УСТАНОВКА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА (ВАРИАНТЫ)
AIR CONDITIONING PLANT (VERSIONS)

Изобретение относится к устройствам для кондиционирования воздуха для обеспечения комфортных условий в помещениях с постоянным или временным пребыванием людей, для технологических нужд в нежилых помещениях и в производственных процессах.
Предлагаемые установки могут применяться в областях с тропическим, умеренным климатом и при других условиях.
В настоящее время наибольшее распространение получили установки кондиционирования воздуха (УКВ) с парокомпрессионными холодильными машинами (ПКХМ). Подобные устройства используются в различных климатических условиях, включая описанные выше. ПКХМ используются и только с прямым циклом, при котором парокомпрессионный цикл используется только для охлаждения обрабатываемого воздуха, и с реверсивным циклом, при котором ПКХМ используется и для охлаждения, и для нагрева. Устройства последнего типа называются тепловыми насосами.
Известна установка кондиционирования воздуха в пассажирских вагонах, включающая линию приточного воздуха, содержащую последовательно расположенные фильтр очистки входного воздуха, первую полость испарительного теплообменника, первый влагоотделитель, а также приточный вентилятор, и линию вытяжного воздуха, содержащую последовательно расположенные фильтр очистки вытяжного воздуха, первый увлажнитель, вторую полость испарительного теплообменника, второй влагоотделитель, а также вытяжной вентилятор (см. патент РФ №2274807, 20.04.2006).
Аналог имеет следующие недостатки:
существенные затраты потребляемой мощности на охлаждение воздуха при эксплуатации во влажных климатических условиях, что связано с высокими энергозатратами на привод форвакуумного насоса, который необходим для испарения охлаждающей воды в разреженном потоке воздуха.
Не предусмотрена функция теплонасосного нагрева воздуха в холодный период года, позволяющая экономить энергозатраты на отопление.
Приточный вентилятор расположен в линии приточного воздуха после устройств охлаждения, а не до них, что требует дополнительного снижения минимальной температуры в цикле охлаждения для компенсации тепловыделений вентилятора и увеличивает энергозатраты.
Известен кондиционер, в котором нагрев или охлаждение воздуха осуществляются соответственно конденсатором или испарителем парокомпрессионной холодильной машины (см. а.с. СССР №1784083, 23.12.1992).
Ближайшим аналогом изобретения является установка кондиционирования воздуха (а.с. СССР №1504467), включающая парокомпрессионную холодильную машину с конденсатором, охлаждаемым смесью атмосферного и вытяжного воздуха, нагнетаемой вентилятором, испарителем и переохладителем, линию приточного воздуха, содержащую приточный вентилятор и проходящую через испаритель, линию вытяжного воздуха, содержащую вентилятор и проходящую через конденсатор и переохладитель, и узел смешения вытяжного и атмосферного воздуха.
Ближайший аналог имеет следующие недостатки:
во влажных климатических условиях существенная часть холодопроизводительности УКВ расходуется на конденсацию излишков влаги из воздуха окружающей среды. При этом конденсат не находит полезного применения и выливается в окружающую среду.
Существенные затраты потребляемой мощности на охлаждение воздуха при эксплуатации при высоких температурах воздуха окружающей среды, что связано с высоким давлением конденсации и, как следствие, высокой требуемой мощностью компрессора.
Ряд энергоэффективных и удобных в эксплуатации хладагентов, таких как R22, не гарантируют надежную работу оборудования ПКХМ при высоких температурах окружающей среды из-за возникающих очень высоких давлений конденсации.
Техническим результатом изобретения является сокращение энергозатрат на кондиционирование воздуха в кондиционируемых объемах при параллельном повышении экологической безопасности, связанной с их жизненным циклом, по сравнению с серийно используемыми УКВ с парокомпрессионными циклами.
