Система кондиционирования приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием
SUPPLY AIR CONDITIONING SYSTEM WITH NON-LIQUID ROTARY HEATING

3
3
3
1
1
1
Заявляемое решение относится к области систем кондиционирования приточного воздуха для обслуживания помещений общественных зданий в холодный период года, и обеспечивает получение чистого приточного воздуха с температурой t=20°С, относительной влажностью ϕ=0,45 (в долях ед.) и влагосодержанием d=6,5 г/кг сух. возд. при температуре наружного воздуха t=-40°С, относительной влажности ϕ=0,7 (в долях ед.), и влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд.
Заявляемая система кондиционирования содержит два кондиционера (основной кондиционер приточного воздуха и дополнительный кондиционер приточного воздуха).
Кондиционеры содержат приточную и вытяжную камеры, адсорбционный роторный регенератор и роторный теплообменник.
Основной кондиционер приточного воздуха имеет линию вытяжки удаляемого из помещения воздуха, противоположно направленную линии притока наружного воздуха, а дополнительный кондиционер приточного воздуха - противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки приточного воздуха. При этом дополнительный кондиционер приточного воздуха использует в своей вытяжной камере приточный воздух, получаемый в основном кондиционере приточного воздуха.
4
4
4
3
Удаляемый из помещения воздух имеет температуру t=23°С и влагосодержание d=8,5 г/кг сух. возд. Указанное влагосодержание удаляемого из помещения воздуха образуется за пределами заявляемой системы кондиционирования приточного воздуха путем увлажнения удаляемого из помещения воздуха с температурой t=23°С и влагосодержанием d=6,5 г/кг сух. возд в парогенераторе, который не охлаждает увлажняемый воздух.
1
1
1
бар
Параметры наружного воздуха (температура t, относительная влажность ϕ, влагосодержание d) соответствуют климатическим условиям при барометрическом давлении Р=101 к Па.
1
1
Заявляемая система кондиционирования обеспечивает при кондиционировании приточного воздуха при температуре наружного воздуха t=-40°С и влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд. получение чистого приточного воздуха, нулевого энергопотребления на нагревание приточного и чистого приточного воздуха и образование в ее кондиционерах безжидкостного роторного нагревания - Liguidless Rotary Heating (LRH).
Из источников научно-технической и патентной информации известны системы кондиционирования приточного воздуха. Среди них выбраны системы кондиционирования для обслуживания помещений общественных зданий, которые в холодный период года не обеспечивают получение чистого приточного воздуха и нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха без наличия в них гибридной линии вытяжки горячего воздуха, что обеспечивает возможность их усовершенствования в направлении, указанном в формуле изобретения заявляемого решения.
Известна система кондиционирования приточного воздуха для помещений общественных зданий, описанная в патенте на изобретение №2671909 «Система кондиционирования приточного воздуха с гибридной линией вытяжки горячего воздуха», выданного по заявке на изобретение №2017139154 с приоритетом изобретения от 10 ноября 2017 г., опубликованного 07.11..2018 г. в Бюл. №31. Авторы: В.Е. Воскресенский, А.М. Гримитлин.
Система кондиционирования приточного воздуха с гибридной линией вытяжки горячего воздуха, содержащая кондиционер, вентилятор притока наружного воздуха, вентилятор вытяжки удаляемого из помещения воздуха, вентилятор вытяжки горячего воздуха, кондиционер содержит приточную камеру и основную вытяжную камеру, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и дополнительным роторными каналами и размещением основного роторного канала горизонтальной промежуточной перегородки на входе наружного воздуха в кондиционер, адсорбционный роторный регенератор и роторный рекуператор-теплообменник, встроенные в роторные каналы горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, адсорбционный роторный регенератор имеет противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из помещения воздуха, роторный теплообменник имеет линию притока наружного воздуха, приточная и основная вытяжная камеры содержат входные и выпускные патрубки, кроме этого кондиционер содержит дополнительную вытяжную камеру горячего воздуха с входным и выпускным патрубками, отличающаяся тем, что система кондиционирования приточного воздуха содержит воздухораспределительную установку отработавшего в кондиционере удаляемого из помещения воздуха и доводчик температуры горячего воздуха, гибридная линия вытяжки горячего воздуха содержит входной и выпускной воздуховоды, адсорбционный роторный регенератор встроен в дополнительный роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, а