船用空调系统课件.pptx
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1、第一节第一节 概概 述述12-1-1 船舶空调的要求w 属舒适性空调w 应能使室内空气条件符合以下要求w (1)温度n一般入感到舒适的温度条件:l冬季为1924l夏季为2128n我国船舶空调舱室设计标准是:l冬季室温为1922l夏季室温为2428l室内各处温差不超过35l夏季室内外温差不超过61012-1-1 船舶空调的要求w (2)湿度n相对湿度在3070的范围内人都不会感到不适l如果湿度太低w人呼吸时会因失水过多而感到口干舌燥l湿度太高w汗液难以蒸发,也不舒服n夏季空调采用冷却除湿法l室内湿度一般控制在4050n冬季室内湿度以3040为宜l以便减少送风加湿量,并防止靠外界的舱壁结露12-1
2、-1 船舶空调的要求w (3)清新程度n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n如果只从满足入呼吸对氧气的需要出发,新鲜空气的最低供给量2.4m3h人即可n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3050m3h人12-1-1 船舶空调的要求w (4)气流速度n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n室内气流速度以0.150.20ms为宜,最大不超过0.35ms,否则入会感到不舒适w 舱外气候条件是确定空调负荷大小的重要依据w 我国所定的远洋船舶空调设计的舱外条件是:n冬季为一18,相对湿度80n夏季为+35,湿球
3、温度28(约相当于=70)。w 我国和ISO所定船舶空调设计参数如表121示w 表12-1 船舶空调设计参数(303)12-1-2 船舶空调装置概况w 中央空调装置n将空气经过集中处理再分送到各个舱室w 半集中式空调装置n将集中处理后送往各舱室的空气进行分区处理或舱室单独处理w 独立式空调装置n某些特殊舱室,例如机舱集中控制室,单独设专用的空气调节器12-1-2 船舶空调装置概况w 图为船舶集中式空调装置示意图w 通风机7n由吸口6吸入外界空气(称为新风)n从通走廊吸口4吸入一部分空气(称为回风)w 二者在中央空调器1中过滤,加热、加湿,或冷却、除湿,以达到一定的温度和湿度w 最后通过主风管2
4、,各支风管送到舱室布风器312-1-2 船舶空调装置概况w 在气候适宜时n可采用单纯通风(关回风口)n使新风只经过过滤就送入舱室,保持室内空气清新n室内空气通过房门下部格栅流入走廊,部分作为回风,其余排往舷外w 非空调舱室(厕所等)、公共活动舱室和走廊设有抽风口,由排风机5从高处排至舷外w 由于非空调舱室中形成一定的负压n空调舱室的空气就会自动流入n使非空调舱室也能得到一定的空调效果n并避免这些舱室的不良气味散发到其它舱室第二节空调的送风量和送风参数12-2-1舱室的显热负荷w 显热负荷n单位时间内渗入舱室并能引起室温变化的热量n单位kJh,用Qx表示w 主要包括:n(1)渗入热因室内外温差而
5、由舱室壁面渗入的热量n(2)太阳辐射热因太阳照在舱室外壁而传入的热量n(3)人体热人员散发的热量,平均每入210kJhn(4)设备热室内照明和其它电气设备散发的热量w 夏季舱室显热负荷为正值w 冬季舱室显热负荷为负值12-2-1 舱室的湿负荷w 湿负荷n舱室在单位时间内所增加的水蒸气量l单位为gh,用W表示w 舱室的湿负荷主要来自室内人员和某些潮湿物品所散发的水汽w 根据气温和劳动强度的不同,每个人产生的湿负荷约为40200ghw 湿负荷一般都为正值12-2-1-2 送风量和送风参数确定w 图示为舱室热、湿平衡的示意图w 稳定时,送风量和室内排出空气量相等,换气带走的热量和湿量分别与舱室的热负
