Способ и устройство отопления и кондиционирования здания

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а более конкретно, к способу и устройству для отопления и кондиционирования помещений здания в широком диапазоне температур наружного воздуха. Технический результат: снижение капитальных затрат, экономия топлива, повышение эффективности и надежности круглогодичной работы систем отопления и кондиционирования здания в районах с низкими температурами наружного воздуха. В способе отопления и кондиционирования здания путем использования теплоисточников и тепловых насосов, содержащем внутренние и наружные блоки, наружные блоки тепловых насосов размещают в помещениях, отапливаемых теплоисточниками, а внутренние блоки размещают в кондиционируемых помещениях. Автоматически поддерживают нормируемую температуру воздуха во всех помещениях путем передачи тепла из помещений, которые отапливают теплоисточниками, в кондиционируемые помещения посредством внутренних блоков тепловых насосов. В случае теплоизбытков в кондиционируемых помещениях, например, в летний период, внутренние блоки автоматически переключают в режим охлаждения, а отводимое ими тепло передают при необходимости в другие кондиционируемые помещения или тепло передают через наружные блоки в помещения с наружными блоками, обеспечивая уменьшение нагрузки на теплоисточники и снижая расход топлива и/или электроэнергии, причем в помещениях с наружными блоками в летний период поддерживают оптимальную температуру путем применения системы вентиляции с регулируемой кратностью воздухообмена с помощью воздушных автоматических клапанов, степень открытия которых изменяют в зависимости от температуры наружного воздуха, что позволяет использовать тепловые насосы для отопления здания за счет теплоты окружающей среды. Способ реализуют в устройстве для отопления и кондиционирования здания включающем в себя теплоисточники, отопительные приборы, теплопроводы и тепловые насосы, содержащие внутренние и наружные блоки. Внутренние блоки тепловых насосов размещены в кондиционируемых помещениях, а наружные блоки тепловых насосов размещены в помещениях, имеющих снабженные регуляторами температуры внутреннего воздуха отопительные приборы, соединенные теплопроводами с теплоисточниками, и/или теплогенераторы с терморегуляторами, работающие на углеводородных видах топлива или на электроэнергии. Помещения, в которых размещены наружные блоки тепловых насосов, оборудованы системами вентиляции, которые дополнительно снабжены устройствами регулирования кратности воздухообмена, состоящими из воздушных автоматических клапанов с приводами пропорционального или позиционного действия, соединенными с блоком управления и датчиками температуры внутреннего и наружного воздуха. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а более конкретно, к способу и устройству для отопления и кондиционирования помещений здания. Изобретение предназначено для обеспечения круглогодичного поддержания нормируемых метеорологических условий в обслуживаемой зоне помещений жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий предприятий в районах Арктики, Антарктиды, крайнего Севера и в районах с резко континентальным климатом.

Приоритетными областями применения изобретения являются расположенные и проектируемые в Артике и Антарктиде, в районах крайнего Севера и Дальнего Востока предприятия добывающих, промысловых, перерабатывающих, научных и оборонных организаций, министерств и ведомств. Вместе с тем, изобретение может использоваться с высоким экономическим эффектом и в районах с умеренным климатом.

Известны традиционные способы отопления жилых, общественных и административно-бытовых зданий и производственных предприятий, основанные на применении теплоисточников, например, отопительных котлов, использующих в качестве источника энергии углеводородные энергоносители, такие как газ, дизельное или твердое топливо, или теплогенераторов, работающих на электроэнергии или на углеводородных видах топлива.

Также известны традиционные устройства отопления здания, включающие в себя теплоисточники, отопительные приборы, например, водяные батареи, и связывающие их в отопительную систему теплопроводы (СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»).

Недостатком традиционного способа отопления и устройств для его осуществления являются высокие капитальные и эксплуатационные расходы, высокий расход топлива и большая металлоемкость.

