Устройство кондиционирования воздуха

Устройство относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха. Устройство содержит вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, клапаны-регуляторы, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменную секцию с основными и вспомогательными смежными каналами, входную и две воздухораспределительные камеры, каждая из которых разделена на две полости перегородками и снабжена дополнительными клапанами-регуляторами. Устройство обеспечивает три режима вентиляции: приточно-вытяжной, приточный в помещении и циркуляцию воздуха. Предлагаемое устройство относится к энергоэффективной системе кондиционирования воздуха для всех климатических зон РФ и применяется для целей охлаждения вентилируемого воздуха в теплый период года, подогрева воздуха в холодный период года, осушения, увлажнения с мокрой очисткой воздуха и утилизации тепла удаляемого воздуха в режиме приточно-вытяжной вентиляции помещения. В режиме приточной вентиляции устройство служит для вытеснения из помещения отработанного теплого воздуха охлажденным наружным воздухом. Режим циркуляции позволяет сократить до минимума подачу наружного воздуха при неблагоприятных внешних условиях (сильный мороз или аномальная жара и задымление), сохраняя при этом возможность автономного регулирования температурных и влажностных параметров воздуха в помещении. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха методом косвенно-испарительного охлаждения и тепломассообмена.

Метод косвенно-испарительного охлаждения заключается в том, что основной поток воздуха охлаждают, пропуская его по каналу с влагонепроницаемыми стенками, находящимися в теплообменном отношении со смежным каналом, по которому подается вспомогательный поток воздуха. Эффект охлаждения достигается за счет испарения влаги, соответствующего снижения температуры и теплопередачи от более теплого основного потока через влагонепроницаемую стенку к влажной стенке смежного канала. При этом влагосодержание основного потока остается постоянным.

Метод тепломассообмена в процессе рекуперации заключается в выравнивании разности потенциалов температуры и влагосодержания при взаимодействии несмешивающихся потоков (основного и вспомогательного) через теплопроводящую стенку, разделяющую эти потоки.

Известно устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха методом косвенно-испарительного охлаждения и тепломасообмена (патент РФ №2177115, кл. F24F 3/14 от 16.12.1999 г.). Устройство содержит вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, корпус с патрубками входа и выхода потоков, размещенные в корпусе емкость для воды, теплообменные секции, воздухораспределительную камеру, размещенную на выходе из сухих каналов теплообменных секций вспомогательного потока и газодинамически связанную с входами влажных каналов вех секций и кондиционируемым помещением. Известное устройство охлаждает воздух и работает в режиме рекуперации тепла в зимний период.

Недостатком известного устройства по патенту №2177115 является наличие двух видов секций, одна из которых служит для предварительного охлаждения вспомогательного потока и не должна работать в режиме рекуперации зимой. Это значительно увеличивает сопротивление воздушного потока и снижает эффективность работы этого устройства как утилизатора тепла зимой, так как максимальная эффективность при утилизации тепла (или холода) достигается при равенстве потоков подаваемого воздуха в помещении и удаляемого из него. Недостатком известного устройства по патенту №2177115 является также подача воды путем подъема ее из ванны капиллярно-пористым материалом, что ограничивает высоту капиллярно-пористого материала, ведет к накоплению солей в верхней части капиллярно-пористого материала и уменьшает ресурс работы устройства.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство кондиционирования воздуха методом косвенно-испарительного охлаждения и тепломассообмена (патент РФ №2216694, кл. F24F 3/14 от 28.06.2002). Устройство содержит: вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, клапаны-регуляторы, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменную секцию с основными и вспомогательными смежными каналами, воздухораспределительную камеру, при этом смежные каналы теплообменной секции основного потока выполнены из влагонепроницаемого материала, а смежные каналы вспомогательного потока - из капиллярно-пористого материала. Устройство снабжено дополнительным клапаном, а воздухораспределительная камера разделена на две полости перегородкой, в которой установлен дополнительный клапан, при этом одна полость воздухораспределительной камеры соединена с патрубком выхода основного потока, а другая полость соединена с другой стороны со смежными каналами вспомогательного потока, причем устройство подачи воды снабжено форсункой, установленной со стороны входа вспомогательного потока в теплообменную секцию.

