Wojciech Kafarski V ESO mgr
J
"Nowoczesne rozwiązania klimatyzacji na statkach pasażerskich"
Wstęp
Obecnie w klimatyzacji stosuje się zblokowane kompaktowe agregaty chłodnicze o różnych stopniach integracji, które są wyposażone fabrycznie w kompletne układy automatyki zabezpieczającej i sterującej. Montaż tych urządzeń w całości odbywa się w warunkach fabrycznych, gdzie również przeprowadzane są próby ruchowe, dzięki którym analizowane zespoły chłodnicze charakteryzują się wysoką jakością i małą pracochłonnością instalacji w miejscu przeznaczenia.
i\a wstępie chciałbym dokonać krótkiej charakterystyki budowy, funkcji, eksploatacji poszczególnych elementów systemów chłodniczych i klimatyzacyjnych jak i samych systemów, a następnie omówić praktyczne przykłady zastosowania klimatyzacji bytowej na statkach pasażerskich
Charakterystyka elementów systemu chłodniczego.
1. Sprężarki
śrubowe
ioreżark: śrubowe stałv się bardzo rozpowszechnionym typem sprężarek w urządzeniach cmoanjczych i klimatyzacyjnych średniej wielkości Sprężarki śrubowe charakteryzują się bowiem na ogół wyższą o 8 do 10% efektywności ą. przy pełnym obciążeniu i przy jego redukcji, nie występuje w nich również zjawisko niesiatecznosci działania tpompowamaj. W sprężarkach dwuwirnikow^ch istotny problem stanowi obecność oleju, który w sprężarkach przeznaczany c n aia chłodnictwa jesi niezbędny jako czynnik chłodzący i uszczelniający. Rość Oleju zależy wprawdzie od konstrukcji wirników i zastosowania sprężarki, jednak na ogół jftst to ilość znacząca i olej ten musi być oddzielany ze strumienia czynnika chłodniczego wytłaczanego przez sprężarkę Obecność oleju w sprężarce i jego relacja ilościowa do masy czynnika przetłaczanego ma istotny wpływ na efektywność działania sprężarki i temperaturę końcową czynnika Sprężarki śrubowe chłodnicze jako nowy typ maszyny ciągle znajdują się w stanie rozwoju i zdaniem specjalistów nie wy czerpały jeszcze swoich możliwości o czym świadczą prowadzone w sposób ciągły prace nad doskonaleniem geometrii wirników, zmierzające do podniesienia efektywności sprężarek. W dużych sprężarkach śrubowych przewiduje się stosowanie zmiennych i podwyższonych prędkości obrotowych oraz obniżenie głośności Znaczniejszy postęp w doskonaleniu geometrii wirników, zacieśnieniu tolerancji wykonania powierzchni śrubowych oraz w doborze materiałów może prowadzić nawet do uzyskania spreiarek chłodniczych w wersji bezsmarowej
Dla osiągnięcia tego celu trzeba jednak opanować problem odkształceń termicznych wirników oraz głośności przy równoczesnym wyeliminowaniu oleju, który dotychczas był wykorzystywany jako czynnik skutecznie ograniczający zakres tych negatywnych objawów
Sprężarki spiralne
Realne możliwości podjęcia produkcji sprężarek spiralnych zaistniały dopiero w wyniku zastosowania melod numerycznego starowania w technologii obróbki skrawaniem Taka technologia umożliwiła zapewnienie wymaganej w tych sprczarkach dokładności wykonania kształtu i jakości roboczych powierzchni elementom /espołem komplikującym buoowę sprężarki jest mechanizm orbitujący Posiada ona jednak szereg istotnych cech. dzięki którym może skutecznie konkurować ze sprężarką tłokową, bowiem nie posiada zaworów- roboczych co znacznie podnosi jej niezawodność działania ma lepsze wyważenie dynamiczne, bardziej moment ubiulowy. mniejsze puUacje ciśnienia iłut^eni-i oia<: ni/^.ągłośność i
