СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА В ЗДАНИИ

Настоящая полезная модель относится к кондиционированию воздуха, а более точно касается системы для охлаждения воздуха в здании, преимущественно в жаркое время года. Настоящая полезная модель может найти применение в городском хозяйстве с использованием действующих систем холодного и горячего водоснабжения и центрального отопления.
В настоящее время в связи с глобальным потеплением проблема охлаждения воздуха в зданиях в жаркий летний период становится особо остро. Существующие и вновь строящиеся жилые здания, как правило, оснащены системами центрального отопления, а системы кондиционирования воздуха отсутствуют, так как до последнего времени это не было столь актуально.
Для создания комфортных условий нахождения в зданиях используют различные системы кондиционирования воздуха: индивидуальные оконные кондиционеры, сплит - системы, центральные системы кондиционирования воздуха, системы «чилер-фанкойл», системы «тепловой насос-фанкойл» и конвективные системы охлаждения воздуха через охлаждающие потолки.
Все выше перечисленные системы кондиционирования воздуха характеризуются высокой стоимостью оборудования и затратами на его обслуживание, а также высоким потреблением энергии. Кроме того, большинство названных систем характеризуется образованием патогенной микрофлоры, приводящей к инфекционным заболеваниям. Одновременно с этим работа систем кондиционирования сопровождается шумом и сквозняками от работающих вентиляторов.
Центральные системы кондиционирования воздуха, системы «чилер-фанкойл», системы «тепловой насос-фанкойл» и конвективные системы охлаждения воздуха через охлаждающие потолки в основном используются в административных зданиях и современных бизнес - центрах.
В жилых зданиях применение центральных систем кондиционирования воздуха нецелесообразно, так как связано с большими материальными и финансовыми затратами.
Вопрос разработки систем кондиционирования воздуха в зданиях, которые не были бы материально обременительны для населения и не требовали перестройки существующих в зданиях технологических линий, в настоящее время стоит весьма остро.
Известно устройство для отопления и охлаждения здания (RU 2386900 С2), содержащее подсистему отопления, включающую котел, группу теплообменных секций, подводящий и отводящий трубопроводы с запорной арматурой, и подсистему охлаждения, включающую теплоизолированное хранилище, в котором заключен монолит замороженной жидкости, группу теплообменных секций, подводящий и отводящий трубопроводы с запорной арматурой. При этом для отопления и охлаждения здания используются одни и те же теплообменные секции, расположенные в здании.
В зимнее время хранилище заполняют блоками замороженной жидкости, в частности, льдом, который в летнее время за счет естественного таяния частично превращается в холодную воду и собирается в нижней части хранилища. Холодную воду за счет естественной или принудительной циркуляции направляют в теплообменные секции, которые за счет конвективного теплообмена с окружающим воздухом снижают температуру в здании, а воду, нагретую в теплообменных секциях, вновь подают в хранилище замороженной жидкости, которая ускоряет процесс таяния льда.
Известное устройство пригодно для охлаждения только небольших зданий и коттеджей и не может быть использовано для охлаждения воздуха в многоэтажных жилых зданиях, так как требует заготовки большого объема льда и сооружения специальных хранилищ льда, что делает применение такого технического решения экономически нецелесообразным.
Ближайшим аналогом, взятым за прототип, является система для стабилизации температурного режима здания (RU 94 007660 А1), оснащенного сетью холодного водоснабжения и контуром центрального отопления, выполненным с возможностью охлаждения воздуха в здании, включающая аккумулятор естественного холода, циркуляционный насос и множество теплообменных секций, установленных в здании.
В летний период из контура центрального отопления сливают жидкость и заполняют водой, которую предварительно охлаждают до низкой температуры в аккумуляторе естественного холода, охлаждают помещения здания, после чего нагретую воду сбрасывают в канализацию, а холодную воду подают потребителю.
