Система кондиционирования воздуха в многоквартирных домах

Изобретение относится к способам и устройствам энергосберегающих систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха в жилых зданиях. Система кондиционирования воздуха в многоквартирных домах, включающая районные и квартальные тепловые станции, контуры рециркуляции теплоносителя в домах, батареи отопления в квартирах, регуляторы температуры теплоносителя и вытяжную вентиляцию в домах, при этом в районных тепловых станциях установлены градирни для охлаждения теплоносителя в жаркий период года, в квартальные тепловые станции в холодное время года подается теплоноситель с температурой, достаточной для обогрева наименее теплоизолированных зданий при минимальной суточной температуре, а в жаркий период года - минимальной температурой, обеспечиваемой градирнями, в квартальных тепловых станциях обеспечивается рециркуляция теплоносителя, подаваемого в группы зданий с температурой, управляемой регуляторами температур в зависимости от температуры окружающей среды для круглосуточного поддержания комфортной температуры в помещениях, в чердачных помещениях многоэтажных зданий установлены вентиляторы, подключенные к магистральным коробам вытяжной вентиляции, с наружной стороны окон на фрамугах или форточках вентиляции установлены короба с фильтрами тонкой очистки воздуха. Это позволяет обеспечить комфортные параметры воздуха в жилых помещениях в течение всего года и экономить энергоресурсы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам и устройствам энергосберегающих систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха е жилых зданиях.

Из существующего уровня техники известны энергосберегающие системы вентиляции и кондиционирования {патенты RU 2133922, (подан 1999-01-12, опубликован 27.07.1999), RU 22802149 (2002-04-19, 20.07.2006), RU 2476777, (27.02.2013), RU 2525818, (20.08.2014), RU 2514556 (27.02.2013}, в которых для экономии энергоресурсов используется кондиционер в качестве теплового насоса для переноса тепла из воздух, отсасываемого из помещения, в воздух, нагнетаемый в помещение, зимой и в обратном направлении летом.

Такое увлечение тепловыми насосами основано на физическом недоразумении. Количество тепла в любом теле пропорционально его абсолютной температуре (в градусах Кельвина). С помощью теплового насоса повышается температура на 20…40 градусов. Воздух с повышенной температурой с количеством тепла, пропорциональным этой температуре, нагнетается в помещение, вытесняя менее нагретый воздух, уносящий количество тепла, пропорциональное его температуре. Так что прирост тепла в помещении пропорционален разности температур.

Отношение абсолютной температуры к приросту температур, пропорциональному затраченной работе, считают эффективностью обогрева. Так как это отношение в несколько раз больше единицы, считают такой способ обогрева очень экономичным.

Но общее количество полученного тепла равно сумме тепла, забираемого из источника, и затраченной работе. Точно так же количество тепла в помещении возрастет на количество тепла, выделенного установленным в нем электрическом нагревателем. Только в этом случае вся электроэнергия полностью превратится в тепло. А в холодильной установке не вся электрическая энергия будет потрачена на работу по переносу тепла, так как коэффициент полезного действия холодильного агрегата меньше единицы. Поэтому тепловой насос не обеспечивает экономию энергии.

В патенте RU 2277205 воздух периодически подают из помещения на улицу и с улицы в помещение через устройство, в котором размещена насадка, аккумулирующая тепло.

Эффективность такого устройства весьма сомнительна по следующим причинам. Чтобы нагреть твердую насадку с большой теплоемкостью нужно через нее долго подавать воздух из помещения. Температура насадки все равно будет ниже воздуха помещения. Точно также температура всасываемого воздуха будет ниже температуры насадки и по мере его всасывания температура будет падать. При отсасывании воздуха из жилого помещения в нем будет пониженное давление. Поэтому будет всасываться обедненный кислородом воздух с запахами из кухонь, санузлов и через щели окон и дверей холодный воздух из окружающей среды вместе с пылью. При нагнетании воздуха в жилые помещения в них будет небольшое избыточное давление и через те же щели теплый воздух будет выходить в окружающую среду, унося больше тепла, чем он получит из абсорбера. Температура воздуха в помещении будет колебаться в широких пределах. Для компенсации потер тепла нужно будет повышать температуру батарей отопления, что приведет к повышению расхода тепла.

В зданиях устраивают системы вытяжки вредных выделений. Чаще всего используемая естественная тяга может работать только в холодный период года, когда температура воздуха в помещениях существенно выше температуры окружающей среды и теплый легкий воздух поднимается вверх, создавая тягу. Летом такая вытяжка не работоспособна.

В патенте РФ №2374567 описаны различные эжекторные системы вытяжной вентиляции. Однако предлагаемая система естественной эжекторной вентиляции не работоспособна в летнее время так же, как естественная вытяжка, а эжекция с помощью струи воздуха, нагнетаемого мощным вентилятором, не эффективна и будет создавать шум в здании.

Для снижения температуры воздуха в помещениях в летний период года широко применяются кондиционеры. Если теплообменник кондиционера установлен снаружи здания и отдает тепло наружному воздуху, то кондиционер охлаждает воздух внутри помещения. Но такая система кондиционирования имеет три недостатка:

1. Наличие потока холодного воздуха в жарком помещении может вызывать простудные заболевания перегретых людей.