6、荷和湿负荷相等w 即 Qx = Vcp(tr-ts) kJh W = V(dr-ds) gh式中:V送风的体积流量,m3h; 空气密度,常温常压下约为1.2kgm3 cp 空气定压比热,约为1 kJkg tr,ts室内温度及送风温度, dr,ds室内空气及送风含湿量,g/kg12-2-1-2 送风量和送风参数确定12-2-1-2 送风量和送风参数确定w 式(121)、(12-2)分别为舱室的显热平衡式及湿平衡式w 在空调设计时n室内要保持的温度tr和相对湿度r预先给定n由湿空气焓湿图可查得室内要求的含湿量drn根据舱室具体条件,按设计手册提供的经验数据,计算出舱室的显热负荷Qx和湿负荷Wn根据
7、所用舱室布风器的型式来选定送风温差(tr-ts)l于是送风温度ts便可确定n由式(121)即可求出送风量Vn由式(122)求出送风含湿量dsn利用湿空气焓湿图查得所要求的送风相对湿度12-2-1-2 送风量和送风参数确定w 夏季室外气温较高n舱室显热负荷为正值, 空调应按降温工况工作n送风温度ts应低于室内温度trw 冬季室外气温较低n舱室显热负荷是负值, 空调应按取暖工况工作n送风温度ts应高于室内温度tr w 如能提高送风温差(tr-ts)n即可减少送风流量, 风机和风管尺寸均可减小n但送风温差又取决于布风器的型式l若取得过大将难以保证室内温度的均匀n根据显热平衡式求出的送风量超过(305
8、0m3/h),因而可用部分回风来减少空调器的热负荷12-2-1-2 送风量和送风参数确定w 船舶各空调舱室的热负荷各不相同n同一舱室热负荷也会变化n各舱室入员对气候条件的要求也不同w 因此,希望对各舱室空气温度进行单独调节:n改变送风量,即变量调节l改变布风器风门开度l可能影响风管中的风压,干扰其它舱室的送风量l会影响室温分布的均匀性,调节性能不如变质调节好n改变送风温度,即变质调节l在布风器中进行再加热、再冷却或用双风管系统w 当热负荷超过设计值,送风量又达设计限度时n只能靠减少新风量、增大回风量的方法来解决12-2-2舱室的热湿比和空调分区w 1舱室的全热负荷和热湿比w 由工程热力学可知n
9、1kg湿空气的焓h大致为1kg干空气的焓ha与其所含水蒸气的焓0.001dha之和,即 hha+0.001dha kJkS 其中,干空气的焓ha=cpt, w 式(123)又可改写为 hcpt +2.5d kJkg w 即:舱室湿负荷W(gh)会使空气的含湿量d增加(湿空气焓值增加),即可视为潜热负荷12-2-2-1 舱室全热负荷和热湿比w 潜热负荷用Oq(kJh)表示,由上式可知 Qq=2.5W kJh (125)w 舱室的全热负荷n是单位时间内加入舱室使空气焓值变化的全部热量,它应为显热负荷与潜热负荷之和,用Q表示,即 Q=Qx+Qq kJh (126)w 可导出稳定状态时空调舱室的全热平
10、衡式; Q=V(hr-hs) (127)w 舱室的热湿比n舱室的全热负荷和湿负荷之比可称为,用s表示。即 Q0.001W kJkg (12 8)12-2-2-1 舱室全热负荷和热湿比w 船上不同舱室n不仅热负荷和湿负荷可能不同n而且热湿比也可能不同n位置相近和大小相同的舱室,热负荷相近l住的入越多,湿负荷越大,的绝对值就越小l公共舱室湿负荷一般较大, 比船员住舱要小l例如w夏季船员住舱约为1256025120kJkgw而餐厅则约为6280 12560kJkgl冬季Q0, 为正值12-2-2- 2 空调的分区w 中央空调器的送风量不宜过大n合适的送风量约在30007500m3/h范围w 空调舱室
