Отопительно-вентиляционная система производственного помещения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Синяков Анатолий Леонидович Александров Анатолий Николаевич Дудников Игорь Львович(72) Авторы Синяков Анатолий Леонидович Александров Анатолий Николаевич Дудников Игорь Львович(73) Патентообладатели Синяков Анатолий Леонидович Александров Анатолий Николаевич Дудников Игорь Львович(57) Отопительно-вентиляционная система производственного помещения, содержащая рекуперативный теплообменник, оборудованный распределительными и собирающими коллекторами соответственно теплого и холодного воздуха, распределительные воздуховоды, расположенные в помещении и подключенные через магистральный воздуховод к выходу приточного вентилятора, вход которого через калорифер присоединен к собирающему коллектору холодного воздуха теплообменника, к распределительному и собирающему коллекторам теплого воздуха которого присоединены соответственно вытяжной воздуховод, расположенный в помещении, и вход вытяжного вентилятора, выход которого сообщен с наружной средой помещения основной тепловой насос, испаритель и конденсатор которого расположены в собирающих коллекторах соответственно теплого и холодного воздуха теплообменника, отличающаяся тем, что снабжена дополнительным тепловым насосом и воздухозаборной камерой, при этом воздухозаборная камера входом и выходом соответственно сообщена с наружной средой помещения и дополнительно подключена ко входу приточного вентилятора, а испаритель и конденсатор дополнительного теплового насоса соответственно расположены в воздухозаборной камере и дополнительно в собирающем коллекторе теплого воздуха теплообменника.(56) 1. Методические указания по применению автоматизированных теплообменных систем вентиляции с теплообменниками ТСН. - М., 1976 (Госстрой БССР). - С. 17-21. 2. Патент 4533, МПК 24 3/00, 2008. Предлагаемое техническое решение относится к отопительно-вентиляционным системам производственных помещений, характеризующихся поступлением в воздушную среду тепла и вредных газов от технологических процессов. Известна конструкция отопительно-вентиляционной системы производственного помещения для содержания животных 1. Известная система содержит рекуперативный теплообменник, оборудованный распределительными и собирающими коллекторами соответственно для теплого и холодного воздуха, распределительные воздуховоды, расположенные в помещении и подключенные через магистральный воздуховод к выходу приточного вентилятора, вход которого через калорифер присоединен к собирающему коллектору холодного воздуха теплообменника,к распределительному и собирающему коллекторам теплого воздуха которого присоединены соответственно вытяжной воздуховод, расположенный в помещении, и вход вытяжного вентилятора, выход которого сообщен с наружной средой помещения. Работает известная отопительно-вентиляционная система следующим образом. В холодный период года работают непрерывно приточный и вытяжной вентиляторы, при этом приточный вентилятор протягивает холодный воздух через теплообменник, калорифер и подает его в воздушную среду помещения через распределительные воздуховоды, а вытяжной вентилятор удаляет теплый загазованный воздух из помещения через вытяжной воздуховод, теплообменник и выбрасывает его в наружную среду. При движении теплого и холодного воздуха через теплообменник осуществляется предварительный подогрев холодного воздуха частью теплоты, содержащейся в теплом воздухе. Если температура воздушной среды помещения понижается несмотря на подогрев холодного воздуха в теплообменнике, то дополнительный нагрев холодного воздуха осуществляется калорифером. Недостатком отопительно-вентиляционной системы является большое потребление тепловой энергии на поддержание нормируемой температуры воздушной среды помещения в холодный период года. Большое потребление системой тепловой энергии обусловлено тем, что теплообменник при расчетно-отопительной температуре наружного воздуха и нормируемой температуре воздушной среды помещения использует для подогрева приточного воздуха всего 3040 тепла, содержащегося в удаляемом из помещения воздухе, который охлаждается до 42 С. Предварительного подогрева приточного воздуха в теплообменнике недостаточно, чтобы поддерживать нормируемую температуру помещения в холодный период года, поэтому дополнительный нагрев приточного воздуха осуществляется в калорифере,что приводит к большому расходу тепловой энергии. Наиболее близкой к заявляемой конструкции отопительно-вентиляционной системы является отопительно-вентиляционная система производственного помещения, содержащая рекуперативный теплообменник, обеспечивающий предварительный подогрев приточного воздуха за счет части тепла удаляемого из помещения воздуха, калорифер,приточный и вытяжной вентиляторы, тепловой насос, распределительные и вытяжной воздуховоды, расположенные в помещении 2. Эта отопительно-вентиляционная система работает следующим образом. В холодный период года работают тепловой насос и непрерывно приточный и вытяжной вентиляторы,при этом приточный вентилятор