УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к системам охлаждения помещений жидким холодоносителем, полученным из хранилища льда и/или снега, заготовленных в холодное время года, и предназначена для поддержания требуемых температурных параметров и микроклимата в общественных и жилых зданий в теплое время года.
Известно охлаждающее устройство, использующее талую воду, полученную в результате таяния снежных отложений. Устройство содержит хранилище снега и/или льда, соединенное подводящим водоводом циркуляционного контура, проходящим через основную охлаждающую часть устройства, с частью здания, во внутреннем помещении которого располагается охлаждаемый объект (патент JP2003336864, опубл. 28.11.2003). Температура поступившей для охлаждения воды измеряется при помощи температурного датчика, при этом, если температура воды составляет 7°C или близка к этому значению, то вода возвращается в хранилище снега и/или льда по обратному водоводу циркуляционного контура через переключающее устройство, где охлаждается до заданной температуры. Когда температура воды опускается ниже 7°C, то охлажденная вода подводится к оросительной установке через переключающее устройство и используется для поверхностного орошения кровли той части здания, во внутреннем помещении которого располагается охлаждаемый объект. Вода, отдавшая холодную энергию на орошение кровли, возвращается в емкость водяного хранилища через его циркуляционное устройство, где накапливается для дальнейшего использования. Недостатками известного охлаждающего устройства являются низкая эффективность охлаждения расположенного внутри помещения объекта, громоздкая и сложная компоновочная схема устройства, требующая для обслуживания значительных материальных и энергетических затрат.
Также, известно устройство для централизованного отопления или охлаждения помещения, содержащее источник тепловой энергии, выполненный в виде водяного котла, использующего горение топлива или электрическую энергию, и охладитель жидкости, выполненный в виде заготовленной в зимнее время замороженной жидкости, расположенной в хранилище (патент RU 2007139856, опубл. 10.05.2009). Водяной котел и внутренняя полость хранилища параллельно подключены через подключающие клапана к общей системе подающего и обратного трубопроводов, оборудованных запорными клапанами, и присоединенных к входным и выходным штуцерам жидкостных радиаторов. Между водяным котлом и системой трубопроводов, а также между жидкостной полостью хранилища льда и подающим или обратным трубопроводами установлены жидкостные насосы, обеспечивающие циркуляцию в трубопроводной системе теплоносителя в зимнее время года и холодоносителя в теплое время года. Один из клапанов, подключающих радиатор к системе трубопроводов водяного котла, и один из клапанов, подключающих радиатор к подающему или обратному трубопроводу хранилища льда, являются терморегуляторами. Недостатками известного устройства для отопления и охлаждения помещения являются частый выход из строя участков трубопроводов и их стыковых соединений в местах, где накапливаются остаточные деформации от длительно действующих сезонных перепадов температур теплоносителя, циркулирующего в системе в зимнее время года, и холодоносителя, циркулирующего в той же системе в теплое время года, громоздкая и сложная компоновочная схема устройства, требующая для обслуживания значительных материальных и энергетических затрат.
В качестве прототипа принята система для централизованного охлаждения здания, содержащая расположенную в подвале здания теплоизолированную емкость хранилища дробленого льда, загружаемого в емкость через верхнее канальное отверстие в наружной стене здания, закрываемое теплоизолированной крышкой (патент GB 493448, опубл. 06.10.1938). В днище емкости хранилища установлена сливная труба для талой воды, которая при помощи дополнительно установленного насоса подается по трубе к оросительной установке, смонтированной в верхней части емкости для орошения загруженного льда с целью получения необходимого количества охлаждающей воды, поступающей в систему. В нижней части емкости хранилища выше сливной трубы установлен подпитанный водой от водопроводной сети здания один ярус W-образного трубчатого теплообменника, коллекторы которого соответственно подключены к подающему и обратному магистральным трубопроводам системы охлаждения. На магистральные трубопроводы в свою очередь замыкаются вторичные подающие и обратные трубопроводы циркуляционных стояков с подключенными к ним приборами охлаждения, расположенными на этажах в помещениях здания. В верхней точке циркуляционных стояков выполнены клапана для удаления воздуха и подпитывающее устройство, подключенное к магистральному трубопроводу. На обратном магистральном трубопроводе установлен основной циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию воды в системе охлаждения. Магистральные трубопроводы, а также замыкающиеся на них циркуляционные стояки оборудованы запорной, регулирующей и измерительной арматурой, в том числе средством измерения расхода воды, расположенным между емкостью хранилища льда и сливной трубой, и средствами измерения температуры воды, установленными на подающем и обратном магистральных трубопроводах. Недостатками известной охлаждающей системы являются ее малая эффективность из-за низкой пропускной и охлаждающей способности одноярусного трубчатого теплообменника, обладающего ограниченной поверхностью соприкосновения с дробленым льдом, что затрудняет регулирование расхода воды и ее температуры охлаждения в трубопроводах, громоздкая и сложная компоновочная схема системы, доставляющая неудобство обслуживающему персоналу и требующая для обслуживании значительных материальных и энергетических затрат.