Известное техническое решение может найти применение в условиях континентального и теплого климата, когда необходимо понизить температуру воздуха в помещениях зданий в теплый период года, а также для подачи холодной воды потребителям, например, промышленным предприятиям для охлаждения тепловыделяющего оборудования.
Практическое решение вопроса охлаждения воздуха в здании с помощью описанной системы технически трудно осуществимо в городских условиях, так как в распоряжении городских служб коммунального хозяйства отсутствуют источники естественного холода. Можно предположить, что источником естественного холода может быть, например, заготовленный зимой лед. Вопрос хранения льда экономически нецелесообразен, т.к. требует строительства больших теплоизоляционных хранилищ и энергетических затрат на поддержание в хранилище заданного температурного режима.
Кроме того, требуется сливать жидкость из системы центрального отопления, заполнять систему холодной водой, которую после прохождения по системе центрального отопления необходимо сбрасывать в канализацию из-за ее непригодности для потребления, обусловленной нахождением в контуре системы центрального отопления опасных для человека примесей.
В основу полезной модели положена задача создания системы охлаждения воздуха в здании, надежную и простую в эксплуатации, которая была бы адаптирована к существующим системам тепло и водоснабжения с использованием для охлаждения воздуха существующего контура центрального отопления.
Поставленная задача решается также тем, что система охлаждения воздуха в здании, преимущественно в жаркое время года, оснащенного сетью холодного водоснабжения и контуром центрального отопления, выполненным с возможностью охлаждения воздуха в здании и включающим циркуляционный насос и множество теплообменных секций, согласно полезной модели, содержит регулятор расхода холодной воды, установленный на входе сети холодного водоснабжения, и охладитель типа жидкость/жидкость, охлаждающей средой в котором служит холодная вода сети холодного водоснабжения, а охлаждаемой средой служит жидкость контура центрального отопления, при этом охлаждающая линия охладителя типа жидкость/жидкость посредством первого трубопровода соединена с сетью холодного водоснабжения перед регулятором расхода холодной воды и после него, а охлаждаемая линия охладителя типа жидкость/жидкость посредством второго трубопровода соединена с выходом контура центрального отопления и его входом перед циркуляционным насосом.
Целесообразно, чтобы жидкость в контуре центрального отопления, используемая для нагрева воздуха в здании в холодное время, служила хладагентом в названном контуре для охлаждения воздуха в здании в жаркое время года.
Полезно, чтобы при наличии в здании сети горячего водоснабжения, первый трубопровод был дополнительно соединен со входом сети горячего водоснабжения.
Важно, чтобы на первом трубопроводе перед и после соединения с охлаждающим контуром охладителя типа жидкость/жидкость была установлена первая и вторая запорная арматура, соответственно.
Также важно, чтобы на втором трубопроводе перед и после соединения с охлаждаемым контуром охладителя типа жидкость/жидкость была установлена третья и четвертая запорная арматура, соответственно.
Желательно, чтобы патентуемая система содержала блок управления, к первому входу которого подключен датчик температуры наружного воздуха, ко второму входу подключен датчик температуры холодной воды в подающей линии первого трубопровода, к третьему входу подключен датчик температуры жидкости в подающей линии второго трубопровода, а к четвертому входу подключен датчик температуры жидкости в возвратной линии второго трубопровода, при этом первый и второй выходы блока управления подключены к регулятору расхода холодной воды и циркуляционному насосу контура центрального отопления, соответственно.
Техническим результатом настоящей полезной модели является возможность охлаждения здания в жаркое время года путем использования существующего контура центрального отопления, жидкость в котором охлаждается за счет теплообмена с холодной водой сети холодного водоснабжения. При этом для охлаждения в контуре центрального отопления используется та же самая жидкость, как в холодное время для нагрева воздуха в здании, что уменьшает эксплуатационные и материальные затраты.
