СПОСОБ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ НАКОПЛЕНИЮ НАЛЕДИ НА РЕГЕНЕРАТОРЕ ТЕПЛА, УСТАНОВЛЕННОМ В БЛОКЕ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
METHOD FOR COUNTERING ACCUMULATION OF ICING ON HEAT REGENERATOR INSTALLED IN AIR PURIFICATION UNIT

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к способу использования его в блоке очистки воздуха, который снабжен регенератором тепла какого-либо вида для рекуперации энергии из потока отработанного воздуха и передачи этой энергии в поток впускного воздуха. Задача состоит в предотвращении в каждом режиме эксплуатации накопления наледи на поверхности регенератора тепла, но при максимальном использовании при этом регенератора тепла, предпочтительно посредством минимального количества датчиков, сводя таким образом к минимуму потери энергии, возникающие при необходимости размораживания регенератора тепла.
Уровень техники
[0002] Хорошо известная проблема в технологии очистки воздуха состоит в том, что на поверхностях регенератора тепла легко происходит накопление наледи при определенных условиях, таких как высокое влагосодержание в отработанном воздухе в сочетании с низкой температурой наружного воздуха, причем во многих случаях наружный воздух практически не нагретым достигает регенератора тепла. Поскольку накопление наледи на поверхностях регенератора тепла отрицательно воздействует на скорость повторного использования, желательно либо полностью предотвратить накопление наледи, либо допустить определенное замерзание или накопление льда с последующей его разморозкой различными способами и устройствами. Известные способы обычно включают проведение множества измерений, которые указывают на накопление наледи или риск ее накопления. Например, один способ состоит в измерении температуры и влагосодержания отработанного воздуха, а также входной наружной температуры регенератора тепла, и обеспечения возможности их использования в качестве индикатора, определяющего необходимость уменьшения рекуперации тепла, тем самым проводя размораживание накопленной наледи или не допуская ее накопления. Другой известный среди прочих способ состоит в измерении перепада давления на регенераторе тепла для регистрации начала накопления наледи или инея на регенераторе тепла с последующим постепенным увеличением перепада давления по сравнению с предыдущим значением. Последнее весьма распространено, и наиболее распространенный и относительно простой способ состоит в размораживании регенератора тепла при накоплении наледи или инея, причем размораживание происходит либо за счет уменьшения рекуперации тепла, либо за счет того, что батарея предварительного подогрева нагревает внешний воздух, достигающий регенератора тепла, так что отсутствует возможность замерзания конденсированной воды. Это не энергоэффективно, причем требования к энергоэффективности постоянно растут. Требования к энергоэффективности также недавно привели к увеличению числа блоков очистки воздуха, имеющих так называемое регулирование VAV. VAV означает «Переменный объем воздуха (Variable Air Volume)» и означает управляемую по требованию вентиляцию, т.е. для неиспользуемых помещения или пространства вентиляционный поток снижают до минимума, а затем возвращают к нормальной работе или работе в форсированном режиме при использовании помещения. В целом, это влияет на поток и перепад давления на компонентах блока очистки воздуха. Измерить перепад давления и использовать его в качестве индикатора накопления наледи в таком случае сложно или даже невозможно. Во многих случаях должны быть использованы решения с батареей предварительного подогрева, что обычно означает, что электрическая нагревательная батарея с относительно высокой потребляемой мощностью и, таким образом, с высоким энергопотреблением, установлена перед регенератором во внешнем потоке воздуха для размораживания. Как упомянуто выше, высокое потребление энергии нежелательно. Другая проблема, связанная с известными решениями, состоит в измерении температуры в характерном месте, например, на теплообменнике, внутри или после него, для определения того, существует ли в самой холодной части теплообменника риск образования инея или накопления наледи. Накопление наледи обычно происходит на поверхностях регенератора тепла, но по практическим причинам температуру воздуха обычно измеряют внутри или после теплообменника. Для так называемых пластинчатых теплообменников, таких как перекрестноточный или противоточный, самая критическая температура имеет место в так называемом в технике «холодном углу», который затем представляет собой место, в котором наблюдают или ожидают самую низкую температуру и в котором, таким образом, температура должна быть измерена. Для роторного теплообменника существует еще одна проблема - температура в целом изменчива по всему поперечному сечению ротора. Выбор наиболее характерной для проведения измерения точки проблематичен, поскольку, во-первых, нежелательно иметь много разных датчиков для регистрации наиболее критического места в каждом рабочем случае, и, во-вторых, «оптимальное» место может быть разным в зависимости от рабочего случая, который преобладает в данный момент времени. При известной технологии измерения должны быть проведены либо во многих точках, либо в точке, которую можно полагать характерной, но которая, таким образом, в действительности представляет собой компромисс, поскольку место может претерпевать изменение в зависимости от количества оборотов ротора в минуту, размера ротора, потока воздуха, температурных условий и т.д. Известные способы и решения представляют собой «обобщения», используемые с относительно большими допусками безопасности, причем это решение часто состоит в размораживании, а не в предотвращении накопления наледи, и, если использует последнее, то с большим допуском, поскольку затруднительно провести правильные измерения и в правильном месте. Поэтому существует необходимость в более точном способе, который работает в случае переменного перепада давления на установке и с максимально возможной рекуперацией для соответствия будущим целям энергосбережения.
