Устройство для системы кондиционирования воздуха, содержащее средство регенерации тепла и средство подвода дополнительного нагрева и охлаждения

 

Настоящее изобретение относится к устройствам, применяемым в системах кондиционирования воздуха. Устройство содержит средства для передачи отработанного воздуха и поступающего воздуха через систему кондиционирования воздуха, устройство для регенерации тепла, имеющее, по меньшей мере, две ступени, и средство для ввода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух. Для увеличения теплопередачи средства ввода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух содержат, по меньшей мере, одно нагревательное устройство или охлаждающее устройство, расположенное между ступенями устройства для регенерации тепла в потоке отработанного воздуха или потоке отдельного воздуха, приспособленное для изменения температуры отработанного воздуха и, следовательно, для влияния на температуру поступающего воздуха косвенно через устройство для регенерации тепла. Техническим результатом является высокая регенерация основного тепла и высокая степень использования всей тепловой энергии на стадии нагрева и/или охлаждения. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Настоящее изобретение относится к устройству, применяемому в соединении с системой кондиционирования воздуха, содержащему средство передачи отработанного и поступающего воздуха через систему кондиционирования воздуха, средство регенерации тепла, имеющее, по меньшей мере, две ступени, и средство подвода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух.

В настоящее время устройства такого типа являются обычными в решениях кондиционирования воздуха для зданий. Энергия передается от воздуха воздуху, в основном, косвенно через теплообменники. Современные системы вентиляции оснащены, почти все без исключения, средствами регенерации тепла. Также на рынок все больше и больше вводят косвенное испарительное охлаждение. При таком охлаждении отработанный воздух охлаждается путем его увлажнения, после чего температурный эффект будет передаваться через ступень регенерации тепла поступающему воздуху, который охлаждается. Устройством для регенерации тепла может быть пластинчатый теплообменник, ротор, комбинация радиаторов, работающих с текучей средой, или тепловой насос в зависимости от требований гигиены, технических требований и решений проблем пространства.

Известно устройство для системы кондиционирования воздуха, содержащее средство передачи отработанного воздуха и поступающего воздуха через систему кондиционирования воздуха, устройство для регенерации тепла, имеющее, по меньшей мере, две ступени, и средство для ввода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух (SU 1474389 A1, F 24 F 5/00, 23.04.89).

Однако, несмотря на хорошую эффективность устройств для регенерации тепла, в системах вентиляции требуется обычно дополнительное тепло, чтобы температура поступающего воздуха не была слишком низкой, особенно, если количество энергии, передаваемой от отработанного воздуха, должно быть ограничено из-за замораживания отработанного воздуха. Обычно в поступающий воздух вводят дополнительное тепло после устройства регенерации тепла с водяным радиатором или электрическим нагревателем. Однако использование электрической энергии для подогрева воздуха находится под вопросом и в будущем эта тенденция будет возрастать. Сторона отработанного воздуха в устройствах для регенерации тепла становится покрытой инеем, когда влага в отработанном воздухе конденсируется на поверхности устройства для регенерации тепла, если поверхностная температура устройства для регенерации тепла ниже нуля. В зависимости от относительной влажности отработанного воздуха это будет происходить, когда наружная температура будет равна - 15^oC или ниже. Например, размораживание пластинчатого теплообменника происходит таким образом, что часть поступающего воздуха передается мимо пластинчатого теплообменника или не допускается, в свою очередь, вход поступающего воздуха в различные секции теплообменника, что позволяет теплому отработанному воздуху размораживать замороженные участки. Во время стадии размораживания эффективность регенерации тепла будет ухудшаться. Операция по замораживанию и размораживанию дополнительного нагревательного радиатора требует применения специальных автоматических механизмов и также электромеханических устройств, чтобы могла быть реализована эта операция.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, с которым можно устранить недостатки известных устройств, достичь эффективного использования всей тепловой энергии процесса и исключить риск замораживания при упрощении устройства и снижении расхода энергии.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для системы кондиционирования воздуха, содержащем средства передачи отработанного и поступающего воздуха через систему кондиционирования воздуха, устройство для регенерации тепла, имеющее, по меньшей мере, две ступени, и средства для ввода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух, согласно изобретению средства для ввода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух содержат, по меньшей мере, одно нагревательное устройство и/или охлаждающее устройство или комбинированное нагревательное-охлаждающее устройство, расположенное между ступенями устройства для регенерации тепла в потоке отработанного воздуха или в потоке отдельного воздуха, которое приспособлено для изменения температуры отработанного воздуха и, следовательно, для воздействия на температуру поступающего воздуха косвенно через устройство регенерации тепла.

