7 Совершенствование систем кондиционирования воздуха
Специалистами фирмы «ЭЛСОКС» с 1993 года ведутся работы по созданию экологически «чистых» кондиционеров испарительного типа, в которых в качестве хладагента используется вода. В последнее время они разработали комбинированную систему кондиционирования воздуха (КСКВ), которая устанавливается на пассажирских купейных вагонах модели 47К/К взамен кондиционеров немецкого производства типа МАБ-II. Предлагаемая система кондиционирования воздуха лишена недостатков, присутствующих у кондиционеров машинного типа (МАБ-II, УКВ, воздушные и др.). Технические характеристики комбинированного кондиционера приведены в таблице 19.
В целом кондиционер обеспечивает следующие режимы работы:
- вентиляция (вода в испарительном блоке первой ступени отсутствует, а термоэлектрические доводчики второй ступени отключены);
- автономное охлаждение первой ступенью;
- автономное охлаждение второй ступенью;
- комбинированное охлаждение первой и второй ступенями;
- нагрев (работа, без подачи воды в испарительный блок).
В зависимости от температуры наружного воздуха кондиционер обеспечивает следующие режимы:
от 0 до плюс 18ºС (273 291К) режим отопления;
от плюс 18 до плюс 20ºС (291 293К) – режим вентиляции;
от плюс 20 до плюс 45ºС (293 318К) – режим охлаждения.
Электропитание кондиционера КСКВ производится от системы электрооборудования вагона постоянного тока 110В с параметрами, приведенными в таблице 20, поэтому не требуется установка специальных преобразователей, значительно увеличивающих стоимость кондиционеров и сложность их обслуживания.
Устройство комбинированного кондиционера для вагона модели 47к/к
Конструктивно комбинированный кондиционер представляет собой двух ступенчатую систему охлаждения, на первой ступени используется косвенно-испарительный эффект охлаждения, а вторая ступень охлаждения (нагрева) базируется на использовании термоэлектрического эффекта.
Таблица 19
Технические характеристики кондиционера
Наименование показателя |
Значение показателя |
Холодопроизводительность, кВт, не менее при: - температуре наружного воздуха, ºС (К) - относительной влажности воздуха, % - напряжении питания, В Холодопроизводительность, кВт, не менее при: - температуре наружного воздуха, ºС - относительной влажности воздуха, % - напряжении питания, В |
20
Плюс 33 (306) 54 142 22
Плюс 40 (313) 30 142 |
Теплопроизводительность, кВт, не менее при: - температуре наружного воздуха, º С - относительной влажности воздуха, % - напряжении питания, В |
20
Плюс 10 (283) 70 142 |
Номинальная производительность вентиляционного агрегата,не менее, м3/час |
4000 |
Рабочее тело в режиме охлаждения |
Вода (ГОСТ 2874-73) |
Расход воды через испарительный блок, не более, л/час |
15 |
Потребляемая мощность, не более, кВт |
22 |
Количество испарительных блоков, шт. |
1 |
Количество термоэлектрических блоков (доводчиков), расположенных по купе, шт. |
10 |
Таблица 20
Параметры электрооборудования для электропитания кондиционера
Наименование параметра |
Напряжение питающей сети 110 В |
При питании от аккумуляторной батареи напряжение, В |
90-142 |
При питании от генератора (и выпрямителя) напряжение, В с амплитудой пульсаций, В |
104-144 ±15 |
Схема расположения холодильных агрегатов комбинированного кондиционера на вагоне представлена на рисунке 64, его структурная схема – на рисунке 65, принципиальная схема работы испарительного блока (первой степени охлаждения) – на рисунке 66, а схема работы термоэлектрического охладителя – на рисунке 67.
1 – поток наружного воздуха; 2 – рециркуляционный поток воздуха» 3 – механический фильтр очистки воздуха»; 4 – сдвоенный вентилятор; 5 – калорифер; 6 – испарительный теплообменник; 7 – дефлекторы для выброса вспомогательного (влажного) потока; 8 – насос для подачи воды в испарительный теплообменник
Рисунок 64. Схема расположения на вагоне
агрегатов комбинированного кондиционера
Первая ступень охлаждения расположена под крышей вагона, с котловой его стороны (см. рисунок 65).
Она включает в себя: 1,2 -каналы приточного и рециркуляционного потока воздуха; 3- камеру смешения; 4- сдвоенный вентилятор; 5 калорифер; 6 теплообменник (испарительного типа охлаждения «ТКИО») 7- дефлекторы для выброса вспомогательного (влажного воздуха) 3 штуки,8- насос для подачи воды в испарительный блок охлаждения.
Вторая ступень охлаждения (нагрева) КСКВ (см. рисунок 67) состоит из 10-ти термоэлектрических блоков, устанавливаемых в раздаточном воздуховоде. Термоэлектрический блок включает: 1-охлождающий спай; 2-нагревающий спай; 3–теплообменный трубопровод, которые покрыты слоем теплоизоляции 4.
Для обеспечения надежной работы термоэлектрических охладителей они дополнительно включает:
- теплообменник с вентиляторами;
- циркуляционный насос для прокачки рабочей жидкости;
- трубопроводную и запорную арматуры, включая систему слива конденсата;
- пульты управления термоэлектрическими блоками, расположенные в каждом купе, что позволяет пассажирам самостоятельно подбирать температурный режим.