Раскрытие сущности изобретения
dp
v
f
f
[0003] Согласно настоящему способу вышеуказанные проблемы в блоке очистки воздуха решены посредством ограничительной части п. 1 формулы, в которой решение вышеуказанных проблем выполнено посредством способа, непрерывного или прерывистого, состоящего в первоначальном измерении температуры и влагосодержания отработанного воздуха в одном месте, предпочтительно непосредственно перед теплообменником, и затем расчете текущей температуры T точки росы отработанного воздуха на основе измеренных значений. После этого для текущего режима эксплуатации и на основе измеренных и рассчитанных значений определяют либо посредством расчета, либо посредством измерения так называемую температуру T подтверждения. Для различных типов регенераторов тепла температура подтверждения будет определена по-разному, поэтому на данном этапе говорят об «определении» температуры подтверждения. Наиболее предпочтительно вычисление температуры подтверждения, поскольку для большинства различных типов регенераторов тепла количество датчиков может быть минимизировано, и этот датчик становится независимым оттого, в каком месте должно быть проведено измерение, поскольку измерение излишне. Таким образом, идея состоит в расчете момента возникновения риска накопления наледи, причем начинать действия не следует слишком рано или слишком поздно, а скорее «сопровождать» текущие эксплуатационные данные для оптимальной рекуперации как можно большей энергии и в течение наибольшего времени без накопления наледи на теплообменнике, причем без слишком больших допусков безопасности. Во многих случаях температура подтверждения может совпадать с «критической температурой», т.е., температурой, при которой происходит образование конденсата или точка замерзания пройдена, а в других случаях она выбрана с определенным допуском относительно точки замерзания и/или точки конденсации для этого рабочего случая. В некоторых видах применения для определения температуры подтверждения может быть уместным проведение измерения вместо вычисления, например, в случае так называемых аккумуляторных теплообменников, где измерение температуры воды на входе в батарею для отработанного воздуха может быть выполнено вместо расчета, поскольку это относительно простое, экономически эффективное, безопасное и характерное измерение, проводимое на регенераторах тепла с жидкостной связью. Как упоминалось выше, другие регенераторы тепла, такие как ротор, имеют изменяющиеся температуры практически по всей поверхности, поэтому датчик трудно разместить в характерном месте. В дополнение к температуре подтверждения также определяют так называемую температуру T накопления наледи, которая представляет собой значение, зависящее от одного или более свойств или характеристик рассматриваемого применения, и в текущем рабочем случае, например, от типа регенератора тепла, эффективности температуры регенератора и, в случае необходимости, его эффективности влагосодержания, влагосодержания и температуры отработанного воздуха, температуры наружного воздуха и, возможно, от скоростей впускного воздуха и отработанного воздуха. Таким образом, это значение T представляет собой функцию одной или более из этих характеристик и может быть получено либо эмпирически, либо аналитически. Таким образом, температура накопления наледи может быть постоянной или быть подчинена уравнению, описывающему прямую линию или кривую, или другой модели, основанной на эмпирически определенных данных для всех возможных режимов эксплуатации, или основана на алгоритмах. Например, для пластинчатого теплообменника это значение может быть постоянным, а аккумуляторный теплообменник может быть описан интервалом (линией).
v
1
2
[0004] Для выполнения надлежащим образом действия с целью предотвращения накопления наледи, установленную температуру T подтверждения проверяют относительно по меньшей мере двух критериев K, K:
1
v
f
K: T≤T, и
2
v
dp
1
1
K: T≤T+Δ°C, где Δ≥0.
1
[0005] При удовлетворении по меньшей мере одного из двух критериев предпринимают действие, влияющее на режим эксплуатации регенератора тепла для предотвращения накопления наледи на регенераторе тепла, пока по меньшей мере один критерий больше не будет выполнен или больше не будет выполнен с определенным допуском или после определенного периода времени. Первый критерий связан с проверкой того, ниже ли температура подтверждения так называемой температуры накопления наледи, а второй - с тем, ниже ли температура подтверждения точки конденсации (точки росы). Для последнего можно выбрать «коэффициент безопасности» Δ, который установлен равным нулю или больше. Другими словами, существует изменяемый допуск, который необходимо ввести в блок управления до выполнения действия с целью предотвращения образования наледи/накопления наледи или остановки действия. При выборе равного 0 значения коэффициента безопасности достигнута минимальная потеря энергии, но на практике, вероятно, будет выбран определенный допуск, предпочтительно небольшой допуск, для принятия мер по предотвращению образования и накопления наледи. Таким образом, при удовлетворении по меньшей мере одного из критериев происходит активация действия, в результате которого происходит воздействие на режим эксплуатации регенератора тепла. Это происходит либо посредством снижения эффективности регенератора тепла и/или посредством повышения температуры поступающего в регенератор тепла потока наружного воздуха. В предпочтительном варианте реализации упомянутая степень эффективности представляет собой температурную эффективность регенератора тепла, но для изменения температурной эффективности также изменяют эффективность влагосодержания, и поэтому термин эффективность используют для обозначения обоих типов. Посредством этого способа также можно выбрать, насколько точным должен быть контроль для предотвращения накопления наледи и, таким образом, это управление очень точно следует текущим рабочим условиям с оптимальным использованием рекуперации тепла, в отличие от известных решений, которые обладают лишь приблизительным и общим управлением мерами по разморозке и/или защите от накопления наледи.