11、较多的船舶n一般都分为若干独立空调区n每区设置各自的空调器和送风系统w 在划分空调分区时n应将热湿比相近的舱室划在同一分区内l为当舱室的热湿比相差较大时w同样参数的送风w单靠调节风量,不能使各舱室内空气参数同时保持在适宜范围12-2-2- 2 空调的分区w 具体分析如下:n当舱室在稳定状态时l换气带走热量和湿量l等于舱室热负荷和湿负荷W = V(dr - ds) ghQ = V(hr - hs)n排气参数l等于室内空气参数(tr, dr, 和hr )n送风参数(ts,ds和hs)转变到tr, dr, 和hr的过程中,吸收了相当于舱室热负荷和湿负荷的热量和湿量12-2-2- 2 空调的分区n这一
12、过程在图示焓湿图上可用点G(送风点)到点a(室内点)的过程线来表示n由式W = V(dr - ds) ghQ = V(hr - hs) kJh相除可得 = Q0.001 W =1000 (hr - hs) / (dr - ds) n上述过程的热湿比也就是舱室的热湿比12-2-2- 2 空调的分区w 如果送风参数和舱室的热湿比已经确定n送风点G及其送入室内后变化过程线方向即确定n若舱室的热、湿负荷Q、W已知n选择了某一送风量V后,则室内空气参数即可求出即 hr = hs+Q(V) dr = ds+W(V)w 由于送风量V不同,室内空气状态点a的位置就不同,但均沿既定的线移动n送风量越小,a点离送
13、风状态点G越远(如a)n反之则越近(如a”)12-2-2- 2 空调的分区w 当舱室的相近(图中A和B)时n合适的送风量n可使各舱室内的参数处于hd图上的舒适区域内w 如果舱室间的相差太远(如A与C)n无论怎样调节送风量n也不可能使各舱室的空气参数同时舒适区域内n只有向小的C舱送入d小的风(点G),才能使该舱室空气参数进入舒适区域12-2-2- 2 空调的分区n上述分析指不再对舱室送风进行分区(或末端)再处理n如对某些舱室送风进行再处理(如等湿加热或冷却),则上述困难可以克服w 在货船上n将左、右舷分为两个空调区n全船只分为一个空调区w 较大的船将艇甲板以上舱室单独设区,即全船设三个空调区w
14、客船,空调分区较多n考虑热湿比差异n避免风管穿过船上的防火隔墙或水密隔墙第三节第三节船舶空调系统及设备船舶空调系统及设备12-3-1 船舶空调系统的分类w 1集中式单风管系统n送风由中央空调器统一处理,用单风管送到各舱室n各舱室送风参数相同,空气参数调节是改变送风量n简单,初置费较低,货船用得最普遍12-3-1 船舶空调系统的分类n因采用变量调节,调节幅度不宜过大n调节时会对其它舱室送风量产生干扰12-3-1 船舶空调系统的分类w 2区域再热式单风管系统n将中央空调器统一处理后的空气l由分配室或主风管内的二次换热器对送风再加热l再用单风管送至各个舱室n热负荷较小舱室可不进行再加热n舱室单独调节
15、仍靠变量调节l但调节幅度明显减小n可解决几部分热湿比相差较大的舱室不得已列入同一空调区所带来的弊病12-3-1 船舶空调系统的分类w 3末端再处理式单风管系统n除中央空调器对送风作统一处理外n还在各舱室布风器内设末端换热器n末端再处理方式通常有两种l末端电再热式(在布风器内设电加热器)w冬季靠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满足热负荷较低舱室要求一般为2030w夏季则只能做变量调节送风温度为1115w所花费用不多,管理也较简单w在低温海域航行的货船多有使用 12-3-1 船舶空调系统的分类n末端水换热式l布风器内设水换热器w冬季通热水w夏季通冷水l冬、夏都可藉调节水量实现变质