Из уровня техники известен способ отопления и кондиционирования помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий и производственных предприятий, основанные на применении тепловых насосов, например, мультизональной системы кондиционирования с переменным расходом хладагента (VRF) на основе паровой компрессионной холодильной машины с наружным блоком, через который пропускают наружный воздух, и несколькими внутренними блоками, обеспечивающий рекуперацию тепла при одновременной работе части внутренних блоков на охлаждение, а другой части - на нагрев в режиме теплового насоса (С.В. Брух, "Обоснованный выбор трехтрубных VRF-систем кондиционирования", Сантехника Отопление Кондиционирование, №5, 2004 г.). Имеется информация о предлагаемых на рынке VRF-системах (http://www.fuji.su/catalog/12.php). В системах такого типа в результате переноса тепла (рекуперации) из кондиционируемых охлаждаемых помещений в кондиционируемые обогреваемые помещения происходит значительное снижение энергозатрат. Однако известные тепловые насосы, в частности мультизональные системы кондиционирования, имеют серьезный недостаток: их эффективность снижается с понижением температуры наружного воздуха, а при температурах наружного воздуха ниже минус 20°С они становятся неработоспособными.

Известен способ одновременного нагрева и охлаждения помещений путем запуска аккумулятором электрической энергии, коммутатора, емкостного конвертера теплоты в электрическую энергию и теплового насоса, при котором осуществляют энергетическое замыкание теплоты посредством конденсаторного преобразователя, а также тем, что при работе в режиме нагрева емкостный конвертер перемещают вне обогреваемого помещения. (RU 2.326.289 «Способ и устройство обогрева и охлаждения теплотой окружающей среды на основе явлений самоорганизации», МПК F24D 15/04, опубл. 10.06.2008).

Однако недостатком этого способа является конструктивная сложность, обусловленная, прежде всего, необходимостью перемещения емкостного конвертера в режиме нагрева вне обогреваемого помещения.

Известен также способ работы системы кондиционирования, выполненной по схеме мультизональной системы кондиционирования на основе паровой компрессионной холодильной машины с наружным блоком, через который пропускают наружный воздух, и внутренними блоками, включающий рекуперацию тепла при одновременной работе части внутренних блоков на охлаждение в режиме кондиционирования, а другой части - на нагрев в режиме теплового насоса, при котором поддерживают температуру воздуха на входе в наружный блок путем перепуска части выходящего из наружного блока отработанного воздуха на вход в наружный блок и смешения с наружным воздухом. При этом наружные блоки снабжают дополнительно двухкамерными теплоизолирующими кожухами с перепускным каналом, регулируемыми заслонками, датчиками температуры воздуха, нагревательными элементами (Патент RU 2395041, «Способ работы мультизональной системы кондиционирования и мультизональная система кондиционирования», МПК F24F 12/00, опубл. 20.07.2010). По числу совпадающих существенных признаков данный способ является прототипом технического решения по предлагаемому изобретению.

Недостатком известного способа является необходимость оснащения серийно выпускаемых установок кондиционирования дополнительными устройствами, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты.

Другим недостатком прототипа, как и всех известных мультизональных систем кондиционирования воздуха, является невозможность запуска при очень низких температурах без дополнительных устройств и фиксированный предел низких температур (например, не ниже минус 50°С), в котором гарантируется непрерывная работа системы.

Технической задачей предлагаемого способа является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом является обеспечение кондиционирования помещений в широком диапазоне температур окружающего воздух, включая низкие отрицательные температуры до значений в несколько десятков градусов Цельсия.

Решение поставленной технической задачи и достижение требуемого результата обеспечиваются тем, что в способе отопления и кондиционирования здания путем использования теплоисточников и тепловых насосов, содержащих внутренние и наружные блоки, наружные блоки тепловых насосов размещают в помещениях, отапливаемых теплоисточниками, а внутренние блоки размещают в кондиционируемых помещениях, автоматически поддерживают нормируемую температуру воздуха во всех помещениях путем передачи тепла из помещений, которые отапливают теплоисточниками, в кондиционируемые помещения посредством внутренних блоков тепловых насосов, а в случае теплоизбытков в кондиционируемых помещениях, например, в летний период, внутренние блоки автоматически переключают в режим охлаждения, а отводимое ими тепло передают при необходимости в другие кондиционируемые помещения или тепло передают через наружные блоки в помещения с наружными блоками, обеспечивая уменьшение нагрузки на теплоисточники и снижая расход топлива и/или электроэнергии. В помещениях с наружными блоками в летний период поддерживают оптимальную температуру путем применения системы вентиляции с регулируемой кратностью воздухообмена с помощью воздушных автоматических клапанов, степень открытия которых изменяют в зависимости от температуры наружного воздуха, что позволяет использовать тепловые насосы для отопления здания за счет теплоты окружающей среды.