1
2
[0006] В соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения регенератор тепла представляет собой регенератор тепла с жидкостной связью, который содержит по меньшей мере одну батарею для отработанного воздуха в первом потоке воздуха и по меньшей мере одну батарею для впускного воздуха во втором потоке воздуха. При этом между указанными батареями регулируемый (относительно расхода) поток жидкости циркулирует в контуре жидкости (системе трубопроводов), и этот поток жидкости передает энергию между потоками воздуха для повторного использования. При наличии такого теплообменника в блоке очистки воздуха способ в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения включает дополнительные этапы измерения температуры жидкости для контролируемой жидкости, поступающей в батарею для отработанного воздуха, и определения температуры подтверждения, которая должна быть равна измеренной температуре жидкости, поступающей в батарею для отработанного воздуха. Далее при удовлетворении по меньшей мере одного из критериев K или K выполняют действие, влияющее на режим эксплуатации теплообменника, посредством снижения его эффективности. Последнее достигают тем, что управляющий сигнал, который различными способами управляет потоком жидкости, изменяют либо посредством управления циркуляционным насосом для увеличения или уменьшения потока через батарею, либо посредством регулировки сигнала в клапане, включенном в циркуляционный контур, в результате чего происходит изменение потока через батарею. Комбинация циркуляционного насоса и регулирующего клапана также может быть использована для управления потоком. Посредством регулирования температуры входящей жидкости согласно любому действию происходит изменение эффективности для предотвращения накопления наледи на батарее для отработанного воздуха. В этом случае на практике достаточно измерить температуру входящей жидкости, а не рассчитывать ее. Это связано с тем, что достаточно использовать один датчик, который предназначен для измерения либо непосредственно в потоке жидкости, либо снаружи трубки. Такое измерение надежно, а место измерения до того, как жидкость перетечет в батарею для отработанного воздуха, определенно представляет собой самое холодное место. Тем не менее, это не исключает возможности использования расчетного значения вместо измеренного для определения температуры подтверждения. Предлагаемый способ на регенераторе с жидкостной связью обеспечивает более точное управление с максимальным использованием рекуперации тепла без накопления наледи по сравнению с известными способами.
1
2
1
2
[0007] Согласно другому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения регенератор тепла представляет собой регенератор тепла с жидкостной связью, который содержит по меньшей мере одну батарею для отработанного воздуха в первом потоке воздуха и по меньшей мере одну батарею для впускного воздуха во втором потоке воздуха. При этом между указанными батареями в системе трубопроводов циркулирует управляемый, относительно расхода, поток жидкости, передающий энергию между потоками воздуха, как описано выше. Кроме того, блок очистки воздуха также содержит устройство предварительного нагрева, которое расположено в другом потоке воздуха в направлении потока перед батареей для отработанного воздуха. Способ также включает этапы, на которых, как и в ранее представленном случае, измеряют температуру жидкости, входящей в батарею для отработанного воздуха, и, кроме того, определяют температуру подтверждения, которая должна быть равна измеренной температуре жидкости, входящей в батарею для отработанного воздуха. Кроме того, при удовлетворении по меньшей мере одного из критериев K или K происходит действие, влияющее на режим эксплуатации теплообменника посредством повышения температуры отработанного воздуха перед батареей для впускного воздуха. Это выполнено посредством изменения управляющего сигнала, подаваемого на устройство предварительного нагрева, для увеличения, тем самым, выходной мощности от него и, тем самым, предотвращения накопления наледи в батарее для отработанного воздуха. Благодаря комбинированному управлению рекуперацией тепла и устройством предварительного нагрева, а также постоянному слежению за температурой подтверждения по критериям K и K, достигнута оптимальная работа при низком энергопотреблении, несмотря на предотвращение накопления наледи и, таким образом, нет необходимости в энергоемкой последовательности операций размораживания покрытого льдом регенератора, как в известном уровне техники.