Устройство может содержать средства для передачи воздуха мимо устройства регенерации тепла для отработанного воздуха, поступающего воздуха, отдельного воздуха или отработанного и поступающего воздуха. Устройство также содержит, по меньшей мере, одно нагревательное или охлаждающее средство, установленное в потоке поступающего воздуха, сторона жидкости которого соединена последовательно с нагревательным и/или охлаждающим устройством, установленным в потоке отработанного воздуха или потоке отдельного воздуха, причем вместе они приспособлены для создания косвенного и прямого эффекта на температуру поступающего воздуха. Устройство может содержать, по меньшей мере, одно устройство, потребляющее тепловую энергию, и/или устройство, отдающее тепло, которые соединены последовательно, в одном контуре для циркуляции жидкости, по меньшей мере, с одним нагревательным или охлаждающим устройством вверх по течению от нагревательного и/или охлаждающего устройства в направлении потока жидкости, и, по меньшей мере, один увлажнитель для охлаждения воздуха установлен в потоке отработанного воздуха или потоке отдельного воздуха. Нагревательное и/или охлаждающее устройство установлено в обводном трубопроводе, который может закрываться отдельно.

В первую очередь, преимуществом настоящего изобретения является хорошая эффективность регенерации основного тепла и очень высокая степень использования всей тепловой энергии на стадии нагрева и/или охлаждения. Кроме того, в целом такое техническое решение является недорогостоящим, легко реализуемым на практике, и оно потребляет мало электроэнергии. Хорошая степень использования тепловой энергии на стадии нагрева основана на применении дешевой тепловой энергии, например отходящее тепло или тепло от конденсации, которое может даже ничего не стоить, если его нельзя регенерировать любым другим способом. Малое потребление электроэнергии основано на том факте, что на всех стадиях, поверхности радиатора используются эффективно, и, таким образом, поток воздуха не включает в себя компоненты, создающие дополнительное сопротивление воздуху. Пластинчатый теплообменник не снабжен жидкостным насосом, потребляющим электроэнергию. Обычные компоненты, присутствующие в потоках поступающего и отработанного воздуха, могут успешно дополнять результат. Зимой поток поступающего воздуха проходит через первую ступень теплообменника и нагревается отработанным воздухом, после этого он передается на следующие ступени регенерации тепла, на которых температура достигает основного уровня, который может быть достаточным как таковой. Если он не достаточен, в случае нагрева воздуха, поступающий воздух проходит через дополнительный нагревательный радиатор. Поскольку дополнительный нагревательный радиатор соединен последовательно с радиатором для нагрева воздуха, они могут иметь общую схему управления.

Летом поток поступающего воздуха может обходить теплообменники по обводному пути, например, если не требуется изменять состояние. Если в системе предусмотрено охлаждение с увлажнением отработанного воздуха, то поступающий воздух охлаждается ступенчато во время его прохождения через ступени регенерации тепла. Если температура недостаточно низкая, можно обеспечить поток поступающего воздуха с помощью охлаждающего радиатора.

Зимой поток отработанного воздуха проходит сначала через последнюю ступень регенерации тепла на сторону поступающего воздуха, что будет уменьшать температуру отработанного воздуха. После этого радиатор в потоке отработанного воздуха будет нагревать отработанный воздух до его прохождения на следующую ступень регенерации тепла, отдавая его дополнительную тепловую энергию и возможно тепловую энергию, оставшуюся с предшествующей ступени, или часть ее поступающему воздуху через устройство регенерации тепла.

Летом поток отработанного воздуха можно охлаждать путем его увлажнения либо на одной ступени в соединении со ступенями регенерации тепла, либо в отдельных увлажнителях в направлении потока отработанного воздуха со ступеней регенерации тепла. Если этого недостаточно, то в качестве охлаждающего радиатора можно использовать нагревательный радиатор, установленный в потоке отработанного воздуха. Дополнительную энергию можно получить путем обеспечения потока поступающего воздуха с помощью или отдельного охлаждающего радиатора или комбинированного нагревательного и охлаждающего радиатора, последовательно соединенного с радиатором в направлении потока отработанного воздуха.