W sprężarce tego typu nie ma przestrzeni szkodliwej, zatem przy zmianie sprezu nie następm? istotna zmiana stopnia dostarczania z lego tytułu, charakterystyczna dla innych sprężarek wyporowych. Słabą stroną tych sprężarek jest to, te ich konstrukcja nie podwala na uzyskiwanie zmiennej kompresji tj stosunku początkowej objętości przestrzeni roboczej iw końcowym momencie napełnienia) do końcowy (w [wjczątkowym momencie wytłaczania) Kompresja ta, bowiem zależy od kszlałtu pobocznic obu spiral i jest dostosowywana do przeznaczenia sprężarki W klasycznych rozwiązaniach sprężarki zarys spirali odpowiada spirali Archimedesa. Sprężarki tafcie są stosowane w klimatyzacji i pompach ciepła oraz w chłodniach o temperaturach około zerowych. W obiegach chłodniczych tych obiektów występują bowiem sprężę nie przekraczające waności ć
Sprężarki odśrodkowe (turbosprężarki)
Sprężarki odśrodkowe 2ajmuj$ dominującą pozycje w obszarze dużych urządzeń chłodniczych tj. o wydajności powyżej 15DOkW, a wynika lo przede wszystkim z ich wysokiej efektywności działania i niezawodności
Sprężanie czynnika w sprężarkach odśrodkowych odbywa się na zajadzie nadawania czynnikowi energii kinetycznej i następnie przetwarzania jej na energie ciśnienia Jest to tzw. sprężanie dynamiczne w przeciwieństwie do sprężania statycznego, zachodzącego w omówionych powyżej sprężarkach wyporowych, w których sprężanie następuje w wyniku kompresji zamkniętej objętości czynnika. Dlaiego w przypadku zmiany czynnika roboczego sprężarki wyporowe nic wymagają w zasadzie wprowadzania przeróbek podstawowych elementów Natomiast w sprężarkach odśrodkowych, w związku z akcją substytucji freonów, zachodziła konieczność przeprojektowania układu sprężania w celu dostosowania go do nowych własności fizycznych substytutów, które decydują o parametrach konstrukcyjnych wirników, kierownic, dyruzorów, konfuzorów i innych elementów sprę/arki uc^estnicaących ^ procesie sprężania. Wprowadzenie nowych czynników dało równocześnie impuls do doskonalenia sprężarek te^o typu. ponieważ uzyskano możliwości, jakie dało pojawienie się na rynku czynników o nowych, korzystnych dla tej rodziny sprężarek parametrach konstrukcyjnych.
Podstawowym zadaniem dla nowej generacji sprężarek jest. więc opracowanie lakich rozwiązań, które pozwolą na utrzymanie wysokiej ich efektywności przy pełnym obciążeniu i równocześnie na rozszerzenie ich zastosowań na zakres obciążeń zredukowanych (np przez ciągłą regulacje obrotów) z zachowaniem możliwie wysokiej efektywności, a także na przystosowanie do zmiennych warunków termicznych przy ograniczeniu przedziału występowania zjawiska ni e stateczności działania
w rozwiązaniach sprężarek Przewiduje się, ze będą prowadzone intensywne prace nad podniesieniem ich efektywności eneigelycznej, zmniejszeniem gabarytów, zwiększeniem niezawodności i obniżeniem głośności Zastosowania sprężarek spiralnych będą się poszerzać dzięki ich korzystnym charakterystykom technicznym i wdrażaniu nowych wielkości wykraczających poza dotychczasowy zakres w stronę mniejszych i większych jednostek niż obecnie dostępne Dzięki
ostatnio wprowadzonym udoskonaleniom sprężarki śrubowe opanują zakres średnich wydajności, spełnienie się tej prognozy zależy jednak w dużym stopniu od wynikom konkurencji, zwłaszcza z dużymi sprężarkami spiralnymi i miniaturowymi sprężarkami odśrodkowymi,
W zakresie dużych urządzeń klimatyzacyjnych przewiduje się, ze sprężarki odśrodkowe utrzymają swoją dominującą pozycję, głownie dzięki wprowadzeniu do odmian chłodniczych tych sprężarek, udoskonaleń wdrożonych w turbosprężarkach powietrznych i gazowych. Wielowarstwowe parowniki płytowe
Podobnie jak w instalacjach ciepłowniczych również w instalacjach chłodniczych znalazły zastosowanie płytowe wymienniki ciepła . Stosowane są one ostatnio przez niektóre firmy w urządzeniach do schładzania wody jako parowniki wielowarstwowe . Wymienniki te charakteryzują się bardzo małymi wymiarami, ciężarem i pojemnością w porównaniu z parownikami płaszczowo - rurowymi o porównywalnych \vydajnosciach .