сс
[0008] Согласно другому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения регенератор тепла представляет собой пластинчатый теплообменник (либо в виде перекрестноточного теплообменника, либо противоточного теплообменника), который выполнен с возможностью обмена энергией между первым и вторым потоками воздуха. Таким образом, способ включает этап измерения температуры Т в так называемом «холодном углу» пластинчатого теплообменника. Холодный угол представляет собой известный термин в отношении пластинчатых теплообменников и соответствует наиболее холодному месту, где происходит встреча воздуха с вытяжным воздухом. Кроме того, способ включает этап, на котором устанавливают температуру подтверждения равной температуре Тсс, измеренной в холодном углу, что полагают безопасным и экономически эффективным способом измерения температуры, т.е. при правильно установленном датчике температуры в «холодном углу». Это связано с тем, что это место, безусловно, является самым холодным, в отличие от неопределенности, которая преобладает при измерении, например, посредством роторного теплообменника. В этом случае на режим эксплуатации теплообменника влияет снижение эффективности пластинчатого теплообменника посредством изменения управляющего сигнала, подаваемого на устройства управления дросселем, которые обычно расположены на стороне наружного воздуха пластинчатого теплообменника и в так называемой «обходной секции». При этом происходит пропускание воздуха через рециркуляционную часть регенератора тепла за счет обхода по меньшей мере некоторой части наружного воздуха, причем эффективность снижена для предотвращения накопления наледи в регенераторе тепла. Посредством указанного способа управляют температурой подтверждения в соответствии с вышеуказанными критериями с целью постоянного предотвращения накопления наледи, но с одновременной максимально возможной рекуперацией тепла, т.е., при такой близости к пределу накопления наледи, насколько это необходимо для существующей установки, что экономит энергию и устраняет необходимость в повторяемых последовательностях операций размораживания, таких как в известном уровне техники в пластинчатых теплообменниках.
сс
1
2
[0009] Согласно другому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения рециклер тепла также выполнен в этом варианте реализации в виде пластинчатого теплообменника, который выполнен с возможностью обмена энергией между первым и вторым потоками воздуха. Таким образом, способ включает этап измерения температуры Т в так называемом «холодном углу» пластинчатого теплообменника, как упомянуто выше. Способ также включает этап, на котором устанавливают температуру подтверждения равной измеренной температуре в холодном углу, что полагают безопасным и экономически эффективным способом измерения температуры, то есть при правильно установленном датчике температуры в «холодном углу». Режим эксплуатации теплообменника в этом случае зависит от того, что блок очистки воздуха также содержит устройство предварительного нагрева, которое расположено в первом потоке воздуха в направлении потока перед пластинчатым теплообменником. Затем способ включает этап воздействия на режим эксплуатации регенератора тепла посредством увеличения температуры наружного воздуха перед пластинчатым теплообменником посредством изменения управляющего сигнала, подаваемого на устройство предварительного нагрева, для увеличения его выходной мощности с целью предотвращения накопления наледи в теплообменнике. Благодаря комбинированному управлению рекуперацией тепла и устройством предварительного нагрева и постоянному слежению за температурой подтверждения в соответствии с критериями K и K достигнута оптимальная работа при низком потреблении энергии, несмотря на предотвращение накопления наледи. Таким образом, нет необходимости в энергоемкой последовательности операций размораживания покрытого льдом регенератора, как в известном уровне техники.
[0010] Согласно другому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения регенератор тепла в этом варианте реализации представляет собой пластинчатый теплообменник с возможностью обмена энергией между первым и вторым потоками воздуха. При этом способ включает этапы измерения потока отработанного воздуха, потока впускного воздуха, температуры и влагосодержания отработанного воздуха и температуры и влагосодержания в отработанном воздухе перед пластинчатым теплообменником. При использовании этих значений точка росы, а также эффективность пластинчатого теплообменника, рассчитана известным способом для текущего режима эксплуатации. Затем, согласно этому варианту реализации температуру подтверждения определяют теоретическим расчетом температуры самой холодной точки на основе измеренных и рассчитанных значений вместо использования по меньшей мере немного более неопределенного измеренного значения. Это приводит к значению температуры, используемому для управления, а температуру подтверждения сверяют с установленной температурой накопления наледи и/или точкой росы, как описано ранее. Наконец, предпринимают действия, влияющие на режим эксплуатации регенератора тепла, и это также достигают в этом варианте реализации посредством снижения эффективности пластинчатого теплообменника с помощью измененного управляющего сигнала для устройств управления дросселем, как описано выше. При этом снижена эффективность предотвращения накопления наледи в теплообменнике.
[0011] В соответствии с другим вариантом реализации регенератора тепла теплообменника пластинчатого типа температуру подтверждения рассчитывают теоретически вместо ее измерения, как описано выше. Однако в этом случае это действие предпринимают вместо использования устройства предварительного нагрева, который в этом варианте реализации расположен в первом потоке воздуха в направлении потока перед пластинчатым теплообменником. Затем способ включает, как описано выше, этап воздействия на режим эксплуатации теплообменника посредством повышения температуры наружного воздуха перед пластинчатым теплообменником посредством изменения управляющего сигнала, подаваемого на устройство предварительного нагрева, для увеличения выходной мощности от нагревателя с целью предотвращения накопления наледи в регенераторе тепла.