Технической задачей, для решения которой предлагается полезная модель, является повышение эффективности охлаждения здания за счет увеличения пропускной и охлаждающей способности ее трубчатого теплообменника, получение возможности регулирования расхода и температуры охлаждения воды в трубопроводах, создание удобных условий для обслуживающего персонала, снижение материальных и энергетических затрат на обслуживание устройства за счет совершенствования его компоновочной схемы.
Данная техническая задача решается предлагаемым устройством для охлаждения помещения в теплое время года, содержащим закрывающуюся теплоизолированную емкость холодохранилища для заготовленного в холодное время года дробленого льда и/или снега, в нижней части емкости холодохранилища выполнен слив для талой воды и установлен трубчатый теплообменник для охлаждения жидкого рабочего тела, коллекторы теплообменника подключены к приборам охлаждения помещения через подпитанную от внешнего источника систему подающего и обратного трубопроводов, оборудованных циркуляционным насосом, запорной, регулирующей и измерительной арматурой, в том числе средством измерения расхода жидкого рабочего тела и средствами измерения его температуры. Новым является то, что подающий и обратный трубопроводы замкнуты на дополнительно установленный бак запаса жидкого рабочего тела, выполненный с возможностью подпитывания от внешнего источника, а трубчатый теплообменник состоит из установленных в несколько ярусов и разделенных зазорами труб, где каждый ярус труб теплообменника присоединен через соответствующие коллекторы к подающему и обратному трубопроводам с возможностью отдельного подключения или отключения, что позволит регулировать расход и температуру жидкого рабочего тела в подающем трубопроводе системы охлаждения.
В емкости холодохранилища может быть установлено по меньшей мере три яруса труб теплообменника, что позволит получить достаточную поверхность их соприкосновения с дробленым льдом и/или снегом, понизить температуру охлаждающего жидкого рабочего тела в подающем трубопроводе до требуемых параметров и повысить эффективность охлаждения помещения.
Для свободного прохождения дробленного льда и/или снега между трубами теплообменника и их полного обволакивания поверхности труб, лучше, если зазоры между трубами будут больше максимальных размеров кусочков дробленого льда или снега.
Циркуляционный насос и средство измерения расхода жидкого рабочего тела могут быть размещены на подающем трубопроводе между баком запаса жидкого рабочего тела и емкостью холодохранилища, что позволит улучшить циркуляцию жидкого рабочего тела и вести более полный учет его расхода в устройстве.
Для точного определения средней температуры жидкого рабочего тела в устройстве, лучше, если одно из средств измерения температуры будет установлено внутри бака запаса жидкого рабочего тела.
В качестве жидкого рабочего тела может быть использована вода с антифризной добавкой, что исключает возможность ее замерзания в трубопроводной системе.
Для определения общей величины холодоотдачи и/или теплопоглощения устройства предпочтительно, чтобы средства измерения температуры были расположены на входе и выходе коллекторов трубчатого теплообменника. Средства измерения температуры также могут быть установлены на входе и выходе приборов охлаждения, что позволит определять локальную величину их холодоотдачи и/или теплопоглощения.
В зависимости от требований, предъявляемых к температурным параметрам и микроклимату в охлаждаемых помещениях, оптимально, если в каждом отдельном случае в качестве приборов охлаждения будут приняты панельные радиаторы и/или фанкойлы и/или кондиционеры.
Устройство может содержать по меньшей мере одну систему подающего и обратного трубопроводов, что вполне достаточно для его функционирования.
Для обеспечения нормальной работы устройства независимо от сложившейся обстановки, и создания удобных условий для обслуживающего персонала, лучше, если система обратного и подающего трубопроводов будет выполнена с возможностью управления в автоматическом и/или ручном режиме.
Полезная модель поясняется чертежом, где на одной прилагаемой фигуре показана принципиальная схема устройства для охлаждения помещения, где стрелками показано направление движения жидкого рабочего тела.
Полезная модель поясняется примером конкретного выполнения устройства для охлаждения помещений общественных и жилых зданий в теплое время года, в частности летом, в которой в качестве жидкого рабочего тела используется вода с добавлением антифриза.
