Система гелиотеплохладоснабжения с качественным воздухообменом в зданиях
Владельцы патента RU 2544403:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего Профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) (RU)
Изобретение предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах. Система гелиотеплохладоснабжения и качественного воздухообмена в зданиях содержит южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным воздухопроводом, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, а теплообменный воздухопровод снабжен всасывающим фильтром, который установлен в помещении и выполнен в виде узла очистки внутреннего воздуха, состоит из диффузора с винтообразными продольно размещенными канавками, входящими в круговую канавку, соединенную со сборником загрязнений, в котором размещено осушивающее устройство в виде емкости с адсорбирующим веществом. Изобретение должно обеспечить очистку выбрасываемого воздуха и устранение специфических для животноводческих ферм запахов. 3 ил.
Изобретение предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах.
Известна система гелиотеплохладоснабжения (см. авторское свидетельство СССР №1322038, кл. F24J 2/42, 1987), содержащая южный выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенный на соответствующих сторонах здания тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовой воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами.
Недостатком данной системы является невозможность поддержания микроклимата внутри здания как по температуре, так и по степени очистки атмосферного воздуха от загрязнений в виде твердых и каплеобразных частиц, имеющих разнообразный состав при изменяющихся погодно-климатических условиях.
Известна система гелиотеплохладоснабжения (см. авторское свидетельство СССР №1733871, кл. F24J 2/42, 1992, бюл. №18), содержащая южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением.
Недостатком технического решения являются загрязнения посредством вытяжной вентиляции внутренним воздухом помещения окружающей среды вокруг сельскохозяйственного здания, особенно животноводческих ферм, где наряду с мелкодисперсными твердыми и каплеобразними загрязнениями наблюдаются выделения зловонных запахов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение экологически нормированной зоны вокруг сельскохозяйственных предприятий путем очистки выбрасываемого из помещения вытяжной вентиляцией внутреннего воздуха в окружающую среду за счет выполнения всасывающего фильтра, установленного на теплообменном воздухопроводе, в виде узла очистки, отделяющего как мелкодисперсные частицы загрязнений, так устраняющего специфические для животноводческих ферм запахи.
Технический результат достигается тем, что система гелиотеплохладоснабжения качественного воздухообмена в зданиях содержит южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением, при этом теплообменный воздухопровод снабжен всасывающим фильтром, который установлен в помещении и выполнен в виде узла очистки внутреннего воздуха и состоит из соосно соединенных суживающегося диффузора с винтообразными канавками на внутренней поверхности, продольно размещенными от входного к его выходному отверстию и входящими в круговую канавку, выполненную у входного отверстия суживающегося диффузора и соединенную со сборником загрязнений расширяющегося сопла, в котором размещено осушающее устройство в виде емкости, предназначенной для заполнения адсорбирующим веществом (поглощающим запахи) и покрытой сетчатым материалом с профилем, который соответствует эпюре скоростей всасываемого воздуха в расширяющемся сопле.
На фиг.1 представлена схема системы гелиотеплохладоснабжения, на фиг.2 - всасывающий узел очистки внутреннего воздуха помещения, на фиг.3 - внутренняя поверхность диффузора с криволинейными канавками.
Система содержит воздухопроводы: южный 1, подпольный 2, северный 3, теплообменный 4 и грунтовый 5 с грунтовыми теплопроводящими трубами 6, помещение 7, под которым расположен тепловой аккумулятор 8, вихревую трубу 9 с входом 10 для обрабатываемого воздуха, каналом «холодного» потока 11, соединенным с входом 12 фильтра 13, и каналом «горячего» потока 14, соединенным с грунтовым воздухопроводом 5, фильтр 13 своим выходом 15 соединен с внутренним объемом помещения 7, нагнетательный вентилятор 16, установленный в вентиляционной камере 17 и соединенный подпольным воздухопроводом 2 через воздушные заслонки 18 и 19 с входом 10 вихревой трубы 9 и с выходом 12 фильтра 13, вытяжной вентилятор 20, установленный в вентиляционной камере 21 и соединенный теплообменным воздухопроводом с северным воздухопроводом, осуществляющим выброс воздуха из помещения 7 в атмосферу.
Теплообменный 4 воздухопровод снабжен эжектором 22, который установлен в помещении 7 и выполнен в виде узла очистки внутреннего воздуха 23 помещения 7. Узел очистки внутреннего воздуха 23 состоит из соосно соединенных суживающего диффузора 24 с винтообразными канавками 25 на внутренней поверхности 26 и продольно расположенными от входного отверстия 27 к выходному отверстию 28. Винтообразные канавки 25 соединены с круговой канавкой 29, выполненной у входного отверстия 27 и соединенной со сборником загрязнений 30 и расширяющегося сопла 31. В расширяющемся сопле 31 размещено поглощающее запахи устройство 32 в виде емкости 33, предназначенной для заполнения поглощающим запахи веществом 34, покрытое сетчатым материалом 35 с профилем, который соответствует эпюре скоростей всасываемого воздуха в расширяющемся сопле 31.
