Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ЗАГРУЖЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Изобретение относится к области вентиляции и может быть использовано в загруженных помещениях, хранилищах, рефрижераторах для хранения скоропортящихся продуктов, а именно картофеля, плодов, овощей и других.

Известна система воздухораспределения в загруженном помещении, содержащая холодильную установку с вентиляторами. Охлаждающими приборами являются гладкотрубчатые стальные батареи. Холодоносителем служит рассол. В системе предусмотрены нагнетательные приточные каналы с постоянным статическим давлением и отверстиями, оформленными нестандартными решетками. Наружный воздух при открытой заслонке забирается вентилятором и через воздухозаборную шахту подается в нагнетательные каналы, откуда через подполье поступает в штабель продукции, удаляется из хранилища через шахту с дефлектором (см. Балыкова Л.Н. «Исследование охлаждающей системы фруктоовощехранилища с комбинированным использованием естественного и искусственного холода», Одесса, 1978 г. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук, с. 135-141).

Однако известная конструкция системы воздухораспределения в загруженном помещении не исключает подмораживание плодоовощной продукции, образование конденсата водяных паров и сбор его в нижней части штабеля продукции, кроме того система воздухораспределения имеет завышенное аэродинамическое сопротивление и стоимость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является система воздухораспределения в загруженных помещениях, включающая контейнера, или ящики, наружные ограждения, последовательно соединенные между собой, составляющие единый комплекс: из воздухозаборного устройства, радиального вентилятора, воздухонагревателя-охладителя и воздухораспределителей. Система снабжена пластинчатым рекуператором, установленным по центру приточной вентиляционной камеры и рециркуляционным воздуховодом переменного сечения с продольными прямоугольными отверстиями постоянного сечения, расположенным параллельно продольному ограждению, снабженным утепленным воздушным клапаном. Система оснащена размещенным вдоль продольной стороны наружного ограждения магистральным воздуховодом, который соединен с пристенными воздухораспределителями с равномерной по высоте раздачей воздуха и подающими воздух в межконтейнерное пространство. Верхняя зона загруженного помещения установлена перпендикулярно магистральному воздуховоду, на передней поверхности которых выполнены прямоугольные отверстия (см. SU патент на изобретение №2336468, МПК F24F 7/00, Бюл. №29, опубл. 20.10.2008 г.).

Однако известное устройство имеет следующие недостатки:

- возможность утепления продукции из-за поступления внешних теплопритоков через наружные ограждения и отсутствие теплосъема;

- исключает возможность использования естественного холода наружного воздуха в теплонапряженные периоды хранения продукции;

- использование пластинчатого теплообменника способствует образованию конденсата, что может вызвать опасность их обмерзания;

- для предотвращения обмерзания пластин необходимо предусматривать предварительный подогрев приточного воздуха, что увеличивает эксплуатационные затраты и снижает эффективность работы рекуператора;

- распределение приточного воздуха с одной стороны продольной стены способствует образованию зон в штабеле с плодоовощной продукцией, расположенных у противоположной стены, с недостаточной циркуляцией вентиляционного воздуха (скорость движения вентиляционного воздуха значительно ниже нормируемой величины);

- вытяжной воздуховод, расположенный над контейнерами, не обеспечивает удаление теплоизбытков, влаговыделений и газовыделений в основной период хранения плодоовощной продукции.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении сохранности плодоовощной продукции за счет непосредственного воздухораспределения в межконтейнерное пространство и контейнеры, сокращении энергоемкости системы воздухораспределения, металлоемкости и уменьшении капитальных и эксплуатационных затрат путем использования естественного холода наружного воздуха, упрощении конструкции системы.

Техническим результатом изобретения является сокращение затрат тепловой и электрической энергии (энергоемкости), металлоемкости системы воздухораспределения и повышение качества хранения скоропортящихся продуктов.

Технический результат достигается тем, что система воздухораспределения в загруженных помещениях, содержащая последовательно соединенные между собой и составляющие единый комплекс: воздухозаборную шахту с приточными отверстиями, в которых установлены нерегулируемые штампованные жалюзийные решетки, приточную вентиляционную камеру, воздушный клапан с исполнительным механизмом, воздушный фильтр, воздухонагреватель и адиабатный охладитель, радиальный приточный вентилятор, нагнетающий магистральный приточный воздуховод с тремя продольными приточными воздуховодами-ответвлениями, радиальный вытяжной вентилятор, вытяжную шахту с дефлектором, хранилище с контейнерами и с плодоовощной продукцией, согласно изобретению в системе вертикально установлены секционные воздуховоды-распределители с равномерной раздачей воздуха, которые соединены с тремя продольными приточными воздуховодами-ответвлениями, нагнетающего магистрального приточного воздуховода, при этом на вертикально установленных секционных воздуховодах-распределителях выполнены приточные плоские отверстия с четырех сторон по периметру, рециркуляционный клапан установлен в металлической стенке приточной секции наружного воздуха, кроме того, в системе установлен вращающийся регенеративный роторный теплообменник-теплоутилизатор после воздушного фильтра перед воздухонагревателем в приточной вентиляционной камере, а рециркуляционный вытяжной воздуховод, в котором выполнены всасывающие отверстия с постоянным живым сечением, установлен вдоль поперечной стороны внутреннего ограждения хранилища.

