Энергосберегающая система кондиционирования воздуха в помещениях с высокими требованиями к чистоте и параметрам приточного воздуха

Энергосберегающая система кондиционирования воздуха в помещениях с высокими требованиями к чистоте и параметрам приточного воздуха

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к системам кондиционирования воздуха, применяемых в медицинских центрах, на предприятиях высокоточного машиностроения и т.д., имеющих помещения, в которых требуется высокое качество чистоты воздуха и точности поддержания его параметров.

В системах кондиционирования воздуха (СКВ) для таких помещений круглый год требуется тепло, а в теплый период года нужен и холод, что позволяет создавать и поддерживать температурно-влажностные параметры воздуха, требуемые лечения больных или в зоне проведения специальных технологических операций. Традиционно приточные агрегаты систем кондиционирования воздуха снабжаются горячей водой от центральных источников.

Известна система кондиционирования воздуха, содержащая приточный агрегат с последовательно размещенными фильтром очистки приточного наружного воздуха, теплообменниками, приточным вентилятором, глушителелем шума и вытяжной агрегат, на входе в который установлен глушитель и фильтр грубой очистки, а вытяжной вентилятор соединен с устройством выброса вытяжного воздуха в атмосферу (см. ООО ″Веза″, Техническое описание кондиционеров гигиенического исполнения КЦКП-Г). Наиболее распространено снабжение горячей водой от городских тепловых сетей, которые в летние месяцы на несколько недель прекращают теплоснабжение зданий из-за проведения ремонтных и профилактических работ. На время прекращения централизованного теплоснабжения в зданиях, где для группы помещений требуется эффективная и качественная работа СКВ, для нагрева воды применяют электрокотлы, величина преобразования затрачиваемой электроэнергии в теплоту у которых менее 1 кВт·ч/кВт·ч, из-за потерь энергии в котле и присоединительной системе.

Задачей изобретения является создание энергосберегающей системы кондиционирования воздуха в помещениях с высокими требованиями к чистоте и параметрам приточного воздуха.

Техническим результатом является повышение энергетической эффективности работы СКВ для таких помещений и получение коэффициента преобразования затрачиваемой на привод компрессора теплового насоса электроэнергии в полезно используемые холод и тепло величиной 7 кВт·ч/кВт·ч.

Технический результат достигается тем, что система кондиционирования воздуха содержит приточный агрегат с последовательно размещенными фильтрами очистки приточного наружного воздуха, теплообменниками, приточным вентилятором, глушителелем шума и вытяжной агрегат, на входе в который установлен глушитель и фильтр грубой очистки, а вытяжной вентилятор соединен с устройством выброса вытяжного воздуха в атмосферу. Система снабжена компрессионным тепловым насосом, имеющим два теплообменника с каналами, при этом один из них служит для прохождения от работы компрессора рабочего вещества и по сигналу датчика контроля температуры наружного воздуха автоматически изменяется схема движения рабочего вещества по первым каналам двух теплообменников, вторые клапаны обоих теплообменников соединены трубопроводами, со смонтированными на них насосами и трехпроходными автоматическими клапанами, с теплообменниками в приточном и вытяжном агрегатах, смонтированных первыми по ходу приготовляемого приточного наружного воздуха и выбрасываемого в атмосферу вытяжного воздуха. В вытяжном агрегате последовательно по ходу вытяжного воздуха после фильтра смонтированы секция адиабатного охлаждения, два теплообменника, соединенные трубопроводами, со смонтированными на них насосами и автоматическими клапанами, с двумя теплообменниками теплового насоса. В приточном агрегате первый теплообменник с трубопроводами, со смонтированными на них насосами и автоматическими клапанами, соединен с теплообменником в тепловом насосе, являющимся летом испарителем рабочего вещества и конденсатором рабочего вещества зимой, и со вторым теплообменником в вытяжном агрегате, а второй теплообменник в приточном агрегате соединен трубопроводами, со смонтированными на них насосами и автоматическими клапанами, с первым теплообменником в вытяжном агрегате и к соединительным трубопроводам через автоматические двухпозиционные клапаны присоединены трубопроводы от центрального источника теплоснабжения.

Повышение энергетической эффективности работы СКВ для таких помещений предлагается достигнуть путем применения компрессионного теплового насоса (ТН), который одновременно вырабатывает тепло и холод, полезно используемые для приготовления приточного наружного воздуха, подаваемого приточным вентилятором в обслуживаемое помещение. Для реализации предлагаемых мер по энергосбережению в вытяжном агрегате после воздушного фильтра дополнительно монтируются три конструктивных блока: секция адиабатного увлажнения; теплообменник, соединенный трубопроводами с обоими теплообменниками ТН; теплообменник, соединенный с теплообменником ТН, который летом выполняет функции испарителя рабочего вещества в ТН.