Существенным отличием от обычной работы является то, что температура дополнительной энергии может быть на более низком уровне, поскольку при нормальной работе не существует риска замораживания, при этом разность температур нагретой среды и среды, отдающей тепло, может все же иметь преимущество. С обычным устройством температура нагревающей среды во впускной трубе не может быть ниже 30-40^oC, которая является нормальной температурой воды, когда вентиляция прекращается. Как правило, расчетная температура для нормального применения составляет +60^oC внутри и +40^oC снаружи. Согласно настоящему изобретению можно применять источник энергии, имеющий температуру, например, +25^oC, в этом случае соответствующими температурами могут быть +25^oC внутри и +20^oC снаружи, поскольку целью является нагрев отработанного воздуха, имеющего температуру выше 0^oC, еще ниже, чем температура воздуха, выходящего из комнаты. В то же время можно упростить автоматику в отношении возможного контроля температуры против замерзания и против образования инея. Также без риска замерзания воды через дополнительный нагревательный радиатор /радиаторы/ могут проходить различные потоки воды.

Далее настоящее изобретение будет объяснено более подробно со ссылкой на конкретные исполнения, показанные на приложенных чертежах, на которых: фиг. 1 - схематический вид сбоку конкретного исполнения устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 2 - схематический вид сбоку второго варианта исполнения устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 3 - схематический вид сбоку третьего варианта исполнения устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 4 - схематический вид сбоку четвертого варианта исполнения устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 5 - схематический вид сбоку пятого варианта исполнения устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 6 - схематический вид сбоку шестого варианта исполнения устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 7 - схематический вид сбоку седьмого варианта исполнения устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 8 - схематический вид сбоку восьмого варианта исполнения устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 9 - схематический вид сбоку альтернативного исполнения устройства с фиг.8;
фиг. 10 - схематический вид сбоку второго варианта альтернативного исполнения устройства с фиг.8;
фиг. 11 - схематический вид сбоку альтернативного исполнения детали устройства согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1 позицией 1 обозначена первая ступень, а позицией 2 - вторая ступень устройства для регенерации тепла в направлении потока поступающего воздуха. Этими ступенями являются пластинчатые теплообменники. Позицией 3 обозначено дополнительное нагревательное устройство, расположенное между ступенями регенерации тепла, например дополнительный нагревательный радиатор, работающий, если это требуется, при низком уровне температуры, например, с отходящим теплом или теплом от конденсации, которое подается в радиатор через трубопроводы 8, предназначенные для обслуживания. Следует отметить, что фиг.1 представляет упрощенную по сравнению с истинной конструкцию, поэтому данный чертеж следует понимать только как символическую иллюстрацию.

Позицией 14 на фиг.1 обозначена рубашка устройства для кондиционирования воздуха, позицией 15 - средство передачи поступающего воздуха, выполненное в виде вентилятора для поступающего воздуха, а позицией 16 - средство передачи отработанного воздуха, выполненное в виде вентилятора для отработанного воздуха или вентилятора для отдельного воздуха. В этом контексте отдельный воздух обозначает другой, а неотработанный воздух от вентиляции, который отдает энергию поступающему воздуху или в котором изменение состояния косвенно влияет на состояние поступающего воздуха. Примером отдельного воздуха может быть наружный воздух или смесь наружного воздуха и внутреннего воздуха. Позицией 17 обозначен возможный фильтр для поступающего воздуха, а позицией 18 - возможный фильтр для отработанного воздуха соответственно. Позицией 19 - возможная заслонка для поступающего воздуха, а позицией 20 - возможная заслонка для отработанного воздуха, которые могут содержать средства (15, 16) передачи воздуха. Помимо этих деталей устройство может быть оснащено обычными элементами, например средством смешения воздуха, электрическим оборудованием и т.п.

Фиг. 1 четко показывает основную идею настоящего изобретения, т.е. то, что средство для ввода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух содержит, по меньшей мере, одно нагревательное устройство или охлаждающее устройство 3, расположенное между ступенями 1, 2 устройства для регенерации тепла в потоке отработанного воздуха или потоке отдельного воздуха, приспособленное для изменения температуры отработанного воздуха и, следовательно, для воздействия на температуру поступающего воздуха косвенно через устройство регенерации тепла.