Для реализации настоящей полезной модели требуется минимальная модификация существующей сети холодного водоснабжения и контура центрального отопления, что существенно снижает материальные и энергетические затраты по сравнению с известными системами того же назначения.
Настоящая полезная модель имеет практическое значение для решения вопроса охлаждения воздуха в многоэтажных зданиях в городских условиях, надежна и проста в эксплуатации и адаптирована к существующим системам тепло и водоснабжения здания. Система охлаждения работает бесшумно и, кроме того, в ней не образуется патогенная микрофлора, оказывающая негативное влияние на здоровье людей.
Патентуемая полезная модель позволяет регулировать температуру жидкости в контуре центрального отопления, и, следовательно, и температуру воздуха в здании за счет оснащения системой датчиков температуры и связанным с ними блоком управления.
Настоящая полезная модель описывается детально в нижеприведенном примере, не являющемся при этом исключительным и единственным в рамках исполнения патентуемой системы охлаждения воздуха в здании со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором изображена система для охлаждения воздуха в здании, согласно полезной модели.
1
Заявляемая система для охлаждения воздуха в здании, преимущественно в жаркое время года, предназначена для использования в здании 1, которое оснащено сетью 2 холодного водоснабжения и контуром 3 центрального отопления. Сеть 2 холодного водоснабжения содержит циркуляционный насос 4, трубопроводы 2 и раздаточные устройства 5 холодной воды, установленные в туалете, ванной комнате и на кухне.
1
2
Контур 3 центрального отопления включает теплообменник 6 типа жидкость/жидкость, который подключен к тепловому вводу 7, циркуляционный насос 8 и множество теплообменных секций 9, установленных в здании 1, например, на разных этажах, как это условно представлено на сопровождающем чертеже. Часть теплообменных секций 9 оснащена вентилятором 10, что позволяет образовать тепловую завесу. Контур 3 центрального отопления имеет подающую линию 3 и возвратную линию 3, подключенные к теплообменнику 6.
Патентуемая система охлаждения адаптирована к описанным выше сети 2 холодного водоснабжения и контуру 3 центрального отопления, которыми оснащено здание 1, и содержит регулятор 11 расхода холодной воды, установленный на входе сети 2 холодного водоснабжения, и охладитель 12 типа жидкость/жидкость, далее по тексту охладитель 12, охлаждающей средой в котором служит холодная вода сети 2 холодного водоснабжения, а охлаждаемой средой служит жидкость контура 3 центрального отопления.
1
2
Для подключения охладителя 12 к сети 2 холодного водоснабжения система содержит первый трубопровод 13, подающая линия 13 которого соединена с сетью 2 холодного водоснабжения перед регулятором 11 расхода холодной воды и входом охлаждающего контура 14 охладителя 12. С выходом охлаждающего контура 14 охладителя 12 соединена возвратная линия 13 первого трубопровода 13, соединенная с сетью 2 холодного водоснабжения после регулятора 11 расхода холодной воды по направлению ее подачи.
1
1
2
2
Для подключения охладителя 12 к контуру 3 центрального отопления система содержит второй трубопровод 15, подающая линия 15 которого соединена с подающей линией 3 контура 3 центрального отопления и выходом охлаждаемого контура 16 охладителя 12. Возвратная линия 15 второго трубопровода 15 подключена к возвратной линии 3 контура 3 центрального отопления и входу охлаждающего контура 16 охладителя 12.
Таким образом, охладитель 12 с охлаждающей стороны подключен к сети 2 холодного водоснабжения, а с охлаждаемой стороны - к контуру 3 центрального отопления.
Отличительной особенностью настоящей полезной модели является то, что жидкость в контуре 3 центрального отопления, используемая для нагрева воздуха в здании 1 в холодное время, служит хладагентом для охлаждения воздуха в здании 1 в жаркое время года.
