Комбинированное устройство предварительного подогрева приточного воздуха

Изобретение относится к строительству и предназначено для применения в области теплоэнергетики, достижения экономии затрат на энергопотребление котельных установок.

Известны устройства для подогрева и охлаждения приточного воздуха за счет потенциальной энергии грунта и устройства с системой охлаждения грунта под основаниями сооружений в условия многолетнемерзлых грунтов, но не рассматриваются совместная эксплуатация свойств нагрева воздуха и охлаждения грунта воздухом низкой температуры.

Известна энергосберегающая система регулирования параметров приточного воздуха (см. RU №2552093, кл. F24F 5/00, опубл. 10.06.2015), включающая помещенный ниже уровня промерзания грунта пластинчатый теплообменник, состоящий из щелевых теплообменных каналов, и предусматривает использование низкопотенциального тепла грунта ниже уровня промерзания для предварительного подогрева приточного воздуха в зимний период и его охлаждения в летний период.

Недостатком известной системы является необходимость расположения основного теплообменника в зоне ниже уровня промерзания грунта, который не характерен для многолетнемерзлых грунтов. В летний период данная система будет нарушать температурный режим многолетнемерзлых грунтов и приводить к ежесезонному увеличению ореола оттайки.

Между тем известны решения, направленные на предохранение грунта от оттайки.

Например, устройство насыпи с системой охлаждения для возведения насыпей на сильнольдистых вечномерзлых грунтах (см. RU № 165960, кл. E02D 17/18, опубл. 10.11.2016) включает охлаждающую систему, установленную внутри насыпи в виде ряда труб, расположенных в теле насыпи под углом.

Также известно устройство для компенсации теплового воздействия фундамента строения на грунт вечной мерзлоты (см. RU №51636, кл. E02D 3/115, опубл. 27.02.2006), содержащее средство для охлаждения фундамента и примыкающего к нему грунта, в виде горизонтальных коаксиальных труб, заполненных хладагентом.

Известные устройства не практичны для использования в условиях многолетнемерзлых грунтов, кроме того, в летний период будут способствовать к увеличению ореола оттайки многолетнемерзлого грунта в результате дополнительного нагрева грунта воздухом, проходящим через систему труб. С другой стороны, использование хладагентов значительно усложняет использование устройства, требует дополнительного обслуживания.

Между тем, подобные охлаждающие системы способны генерировать низкопотенциальное тепло грунта, что можно использовать для обогрева воздуха.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в создании устройства предварительного подогрева приточного воздуха для теплогенераторов, позволяющего снизить энергопотребление котельных установок.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в использовании в зимнее время охлаждающих систем для предварительного обогрева подаваемого в теплогенератор воздуха, повышении эффективности и эксплуатационных сроков службы котельных установок.

Для решения поставленной задачи комбинированное устройство предварительного подогрева приточного воздуха для котельной установки представляет собой вентиляционную систему регулирования параметров приточного воздуха, содержащую вентиляторы, клапаны, калорифер, отличается тем, что в качестве теплообменника содержит систему трубопроводов с входным и выходным патрубками с запорными клапанами, сооружаемую в теле насыпного грунта фундамента здания котельной установки и включающую трубы распределительного и сборного коллекторов, соединенных посредством системы поперечных труб, причем, к входному патрубку для принудительного забора наружного воздуха подключен внешний вентилятор, выходной патрубок заключен в камере смешения, выполненной изолированно внутри здания, к которой через приточные воздуховод и решетку подключены калорифер с вентилятором, подающие нагретый воздух к горелке котлоагрегата, а приемный воздуховод с решеткой выполнен байпасным, регулируемые посредством запорных клапанов. Кроме того, приемная камера дополнительно содержит приточные решетки для подачи наружного приточного воздуха. Кроме того, система трубопроводов выполняет функцию охлаждающей системы грунта.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с известными признаками свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, создание несложного устройства, позволяющего осуществлять предварительный подогрев приточного воздуха, используя при этом в качестве теплообменника существующие охлаждающие системы грунта сооружений для котельных установок, эксплуатирующихся в условиях многолетнемерзлых грунтов, и повысить энергосбережение теплогенераторов.

Кроме того, заявленное устройство предварительного подогрева приточного воздуха способствует сохранению температурного режима грунта и предохранению основания здания котельной от оттайки многолетнемерзлых грунтов в результате прохождения холодного наружного воздуха через систему трубопроводов охлаждающей системы, сооружаемой в внутри насыпи под основанием здания. При этом использование низкопотенциального тепла грунта для подогрева наружного воздуха в системе приточной вентиляции котельной установки воздуха не требует дополнительных энерго- и материальных затрат.

Устройство предварительного подогрева приточного воздуха иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 показан общий вид конструкции, на фигуре 2 - функциональная схема работы устройства.

