Установка кондиционирования воздуха для обитаемых помещений

 

Использование: в системах кондиционирования воздуха жилых помещений. Сущность изобретения: установка содержит теплопередающее устройство 4 для предварительного нагрева подаваемого воздуха (A) путем передачи тепла от отработанного воздуха (B) подаваемому воздуху, нагревающее средство, содержащее источник 11 тепла для дальнейшего нагрева подаваемого воздуха, охлаждающее средство, содержащее источник 14 охлаждения для охлаждения подаваемого воздуха, и регулирующие средства 16-18, 21, 32-34 для измерения температуры подаваемого воздуха и для управления теплопередающим устройством и нагревающим и охлаждающим средствами на основе измеренной температуры. Для упрощения конструкции установки источники (11, 14) тепла и охлаждения соединены с теплопередающим устройством 4 так, что предварительный нагрев, дальнейший нагрев и охлаждение подаваемого воздуха происходят в общем теплопередающем устройстве. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к установке кондиционирования воздуха для передачи тепла от отработанного воздуха, удаляемого из обитаемых помещений, подаваемому воздуху, который должен подаваться в обитаемые помещения; нагревательное средство, соединенное с источником тепла для дальнейшего нагрева подаваемого воздуха; охлаждающее средство, соединенное с источником охлаждения для охлаждения подаваемого воздуха и для управления теплопередающим устройством, нагревательным и охлаждающим средствами на основе измеренной температуры.

Центральная установка кондиционирования воздуха используется для нагрева обитаемых помещений зимой и охлаждения их летом путем нагрева для охлаждения воздуха, подаваемого в обитаемое помещение, то есть подаваемого воздуха. Кроме того, в последнее время все большее распространение получила рекуперация теплоты из воздуха, удаляемого из обитаемых помещений, то есть из отработанного воздуха, и передача тепла подаваемому воздуху.

Обычно для процессов, связанных с изменением температуры, разрабатываются отдельные устройства, как например, теплообменник для рекуперации тепла из отработанного воздуха в подаваемый воздух, нагревающее устройство для нагрева подаваемого воздуха, охлаждающее устройство для охлаждения подаваемого воздуха и т. д. Каждое из этих устройств предусмотрено с отдельными трубопроводами системами питания или циркуляции для тепловой энергии или энергии охлаждения, включающими в себя отдельные насосы, устройства защиты и запирания, измерительные приборы, клапаны управления и т.д. Кроме того, для каждого устройства необходим полный комплект регулирующей и контрольной аппаратуры [1] Следовательно, для установки кондиционирования воздуха требуется большое количество различных устройств, и это вызывает значительные затраты, связанные с приобретением, монтажом, настройкой и эксплуатацией этих устройств. Затраты на необходимые теплоизолированные трубопроводные системы для передачи энергии и на системы регулирования часто превышают затраты на установку кондиционирования воздуха в целом. Эти системы трубопроводов требуют много места для своего размещения в здании, что естественно, приводит к дополнительному увеличению затрат.

Если имеется потребность использовать не только энергию отработанного воздуха, но также и другие вторичные энергоресурсы с низким энергетическим уровнем, как например, теплоту конденсации, необходимо еще одно устройство, что подразумевает дополнительные затраты.

Поскольку устройств много, энергопотребление несомненно значительное. Например, каждый теплообменник вызывает потери давления, что увеличивает потребление мощности вентилятором установки кондиционирования воздуха, и каждый насос (также) потребляет энергию. Затраты на электрификацию установи кондиционирования воздуха высоки, поскольку каждое устройство должно быть снабжено электропроводкой и контакторами, механическими переключателями, устройствами защиты и т. д. Поскольку все работающие устройства выполнены раздельно, иногда происходит нежелательное совмещение различных операций, как например, одновременное охлаждение и рекуперация тепла, что еще больше увеличивает потребление энергии и затраты. Вследствие наличия большого количества устройств система в целом в большой степени подвержена возникновению неисправностей и трудна в управлении, и именно поэтому установки редко функционируют надлежащим образом.