Фиг. 1 также показывает один возможный вариант исполнения. Позиция 27 определяет устройство, потребляющее тепловую энергию, а позиция 28 - устройство, отдающее тепло соответственно. Устройство 27, потребляющее тепловую энергию, и/или устройство 28, отдающее тепло, предпочтительно соединены с одним контуром для жидкости, последовательно соединенным с нагревательным или охлаждающим устройством 3 и далее в точке вверх по течению от нагревательного или охлаждающего устройства 3 в направлении потока жидкости.

Вариант исполнения на фиг. 2 показывает устройство для регенерации тепла, где позициями 1 и 2 обозначены ступени устройства для регенерации тепла, позицией 3 - дополнительный нагревательный радиатор и позицией 8 - вспомогательные трубопроводы. Средства для передачи воздуха мимо устройства для регенерации тепла могут быть выполнены в виде системы 13, обводных трубопроводов для потока воздуха, в которой заслонка 12 регулирует поток воздуха. Заслонку 12 можно использовать в летних условиях, например, когда не требуется передавать тепловую энергию поступающему воздуху.

Фиг. 3 показывает ступени 1 и 2 устройства для регенерации тепла и радиатор 3 для подогрева воздуха, который расположен между ступенями регенерации тепла в потоке отработанного воздуха. Нагревательное или охлаждающее средство в виде нагревательного радиатора 4 в потоке поступающего воздуха; при этом трубопровод 9 на стороне жидкости этого радиатора соединен последовательно с нагревательным радиатором 3, влияющим косвенно на температуру поступающего воздуха. Оба радиатора могут, например, управляться одной общей автоматической цепью управления. В этом варианте исполнения радиатор 3 косвенно влияет на поток поступающего воздуха через устройство регенерации тепла, а радиатор 4 влияет на него непосредственно, поскольку он расположен в потоке поступающего воздуха.

Фиг. 4 показывает устройство согласно фиг.1, в которое включен увлажнитель 5 для отработанного воздуха. Этим увлажнителем может быть отдельный увлажнитель, сопло для увлажнения, либо устройство для регенерации тепла при условии оснащения средством для увлажнения воздуха. Можно дублировать такое техническое решение в соединении с каждой ступенью устройства для регенерации тепла или вверх по течению от устройства для регенерации тепла в направлении потока отработанного воздуха.

Очевидно, что устройства 27 и 28 можно также включить в варианты исполнения на фиг.2-4, как показано на фиг.1.

Фиг.5 показывает устройство согласно фиг.4, в котором дополнительный нагревательный радиатор 6 имеет две функции, т.е. нагрев и охлаждение. Эти функции могут осуществляться с одним радиатором 6.

Фиг. 6 показывает две ступени 1 и 2 устройства для регенерации тепла и увлажнитель 5. Нагревательное или охлаждающее устройство в виде комбинированного радиатора 6, способного нагревать и охлаждать, соединено операционно, т.е. на стороне жидкости, с трубами 11, соединенными последовательно со вторым нагревательным или охлаждающим средством в виде комбинированного радиатора 7, установленного в потоке поступающего воздуха. Благодаря этой конструкции можно усилить эффект ступеней нагрева и охлаждения. В этом варианте исполнения радиатор 6 косвенно влияет на поток поступающего воздуха через устройство регенерации тепла, а радиатор 7 воздействует непосредственно вследствие того, что он расположен в направлении потока поступающего воздуха.

Фиг.7 показывает основную идею решения, представленного на фиг.1, реализуемую с вращающимися секциями для регенерации тепла, обозначенными в позициях 21 и 22. Соответствующим образом можно осуществить другие рабочие альтернативы. Радиатор 3 установлен в потоке отработанного воздуха.

Фиг. 8 показывает соответственно основную идею решения, представленного на фиг.1, реализуемую с радиатором, применяющим некую среду. Радиаторы, установленные в потоке поступающего воздуха, обозначены позициями 22 и 24, а радиаторы, расположенные в потоке отработанного воздуха, обозначены соответственно позициями 25 и 26.