Недостатком известного устройства по патенту №2216694 является отсутствие возможности работы в режиме внутренней циркуляции воздуха в помещениях и невозможность регулирования температуры и влагосодержания подаваемого в помещение воздуха. В зимний период при низком влагосодержании наружного воздуха, подаваемого в помещение, возможно значительное снижение относительной влажности в помещении и, следовательно, значительное отклонение от комфортной среды. В летний период отсутствие внутреннего циркуляционного режима не позволяет использовать устройство кондиционирования при высокой загазованности наружного воздуха.

Предложенное техническое решение направлено на повышение эффективности устройства кондиционирования воздуха путем расширения выполняемых функций и диапазона их регулирования, в том числе: более глубокое охлаждение и осушение воздуха в летний период, подогрев воздуха и его увлажнение в зимний период, обеспечение кондиционирования помещения при загазованности наружного воздуха, а также регулирование параметров вентилируемого воздуха за счет выбора оптимального сочетания режимов вентиляции - приточной, приточно-вытяжной или внутренней циркуляции.

Этот результат достигается следующими конструктивными решениями:

1) устройство снабжено второй воздухораспределительной камерой, разделенной на две полости перегородкой, в которой установлен второй дополнительный клапан, при этом одна полость воздухораспределительной камеры соединена с патрубком входа основного потока, а другая полость соединена с патрубком выхода вспомогательного потока. Это позволят устройству работать в режиме внутренней циркуляции и в зимний период регулировать температуру и влажность подаваемого в помещение воздуха, а в летний период автономно охлаждать воздух в помещении при загазованности наружного воздуха;

2) второй дополнительный клапан в перегородке второй воздухораспределительной камеры выполнен в виде регулятора, позволяющего подавать в основной поток (при необходимости) часть влажного воздух из мокрых каналов вспомогательного потока;

3) устройство снабжено нагревателем воздуха, установленным во входном патрубке вспомогательного потока, что позволяет в зимний период поддерживать комфортный уровень температуры на выходе из сухих каналов и исключить обмерзание каналов теплообменной секции;

4) устройство снабжено парокомпрессионной системой охлаждения с испарительным теплообменником и конденсатором с компрессором, при этом испарительный теплообменник установлен в выходном патрубке основного потока, а конденсатор с компрессором установлен в выходном патрубке вспомогательного потока, что обеспечивает дополнительное охлаждение и осушение основного потока в летний период при увеличении влагосодержания атмосферного воздуха (выше 10 г/кг), при котором снижается эффективность испарительного охлаждения, а расположение конденсатора с компрессором в выходном патрубке вспомогательного потока повышает его эффективность при высокой температуре наружного воздуха;

5) в испарительном теплообменнике установлена дополнительная емкость для сбора конденсата, соединенная с емкостью корпуса, что позволяет образующийся в испарительном теплообменнике конденсат утилизировать, сливая в емкость для воды в корпусе устройства кондиционирования воздуха, что уменьшает расход воды при охлаждении основного потока.

На фигуре 1 показан общий вид устройства кондиционирования воздуха с продольным сечением по сухим каналам теплообменной секции.

На фигуре 2 и фигуре 3 представлены поперечные сечения набора пластин сухих и влажных каналов теплообменной секции по ширине и высоте.

На фигуре 4, фигуре 5 и фигуре 6 показана работа устройства в режимах соответственно приточно-вытяжной вентиляции, приточной вентиляции и циркуляции воздуха в помещении.