Предлагаемое устройство содержит теплоизолированную емкость холодохранилища 1 для заготовленного в холодное время года, в частности зимой, дробленого льда и/или снега. Днище и стенки емкости холодохранилища 1 теплоизолированы установленными снаружи листами ПСБ-С, а в верхней части емкости холодохранилища 1 выполнен загрузочный проем, закрытый съемной крышкой, также теплоизолированной листами ПСБ-С (не показано). Толщина теплоизоляции принята по теплотехническому расчету, позволяющему сохранять запасенный в емкости холодохранилища 1 лед и/или снег до теплого времени года. В днище емкости холодохранилища 1 установлена сливная труба 2, оборудованная запорной арматурой 3 и предназначенная для слива талой воды, оставшейся после таяния льда и/или снега и отдавшей холодную энергию охлаждаемой воде, в ливневую канализацию. Выше сливной трубы 2 установлен трубчатый теплообменник 4, предназначенный для охлаждения воды и состоящий из установленных в три яруса W-образных труб, разделенных зазорами и обладающих достаточной площадью охлаждающей поверхности, соприкасающейся с дробленым льдом и/или снегом. Каждый ярус труб теплообменника 4 оборудован запорной арматурой 3 и присоединен к соответствующим подающим 5 и обратным 6 коллекторам с возможностью отдельного подключения или отключения, что позволяет регулировать расход воды в системе и ее температуру охлаждения. В свою очередь коллекторы 5 и 6 трубчатого теплообменника 4 подключены к стальным панельным радиаторам 7 охлаждаемого помещения через систему подающего 8 и обратного 9 трубопроводов. Для облегчения регулирования расхода, подающий 8 и обратный 9 трубопроводы замкнуты на дополнительно установленный бак запаса 10 воды, к которому от водопроводной сети помещения подведена водопроводная труба 11, оборудованная запорной арматурой 3 и предназначенная для подпитывания охлаждающей системы водой. На подающем 8 трубопроводе между баком запаса воды 10 и емкостью холодохранилища 1 установлены канальный циркуляционный насос 12, обеспечивающий циркуляцию воды в системе, и средство измерения расхода воды 13, выполненное в виде счетчика объема воды. Для определения средней температуры воды в системе, внутри бака запаса воды 10 установлено средство измерения температуры 14, выполненное в виде температурного датчика. Для определения общей величины холодоотдачи и/или теплопоглощения системы, средства измерения температуры 14 также установлены на входе и выходе коллекторов 5 и 6 трубчатого теплообменника 4. Для определения локальной величины холодоотдачи и/или теплопоглощения стальных панельных радиаторов 7, средства измерения температуры также установлены на их входе и выходе. Система может быть выполнена с возможностью управления в автоматическом и/или ручном режиме, что позволит обеспечить удобные условия для работы обслуживающего персонала и нормальную работу устройства в любых условиях, независимо от сложившихся обстоятельств.
Для исследования процессов, происходящих в устройстве при его использовании, устройство было выполнено в виде экспериментальной научно-исследовательской установки с применением льда и/или снега в качестве источника холода (см. прилагаемую фигуру чертежей). Здесь, стенки емкости холодохранилища 1 для льда и/или снега были изготовлены из прозрачного материала, в частности из органического стекла, а с наружной стороны теплоизолированы съемными панелями (не показано), что позволило их демонтировать при необходимости и наблюдать процессы, происходящие в емкости при проведении научно-исследовательских экспериментов, а также производить необходимые измерения, фото- и видео- съемку в ходе эксперимента. Такая действующая экспериментальная научно-исследовательская установка находится в лаборатории кафедры теплогазоснабжения ДВГТУ в г.Владивостоке.
Устройство для охлаждения помещения работает следующим образом. Предназначенная для охлаждения вода с антитфризной добавкой поступает из бака запаса воды 10 по подающему трубопроводу 8 на всасывающий патрубок канального циркуляционного насоса 12. После насоса 12 вода проходит через установленное на подающем трубопроводе 8 средство измерения расхода воды 13, выполненное в виде счетчика объема воды, а затем поступает в подающие коллектора 5 ярусов труб теплообменника 4, расположенного под слоем дробленого льда и/или снега в нижней части емкости холодохранилища 1. Охлаждаемая вода распределяется по трубам теплообменника 4, и при прохождении по ним охлаждается за счет отдачи теплоты льду и/или снегу, которые в свою очередь, отдавая холод охлаждаемой воде и поглощая ее теплоту, тают и переходят в жидкое состояние. Оставшаяся после таяния льда и/или снега и в свою очередь отдавшая холод охлаждаемой воде, талая вода по сливной трубе отводится в ливневую канализацию, а охлажденная вода поступает по трубам теплообменника 4 в обратный коллектор 6, откуда по подающему трубопроводу 8 подается в стальной панельный радиатор 7, где происходит ее нагревание за счет теплообмена поверхности радиатора 7, наполненного охлаждающей водой, с воздухом помещения. После стального панельного радиатора 7 вода, поглотившая теплоту воздуха в помещении и отдавшая холод, по обратному трубопроводу 9 возвращается в бак запаса воды 10, в котором, при необходимости, восполняется ее потеря в системе через водопроводную трубу 11, подсоединенную к водопроводной сети помещения, а также добавляется соответствующее количество антифриза, после чего вода снова возвращается в емкость холодохранилища 1 для охлаждения.