Система гелиотеплохладоснабжения с качественным воздухообменом в зданиях работает следующим образом.
Известно, что внутри помещений 7 сельскохозяйственных зданий, например птицефабрик, животноводческих ферм, свинокомплексов, наряду с мелкодисперсными твердыми и каплеобразующими загрязнениями выделяется специфический зловонный запах, что существенно снижает нормативные экологические параметры атмосферного воздуха. Поэтому внутри помещения 7 на теплообменном трубопроводе 4 установлен всасывающий фильтр 22, и внутренний воздух, всасываемый вентилятором 20, поступает через входное отверстие 27 в суживающийся диффузор 24, где, перемещаясь по винтообразным канавкам 25 в сторону выходного отверстия 28, завихряется, и взвешенные мелкодисперсные твердые и каплеобразные частицы центробежной силой отбрасываются к внутренней поверхности 26. Во внутренних полостях винтообразных канавок 25 мелкодисперсные твердые и каплеобразные частицы сталкиваются, укрупняются, коагулируют и под действием возрастающего давления движущегося потока воздуха перемещаются от выходного (меньшего) отверстия 28 к входному (большему) отверстию 27, где попадают под действие гравитационных сил в круговую канавку 29 и скапливаются в сборнике загрязнений 30, откуда удаляются вручную или автоматически (не показано).
Очищенный от мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц внутренний воздух помещения 7 поступает в расширяющееся сопло 31. В результате внезапного расширения движущегося из диффузора 24 внутреннего воздуха резко падает его скорость, и ламинарно движущийся поток контактирует с поглощающим запахи веществом 34, последовательно проходя через сетчатый материал 35, образующий емкость 33. Профиль скорости ламинарно движущегося потока внутреннего воздуха при подходе к выходному отверстию расширяющегося сопла 31 характеризуется изменением скорости во всех его точках, причем максимум абсолютного значения приходится на осевую составляющую. Поэтому объем вещества 34 поглотителя запаха в устройстве 32 в виде емкости 33 выбирается таким, чтобы обеспечивалось эффективное поглощение запаха при скорости осевого потока. Однако заполнение устройства 32 поглощающим запахи веществом 34 из расчета максимальной скорости (как это принято по известным методикам для устройств, поглощающих запахи) осевой составляющей ламинарно движущего внутреннего воздуха в расширяющемся сопле 31 приводит к нерациональному процессу поглощения запахов и увеличению общего гидравлического сопротивления узла очистки внутреннего воздуха 22. Это приводит к дополнительным энергозатратам (увеличению мощности вытяжного вентилятора 20) и непроизвольному расходу поглотителя запахов. Поэтому предлагается устройство 32, объемопрофиль которого изменяется, выполнить в виде емкости 33 и покрытое сетчатым материалом 35 с профилем, который соответствует эпюре скоростей движущегося потока всасываемого из помещения 7 внутреннего воздуха. Масса поглощающего запахи вещества 34 выбирается экспериментно в зависимости от объема помещения 7 и количества запаха выделяющих единиц живности, а также возможности частоты демонтажной замены, например при резервном соединении с расширяющимся соплом 31 емкости 33. При этом вещество 34 (например силикагель КСМ-5) может как заменяться новым, так и подвергаться регенерации.
В теплое время года при температурах атмосферного воздуха выше значений температуры, предусмотренных параметрами микроклимата внутри помещения 7, например 25°C (воздушная заслонка 19 закрыта), атмосферный воздух по южному воздухопроводу 1 нагнетается в подпольный воздухопровод 2 вентилятором 16, установленным в вентиляционной камере 17. Из подпольного воздухопровода 2 по открытой воздушной заслонке 18 атмосферный воздух под избыточным давлением поступает на вход 10 вихревой трубы 9, в которой происходит расслоение на «холодный» (температура несколько ниже входящего в вихревую трубу атмосферного воздуха) и «горячий» (температура несколько выше входящего в вихревую трубу атмосферного воздуха) потоки воздуха. Холодный поток разделенного в вихревой трубе 9 атмосферного воздуха с заданной по условиям микроклимата внутри здания 7 температурой, например, 18°C по холодному каналу 11 вихревой трубы 9 поступает на вход 12 и в фильтр 13, где очищается от твердых частиц загрязнений, а также от жидких частиц сконденсировавшейся в процессе охлаждения парообразной влаги атмосферного воздуха, а, как известно, чем выше температура атмосферного воздуха, тем больше в нем влаги, при этом отделенные загрязнения в фильтре 13 удаляются из него через установку удаления загрязнений, например конденсатоотводчик поплавкового типа. «Горячий» поток атмосферного воздуха по горячему каналу 14 вихревой трубы 9 направляется в грунтовый воздухопровод 5, где охлаждается, отдавая тепло грунту, а сконденсировавшаяся в процессе охлаждения воздуха влага удаляется через теплопроводящие трубы 6 и дренируется в грунт. Охлажденный в грунтовом воздухопроводе 5 воздух поступает к входу 12 фильтра 13, где окончательно очищается от капельнообразных загрязнений и твердых частиц загрязнений, т.е. доводится до параметров, определяемых заданным микроклиматом в помещении 7. Из фильтра 13 обработанный воздух с заданными параметрами по температуре, влажности и степени очистки от твердых частиц поступает внутрь помещения 7.