1
2
3
4
2
2
Патентуемая система может быть также использована в здании 1, которое дополнительно оснащено сетью 17 горячего водоснабжения, которая включает первую ступень 17, подключенную ко входу сети 2 холодного водоснабжения, вторую ступень 17, циркуляционный насос 18, подающий трубопровод 17, соединенный с частью раздаточных устройств 5 и полотенцесушителями 19, установленными в ванных комнатах, и возвратный трубопровод 17, подключенный ко второй ступени 17 сети 17 горячего водоснабжения. В таком случае возвратная линия 13 первого трубопровода 13 дополнительно соединена со входом сети 17 горячего водоснабжения.
1
2
В настоящее время большинство технологических устройств сетей холодного и горячего водоснабжения и центрального отопления размещено в тепловых пунктах, расположенных вблизи от жилых зданий. На представленном чертеже в тепловом пункте 20, условно обозначенном на чертеже пунктирной линией, размещен тепловой ввод 7, теплообменник 6 контура 3 центрального отопления, первая и вторая ступени 17 17 сети 17 горячего водоснабжения, насосы 8 и прочие технологические устройства. При существующей компоновке охладитель 12 типа жидкость/жидкость целесообразно также разместить в тепловом пункте 20.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Для подключения и отключения патентуемой системы охлаждения воздуха на подающей и возвратной линиях 13 13 первого трубопровода 13 установлены первая и вторая запорная арматура 13, 13, соответственно; на подающей и возвратной линиях 15 15 второго трубопровода 15 установлены третья и четвертая запорная арматура 15 15, соответственно. На подающей и возвратной линиях 3 3 контура 3 центрального отопления также имеется запорная арматура 3 3.
Для функционирования в автоматическом режиме система содержит блок 21 управления, к первому входу которого подключен датчик 22 температуры наружного воздуха, ко второму входу подключен датчик 23 температуры холодной воды в подающей линии первого трубопровода, к третьему входу подключен датчик 24 температуры жидкости в подающей линии второго трубопровода, а к четвертому входу подключен датчик 25 температуры жидкости в возвратной линии второго трубопровода. Первый и второй выходы блока 21 управления подключены к регулятору 10 расхода холодной воды и циркуляционному насосу 8 контура 3 центрального отопления, соответственно.
Для визуального контроля за работой системы она снабжена датчиком 26 температуры холодной воды на выходе из охлаждающего контура охладителя типа жидкость/жидкость.
Патентуемая система охлаждения воздуха в здании работает следующим образом.
3
4
1
2
После окончания отопительного сезона отключают контур 3 центрального отопления: в теплообменник 6 не подают теплоноситель, запорная арматура 3 3 на подающей и возвратной линии 3 3 контура 3 центрального отопления перекрыта.
С наступлением жаркого периода времени, когда температура наружного воздуха в течение нескольких дней превышает 25°С, включают систему охлаждения воздуха в здании.
Для этой цели используют существующий контур 3 центрального отопления, теплообменные секции 9 которого осуществляют охлаждение воздуха в здании, причем хладагентом в названном контуре 3 служит та же самая жидкость, которую использовали для отопления здания в зимний период.
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
Открывают запорную арматуру 13, 13 на подающей и возвратной линиях 13 13 первого трубопровода 13, регулятор 10 расхода холодной воды устанавливают в закрытое положение, соответствующее температуре наружного воздуха. Закрывают запорную арматуру 3 3 на подающей и возвратной линии 3 3 контура 3 центрального отопления и открывают запорную арматуру 15, 15 на подающей и возвратной линиях 15, 15 второго трубопровода 15 и включают циркуляционный насос 8 контура 3 центрального отопления.