Что касается решения, представленного на фиг.8, то можно указать, что особенно предпочтительное исполнение достигается при последовательном соединении радиаторов 23-26 в одном циркуляционном контуре по принципу противотока, как показано на фиг.9. Также, например, радиаторы 23 и 24 можно объединить в радиатор 234, а радиаторы 25 и 26 могут быть отдельными, как показано на фиг. 10. Естественно, что этот вариант конструкции можно также выполнить наоборот.

Нагревательное и/или охлаждающее устройство 3 можно также установить в обводном трубопроводе 110, как показано на фиг. 11. Фиг. 11 базируется на фиг. 8. Фиг.11 показывает только радиаторы 25, 26 на стороне отработанного воздуха, в других отношениях конструкция, показанная на фиг. 11, соответствует конструкции на Фигуре 8. В этом варианте исполнения поток воздуха может направляться перегородкой 111 для прохождения его через обводной трубопровод 110, нагревательное устройство 3 или прямо таким путем, чтобы воздух не проходил в обводной трубопровод 110, а мимо нагревательного устройства 3. Также можно изготовить конструкцию так, чтобы один из радиаторов устройства для регенерации тепла мог быть обводным. Эта деталь также показана на фиг. 11, на которой позицией 112 обозначена вторая перегородка, которая может поворачиваться в положения, показанные на этой фигуре, позволяя направлять поток воздуха требуемым образом. фиг.11 показывает, при помощи стрелок, различные возможности для потока воздуха.

Устройства 27 и 28, согласно фиг. 1, могут быть также включены в варианты исполнения, показанные на фиг.5-8, как было объяснено в отношении фиг. 1.

Упомянуты примеры исполнения не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение, поскольку настоящее изобретение можно модифицировать с полной свободой в объеме формулы изобретения. Понятно, что устройство согласно настоящему изобретению или его детали необязательно должны быть точно такими, как показано на чертежах, поскольку также возможны другие технические решения. Например, следует отметить, что даже если чертежи представляют решения, в которых один радиатор расположен между ступенями регенерации тепла, а другой радиатор установлен в потоке поступающего воздуха, это не является единственной возможностью, так как в этих точках можно применять больше радиаторов. Даже если чертежи показывают в основном варианты исполнения с пластинчатым теплообменником, настоящее изобретение хорошо подходит для другого оборудования, указанного выше, или для комбинаций такого оборудования.

Формула изобретения

1. Устройство для системы кондиционирования воздуха, содержащее средства передачи отработанного и поступающего воздуха через систему кондиционирования воздуха, устройство для регенерации тепла, имеющее, по меньшей мере, две ступени и средство для ввода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух, отличающееся тем, что средства для ввода дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в поступающий воздух содержат, по меньшей мере, одно нагревательное устройство и/или охлаждающее устройство или комбинированное нагревательное-охлаждающее устройство, расположенное между ступенями устройства для регенерации тепла в потоке отработанного воздуха или в потоке отдельного воздуха, которое приспособлено для изменения температуры отработанного воздуха и, следовательно, для воздействия на температуру поступающего воздуха косвенно через устройство регенерации тепла.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит средства для передачи воздуха мимо устройства регенерации тепла для отработанного воздуха, поступающего воздуха, отдельного воздуха или отработанного и поступающего воздуха.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, одно нагревательное или охлаждающее средство, установленное в потоке поступающего воздуха, сторона жидкости которого соединена последовательно с нагревательным и/или охлаждающим устройством, установленным в потоке отработанного воздуха или потоке отдельного воздуха, причем вместе они приспособлены для создания косвенного и прямого эффекта на температуру поступающего воздуха.

4. Устройство по любому из предшествующих пп.1 - 3, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, одно устройство, потребляющее тепловую энергию, и/или устройство, отдающее тепло, которые соединены последовательно, в одном контуре для циркуляции жидкости, по меньшей мере, с одним нагревательным или охлаждающим устройством вверх по течению от нагревательного и/или охлаждающего устройства в направлении потока жидкости.

5. Устройство по любому из предшествующих пп.1 - 4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один увлажнитель для охлаждения воздуха установлен в потоке отработанного воздуха или потоке отдельного воздуха.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательное и/или охлаждающее устройство установлено в обводном трубопроводе, который может закрываться отдельно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11