Энергосберегающая система подготовки приточного воздуха
ENERGY-SAVING INLET AIR PREPARATION SYSTEM

Предлагаемое изобретение относится к строительству и может быть использовано для предварительного подогрева и охлаждения приточного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования в зимний и летний периоды.
Известна энергоресурсосберегающая система кондиционирования, содержащая приточную (вентиляционную камеру), в которой помещены клапан, вентилятор, калорифер, камера орошения (центральный кондиционер), перед которой устроены каплеуловитель и теплообменник, соединенный с источником энергии из системы вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) [Патент РФ № 2302588, МПК F24 F5/00, 2007].
Недостатками известной системы кондиционирования являются необходимость наличия поблизости источника ВЭР и подводящих теплопроводов и невозможность использования существующей ВЭР в летнее время для охлаждения приточного воздуха, что снижает ее эффективность.
Более близким к предлагаемой полезной модели является регенеративная система регулирования параметров приточного воздуха, включающая, помещенный ниже уровня промерзания грунта теплообменник, состоящий из теплообменных труб, размещенных на некотором расстоянии друг от друга в грунте, с уклоном в сторону движения воздуха и соединенных своими кромками с одной стороны через отверстия с распределительным воздушным коробом, который на уровне поверхности земли соединен с заборным колпаком, боковые стенки которого перфорированы вертикальными щелями, а с другой стороны кромки теплообменных труб соединены через отверстия с приемным воздушным коробом, отверстие которого на уровне поверхности земли соединено через верхнюю кромку тройника с влагоудаляющим колпаком, боковые стенки которого перфорированы вертикальными щелями, по вертикальной оси приемного воздушного короба установлена вертикальная труба, заполненная фитилем, нижняя кромка которой находится ниже уровня конденсата в пирамидальном днище короба, а верхняя кромка соединена через отверстие с днищем влагоудаляющего колпака, на поверхности которого уложен слой фитиля, соединенного с фитилем в вертикальной трубе, причем боковая кромка тройника соединена через входной воздуховод с клапаном, калорифером, вентилятором, центральным кондиционером и магистральным воздуховодом, расположенными в вентиляционной камере здания [Патент РФ № 2533355, МПК F24 F5/00, 2014].
Основными недостатками регенеративной системы регулирования параметров приточного воздуха являются быстрый выход из строя труб теплообменника, расположенного в толще влажного агрессивного грунта, в результате интенсивной коррозии, невысокая скорость теплопередачи через эти трубы, ведущая к увеличению их числа, металлоемкости и габаритов теплообменника, а также недостаточная скорость испарения воды с поверхности слоя фитиля влагоудаляющего колпака, ведущая к затоплению конденсатом поддона приемного воздушного короба и нижних труб теплообменника, что снижает надежность и эффективность известного изобретения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности энергосберегающей системы подготовки приточного воздуха.
Технический результат достигается энергосберегающей системой подготовки приточного воздуха, включающей, помещенный ниже уровня промерзания грунта теплообменник, состоящий из чугунных оребренных теплообменных труб, размещенных на некотором расстоянии друг от друга в грунте, с уклоном в сторону движения воздуха и соединенных своими кромками с одной стороны через отверстия с распределительным воздушным коробом, выполненным из железобетона, представляющим собой прямоугольную вертикальную коробку с пирамидальной крышкой, отверстие которой на уровне поверхности земли соединено с заборным колпаком, боковые стенки которого перфорированы вертикальными щелями, а с другой стороны кромки вышеупомянутых труб соединены через отверстия с приемным воздушным коробом, выполненным из железобетона, представляющим собой прямоугольную вертикальную коробку с пирамидальной крышкой и пирамидальным днищем, отверстие которой на уровне поверхности земли соединено через верхнюю кромку тройника с влагоудаляющим колпаком, снабженным дефлектором, по вертикальной оси приемного воздушного короба установлена вертикальная труба, заполненная фитилем, нижняя кромка которой находится ниже уровня конденсата в пирамидальном днище, а верхняя кромка соединена через отверстие с днищем влагоудаляющего колпака, на поверхности днища которого уложен слой фитиля, соединенного с фитилем в вертикальной трубе, причем боковая кромка тройника короба соединена через входной воздуховод с клапаном, калорифером, вентилятором, центральным кондиционером и магистральным воздуховодом, расположенными в вентиляционной камере здания.
Предлагаемая энергосберегающая система подготовки приточного воздуха (ЭСПВ) представлена на фиг. 1-4 (на фиг 1. – общий вид, на фиг. 2-4 – разрезы и узел ЭСПВ).
ЭСПВ содержит помещенный ниже уровня промерзания грунта 1 теплообменник 2, состоящий из чугунных оребренных теплообменных труб 3, размещенных на некотором расстоянии друг от друга в грунте 1, с уклоном в сторону движения воздуха и соединенных своими кромками с одной стороны через отверстия (на фиг. 1-4 не показаны) с распределительным воздушным коробом 4, изготовленным, например, из железобетона, представляющим собой прямоугольную вертикальную коробку 5 с пирамидальной крышкой 6, отверстие которой на уровне поверхности земли (на фиг. 1-4 не показаны) соединено с заборным колпаком 7, боковые стенки которого перфорированы щелями 8, а с другой стороны кромки теплообменных труб 3 соединены через отверстия (на фиг. 1-4 не показаны) с приемным воздушным коробом 9, изготовленным, например, из железобетона, представляющим собой прямоугольную вертикальную коробку 10 с пирамидальной крышкой 11 и пирамидальным поддоном 12, отверстие которой на уровне поверхности земли (на фиг. 1-4 не показаны) соединено через верхнюю кромку тройника 13 с влагоудаляющим колпаком 14, снабженным дефлектором 15, по центральной вертикальной оси приемного воздушного короба 9 установлена вертикальная труба 16, заполненная фитилем 17, нижняя кромка которой находится ниже уровня конденсата в пирамидальном днище 12, а верхняя кромка соединена через отверстие (на фиг. 1-4 не показаны) с днищем влагоудаляющего колпака 14, на днище которого уложен также слой фитиля 18, соединенного с фитилем 17, а боковая кромка тройника 13 соединена через входной воздуховод 19 с клапаном 20, калорифером 21, вентилятором 22, центральным кондиционером 23 и магистральным воздуховодом 24, расположенным в вентиляционной камере 25 здания 26.
