СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОМЕЩЕНИИ Российский патент 1997 года по МПК F24F5/00 

Изобретение относится к устройствам для стабилизации температуры в помещении и может быть использовано при проектировании систем кондиционирования малообъемных помещений, например автомобильных прицепов и фургонов с РЭА, контейнеров различного назначения и малых архитектурных форм (коттеджей, дач, торговых палаток и ларьков, хозяйственных блоков).

В классических системах кондиционирования поддержание температуры воздуха а помещении осуществляется, как правило, за счет обработки воздуха в специальных холодильно-нагревательных агрегатах и подачи его в помещении через воздухораспределительные устройства. Однако, шум воздуха в воздухораспределителях и трубопроводах, наличие градиента температур в помещении и разности скоростей воздуха в различных точках помещения существенно снижает уровень комфортности системы (Справочник проектировщика.Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.Стройиздат, 1977 г. раздел 7.1-7.3/.

Известны системы кондиционирования, в которых для поддержания температуры воздуха в помещении вместо специальных холодильно-нагревательных агрегатов для обработки воздуха используются теплопоглощающая и теплоизлучающая панели, например в патенте Японии N 63-52295, F 24 D 7/00, опубликованном 88.10.18 N5-1308. В указанном решении теплоизлучающая и теплопоглощающая панели соединены между собой посредством трубопровода с образованием безнасосного испарительно-конденсационного типа охлаждения.

Устройство такой конструкции может работать только в режиме охлаждения при наличии определенного градиента температур между поверхностями панелей. Градиент температур в свою очередь определяется температурой окружающей среды и зависит от погодных условий, времени суток и времени года, что исключает возможность использования устройства в широком диапазоне температур. Для реализации режима нагрева помещения требуются дополнительные технические средства.

Известна система кондиционирования содержания источник холода и источник теплоты, расположенные в верхней и нижней зонах помещения. В качестве теплообменного элемента в системе использования кондиционеры воздуха, соединенные с источником тепла и холода с помощью тепловой трубы [1]
Это система позволяет реализовать режим нагрева и охлаждения в любом диапазоне температур окружающей среды. В отличие от классических систем кондиционирования наличие тепловой трубы в системе позволяет исключить жидкостные контуры с теплоносителем. Однако такое решение устраняет лишь часть недостатков классической системы кондиционирования, при этом из-за использования в качестве теплообменного элемента кондиционера в системе сохраняются основные недостатки, присущие классической системе кондиционирования, связанные с низкими параметрами комфортности: шум, градиенты температур и скоростей.

Задача изобретения состоит в создании высокоэффективной, экономичной высококомфортной системы кондиционирования, работающей в любом диапазоне температур окружающей среды за счет особого выполнения теплообменного элемента в системе стабилизации температуры в помещении.

Поставленная задача решается тем, что теплообменный элемент выполнен в виде установленного по контуру помещения, по меньшей мере, одного панельного теплоотвода с тепловой трубой, при этом конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем, а испарительная зона панельного теплоотвода соединена с нагревателем или теплообменный элемент выполнен в виде установленного по внутреннему контуру помещения, по меньшей мере, одного панельного теплоотвода с тепловой трубой, при этом конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем посредством теплового соединителя, а испарительная зона панельного теплоотвода соединена с нагревателем, или теплообменный элемент выполнен в виде установленного по внутреннему контуру помещения, по меньшей мере, одного панельного теплоотвода с тепловой трубой, при этом конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем, а испарительная зона соединена с нагревателем посредством теплового соединителя; или теплообменный элемент выполнен в виде установленного по внутреннему контуру помещения, по меньшей мере, одного панельного теплоотвода с тепловой трубой, при этом конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем посредством теплового соединителя, а испарительная зона соединена с нагревателем посредством теплового соединителя.

Выполнение теплообменного элемента в виде установленного по внутреннему контуру помещения панельного теплоотвода с тепловой трубой и присоединения его конденсационной зоны к охладителю, а испарительной зоны к нагревателю, позволяет использовать один и тот же теплообменный элемент в реверсивном режиме, т.е. как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения.

При этом из системы кондиционирования удалось полностью исключить циркуляционные контуры как жидкостные, так и воздушные, и создать новый тип системы систему кондуктивного кондиционирования, в которой отсутствуют описанные выше недостатки классической системы кондиционирования, в заявляемой системе до комфортного уровня снижены градиенты температур, исключены шумы, связанные с циркуляцией теплоносителя, что позволило создать высокоэффективную и экономичную систему кондиционирования помещения.

На фиг. 1 изображена общая компоновочная схема в аксонометрии (конденсационная зона панельного теплоотвода соединена непосредственно с охладителем, а испарительная зона с нагревателем) на фиг. 2 общая компоновочная схема системы в аксонометрии (конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем посредством теплового соединителя, а испарительная зона непосредственно с нагревателем); на фиг. 3 -общая компоновочная схема системы в аксонометрии (конденсационная зона панельного теплоотвода соединена непосредственно с охладителем, а испарительная зона с нагревателем посредством теплового соединителя); на фиг. 4 общая компоновочная схема системы в аксонометрии (конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем посредством теплового соединителя, испарительная зона с нагревателем посредством теплового соединителя); на фиг. 5 общий вид панельного теплоотвода с тепловой трубой в аксонометрии (с двумя теплообменными шинами); на фиг. 6 общий вид панельного теплоотвода с тепловой трубой в аксонометрии (с одной теплообменной шиной); на фиг. 7 - общий вид панельного теплоотвода с аксонометрии (теплообменные шины выполнены в единое целое с тепловой трубой); на фиг. 8 вариант размещения панельных теплоотводов на внутренней стенке помещения (панельные теплоотводы разнесены); на фиг. 9 вариант размещения панельных теплоотводов на внутренней стенке помещения (панельные теплоотводы совмещены); на фиг. 10 вариант размещения панельных теплоотводов (теплоотводы отстоят от стены); на фиг. 11 вариант размещения панельных теплоотводов (панельные теплоотводы утоплены в стенку помещения); на фиг. 12 варианты конфигурации панельного теплоотвода в аксонометрии: а) I образный; б) Г образный; в) [ образный; на фиг. 13 варианты установки панельных теплоотводов по внутреннему контуру помещения.