Технический результат достигается за счет того, что установка кондиционирования воздуха, включающая парокомпрессионную холодильную машину с конденсатором, охлаждаемым смесью атмосферного и вытяжного воздуха, нагнетаемой вентилятором, испарителем и переохладителем, линию приточного воздуха, содержащую приточный вентилятор и проходящую через испаритель, линию вытяжного воздуха, содержащую вентилятор и проходящую через конденсатор и переохладитель, и узел смешения вытяжного и атмосферного воздуха, согласно изобретению снабжена первым отделителем влаги, установленным на линии приточного воздуха после испарителя, линия приточного воздуха и линия вытяжного воздуха снабжены фильтрами, установка снабжена рециркуляционной линией, соединяющей линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора и линию приточного воздуха перед фильтром очистки входного воздуха, а переохладитель, узел смешения и конденсатор расположены последовательно.
В вытяжном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги.
Для увлажнения вытяжного потока, проходящего через переохладитель, используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха в испарителе.
В продувочном потоке на входе и выходе конденсатора установлены соответственно второй увлажнитель и третий отделитель влаги.
В вытяжном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги, а в продувочном потоке на входе и выходе конденсатора установлены соответственно второй увлажнитель и третий отделитель влаги.
Для увлажнения продувочного потока конденсатора используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха и собираемый в первом отделителе влаги.
В линии приточного воздуха после испарителя установлен калорифер.
В линии приточного воздуха до или после испарителя установлен обеззараживатель воздуха.
В другом варианте изобретения в установке кондиционирования воздуха, включающей парокомпрессионную холодильную машину с конденсатором, охлаждаемым воздухом окружающей среды, нагнетаемым вентилятором, и испарителем, линию приточного воздуха, содержащую приточный вентилятор и проходящую через испаритель, и линию вытяжного воздуха, содержащую вентилятор, согласно изобретению линия приточного воздуха и линия вытяжного воздуха снабжены фильтрами, расположенными соответственно перед приточным и вытяжным вентиляторами, а установка снабжена испарительным теплообменником, первая полость которого размещена в линии приточного воздуха перед испарителем, а вторая полость - в линии вытяжного воздуха, первым отделителем влаги, размещенным на линии приточного воздуха после испарителя, третьим увлажнителем и четвертым отделителем влаги, размещенными на линии вытяжного воздуха соответственно до и после второй полости испарительного теплообменника.
Установка может быть снабжена рециркуляционной линией, соединяющей линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора и линию приточного воздуха между входом в испаритель парокомпрессионной холодильной машины и выходом из первой полости испарительного теплообменника.
Для увлажнения вытяжного потока в третьем увлажнителе на входе во вторую полость испарительного теплообменника используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха и собираемый в первом отделителе влаги.
Установка может быть снабжена рециркуляционной линией, соединяющей линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора и линию приточного воздуха между входом в испаритель парокомпрессионной холодильной машины и выходом из первой полости испарительного теплообменника, причем для увлажнения вытяжного потока в третьем увлажнителе на входе во вторую полость испарительного теплообменника используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха и собираемый в первом отделителе влаги.
Установка может быть снабжена переохладителем холодильной машины, охлаждаемым частью вытяжного потока, отбираемого после вытяжного вентилятора по ходу вытяжного воздуха.
После переохладителя воздух удаляют в атмосферу.
На вытяжной линии между первым отделителем влаги и конденсатором установлен узел смешения вытяжного и продувочного потоков, после которого смешанный поток направляют на вход конденсатора.
В воздушном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги.
В воздушном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги.
Установка может быть снабжена рециркуляционной линией, соединяющей линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора и линию приточного воздуха между входом в испаритель парокомпрессионной холодильной машины и выходом из первой полости испарительного теплообменника, а в воздушном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги.
Для увлажнения вытяжного потока, проходящего через переохладитель в первом увлажнителе, используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха и собираемый в первом отделителе влаги.
В продувочном потоке на входе и выходе конденсатора установлены соответственно второй увлажнитель и третий отделитель влаги.
Для увлажнения продувочного потока во втором увлажнителе на входе в конденсатор используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха и собираемый в первом отделителе влаги.
