ТЕПЛИЦА С СИСТЕМОЙ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА

Полезная модель относится к области создания светопрозрачных конструкций с принудительной системой регулирования микроклимата, обеспечивающей поддержание требуемого температурного и влажностного режима, а более конкретно к теплицам, оранжереям и зимним садам, которые могут функционировать в различных, в том числе, суровых климатических условиях.
Известна теплица с системой воздушного отопления, содержащая камеры смешения, причем внутреннее помещение снабжено продольными шторами из светопрозрачного материала, разделяющими его, по крайней мере, на четыре ряда воздушных коридоров, причем одна из штор расположена по центру теплицы, а нагрев воздушного потока обеспечивается газовой горелкой и калорифером (Патент на изобретение RU 2549087, МПК A01G 9/14, опубл. 20.04.2015 г.).
Недостатком теплицы является большая величина тепловых потерь через одно стенное внешнее светопрозрачное ограждение и необходимость организации газоснабжения для обеспечения подогрева воздуха внутри теплицы.
Известна также теплица, содержащая каркас с оболочкой и тепловой насос в контуре отопления теплицы (Патент на полезную модель RU 127873, МПК F24D 12/02, опубл. 10.05.2013 г.).
Недостатком известной конструкции являются большие тепловые потери, связанные с одно стенной конструкцией оболочки каркаса, что обусловило необходимость применения сложной энергетической системы термостатирования - газового и электрического котлов, теплового насоса, а так же биогазовой и ветроэнергетической установок, земляного коллектора и солнечной панели.
Технической задачей решаемой в настоящей полезной модели является создание теплицы с системой регулирования микроклимата путем организации вентиляции и обеспечения микроклимата в помещении с подогревом приточного воздуха путем рекуперации тепла вытяжного воздуха и использования теплового насоса.
Техническим результатом является понижение энергозатрат при функционировании теплицы и упрощение ее конструкции.
Поставленные техническая задача и результат обеспечиваются тем, что в теплице, содержащей каркас, наружную оболочку и тепловой насос, оболочка каркаса выполнена много стенной, между стенками оболочки движется наружный воздух, в верхней части каркаса установлен теплообменник рекуператор, в котором происходит теплообмен между приточным наружным воздухом и отработанным воздухом, отводимым из помещения в атмосферу, за теплообменником рекуператором размещен тепловой насос, через конденсаторную секцию которого проходит наружный воздух, а через испарительную секцию проходит воздух отводимый из помещения, который затем после прохождения через теплообменник рекуператор выбрасывается в атмосферу.
В качестве теплообменника рекуператора могут использоваться, например, пластинчатый теплообменник или теплообменник типа «труба в трубе».
Оболочка каркаса может быть двух стенной, причем в качестве наружной оболочки каркаса возможно применение светопрозрачного жесткого пластика, например, оргстекла или поликарбоната, а в качестве внутренней оболочки каркаса возможно применение мягкого светопрозрачного материала, например полиэтилена. Применение таких материалов позволяет снизить стоимость теплицы и уменьшить эксплуатационные расходы.
Конструкция и функционирование полезной модели поясняются на фигурах:
Фиг. 1 - конструктивная схема теплицы;
Фиг. 2 - схема размещения теплообменника-рекуператора и теплового насоса внутри теплицы.
Каркас теплицы имеет оболочку, содержащую наружную стенку 1 и внутреннюю стенку 2, причем в нижней части внешней стенки выполнены жалюзи 3 для забора наружного приточного воздуха. Приточный воздух 4 поступает в магистральный воздуховод 5, а отработанный воздух из внутреннего объема теплицы поступает в воздуховод 6. В верхней части корпуса также расположены воздухо-распределительные блоки 7, через которые свежий воздух поступает в теплицу. Приточно-вытяжной блок конструктивно включает в себя теплообменник рекуператор 8 (фиг. 2) и тепловой насос 9, который имеет испарительную секцию 10 и конденсаторную секцию 11. Влажный отработанный воздух 12 и свежий холодный воздух 4 (обозначены стрелками) поступают в теплообменник рекуператор 8. Линии отвода отработанного воздуха, выбрасываемого в атмосферу и подогретого свежего воздуха, поступающего в теплицу обозначены, соответственно, позициями 13 и 14.
Теплица функционирует следующим образом. В зимний период холодный наружный воздух 4 после прохождения рамочного воздушного фильтра класса EU-4, где очищается от пыли проходит через входные жалюзи в межстеновое пространство в нижней части ограждающей конструкции и поднимается вверх (фиг. 1). Поток холодного наружного воздуха осуществляет теплосъем с поверхности внутренней стенки ограждения, нагреваясь за счет тепловых потерь через ограждение. В результате этого тепловые потери наружу из теплицы в атмосферу стремятся к нулю, а холодный воздух подогревается и уже без проблем может быть использован для рекуперации. Это очень важно для регионов с низкими температурами воздуха, так как многие производители рекуператоров ограничивают их применение до -30°С. Пройдя по всей высоте межстеночного пространства оболочки каркаса теплицы, холодный наружный воздух подогревается и через магистральный воздухозаборник 5 подается в теплообменник-рекуператор 8. Одновременно в этот теплообменник подают через магистральный трубопровод 6 отработанный воздух. В теплообменнике рекуператоре 8 происходит дальнейший теплообмен, сопровождающийся нагревом поступающего свежего воздуха и охлаждением отработанного воздуха. После рекуперации свежий приточный воздух направляют с целью его дальнейшего нагрева в конденсаторную секцию 11 теплового насоса 9, а отработанный вытяжной воздух направляют в испарительную секцию 10 теплового насоса. С термодинамической точки зрения тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако, если в холодильной машине основной целью является производство холода путем отбора теплоты из какого-либо объема испарителем, а конденсатор применяется с целью отвода тепла в окружающую среду, то в тепловом насосе реализуются противоположные процессы. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель - теплообменным аппаратом, утилизирующим низко потенциальное тепло.
В конденсаторе свежий приточный воздух нагревается до требуемой температуры эксплуатации и подается по линии 13 в воздухораспределительные блоки 7, через которые поступает внутрь теплицы. Отработанный вытяжной воздух, проходя через теплообменник рекуператор 8 и испарительную секцию 10 по линии 14 охлаждается, и выбрасывается в атмосферу.
При повышении температуры атмосферного воздуха до значений, при которых не требуется его подогрев, например в летний период, тепло, произведенное тепловым насосом, может использоваться для нагрева воды, предназначенной для обогрева пола сооружения или для горячего водоснабжения.
Кроме того, в летний период, когда возможно значительное превышение температуры наружного воздуха над средними ее значениями, возможно использование агрегатов теплового насоса в режиме холодильной машины. Для этого наружный воздух направляют в испарительную секцию, а вытяжной отработанный воздух направляют в конденсаторную секцию. Переключение потоков обеспечивается применением клапанов, установленных в воздуховодах.