Теплоутилизационная установка с адаптивной рециркуляцией
Владельцы патента RU 2632230:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к теплоутилизаторам для обеспечения микроклимата на животноводческих фермах. Установка включает приточный вентилятор (1) и вытяжной вентилятор (6), теплообменник (4) из полимерных материалов, рециркуляционную заслонку (8). Ось вращения рециркуляционной заслонки расположена на ее верхней кромке. Заслонка и приточный вентилятор связаны с датчиком температуры (2) приточного воздуха, обеспечивая регулировку расхода приточного воздуха пропорционально снижению уличной температуры при постоянстве расхода вытяжного воздуха. Упрощается конструкция теплоутилизационной установки. 1 ил.
Заявляемое устройство относится к сельскому хозяйству, а именно к теплоутилизаторам.
Известен воздухоподогреватель для систем обеспечения микроклимата на животноводческих фермах (а.с. СССР №1307167, 1987). Представляет собой полимерный пластинчатый рекуперативный теплообменник. Недостатками воздухоподогревателя является отсутствие системы рециркуляции внутреннего воздуха помещения.
Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является электротеплоутилизационная установка, предназначенная для создания и поддержания требуемых параметров микроклимата в производственных помещениях животноводческих ферм (RU 2296463 C1).
Электротеплоутилизационная установка включает в себя вентилятор удаляемого воздуха, малогабаритный теплообменник из полимерных материалов, электровентилятор приточного воздуха, электроподогреватель приточного воздуха, патрубок подачи воздуха, распределитель приточного воздуха, фильтр удаляемого воздуха, отводчик конденсата, фильтр приточного воздуха, приточный воздуховод, рециркуляционный канал с воздушной заслонкой, воздуховод выбросного воздуха. Теплообменник представлен в виде набора параллельно расположенных с зазором друг относительно друга перегородок из полимерного материала, закрепленного на несущем деревянном каркасе, соединенного с корпусом, и образующих каналы для потоков греющего и нагреваемого воздуха, подключенные к выполненным в корпусе проемам подвода и отвода потоков.
Недостатками прототипа являются наличие рециркуляционного канала и то, что производительность приточного вентилятора не регулируется. Использование рециркуляционного канала для смешивания вытяжного воздуха с уличным воздухом может привести к обмерзанию приточного канала. Вытяжной воздух животноводческих помещений характеризуется высоким влагосодержанием, проходя через теплообменник, он охлаждается и часть его влаги в виде конденсата осаждается на стенках вытяжного канала теплообменника. В то же время часть влаги находится в дисперсном состоянии и виде сухого пара. Попадая в приточный канал, рециркуляционный воздух смешивается с приточным (температурой -15°С и ниже) и дополнительно охлаждается. Снижается влагоемкость воздуха и происходит дальнейшее образование конденсата. Окружающие поверхности имеют отрицательную температуру и на них намораживается конденсат, что нарушает процесс теплообмена.
Заявляемое устройство направлено на решение задачи снижения энергозатрат на подогрев приточного воздуха, упрощения конструкции и повышения ее надежности.
Для решения указанной задачи ось вращения рециркуляционной заслонки располагается на ее верхней кромке, при этом заслонка и приточный вентилятор связаны с датчиком температуры приточного воздуха, обеспечивая регулировку расхода приточного воздуха пропорционально снижению уличной температуры при постоянстве расхода вытяжного воздуха. Заслонка приоткрывается и направляет часть потока воздуха после теплообменника непосредственно в помещение. В тоже время снижается производительность приточного вентилятора. Величина снижения производительности равна расходу рециркуляционного воздуха.
Предложенное устройство поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема топлоутилизатора в режиме рециркуляции.
Теплоутилизационная установка с адаптивной рециркуляцией состоит из и приточного вентилятора 1 с датчиком температуры 2, установленных в приточном канале на выходе из теплообменника; вытяжного патрубка 3, установленного вертикально под полимерным теплообменником 4; приточного воздуховода 5; вытяжного вентилятора 6, соединенного с выпускным воздуховодом 7, в котором размещена рециркуляционная заслонка 8; конденсатоотводчика 9, размещенного в нижней части корпуса теплообменника для удаления конденсата.