роторный теплообменник - в основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки, дополнительная вытяжная камера горячего воздуха размещена над горизонтальной промежуточной перегородкой кондиционера с охватом роторного теплообменника, который имеет гибридную линию вытяжки горячего воздуха, противоположно направленную линии притока наружного воздуха, при этом роторный теплообменник кондиционера обеспечивает нагревание приточного воздуха на перепад температур, образуемый между требуемой температурой приточного воздуха на входе в адсорбционный роторный регенератор и температурой наружного воздуха на входе в роторный теплообменник, воздухораспределительная установка содержит всасывающий воздуховод, напорный воздуховод переменного сечения, содержащий по крайней мере два раздающих тройника различной пропускной способности, вентилятор вытяжки удаляемого из помещения воздуха, дополнительный вентилятор вытяжки удаляемого из помещения воздуха, всасывающий воздуховод соединен на входе с выпускным патрубком основной вытяжной камеры кондиционера и на выходе с всасывающим патрубком вентилятора вытяжки удаляемого из помещения воздуха, нагнетательный патрубок которого соединен с напорным воздуховодом воздухораспределительной установки, входной воздуховод гибридной линии вытяжки горячего воздуха выполнен с переменным сечением и содержит по крайней мере два собирающих тройника различной пропускной способности, раздающие и собирающие тройники одинаковой пропускной способности попарно соединены между собой раздающими воздуховодами, доводчик температуры горячего воздуха содержит приточную камеру горячего воздуха и вытяжную камеру удаляемого из помещения воздуха, разделенные между собой горизонтальной перегородкой с роторным каналом, роторный теплообменник, встроенный в роторный канал горизонтальной перегородки доводчика температуры горячего воздуха, приточная и вытяжная камеры доводчика температуры содержат входные и выпускные патрубки, входной воздуховод гибридной линии вытяжки горячего воздуха соединен на входе воздуховодом с выпускным патрубком приточной камеры доводчика температуры горячего воздуха и на выходе с входным патрубком дополнительной вытяжной камеры кондиционера, напорный воздуховод воздухораспределительной установки на выходе соединен воздуховодом с входным патрубком вытяжной камеры доводчика температуры горячего воздуха, выпускной патрубок которой соединен воздуховодом с всасывающим патрубком дополнительного вентилятора вытяжки удаляемого из помещения воздуха, а выпускной патрубок дополнительной вытяжной камеры кондиционера соединен с выпускным воздуховодом гибридной линии вытяжки горячего воздуха, который на выходе соединен с всасывающим патрубком вентилятора вытяжки горячего воздуха, выпускной патрубок приточной камеры кондиционера соединен воздуховодом с всасывающим патрубком вентилятора притока наружного воздуха, при этом суммарный массовый расход удаляемого из помещения воздуха, распределяемый по раздающим воздуховодам, равен разности массовых расходов удаляемого из помещения воздуха на входе и выходе напорного воздуховода воздухораспределительной установки, а массовый расход удаляемого из помещения воздуха на выходе напорного воздуховода равен массовому расходу горячего воздуха на входе в систему кондиционирования, обеспечивающие смешение горячего и отработавшего в кондиционере удаляемого из помещения воздуха в собирающих тройниках входного воздуховода гибридной линии вытяжки горячего воздуха с получением требуемого диапазона изменения температуры смешанного воздуха на входе в дополнительную вытяжную камеру кондиционера и восьмикратного увеличения его массового расхода по сравнению с массовым расходом горячего воздуха на входе в систему кондиционирования.
Несмотря на большое количество совпадающих признаков прототипа и заявляемого решения, отсутствие в прототипе отличительных признаков последнего не обеспечивает получение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей системы кондиционирования приточного воздуха по следующим причинам.
Система кондиционирования приточного воздуха, принятая за прототип, имеет функциональные ограничения, которые не позволяют:
1. получать чистый приточный воздух;
5
5
5
1
1
1
2. получать нулевое энергопотребление на нагревание чистого приточного воздуха в кондиционере до конечной температуры t=20°С, относительной влажности ϕ=0,45, влагосодержания d=6,5 г/кг сух. возд. и температуре наружного воздуха t=-40°С, относительной влажности ϕ=0,7 (в долях ед.), влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд. без наличия в системе кондиционирования гибридной линии вытяжки горячего воздуха.
По п. 1. недостатков системы кондиционирования приточного воздуха, принятой за прототип.