Известна мультизональная система кондиционирования с рекуперацией тепла на основе паровой компрессионной холодильной машины, включающая наружный блок с воздушным теплообменником, к которому через устройства переключения режимов подключены внутренние блоки с возможностью одновременной работы в различных помещениях на охлаждение и на нагрев - в режиме теплового насоса. Наружный блок с воздушным теплообменником размещен в кожухе с образованием входной и выходной камер и перепускного канала. Во входном и выходном окнах кожуха и в перепускном канале установлены регулируемые заслонки, а во входной и выходной камерах установлены датчики температуры воздуха, подключенные к входу блока управления, выход которого связан с исполнительными механизмами заслонок. (Патент RU 2395041, «Способ работы мультизональной системы кондиционирования и мультизональная система кондиционирования», МПК F24F 12/00, опубл. 20.07.2010).

Недостатком известной системы является то, что она не предназначена для обеспечения кондиционирования помещений при температурах ниже - 30°С.

Технической задачей изобретения является преодоление указанного недостатка.

Технический результат изобретения заключается в создании конструктивно простой системы кондиционирования помещений, обеспечивающий эффективное использование энергии для целей кондиционирования помещений, как при положительных значениях температуры наружного воздуха, так и при отрицательных температурах наружного воздуха ниже - 30°С.

Причиной целесообразности использования предлагаемого способа отопления и кондиционирования здания и предлагаемого устройства отопления и кондиционирования здания является потребность в оснащении надежными и экономичными системами отопления и кондиционирования капитальных объектов научных, добывающих, промысловых, перерабатывающих и оборонных отраслей промышленности в районах Арктики и Антарктиды, включая районы с рекордно низкими температурами: которому через устройства переключения режимов подключены внутренние блоки с возможностью одновременной работы в различных помещениях на охлаждение и на нагрев - в режиме теплового насоса. Наружный блок с воздушным теплообменником размещен в кожухе с образованием входной и выходной камер и перепускного канала. Во входном и выходном окнах кожуха и в перепускном канале установлены регулируемые заслонки, а во входной и выходной камерах установлены датчики температуры воздуха, подключенные к входу блока управления, выход которого связан с исполнительными механизмами заслонок. (Патент RU 2395041, «Способ работы мультизональной системы кондиционирования и мультизональная система кондиционирования», МПК F24F 12/00, опубл. 20.07.2010).

Недостатком известной системы является то, что она не предназначена для обеспечения кондиционирования помещений при температурах ниже - 30°C.

Технической задачей изобретения является преодоление указанного недостатка.

Технический результат изобретения заключается в создании конструктивно простой системы кондиционирования помещений, обеспечивающий эффективное использование энергии для целей кондиционирования помещений, как при положительных значениях температуры наружного воздуха, так и при отрицательных температурах наружного воздуха ниже - 30°C.

Техническая задача и результат достигаются в результате того, что в устройстве отопления и кондиционирования здания, включающем в себя теплоисточники, отопительные приборы, теплопроводы и тепловые насосы, содержащие внутренние и наружные блоки, внутренние блоки тепловых насосов размещены в кондиционируемых помещениях, а наружные блоки тепловых насосов размещены в помещениях, имеющих отопительные приборы, соединенные теплопроводами с теплоисточниками, и/или теплогенераторы, работающие на углеводородных видах топлива или на электроэнергии, причем, помещения, в которых размещены наружные блоки тепловых насосов, оборудованы системами вентиляции, которые дополнены устройствами регулирования кратности воздухообмена, состоящими из воздушных автоматических клапанов с приводами пропорционального или позиционного действия, соединенными с блоком управления и датчиками температуры внутреннего и наружного воздуха.

Причиной целесообразности использования предлагаемого способа отопления и кондиционирования здания и предлагаемого устройства отопления и кондиционирования здания является потребность в оснащении надежными и экономичными системами отопления и кондиционирования капитальных объектов научных, добывающих, промысловых, перерабатывающих и оборонных отраслей промышленности в районах Арктики и Антарктиды, включая районы с рекордно низкими температурами: Сибирь (Верхоянск, минус 67,7°C); Антарктида (Станция Восток, минус 89,2°C); Гренландия (Нортайс, минус 66,1°C). Приоритетными областями применения изобретения являются жилые, общественные, административно-бытовые и производственные здания предприятий, расположенные в Артике и Антарктиде, в районах крайнего Севера и Дальнего Востока. Такие здания содержат помещения с отрицательным и положительным тепловым балансом. К числу последних относятся помещения пищеблока, центры обработки данных (ЦОД), серверные, IT-офисы, производственные помещения.