Устройство кондиционирования воздуха методом косвенно-испарительного охлаждения и тепломассообмена содержит: вентилятор 1 подачи основного потока 2, вентилятор 3 удаления вспомогательного потока 4, корпус 5 с емкостью воды 6, клапаны-регуляторы 7 и 8 соответственно основного и вспомогательного потоков, патрубки входа 9 и выхода 10 основного потока, патрубки входа 11 и выхода 12 вспомогательного потока, теплообменную секцию 13 с сухими каналами 14 и смежными влажными каналами 15, ограниченными на входе впускным коллектором 16 и выпускным коллектором 17 вспомогательного потока, выходную воздухораспределитльную камеру 18, разделенную перегородкой 19 на две полости, и дополнительный клапан-регулятор 20, установленный в этой перегородке, причем одна полость выходной воздухораспределительной камеры 18 соединена с патрубком выхода основного потока 10, а другая полость соединена с впускным коллектором 16 вспомогательного потока, сухие каналы 14 теплообменной секции 13 образованы стенками 21 из влагонепроницаемого материала, а влажные каналы 15 образованы стенками из капиллярно-пористого материала 22, входной коллектор 16 соединен с входным патрубком вспомогательного потока 11, ограничен верхней крышкой 23 емкости 6 и заглушками 24, а выпускной коллектор 17 соединен с выходным патрубком вспомогательного потока 12, входной воздухораспределительной камерой 25 и ограничен заглушками 26, входная воздухораспределительная камера 25 разделена на две полости перегородкой 27 с дополнительным клапаном-регулятором 28, при этом одна полость входной воздухораспределительной камеры соединена с патрубком входа основного потока 9, а другая полость соединена с коллектором выхода вспомогательного потока 17, нагреватель воздуха 29, установленный во входном патрубке вспомогательного потока 11, испарительный теплообменник парокомпрессионной системы 30 с поддоном 32 для сбора конденсата, установленный в выходном патрубке основного потока 10, конденсатор с компрессором 31, установленный в выходном патрубке вспомогательного потока 12, поддон 32 испарительного теплообменника 30 соединен для слива конденсата в емкость 6, в этой емкости установлена помпа подачи воды 33, подающая воду по патрубку 34 на форсунку орошения 35, направленную на вход вспомогательного потока 4 во влажные каналы 15, вентиль подачи воды 36 в емкость 6 из водопровода и вентиль слива отстоя 37 из емкости 6 в канализацию, каплеуловитель 38 установлен в выходном коллекторе 17 на выходе вспомогательного потока 4 из влажных каналов 15 теплообменной секции 13.

Предложенное устройство может работать в 3-х основных режимах: приточно-вытяжная вентиляция, приточная вентиляция и циркуляция воздуха в помещения. Эти режимы задаются в зависимости от внешних условий и задачи кондиционирования следующими способами.

А). Приточно-вытяжная вентиляция. Включены оба вентилятора, клапаны 7 и 8 открыты, а клапаны 20 и 28 закрыты. Схема прохождения потоков представлена на Фиг.4. Вентилятор 1 подает основной поток воздуха 2 через входной патрубок 9 во входную воздухораспределительную камеру 25, из которой основной поток направляется в сухие каналы 14 теплообменной секции 13, где он охлаждается (в теплый период года) или нагревается (в холодный период года) за счет теплообмена с противоточными смежными каналами 15 и через выходную воздухораспределительную камеру 18 и выходной патрубок 10 подается в кондиционируемое помещение. Удаление вспомогательного потока 4 в атмосферу обеспечивается вентилятором 3 через патрубок 12.

Летом косвенно-испарительное охлаждение воздуха обеспечивается подачей воды помпой 33 из емкости 6 по патрубку 34 форсункой 35 на вход во влажные каналы 15 теплообменной секции 13. При высокой влажности наружного воздуха или высоком уровне тепловлаговыделения в помещении включаются парокомпрессионная система охлаждения с конденсатором 31 и испарительным теплообменником 30, которые дополнительно охлаждают и сушат кондиционируемый основной поток.

Зимой помпа 33 отключена, вода в емкость 6 не подается и может включаться теплонагреватель 29 во входном патрубке 11 вспомогательного потока 4 для повышения температуры вспомогательного потока 4 и подогрева в теплообменной секции 13 основного потока 2. При этом обеспечивается комфортный уровень температуры воздуха, подаваемого в помещение, и исключается возможность обмерзания каналов в установке. Удаление вспомогательного потока 4 обеспечивается также вентилятором 3 через патрубок 12.

Увлажнение основного потока 2 (как при охлаждении, так и при нагреве) осуществляется путем открытия клапана-регулятора 28 и перепуска во входную воздухораспределительную камеру 25 части вспомогательного потока из выпускного коллектора 17. При увлажнении вспомогательного потока происходит его дополнительная очистка (наряду со стандартными фильтрами в системе приточно-вытяжной вентиляции).