протягивает приточный холодный воздух через теплообменник, конденсатор теплового насоса, калорифер и подает его в помещение через 2 75592011.08.30 распределительные воздуховоды, а вытяжной вентилятор удаляет теплый загрязненный воздух из помещения через вытяжной воздуховод, теплообменник, испаритель теплового насоса и выбрасывает его в наружную среду. Предварительный подогрев приточного холодного воздуха осуществляется в теплообменнике частью теплоты, содержащейся в удаляемом из помещения воздухе. После теплообменника дополнительный подогрев холодного воздуха осуществляется тепловым насосом, который дополнительно утилизирует теплоту теплого воздуха после охлаждения его в теплообменнике при помощи испарителя и конденсатора, которые расположены в собирающих коллекторах соответственно теплого и холодного воздуха теплообменника. Если температура воздушной среды помещения понижается несмотря на подогрев холодного воздуха в теплообменнике и тепловым насосом, то дополнительный нагрев холодного воздуха осуществляется калорифером. Наличие теплового насоса в конструкции отопительно-вентиляционной системы позволяет снизить затраты тепловой энергии на поддержание нормируемой температуры в помещении в холодный период года. Недостатком этой отопительно-вентиляционной системы являются ее узкие функциональные возможности. Узкие функциональные возможности системы обусловлены тем, что она обеспечивает нормируемую температуру помещения только в холодный период года путем нагрева воздуха в теплообменнике, тепловым насосом и калорифером и не обеспечивает нормируемую температуру помещения в переходный период года. Задачей предлагаемой полезной модели системы является расширение ее функциональных возможностей. Поставленная задача решается тем, что отопительно-вентиляционная система производственного помещения, содержащая рекуперативный теплообменник, оборудованный распределительными и собирающими коллекторами соответственно для теплого и холодного воздуха, распределительные воздуховоды, расположенные в помещении и подключенные через магистральный воздуховод к выходу приточного вентилятора, вход которого через калорифер присоединен к собирающему коллектору холодного воздуха теплообменника, к распределительному и собирающему коллекторам теплого воздуха которого присоединены соответственно вытяжной воздуховод, расположенный в помещении, и вход вытяжного вентилятора, выход которого сообщен с наружной средой помещения основной тепловой насос, испаритель и конденсатор которого расположены в собирающих коллекторах соответственно теплого и холодного воздуха теплообменника, снабжена дополнительным тепловым насосом и воздухозаборной камерой, при этом воздухозаборная камера входом и выходом соответственно сообщена с наружной средой помещения и дополнительно подключена ко входу приточного вентилятора, а испаритель и конденсатор дополнительного теплового насоса соответственно расположены в воздухозаборной камере и дополнительно в собирающем коллекторе теплого воздуха теплообменника. Сущность предлагаемой полезной модели поясняется функциональной схемой отопительно-вентиляционной системы производственного помещения (фигура). Отопительно-вентиляционная система содержит рекуперативный теплообменник 1,оборудованный распределительными 2, 3 и собирательными 4, 5 коллекторами соответственно для теплого и холодного воздуха калорифер 6 приточный и вытяжной вентиляторы 7, 8 распределительный и вытяжной воздуховоды 9, 10, расположенные в помещении 11 основной тепловой насос 12, содержащий испаритель 13, компрессор 14 с приводным электродвигателем 15, конденсатор 16 и термовентиль 17. Распределительные воздуховоды 9 присоединены через магистральный воздуховод к выходу приточного вентилятора 7, вход которого через калорифер 6 присоединен к собирающему коллектору 5 холодного воздуха теплообменника 1, к распределительному 2 и собирательному 4 коллекторам теплого воздуха которого присоединены соответственно вытяжной воздуховод 10 и вход вытяжного вентилятора 8, выход которого сообщен с наруж 3 75592011.08.30 ной средой помещения, а испаритель 13 и конденсатор 16 основного теплового насоса 12 расположены в собирающих коллекторах 4, 5 соответственно теплого и холодного воздуха теплообменника 1. Для расширения функциональных возможностей отопительно-вентиляционная система снабжена дополнительным тепловым насосом 18, содержащим испаритель 19, конденсатор 20, компрессор 21 с приводным двигателем 22, термовентиль 23, и воздухозаборной камерой 24 со входом 25 и выходом 26. Воздухозаборная камера 24 входом 25 и выходом 26 соответственно сообщена с наружной средой помещения и дополнительно подключена ко входу приточного вентилятора 7, а испаритель 19 и конденсатор 20 дополнительного теплового насоса 18 соответственно расположены в воздухозаборной камере и дополнительно в собирающем коллекторе теплого воздуха теплообменника. Для обеспечения эффективной работы системы в холодный и переходный периоды года на входе 26 воздухозаборной камеры 24 и на входе наружного воздуха в распределительный коллектор 3 теплообменника 