Достоинствами заявляемого способа и устройства отопления и кондиционирования здания являются:

- надежность запуска и эксплуатации при любых низких температурах наружного воздуха систем кондиционирования воздуха, обеспечивающих использование отводимого избыточного тепла из одних помещений для отопления других помещений, а также позволяющих отапливать помещения за счет теплоты наружного воздуха (режим теплового насоса),

- снижение капитальных и эксплуатационных затрат на отопление здания за счет приоритетного использования внутренних блоков систем кондиционирования воздуха в качестве отопительных приборов и исключения необходимости применения традиционной системы водяного отопления здания,

- снижение капитальных и эксплуатационных затрат за счет использования систем кондиционирования воздуха в штатном исполнении без дополнительных средств обеспечения их работоспособности при любых низких температурах наружного воздуха,

- снижение расхода топлива за счет эффективной рекуперации внутренних источников тепла и использования тепла наружного воздуха.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой на фигуре.

В кондиционируемых (отапливаемых и/или охлаждаемых) помещениях 1 размещены внутренние блоки 2 и распределительные блоки 3 мультизональных установок кондиционирования воздуха типа VRF. Наружные блоки 4 этих установок размещены в машинном зале 5, который имеет общие со зданием наружные стены 6 (теплозащитные ограждения) и разделяющие помещения здания внутренние стены (перегородки) 7. Приточно-вытяжные вентиляционные установки 8 имеют секцию подогрева наружного воздуха 9. Корпус вентиляционной установки 8 снабжен воздухозаборной и выбросной решетками 10. Установка 8 через приточный воздуховод 11 подключена к системе приточных воздухораспределителей 12. Установка 8 также через к вытяжной воздуховод 13 подключена к системе вытяжных воздухораспределителей 14, которые размещены в кондиционируемых помещениях 1. В машинном зале 5 размещен отопительный котел 15, который может работать на газообразном, жидком или твердом топливе. Циркуляция промежуточного теплоносителя по теплопроводу 16 обеспечивается насосом 17. В циркуляционный контур промежуточного теплоносителя, содержащий котел 15, теплопровод 16 насос 17 и секцию 9, параллельно подключен воздухонагреватель 18, снабженный вентилятором. Кроме того, в машинном отделении 5 установлен автономный теплогенератор (воздухонагреватель) 19, работающий на электроэнергии. В наружных стенах 6 машинного зала 5 размещены регулируемые автоматические воздушные клапаны 20, имеющие приводы пропорционального или позиционного действия, которые соединены с блоком управления и датчиками температуры внутреннего и наружного воздуха.

Установка, работающая по предлагаемому способу, функционирует следующим образом.

Во время отопительного сезона (холодный период года) в машинном зале 5 поддерживают автоматически нормируемую температуру воздуха, например, 20-22°C по СанПиН 2.1.2.1002-00. 2.1.2. (ред. от 21.08.2007) за счет работы воздухонагревателей 18 и 19. Теплоисточниками энергии для здания могут быть:

- отопительный котел или котлы 15, использующие углеводородные теплоносители; дизельные электрогенераторы;

- внешние источники тепловой и электрической энергии, такие, как теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), гидроэлектростанция (ГЭС);

- ветряная электростанция (ВЭС);

- плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) или передвижная атомная электростанция АЭС.

Приточно-вытяжные установки 8 подают в помещения 1 наружный воздух после его обработки и подогрева до нормируемой температуры и удаляют отработанный воздух из этих помещений. Помещения 1 отапливают с помощью работающих автоматически внутренних блоков 2 тепловых насосов (трехтрубных мультизональных установок кондиционирования). В случае внутренних теплоизбытков в помещениях 1, например, в помещениях с коммутационными стойками, внутренние блоки 2 автоматически переключают в режим охлаждения, а отводимое ими тепло передают в другие кондиционируемые помещения, нуждающиеся в отоплении, или тепло передают в помещения с наружными блоками, вследствие чего снижается тепловая нагрузка на теплоисточники и снижается расход топлива и/или электроэнергии.