Б). Приточная вентиляция. Включены вентиляторы 1 и 3, открыты клапаны 7 и 20, а клапаны 8 и 28 закрыты (нет подачи в установку воздуха помещения). Схема прохождения потоков представлена на Фиг.5. Поток, всасываемый вентилятором 1 через патрубок 9 во входную воздухораспределительную камеру 25, является общим и после охлаждения в сухих каналах 14 теплообменной секции 13 разделяется в воздухораспределительной камере 18 на основной 2 и вспомогательный 4 потоки. Далее основной поток 2 через выходной патрубок 10 вентилятором 1 подается в кондиционируемое помещение. Удаление вспомогательного потока 4 в атмосферу после прохождения по влажным каналам происходит так же, как и при приточно-вытяжной вентиляции.

В). Циркуляция воздуха в помещении. Включен вентилятор 1, открыты клапаны 8 и 28, вентилятор 3 выключен, закрыты клапаны 7 и 20. Схема прохождения потоков представлена на Фиг.6. Циркуляционный поток всасывается вентилятором 1 из помещения через патрубок 11 во входной коллектор 16, далее увлажняется во влажных каналах 15 и через выходной коллектор 17 попадает во входную воздухораспределительную камеру 25, из которой, превращаясь в основной поток 2, проходит через сухие каналы 14 в выходную водухораспределительную камеру 18 и подается вентилятором 1 через патрубок 10 в помещения. Если устройство в начальном состоянии находится при отрицательной температуре, то перед включением помпы 33 и подачи воды во входной коллектор 16 оно прогревается в режиме циркуляции при включенном нагревателе 29.

Предлагаемое устройство относится к энергоэффективной системе кондиционирования воздуха для всех климатических зон РФ и применяется для целей охлаждения вентилируемого воздуха в теплый период года, подогрева воздуха в холодный период года, осушения, увлажнения с мокрой очисткой воздуха и утилизации тепла удаляемого воздуха в режиме приточно-вытяжной вентиляции помещения.

В режиме приточной вентиляции устройство служит для вытеснения из помещения отработанного теплого воздуха охлажденным наружным воздухом. Для условий сухого климата при достаточной холодопроизводительности системы косвенно-испарительного охлаждения воздуха отключается парокомрессионная система охлаждения. При высокой влажности дополнительно включается парокомпрессионная система, которая охлаждает и осушает воздух, при этом в качестве основного источника воды для косвенно-испарительной системы используется конденсат, сливаемый из поддона испарительного теплообменника.

Режим циркуляции используется для увлажнения и дополнительной мокрой очистки воздуха, а также в случае необходимости позволяет сократить до минимума подачу наружного воздуха при неблагоприятных внешних условиях (сильный мороз или аномальная жара и задымление), сохраняя при этом возможность регулирования температурных и влажностных параметров воздуха в помещении.

1. Устройство кондиционирования воздуха, содержащее вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, клапаны-регуляторы, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменную секцию с основными и вспомогательными смежными каналами, воздухораспределительную камеру, разделенную на две полости перегородкой с клапаном, при этом одна полость воздухораспределительной камеры соединена с патрубком выхода основного потока, а другая полость соединена с другой стороны со смежными каналами вспомогательного потока, причем устройство подачи воды снабжено форсункой, установленной со стороны входа вспомогательного потока в теплообменную секцию, отличающееся тем, что устройство снабжено второй воздухораспределительной камерой, разделенной на две полости перегородкой, в которой установлен второй дополнительный клапан, при этом одна полость воздухораспределительной камеры соединена с патрубком основного потока, а другая полость соединена с патрубком выхода вспомогательного потока.

2. Устройство кондиционирования воздуха по п.1, отличающееся тем, что второй дополнительный клапан выполнен в виде регулятора расхода, перераспределяющего потоки во второй воздухораспределительной камере и выходном коллекторе вспомогательного потока.

3. Устройство кондиционирования воздуха по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено нагревателем воздуха, установленным во входном патрубке вспомогательного потока.

4. Устройство кондиционирования воздуха по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено парокомпрессионной системой охлаждения с испарительным теплообменником и конденсатором с компрессором, при этом испарительный теплообменник установлен в выходном патрубке основного потока, а конденсатор с компрессором установлен в выходном патрубке вспомогательного потока.

5. Устройство кондиционирования воздуха по п.4, отличающееся тем, что в испарительном теплообменнике установлена дополнительная емкость для сбора конденсата, соединенная с емкостью корпуса.