显示全部楼层
不错,学习了
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