Отличительными конструктивными признаками заявляемой системы воздухораспределения в загруженных помещениях являются:

- вертикальная установка секционных воздуховодов-распределителей с равномерной раздачей воздуха, которые соединены с тремя продольными приточными воздуховодами - ответвлениями нагнетающего магистрального приточного воздуховода, позволит обеспечить нормируемые параметры хранения плодоовощной продукции, благодаря чему возможно интенсивное вентилирование штабеля с плодоовощной продукцией в горизонтальных плоскостях на различных уровнях по его высоте;

- расположение вертикально установленных секционных воздуховодов-распределителей в штабеле с продукцией также позволит значительным образом сократить зоны повышенной температуры для обеспечения непосредственного движения воздушных потоков в массе плодоовощной продукции;

- выполнение воздухораспределителей в виде вертикально установленных секционных воздуховодов-распределителей с выполненными приточными плоскими отверстиями с четырех сторон по периметру позволит обеспечить поступление воздуха непосредственно в контейнеры с плодоовощной продукцией;

- установка рециркуляционного клапана в металлической стенке приточной секции наружного воздуха предусматривает комбинированное использование естественного холода наружного воздуха, нагретой смеси наружного воздуха и удаляемого внутреннего воздуха, что позволит уменьшить затраты тепловой и электрической энергии;

- установка вращающегося регенеративного теплообменника-теплоутилизатора после воздушного фильтра перед воздухонагревателем в приточной вентиляционной камере позволит осуществлять регулирование работы такого агрегата с помощью скорости вращения ротора, которая может изменяться от 0,5 до 12 оборотов в минуту, а при угрозе обмерзания автоматически по импульсу от температуры датчика происходит снижение числа оборотов;

- установка рециркуляционного вытяжного воздуховода, в котором выполнены всасывающие отверстия с постоянным живым сечением, вдоль поперечной стороны внутреннего ограждения хранилища позволяет удалить теплоизбытки, влаговыделения и газовыделения в основной период хранения плодоовощной продукции.

Анализ предлагаемой конструкции с известными аналогами по воздухораспределению в загруженных помещениях позволил установить следующее:

- в известных системах воздухораспределения в загруженных помещениях предусмотрена сложная система приточных воздуховодов с крупногабаритным нагнетательным коллектором и воздухораспределителей, расположенных вдоль внутренней поверхности стен, что приводит к ухудшению ее аэродинамических характеристик, не обеспечению активного вентилирования штабеля с продукцией;

- не исключается значительное утепление плодоовощной продукции теп-лопритоками, проникающими через наружные ограждения, которые расположены с противоположной стороны, где отсутствует воздухораспределение;

- использование рекуперативного пластинчатого теплообменника-теплоутилизатора, который подвержен замораживанию конденсата в холодный период года, значительно снижает его коэффициент полезного действия и эффективность в теплотехническом отношении;

- не предусмотрено естественное удаление вентиляционного воздуха и рециркуляционные воздуховоды;

- штабель с плодоовощной продукцией создает значительное аэродинамическое сопротивление движению вентиляционного воздуха, что способствует образованию зон повышенной температуры в сравнение с нормируемыми значениями.

Отличительной особенностью предлагаемого изобретения от известных аналогов является то, что распределение термодинамически обработанного воздуха по схеме «снизу - вверх» вертикально установленными секционными воздуховодами-распределителями осуществляется с раздачей воздуха в межконтейнерное пространство и контейнеры с продукцией через плоские приточные отверстия; утилизация теплоты вытяжного воздуха осуществляется с помощью вращающегося регенеративного роторного теплобменника- теплоутилизатора, теплоаккумулирующая масса которого выполнена в виде плоского цилиндра - насадки ротора; наличие естественной вытяжной вентиляции; использование возможности рециркуляции, представляющей собой смешение части удаляемого воздуха через клапан рециркуляционный с наружным и возврат его вновь в хранилище является простым и эффективным техническим приемом, позволяющим экономить значительное количество тепловой энергии.