Задачей настоящего изобретения является разработка установки кондиционирования воздуха, которая была бы лишена вышеупомянутых недостатков, была бы значительно более простой по конструкции и более экономичной. Это достигается с помощью установки по изобретению, которая отличается тем, что источники тепла и охлаждения соединены с теплопередающим устройством таким образом, что предварительный нагрев, дальнейший нагрев и охлаждение подаваемого воздуха происходят в общем теплопередающем устройстве.

Изобретение основание на идее, заключающейся в том, что отдельные устройства заменяются одним устройством, которое используется по очереди для выполнения требуемых операций, ранее выполняемых отдельными устройствами. Поскольку необходимо только одно "многоцелевое" устройство, требуется одна система трубопроводов для передачи энергии вместо трех или четырех систем, один насос, один комплект электрооборудования, одна система регулирования и т.д. Потери давления в установке меньше, мощности накачки существенно меньше, и предотвращается совмещение операций, так что энергопотребление значительно ниже, чем в обычных системах. Установка также меньше подвержена появлению неисправностей и является существенно более простой в эксплуатации.

На фиг. 1 изображена структурная схема установки кондиционирования воздуха по предшествующему техническому уровню; на фиг. 2 структурная схема предпочтительного варианта исполнения установки кондиционирования воздуха, согласно изобретению; на фиг. 3 вариант исполнения установки кондиционирования воздуха, в котором теплообменник со стороны подаваемого воздуха в теплопередающем устройстве имеет модифицированную конструкцию; на фиг. 4 и 5 два различных варианта исполнения установки кондиционирования воздуха с распределенными системами для подаваемого воздуха.

На фиг. 1 графических материалов показана установка кондиционирования воздуха, известная из предшествующего технического уровня. Как показано на чертеже, подающий воздуховод 2 предназначен для подачи подаваемого воздуха A в здание 1, а вытяжной воздуховод 3 предназначен для отработанного воздуха B, удаляемого из здания. Установка кондиционирования воздуха содержит теплопередающее устройство 4 для рекуперации тепла из отработанного воздуха в подаваемый воздух; нагревающее устройство 5 и охлаждающее устройство 6. Теплопередающее устройство 4 содержит первый теплообменник 7, соединенный с вытяжным воздуховодом 3, второй теплообменник 8, соединенный с подающим воздуховодом 2, и систему 9 взаимосвязанных циркуляционных трубопроводов для жидкого теплоносителя C. Нагревающее устройство 5 содержит теплообменник 10, соединенный с подающим воздуховодом 2, источник тепла 11 и систему 12 взаимосвязанных циркуляционных трубопроводов для нагревающей жидкости D. Охлаждающее устройство 6 содержит теплообменник 13, соединенный с подающим воздуховодом 2, источник охлаждения 14 и систему 15 взаимосвязанных циркуляционных трубопроводов для охлаждающей жидкости E.

Установка кондиционирования воздуха снабжена измерительным средством 16, измеряющим температуру образованного подаваемого воздуха, а регулирующее устройство 17, содержащее логическое средство, необходимое для регулирования и управления установкой кондиционирования воздуха, соединено с измерительным средством. Регулирующее устройство 17 подключено для подачи импульсов 18', 19' и 20' управления соответствующим регулирующим устройством 18, 19 и 20 теплопередающего устройства, нагревающего устройства и охлаждающего устройства, а эти регулирующие устройства в свою очередь управляют вентилями 21, 23 и 23 с сервоприводом в системе циркуляционных трубопроводов этих устройств.

Система содержит нагнетательные вентиляторы 24 (вытяжной воздуховод), позиция 25 подающий воздуховод и насосы 26 (теплопередающее устройство), позиция 27 нагревающее устройство и позиция 28 охлаждающее устройство.

Установка кондиционирования воздуха по предшествующему техническому уровню работает следующим образом: В зимнее время тепло передается в теплопередающем устройстве 4 от отработанного воздуха через первый теплообменник 7 жидкому теплоносителю и затем (с помощью жидкого теплоносителя) перекачивается насосом 26 через систему циркуляционных трубопроводов ко второму теплообменнику 8 и от него передается подаваемому воздуху. Когда нагрева не требуется, регулирующее устройство 18 получает соответствующий импульс 18' и осуществляет регулирование вентиля 1 так, что поток жидкости в системе циркуляционных трубопроводов обходит второй теплообменник 8.