Воздух из помещения 7 вентилятором 20, установленным в вентиляционной камере 21, направляется в теплообменный воздухопровод 4, где отдает тепло аккумулятору 8 и по северному воздухопроводу 3 выбрасывается в атмосферу.
Размещение вихревой трубы 9 в тепловом аккумуляторе 8 обеспечивает дополнительное накопление тепла, выделяемого через корпус вихревой трубы 9, в процессе расслоения обрабатываемого атмосферного воздуха на «холодный» и «горячий» потоки.
В результате тепловой аккумулятор 8 накапливает тепловую энергию, поступающую как от теплообменного воздухопровода 4, так и от корпуса вихревой трубы 9.
При снижении температуры нагнетаемого вентилятором 16 атмосферного воздуха ниже гостированной для заданных условий микроклимата здания 7, например в ночное время температура около 15°C, открывается воздушная заслонка 19 (воздушная заслонка 18 закрыта). Атмосферный воздух по южному воздухопроводу 1 вентилятором 16 через открытую воздушную заслонку 19 подается в фильтр 13, где очищается до заданных условиями микроклимата в помещении 7 параметров. Тепловой аккумулятор 8 отдает тепло всасываемому атмосферному воздуху в подпольном воздухопроводе 2, нагревая его до необходимой температуры. Если тепловой энергии, отдаваемой тепловым аккумулятором 8 атмосферному воздуху, движущемуся по подпольному воздухопроводу 2, недостаточно, то осуществляется подогрев отопительной системой (не указано), затраты которой будут снижены, так как значительная часть тепла поступает от теплового аккумулятора 8 и грунта.
Размещение фильтра 13 после вихревой трубы 9 в тепловом аккумуляторе 8 обеспечивает снижение энергоемкости очистки нагнетаемого вентилятором 16 через южный 1 воздухопровод атмосферного воздуха вовнутрь помещения 7 за счет частичной очистки в процессе расслоения обрабатываемого воздуха (часть твердых загрязнений перемещается в горячий поток и дренируется в грунт по теплообменным трубам 6). А также полученное тепло от аккумулятора 8 при низких температурах атмосферного воздуха устраняет возможность обмерзания фильтрующих элементов, приводящего к возрастанию гидравлического сопротивления при температурах атмосферного воздуха, имеющих значение существенно более низкое, чем предусмотрено параметрами микроклимата внутри помещения 7, вихревая труба 9 воздушной заслонкой 18 отключается от подпольного воздухопровода 2. Всасывающий атмосферный воздух нагревается как в южном воздухопроводе 1 за счет использования тепла солнечной радиации (южный воздухопровод выполнен из поглощающего солнечную радиацию материала), так и от теплового аккумулятора 8 в подпольном воздухопроводе 2. В случае недостатка данного тепла для получения заданной температуры воздуха, нагнетаемого вовнутрь помещения 7, применяется отопительная система (не показана) незначительной мощности.
В результате предлагаемое изобретение позволяет использовать солнечную энергию и аккумулирующие свойства грунта как при положительных, так и при отрицательных температурах атмосферного воздуха, обеспечивая снижение энергозатрат процесса получения заданных параметров микроклимата внутри помещения как по температуре, так и по отделению запахов, а также степени очистки вентилируемого воздуха от загрязнений в виде твердых и каплеобразных загрязнений.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что достижение экологически нормированных параметров окружающей среды вокруг сельскохозяйственных зданий, особенно животноводческих ферм и птицефабрик, обеспечивается качественным воздухообменом в помещении за счет очистки внутреннего воздуха как от мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц, так и от зловонных запахов путем установки на теплообменном трубопроводе внутри помещения всасывающего фильтра, выполненного в виде узла очистки и поглотителя запахов, представляющего собой соосно соединенные суживающийся диффузор и расширяющееся сопло с емкостью для поглощающего запахи вещества, имеющей профилеобъем, соответствующий эпюре скоростей движущегося обрабатываемого потока.
Система гелиотеплохладоснабжения и качественного воздухообмена в зданиях, содержащая южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением, отличающаяся тем, что теплообменный воздухопровод снабжен всасывающим фильтром, который установлен в помещении и выполнен в виде узла очистки внутреннего воздуха, состоит из соосно соединенных суживающегося диффузора с винтообразными канавками на внутренней поверхности, продольно размещенными от входного к его выходному отверстию и входящими в круговую канавку, выполненную у входного отверстия суживающегося диффузора и соединенную со сборником загрязнений расширяющегося сопла, в котором размещено осушающее устройство в виде емкости, предназначенной для заполнения адсорбирующим веществом, покрытое сетчатым материалом с профилем, который соответствует эпюре скоростей всасываемого воздуха в расширяющемся сопле.
