СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА
METHOD FOR HEAT PREPARATION OF AIR

Изобретение относится к области теплохладоснабжения зданий и сооружений различного назначения и может быть использовано для энергосберегающего и экологичного кондиционирования больших объемов воздуха.
Известен способ тепловой подготовки воздуха, включающий устройство в грунтовом массиве теплообменных каналов, организацию движения по ним теплоносителя и извлечение из грунта или сброс в грунт низкопотенциальной тепловой энергии (патент РФ №2499197, опубл. 20.11.2013, бюл. №32).
Недостатками данного способа являются значительные затраты на размещение в грунте теплообменных каналов большого сечения и низкая энергетическая эффективность из-за малой величины теплосъема или теплосброса с единицы длины теплообменных каналов.
Известен способ тепловой подготовки воздуха, включающий размещение в речной воде теплообменных каналов и извлечение из воды или сброс в нее низкопотенциальной тепловой энергии путем организации движения атмосферного воздуха в каналах при наличии температурного градиента между воздухом и водой (авторское свидетельство СССР №1321906, опубл. 07.07.1987, бюл. №25).
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая энергетическая эффективность тепловой подготовки воздуха в связи с отсутствием регулирования процесса теплообмена при естественных колебаниях температур речной воды и атмосферного воздуха.
Задачей изобретения является повышение энергетической эффективности тепловой подготовки больших объемов воздуха.
Достигается это тем, что в способе тепловой подготовки воздуха, включающем размещение в речной воде теплообменных каналов и извлечение из воды или сброс в нее низкопотенциальной тепловой энергии путем организации движения атмосферного воздуха в каналах при наличии температурного градиента между воздухом и водой, извлечение или сброс тепловой энергии при естественных колебаниях температур речной воды и атмосферного воздуха сопровождают регулированием мощности теплового потока за счет изменения расхода воздуха в теплообменных каналах, а температурный градиент между воздухом и водой обеспечивают путем регулирования температурного режима речного стока.
Отличительные признаки - регулирование мощности теплового потока при естественных колебаниях температур речной воды и атмосферного воздуха за счет изменения расхода воздуха в теплообменных каналах, а также обеспечение температурного градиента между воздухом и водой путем регулирования температурного режима речного стока. Эти признаки дают возможность передавать максимальное количество тепловой энергии от воды к воздуху или наоборот при минимальных затратах энергии на перемещение воздуха.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение энергетической эффективности тепловой подготовки воздуха.
Заявляемый способ поясняется чертежом, где 1 - река; 2 - вентиляторная станция; 3 - нагнетательный воздухопроводный канал вентиляторной станции; 4 - впускной коллектор; 5 - теплообменные воздухопроводные каналы; 6 - выпускной коллектор; 7 - теплоизолированный воздухопроводный канал; 8 - объект теплохладоснабжения, например комплекс спортивных сооружений; 9 - плотина; 10 - водохранилище.
Способ осуществляется следующим образом.
На берегу реки 1 устанавливают вентиляторную станцию 2. Нагнетательный канал 3 вентиляторной станции сопрягают с впускным коллектором 4, к которому присоединяют несколько выполненных из металлических труб теплообменных воздуховодов 5, проложенных через русло реки на другой берег к выпускному коллектору 6, откуда прошедший тепловую подготовку воздух доставляется по теплоизолированному каналу 7 к потребителю холода или тепла 8. Для регулирования температурного режима речной воды теплообменную установку размещают на участке реки с зарегулированным стоком, прилегающем, например, к нижнему бьефу плотины 9.
В жаркое время года атмосферный воздух, перемещаемый вентилятором 2 по воздуховодам 5, отдает свое тепло речной воде, в результате чего к потребителю поступает охлажденный воздух. В холодное время года подаваемый в теплообменные каналы воздух забирает тепло от речной воды и поставляется потребителю нагретый до положительных температур. Важнейшим условием энергетической эффективности описываемых теплообменных процессов является обеспечение оптимальной скорости выравнивания температур воздуха и воды по длине теплообменных каналов. Для выполнения этого условия при естественных колебаниях температур атмосферного воздуха и речной воды соответствующим образом регулируют мощность теплового потока через стенки погруженных в реку каналов. Если выравнивание температур при текущем температурном напоре между водой в реке и атмосферным воздухом происходит ближе конца теплообменных участков, увеличивают расход воздуха в воздуховодах. И наоборот, если длина теплообменных участков оказывается недостаточной для выравнивания температур - уменьшают расход воздуха.
Для увеличения текущих значений температурного градиента между атмосферным воздухом и речной водой регулируют температуру воды в реке путем изменения глубины водозабора в водохранилище 10 или за счет перераспределения во времени объемов речного стока в нижний бьеф плотины 9.
Реализация способа наиболее эффективна в нижних бьефах плотин высоконапорных гидроэлектростанций (ГЭС), где круглогодично регистрируются высокие градиенты температур между атмосферным воздухом и речной водой. Например, температура воды в реке Енисей в районе города Красноярска, расположенного в 40 км ниже плотины Красноярской ГЭС, в летние месяцы не превышает 6÷12°С, а зимой река сохраняет положительную температуру, не замерзая даже в пятидесятиградусные морозы.
Применение предлагаемого способа позволяет повысить энергетическую эффективность кондиционирования больших объемов воздуха в связи с возможностью регулирования процесса его тепловой подготовки в погруженных в реку теплообменных каналах.