На фиг. 1 представлена схема предложенной системы кондиционирования воздуха.

На фиг. 2 представлен график, на котором выполнено построение энергоэффективного режима работы ТН в составе предложенной системы.

Энергосберегающей система кондиционирования воздуха - СКВ представлена на примере обслуживания помещений класса «А» в медицинских центрах (помещения операционных, блоки реанимации и интенсивной терапии, в которых постоянно поддерживается и строго контролируется ″абсолютная″ очистка приточного наружного воздуха, поддержание температуры воздуха от 21°C зимой до 23°C летом при относительной влажности воздуха 50-60%). ″Абсолютная″ очистка приточного наружного воздуха достигается применением в приточном агрегате 1 трех ступеней очистки приготовляемого воздуха L_пн (первая ступень - фильтр грубой очистки 2, вторая ступень - фильтр 3, третья ступень тонкой очистки 4), а в самом помещении в воздухораспределительном устройстве монтируется концевой фильтр ″абсолютной очистки″ (на чертеже не показано). В приточном агрегате после фильтра 2 смонтирован теплообменник 5, который может выполнять функции охлаждения приточного воздуха О_х и нагрева Н_л. Теплообменник 5 соединен подающими и обратными трубопроводами, со смонтированными на них насосом 6 и трехпроходным автоматическими клапанами 7, с теплообменником 23 теплового насоса 8 (ТН) и теплообменником 9 в вытяжном агрегате 10, а второй теплообменник 11 в приточном агрегате 1 выполняет функции калорифера для догрева приточного воздуха и он соединен подающим и обратным трубопроводами со смонтированными на них двухпозиционными клапанами 12 и трехпроходным автоматическим клапаном 13, к которому трубопроводом через насос 14 присоединен второй теплообменник 25 ТН и подающим трубопроводом соединен с входом в первый теплообменник 28 в вытяжном агрегате 10, который летом выполняет функции отвода в атмосферу излишков теплоты конденсации рабочего вещества в ТН вытяжным воздухом L_y, а зимой выполняет функции извлечения теплоты из вытяжного воздуха, что обеспечивает работу ТН для выработки тепла, а для получения более низкой температуры охлаждающего вытяжного воздуха летом служит секция адиабатного увлажнения 15 со встроенным насосом 16, а перед автоматическими клапанами 12 присоединены трубопроводы со смонтированными на них двухпозиционными клапанами 17 и 18 на трубопроводах горячей воды 19 от центрального источника, а к автоматическим клапанам 20 присоединены подающий трубопровод со смонтированным на нем насосом 21 и обратный трубопровод, которые соединены с последним охладительным теплообменником 9 в вытяжном агрегате 10, а второй теплообменник 25 ТН соединен подающим трубопроводом с насосом 14, а обратный трубопровод со смонтированным на нем двухпозиционным клапаном К5 смонтирован с обратным трубопроводом от первого теплообменника в вытяжном агрегате 10.

Энергосберегающая СКВ по схеме в теплый период года при работе компрессора 22 в составе ТН 8 происходит испарение парожидкостной смеси рабочего вещества в теплообменнике 23, т.е. этот теплообменник выполняет функции испарителя, что обеспечивает охлаждение промежуточного хладоносителя (воды) до температуры t_wx=8°C, которая поступает по вторым клапанам испарителя ТН за счет работы насоса 6, и через автоматический клапан 20 холодная вода поступает в трубки теплообменника 5, к оребренным трубкам которого от работы вентилятора 24 поступает очищенный в фильтре 2 приточный наружный воздух, который проходя через теплообменник 5 охлаждается и осушается до температуры t_ox=14,8°C и влагосодержания d_ox=9 г/кг и охлажденный воздух проходит со стороны оребренных трубок калорифера 11, в трубки которого от работы насоса Н2 из вторых каналов теплообменника 25, в первых каналах которого конденсируются горячие пары рабочего вещества - конденсатор ТН и теплота конденсации обеспечивает нагрев воды до 25°C и горячая вода обеспечивает нагрев осушенного приточного воздуха до температуры t_ox=19°C и нагретый приточный воздух проходит последовательную очистку в фильтрах 3 и 4 и через эффективный глушитель 26 по приточным воздуховодам поступает к специальному воздухораспределителю, в котором установлены фильтры «абсолютной» очистки, а воздухораспределитель с фильтрами смонтирован в обслуживаемом помещении (на фиг.1 не показан), а при снижении температуры наружного воздуха в ночные часы суток потребность в холоде на охлаждение приточного наружного воздуха значительно сокращается, но потребность в тепле для повышения температуры приточного воздуха до 19°C сохраняется и датчик контроля t_п=19°C через импульсную связь подает сигнал на исполнительные механизмы клапанов 20, включается в работу насос 21, и часть охлажденной в испарителе холодной воды поступает в последний охладительный теплообменник 9 в вытяжном агрегате, и выработка холода от работы ТН осуществляется только в том количестве, которое позволяет в конденсаторе 23 ТН получить достаточное количество тепла для догрева приточного наружного воздуха до t_п=19°C.

