УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ
DEVICE AND METHOD FOR AIR HEATING OF ROOMS

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области экономии энергии при отоплении помещений и обеспечения помещений чистым воздухом.
Известны отопительные системы: жидкостные, в которых тепло от котельных поступает в помещения при помощи воды, или других незамерзающих жидкостей (антифриз, спирто-глицериновые смеси и др.), воздушные системы отопления, в которых воздух помещений нагревается при помощи электрического тока.
Наиболее близким аналогом изобретения могут быть различные электронагревательные приборы воздушного отопления помещений, находящиеся в продаже.
Общим недостатком таких приборов является расход энергии и трудности, особенно в больших городах, с вентиляцией помещений чистым воздухом.
Электронагревательные приборы воздушного отопления помещений расходуют электроэнергию с потерями, которые вызваны потерями тепла при производстве самой электроэнергии на электростанциях, передачей ее потребителю и преобразованием электроэнергии обратно в тепло.
н
н
н
н
Сущность изобретения состоит в том, что электродвигатель системы отопления свою энергию расходует на привод аммиачного теплового насоса (АТН), пары конденсации аммиака АТН, нагревают чистый атмосферный воздух с одной стороны, с другой стороны пары кипения аммиака АТН, отнимают тепло охлажденного воздуха помещений, при этом автоматика, регулирующая работу электродвигателя и давление жидкого аммиака в контуре АТН после управляемого редукционного клапана (5, см. фиг.1), обеспечивает температуру воздуха на выходе (см. фиг.1 Т'), меньшую температуры атмосферного воздуха на входе в заборник чистого атмосферного воздуха (см. фиг.1, 7, Т'), то есть Т'<Т.
3
н
min
При этих условиях и с использованием воздушно-воздушного радиатора (см. фиг.1, 9) и воздушно-воздушного теплообменника (см. фиг.1,15) нагрева атмосферного воздуха за счет тепла конденсации NH не происходит. Нагрев атмосферного воздуха от температуры Т до температуры T- 10°С производится за счет тепла помещений при любой отрицательной температуре наружного воздуха. Экономия энергии при такой системе воздушного отопления определяется величиной коэффициента теплопроизводительности АТН (β).
На фиг.1 изображена кинематическая схема изобретения «Устройство и способ воздушного отопления помещений», где:
1 - электродвигатель воздушного отопления
2 - аммиачный компрессор аммиачного теплового насоса (АТН)
3
3 - аммиачно-воздушный радиатор конденсации паров NH
3
4 - ресивер (сборник) жидкого NH в контуре АТН
5 - управляемый редукционный клапан
3
6 - аммиачно-воздушный радиатор кипения NH
7 - заборник чистого атмосферного воздуха
8 - воздухопровод
9 - воздушно-воздушный радиатор
10 - воздуходувка чистого атмосферного воздуха
11 - аммиачно-воздушный теплообменник подогрева атмосферного воздуха
12 - выходное сопло подогретого воздуха
13 - заборник воздуха помещений
14 - воздуходувка воздуха помещений
15 - воздушно-воздушный теплообменник
16 - воздушно-аммиачный теплообменник
17 - выходное сопло охлажденного воздуха помещений
18 - реверсивный электродвигатель управления редукционным клапаном (5)
19 - тепловое реле, установленное в атмосферном воздухе и связанное с реверсивным электродвигателем (18)
20 - тепловое реле, установленное в воздухе помещений и связанное с электродвигателем воздушного отопления (1)
21 - помещения
На фиг.2 изображен термодинамический цикл работы АТН, где в координатах ТК=f(S) абсолютная температура в (К) функции энтропии
3
Линия а-к - линия начала кипения NH
3
Точка «к'» - точка критических параметров NH
k
k
(T=405,3К; P=115
3
Линия к-б - линия конца кипения NH
3
Линия 1'-2' - адиабата сжатия паров NH
3
Линия 2'-3' - изотерма (изобара) конденсации паров NH
3
Линия 3'-4' - изобара охлаждения жидкого NH
3
Линия 4'-5' - адиабата дросселирования жидкого NH
Линия 5'-1' - изотерма (изобара) кипения аммиака.
Работа изобретения «Устройство и способ воздушного отопления помещений»
Принимаем условия отопления помещений:
mах
Т=295К - максимальная температура помещений +22°С,
min
Т=290К - минимальная температура помещений +17°С.
mах
min
н
5
1
Тепловое реле (20) при T=295К отключает электродвигатель воздушного отопления (1), а при Т=290К включает электродвигатель воздушного отопления. Принимаем температуру атмосферного воздуха Т=260К (-13°С), в этом случае тепловое реле (19), управляя реверсивным электродвигателем (18), устанавливает давление аммиака поcле управляемого редукционного клапана (5)  что соответствует температуре кипения аммиака в аммиачно-воздушном радиаторе (6) Т'=Т'=250К (-23°С).
2
3
Принимаем температуру конденсации аммиака в аммиачно-воздушном радиаторе (3) Т'=Т'=305К (+32°С)  и производим элементарный термодинамический расчет АТН в удельных параметрах с использованием экспериментальных таблиц по аммиаку, изложенных в таблице 29 стр.235 «Сборника задач по технической термодинамике», 1981 года, Энергоиздат, авторы: Т.Н.Андрианова, Б.В.Дзампов, В.Н.Зубарев, С.А.Ремизов под названием: «Свойства насыщенного пара аммиака».
Для воздуха принимаем удельную теплоемкость при постоянном давлении
305
3
Q - тепло конденсации паров NH в аммиачно-воздушном радиаторе (3).
См. фиг.2
4
T'=290К;
2
S' - энтропия точки
3
S' - энтропия точки
4
S' - энтропия точки
2
3
3
4
ΔQ - тепло охлаждения NH от T'=305К до T'=290К.
2
3
ΣQ - суммарное тепло конденсации и охлаждения NH
- тепло кипения аммиака в аммиачно-воздушном радиаторе (6).
ак
Q - тепло, эквивалентное мощности, потребной для привода аммиачного компрессора АТН
β - коэффициент теплопроизводительности АТН
в
G - секундный расход воздуха.
На основании закона сохранения энергии
в
рв
max
1
2
GC(T-T)=ΣQ;
На основании закона сохранения массы
н
н
Атмосферный воздух входит в систему воздушного отопления с Т=260К, а выходит из системы воздушного отопления с Т'=257,67К.
То есть использование в системе воздушного отопления АТН позволяет для целей отопления использовать тепло атмосферного воздуха.
э
КПД производства электроэнергии η=0,35. Затраты тепла на производство электроэнергии в этом случае составляют Экономия энергии при воздушном отоплении помещений с использованием энергии и аммиачного теплового насоса составляет:
что по отношению  составляет экономию топлива 96%. Закон сохранения энергии выполняется.