Устройство предварительного подогрева приточного воздуха включает систему трубопроводов, сооружаемой в качестве теплообменника под основанием здания котельной установки в фундаментной насыпи 18 и состоящей из входного (наружного) 2 и выпускного (внутреннего) 3 патрубков, снабженных запорными клапанами 7, причем, к входному патрубку 2 подключен вентилятор 1 для принудительной подачи наружного воздуха, распределительного 4 и сборного 5 коллекторов, соединенных посредством системы поперечных труб 6, камеры смешения 17, сооружаемой изолированно внутри здания котельной установки. При этом, выпускной патрубок 3 размещается внутри камеры смешения 17, к которой посредством приточной решетки 8 воздуховода 11 подсоединены калорифер 9 с вентилятором 10, далее нагретый воздух подается к котлоагрегату. К воздуховоду 11 подсоединен байпасный воздуховод 12, подключенный через распределительно-приемную решетку 14 к камере 17 и управляемый при подключении клапанов 13 для дополнительного подогрева приточного воздуха при особо низких температурах. Камера смешения 17 дополнительно оснащена приточными решетками 15 с утепленной заслонкой 16, которые подключают для подачи наружного приточного воздуха в случаях его недостатка (см. фиг. 1, 2).

Камера смешения 17 выполняет функцию изоляции поступающего воздуха с отрицательными температурами от объема котельной и для конечной подготовки воздуха к подаче в систему воздуховодов. В камере происходит смешение поступающего воздуха от грунтового охладителя с воздухом от байпаса и при необходимости с наружным воздухом.

Охладительная система предохранения от увеличения оттайки многолетнемерзлого грунта располагается в насыпном фундаменте котельной и состоит из ряда охлаждающих труб, расположенных в теле насыпи. Под основанием котельной по системе охладительных трубопроводов, расположенных в насыпи на глубине сезонной оттайки грунта протекает воздух, всасываемый с атмосферы с температурой t₁ через вентилятор 1 и передается через трубопровод 2 в распределительный коллектор 4 и распространяется по системе охладительных труб 6. В процессе движения воздуха по каналам системы через стенки канала происходит теплообмен и в сборном коллекторе 5 собирается более нагретый воздух и через трубопровод 3 в камеру смешения поступает нагретый воздух с температурой t₂.

Устройство предварительного подогрева приточного воздуха работает следующим образом (см. фиг. 2).

Холодный наружный воздух забирается вентилятором 1 и принудительно подается в трубопроводы системы охлаждения грунта, сооруженные в насыпном фундаменте 18 здания котельной установки. При этом воздух, проходя через трубы 4, 5, 6, создает образование сплошного массива экранирующего примыкающий к фундаменту слой грунта от теплового воздействия. Холодный воздух принимает тепловую энергию от грунта, тем самым, охлаждая его до средней отрицательной температуры и предотвращения увеличения ореола оттайки грунта при длительной эксплуатации котельной. С другой стороны, в процессе движения воздуха по каналам системы в результате процессов теплообмена через стенки каналов камеры смешения 17 поступает нагретый воздух, который воздуховодами и тягой, создаваемой вентилятором 10, подается через калорифер 9, где происходит догрев с t₂ до расчетной приточной температуры воздуха t₃ в наиболее холодные месяцы отопительного периода, к пространству всасывания воздуха горелки котлоагрегата. Схема оснащается байпасной линией 12, которая включается при особо низких температурах для дополнительного подогрева приточного воздуха, либо для проведения ремонтных работ. Воздуховод 12 может служить как дополнительный источник для приемного помещения через распределительную решетку 14. На системе воздуховодов 11 и 12 размещаются запорные клапаны 13. В осенне-весенний период, при отключении охладительной системы грунта, приточный воздух поступает напрямую через воздухозаборную решетку 15 наружного воздуха с утепленной заслонкой 16. В целях предотвращения увеличения оттайки многолетнемерзлых грунтов в летний период от воздуха с высокими температурами система оснащается запорными клапанами 7 для прекращения поступления наружного воздуха в охладительную систему трубопроводов до следующего начала отопительного периода.

Таким образом, заявленное комбинированное устройство для предварительного подогрева приточного воздуха позволяет бестопливным способом обогревать воздух, тем самым позволяет достигать уменьшение тепловых затрат на подогрев приточного наружного воздуха и повысить эффективность горения топлива. Кроме того, техническое решение сохраняет тепловой режим грунта за счет компенсации теплового воздействия основания строения на многолетнемерзлые грунты, путем экранирования теплового воздействия системой трубопроводов с циркулирующим холодным наружным воздухом, в результате чего позволяет предохранять грунт от увеличения ореола сезонной оттайки в течение длительной эксплуатации котельной.