Надежность запуска и работы наружных блоков 4 обеспечивают поддержанием нормируемой температуры воздуха в машинном зале 5. Помещение с наружными блоками оборудовано системой естественной вентиляции, дополненной устройством для регулирования кратности воздухообмена, которое состоит из автоматизированных воздушных клапанов 20 с приводом пропорционального или позиционного действия, установленных в наружных стенах 6 машинного зала, и блока управления, соединенного с датчиками температуры внутреннего и наружного воздуха. Во время отопительного периода при низких температурах наружного воздуха воздушные клапаны 20 автоматически устанавливают минимальную степень открытия, достаточную для обеспечения необходимой по СНиП кратности воздухообмена, исходя из потребностей людей и теплоисточников.

Во время летнего сезона (теплый период года) при положительных температурах наружного воздуха продолжают поддерживать нормируемую для летнего сезона температуру воздуха внутри машинного зала за счет работы воздухонагревателей 18 и 19. При снижении тепловой нагрузки на воздухонагреватели в летний период до нуля и при повышении температуры наружного воздуха до нормируемой температуры внутреннего воздуха открывают воздушные клапаны 20 на степень открытия, достаточную для обеспечения необходимой кратности воздухообмена, исходя из потребностей людей и наружных блоков тепловых насосов.

При открытых воздушных клапанах 20 и положительной температуре наружного воздуха требуемую температуру в помещениях 1 поддерживают с помощью внутренних блоков 2, работающих автоматически, причем, теплоизбытки из помещений автоматически отводят в машинный зал 5 и далее через воздушные капаны 20 наружу в окружающую среду. При этом в случае необходимости, отопление какого-либо из помещений 1 в летний период осуществляют рекуперацией - переносом тепла из охлаждаемых помещений в отапливаемые помещения.

Пример оценки эффективности использования предлагаемого способа и устройства применительно к проекту многофункционального здания, которое проектируется для строительства в районе материковой части населенного пункта Диксон Таймырского АО.

Исходные данные.

Здание 4-х этажное, площадь застройки 8000 кв.м, класс А энергетической эффективности зданий (приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций: стены 5,6 и покрытия 8,2 м²⋅°C/Вт). Здание включает в себя административные, учебные, спортивные и жилые помещения, универсальные залы, обеденные залы, помещения пищеблока, включая горячий цех и холодильные продуктовые камеры, серверные, центр хранения и обработки данных (ЦХОД), центр управления (ЦУП), складские и производственные помещения, машинные залы, гаражи, мастерские и другие помещения.

Климатические параметры холодного периода года по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»: температура воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 равна минус 45°C, абсолютная минимальная температура воздуха равна минус 49°C, средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца плюс 7,7°C, продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха не выше 8°C равна 365 суток при средней температуре воздуха минус 11,4°C, зона влажности нормальная.

Продолжительность отопительного периода в градусосутках равна 11461, отопительный сезон длится 365 суток. Температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,98 равна минус 42°C.

Здание обладает мощными внутренними источниками низкопотенциальной тепловой энергии, которые распределены по зданию неравномерно. К непрерывно работающим источникам тепла относятся телекоммуникационные стойки ЦХОДа, компьютеры и периферийное оборудование ЦУПа, серверы, холодильные машины охлаждаемых продуктовых камер. К периодически работающим внутренним источникам тепла относятся компьютеры офисов и бытового сектора, бытовая техника, тепловое оборудование горячего цеха пищеблока, приборы освещения, технологическое оборудование.

Интенсивность теплопотерь здания во время наиболее холодной пятидневки оценивается в 220 кВт, мощность постоянно работающих внутренних источников тепла оценивается в 80 кВт.

Интенсивность теплопотерь здания во время наиболее «жаркого» месяца оценивается в 46 кВт, в то время как мощность постоянно работающих внутренних источников тепла остается на том же уровне в 80 кВт.

Предложенные способ и устройство сравниваются с традиционным техническим оснащением многофункционального здания системой водяного отопления и системами кондиционирования воздуха.