Система кондиционирования приточного воздуха, принятая за прототип, содержит кондиционер приточного воздуха, который имеет противоположно направленные линии притока наружного воздуха и удаляемого из помещения воздуха. Удаляемый из помещения воздух содержит в своем составе углекислый газ и различные бактерии и не является чистым воздухом. Бактерицидная обработка удаляемого из помещения воздуха обеззараживает удаляемый из помещения воздух, но не уменьшает процентное содержание в нем углекислого газа. При этом до 0,3% удаляемого из помещения воздуха, загрязненного углекислым газом, подсасывается в приточный воздух кондиционера через технологические зазоры, образуемые в дополнительном роторном канале горизонтальной перегородки кондиционера между торцами адсорбционного роторного регенератора и горизонтальной перегородкой. Поэтому приточный воздух, получаемый на выходе из адсорбционного роторного регенератора кондиционера системы кондиционирования - прототипа, не является абсолютно чистым воздухом.
По п. 2. недостатков системы кондиционирования приточного воздуха, принятой за прототип.
1
15
22
Система кондиционирования приточного воздуха, принятая за прототип, обеспечивает в холодный период года получение нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха только при наличии в ней гибридной линии вытяжки горячего воздуха, которая обеспечивает смешение отработавшего в кондиционере удаляемого из помещения воздуха с горячим воздухом при соотношении их массовых расходов 7:1 с получением восьмикратного увеличения массового расхода приточного воздуха в кондиционере по сравнению с массовым расходом горячего воздуха, имеющего при температуре наружного воздуха t=(-30)°С, температуру на входе во входной воздуховод системы кондиционирования приточного воздуха, t=131°С, и на входе в кондиционер после смешения t=40°C..
Задача создания системы кондиционирования приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием для помещений общественных зданий состояла в совершенствовании конструкции системы кондиционирования - прототипа и получении технического результата - расширение функциональных возможностей системы кондиционирования приточного воздуха.
Расширение функциональных возможностей системы кондиционирования приточного воздуха предусматривает:
1) получение на выходе из дополнительного кондиционера приточного воздуха заявляемой системы кондиционирования чистого приточного воздуха с заданными значениями температуры, относительной влажности и влагосодержания;
3
3
1
1
1
2) получение в кондиционерах заявляемой системы кондиционирования нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха и чистого приточного воздуха до конечной температуры t, относительной влажности ϕ и влагосодержания при температуре наружного воздуха t=-40°С, относительной влажности ϕ=0,7 и влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд. без наличия в кондиционерах гибридной линии вытяжки горячего воздуха.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что система кондиционирования приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием, содержащая основной кондиционер приточного воздуха, содержащий приточную и вытяжную камеры, разделенные между собой горизонтальной перегородкой с основным и дополнительным роторными каналами и размещением основного роторного канала на входе наружного воздуха в кондиционер, адсорбционный роторный регенератор и роторный теплообменник, встроенные в роторные каналы горизонтальной перегородки кондиционера и имеющие линию притока наружного воздуха, отличающаяся тем, что система кондиционирования приточного воздуха содержит дополнительный кондиционер приточного воздуха, кондиционеры размещены параллельно с образованием между ними сервисной площадки, адсорбционный роторный регенератор и роторный теплообменник основного кондиционера приточного воздуха имеют линию вытяжки удаляемого из помещения воздуха, противоположно направленную линии притока наружного воздуха, адсорбционный роторный регенератор и роторный теплообменник дополнительного кондиционера приточного воздуха имеют противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки приточного воздуха, адсорбционные роторные регенераторы кондиционеров встроены в дополнительные роторные каналы горизонтальных перегородок, а роторные теплообменники кондиционеров -в основные роторные каналы горизонтальных перегородок, приточная камера основного кондиционера приточного воздуха на выходе соединена воздуховодом с вытяжной камерой дополнительного кондиционера приточного воздуха на входе, образующие в кондиционерах безжидкостное роторное нагревание.
Технический результат заявляемого изобретения обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.
3
3
3
1
1
Алгоритм расчета параметров наружного, чистого приточного и приточного воздуха, и их значения, обеспечивающие в дополнительном кондиционере приточного воздуха получение нулевого энергопотребления на нагревание чистого приточного воздуха до заданных значений температуры t, относительной влажности ϕ, и влагосодержания d, при температуре наружного воздуха t=-40°С и влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд., приведены в табл. 1.
3
3
3
1
1
Алгоритм расчета параметров наружного, приточного и удаляемого из помещения воздуха, и их значения, обеспечивающие в основном кондиционере приточного воздуха получение нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха до заданных значений температуры t, относительной влажности ϕ, и влагосодержании d., при температуре наружного воздуха t=-40°С и влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд., приведены в табл. 2.
Доказательство существенности отличий заявляемой системы кондиционирования и связь отличительных признаков с достигаемым техническим результатом раскрывается в следующей последовательности.
1. Расширение функциональных возможностей системы кондиционирования приточного воздуха в виде обеспечения получения чистого приточного воздуха с заданными значениями температуры, влагосодержания и относительной влажности.