Заявитель не выявил источники информации по патентной и научно-технической документации, включающие признаки, сходные или эквивалентные с отличительными признаками формулы изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого изобретения «Система воздухораспределения в загруженных помещениях» обеспечивают в совокупности достижение указанного технического результата, заключающегося в сокращении затрат тепловой и электрической энергии (энергоемкости), металлоемкости системы воздухораспределения и повышении качества хранения скоропортящихся продуктов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен план загруженного помещения (хранилища) с активной системой воздухораспределения;

на фиг.2 - разрез загруженного помещения фиг.1 по ширине;

на фиг.3 - разрез загруженного помещения фиг.2 по длине;

на фиг.4 - разрез помещения по высоте с приточной вентиляционной камерой с главным вентиляционным оборудованием.

Предлагаемая система воздухораспределения в загруженных помещениях содержит последовательно соединенные между собой и составляющие единый комплекс: воздухозаборную шахту 1 (см. фиг.4), расположенную на перекрытии помещения, где установлена приточная вентиляционная камера 2 с равновеликими приточными отверстиями 3, расположенными в верхней части воздухозаборной шахты 1 по сторонам света (см. фиг.4), в которых установлены нерегулируемые штампованные жалюзийные решетки 4 для предотвращения проникновения птиц в шахту. Воздушный утепленный клапан 5 с исполнительным механизмом и электроподогревом, последние установлены на его корпусе, предназначен для предотвращения поступления наружного атмосферного воздуха в приточную вентиляционную камеру 2 и хранилище при неработающем приточном радиальном вентиляторе 6, установленным в приточной вентиляционной камере 2. Воздушные клапана 7 установлены после радиального приточного вентилятора 6 и перед воздушным фильтром 8 для отключения поступления воздуха. Воздушные фильтры 8 предназначены для очистки приточного атмосферного и удаляемого из хранилища загрязненного вентиляционного воздуха, установлены после утепленного воздушного клапана 5 и воздушного клапана 7 в приточной вентиляционной камере 2 и выполнены ячейковыми карманного типа с фильтрующим материалом из нетканого иглопробивного химволокна. Вращающийся регенеративный роторный теплообменник-теплоутилизатор 9 предназначен для утилизации теплоты удаляемого вытяжного воздуха с возможностью передавать как явную, так и полную теплоту, установлен после воздушного фильтра 8 перед воздухонагревателем 10, теплоаккумулирующая масса которого выполнена в виде плоского цилиндра - насадки ротора (последний на фиг.1-4 не показан). Воздухонагреватель 10 предназначен для нагревания наружного атмосферного воздуха в приточной вентиляционной камере 2 в холодный период года до нормируемой температуры в массе плодоовощной продукции, расположен после вращающегося регенеративного роторного теплообменника-теплоутилизатора 9 и выполнен из стали, теплообменная поверхность которого состоит из пучка оребренных трубок, расположенных в шахматном порядке относительно потока воздуха. Адиабатный воздухоохладитель 11, предназначенный для охлаждения наружного атмосферного воздуха в приточной вентиляционной камере 2 в теплый или переходный периоды года до нормируемой температуры в массе плодоовощной продукции, установлен после воздухонагревателя 10 в приточной вентиляционной камере 2 и выполнен из стали, теплообменная поверхность которого состоит из пучка оребренных трубок, расположенных в коридорном порядке относительно потока воздуха. Радиальный приточный вентилятор 6, предназначенный для транспортирования приточного воздуха по нагнетающим воздуховодам 12, 13, 14 системы воздухораспределения, установлен после адиабатного воздухоохладителя 11 в приточной вентиляционной камере 2 и выполнен из тонколистовой стали. Радиальный вытяжной вентилятор 15 предназначен для транспортирования удаляемого из хранилища вытяжного вентиляционного воздуха по всасывающему магистральному вытяжному воздуховоду 16 системы воздухораспределения, установлен после вращающегося регенеративного роторного теплообменника-теплоутилизатора 9. Нагнетающий магистральный приточный воздуховод 12 предназначен для транспортирования приточного воздуха в три параллельно установленные продольные приточные воздуховоды-ответвления 13, которые соединены с вертикально установленными секционными воздуховодами-распределителями 14. Три параллельно установленных продольных приточных воздуховодов-ответвлений 13 (см. фиг.1) расположены под деревянным полом 17 хранилища и соединены с вертикально установленными секционными воздуховодами-распределителями 14 для раздачи приточного воздуха по высоте на разных уровнях в горизонтальной плоскости межконтейнерного пространства в хранилище, равномерно размещены в штабеле плодоовощной продукции в коридорном порядке. Плоские приточные отверстия 18 с четырех сторон по периметру вертикально установленных секционных воздуховодов-распределителей 14 выполнены для подачи воздуха в межконтейнерное пространство в хранилище. Всасывающий магистральный вытяжной воздуховод 16 предназначен для удаления вентиляционного воздуха, соединен с всасывающей секцией 19 приточной вентиляционной камеры 2 и расположен вдоль продольной стороны внутреннего ограждения приточной вентиляционной камеры. Воздушные клапана 7 предназначены для отключения поступления воздуха и установлены после радиального приточного вентилятора 6, перед воздушным фильтром 9 во всасывающей секции 19, а также после радиального вытяжного вентилятора 15.