[0012] В соответствии с другим предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения регенератор тепла представляет собой роторный регенератор тепла, и способ включает при этом этапы, выполняемые известным образом, для измерения потока отработанного воздуха, потока впускного воздуха, температуры и влагосодержания отработанного воздуха и температуры и влагосодержания отработанного воздуха перед роторным регенератором тепла. При использовании этих значений точку росы, а также эффективность регенератора тепла рассчитывают известным образом для текущего режима эксплуатации. Затем, согласно этому варианту реализации температуру подтверждения определяют посредством расчета, основанного на измеренных и рассчитанных значениях. Как упомянуто в описании известного уровня техники, измерение должно, в соответствии с известной технологией, быть выполнено либо во многих точках, либо в одной точке, которую можно полагать характерной для обеспечения возможности измерения в самой холодной точке. В действительности следует прибегнуть к компромиссу, поскольку это место может быть разным в зависимости от количества оборотов ротора в минуту, размера ротора, потока воздуха, температурных условий и т.д., и поэтому во многих случаях выбирают надежные допуски безопасности для своевременного начала размораживания или используют большую мощность для сокращения времени размораживания. Для предотвращения использования большого количества датчиков или необходимости рисковать при размещении одного или нескольких датчиков, подход, как упоминалось, состоит в теоретическом расчете температуры в самой холодной точке для текущего случая и использовании ее вместо неопределенного значения измерения. Посредством этого получена безопасная температура для управления извне, причем температуру подтверждения затем сверяют с установленной температурой накопления наледи и/или точкой росы, как описано ранее. Наконец, задают действие для воздействия на режим эксплуатации теплообменника, причем в этом варианте реализации это достигнуто посредством снижения его эффективности посредством изменения управляющего сигнала, управляющего скоростью роторного регенератора тепла, для оптимальной рекуперации и в то же время предотвращения накопления наледи на роторном теплообменнике. Посредством этого способа избегают использования большого количества датчиков или в высокой степени неопределенного размещения и измерения характерной температуры подтверждения, что представляет собой преимущество по сравнению с известными способами.
[0013] Возможная альтернатива только что описанному варианту реализации настоящего изобретения состоит в измерении температуры отработанного воздуха в характерном месте вместо ее вычисления и обеспечения возможности ее использования в качестве температуры подтверждения. В противном случае влияние на режим эксплуатации регенератора тепла будет таким же, как указано выше, и будет достигнуто посредством изменения скорости ротора.
[0014] Другой вариант реализации настоящего изобретения состоит в использовании устройства предварительного нагрева также в качестве альтернативы, когда регенератор тепла представляет собой роторный регенератор тепла. Нагреватель размещают во втором потоке воздуха (впускном воздухе) в направлении потока перед роторным регенератором тепла, а способ при этом включает известные этапы измерения потока отработанного воздуха, потока впускного воздуха, температуры и влагосодержания отработанного воздуха и температуры и влагосодержания отработанного воздуха перед роторным регенератором тепла. С помощью этих значений точку росы и эффективность регенератора тепла рассчитывают известным способом. Затем температуру подтверждения определяют посредством расчета на основе измеренных и рассчитанных значений, как описано выше, и, наконец, выполняют действие, влияющее на режим эксплуатации теплообменника. Это достигают посредством изменения управляющего сигнала, подаваемого на устройство предварительного нагрева, для увеличения его выходной мощности и посредством оптимизации управления рекуперацией при предотвращении накопления наледи на роторном теплообменнике.
[0015] В соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения вместо вычисления температуры подтверждения используют устройства предварительного нагрева вместе с ротором (как в самом последнем варианте) для измерения температуры вытяжного воздуха и определения ее в качестве температуры подтверждения. При проверке критериев, указывающей на необходимость выполнения действия, следует изменить, как описано выше, управляющий сигнал, подаваемый на устройство предварительного нагрева, для увеличения выходной мощности нагревателя. Управление и координация рекуперации и предварительного подогрева работают, как описано выше, для оптимальной рекуперации без необходимости удаления наледи, уже накопившейся на роторе.
[0016] Настоящее изобретение обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с известными решениями:
- предотвращение образования инея/накопления наледи на регенераторе при использовании усовершенствованного способа, не потребляющего столько энергии, сколько известные решения;
- устранена необходимость размораживания, поскольку не допускают накопления наледи;
- посредством определения разными способами температуры подтверждения и ее оценки в соответствии с различными критериями и с заданным возможным допуском, чувствительность операции размораживания может быть лучше отрегулирована, чем в известных способах, и это можно принять во внимание для оптимальной рекуперации тепла;
- этот способ хорошо работает в установках с регулируемой вентиляцией (VAV), в отличие от известных технических решений, в которых перепад давления в теплообменнике используют в качестве индикатора накопления наледи;
- варианты реализации настоящего изобретения, в которых вычисляют температуру подтверждения, дают надежное значение и исключают опасность проведения измерения в неправильном месте в теплообменнике, что, в отличие от известных решений, приводит к соответствующим и надежным данным и сводит к минимуму количество датчиков. Это особенно выгодно в случае роторного регенератора тепла, поскольку затруднительно измерить существенные данные посредством одного или нескольких датчиков;
- способ работает для нескольких различных типов регенераторов тепла;
- сведена к минимуму необходимость использования нескольких датчиков в разных местах для обеспечения надежных данных.