Установка может быть снабжена переохладителем холодильной машины, охлаждаемым частью вытяжного потока, отбираемого после вытяжного вентилятора по ходу вытяжного воздуха, и рециркуляционной линией, соединяющей линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора и линию приточного воздуха между входом в испаритель парокомпрессионной холодильной машины и выходом из первой полости испарительного теплообменника, на вытяжной линии между первым отделителем влаги и конденсатором установлен узел смешения вытяжного и продувочного потоков, после которого смешанный поток направляют на вход конденсатора, в воздушном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги, в продувочном потоке на входе и выходе конденсатора установлены соответственно второй увлажнитель и третий отделитель влаги.
Установка может быть снабжена переохладителем холодильной машины, охлаждаемым частью вытяжного потока, отбираемого после вытяжного вентилятора по ходу вытяжного воздуха, и рециркуляционной линией, соединяющей линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора и линию приточного воздуха между входом в испаритель парокомпрессионной холодильной машины и выходом из первой полости испарительного теплообменника, на вытяжной линии между первым отделителем влаги и конденсатором установлен узел смешения вытяжного и продувочного потоков, после которого смешанный поток направляют на вход конденсатора, в воздушном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги, в продувочном потоке на входе и выходе конденсатора установлены соответственно второй увлажнитель и третий отделитель влаги, причем для увлажнения вытяжного потока, проходящего через переохладитель, в первом увлажнителе используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха и собираемый в первом отделителе влаги.
Установка может быть снабжена переохладителем холодильной машины, охлаждаемым частью вытяжного потока, отбираемого после вытяжного вентилятора по ходу вытяжного воздуха, и рециркуляционной линией, соединяющей линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора и линию приточного воздуха между входом в испаритель парокомпрессионной холодильной машины и выходом из первой полости испарительного теплообменника, на вытяжной линии между первым отделителем влаги и конденсатором установлен узел смешения вытяжного и продувочного потоков, после которого смешанный поток направляют на вход конденсатора, в воздушном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги, в продувочном потоке на входе и выходе конденсатора установлены соответственно второй увлажнитель и третий отделитель влаги, причем для увлажнения вытяжного потока в первом увлажнителе на входе в переохладитель, а также для увлажнения продувочного потока во втором увлажнителе на входе в конденсатор используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха и собираемый в первом отделителе влаги.
Установка может быть снабжена переохладителем холодильной машины, охлаждаемым частью вытяжного потока, отбираемого после вытяжного вентилятора по ходу вытяжного воздуха, и рециркуляционной линией, соединяющей линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора и линию приточного воздуха между входом в испаритель парокомпрессионной холодильной машины и выходом из первой полости испарительного теплообменника, на вытяжной линии между первым отделителем влаги и конденсатором установлен узел смешения вытяжного и продувочного потоков, после которого смешанный поток направляют на вход конденсатора, в воздушном потоке на входе и выходе переохладителя установлены соответственно первый увлажнитель и второй отделитель влаги, в продувочном потоке на входе и выходе конденсатора установлены соответственно второй увлажнитель и третий отделитель влаги, причем для увлажнения вытяжного потока в первом увлажнителе на входе в переохладитель, для увлажнения продувочного потока во втором увлажнителе на входе в конденсатор, а также для увлажнения вытяжного потока в третьем увлажнителе на входе во вторую полость испарительного теплообменника используют конденсат, образующийся при охлаждении приточного воздуха и собираемый в первом отделителе влаги.
В линии приточного воздуха после испарителя установлен калорифер.
В линии приточного воздуха до или после испарителя установлен обеззараживатель воздуха.
На фиг.1 и 2 изображены схемы устройства по первому варианту (без испарительного теплообменника).
На фиг.3-6 изображены схемы устройства по второму варианту (с испарительным теплообменником).
Установка кондиционирования, изображенная на фиг.1, включает парокомпрессионную холодильную машину с конденсатором 1, испарителем 2 и переохладителем 3, линию 4 приточного воздуха и линию 5 вытяжного воздуха. Линия 4 приточного воздуха проходит через фильтр 6 очистки входного воздуха, приточный вентилятор 7, испаритель 2 и первый отделитель влаги 8. Линия вытяжного воздуха проходит через фильтр 9 очистки вытяжного воздуха, вытяжной вентилятор 10 первый увлажнитель 11, переохладитель 3, второй отделитель влаги 12, узел смешения 13, конденсатор 1 и вентилятор конденсатора 14. Рециркуляционная линия 15 соединяет линию вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора 10 и линию 4 приточного воздуха перед фильтром 6 очистки входного воздуха.