Рециркуляционный вытяжной воздуховод 20 предназначен для удаления вытяжного вентиляционного воздуха из хранилища, установлен вдоль поперечной стороны внутреннего ограждения хранилища, выполнен прямоугольной формы из оцинкованной стали. Всасывающие равновеликие отверстия 21 постоянного живого сечения выполнены в рециркуляционном вытяжном воздуховоде 20 для обеспечения равномерного всасывания удаляемого вентиляционного воздуха из контейнеров 22 с продукцией и межконтейнерного пространства хранилища. Контейнеры 22 с плодоовощной продукцией (см. фиг.3) расположены в штабеле прямыми вертикальными рядами, а ящики могут укладываться в штабель и в шахматном порядке. Предусмотрен отступ штабеля от наружных стен на расстояние не менее 0,8 м для обеспечения циркуляции вентиляционного воздуха. Нагнетание атмосферного наружного воздуха с помощью радиального приточного вентилятора 6 после термодинамической обработки непосредственно в контейнеры 22 с плодоовощной продукцией позволит уменьшить потери скоропортящейся плодоовощной продукции. Клапан рециркуляционный 23 (см. фиг.1) предназначен для перетекания части удаляемого вентиляционного воздуха в приточную секцию 24 наружного воздуха приточной вентиляционной камеры 2 для смешивания с наружным атмосферным воздухом, установлен в металлической стенке 25 приточной секции 24 наружного воздуха и выполнен из листовой стали. Нагнетающий вытяжной воздуховод 26 предназначен для выброса части удаляемого вентиляционного воздуха из хранилища, расположен после воздушного клапана 7 в приточной вентиляционной камере 2 и выполнен прямоугольного сечения из оцинкованной стали. Зонт - колпак 27 установлен на нагнетающем вытяжном воздуховоде 26 для предотвращения попадания атмосферных осадков в нагнетающий вытяжной воздуховод 26 и приточную вентиляционную камеру 2. Вытяжная шахта 28, обеспечивающая естественное удаление вентиляционного воздуха, когда механическая система воздухораспределения не работает, расположена на перекрытии хранилища. Дефлектор 29 установлен на вытяжной шахте 28 и предназначен для обеспечения устойчивости естественного удаления вентиляционного воздуха вне зависимости от изменения скорости и направления ветра.

Приточные воздуховоды 12, 13, 14 выполнены круглой формы живого сечения без поворотов постоянного сечения по длине из оцинкованной стали.

Предлагаемая система воздухораспределения в загруженных помещениях работает следующим образом.

