Система гелиотеплохладоснабжения

РЕФЕРАТ

СИСТЕМА ГЕЛИОТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к гелиотеплохладоснабжению и предназначена для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах.

Технический результат достигается созданием зоны разряжения над выходом северного воздухопровода, которая обеспечивает улучшение условий транспортировки удаляемого из помещения воздуха, при расположении под выходом северного воздухопровода ветроколеса и крыльчатки с профилями лопастей ветроколеса и профилей крыльев крыльчатки, образующих при совместном перемещении суживающийся конус вращения.

Референт: Кобелев Н.С.

МПК F24 J 2/42

СИСТЕМА ГЕЛИОТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к гелиотеплохладоснабжению и предназначена для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах.

Известна система гелеотеплохладоснабжения (см. авторское свидетельство СССР 1733871, кл. F 24 J 2/42, 1992, бюл. 18), содержащая южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северные воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания, подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменной и грунтовой воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением.

Недостатком данной системы являются энергозатраты на работу нагнетательного вентилятора по подаче воздуха в количестве превышающим нормативно необходимые в условиях эксплуатации при температуре воздуха окружающей среды ниже расчетной и, особенно, при отрицательных температурах атмосферного воздуха из отсутствия контроля его температуры, и как следствие возросшей плотности поступающего потока, и, соответственно, потребляемой мощности привода вентилятора.

Известно система гелеотеплохладоснабжения (см., полезная модель 135091 МПК F 24 J 2/42 Опубл. 27.11.2013. Бюл. 33) содержащая южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, "холодным" каналом - с помещением, а "горячим" - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к "холодному" каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением, причем система снабжена термодинамическим генератором, выполненным в виде корпуса и комплекта дифференциальных термопар, причем в корпусе расположен проходной канал для горячего теплоносителя и проходной канал для холодного теплоносителя, кроме того, входной патрубок проходного канала для горячего теплоносителя соединен каналом "горячего" потока вихревой трубы, а выходным своим патрубком - с грунтовым воздухопроводом, при этом входной патрубок проходного канала для холодного теплоносителя соединен с каналом "холодного" потока вихревой трубы, выходным своим патрубком - с помещением, южный воздухопровод сообщен с вентилятором, который снабжен приводом с регулятором скорости вращения и регулятором температуры с датчиком температуры, расположенным на входе в южный воздухопровод, кроме того, регулятор температуры включает блоки сравнения и задания, электронный и магнитный усилители, блок нелинейной обратной связи, а регулятор скорости вращения выполнен в виде блока порошковых электромагнитных муфт.

Недостатком данной системы являются существенные энергозатраты на привод вытяжного вентилятора связанные с перемещением объемов воздуха из помещения значительных размеров, преимущественно животноводческих ферм.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение энергозатрат на поддержание комфортных параметров в помещении путем частичного перемещения воздуха из здания за счет разряжения создаваемого на выходе северного воздухопровода, путем снабжения его полым валом с ветроколесом и крыльчаткой.

Технический результат достигается тем, что система гелеотеплохладоснабжения содержит южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, "холодным" каналом - с помещением, а "горячим" - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к "холодному" каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением, при этом снабжена термодинамическим генератором, выполненным в виде корпуса и комплекта дифференциальных термопар, причем в корпусе расположен проходной канал для горячего теплоносителя и проходной канал для холодного теплоносителя, кроме того, входной патрубок проходного канала для горячего теплоносителя соединен каналом "горячего" потока вихревой трубы, а выходным своим патрубком - с грунтовым воздухопроводом, при этом входной патрубок проходного канала для холодного теплоносителя соединен с каналом "холодного" потока вихревой трубы, выходным своим патрубком - с помещением, южный воздухопровод сообщен с вентилятором, который снабжен приводом с регулятором скорости вращения и регулятором температуры с датчиком температуры, расположенным на входе в южный воздухопровод, кроме того, регулятор температуры включает блоки сравнения и задания, электронный и магнитный усилители, блок нелинейной обратной связи, а регулятор скорости вращения выполнен в виде блока порошковых электромагнитных муфт, отличающиеся тем, что северный воздухопровод на выходе снабжен сооснорасположенным полым валом с укрепленными ветроколесом и крыльчаткой и выполненными между ними выпуклыми окнами, причем верхний профиль лопасти ветроколеса и нижний профиль крыла крыльчатки при совместном перемещении образуют суживающийся конус вращения.