Установка работает следующим образом.
Наружный воздух забирается из окружающей среды и попадает в фильтр 6. Поток наружного воздуха проходит через заслонку наружного воздуха (не показана), позволяющую отсекать и при необходимости регулировать расход наружного воздуха. Затем воздух попадает на всас приточного вентилятора 7. Затем очищенный поток уже приточного воздуха поступает на охлаждение в испаритель 2 холодильной машины, освобождается в первом отделителе влаги 8 от конденсата, образовавшегося в результате охлаждения, и поступает в кондиционируемый объем. Отделенный конденсат собирается системой водоподготовки. Часть отработанного воздуха выходит в окружающую среду через местные отсосы санузлов и других помещений. Другая часть воздуха уходит в окружающую среду за счет негерметичности кондиционируемого объема, а основная часть забирается из него вытяжным вентилятором 10.
Прежде чем попасть в вытяжной вентилятор 10, вытяжной воздух проходит фильтрацию в фильтре 9. Далее вытяжной воздух разделяется на два потока при помощи регулирующих заслонок (не показаны), позволяющих изменять их соотношение. Один поток по линии 5 вытяжного воздуха поступает в первый увлажнитель 11, где охлаждается за счет испарения воды, а затем в переохладитель 3, где он охлаждает хладагент холодильной машины. Для увлажнения воздуха в увлажнителе 11 может использоваться как конденсат, накопленный в системе водоподготовки, так и вода из внешнего источника, которая также подается в увлажнитель 11 системой водоподготовки. После переохладителя 3 вытяжной воздух освобождается от капельной влаги во втором отделителе влаги 12 и поступает в узел смешения 13, где он смешивается с атмосферным воздухом. Полученная смесь поступает на охлаждение конденсатора 1 и далее выбрасывается в атмосферу при помощи вентилятора конденсатора 14.
На фиг.2 установка снабжена на входе и выходе конденсатора 1 соответственно вторым увлажнителем 16 и третьим отделителем влаги 17. Продувочный поток перед входом в конденсатор 1 увлажняется водой, поступающей из системы водоподготовки, что позволит понизить температуру продувочного потока, входящего в конденсатор 1, что приведет к снижению температуры конденсации и, как следствие, к снижению затрат мощности на работу УКВ в режиме охлаждения. Вода, используемая в увлажнителе 16, также может быть конденсатом, собранным в отделителе влаги 8, и водой из внешнего источника. В остальном устройство функционирует так же, как и устройство на фиг.1.
Второй вариант устройства представлен на фиг.3. Установка кондиционирования включает парокомпрессионную холодильную машину с конденсатором 1 и испарителем 2, линию 4 приточного воздуха и линию 5 вытяжного воздуха. Линия приточного воздуха 4 проходит через фильтр 6 очистки входного воздуха, приточный вентилятор 7, первую полость испарительного теплообменника 18, испаритель 2 и первый отделитель влаги 8. Линия 5 вытяжного воздуха проходит через фильтр 9 очистки вытяжного воздуха, вытяжной вентилятор 10, третий увлажнитель 19, вторую полость испарительного теплообменника 18, четвертый отделитель влаги 20. Рециркуляционная линия 15 соединяет линию 5 вытяжного воздуха после вытяжного вентилятора 10 и линию 4 приточного воздуха между входом в испаритель 2 парокомпрессионной холодильной машины и выходом из первой полости испарительного теплообменника 18.
Установка работает следующим образом.
Охлаждение обрабатываемого воздуха осуществляется в двух последовательных ступенях. Первая ступень - испарительный теплообменник 18, в котором происходит предварительное охлаждение потока наружного воздуха. Вторая ступень - испаритель 2 парокомпрессионной холодильной машины, в котором происходит охлаждение смеси наружного и рециркуляционного потоков воздуха (приточного воздуха) до требуемых параметров.