16、调节l空调器只承担舱室的部分热、湿负荷w送风量比其它空调器减少1213w有的可采用全新风l性能较好,造价较高,管理也较麻烦,实际应用较少12-3-1 船舶空调系统的分类w 4双风管系统n中央空调器由前、后两部分组成l一部分送风经空调器预处理后即送至舱室,称一级送风l其余部分则经再处理后经后送至舱室,称二级送风n通过调节布风器两个风门开度,改变送风混合比,即可调节舱室温度12-3-1 船舶空调系统的分类n冬、夏都可变质调节,调节灵敏n空调器和风管系统的重量和尺寸较大n不需设末端换热器n可用较便宜的直布式布风器,故噪声低,管理简单n适合对空调性能要求高的客船12-3-1 船舶空调系统的分类w 空调
17、系统按送风管内空气流速高低分为:n1低速系统l主风管内风速不超过15msw常用的风速范围为1015msl送风支管的风速为48msl由于风速低,风管阻力小,风机风压不高l但低风速则要求风管截面增大w这使得风管尺寸、重量也随之增大l为了减小风管所占的空间高度w截面需做成扁矩形w使得制造、安装和隔热包扎都较麻烦12-3-1 船舶空调系统的分类n 2高速系统l主风管内风速在15ms以上w常用风速为25ms左右, 有的高达30msl送风支管风速约为815msl可用送风温差较大的诱导式送风w使送风量减小,风管尺寸和重量都减小l用标准化圆风管及附件,便于安装,又降低成本l缺点:w(1)风管阻力大,风机功率较
18、大, 高风压使空气温度升高, 增加热负荷w(2)噪声大。l许多船舶采用主风管风速在15ms的中速系统12-3-2 中央空调器w 对空气进行集中处理的设备n通常置于上层甲板后部的专门舱室w 1空气的吸入、过滤和消音n新风和回风经新风进口1和回风进口被风机3吸入n在新、回风口处装有铁丝滤网n新风量和回风量的比例可用调风门2、4调节n回风量和总风量之比称为回风比n采用离心式通风机l高速系统用效率较高的后弯叶型风机l低速系统用前弯叶型风机12-3-2 中央空调器12-3-2 中央空调器n高速系统风机布置在空调器进口(压出式空调器)l避免风机产生热量使排出空气温度升高l利于提高空气冷却器的蒸发温度n低速
19、系统风机布置在空调器出口(吸入式空调器)l使空气比较均匀地流过换热器w 空气滤器n滤除空气中的灰尘,净化舱室送风n保持空气换热器表面清洁,避免降低换热的效果n常用斜置抽屉式过滤元件(增大面积,降低阻力)w 风机出口设有消音室15n利用风道截面积突然改变,使气流低频噪声消减n空调器内壁的多孔性吸声材料使高频噪声消减12-3-2 中央空调器w 2空气的冷却和除湿n当外界气温高于25时l空调装置按降温工况运行n空气的冷却和除湿由空气冷却器和挡水板来完成n空气冷却器由蛇形肋片管构成n图示为直接蒸发式空气冷却器12-3-2 中央空调器w 空冷器管壁温度一般都低于空气露点n对空气冷却时有除湿作用n管壁温度
20、越低,除湿作用越大n应避免管壁结霜,以免妨碍空气流动l冷却器管壁温度不能低于0w 空调采用直接蒸发方式时n冷剂蒸发温度多为0712-3-2 中央空调器w 空冷器壁面结露产生的凝水沿管外肋片下流n汇集在底部承水盘中n然后沿泄水管排走n泄水管出口设有U形水封l以防非降温工况时空气泄漏w 为防止凝水被携入风管中n在空冷器后设有挡水板n挡水板由许多曲板1组成l空气流过时气流方向不断改变l所携带水滴碰撞到曲板上l然后落到承水盘2中泄出n曲板出口弯成挡水沟4l用以挡住水滴12-3-2-2 空气的冷却和除湿w 降温工况空气参数变化过程n新风状态点为1n回风状态点为2n新风和回风混合后状态点3l在12两点的连