Работает теплоутилизационная установка с адаптивной рециркуляцией следующим образом. В корпусе расположен теплообменник 4 с каналами для приточного и вытяжного воздуха. Приток и вытяжка - с механическим побуждением, и осуществляются приточным 1 и вытяжным 6 вентиляторами. Удаляемый из помещения теплый воздух подогревает холодный приточный воздух, теплообмен осуществляется через пластины, разделяющие приточный и вытяжной каналы. В результате теплообмена вытяжной воздух охлаждается, достигает точки росы, что сопровождается образованием конденсата, который под действием гравитации стекает в поддон и удаляется через конденсатоотводчик 9. В наиболее холодный период года при температурах ниже -15°С возможно охлаждение теплообменной поверхности до отрицательных температур, в таких условиях конденсат обмерзает, утолщая теплообменную стенку, уменьшая пропускное сечение и снижая эффективность теплообмена. Для исключения этого явления предлагается поддерживать температуру теплообменной поверхности со стороны вытяжного воздуха выше 0°С. Контролировать это можно косвенно по температуре приточного воздуха.
Это достигается за счет регулирования расхода приточного воздуха пропорционально снижению уличной температуры при постоянстве расхода вытяжного воздуха.
Регулирование осуществляется контроллером по сигналу от датчика температуры приточного воздуха. Устанавливается связь между температурой приточного воздуха «t», частотой вращения приточного вентилятора «ω» и положением рециркуляционной заслонки «ϕ» с коэффициентами пропорциональности «X» и «Y» соответственно. Контроллер, получив сигнал от датчика температуры, отдает управляющие сигналы приводам заслонки и приточного вентилятора.
При охлаждении приточного воздуха до 0°С снижается частота вращения приточного вентилятора. Вытяжной вентилятор работает с неизменной производительностью. В результате расход удаляемого воздуха превышает расход приточного воздуха, что приведет к образованию разрежения в помещении и компенсации дисбаланса за счет инфильтрации и дросселирования вытяжки. Для устранения описанного выше явления конструкцией предусмотрена рециркуляционная заслонка 8, которая открывается пропорционально снижению частоты вращения приточного вентилятора и направляет часть вытяжного воздуха обратно в помещение. Таким образом, теплообменник работает с требуемым расходом приточного и вытяжного воздуха, необходимым для исключения обмерзания вытяжного канала. Проходя через теплообменник образуется конденсат, и вытяжной воздух частично осушается. С конденсатом в систему канализации удаляются растворенные в нем газы (особенно хорошо растворяется аммиак), что обеспечивает частичную регенерацию рециркуляционного воздуха.
Ось заслонки 8 расположена в ее верхней части для предотвращения эжекционного подсоса воздуха в вытяжной патрубок.
По сравнению с прототипом предложенное устройство позволяет предотвратить обмерзание приточного канала теплообменника в режиме рециркуляции, упростить конструкцию за счет размещения рециркуляционной заслонки в вытяжном канале, ось вращения которой расположена на ее верхней кромке и направляет поток воздуха после теплообменника непосредственно в помещение, обеспечить непрерывное и надежное функционирование в различных климатических зонах со снижением энергозатрат на подогрев приточного воздуха.
Теплоутилизационная установка с адаптивной рециркуляцией, содержащая вентиляторы приточного и удаляемого воздуха, теплообменник из полимерных материалов, рециркуляционную заслонку, отличающаяся тем, что ось вращения рециркуляционной заслонки расположена на ее верхней кромке, при этом заслонка и приточный вентилятор связаны с датчиком температуры приточного воздуха, обеспечивая регулировку расхода приточного воздуха пропорционально снижению уличной температуры при постоянстве расхода вытяжного воздуха.