При низких ниже нуля температурах тепла, полученного из отработанного воздуха, недостаточно для предварительного нагрева подаваемого воздуха. В таком случае регулирующее устройство 19, нагревающее устройство 5 получает соответствующий импульс 19' от регулирующего устройства 17 и осуществляет регулирование вентиля 22 так, что обеспечивается возможность накачивания нагревающей жидкости насосом 27 из источника тепла в теплообменнике 10 для (дополнительного) нагрева подаваемого воздуха.

В летнее время температура наружного воздуха превышает температуру, требуемую для подаваемого воздуха, и подаваемый воздух необходимо охладить. С этой целью установка кондиционирования воздуха по предшествующему техническому уровню содержит увлажняющее устройство 29, которое соединено с вытяжным воздуховодом и которое содержит увлажнитель 30 для увлажнения отработанного воздуха. При увлажнении вода путем испарения попадает в отработанный воздух, и таким образом температура отработанного воздуха понижается.

Полученная таким образом охлаждающая способность передается путем рекуперации тепла в теплопередающем устройстве 4 и через систему циркуляционных трубопроводов подаваемому воздуху, так что подаваемый воздух соответственно охлаждается. Если этого предварительного охлаждения недостаточно, регулирующее устройство 20 охлаждающего устройства 6 получает импульс 20' от регулирующего устройства 17 и осуществляет регулирование вентиля 23 таким образом, что обеспечивается возможность накачивания охлаждающей жидкости насосом 28 из источника охлаждения к теплообменнику 13 для охлаждения подаваемого воздуха.

На фиг. 2 показана структурная схема установки кондиционирования воздуха по изобретению. На фиг. 2 для, в основном, соответствующих элементов использованы те же номера позиций, что и на фиг. 1.

Установка кондиционирования воздуха содержит теплопередающее устройство 4, содержащее первый теплообменник 7, второй теплообменник 8 и систему 9 циркуляционных трубопроводов и регулирующее устройство 18, вентиль 21 с сервоприводом и насос 26.

В соответствии с изобретением источник 11 тепла соединен магистралью 31 с системой 9 циркуляционных трубопроводов теплопередающего устройства через запорный клапан 32. Аналогично, источник 14 охлаждения соединен той же магистралью с системой циркуляционных трубопроводов через запорный клапан 33. Магистраль 31 соединена с системой циркуляционных трубопроводов через вентиль 34 с сервоприводом.

Регулирующее устройство 17, реагирующее на температуру подаваемого воздуха, подключено для управления вентилем 21 теплопередающего устройства, клапаном 32 источника тепла и клапаном 33 источника охлаждения, а также с вентилем 34 с сервоприводом с помощью соответствующих регулирующих устройств 18, 35, 36 и 37.

Установка кондиционирования воздуха работает следующим образом.

В зимнее время тепло рекуперируется из отработанного воздуха и передается подаваемому воздуху с помощью теплопередающего устройства 4. Регулирующее устройство 17 сохраняет клапаны 32, 33 и вентиль 34 закрытыми до тех пор, пока в теплопередающем устройстве не будет осуществлен подогрев подаваемого воздуха, достаточный для повышения температуры подаваемого воздуха до желательного уровня.

В тех случаях, когда подогрев подаваемого воздуха путем теплопередачи от отработанного воздуха недостаточен, регулирующее устройство подает импульсы 35' и 37' регулирующим устройствам 35 и 37 клапана 32 и вентиля 34, чтобы открыть их. Таким образом у источника 11 тепла появляется возможность подать больше тепла в систему 9 циркуляционных трубопроводов и к второму теплообменнику 8.

Когда в летнее время подаваемый воздух необходимо охладить, регулирующее устройство 17 генерирует импульсы 36' и 37', чтобы привести в действие увлажняющее устройство 29 и чтобы заставить регулирующие устройства 36 и 37 клапана 33 и вентили 34 открыть клапан и вентиль. Таким образом обеспечивается возможность подачи больше холода от источника 14 охлаждения в систему 9 циркуляционных трубопроводов и ко второму теплообменнику 8, если холода, переданного теплопередающим устройством 4 от отработанного воздуха, недостаточно для того, чтобы охладить подаваемый воздух.

