Устройство рекуперации теплопотерь зданий и сооружений
HEAT LOSS RECOVERY DEVICE FOR BUILDINGS AND STRUCTURES

Заявляемое устройство относится к области строительства энергоэффективных зданий с рекуперацией теплопотерь, и может быть использовано для строительства новых и реконструируемых зданий.
В частном случае, заявляемое устройство относится к системам кондиционирования с рекуперацией тепла и может использоваться как энергосберегающая система кондиционирования и отопления отдельно стоящего или группы близко расположенных зданий и сооружений при наличии круглогодичных теплоизбытков в одном из них.
Приоритетными областями применения заявляемого устройства являются энергоемкие общественные, производственные и административно-бытовые здания и сооружения, имеющие помещения с круглогодичными теплоизбытками, например, здания банков, ЦУПов, ЦОДов, IT-здания и учреждения, многофункциональные здания, содержащие серверные или другие крупные потребители электрической энергии.
Широко известны многозональные системы кондиционирования воздуха VRF и VRV с рекуперацией, позволяющие использовать теплоизбытки в одном охлаждаемом помещении для отопления другого помещения, см., например, книгу С.В Брух «VRF-системы кондиционирования воздуха. Особенности проектирования, монтажа и сервиса.», 2017 г., https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_009470155/
Недостатками этих систем кондиционирования являются:
- узкий рабочий диапазон температур наружного воздуха, ограниченный температурой наружного воздуха минус 20°С,
- резкое снижение энергетической эффективности при снижении температуры наружного воздуха.
Многозональные системы кондиционирования воздуха VRF и VRV допускают расстояния между наружными и внутренними блоками до 150 метров с перепадами высот между ними до 50 м.
Из уровня техники известно устройство для кондиционирования, патент RU 2415349 С1, согласно которому выносной компрессорно-конденсаторный агрегат воздушного охлаждения с вентилятором (наружный блок) размещен в контейнере с входным и выходным окнами для воздуха, которые выполнены с регулируемым проходным сечением и снабжены жалюзийными решетками с сервоприводами, причем, входное окно расположено в нижней части передней стенки контейнера, а выходное окно расположено в верхней части передней стенки контейнера.
Данное устройство расширяет рабочий диапазон температур наружного воздуха многозональных систем кондиционирования VRF и VRV в режиме охлаждения до минус 50°С и серийно выпускается отечественной промышленностью под маркой «комплекс ВСМ-1».
Данное изобретение по совокупности признаков является прототипом заявленного устройства тепловой изоляции зданий и сооружений.
Недостатком данного устройства является выброс в окружающую среду тепла, отводимого из помещений здания.
Из уровня техники известно также устройство тепловой изоляции зданий и сооружений (заявка на изобретение от 18.02.2021, рег. №2021104091), известное в публичной печати как «активная теплозащита зданий» (см. статью «Активная теплозащита пассивных зданий - перспективное решение для развития северных районов России», В.П. Харитонов, АВОК, Энергосбережение, №6, 2021, с. 18-22.).
Данное устройство осуществляет рекуперацию теплопотерь через ограждения и позволяет вернуть в здание тепло, ушедшее из здания, путем применения теплового насоса, компрессорно-конденсаторный агрегат которого размещен внутри здания в специальном машинном зале.
Недостатком данного устройства является необходимость устройства специального машинного зала, объединяющего элементы различных инженерных систем ОВиК здания, что удорожает его строительство.
Технической задачей заявляемого устройства является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом заявляемого устройства является рекуперация теплопотерь здания через ограждения и рекуперация тепла, выбрасываемого наружными блоками систем кондиционирования в режиме охлаждения помещений с теплоизбытками, и использование этого тепла для отопления других помещений, в результате чего достигается снижение экологической нагрузки на окружающую среду и снижение энергозатрат на отопление здания.
Решение поставленной технической задачи и достижение требуемого результата обеспечиваются тем, что в заявляемом устройстве рекуперации теплопотерь зданий и сооружений, содержащих помещения с круглогодичными избытками тепла, охлаждаемые системами кондиционирования, наружные блоки которых размещены снаружи здания в контейнерах с входным и выходным для воздуха жалюзийными решетками с сервоприводами, наружный блок системы кондиционирования здания, работающий в режиме охлаждения внутренних помещений здания с круглогодичными теплоизбытками, и наружный блок или блоки систем кондиционирования, работающие в режиме отопления и/или охлаждения внутренних помещений этого или соседних зданий в переходные и в отопительный периоды года, размещены снаружи здания в одном общем контейнере с входными и выходными для воздуха жалюзийными решетками с сервоприводами, либо размещены в раздельных контейнерах, которые соединены теплоизолированными воздуховодами. Причем, между блоками внутри общего контейнера установлена складная перегородка с ручным или автоматическим сервоприводом, и при наличии активной системы теплозащиты здания для рекуперации теплопотерь через его ограждения компрессорно-конденсаторный блок активной системы теплозащиты размещен в общем контейнере. При этом общий контейнер с наружными блоками, обслуживающими соседние здания, размещен между этими зданиями.
Технический результат заявляемого устройства заключается в рекуперации тепла, удаляемого из здания в отопительном сезоне системами кондиционирования и активной теплозащиты и в использовании этого тепла для отопления соседних помещений и соседних зданий.
Причиной целесообразности использования предлагаемого устройства является потребность в снижении потребления энергоресурсов на отопление зданий и сооружений с одновременным снижением экологической нагрузки на окружающую среду в виде выбросов тепловой энергии в соответствии с Государственной политикой РФ в Арктике на период до 2035 года.