2. Расходуется электроэнергия.

3. Тепло из помещения переносится в окружающую среду с высокой температурой, затраты электроэнергии на работу по переносу тепла пропорциональны разности температур и потому велики.

Оптимальные параметры воздуха в жилых и административно-хозяйственных помещениях соответствуют температуре 20...22°С и относительной влажности 30…60%. (https://lumax.com.ua/komfortnve-usloviya-optimalnye-parametrv-vozduha/)

Для их достижения в холодное время года производится отопление, а в жаркое время -кондиционирование помещений.

Для удаления вредных выбросов и неприятных запахов из помещений оборудуют систему вытяжки из кухонь и санузлов.

В помещения зданий кислород воздуха поступает из окружающей атмосферы через щели а окнах, а при использовании современных металло-пластиковых окон - через щели под дверьми. При этом подсасываемый в жилые помещения воздух, как правило, не фильтруется.

Известны способы и устройства для тонкой очистки воздуха, подаваемого в чистые помещения в производстве медикаментов или микроэлектроники в виде приточной вентиляции, чем обеспечивается небольшое избыточное давление в этих помещена исключающее попадание в них нефильтрованного воздуха.

(http://artelcr.ru/index.php?yclid=2302818381515492266)

Известны системы вытяжной вентиляции из шкафов для работе с вредными веществами, создающие пониженное давление в этих помещениях, что исключает выход вредных веществ из этих шкафов в помещение и в окружающую среду.

(http://www.tamsvs.ru/).

В домах с газовыми плитами может возникать взрывоопасная ситуация из-за утечки или неосторожного обращения с газовыми плитами. Смесь с содержанием от 5.5% до 15.6 природного газа в воздухе является взрывоопасной.

(https://www.chem21.info/info/1574373/).

Газоанализатор (например, Sanpometr) может определять концентрацию природного газа в 1000 раз меньшую нижнего предела взрываемости. Если такой анализатор будет установлен в вытяжной шахте, обслуживающей до 100 квартир, то он с уверенностью сможет определить появление повышенной концентрации природного газа в одной из этих квартир и подать сигнал тревоги до приближения концентрации газа к нижнему пределу взрываемости.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения используется применяемая в больших городах система кондиционирования воздуха в многоквартирных домах.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечения комфортных параметров воздуха в жилых помещениях в течение всего года и экономия энергоресурсов.

Данная задача решается тем, что в предлагаемой системе кондиционирования воздуха в многоквартирных домах, включающей районные и квартальные тепловые станции, контуры рециркуляции теплоносителя в домах, батареи отопления в квартирах, регуляторы температуры теплоносителя и вытяжную вентиляцию в домах,

в районных тепловых станциях установлены градирни для охлаждения теплоносителя в жаркий период года,

в квартальные тепловые станции в холодное время года подается теплоноситель с температурой, достаточной для обогрева наименее теплоизолированных зданий при минимальной суточной температуре, а в жаркий период года - минимальной температурой, обеспечиваемой градирнями,

в квартальных тепловых станциях обеспечивается рециркуляция теплоносителя, подаваемого в группы зданий с температурой, управляемой регуляторами температур в зависимости от температуры окружающей среды для круглосуточного поддержания комфортной температуры в помещениях,

с наружной стороны окон на фрамугах или форточках окон установлены короба с фильтрами тонкой очистки воздуха,

в вытяжных шахтах здания с газовыми плитами установлены газоанализаторы для контроля появления повышенной концентрации природного газа в одной из квартир.

Кроме того в чердачных помещениях многоэтажных зданий установлены вентиляторы, подключенные к магистральным коробам вытяжной вентиляции.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является то, что обеспечивается поступление в жилые помещения достаточного количества чистого воздуха, обеспечивается комфортная температура в помещениях в течение всего года при экономном расходовании энергоресурсов и обеспечивается сигнализация о недопустимой концентрации газа в воздухе помещений.

Техническая сущность изобретения поясняется следующими расчетами и рисунком на фиг. 1. Отдача тепла от батарей отопления пропорциональна разности температур батареи Т и воздуха в помещении t:k(T-t), где константа k для каждого помещения равна произведению площади батареи на коэффициент теплоотдачи.

Потери тепла через стены, окна и в результате подсоса холодного воздуха через щели также пропорциональны разности температур воздуха в помещении t и окружающей среды τ: n(t-τ), где константа n равна сумме произведений коэффициентов теплопередачи через окна и стены на их площади, плюс потери из-за подсоса холодного воздуха с улицы через щели. Для стабильности температуры в помещении теплоотдача круглосуточно должна быть равна потерям тепла: k(T-t)=n(t-τ).

Для этого регулятор температуры должен автоматически поддерживать температуру батарей в зависимости от температуры окружающей среды по закону: Т=(K+1) t-K T, где константа K=n/k.

Для правильной работы регулятора необходимо задать два параметра: K и t.