Рассмотрим вначале традиционный вариант (вариант 1) теплоснабжения здания. В этом варианте приняты газовые котлы суммарной мощностью 220 кВт, система водяного отопления здания с напольными батареями и 8 систем кондиционирования воздуха типа VRV REYQ12T7Y1B фирмы DAIKIN с наружными блоками, размещенными вне контура здания, и внутренними блоками, размещенными в кондиционируемых помещениях. Согласно технического паспорта указанных систем их холодопроизводительность уменьшается при температуре наружного воздуха ниже -5°C, а при температуре наружного воздуха ниже минус 20°C эти системы неработоспособны. Применение известного способа работы этих систем в режиме охлаждения при низких температурах воздуха (http://www.v-s-m.ru/komplex-vsm.html, RU 2415349 C1, F24F 1/00) позволяют за счет дополнительных устройств расширить диапазон рабочих температур систем до минус 50°C, но все тепло, которое не утилизируется, теряется: удаляется наружу.

Применение известного способа работы этих систем в режиме отопления при низких температурах воздуха (Патент на полезную модель RU 138974 F24F12) позволяет за счет установки дополнительных устройств и обогревателей наружного блока расширить диапазон рабочих температур систем до минус 50°C, однако, для обеспечения паспортной теплопроизводительности 37,5 кВт системы REYQ12T7Y1B в режиме отопления требуется обогреватель наружного блока мощностью, превышающей эту мощность из-за неизбежных теплопотерь в окружающую среду, что делает этот способ нерациональным из-за капитальных и эксплуатационных затрат.

Таким образом, вариант 1 не позволяет полностью утилизировать внутренние теплоизбытки здания при температурах наружного воздуха ниже минус 20°C. Следует отметить, что по данным непрерывных метеонаблюдений (https://www.gismeteo.ru/) в аэропорту Диксон за 12 месяцев в период с 01.03.2018 по 28.02.2019 температура наружного воздуха ниже минус 20°C была зарегистрирована в течение 105 суток. За этот же период времени в г. Верхоянск температура наружного воздуха ниже минус 20°C была зарегистрирована в течение 148 суток, а температура ниже минус 50°C была зарегистрирована в течение 16 суток.

Для теплоснабжения рассматриваемого здания в соответствии с предлагаемым способом (вариант 2) приняты газовые котлы суммарной мощностью 140 кВт и 8 систем кондиционирования воздуха типа VRV REYQ12T7Y1B фирмы DAIKIN.

В данном варианте все кондиционируемые помещения здания оборудованы внутренними блоками трехтрубных систем кондиционирования, каждый из которых для поддержания требуемой температуры в помещении автоматически переводится в режим отопления или в режим охлаждения или в режим рециркуляции внутреннего воздуха.

Благодаря этому здание не нуждается в традиционной системе водяного отопления с батареями.

В предлагаемом примере наружные блоки систем кондиционирования размещены в машинном зале здания, который отапливается с помощью отопительного котла, работающего на углеводородных видах топлива, и/или теплогенераторами максимальной суммарной тепловой мощностью 140 кВт, В результате этого в машинном зале поддерживается постоянная температура, например, плюс 20°C. При таком температурном режиме запуск и непрерывная эксплуатация систем кондиционирования с наивысшей экономической эффективностью обеспечена при любой низкой температуре наружного воздуха.

Обеспечение надежной работоспособности систем кондиционирования позволяет использовать главное преимущество тепловых насосов, выполненных по схеме трехтрубных систем кондиционирования. Это достигается в результате того, что внутренние блоки, размещенные в помещениях с постоянными избыточными теплопритоками (например, залы ЦХОДа, ЦУПа, машинные залы компрессорно-конденсаторных агрегатов охлаждаемых складов и др.) работают в режиме охлаждения, а отводимое ими тепло переносится с помощью других внутренних блоков в кондиционируемые помещения, нуждающиеся в отоплении.

Каждая из систем кондиционирования в любой момент времени может иметь различный тепловой баланс, который компенсируется с помощью наружного блока.