Следует отметить, что при использовании изобретения требуется одно теплопередающее устройство в установке кондиционирования воздуха, а для дополнительного нагрева и для дополнительного охлаждения не требуется никаких отдельных теплопередающих устройств с соответствующими теплообменниками и системами циркуляционных трубопроводов.

При необходимости также можно подключить устройство 38 для нагрева конденсата (фиг. 1) в систему циркуляционных трубопроводов теплопередающего устройства, согласно изобретению, как показано на фиг. 2 пунктирными линиями для источника 39 нагрева конденсата.

Вариант исполнения установки кондиционирования воздуха отличается от показанного на фиг. 2 только тем, что второй теплообменник 8 теплопередающего устройства 4 состоит из двух частей, включая дополнительный теплообменник 8a в дополнение к имеющемуся теплообменнику 8. Тем самым источник 11 тепла и источник 14 охлаждения соединены с системой 9 циркуляционных трубопроводов с помощью магистрали 31 через дополнительный теплообменник.

Это решение используется, например, при процессах регулирования воздушного потока, когда удельные массовые расходы воздуха и жидкости не сохраняются неизменными. При этом решении предотвращается изменение перепада температур в неблагоприятном направлении в ходе процесса, имея в виду рекуперацию тепла.

Вариант исполнения установки кондиционирования воздуха (фиг. 4) содержит централизованную систему вытяжки воздуха и распределенную систему подачи воздуха. Поскольку система трубопроводов проста, средство подачи воздуха может быть разделено на небольшие локальные устройства, так что система каналов подаваемого воздуха в здании с требуемой изоляцией будет небольшой.

На фиг. 4 показаны три отдельных подающих воздуховода 2, 2', 2''. Дополнительные воздуховоды 2' и 2'' предусмотрены с отдельными теплообменниками 8' и 8'', отдельными системами 9' и 9'' циркуляционных трубопроводов и отдельными вентилями 21' и 21' и 34' и 34'' с сервоприводом. Системы 9' и 9'' циркуляционных трубопроводов подключены параллельно системе 9 циркуляционных трубопроводов теплопередающего устройства 4 с помощью магистралей 9a и 9b. Сиснемы 9' и 9'' циркуляционных трубопроводов соединены с источниками 11 и 14 тепла и охлаждения с помощью отводной магистрали 31a. Таким образом можно регулировать количество энергии нагрева или охлаждения, которую необходимо подать в различные воздуховоды для подаваемого воздуха независимо друг от друга с помощью вентилей 34, 34' и 34''.

Возможно и обратное решение, то есть система подачи воздуха может быть централизованной, а система вытяжки воздуха может быть распределенной, то есть содержать два или более вытяжных воздуховодов 3.

На фиг. 5 показан вариант исполнения установки кондиционирования воздуха, в котором система подачи воздуха выполнена распределенной аналогично варианту исполнения по фиг. 4.

На фиг. 4 источники тепла и охлаждения соединены с теплообменниками 8, 8' и 8'' воздуховодов для подаваемого воздуха с помощью общей магистрали 31. Таким образом одновременно ко всем теплообменникам можно подавать только жидкий теплоноситель или только охлаждающую жидкость. В решении по фиг. 5 источник тепла и источник охлаждения соединены с теплообменниками 8, 8' и 8'' отдельными магистралями 40 и 41 через распределительные клапаны 42 и 42', так что любая (из двух) жидкость может быть подана в каждый теплообменник независимо от типа жидкости, поданной в другие теплообменники.

Вышеприведенные варианты исполнения изобретения никоим образом не предназначены для того, чтобы ограничить изобретения, напротив, изобретение по желанию может быть модифицировано в рамках объема пунктов формулы. Например, очевидно, что установка по изобретению не обязательно должна включать все процессы, показанные на фиг. 1, но, например, операцию увлажнения, если не нужна, можно исключить. Фиг. 1 следует рассматривать просто как пример решения по предшествующему техническому уровню, в который включены все возможные операции. Если это сочтут необходимым, установка по изобретению может содержать узлы для выполнения всех этих операций. Конечно, в изобретении также можно использовать все известные виды соединений труб, как например, двухпутевые клапаны и т.д. Также в изобретении могут использоваться все известные методы регулирования, например, выходные сообщения регулятора 17 могут подаваться непосредственно вентилям 21 и 34 с сервоприводами и т.д.