Краткое описание чертежей
[0017] На следующих чертежах:
- на ФИГ. 1 схематически показан блок очистки воздуха, оснащенный регенератором тепла с жидкостной связью;
- на ФИГ. 2 схематически показан блок очистки воздуха, оснащенный пластинчатым теплообменником; это может быть противоточный теплообменник или так называемый перекрестноточный теплообменник;
- на ФИГ. 3 схематически показан блок очистки воздуха, оснащенный роторным теплообменником.
[0018] Коструктивное исполнение настоящего изобретения показано в последующем подробном описании трех вариантов реализации изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, показывающие предпочтительные, но не ограничивающие примеры вариантов реализации настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
5
5
7
8
5
5
5dp
v
wi
[0019] На ФИГ. 1 схематически показан блок 2 очистки воздуха с регенератором 1 тепла типа регенератора 1 тепла с жидкостной связью. Регенератор 1 тепла выполнен с возможностью передачи энергии между первым потоком 3 и вторым потоком 4 воздуха, причем первый поток 3 отработанного воздуха содержит в направлении потока первый отработанный воздух 5, который при прохождении через регенератор 1 тепла называют вытяжным воздухом 6. Второй поток 4 воздуха содержит в направлении потока первый отработанный воздух 7, который после его прохождения через регенератор 1 тепла называют впускным воздухом 8. Блок 2 очистки воздуха также содержит вентилятор 9 для отработанного воздуха, который перемещает первый поток 3 воздуха, и вентилятор 10 для впускного воздуха, который перемещает второй поток 4 воздуха. Для управления и контроля блока 2 очистки воздуха и его компонентов и, таким образом, для реализации предлагаемого в настоящем изобретении способа, установлено управляющее оборудование 11. Регенератор 1 тепла, в свою очередь, содержит по меньшей мере одну батарею 12 для отработанного воздуха в первом потоке 3 воздуха и по меньшей мере одну батарею 13 для впускного воздуха во втором потоке 4 воздуха. Для передачи энергии между батареями 12, 13, т.е., для рекуперации тепла (или охлаждения) циркулирует поток жидкости, который можно регулировать относительно расхода в контуре 14 жидкости между батареями 12, 13. Жидкость циркулируете использованием циркуляционного насоса 15, который в предпочтительном варианте реализации можно регулировать относительно частоты вращения для изменения потока через батареи 12, 13. Контур жидкости на чертеже также снабжен регулирующим клапаном 16, которым, альтернативно или вместе с управлением скоростью насоса 15, можно управлять для регулирования расхода через батарею 12 для отработанного воздуха. Для измерения температур воздуха и влагосодержания в разных местах схематически показаны несколько датчиков, расположенных (без обозначений) для измерения температуры T и влагосодержания X отработанного воздуха 5, температуры Т наружного воздуха 7 и температуры T впускного воздуха 8. Таким образом, в соответствии с этим способом измерены температура Т и влажность Х отработанного воздуха 5, и при этом вычислена текущая температура T точки росы отработанного воздуха 5. После этого определена так называемая температура T подтверждения, которая при этом типе регенератора 1 тепла положена равной измеренной температуре T жидкости для текучей среды, входящей в батарею 12 для отработанного воздуха, которая схематически показана в виде датчика температуры на трубе.
wi
F
f
f
f
[0020] Температура T жидкости представляет собой удобную и надежную температуру, которая безопасно измеряет самую холодную температуру с достаточной точностью, поэтому ее предпочтительно использовать для получения простой установки и управления. В соответствии с этим способом также определяют так называемую температуру T накопления наледи, которая зависит по меньшей мере от одной, но предпочтительно от нескольких характеристик и/или условий s1…s8 для текущего рабочего случая и рассматриваемого регенератора 1 тепла. Температура T накопления наледи основана либо на эмпирических данных, полученных посредством тестирования соответствующего регенератора тепла в большом количестве рабочих случаев, причем текущий рабочий режим дает критическое значение, то есть температуру T накопления наледи, в качестве альтернативы эта величина может быть определена аналитически посредством расчета. Данные, которые являются основой для функции (которая дает температуру T накопления наледи), как правило, следующие:
s1 = тип регенератора (1) тепла,
Т
s2 = эффективность η температуры,
х
s3 = эффективность η влагосодержания,
5
s4 = влагосодержание x отработанного воздуха (5),
5
s5 = температура T отработанного воздуха (5),
7
s6 = температура Т наружного воздуха (7)
4
s7 = скорость v воздуха для впускного воздуха (8)
4
s8 = скорость v воздуха для отработанного воздуха (5).