Достоинствами заявляемого устройства являются:
- снижение тепловых потерь зданий и сооружений,
- снижение затрат энергоресурсов на отопление зданий и сооружений,
- снижение экологической нагрузки на окружающую среду.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунком.
На рисунке представлена схема заявляемого устройства.
На рисунке обозначены: 1 - внутренний блок в режиме отопления, 2 - отапливаемое помещение, 3 - соседнее здание, 4 - внутренний блок в режиме охлаждения, 5 - помещение с круглогодичными теплоизбытками (серверная), 6 - внутренний блок в режиме отопления, 7 - отапливаемое помещение (офис), 8 - основное энергоемкое здание (донор тепла), 9 - наружный блок в режиме отопления, 10 - складная перегородка (гармошка), 11 - наружный блок в режиме охлаждения, 12 - компрессорно-конденсаторный агрегат системы активной теплозащиты здания, 13 - наружный блок в режиме отопления, 14 - хладонопровод, 15 - листотрубный испаритель системы активной теплозащиты здания, 16 - комплекс ВСМ-1 без боковой стенки, 17 - комплекс ВСМ-1 без двух боковых стенок, 18-комплекс ВСМ-1 без двух боковых стенок, 19 - комплекс ВСМ-1 без одной боковой стенки, 20 - жалюзийные решетки с сервоприводами (все комплексы ВСМ-1 состыкованы в линию в общий контейнер).
Устройство работает следующим образом.
Во время отопительного сезона (холодный период года) и во время переходных периодов (весна, осень) система кондиционирования 4, 11 и система активной теплозащиты 15, 12 работают в режиме охлаждения, поставляя тепло, отводимое соответственно из помещения 5 и теплопотери через защищенный участок наружного ограждения здания 15, внутрь комплексов 16-19, причем, складные перегородки 10 убраны. Одновременно системы кондиционирования и отопления помещений 8 основного здания (здания донора тепла) и помещений 3 соседнего здания (здания - реципиента тепла) работают в режиме отопления обслуживаемых помещений, отводя необходимое для этого количество тепла из внутреннего объема комплексов 16-19. При этом, температура внутреннего воздуха в комплексах 16-19 поддерживается на оптимальном уровне, например, 20°С, за счет плавного или двухпозиционного управления жалюзи с сервоприводом 20. Благодаря этому сохраняются условия наивысшей энергоэффективности систем кондиционирования 1; 9 и 6; 13 в режиме отопления при низких температурах наружного воздуха.
В случае, если суммарное количество тепла, поставляемое внутрь комплексов 16-19 системами 4, 11 и 12, 15, не удовлетворяет полностью потребности систем отопления помещений основного и соседнего зданий, то в приоритетном порядке обслуживаются помещения здания - донора, а недостаток тепла восполняется штатными системами отопления.
В том же случае, если суммарное количество тепла, поставляемое внутрь комплексов 16-19 системами 4, 11 и 12, 15, превышает потребности систем 1, 9 и 6, 13, сервоприводы 20 открывают жалюзийные решетки комплексов 17 и 18, и избыток тепла выбрасывается в окружающую среду. Таким образом, заявляемое устройство осуществляет рекуперацию тепла в том количестве, в каком его потребляет система отопления двух (или более двух) зданий.
Во время летнего периода, когда надобность в отоплении помещений отпадает, системы кондиционирования 1, 9 и 6, 13 переводятся в режим охлаждения помещений, складные перегородки 10 раздвигаются, отделяя комплексы ПОЛЮС ВСМ-1 (16, 17, 18 и 19) друг от друга, и восстанавливается штатная работа всех систем кондиционирования в режиме охлаждения.
В летний период активная теплозащита зданий отключена, а система кондиционирования 4, 11 работает как и в отопительном сезоне, в режиме охлаждения, при этом тепло, отводимое из помещений 5, удаляется в окружающую среду.
Пример
В 12-этажном IT-здании в центре Москвы все офисные, административные и технические помещения оборудованы теплообменными приборами системы отопления, внутренними блоками системы комфортного кондиционирования или системы прецизионного (технологического) кондиционирования: в каждом помещении согласно проекту функционируют в автоматическом режиме приборы этих систем.
Теплопроизводительность системы отопления одного этажа в среднем составляет 80 кВт (суммарная мощность системы отопления всего здания превышает 900 кВт).
Мощность теплоизбытков, отводимых в окружающую среду системой прецизионного технологического кондиционирования серверов, работающей непрерывно, круглогодично, превышает 1350 кВт.
Система комфортного кондиционирования обслуживает все помещения здания (офисы, административные, служебные, производственные и технические помещения, актовый и обеденные залы, кабинеты, переговорные и др.). Теплопроизводительность системы комфортного кондиционирования в режиме обогрева помещений превышает 2 МВт (эта мощность практически не используется, так как в отопительный период включена штатная система отопления здания в традиционном исполнении с регулируемыми отопительными приборами).
Таким образом, суммарная тепловая нагрузка на окружающую среду превышает в отопительный период 2250 кВт (теплопотери через ограждения здания, равные мощности системы отопления, плюс теплоизбытки, отводимые в окружающую среду системой прецизионного технологического кондиционирования)
Применение заявляемого устройства в данном примере, например, путем реконструкции, позволило бы сократить экологическую нагрузку на окружающую среду в отопительный период на 1350 кВт, то - есть на 60%, с одновременным снижением затрат на отопление здания: штатные системы отопления данного и соседних зданий суммарной мощностью 1350 кВт можно было бы отключить, или держать в дежурном режиме.
Примечание: все наружные блоки системы комфортного кондиционирования этого здания размещены в комплексах ВСМ-1.