Все это справедливо, если температура внутренних стен здания равна заданной температуре t. Однако, если обогрев здания начинается только после того, как установится достаточно низкая температура окружающей среды, то стены зданий остынут. Для достижения заданной температуры помещения и прогрева здания потребуется подавать теплоноситель с температурой, большей нормы (с завышенным коэффициентом K). Здание прогреется и зимой при кратковременной значительном снижении температуры окружающей среды даже при заниженной температуре теплоносителя температура воздуха внутри здания будет оставаться в пределах нормы за счет тепла, отдаваемого стенами здания. Тем более, что при похолодании жители плотно закрывают окна.

При повышении температуры окружающей среды, когда стены здания прогреты, использование значений коэффициента K в соответствии с осенним периодом вызывает перегрев воздуха помещений, что вынуждает жильцов открывать окна для проветривания. Это приводит не только к перерасходу тепла, но и так же, как при осеннем похолодании, к простудным заболеваниям.

На фиг. 1 показан график и таблица, используемые МОЭК для задания температуры теплоносителя, подаваемого в квартальные тепловые станции.

Приведем расчеты коэффициента K по этой таблице.

При температуре воздуха -40°С Т-t=92.5-20=72.5, t-τ=20+40=60; К=1.2

При температуре воздуха -0°С Т-t 50.3-20=30.3, t-τ=20-0=20; К=1.515

При температуре воздуха 10°С Т-t=37.5-20=17.5, t-τ=20-10=10; К=1,75

Приведенные расчеты поясняют причину перерасхода тепла при работе в соответствии с графиком и таблицей МОЭК. При осенней среднесуточной температуре окружающей среды 10°С необходимо поднимать температуру из расчета K=1.75.

При кратковременном падении температуры до -40°С перегретое здание может компенсировать недостаток тепла, получаемого от батарей, тем более, что в сильный мороз жители плотно закрывают окна, сокращая потери тепла.

Не оправданным является также задание большой разности температур теплоносителя на входе и на входе из здания, что приводит к различным условиям обогрева верхних и нижних этажей многоэтажного здания.

Коэффициент K можно вычислить один раз после достижения стабильной температуры здания при любой температуре воздуха в помещении а затем использовать его, задавая комфортную температуру воздуха в помещении в течение всего года, в том числе и при охлаждении воздуха помещений летом. Комфортная температура воздуха в помещениях должна быть задана одинаковой на все времена года в пределах 20…22°С.

Для обеспечения стабильной вытяжки вредных газов из кухонь и санузлов, на чердаке здания устанавливают вентиляторы низкого давления, к входам которых подключают вытяжные стояки.

С наружной стороны окон здания против фрамуг или форточек, открываемых внутри помещений, устанавливают короба, фронтальные стенки которых закрывают фильтрующей тканью тонкой очистки. При поддержании нормированных небольших щелей в приоткрытых фрамугах или форточках обеспечивается поступление фильтрованного наружного воздуха в помещение под воздействием разрежения, создаваемого вытяжкой здания. Холодный наружный воздух опускается вдоль подоконных батарей и прогревается до комнатной температуры. Так обеспечивается пополнение кислорода в жилых помещениях и из них - на кухне. В теплый период года жители могут шире открывать фрамуги или форточки, увеличивая поступление свежего воздуха.

Для снижения температуры в помещении ниже комфортной зимой можно прикрывать краны на батареях отопления, снижая поступление тепла.

В жаркий период, когда подается теплоноситель из градирни с температурой, меньшей комнатной, можно прикрывать краны батарей, уменьшая охлаждение воздуха помещений.

Так обеспечивается достижение целей изобретения.

1. Система кондиционирования воздуха в многоквартирных домах, включающая районные и квартальные тепловые станции, контуры рециркуляции теплоносителя в домах, батареи отопления в квартирах, регуляторы температуры теплоносителя и вытяжную вентиляцию в домах, отличающаяся тем, что с целью обеспечения комфортных параметров воздуха в жилых помещениях в течение всего года и экономии энергоресурсов,

в районных тепловых станциях установлены градирни для охлаждения теплоносителя в жаркий период года,

в квартальные тепловые станции в холодное время года подается теплоноситель с температурой, достаточной для обогрева наименее теплоизолированных зданий при минимальной суточной температуре, а в жаркий период года - минимальной температурой, обеспечиваемой градирнями,

в квартальных тепловых станциях обеспечивается рециркуляция теплоносителя, подаваемого в группы зданий с температурой, управляемой регуляторами температур в зависимости от температуры окружающей среды для круглосуточного поддержания комфортной температуры в помещениях,

в чердачных помещениях многоэтажных зданий установлены вентиляторы, подключенные к магистральным коробам вытяжной вентиляции,

с наружной стороны окон на фрамугах или форточках вентиляции установлены короба с фильтрами тонкой очистки воздуха.

2. Система кондиционирования воздуха в многоквартирных домах по п. 1, отличающаяся тем, что в вытяжных шахтах зданий с газовыми плитами установлены газоанализаторы для контроля появления природного газа при утечке газа в одной из квартир.