3
3
3
1
1
1
2. Расширение функциональных возможностей системы кондиционирования приточного воздуха в виде обеспечения получения в кондиционерах нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха и чистого приточного воздуха до конечной температуры t, относительной влажности ϕ,. влагосодержания d и температуре наружного воздуха t=-40°С, относительной влажности ϕ=0,7, влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд. без наличия в кондиционерах гибридной линии вытяжки горячего воздуха
Расширение функциональных возможностей системы кондиционирования приточного воздуха в виде обеспечения получения чистого приточного воздуха с заданными значениями температуры, влагосодержания и относительной влажности достигается за счет следующих преимуществ заявляемого решения.
В дополнительном кондиционере приточного воздуха заявляемой системы кондиционирования адсорбционный роторный регенератор и роторный теплообменник имеют противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки приточного воздуха. При этом приточный воздух линии вытяжки приточного воздуха по содержанию углерода является значительно более чистым воздухом, чем удаляемый из помещения воздух. Поэтому адсорбционный роторный регенератор дополнительного кондиционера приточного воздуха обеспечивает на своем выходе получение чистого приточного воздуха.
3
3
3
1
1
1
Расширение функциональных возможностей системы кондиционирования приточного воздуха в виде обеспечения получения в кондиционерах нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха и чистого приточного воздуха до конечной температуры t, относительной влажности ϕ,. влагосодержания d и температуре наружного воздуха t=-40°С, относительной влажности ϕ=0,7, влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд без наличия в кондиционерах гибридной линии вытяжки горячего воздуха достигается за счет следующих преимуществ заявляемого решения.
1. Адсорбционный роторный регенератор и роторный теплообменник дополнительного кондиционера приточного воздуха заявляемой системы кондиционирования имеют противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки приточного воздуха, а адсорбционный роторный регенератор и роторный теплообменник основного кондиционера приточного воздуха - противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из помещения воздуха, что обеспечивает выполнение кондиционеров двухкамерными и поступление теплого воздуха (удаляемого из помещения и приточного), выходящего из адсорбционных роторных регенераторов кондиционеров, на вход в роторные теплообменники, рекуперирующие теплоту входящего воздуха и передающие ее в основном кондиционере приточного воздуха приточному воздуху и в дополнительном кондиционере приточного воздуха чистому приточному воздуху.
2
2
1
4
4
1
H
2 Воздушные потоки кондиционеров заявляемой системы кондиционирования имеют на входах адсорбционных роторных регенераторов влагосодержание d, равное влагосодержанию наружного воздуха d=d=0,055 г/кг сух. возд, которое при взаимодействии с влагосодержанием других воздушных потоков на входах и выходах адсорбционных роторных регенераторов обеспечивает получение высоких значений эффективности адсорбционных роторных регенераторов по передаваемой влаге  и теплоте  в дополнительном кондиционере приточного воздуха и по передаваемой влаге  и теплоте  в основном кондиционере приточного воздуха, которые совместно с принятым высоким значением эффективности роторных теплообменников  обеспечивают при температуре приточного воздуха на входе в вытяжную камеру дополнительного кондиционера приточного воздуха t=21,5°С, при температуре удаляемого из помещения воздуха на входе в вытяжную камеру основного кондиционера приточного воздуха t=23°С и температуре наружного воздуха на входах в приточные камеры кондиционеров t=-40°С получение нулевого перепада температур на нагревание приточного воздуха в вытяжной камере дополнительного кондиционера приточного воздуха и удаляемого из помещения воздуха в вытяжной камере основного кондиционера приточного воздуха Δt=0, и обеспечивает получение нулевого энергопотребления на нагревание приточного и чистого приточного воздуха в кондиционерах системы кондиционирования приточного воздуха без наличия в них гибридной линии вытяжки горячего воздуха.
Значения параметров воздушных потоков по зонам дополнительного кондиционера приточного воздуха заявляемой системы кондиционирования приведены на фиг. 2, а значения параметров воздушных потоков по зонам кондиционера приточного воздуха - на фиг. 3.
Отсутствие в кондиционерах заявляемой системы кондиционирования приточного воздуха воздухонагревателей для получения требуемых значений температуры, относительной влажности и влагосодержания приточного и чистого приточного воздуха обеспечивает образование в кондиционерах заявляемой системы кондиционирования безжидкостного роторного нагревания - Liguidless Rotary Heating (LRH).
На фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемой системы кондиционирования приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием; на фиг. 2 - вертикальный разрез дополнительного кондиционера приточного воздуха с нумерацией зон тепловлажностного состояния воздушных потоков и их параметрами по зонам; на фиг. 3 - вертикальный разрез основного кондиционера приточного воздуха с нумерацией зон тепловлажностного состояния воздушных потоков и их параметрами по зонам;
На фиг. 1-3 обозначено: ЛПНВ - линия притока наружного воздуха; ЛВУВ - линия вытяжки удаляемого из помещения воздуха; ЛВПВ - линия вытяжки приточного воздуха.
Система кондиционирования приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием, содержащая основной кондиционер приточного воздуха 1, содержащий приточную 2 и вытяжную 3 камеры, разделенные между собой горизонтальной перегородкой 4 с основным 5 и дополнительным 6 роторными каналами и размещением основного роторного канала 5 на входе наружного воздуха в кондиционер, 1 адсорбционный роторный регенератор 7 и роторный теплообменник 8, встроенные в роторные каналы 5, 6 горизонтальной перегородки 4 кондиционера 1 и имеющие линию притока наружного воздуха, отличающаяся тем, что система кондиционирования приточного воздуха содержит кондиционер чистого приточного воздуха 13, кондиционеры 1, 9 размещены параллельно с образованием между ними сервисной площадки, адсорбционный роторный регенератор 7 и роторный теплообменник 8 основного кондиционера приточного воздуха 1 имеют линию вытяжки удаляемого из помещения воздуха, противоположно направленную линии притока наружного воздуха, адсорбционный роторный регенератор 7 и роторный теплообменник 8 дополнительного кондиционера приточного воздуха 9, имеют противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки приточного воздуха, адсорбционные роторные регенераторы 7 кондиционеров 1, 9 встроены в дополнительные роторные каналы 6 горизонтальных перегородок 4, а роторные теплообменники 8 кондиционеров 1, 9 - в основные роторные каналы 5 горизонтальных перегородок 4 кондиционеров 1, 9, приточная камера 2 основного кондиционера приточного воздуха 1 на выходе соединена воздуховодом 10 с вытяжной камерой 3 дополнительного кондиционера приточного воздуха 9 на входе, образующие в кондиционерах 1, 9 безжидкостное роторное нагревание
1
1
Заявляемая система кондиционирования приточного воздуха может работать в одном режиме кондиционирования приточного воздуха при температуре наружного воздуха t=-40°С и влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд.
1
1
Заявляемая система кондиционирования приточного воздуха работает следующим образом. Работают линия притока наружного воздуха и линия вытяжки удаляемого из помещения воздуха, адсорбционный роторный регенератор 7 и роторный теплообменник 8 основного кондиционера приточного воздуха 1, а также линия притока наружного воздуха и линия вытяжки приточного воздуха, адсорбционный роторный регенератор 7 и роторный теплообменник 8 дополнительного кондиционера приточного воздуха 9. Приточный воздух из приточной камеры 2 основного кондиционера приточного воздуха 1 поступает через воздуховод 10 в вытяжную камеру 3 дополнительного кондиционера приточного воздуха 9 с образованием в кондиционерах 1 и 9 при температуре наружного воздуха t=-40°С, и влагосодержании d=0,055 г/кг сух. возд. безжидкостного роторного нагревания и получением на выходе из приточной камеры 2 дополнительного кондиционера 9 чистого приточного воздуха с заданными значениями температуры, относительной влажности и влагосодержания.
Все изложенное, включая описание работы заявляемой системы кондиционирования приточного воздуха, подтверждает возможность ее использования в помещениях общественных зданий с получением высоких технических показателей по сравнению с известными системами кондиционирования приточного воздуха. Кроме того, как в источниках патентной и научно-технической информации, так и в помещениях общественных зданий такая система кондиционирования приточного воздуха не встречалась, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения всем критериям патентоспособности.
Перечень последовательностей
(Состав системы кондиционирования приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием)
1. Основной кондиционер приточного воздуха.
2. Приточная камера кондиционера приточного воздуха.
3. Вытяжная камера кондиционера приточного воздуха.
4. Горизонтальная перегородка кондиционера приточного воздуха.
5. Основной роторный канал горизонтальной перегородки кондиционера приточного воздуха.
6. Дополнительный роторный канал горизонтальной перегородки кондиционера приточного воздуха.
7. Адсорбционный роторный регенератор кондиционера приточного воздуха.
8. Роторный теплообменник кондиционера приточного воздуха.
9. Дополнительный кондиционер приточного воздуха.
10. Воздуховод, соединяющий приточную камеру кондиционера приточного воздуха на ее выходе с вытяжной камерой дополнительного кондиционера приточного воздуха на входе.