21、线上w 点3距新风状态点和回风状态点的距离与新风量G1和回风量G2成反比n(3-1线段)(3-2线段)G2Gln3-4为经过风机时等湿加热过程n点4为空冷器进口状态点12-3-2-2 空气的冷却和除湿w 空冷器出口的空气状态点n可取=100饱和空气线上温度(冷却管壁温)的0点与点4连线上的某点5n冷却越充分,点5越靠近点0w 4-5为流过空冷器的冷却减湿过程w 送风过程空气流过风管会有一定温升,在图上由56过程表示12-3-2-2 空气的冷却和除湿w 6-7为空气在舱内按舱室吸热、吸湿的过程w 72为回风在走廊里的等湿吸热过程w 空调器热负荷包括n舱室全热负荷(约占40以上)n送风过程吸热n回
22、风过程吸热n风机热n新风全热负荷(将进风降温至回风状态,3050) 12-3-2-2 空气的冷却和除湿w 降温工况空冷器热负荷为: QV(h4-h5)w 空调器热负荷又可分为n显热负荷l在舱外气温高、舱室显热负荷较大时,空调器的显热负荷增大n潜热负荷l当舱室湿负荷较大或舱外空气的含湿量较大时,空调器潜热负荷增加n增加回风量l使点3靠近点2l可相应减小新风的全热负荷12-3-2-3 空气的加热和加湿w 当外界气温低于15时n应使空调装置按取暖工况运行n加热和加湿由空气加热器和加湿器完成w 空气加热可采用n电加热n蒸气加热l船用集中式空调器多使用蒸气加热l加热蒸汽用表压为0.20.5Mp的饱和蒸汽
23、n热水加热l间接冷却式空调系统在取暖工况w 加热蒸汽的凝水经出口阻汽器流回热水井n阻汽器只允许凝水流过12-3-2-3 空气的加热和加湿w 在冬季n外界空气相对湿度虽然很高(90以上)n但因温度低,所以实际含湿量并不高n因此,还需要加湿w 加湿可采用n蒸汽加湿l船用集中式空调器采用蒸汽加湿的较多n喷水加湿n电热加湿器12-3-2-3 空气的加热和加湿w 最简单的加湿器n一根镀锌钢管n在迎风方向开有两排 直径为12mm的蒸汽 喷孔w 图示出一种喷头式干式 蒸汽加湿器n蒸汽按圆喷头切线方向供入,使蒸汽在喷头中旋转n将其中的凝水甩出,并从泄掉n使加入空气中的饱和蒸汽含水减小12-3-2-3 空气的加
24、热和加湿w 加湿器放在加热器后较合适n此处空气温度高,较小,蒸汽容易被吸收n应防止加湿过多而造成舱内壁面的结露w 空调系统取暖工况空气参数变化过程如图w 外界新风(状态点1)和回风(状态点2)在混合室内混合后的状态点为312-3-2-3 空气的加热和加湿w 3-4为流过风机等湿加热过程w 4-5为流过加热器等湿加热过程w 5-6为流过加湿器等温加湿过程(蒸汽加湿)w 6-7为送风管中等湿降温过程w 7-8为舱内按舱室热湿比线降温吸湿的过程w 8-2为走廊回风等湿降温过程12-3-2-3 空气的加热和加湿w 取暖工况空调器热负荷包括n舱室全热负荷n送风热损失n回风热损失n新风热负荷(将进风加热加
25、湿到回风状态)n其中l空气加热器承担显热负荷l加湿器承担潜热负荷l风机热可减轻加热器负荷l增加回风量可减小全热负荷12-3-3 布风器w 布风器应满足以下要求:n(1)使送风与室内空气很好地混合,使室温均匀n(2)能保持入的活动区内风速适宜n(3)能单独进行调节n(4)阻力和噪声较小n(5)结构紧凑,外形美观,价格较低w 布风器按安装位置的不同分为n顶式l装在天花板上,不占舱室地面,采用较多n壁式l靠舱壁底部垂直安装使用方便12-3-3 布风器w 室内温度和湿度是否均匀n与室内空气的流动状况有关,而流动状况取决于l布风器的型式l出风口的位置l舱室回风口的位置w 图示为布风器在舱室不同位置的空气
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