1 установлены шиберы 27 и 28. Работает заявляемая отопительно-вентиляционная система следующим образом. В холодный период года шибер 27 открыт, а шибер 28 закрыт, при этом непрерывно работают тепловой насос 12 и приточный и вытяжной вентиляторы 7, 8. Приточный вентилятор 7 протягивает холодный воздух через теплообменник 1, конденсатор 16 основного теплового насоса 12, калорифер 6 и подает его в воздушную среду помещения 11 черезраспределительные воздуховоды 9, а вытяжной вентилятор 8 удаляет теплый загрязненный воздух из помещения через вытяжной воздуховод 10, теплообменник 1, испаритель 13 основного теплового насоса 12, конденсатор 20 дополнительного теплового насоса 18 и выбрасывает его в наружную среду. При движении теплого воздуха по соответствующим каналам теплообменника 1 осуществляется предварительный подогрев холодного воздуха частью теплоты (3040 ),содержащейся в теплом воздухе. Дополнительный подогрев холодного воздуха после предварительного подогрева в теплообменнике 1 осуществляется основным тепловым насосом 12, который дополнительно утилизирует теплоту теплого воздуха после его охлаждения в теплообменнике 1 при помощи испарителя 13 и конденсатора 16, при этом эффективность использования теплого воздуха, удаляемого из помещения для подогрева приточного, достигает 4050 . Если температура воздушной среды помещения понижается несмотря на подогрев холодного воздуха в теплообменнике 1 и основным тепловым насосом 12, то дополнительный нагрев холодного воздуха осуществляется калорифером 6. С повышением температуры наружного воздуха тепловая мощность теплообменника 1 уменьшается, так как уменьшается температурный напор в теплообменнике, но это уменьшение мощности в теплообменнике компенсируется утилизацией теплоты теплого воздуха после теплообменника основным тепловым насосом 12. В переходный период повышение температуры наружного воздуха вызывает повышение температуры воздушной среды помещения. Для того чтобы температура воздушной среды помещения 11 не отклонялась от нормируемого значения, необходимо теплый приточный воздух охлаждать перед подачей его в помещение. Для этого в отопительновентиляционной системе используется дополнительный тепловой насос 18, испаритель 19 которого расположен в воздухозаборной камере 24, а конденсатор 20 - в собирающем коллекторе 4 теплого воздуха теплообменника 1. В переходный период шибер 27 закрыт, а шибер 28 открыт, притом непрерывно работают тепловой насос 18 и приточный и вытяжной вентиляторы 7, 8. Приточный вентилятор 7 протягивает теплый приточный воздух через расположенный в приточной камере 24 испаритель 19 дополнительного теплового насоса 18 и подает его в помещение 11 через распределительные воздуховоды 9, а вытяжной вентилятор 8 удаляет загрязненный воздух 4 75592011.08.30 из помещения через вытяжной воздуховод, теплообменник 1, испаритель 13 и конденсатор 20 соответственно основного и дополнительного тепловых насосов и выбрасывает его в наружную среду помещения 11. Нормируемая температура в помещении обеспечивается работой дополнительного теплового насоса 18. Теплоносителем в дополнительном тепловом насосе является хладон с температурой кипения -15 С, который находится в жидком состоянии в испарителе 19. Под действием теплоты приточного воздуха хладон в испарителе 19 закипает, и его пары поступают в компрессор 21, приводимый в работу электродвигателем 22, при этом приточный воздух охлаждается, и охлажденный воздух вентилятором 7 подается в помещение 11. На выходе компрессора 21 пары хладона имеют высокое давление, температуру около 60 С и поступают в конденсатор 20, где конденсируются, отдавая теплоту воздуху, удаляемому из помещения 11 вентилятором 8. Из конденсатора 20 жидкий хладон высокого давления с температурой около 60 С проходит через термовентиль 23, благодаря которому давление фреона резко понижается и понижается его температура до -20 С. При этом жидкий фреон поступает в испаритель 19,после чего процесс отбора теплоты от приточного воздуха и передачи ее воздуху, удаляемому из помещения 11, повторяется. Эффективность работы теплового насоса состоит в том, что при мощности электродвигателя компрессора в 1 кВт отбирается 34 кВт теплоты от приточного воздуха, подаваемого в помещение вентилятором 7. Таким образом, в процессе работы заявляемой отопительно-вентиляционной системы помещения происходит достижение поставленной технической задачи расширение функциональных возможностей системы путем использования ее не только для снижения затрат тепловой энергии на поддержание нормируемой температуры воздушной среды помещения, но и для поддержания нормируемой температуры помещения в переходный период года благодаря оборудованию системы дополнительным тепловым насосом, воздухозаборной камерой приточного воздуха, размещению испарителя и конденсатора теплового насоса соответственно в воздухозаборной камере и дополнительно в собирающем коллекторе теплого воздуха теплообменника и присоединению воздухозаборной камеры дополнительно к приточному вентилятору. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5