Charakterystyka elementów systemu klimatyzacyjnego.
Centrale klimatyzacyjne.
Centrale klimatyzacyjne są urządzeniami przeznaczonymi do hydrotechnicznej centralnej obróbki powietrza nawiewanego do pomieszczeń klimatyzowanych w instalacjach klimatyzacyjnych i wentylacyjnych.
Stosownie do możliwości wynikających z dostępnego w danym okresie poziomu technicznego wytwarzania, wymagań odbiorców (stocznie), wyroby te przechodziły kolejne fazy rozwiązań konstrukcyjnych . Szczupłość pomieszczeń maszynowni, wymagana niezawodność i długotrwałość pracy w warunkach panujących na statkach (drgania, wysoka temperatura, duża wilgotność) oraz utrzymywanie ściśle zadanych stanów powietrza przy niskim poziomie hałasu - to podstawowe wymagania, jakie rzutowały na sposób rozwiązania konstrukcyjnego tych urządzeń, Pierwszą generację spełniającą takie wymagania, stanowiły centrale blokowe konstrukcji bezszkieletowej, charakteryzujące się:
- małymi gabarytami i zwartą budową,
- stosunkowo małą masą, dzięki zastosowaniu na elementy ich obudowycienkich blach ocynkowanych.
- wysokim sprężem dyspozycyjnym-wysokosprawnymi wymiennikami ciepła
-dobrym tłumieniem drgań dzięki zastosowaniu amortyzacji zespołów wentylatorowych i elastycznych króćców przyłączeniowych.
Zebrane spostrzeżenia z wieloletniej produkcji, montażu i eksploatacji tych urządzeń wykazały, że konstrukcja bezszkieletowa nie gwarantowała utrzymania odpowiedniej sztywności i szczelności. Niejednokrotnie zachodziła konieczność usztywnia
ostatnio wprowadzonym udoskonaleniom sprężarki śrubowe opanują zakres średnich wydajności, spełnienie się tej prognozy zależy jednak w dużym stopniu od wynikom konkurencji, zwłaszcza z dużymi sprężarkami spiralnymi i miniaturowymi sprężarkami odśrodkowymi.
Podobnie jak w instalacjach ciepłowniczych również w instalacjach chłodniczych znalazły zastosowanie płytowe wymienniki ciepła . Stosowane są one ostatnio przez niektóre firmy w urządzeniach do schładzania wody jako parowniki wielowarstwowe . Wymienniki te charakteryzują się bardzo małymi wymiarami, ciężarem i pojemnością w porównaniu z parownikami płaszczowo - rurowymi o porównywalnych wydajnościach .
Stosownie do możliwości wynikających z dostępnego w danym okresie poziomu technicznego wytwarzania, wymagań odbiorców (stocznie), wyroby te przechodziły kolejne fazy rozwiązań konstrukcyjnych . Szczupłość pomieszczeń maszynowni, wymagana niezawodność i długotrwałość pracy w warunkach panujących na statkach (drgania, wysoka temperatura, duża wilgotność) oraz utrzymywanie ściśle zadanych stanów powietrza przy niskim poziomie hałasu - to podstawowe wymagania, jakie rzutowały na sposób rozwiązania konstrukcyjnego tych urządzeń. Pierwszą generację spełniającą takie wymagania, stanowiły centrale blokowe konstrukcji bezszkielelowej, charakteryzujące się:
- małymi gabarytami t zwartą budową,
Zebrane spostrzeżenia z wieloletniej produkcji, montażu i eksploatacji tych urządzeń wykazały, że konstrukcja bezszkieletowa nie gwarantowała utrzymania odpowiedniej -sztywności i szczelności. Niejednokrotnie zachodziła konieczność usztywniania
wydajnościach wykraczających poza zakres 10 tyś. mj/h. Przejściowym rozwiązaniem die takich konstrukcji była konstrukcja szkieletowa - spawana wykonana z kształtowników stalowych.