На фигуре 1 представлена схема системы гелеотеплохладоснабжения, на фигуре 2 - нагнетательный вентилятор с приводом и регулятором вращения и регулятором температуры с датчиком температуры, на фигуре 3- северный воздухопровод, снабженный полым валом с ветроколесом и крыльчаткой.

Система содержит воздухопроводы: южный 1, подпольный 2, северный 3, теплообменный 4 и грунтовый 5 с грунтовыми теплопроводящими трубами 6, помещение 7, под которым расположен тепловой аккумулятор 8, вихревую трубу 9 с входом 10 для обрабатываемого воздуха, каналом «холодного» потока 11, соединенным с входом 12 фильтра 13 и каналом «горячего» потока 14, соединенным с грунтовым воздухопроводом 5, фильтр 13 своим выходом 15 соединен с внутренним объемом помещения 7, нагнетательный вентилятор 16, установленный в вентиляторной камере 17 и соединенный с подпольным воздухопроводом 2 через воздушные заслонки 18 и 19 с входом 10 вихревой трубы 9 и с выходом 12 фильра 13 вытяжной вентилятор 20, установленный в вентиляционной камере 21 и соединенный теплообменным воздухопроводом с северным воздухопроводом, осуществляющим выброс воздуха из помещения 7 в атмосферу.

Южный 1 воздухопровод снабжен нагнетательным вентилятором 16, который снабжен приводом 22 с регулятором скорости вращения 23 в виде блока электромагнитных муфт и регулятором температуры 24 с датчиком температуры 25, расположенным на входе в южный 1 воздухопровод. Регулятор температуры 24 включает блоки сравнения 26 и задания 27, электронный усилитель 28 с блоком нелинейной обратной связи 29, магнитный усилитель 30.

Северный воздухопровод 3 на выходе снабжен сооснорасположенным полым валом 31 с укрепленным ветроколесом 32 и крыльчаткой 33, а также выполненными между ними выпуклыми окнами 34, причем верхний профиль 35 лопасти 36 ветроколеса 32 и нижний профиль 37 крыла 38 крыльчатки 33 при совместном перемещении образуют суживающийся конус вращения 39.

Система гелеотеплохладоснабжения работает следующим образом.

Вытяжной вентилятор 20, установленный в вентиляционной камере 21 удаляет воздух из помещения 7 через теплообменный 4 воздухопровод и по северному 3 воздухопроводу выбрасывает его в атмосферу, при этом мощность привода вентилятора 20 определяется количеством удаляемого воздуха из помещения 7. Для снижения энергозатрат на привод вытяжного вентилятора 20 транспортировку части вытяжного воздуха осуществляем за счет разряжения создаваемого на выходе северного 3 воздухопровода, путем расположения над ним полого вала 31 с ветроколесом 32 и крыльчаткой 33. Сюда удаляемый воздух из помещения 7 по северному 3 воздухопроводу поступает в полость полого вала 31 и через выпуклые окна 34 выбрасывается в атмосферу перемещающейся лопасти 36 ветроколеса 32 и крыла 38 крыльчатки 33. При этом верхние профили 35 лопости 36 ветроколеса 32 и нижние профили 37 крыла 38 крыльчатки 33 при совместном перемещении образуют суживающейся конус вращения 39, который создает зону разряжения под выходом северного 3 воздухопровода (см., например, Седов. Л.И. Механика Сплошной среды, том 2, М.: Наука, 1970 г., 568 стр., ил.)

В результате перемещение воздуха из помещения 7 по теплообменному 4 и северному 3 воздухопроводам осуществляется как за счет вытяжного вентилятора 20, так и образовавшегося над северным 3 воздухопроводом разряжения, что способствует уменьшению энергозатрат на привоз вытяжного вентилятора 20.

Потребляемые энергозатраты на привод 22 задаются параметрами минимизации количества нагнетательного вентилятора 16 по нормированной подаче через южный 1 воздухопровод в подпольный 2 воздухопровод в системе гелиотеплохладоснабжения, например при гостированной температуре 20C (см. например СНиП 2.01.01-82. «Строительная климатология и геофизика». М.: Стройиздат. 1983 г.).