f
v
F
v
1
2
1
v
f
2
2
v
5dp
1
1
1
1
2
T
wi
1
2
7
1
2
[0021] В зависимости от типа регенератора 1 тепла используют различное количество данных из вышеперечисленных данных при определении температуры T накопления наледи. Для регенератора 1 тепла с жидкостной связью предпочтительно используют данные s1, s2, s4, s5 и s6. Другими данными, которые могут оказывать влияние, являются s7 и s8, которые могут быть добавлены в качестве важных параметров в расчетах. При определенных значениях температуры T подтверждения и температуры T накопления наледи проводят сравнение температуры T подтверждения по меньшей мере с одним из двух критериев K, K, где K: T≤T, т.е. проверяют равно или ниже значение температуры подтверждения температуре накопления наледи. Кроме того, второй критерий K также может быть проверен в соответствии с K: T≤T+Δ°C, т.е. проверяют равна или ниже температура подтверждения расчетной точки росы. Этот критерий также содержит необязательную константу Δ для добавления к вычислению, что дает определенный допуск того, насколько близко к точке росы должно быть значение, при котором Δ≥0. При выполнении по меньшей мере одного из критериев K или K, в соответствии с одной альтернативой эффективность η температуры регенератора тепла снижена посредством изменения потока жидкости через батарею 12 для отработанного воздуха, посредством управления скоростью циркуляционного насоса 15 или посредством управления клапаном 16, так что происходит повышение температуры T жидкости, входящей в батарею 12 для отработанного воздуха. При этом происходит изменение режима эксплуатации регенератора 1 тепла, так что по меньшей мере любой из критериев K, K больше не выполнен. Другой вариант представляет собой повышение температуры Т наружного воздуха 7 посредством устройства 17 предварительного нагрева, которое в этом случае размещено во втором потоке 4 воздуха (всасываемый воздух), перед регенератором 1 тепла, причем режим эксплуатации регенератора 1 тепла изменен настолько, что по меньшей мере один из критериев K, K больше не выполнен, для оптимальной рекуперации и в то же время противодействию накоплению наледи на регенераторе 1 тепла. Оба этих варианта выполнены посредством управляющего сигнала от управляющего оборудования 11 к циркуляционному насосу 15 и/или к управляющему клапану 16, или, в качестве варианта, к устройству 17 предварительного нагрева.
5
5
7
8
5dp
v
сс
сс
v
f
v
1
2
Т
1
2
7
1
2
[0022] На ФИГ. 2 схематически показан блок 2 очистки воздуха с регенератором 1 тепла теплообменника пластинчатого типа, который может быть в форме перекрестноточного теплообменника или противоточного теплообменника. Пластинчатый теплообменник 1 снабжен в соответствии с известной технологией несколькими управляемыми дроссельными устройствами 18, которыми можно управлять для полного или частичного закрытия или открытия регенератора 1 тепла для пропускания наружного воздуха 7 в сочетании с открытием и закрытием так называемого перепускного дросселя, предназначенного для обхода, при необходимости, определенной части наружного воздуха 7. Это представляет собой возможность регулирования регенератора 1 тепла через управляющее оборудование 11. Блок 2 очистки воздуха сконструирован таким же образом, как описано выше, с первым и вторым потоком 3, 4 воздуха, вентиляторами 9, 10, отработанным воздухом 5, вытяжным воздухом 6, наружным воздухом 7 и впускным воздухом 8. Разница в том, что уникально для типа регенератора 1 тепла. Для измерения температуры воздуха и влагосодержания в разных местах аналогично тому, как показано на ФИГ. 1, расположено несколько датчиков (без обозначений) для измерения температуры T и влагосодержания X отработанного воздуха 5 и температуры Т наружного воздуха 7 и температуры T впускного воздуха 8. Таким же образом, как указано выше, температура T текущей точки росы отработанного воздуха 5 основана на данных измерений отработанного воздуха 5. После этого здесь также определяют температуру T подтверждения, которая для этого типа регенератора 1 тепла установлена равной измеренной температуре Т в так называемом «холодном углу». Это место хорошо известно и его легко определить как самое холодное место в пластинчатых теплообменниках, причем это место встречи холодного наружного воздуха 7 с вытяжным воздухом 6. Температура Т в холодном углу представляет собой удобную и надежную температуру, которая может быть измерена с достаточной точностью, поэтому ее предпочтительно использовать для получения простой установки и управления. Однако также может быть выбрано использование рассчитанной температуры, которая более подробно описана в связи с роторным теплообменником, причем при этом также должен быть выполнен ряд других измерений (см. дополнительное описание расчета температуры подтверждения для роторного регенератора тепла, ФИГ. 3). Температура накопления наледи определена так же, как описано выше, посредством функции, зависящей по меньшей мере от одной, но предпочтительно от ряда характеристик и/или условий s1…s8 для текущего рабочего случая и для текущего регенератора 1 тепла. Для пластинчатых регенераторов 1 тепла предпочтительно используют характеристики s1, s2, s4, s5 и s6. Другими способными оказать влияние характеристиками являются s7 и s8, которые могут быть добавлены в качестве важных параметров в расчетах. Далее в этом случае способ продолжают таким же образом, так что при определенных значениях температуры T подтверждения и температуры T накопления наледи проверяют температуру T подтверждения по двум критериям K, K и принимают меры, если по меньшей мере один из них удовлетворен. Как описано выше, при использовании другого варианта регенератора 1 тепла происходит уменьшение эффективности η температуры, но в этом случае это происходит посредством управляющего сигнала от управляющего оборудования 11, которое обеспечивает замену дроссельных устройств 18 для уменьшения рекуперации тепла. При этом происходит изменение режима эксплуатации регенератора 1 тепла, так что по меньшей мере один из критериев K, K больше не выполнен. Во втором варианте реализации повышают температуру Т наружного воздуха 7 посредством устройства 17 предварительного нагрева, которое расположено во втором потоке 4 воздуха (всасываемый воздух) перед регенератором 1 тепла, в результате чего режим эксплуатации регенератора 1 тепла изменен настолько, что по меньшей мере один из критериев K, K более не выполнен, для оптимальной рекуперации и в то же время противодействия накоплению наледи на регенераторе 1 тепла. Выходная мощность устройства 17 предварительного нагрева изменена в результате того, что управляющий сигнал подан от управляющего оборудования 11 к нагревателю 17.