W zespołach funkcjonalnych całego typoszeregu centrai uwzględnione zostały również zestawy do odzysku ciepła z czynnikiem pośredniczącym, regeneratorem obrotowym i wymiennikiem krzyżowym. Wieloletnia eksploatacja takich central na statkacn w wysokociśnieniowych instalacjach w warunkach klimatu morskiego - w pełni potwierdziła prawidłowość rozwiązania szkieletowego zarówno pod względem wytrzymałościowym, jak i szczelności obudowy. W pełni potwierdziła się również pod względem montażowym budowa blokowa, obejmująca określone zespoły funkcjonalne. Bazując na zebranych doświadczeniach z powyższych rozwiązań konstrukcyjnych i stałego dążenia do podnoszenia poziomu technicznego produkowanych wyrobów, uruchomiono w ostatnich latach kolejną generację modułowych central klimatyzacyjnych wytwarzanych, na bazie zamkniętych profili aluminiowych i obudowy ze stałych płyt osłonowych, łatwo zdejmowalnych do obsługi. Płyty te są wykonywane podobnie, jak w poprzednich centralach, lecz o grubości 25 i 50 mm z doskonalszego materiału izolacyjnego o właściwościach nie palnych. Przy podejmowaniu realizacji tej generacji central zwrócono szczególną uwagę na zachowanie wymaganej sztywności konstrukcji i szczelności obudowy, co jest niezmiernie ważne przy gabarytowo dużych zestawach funkcjonalnych. Rozwiązania konstrukcyjne w postaci oddzielnych zestawów funkcjonalnych umożliwia tworzenie dowolnych układów central, odpowiadającym wymaganiom wynikającym z określonego procesu obróbki powietrza. Inną z większych zmian, jakie nastąpiły w proponowanych obecnie zestawieniach, stanowa przemieszczenie bloku wentylatorowego do środka konstrukcji centrali, za nagrzewnicę pierwszego stopnia, nawilżacz i chłodnicę pierwszego stopnia. Efektem tego jest bardziej równomierny przepływ powietrza przez te elementy, co powoduje lepsze wykorzystanie w nich powierzchni wymiany ciepła, a tym samym wzrost sprawności całego urządzenia.
Centrala przykręcana jest do ramy nośnej wykonanej z ceownika, a dla wykonań morskich posiadaj ą dodatkowo ramę fundamentową w celu przyspawania do pokładu. Dopuszczalna prędkość przepływu powietrza dla central wynosi: przez nawilżacz i chłodnicę 3 m/s, nagrzewnicę 5 m/s.
Film
Oczyszczanie powietrza w instalacjach klimatyzacyjnych realizowane jest najczęściej przy pomocy riltrów powietrza o skuteczności filtracji zależnej od rodzaju i przeznaczenia pomieszczenia. Stan techniczny filtrów powietrza ma istotny wpływ na jakość pracy instalacji i osiągane przez nią parametry, dlatego należy pamiętać o wymianie lub czyszczeniu, gdy icn zanieczyszczenie przekroczy dopuszczalny poziom. Wiele współcześnie produkowanycn cemrai jest wyposażonych w specjalne wskaźniki zanieczyszczenia filtrów lub sygnalizatory. Urządzenia te są pomocne do określenia stopnia zanieczyszczenia i podjęcia decyzji o wymianie lub regeneracji filtrów. Szybkość zanieczyszczania się filtrów zależy od:
- wielkości strumienia powietrza odniesiona do Inr powierzchni filtra,
- usytuowania instalacji,
-wstępne oczyszczania powietrza w punkcie poboru powietrza świeżego,
- usytuowania czerpni powietrza.
W praktyce należy posługiwać się wiec kryterium dopuszczalnych oporów przepływu powietrza przez filtry. Regenerację, czyli czyszczenie filtrów stosuje się w zasadzie tylko dla filtrów klasy EU1 - EU4, dokładniejsze filtry wymienia się na nowe. W centralach instalowanych na statkach najczęściej stosuje się filtry suche, tkaninowe (bawełniane -wełniane) lub suche włókninowe (watolina bawełniane - wełniana, cienka wełna szklana). Z reguły są one wykonane w postaci płaskiej, pochylonej płyty lub płyty łamanej w kształcie litery „w".
Nagrzewnice
Nagrzewnice mogą stanowić wyposażenie centrali klimatyzacyjnej, mogą też być stosowane
jako nagrzewnice kanałowe, montowane bezpośrednio w kanałach powietrza. Różnice
pomiędzy nagrzewnicami wodnymi i parowymi dotyczą nie tylko czynnika grzewczego,
którym są zasilane, ale również posiadają one odmien...
marcin0732