Результат интеллектуальной деятельности: Энергосберегающее устройство для подготовки приточного воздуха

Предлагаемое изобретение относится к строительству и может быть использовано для предварительного подогрева и охлаждения приточного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования в зимний и летний периоды, соответственно.

Известна энергоресурсосберегающая система кондиционирования, содержащая приточную (вентиляционную камеру), в которой помещены клапан, вентилятор, калорифер, камера орошения (центральный кондиционер), перед которой устроены каплеуловитель и теплообменник, соединенный с источником энергии из системы вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) [Патент РФ № 2302588, МПК F24 F5/00, 2007.].

Недостатками известной системы кондиционирования являются необходимость наличия поблизости источника ВЭР и подводящих теплопроводов, а также невозможность использования существующей ВЭР в летнее время для охлаждения приточного воздуха, что снижает ее эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является энергосберегающая система регулирования параметров приточного воздуха, включающая, помещенный ниже уровня промерзания грунта теплообменник, состоящий из щелевых каналов (теплообменников), размещенных на некотором расстоянии друг от друга в грунте, с уклоном в сторону движения воздуха и соединенных своими кромками с одной стороны через щелевые отверстия с распределительным воздушным коробом (воздушным распределителем), отверстие которого на уровне поверхности земли соединено с заборным колпаком, боковые стенки которого перфорированы вертикальными щелями, а с другой стороны кромки щелевых каналов соединены через щелевые отверстия с приемным воздушным коробом (воздушным приемником), а уровне поверхности земли соединено с воздушным колпаком, по центральной вертикальной оси которого и приемного воздушного короба установлена вертикальная труба, заполненная транспортным фитилем, нижняя кромка которой находится ниже уровня конденсата в пирамидальном днище, а верхняя кромка пропущена через отверстие крышки воздушного колпака и на высоте Н от нее соединена с отверстием в пирамидальном днище влагоудаляющего колпака, причем на внутренней поверхности пирамидального днища влагоудаляющего колпака уложена решетка из полос фитиля, соединенных с транспортным фитилем, боковые стенки влагоудаляющего колпака перфорированы щелями, а боковая стенка воздушного колпака соединена через входной воздуховод с вентиляционным оборудованием расположенными в вентиляционной камере здания [Патент РФ № 2552093, МПК F24 F5/00, 2015].

Основным недостатком известного изобретения является резкое снижение разности температур приточного воздуха и окружающего теплообменник грунта за некоторый период времени работы системы регулирования приточного воздуха в результате постепенного нагрева окружающего грунта (в теплый период года) или его охлаждения (в холодный период года), что снижает эффективность его работы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности энергосберегающего устройства для подготовки приточного воздуха.

Технический результат достигается энергосберегающим устройством для подготовки приточного воздуха, включающим, расположенный на поверхности грунта заборный колпак, боковые стенки которого перфорированы щелями, соединенный снизу с воздушным распределителем, представляющим собой цилиндрическую вертикальную колонну, разделенную горизонтальными перегородками сверху–вниз на заборную, глухую и сборную камеры, причем заборная и сборная камеры снабжены прямоугольными входными и выходными вертикальными щелями со створками, соединенными с тремя вертикальными щелевыми теплообменниками, расположенными ниже глубины промерзания под углом 90⁰ относительно друг друга, низ сборной камеры воздушного распределителя соединен наклонным цилиндрическим каналом с низом воздушного приемника, представляющего собой цилиндрическую вертикальную колонну, верхний торец которой выше уровня поверхности земли закрыт крышкой, через отверстие в которой и воздушный приемник пропущена вертикальная труба, заполненная транспортным фитилем, нижняя кромка которой находится ниже уровня конденсата в днище воздушного приемника, а верхняя кромка соединена с отверстием в пирамидальном днище влагоудаляющего колпака, покрытого решеткой из полос фитиля, соединенного с транспортным фитилем, боковые стенки влагоудаляющего колпака перфорированы щелями, а верхняя часть боковой стенки воздушного приемника соединена через входной воздуховод с вентиляционным оборудованием, расположенным в вентиляционной камере здания.