Наружный воздух забирается из окружающей среды и попадает в фильтр 6. Поток наружного воздуха проходит через заслонку наружного воздуха (не показана), позволяющую отсекать и при необходимости регулировать расход наружного воздуха. Затем воздух попадает на всас приточного вентилятора 7. Затем очищенный поток наружного воздуха поступает на предварительное охлаждение в испарительный теплообменник 18, в котором теплота от наружного воздуха передается через стенки каналов к увлажненному продувочному потоку, являющемуся частью вытяжного потока.
После испарительного теплообменника 18 поток наружного воздуха смешивается с потоком рециркуляционного воздуха, образуя поток приточного воздуха. Приточный воздух проходит окончательное охлаждение в испарителе парокомпрессионной ступени охлаждения. Конденсат, образовавшийся в результате охлаждения воздуха в испарительном теплообменнике 18 и в испарителе 2, улавливается первым отделителем влаги 8 и накапливается системой водоподготовки.
Подготовленный таким образом приточный воздух поступает в кондиционируемый объем. Часть отработанного воздуха выходит в окружающую среду через местные отсосы санузлов и других помещений. Другая часть воздуха уходит в окружающую среду за счет негерметичности кондиционируемого объема, а основная часть вытягивается из него вытяжным вентилятором 10.
Прежде чем попасть в вытяжной вентилятор 10, воздух проходит фильтрацию в фильтре 9.
Вытяжной поток делится за вытяжным вентилятором 10 на два потока. Один поток по рециркуляционной линии 15 поступает на смешение с приточным воздухом, поступающим в испаритель 2. Второй поток проходит через увлажнитель 19, где охлаждается за счет испарения воды, поступающей из системы водоподготовки, и через вторую полость испарительного теплообменника 17, охлаждая через стенки канала поток наружного воздуха, проходящий через первую полость испарительного теплообменника 17. Далее второй поток освобождается от неиспарившейся капельной влаги в отделителе жидкости 20 и выбрасывается в атмосферу.
Для увлажнения в увлажнителе 19 может быть использован конденсат, собранный в отделителе влаги 8, вода, собранная в отделителе влаги 20, или вода из внешнего источника.
В устройстве, изображенном на фиг.4, в дополнение к устройству, изображенному на фиг.3, холодильная машина снабжена переохладителем 3, в котором хладагент холодильной машины охлаждается в результате теплообмена с частью вытяжного воздуха, который отделяется от основного потока после вентилятора 10. Для интенсификации охлаждения хладагента перед входом в переохладитель 3 часть вытяжного потока проходит через увлажнитель 11, где охлаждается за счет испарения воды. Неиспарившаяся вода после переохладителя 3 улавливается в отделителе влаги 12 и собирается системой водоподготовки. Отработавший таким образом вытяжной поток выбрасывается в атмосферу.
На фиг.5, в отличие от фиг.4, часть вытяжного воздуха после переохладителя 3 поступает в узел смешения 13 для смешения с атмосферным воздухом с целью снижения температуры воздуха, охлаждающего конденсатор 1, что позволит снизить затраты мощности холодильной машины.
Для еще большего охлаждения продувочного потока конденсатора и еще большей экономии энергозатрат в узел смешения 13 подается часть вытяжного воздуха, выходящего из второй полости испарительного теплообменника 18 после отделителя влаги 20. Полученная смесь поступает в конденсатор 1 и далее выбрасывается в атмосферу вентилятором конденсатора 14.
На фиг.6, в отличие от фиг.5, установка снабжена на входе и выходе конденсатора соответственно вторым увлажнителем 16 и третьим отделителем влаги 17. Увлажнение воздуха на входе в конденсатор дает его дополнительное охлаждение и способствует еще большей экономии энергозатрат на работу холодильной машины.
Во всех описанных выше установках с увлажнителями 11, 16 или 19 вода может не только увлажнять поток на входе в переохладитель 3, конденсатор 1 и вторую полость испарительного теплообменника 18 соответственно, но и подаваться внутрь указанных аппаратов, дополнительно интенсифицируя и повышая энергоэффективность процессов теплообмена.