Поступление наружного атмосферного воздуха с пониженной относительно нормированной и особенно отрицательной температурой и, соответственно, повышенной плотностью во вход Южного 1 воздухопровода приводит к увеличению его массового количества, направляемый в подпольный 2 воздухопровод.

Датчик температуры 25 фиксирует снижение температуры наружного атмосферного воздуха, поступающего в качестве всасываемого в нагнетательный вентилятор 16, и сигнал, поступающий в регулятор температуры 24,становится больше, чем сигнал блока задания 27, и на выходе блока сравнения 26 появится сигнал отрицательной полярности, который поступит на вход электронного усилителя 28 одновременно с сигналом блока нелинейной обратной связи 29.

Сигнал с выхода электронного усилителя 28 поступает на вход магнитного усилителя 30, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 23 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.

Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 28 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 30. В результате уменьшается момент от привода 22 нагнетательного вентилятора 16, снижая подачу наружного атмосферного воздуха в подпольный 2 воздухопровод до параметров, необходимых для эффективной эксплуатации системы гелиотеплохладоснабжения.

При возрастании температуры наружного атмосферного воздуха и поступающего достижения нормированных значений, датчик температуры 25 фиксирует это изменение, и сигнал, поступающий в регулятор температуры 24, становится меньше, чем сигнал блока задания 27, и на выходе блока сравнения 26 появится сигнал положительной полярности, который поступит на вход электронного усилителя 28 одновременно с сигналом блока нелинейной обратной связи 29.

Сигнал с выхода электронного усилителя 28 поступает на вход магнитного усилителя 30, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 23 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.

Положительная полярность сигнала электронного усилителя 28 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 30. В результате увеличивается момент от привода 22 нагнетательного вентилятора 16, повышая подачу наружного атмосферного воздуха в подпольный 2 воздухопровод до параметров, необходимых для эффективной эксплуатации системы гелиотеплохладоснабжения.

В теплое время года при температурах атмосферного воздуха выше значений температуры, предусмотренных параметрами микроклимата внутри помещения 7, например, 25C(воздушная заслонка 19 закрыта) атмосферный воздух по южному воздухопроводу 1 нагнетается в подпольный воздухопровод 2 вентилятором 16, установленным в вентиляционной камере 17. Из подпольного воздухопровода 2 по открытой воздушной заслонке 18 атмосферный воздух под избыточным давлением поступает на вход 10 вихревой трубы 9, в которой происходит расслоение на «холодный» (температура несколько ниже входящего в вихревую трубу атмосферного воздуха) и «горячий» (температура несколько выше входящего в вихревую трубу атмосферного воздуха) потоки воздуха. Холодный поток разделенного в вихревой трубе 9 атмосферного воздуха с заданной по условиям микроклимата внутри здания 7 температурой, например, 18C по холодному каналу 11 вихревой трубы 9 поступает на вход 12 и в фильтр 13, где очищается от вредных частиц загрязнений, а также от жидких частиц сконденсировавшейся в процессе охлаждения парообразной влаги атмосферного воздуха, а, как известно, чем выше температура атмосферного воздуха, тем больше в нем влаги, при этом отдельные загрязнения в фильтре 13 удаляются из него через установку удаления загрязнений, например, конденсатоотводчик поплавкового типа. «Горячий» поток атмосферного воздуха по горячему каналу 14 вихревой трубы 9 направляется в грунтовый воздухопровод 5, где охлаждается, отдавая тепло грунту, а сконденсировавшаяся в процессе охлаждения воздуха влага удаляется через теплопроводящие трубы 6 и дренируется в грунте. Охлажденный в грунтовом воздухопроводе 5 воздух поступает к входу 12 фильтра 13, где окончательно очищается от капельнообразных загрязнений и твердых частиц загрязнений, т.е. доводится до параметров, определяемых заданным микроклиматом в помещении 7. Из фильтра 13 обработанный воздух с заданными параметрами по температуре влажности и степени чистки от твердых частиц поступает внутрь помещения 7.

Воздух из помещения 7 вентилятором 20, установленным в вентиляционной камере 21, направляется в теплообменный воздухопровод 4, где отдает тепло аккумулятору 8, и по северному воздухопроводу 3 выбрасыватся в атмосферу.

Размещение вихревой трубы 9 в тепловом аккумуляторе 8 обеспечивает дополнительной накопление тепла, выделяемого через корпус вихревой трубы 9, в процессе расслоения обрабатываемого атмосферного воздуха на «холодный» и «горячий» потоки.