5
5
7
8
5dp
4
3
7
7
1
v
v
f
5dp
F
1
2
v
6
v
[0023] На ФИГ. 3 схематически показан блок 2 очистки воздуха с регенератором 1 тепла регенератора 1 тепла роторного типа. Блок 2 очистки воздуха выполнен таким же образом, как описано выше, с первым и вторым потоками 3, 4 воздуха, вентиляторами 9, 10, отработанным воздухом 5, вытяжным воздухом 6, наружным воздухом 7 и впускным воздухом 8. Отлично здесь также то, что уникально для данного типа регенератора 1 тепла, в данном случае для роторного теплообменника 1. Для измерения температуры воздуха и влагосодержания в разных местах схематически аналогично тому, как на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, расположен ряд датчиков (без обозначений) для измерения температуры T и влагосодержания X отработанного воздуха 5, температуры Т наружного воздуха 7 и температуры T впускного воздуха 8. Таким же образом, как указано выше, температура T текущей точки росы отработанного воздуха 5 основана на данных измерений для отработанного воздуха 5. В дополнение к этим данным измерений, на управляющее оборудование 11 также собраны данные измерений, относящихся к текущему потоку V впускного воздуха, текущему потоку V вытяжного воздуха и температуре Т наружного воздуха 7 и влагосодержанию Х в месте перед роторным теплообменником 1. Кроме того, эффективность η роторного регенератора 1 тепла рассчитана для текущего режима эксплуатации. После этого определяют температуру T подтверждения, которую при этом типе регенератора 1 тепла полагают равной расчетной температуре, полностью основанной на ряде только что перечисленных измеренных значений. При проведении вычислений вместо измерения можно избежать компромиссного подхода к измеренному значению от (мы надеемся, характерного) выхода датчика, который все же ненадежен, поскольку оптимальное место меняется в зависимости от количества оборотов ротора в минуту, размера ротора, потока воздуха, температурных условий, и т.д., что особенно проблематично, например, в системах с переменным объемом воздуха (VAV). Таким образом, рассчитана вычисляемая температура T подтверждения, которая представляет собой самую низкую температуру, и именно она затем проверена относительно определенной температуры T накопления наледи и/или точки T росы, как описано ранее. Для роторного теплообменника 1 предпочтительно используют величины s1-s6, а другие величины, способные влиять на использование, представляют собой величины s7 и s8, которые могут быть добавлены в качестве значимых параметров в расчетах для определения температуры T накопления наледи. Затем при выполнении по меньшей мере одного или обоих критериев K, K для выполнения действия, это действие выполняют для воздействия на режим эксплуатации роторного регенератора 1 тепла. Доступные для этого варианты реализации, как и прежде, состоят в уменьшении эффективности η регенератора 1 тепла посредством изменения управляющего сигнала, который управляет скоростью роторного теплообменника 1, для оптимальной рекуперации и в то же время предотвращения накопления наледи на роторном регенераторе 1 тепла. Еще один вариант реализации состоит в использовании устройства 17 предварительного нагрева во внешнем воздухе 7 для его нагрева в месте во втором потоке 4 воздуха (впускном воздухе) перед роторным регенератором 1 тепла. При этом управляющий сигнал обеспечит увеличение выходной мощности нагревателя 17. Альтернатива к вычислению температуры T подтверждения может состоять в измерении, вместо вычисления, температуры в вытяжном воздухе Т, немного в стороне от ротора, и присвоения этого значения температуры температуре T подтверждения. Датчик температуры для этой альтернативы показан как пунктирный датчик в вытяжном воздухе на ФИГ. 3.
Список обозначений
1 = регенератор тепла
2 = блок очистки воздуха
3 = первый поток воздуха
4 = второй поток воздуха
5 = отработанный воздух
6 = вытяжной воздух
7 = наружный воздух
8 = впускной воздух
9 = вытяжной вентилятор
10 = вентилятор для впускного воздуха
11 = управляющее оборудование
12 = батарея для отработанного воздуха
13 = батарея для впускного воздуха
14 = контур жидкости
15 = циркуляционный насос
16 = регулирующий клапан
17 = устройство предварительного нагрева
18 = дроссельные устройства
Т = температура
х = влагосодержание
F = функция
К = критерий
η = эффективность
V = поток
v = скорость
s = конкретное свойство