Предлагаемое энергосберегающее устройство для подготовки приточного воздуха (ЭСУПВ) представлена на фиг. 1- 7 (на фиг. 1– общий вид, на фиг. 2-7 – разрезы и узлы ЭСУПВ).

ЭСУПВ содержит, расположенный на поверхности грунта 1 заборный колпак 2, боковые стенки которого перфорированы щелями 3, соединенный снизу с воздушным распределителем 4, представляющим собой цилиндрическую вертикальную колонну, разделенную горизонтальными перегородками 5 сверху–вниз на заборную 6, глухую 7 и сборную 8 камеры, причем заборная и сборная камеры 6 и 8 снабжены прямоугольными входными и выходными вертикальными щелями 9 и 10 со створками 11, соединенными с тремя вертикальными щелевыми теплообменниками 12, 13 и 14, расположенными ниже глубины промерзания под углом 90⁰ относительно друг друга, низ сборной камеры воздушного распределителя 4 соединен наклонным цилиндрическим каналом 15 с низом воздушного приемника 16, представляющего собой цилиндрическую вертикальную колонну, верхний торец которой выше уровня поверхности земли (на фиг. 1-7 не показаны) закрыт крышкой 17, через отверстие в которой и воздушный приемник 16 пропущена вертикальная труба 18, заполненная транспортным фитилем 19, нижняя кромка которой находится ниже уровня конденсата в днище воздушного приемника 16, а верхняя кромка соединена с отверстием (на фиг. 1-7 не показано) в пирамидальном днище 20 влагоудаляющего колпака 21, покрытого решеткой из полос фитиля 22, соединенного с транспортным фитилем 19, боковые стенки влагоудаляющего колпака 21 перфорированы щелями 3, а верхняя часть боковой стенки воздушного приемника 16 соединена через входной воздуховод 23 с вентиляционным оборудованием, расположенным в вентиляционной камере 24 здания 25.

В основу работы предлагаемого ЭСУПВ положены: особенности температурного профиля по глубине грунта (в зимнее время на большей части территории России температура грунта ниже уровня промерзания и выше нуля, летом – температура грунта значительно ниже температуры наружного воздуха), использование в конструкции принципов пластинчатого теплообменника, работающего периодически, возможность транспортировки жидкости фитилем под воздействием капиллярных сил [В. В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. – Минск: Выш. школа, 1988, с. 106] и интенсификация процесса испарения жидкости с поверхности, покрытой решеткой из полос фитиля, которая предотвращает образование паровой пленки на теплообменной поверхности и, таким образом, интенсифицирует процесс испарения [Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. – М.: 1990, с. 22].

Предлагаемая ЭСУПВ работает в двух режимах: летнем и зимнем. В летний период наружный воздух с температурой t_Л1 поступает через щели 3 в заборный колпак 2, в котором создается некоторое разрежение за счет работы вентилятора в вентиляционной камере 24, откуда поступает в заборную камеру 6 воздушного распределителя 4, из которого распределяется через входную щель 9 при открытых его верхних и нижних вертикальных створках 11 очередного работающего щелевого теплообмен- ника, например, 12, (при этом, вертикальные створки 11 других теплообменников 13, 14 закрыты), после чего охлажденный воздух через выходную щель 10 и наклонный цилиндрический канал 15 перемещается в воздушный приемник 16. В процессе движения воздуха по щелевому теплообменнику 12 между ним и грунтом 1, имеющим более низкую температуру t_ГЛ1, через его стенки происходит теплообмен, в результате которого температура воздуха уменьшается до t_Л2, а образующийся при этом водный конденсат, стекает за счет уклона щелевых теплообменников в низ воздушного приемника16. Охлажденный и осушенный воздух собирается в воздушном приемнике 16 и через входной воздуховод 23 поступает в вентиляционную камеру 24, где происходит доводка воздуха до требуемых параметров, после чего кондиционированный воздух направляется к потребителям (на фиг. 1-7 не показаны). Удаление водного конденсата из низа воздушного приемника 16 осуществляется за счет капиллярных сил транспортным фитилем 19, откуда конденсат поступает в решетку из полос фитиля 22, размещенных на поверхности пирамидального днища 20 влагоудаляющего колпака 21, с поверхности которого происходит испарение влаги, во–первых, за счет тепла наружного воздуха, обогревающего пирамидальное днище 20, во–вторых, за счет тепла наружного воздуха, поступающего в щели 3 и уносящего пары влаги через эти же щели 3 в атмосферу, в связи с чем обеспечивается быстрое удаление влаги и предотвращается затопление конденсатом пирамидального днища 20.