В результате тепловой аккумулятор 8 накапливает тепловую энергию, поступающую как от теплообменного воздухопровода 4, так и от корпуса вихревой трубы 9.

При снижении температуры нагнетаемого вентилятором 16 атмосферного воздуха ниже гостированной для заданных условий микроклимата здания 7, например, в ночное время температура около 15C, открывается воздушная заслонка 19 (воздушная заслонка 18 закрыта). Атмосферный воздух по южному воздухопроводу 1 вентилятором 16 через открытую воздушную заслонку 19 подается в фильтр 13, где очищается до заданных условиями микроклимата в помещении 7 параметров. Тепловой аккумулятор 8 отдает тепло всасываемому атмосферному воздуху в подпольном воздухопроводе 2, нагревая его до необходимой температуры. Если тепловой энергии, отдаваемой тепловым аккумулятором 8 атмосферному воздуху, движущемуся по подпольному воздухопроводу 2, недостаточно, то осуществляется подогрев отопительной системой (не указано), затраты которой будут снижены, так как значительная часть тепла поступает от теплового аккумулятора 8 и грунта.

Размещение фильтра 13 после вихревой трубы 9 в тепловом аккумуляторе 8 обеспечивает снижение энергоемкости очистки нагнетаемого вентилятором 16 через южный 1 воздухопровод атмосферного воздуха вовнутрь помещения 7 за счет частичной очистки в процессе расслоения обрабатываемого воздуха (часть твердых загрязнений перемещается в горячий поток и дренируется в грунт по теплообменным трубам 6). А также полученное тепло от аккумулятора 8 при низких температурах атмосферного воздуха устраняет возможность обмерзания фильтрующих элеметов, приводящего к возрастанию гидравлического сопротивления при температурах атмосферного воздуха, имеющих значение существенно более низкое, чем предусмотрено параметрами микроклимата внутри помещения 7, вихревая труба 9 воздушной заслонкой 18 отключается от подпольного воздухопровода 2. Всасывающий атмосферный воздух нагревается как в южном воздухопроводе 1 за счет использования тепла солнечной радиации (южный воздухопровод выполнен из поглощающего солнечную радиацию материала), так и от теплового аккумулятора 8 в подпольном воздухопроводе 2. В случае недостатка данного тепла для получения заданной температуры воздуха, нагнетаемого вовнутрь помещения 7, применяются отопительная система (не показана) незначительной мощности.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что снижение энергозатрат на привод вытяжного вентилятора достигается созданием зоны разряжения над выходом северного воздухопровода, которая обеспечивает улучшение условий транспортировки удаляемого из помещения воздуха, при расположении под выходом северного воздухопровода ветроколеса и крыльчатки с профилями лопастей ветроколеса и профилей крыльев крыльчатки, образующих при совместном перемещении суживающийся конус вращения.

Система гелиотеплохладоснабжения содержит южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, "холодным" каналом - с помещением, а "горячим" - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к "холодному" каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением, причем система снабжена термодинамическим генератором, выполненным в виде корпуса и комплекта дифференциальных термопар, причем в корпусе расположен проходной канал для горячего теплоносителя и проходной канал для холодного теплоносителя, кроме того, входной патрубок проходного канала для горячего теплоносителя соединен каналом "горячего" потока вихревой трубы, а выходным своим патрубком - с грунтовым воздухопроводом, при этом входной патрубок проходного канала для холодного теплоносителя соединен с каналом "холодного" потока вихревой трубы, выходным своим патрубком - с помещением, южный воздухопровод сообщен с вентилятором, который снабжен приводом с регулятором скорости вращения и регулятором температуры с датчиком температуры, расположенным на входе в южный воздухопровод, кроме того, регулятор температуры включает блоки сравнения и задания, электронный и магнитный усилители, блок нелинейной обратной связи, а регулятор скорости вращения выполнен в виде блока порошковых электромагнитных муфт, отличающаяся тем, что северный воздухопровод на выходе снабжен соосно расположенным полым валом с укрепленными ветроколесом и крыльчаткой и выполненными между ними выпуклыми окнами, причем верхний профиль лопасти ветроколеса и нижний профиль крыла крыльчатки при совместном перемещении образуют суживающийся конус вращения.

РИСУНКИ