В период охлаждения плодов и овощей активной системой воздухораспределения обеспечивается поступление в хранилище естественного холода наружного воздуха, а в период хранения система позволяет комбинированное использование естественного и искусственного холода. В осенний период интенсивного охлаждения для снижения затрат теплоты и обеспечения нормируемых температурно-влажностных параметров в контейнерах 22 с плодоовощной продукцией приточным радиальным вентилятором 6 наружный атмосферный воздух по каналу воздухозаборной шахты 1 через приточные отверстия 3, снабженные нерегулируемыми штампованными жалюзийными решетками 4, без термодинамической обработки (охлаждения или нагревания) нагнетается в магистральный приточный воздуховод 12 и в три параллельно установленные продольные приточные воздуховоды ответвления 13, которые соединены с вертикально установленными секционными воздуховодами-распределителями 14. Приточный воздух через плоские приточные отверстия 18 равномерно распределяется в контейнеры 22 в горизонтальных и вертикальных плоскостях по его объему. Удаляется вентиляционный воздух из хранилища после очистки в воздушном фильтре 8 с помощью рециркуляционного вытяжного воздуховода 20 через всасывающие равновеликие отверстия 21 и нагнетающий вытяжной воздуховод 26 с зонтом-колпаком 27. В период хранения, когда устанавливается температура наружного воздуха ниже -10°С, осуществляется подача наружного атмосферного воздуха через воздухозаборную шахту 1 с применением утилизации теплоты удаляемого внутреннего вытяжного воздуха. Наружный воздух поступает во вращающийся регенеративный роторный теплообменник-теплоутилизатор 9, теплоаккумулирующая масса которого выполнена в виде плоского цилиндра-насадки ротора (последний на фиг.1-4 не показан), нагревается до расчетной температуры +2-+4°С в воздухонагревателе 10, затем радиальным приточным вентилятором 6 подается в нагнетающий магистральный приточный воздуховод 12 и в три параллельно установленные продольные приточные воздуховоды-ответвления 13, которые соединены с вертикально установленными секционными воздуховодами-распределителями 14 и через плоские приточные отверстия 18 равномерно распределяется в контейнеры 22. Воздух удаляется из хранилища с помощью рециркуляционного вытяжного воздуховода 20 через всасывающие равновеликие отверстия 21 и после очистки в воздушном фильтре 8 нагнетается радиальным вытяжным вентилятором 15 в вытяжной воздуховод 26 с зонтом-колпаком 27.

Для сокращения энергоемкости система воздухораспределения в загруженных помещениях позволяет применять автоматически регулируемый режим вентилирования с комбинированным использованием естественного холода, подаваемого радиальным приточным вентилятором 6, с утилизацией теплоты удаляемого внутреннего воздуха из объема продукции хранилища. В период интенсивного охлаждения продукции возможно применение рециркуляции, представляющей собой смешение части удаляемого воздуха, поступающего через клапан рециркуляционный 23 с наружным и возврат его вновь в хранилище, что является простым и эффективным приемом, позволяющим экономить значительные количества тепловой энергии.

Кроме того, для улучшения аэродинамических характеристик система воздухораспределения состоит из оцинкованных воздуховодов 12, 13, 14 круглой формы живого сечения без отводов и поворотов по длине, что также снижает затраты электроэнергии, уменьшает мощность радиального приточного вентилятора 6, габаритные его размеры.

При не работающей механической системе вентиляции обеспечивается естественное удаление вентиляционного воздуха из штабеля благодаря вытяжной шахте 28 с дефлектором 29, выполненным из оцинкованной стали, который обеспечивает устойчивое естественное удаление вентиляционного воздуха вне зависимости от изменения скорости и направления ветра.

Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом (см. SU №2336468, МПК F24F 7/00, бюл. №29, опубл. 20.10.2008 г.) позволит:

- повысить качество хранения скоропортящихся продуктов за счет непосредственного воздухораспределения в межконтейнерное пространство и контейнеры;

- сократить энергоемкость системы воздухораспределения, металлоемкость и уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты за счет использования естественного холода наружного воздуха и применения приточных воздуховодов с приточными отверстиями по периметру и регенеративного вращающегося роторного теплообменника-теплоутилизатора, упрощения конструкции системы;

- уменьшить затраты электрической и тепловой энергии из-за эффективного использования естественного холода наружного воздуха;

- исключить образование зон с повышенной температурой (выше нормируемой) в штабеле с продукцией и утепление периферийной части продукции, расположенной вблизи наружных ограждений, необходимость устройства охладительных батарей;

- увеличить полезный объем хранилища для продукции;

- сократить количество обрабатываемого воздуха в хранилище из-за комбинированного использования искусственного холода с рециркуляцией внутреннего воздуха;

- улучшить аэродинамические показатели системы воздухораспределения;

- использовать естественный воздухообмен в хранилище;

- использовать секционность воздухораспределителей, т.е при разгрузке хранилища и уменьшении высоты штабеля убирать секции воздухораспределителя;

- использовать высокую эффективность вращающегося регенеративного роторного теплообменника-теплоутилизатора (Е≥85%) путем изменения скорости вращения ротора;

- исключить возможность образования конденсата в сравнении с рекуперативным пластинчатым теплообменником-теплоутилизатором и его замораживание в холодный период года;

- уменьшить потери скоропортящейся плодоовощной продукции путем нагнетания атмосферного наружного воздуха с помощью радиального приточного вентилятора после термодинамической обработки непосредственно в межконтейнерное пространство и контейнеры с плодоовощной продукцией.

Предлагаемое изобретение свидетельствует о возможности его осуществления в загруженных помещениях, хранилищах, рефрижераторах для хранения скоропортящихся продуктов.