При повышении температуры грунта t_ГЛ1 выше допустимой (предельная температура грунта находится на основании технико–экономического расчета) работающий щелевой теплообменный канал отключается путем закрытия вертикальных створок 11 этого канала и открытия створок 11 следующего щелевого теплообменника (например, теплообменника 13). Этот теплообменник работает аналогично вышеописанному. Время остановки предыдущего теплообменника определяется продолжительностью восстановления температурных показателей грунта 1. При этом, размеры теплообменников, их количество, время их работы определяются нагрузкой системы вентиляции, температурными условиями и особенностями грунта.

В зимний период работы ЭСУПВ наружный воздух с низкой температурой t_З1 поступает через щели 3 в заборный колпак 2, в котором создается некоторое разряжение за счет работы вентиляционного оборудования вентиляционной камеры 24, откуда поступает в заборную камеру 6 воздушного распределителя 4, из которого распределяется через входную щель 9 при открытых его верхних и нижних вертикальных створках 11 очередного работающего щелевого теплообменника, например теплообменника 12 (при этом, вертикальные створки 11 теплообменников 13, 14 закрыты), нагревается и через выходную щель 10 и наклонный цилиндрический канал 15 перемещается в распределительный воздушный короб 16. В процессе движения воздуха по каналу теплообменника 12 между ним и грунтом 1, имеющим более высокую температуру t_ГЗ1, через стенки происходит теплообмен, в результате чего температура воздуха увеличивается до t_З2. При этом, нагретый воздух собирается в воздушном приемнике 16 и через входной воздуховод 23 поступает в вентиляционную камеру 24, где происходит доводка воздуха до требуемых параметров, после чего кондиционированный воздух направляется к потребителям (на фиг. 1-7 не показаны). В зимний период работы ЭСУПВ, при нагревании наружного воздуха в щелевых каналах теплообменников водный конденсат не образуется и не скапливается в низу воздушного приемника 16. Поэтому в зимний период работы ЭСУПВ предусматривается закрытие вертикальных щелей 3 влагоудаляющего колпака 21 во избежание контакта наружного воздуха низкой температуры с поверхностью фитилей 19 и 22, расположенных в днище 20 влагоудаляющего колпака 21.

При понижении температуры грунта t_ГЗ1 ниже допустимой (предельная температура грунта находится на основании технико–экономического расчета) работающий щелевой теплообменник отключается путем закрытия вертикальных створок 11 его и открытия створок 11 следующего теплообменника (например, №13). Время остановки предыдущего теплообменника определяется продолжительностью восстановления температурных показателей грунта 1. При этом, размеры теплообменников, их количество, время их работы определяются нагрузкой системы вентиляции, температурными условиями и особенностями грунта.

Таким образом, предлагаемое энергосберегающее устройство для подготовки приточного воздуха позволяет утилизировать низкопотенциальное тепло (возобновляемую энергию) грунта ниже уровня промерзания для предварительного подогрева приточного воздуха в зимний период и его охлаждения в летний период, а использование конструкций щелевых теплообменников, работающих поочередно, транспортировка конденсата фитилем за счет капиллярных сил, устройство испарительной поверхности влагоудаляющего колпака с решеткой из полос фитиля, значительно повышает эффективность его работы.