Рассмотрим для примера одну систему кондиционирования с 12 внутренними блоками, из которых 6 блоков холодопроизводительностью по 3 кВт каждый охлаждают коммутационные стойки ЦХОДа, а 6 блоков того же типоразмера размещены в кондиционируемых помещениях, с незначительными и непостоянными внутренними тепловыделениями. В течение года из-за погодных условий и особенностей эксплуатации обслуживаемых помещений возможны три случая:

1) Количество тепла, отводимое в течение часа от стоек (18 кВт.ч), приблизительно равно требуемым теплопритокам в отапливаемых комнатах. В этом случае нагрузка на котел снижается на 18 кВт (соответственно снижается и расход топлива), а наружный блок работает в переменном режиме тепло/холод с интенсивностью дисбаланса.

2) Количество тепла, отводимое от стоек в течение часа (18 кВт.ч), вдвое больше требуемых теплопритоков в отапливаемых комнатах, например в самый теплый месяц года. В этом случае разница в тепловых потоках в количестве 9 кВт.ч отводится в машинный зал через наружный блок, теплообменник которого в этом варианте работает как конденсатор; нагрузка на котел снижается на 9 кВт.

3) Количество тепла, отводимое от стоек в течение часа (18 кВт.ч), вдвое меньше требуемых теплопритоков в отапливаемых комнатах. В этом случае дополнительные 18 кВт.ч поступают в отапливаемые комнаты из машинного зала через наружный блок, теплообменник которого в этом варианте работает как испаритель; нагрузка на котел снижается на 18 кВт.

В зависимости от погодных условий, времени суток, режимов эксплуатации здания в самый теплый месяц возможен вариант, когда система автоматического регулирования температуры в машинном зале отключит все отопительные приборы, так как тепловая мощность конденсаторов наружных блоков позволяет поднять температуру воздуха в машинном зале выше 20°C. В этом случае воздушные клапаны 20 автоматически будут открыты на степень открытия, достаточную для обеспечения необходимой кратности воздухообмена, исходя из теплопроизводительности наружных блоков тепловых насосов.

Технико-экономические преимущества варианта 2 в сравнении с вариантом 1:

- снижены капитальные и эксплуатационные расходы за счет исключения системы водяного отопления здания,

- обеспечены круглогодично надежные запуск и эксплуатация в оптимальном режиме систем кондиционирования,

- снижен расход топлива (электроэнергии) на отопление здания примерно на 30-40% за счет рекуперации внутренних тепловыделений.

Приведенные расчеты указывают на промышленную применимость предлагаемого способа и устройства.

1. Способ отопления и кондиционирования здания путем использования теплоисточников и тепловых насосов, содержащих внутренние и наружные блоки,

отличающийся тем, что

наружные блоки тепловых насосов размещают в помещениях, отапливаемых теплоисточниками, а внутренние блоки размещают в кондиционируемых помещениях, автоматически поддерживают нормируемую температуру воздуха во всех помещениях путем передачи тепла из помещений, которые отапливают теплоисточниками, в кондиционируемые помещения посредством внутренних блоков тепловых насосов, а в случае теплоизбытков в кондиционируемых помещениях, например, в летний период, внутренние блоки автоматически переключают в режим охлаждения, а отводимое ими тепло передают при необходимости в другие кондиционируемые помещения или тепло передают через наружные блоки в помещения с наружными блоками, обеспечивая уменьшение нагрузки на теплоисточники и снижая расход топлива и/или электроэнергии, причем в помещениях с наружными блоками в летний период поддерживают оптимальную температуру путем применения системы вентиляции с регулируемой кратностью воздухообмена с помощью воздушных автоматических клапанов, степень открытия которых изменяют в зависимости от температуры наружного воздуха, что позволяет использовать тепловые насосы для отопления здания за счет теплоты окружающей среды.

2. Устройство отопления и кондиционирования здания, включающее в себя теплоисточники, отопительные приборы, теплопроводы и тепловые насосы, содержащие внутренние и наружные блоки,

отличающееся тем, что

внутренние блоки тепловых насосов размещены в кондиционируемых помещениях, а наружные блоки тепловых насосов размещены в помещениях, имеющих отопительные приборы, соединенные теплопроводами с теплоисточниками, и/или теплогенераторы, работающие на углеводородных видах топлива или на электроэнергии, причем помещения, в которых размещены наружные блоки тепловых насосов, оборудованы системами вентиляции, которые дополнены устройствами регулирования кратности воздухообмена, состоящими из воздушных автоматических клапанов с приводами пропорционального или позиционного действия, соединенными с блоком управления и датчиками температуры внутреннего и наружного воздуха.