1
1
2
2
Циркуляционный насос 4 нагнетает холодную воду, температура которой в магистрали холодного водоснабжения обычно лежит в диапазоне 10-15°С, в подающую линию 13 первого трубопровода 13 и далее в охладитель 12 типа жидкость/жидкость, в котором холодную воду используют в качестве охлаждающей среды, при этом охлаждаемой средой в охладителе 12 служит жидкость контура 3 центрального отопления. В охладителе 12 происходит теплообмен между холодной водой и жидкостью контура 3 центрального отопления. Охлажденная до 16°С жидкость по подающей линии 3 поступает к теплообменным секциям 9 и за счет теплообмена с окружающим воздухом охлаждает его, создавая комфортные условия для проживающих в здании людей. По возвратной линии 3 контура 3 центрального отопления поступает в возвратную линию 15 второго трубопровода 15 и далее в охладитель 12. Цикл охлаждения продолжается. В таком режиме работы контур 3 центрального отопления по сути является контуром «центрального охлаждения».
2
1
Подогретая в охладителе 12 холодная вода по возвратной линии 13 поступает в сеть 2 холодного водоснабжения и далее к раздаточным устройствам 5. При наличии сети 17 горячего водоснабжения, как представлено в описываемом варианте выполнения, подогретая вода поступает на вход сети 17 горячего водоснабжения, а более точно - на первую ступень 17 сети 17 горячего водоснабжения, что снижает энергозатраты на подогрев горячей воды до заданной температуры.
Оснащение системы охлаждения блоком 21 управления и соответствующими датчиками 22, 23, 24, 25 температуры позволяет автоматизировать работу системы, обеспечивая наилучший температурный режим в здании в зависимости от температуры наружного воздуха. Ниже приводится конкретный вариант реализации температурных режимов, которые, по требованию пользователя, могут быть изменены.
При температуре наружного воздуха выше 25°С датчик 22 температуры наружного воздуха подает сигнал на блок 21 управления, по команде которого включается циркуляционный насос 8 контура 3 центрального отопления и полностью перекрывается регулятор 11 расхода холодной воды, при этом вся холодная вода поступает в охладитель 12, процесс теплообмена в котором описан выше.
1
Датчик 23 температуры контролирует температуру холодной воды в подающей линии 13 первого трубопровода 13. При температуре холодной воды больше 16°С датчик 23 температуры подает сигнал на блок 21 управления, по команде которого циркуляционный насос 8 контура 3 центрального отопления отключается, и система охлаждения не функционирует.
1
Датчик 24 температуры контролирует температуру жидкости (хладагента для охлаждения воздуха в здании, далее по тексту) на выходе из охладителя 12, при этом при температуре хладагента меньше 15°С датчик 24 температуры подает сигнал на блок 21 управления, который открывает регулятор 11 расхода холодной воды до тех пор, пока температура холодной воды в подающей линии 13 первого 13 трубопровода не поднимется до 16°С.При температуре хладагента на выходе из охладителя 12 выше 16°С датчик 24 температуры подает сигнал на блок 21 управления, который полностью перекрывает регулятор 11 расхода холодной воды.
Датчик 25 температуры контролирует температуру хладагента на входе в охладитель 12. При температуре меньше 18°С датчик 24 температуры подает сигнал на блок 21 управления, который выключает циркуляционный насос 8 контура центрального отопления и полностью открывает регулятор 10 расхода холодной воды.
В том случае, если температура наружного воздуха меньше 25°С, а температура хладагента на входе в охладитель 12 больше 18°С, что контролируется датчиком 25 температуры, то блок 21 управления не выключает циркуляционный насос 8 контура 3 центрального отопления до тех пор, пока температура хладагента на входе в охладитель 12 не станет ниже 18°С.
Таким образом, патентуемая полезная модель, детально описанная выше, имеет практическое значение для решения вопроса охлаждения воздуха в многоэтажных жилых зданиях и на промышленных предприятиях. Предлагаемая система охлаждения воздуха проста и надежна в эксплуатации и адаптирована к существующим системам тепло и водоснабжения зданий. Патентуемая полезная модель позволяет осуществлять охлаждение воздуха со значительно меньшими материальными и энергетическими затратами по сравнению с известными системами того же назначения.