В основу работы предлагаемой ЭСПВ положены: особенности температурного профиля по глубине грунта (в зимнее время на большей части территории России температура грунта ниже уровня промерзания выше нуля).
Л1
ГЛ
Л2
Предлагаемая ЭСПВ работает в двух режимах: летнем и зимнем. В летний период наружный воздух с температурой t поступает через щели 8 в заборный колпак 7, в котором создается некоторое разрежение за счет работы вентилятора 21, откуда поступает в распределительный воздушный короб 4 теплообменника 2, из которого распределяется по его чугунным оребренным трубам 3 и перемещается по ним в приемный воздушный короб 9. В процессе движения воздуха по оребренным трубам 3 между ним и грунтом 1, имеющим более низкую температуру t, через стенки труб 3 происходит теплообмен, скорость которого значительно увеличивается по сравнению с гладкими трубами за счет наличия ребер, которые увеличивают площадь теплопередачи в несколько раз, в результате чего температура воздуха уменьшается до t, а образующийся при этом водный конденсат стекает за счет уклона труб 3 в поддон 12. Охлажденный и осушенный воздух собирается в приемном воздушном коробе 9 и через тройник 13, входной воздуховод 19 и клапан 20 поступает в вентиляционную камеру 25, где вентилятор 22 подает его в центральный кондиционер 23, минуя калорифер 21 (воздушный байпас на фиг. 1-4 не показан). В центральном кондиционере 23 осуществляется доводка воздуха до требуемых параметров, после чего кондиционированный воздух поступает в магистральный воздуховод 24, по которому направляется к потребителям (на фиг. 1-4 не показаны). Удаление водного конденсата из поддона 12 осуществляется за счет капиллярных сил фитилем 17, откуда конденсат поступает в фитиль 18, расположенный на днище влагоудаляющего колпака 14, с поверхности которого происходит испарение и быстрое удаление влаги за счет тепла наружного воздуха, поступающего через боковые стенки колпака 14 и самотяги, создаваемой дефлектором 15, которая многократно увеличивает скорость выброса удаляемых паров влаги в атмосферу.
З1
ГЗ
З2
В зимний период работы ЭСПВ наружный воздух с низкой температурой t поступает через щели 8 в заборный колпак 7, в котором создается некоторое разрежение за счет работы вентилятора 22, откуда поступает в распределительный воздушный короб теплообменника 2, расположенного в своей рабочей части ниже глубины промерзания, из которого распределяется по его оребренным трубам 3 и перемещается по ним в приемный воздушный короб 9. В процессе движения воздуха по оребренным трубам 3 между ними и грунтом 1, имеющим более высокую температуру t, через стенки труб 3 происходит теплообмен, в результате чего температура воздуха увеличивается до t. При этом, как и в летний период, скорость теплопередачи значительно увеличивается по сравнению с гладкими трубами за счет наличия ребер, которые увеличивают площадь теплопередачи в несколько раз, Далее воздух собирается в приемном воздушном коробе 9 и через тройник 13, входной воздуховод 19 и клапан 20 поступает в вентиляционную камеру 25, где вентилятор 22 подает его в калорифер 21, а затем в кондиционер 23, в котором осуществляется доводка воздуха до требуемых параметров, после чего воздух поступает в магистральный воздуховод 24, по которому направляется к потребителям (на фиг. 1-4 не показаны). В зимний период работы ЭСПВ при нагревании наружного воздуха в трубах 3 водный конденсат не образуется и не скапливается в поддоне 12 приемного воздушного короба 9. Поэтому в зимний период работы ЭСПВ предусматривается перекрытие ствола дефлектора 15 влагоудаляющего колпака 14 заслонкой (на фиг. 1–4 не показана) во избежание контакта наружного воздуха с низкой температурой с поверхностью фитиля 18.
При этом использование оребренных труб 3 позволяет в несколько раз увеличить площадь теплообмена между приточным воздухом и грунтом 1, что значительно увеличивает скорость теплопередачи между ними, а использование в качестве материала труб 3 чугуна позволяет значительно увеличить срок службы теплообменника 2, находящегося в агрессивном грунте 1, благодаря высоким антикоррозионным свойствам чугуна [Г.Н. Делягин. Теплогенерирующие установки. - М.: Стройиздат, с. 273]. Кроме того, установка вверху влагоудаляющего колпака 14 дефлектора 15 создает самотягу [Ю. П. Гусев. Основы проектирования котельных установок. - М.: Стройиздат, 1977, с.143], которая многократно увеличивает скорость испарения и удаления воды с поверхности слоя фитиля 18 влагоудаляющего колпака 14, что предотвращает затопление конденсатом поддона12 и нижних труб 3 теплообменника 2.
Таким образом, конструкция предлагаемой энергосберегающей системы подготовки приточного воздуха позволяет использовать низкопотенциальное тепло грунта ниже уровня промерзания для предварительного подогрева приточного воздуха в зимний период и его охлаждения в летний период, увеличивает срок службы теплообменника, повышает скорость теплопередачи  между воздухом и грунтом и обеспечивает быстрое удаление конденсата из влагоудаляющего колпака, что значительно повышает надежность и эффективность ее работы.