В холодный период года на территории России расчетная температура наружного воздуха имеет низкие отрицательные величины (в Москве t_нх=-28°C), и при обработке этого воздуха в СКВ требуется значительное количество тепла. В предложенной схеме для повышения энергетической эффективности СКВ работа ТН осуществляется в режиме выработки тепла для нагрева горячей воды до температуры 25°С, и вода от работы насоса 6 циркулирует через автоматические клапаны 7 между теплообменником 23, который зимой выполняет функции конденсации рабочего вещества, и первым теплообменником 5 в приточном агрегате, а для догрева приточного воздуха до t_пх=18°С открываются автоматические клапаны 17, закрываются клапаны 12 и поток горячей воды Gwr от центрального источника теплоснабжения поступает в калорифер 11. После этого подогретый до t_пх=18°C наружный воздух увлажняется до нормативных значений паром в секции парового увлажнения 27 приточного агрегата 1.

На фиг. 2 представлен график, на котором выполнено построение энергоэффективного режима работы ТН в составе предложенной схемы, т.е. при полезном использовании не только тепла, производимого в ТН при конденсации рабочего вещества при t_r=30°C, но и холода, производимого в его испарителе при температуре кипения рабочего вещества при t₀=5°C.

При затрате на работу компрессора ТН 1 кВт·ч электроэнергии, которая по действующему в Москве дневному тарифу стоит 4 руб/кВт·ч, стоимость 1 кВт·ч вырабатываемого от ТН тепла будет: 4/7=0,6 руб/кВт·ч. От тепловых сетей тепло стоит 1,5 руб/кВт·ч.

В периоды летнего отключения зданий от снабжения горячей водой от центральных тепловых сетей, стоимость 1 кВт·ч тепла от работы электрокотлов превышает 4 руб/кВт·ч.

Система кондиционирования воздуха, содержащая приточный агрегат с последовательно размещенными фильтрами очистки приточного наружного воздуха, теплообменниками, приточным вентилятором, глушителем шума и вытяжной агрегат, на входе в который установлен глушитель и фильтр грубой очистки, а вытяжной вентилятор соединен с устройством выброса вытяжного воздуха в атмосферу, отличающаяся тем, что система снабжена компрессионным тепловым насосом, имеющим два теплообменника с каналами, при этом один из них служит для прохождения от работы компрессора рабочего вещества и по сигналу датчика контроля температуры наружного воздуха автоматически изменяется схема движения рабочего вещества по первым каналам двух теплообменников, вторые клапаны обоих теплообменников соединены трубопроводами, со смонтированными на них насосами и трехпроходными автоматическими клапанами, с теплообменниками в приточном и вытяжном агрегатах, смонтированных первыми по ходу приготовляемого приточного наружного воздуха и выбрасываемого в атмосферу вытяжного воздуха, причем в вытяжном агрегате последовательно по ходу вытяжного воздуха после фильтра смонтированы секция адиабатного охлаждения, два теплообменника, соединенные трубопроводами, со смонтированными на них насосами и автоматическими клапанами, с двумя теплообменниками теплового насоса, а в приточном агрегате первый теплообменник с трубопроводами, со смонтированными на них насосами и автоматическими клапанами, соединен с теплообменником в тепловом насосе, являющимся летом испарителем рабочего вещества и конденсатором рабочего вещества зимой, и со вторым теплообменником в вытяжном агрегате, а второй теплообменник в приточном агрегате соединен трубопроводами, со смонтированными на них насосами и автоматическими клапанами, с первым теплообменником в вытяжном агрегате и к соединительным трубопроводам через автоматические двухпозиционные клапаны присоединены трубопроводы от центрального источника теплоснабжения.