1 - приточный воздух, 2 - фильтр приточного воздуха (существующий), 3 - рециркуляционный воздуховод (существующий), 4- сдвоенный вентилятор (существующий), 5 - калорифер (существующий), 6 - теплообменник конденсационно-испарительного воздухоохладителя, 7 - дефлектор для выброса вспомогательного (влажного воздуха) 3шт, 8 - насос (1шт), 9 - электрораспределительный щит вагона (существующий),10 - соединительная коробка, 11 - трубопровод для электрического кабеля, 12 - термоэлектрический блок (10шт), 13, 21 - поддон для сбора конденсата и распределения воздушного потока (10шт), 14 - блок коммутационный (10шт), 15) – трубопровод слива конденсата, 16 –технологический трубопровод ( продувки и прокачки), 17 – бак расширительный, 18 – сливной трубопровод охлаждения, 19 – трубопровод воды по вагону, 20 - пульт управления в служебном купе, 22 – напорный трубопровод охлаждения; 23 пульт управления кондиционером (10 шт.),- трубопровод сбора конденсата с поддоном, 24 – насос циркуляционный; 25 – агрегат теплоотводящий, 26 - бак с водой (существующий).
Рисунок 65. Структурная схема и принцип работы комбинированного кондиционера
1-короб приточного воздуха; 2-сдвоеный вентилятор; 3-диффузор; 4 – сухие каналы приточного воздуха; 5-система каналов приточного воздуха; 6-конфузор; 7-воздухоприем6ник отработанного потока; 8 -воздуховод; 9-система каналов отработанного потока; 10-завлажнённые каналы отработанного потока воздуха; 11-диффузор отработанного потока; 12-канал отвода отработанного потока из установки.
Рисунок 66. Принципиальная схема блока косвенно-испарительного охлаждения
Термоэлектрические блоки (доводчики), выполненные по схеме «жидкость-воздух» располагаются в вентиляционных каналах в каждом купе.
Термоэлектрические блоки 12 (см. рисунок 65) смонтированы таким образом, что при работе КСКВ в летний период года холодные радиаторы располагаются в воздуховоде и омываются потоком воздуха направляемого в купе вагона, а горячие – располагаются в подкрышном пространстве и омываются циркулирующим жидкостным теплоносителем.
1-охлождающий спай; 2-нагревающий спай; 3–теплообменный трубопровод; 4- изоляция
Рисунок 67. Принципиальная схема термоэлектрического блока охлаждения
Работа комбинированного кондиционера для вагона модели 47К/К
Работа первой ступени охлаждения, в которой используется метод косвенного испарения воды, протекает следующим образом. Наружный поток воздуха 1 (см. рисунок 66) после смешения с рециркуляционным потоком 3 подается в косвенно-испарительный блок 6, в котором происходит разделение на основной и вспомогательный потоки. Вспомогательный поток воздуха в испарительном теплообменнике увлажняется и затем через дефлекторы 7 выбрасывается в атмосферу, а охлажденный воздух основного потока нагнетается в воздуховод вагона. Охлаждение воздуха в косвенно-испарительном блоке происходит за счет испарения воды (первая ступень охлаждения). Подача воды в испарительный блок осуществляется специальным малорасходным насосом 8. При отсутствии воды в испарительном блоке первая ступень работает в режиме вентиляции.
Работа второй ступени охлаждения (термоэлектрических блоков охлаждения) происходит следующим образом. Предварительно охлажденный на первой ступени поток воздуха, омывая охлажденный радиатор термоэлектрического блока (холодные спаи термоэлектрических блоков) дополнительно охлаждается и поступает в купе.
Тепло, выделяющееся на горячих спаях термоэлектрических блоках, отводится с помощью циркулирующего жидкого теплоносителя (например, тосола). Для этого предусмотрена система теплоотвода, которая включает циркуляционный насос прокачки теплоносителя 18 и теплообменник с вентиляторами (теплоотводящий агрегат), расположенные в подвагонном пространстве 17 (на месте компрессорно-конденсаторного агрегата кондиционера типа МАБ-II).
При изменении полярности напряжения термоэлектрические охладители работают в режиме нагрева. А именно - те радиаторы, которые располагаются в воздуховоде теперь нагреваются, и поток воздуха, контактируя с ними, также нагревается и после этого направляется в купе вагона. В это же время радиаторы, располагающиеся в подкрышном пространстве теперь охлаждаются, а вырабатываемый холод сбрасывается в окружающую среду.
Контроль работы комбинированного кондиционера
Контроль работы кондиционера осуществляется с помощью манометров, уровнемеров и термометров. Управление работой кондиционера может осуществляться дистанционно. Пульт управления кондиционером устанавливается на главном щите управления (поз. 20 см. рисунок 65) и обеспечивает:
-включение вентилятора подачи наружного и рециркуляционного воздуха;
-включение насоса рециркуляции рабочей жидкости через термоэлектрические блоки и теплообменник;
-подачу напряжения на термоэлектрические блоки по купе;
-включение вентиляторов теплообменника.
Пульт управления испарительным термоэлектрическими блоками (поз.23 см. рисунок 65) устанавливается непосредственно в купе вагона и обеспечивает включение термоэлектрических блоков и выбор режима работы термоэлектрических блоков (охлаждение и нагрев).