Формула изобретения

1. Установка кондиционирования воздуха для обитаемых помещений (1), содержащая теплопередающее устройство (4) для передачи тепла от отработанного воздуха (В), удаляемого из обитаемых помещений, в подаваемый воздух (А), который следует подавать в обитаемые помещения, нагревающее средство, соединенное с источником (11) тепла для дальнейшего нагрева подаваемого воздуха, охлаждающее средство, соединенное с источником (14) охлаждения для охлаждения подаваемого воздуха, и регулирующие средства (16, 17, 18, 21, 32, 33, 34) для измерения температуры подаваемого воздуха и для управления теплопередающим устройством и нагревающим и охлаждающим средствами на основе измеренной температуры, отличающаяся тем, что источники (11, 14) тепла и охлаждения соединены с помощью общей магистрали (31) с циркуляционным трубопроводом (9) для жидкого теплоносителя (С) теплопередающего устройства (4) между подаваемым воздухом (А) и отработанным воздухом (В) так, что предварительный нагрев, дальнейший нагрев и охлаждение подаваемого воздуха (А) происходит в общем теплопередающем устройстве (4).

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в ней теплопередающее устройство (4) содержит по меньшей мере один первый теплообменник (7), соединенный с вытяжным воздуховодом (3) для отработанного воздуха (В), и по меньшей мере один второй теплообменник (8), соединенный с воздуховодом (2) для подаваемого воздуха (А), и систему (9) взаимосвязанных циркуляционных трубопроводов для жидкого теплоносителя (С), причем источник (11) тепла и источник (14) охлаждения соединены с системой (9) циркуляционных трубопроводов теплопередающего устройства (4) с помощью магистрали (31) для подачи соответственно нагревающей жидкости (D) и охлаждающей жидкости (Е) в систему циркуляционных трубопроводов и далее к второму теплообменнику (8).

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что источник (11) тепла и источник (14) охлаждения соединены с системой (9) циркуляционных трубопроводов теплопередающего устройства (4) через вентиль (34), который выполнен с возможностью ввода во второй теплообменник (8) выборочно только жидкого теплоносителя (С), или жидкого теплоносителя и жидкости для дальнейшего нагрева (С, D) в регулируемом соотношении, или только охлаждающей жидкости (Е).

4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что вход управления вентиля (34) подключен к выходу регулирующего средства (37), к входу которого в свою очередь подключено выходом средство (16) изменения температуры подаваемого воздуха (А).

5. Установка по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что второй теплообменник (8) теплопередающего устройства (4) имеет две части, одна (8) из которых соединена с системой (9) циркуляционных трубопроводов теплопередающего устройства, а другая часть (8а) соединена с магистралью (31), которая соединяет источник (11) тепла и источник (14) охлаждения с системой циркуляционных трубопроводов так, что обе части (8, 8а) теплообменника расположены последовательно по отношению к проходу нагревающей жидкости (D) и охлаждающей жидкости (Е).

6. Установка по любому из пп. 1 5, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере один дополнительный воздуховод для подаваемого воздуха, оснащенный дополнительным теплообменником, сообщенный через первый управляемый вентиль (21') с общей системой (9) трубопроводов для жидкого теплоносителя (С) и через второй управляемый вентиль (34') с магистралью (31), соединенной с источниками (11, 14) тепла и охлаждения.

7. Установка по любому из пп. 1 5, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере один дополнительный воздуховод для подаваемого воздуха, оснащенный дополнительным теплообменником, сообщенным через первый управляемый вентиль (21') с общей системой (9) трубопроводов для жидкого теплоносителя (С) и через дополнительные магистрали (40, 41), гидрораспределитель (42') и второй управляемый вентиль (34') с источниками (11, 14) тепла и охлаждения, которые в свою очередь подключены к магистрали (31) через гидрораспределитель (42).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5