Система стабилизации температуры в помещении /Фиг. 1/ содержит теплообменный элемент, выполненный в виде установленного по внутреннему контуру помещения 1 набора чередующихся и установленных навстречу друг другу [ образных панельных теплоотводов 2 с тепловой трубой 3. Конденсационная зона 4 панельного теплоотвода 2 соединена с охладителем 5. В качестве охладителя могут быть использованы испаритель, внутри которого циркулирует хладагент от холодильной машины, или теплообменник с естественной или принудительной прокачкой теплоносителя от внешнего источника. Испарительная зона 6 соединена с нагревателем 7. Нагреватель 7 может быть съемным или размещен непосредственно на испарительную зону 6, например напылен методами диффузной технологии.

На фиг. 2 приведен другой вариант исполнения системы, отличием которой является соединение конденсационной зоны 4 панельного теплоотвода 2 с охладителем 5 посредством теплового соединителя 8. При этом испарительная зона 6 панельного теплоотвода 2 соединена непосредственно с нагревателем 7. В качестве теплового соединителя 8 могут быть использованы теплоотводящие шины из металла, тепловые трубы с одним или несколькими парожидкостными каналами, контурные тепловые трубы с раздельными каналами для жидкости и пара и т. д.

На фиг. 3 приведен еще один вариант исполнения системы, отличием которой является соединение конденсационной зоны 4 панельного теплоотвода 2 непосредственно с охладителем 5 (как описано в варианте исполнения системы на фиг. 1), и соединение испарительной зоны 6 панельного теплоотвода 2 с нагревателем 7 через тепловой соединитель 9. В качестве теплового соединителя 9 могут быть использованы теплопроводящие шины из металла, тепловые трубы с одним или несколькими парожидкостными каналами.

На фиг. 4 приведен вариант исполнения системы, при котором испарительная зона 6 панельного теплоотвода 2 соединена с нагревателем 7 посредством теплового соединителя 9, а конденсационная зона 4 панельного теплоотвода 2 соединена с охладителем 5 посредством теплового соединителя 8. В качестве тепловых соединителей 8 и 9 могут быть использованы устройства, описанные выше.

Конструктивное исполнение панельных теплоотводов может иметь различные модификации: с двумя теплообменными шинами 10 и 11 с размещенной между ними тепловой трубой 3 (фиг. 5); с одной теплообменной шиной 10, совмещенной с тепловой трубой 3 (фиг. 6); теплообменные шины выполнены в единое целое с тепловой трубой (фиг. 7).

Возможны также варианты размещения панельных теплоотводов 2 по внутреннему контуру помещения 1.

Панельные теплоотводы 2 могут быть разнесены друг от друга (фиг. 8); совмещены друг с другом (фиг. 9),отстоять от стены помещения 1 (фиг. 10), или быть утоплены в стенку помещения 1 (фиг. 11).

Конфигурация панельных теплоотводоа 2 может быть различной:
I образной (фиг.12,а); Г образной (фиг. 12,б); [ образной (фиг.12,в).

Возможны различные варианты установки панельных теплоотводов 2 по внутреннему контуру помещения 1. Они могут быть установлены по всему контуру помещения стенках, полу и потолке (фиг. 1); а также по одной из стен (фиг.13, а) или ее части (фиг.13,б).

Выбор конкретного конструктивного выполнения системы в целом и ее составных частей определяется особенностями конструкции помещения, его связи с окружающей средой, наличием и расположением внутри помещения источников и стоков тепловой энергии, особенностями эксплуатации помещения и объектов внутри помещения, конструктивными особенностями нагревателя и охладителя и условиями их функционирования, а также условиями окружающей среды.

Система работает следующим образом.

В теплое время, когда температура наружного воздуха составляет 15^oC и внутри помещения находятся люди и могут размещаться тепловыделяющиеся приборы и оборудование, необходимо стабилизировать температуру на уровне, комфортном для человека 22-25^oC. В этом случае система кондиционирования работает в режиме охлаждения.

При этом тепловой поток изнутри помещения теплопроводностью, конвекцией и излучением воспринимается испарительными зонами 6 теплообменных шин 10 панельных теплоотводов 2. Тепловой поток, проникающий извне через стенки помещения 1, воспринимается теплоотводящими шинами 11. Эти потоки передаются тепловым трубкам 3 в конденсационную зону 4 панельных теплоотводов 2 и от них далее через контактную поверхность теплообмена с охладителем 5 (фиг. 1,3) или тепловым соединителем 8 (фиг. 2,4) удаляются за пределы помещения 1.

В холодное время года, когда температура наружного воздуха 15^oC, а внутри помещения необходимо стабилизировать температуру на уровне, комфортном для жизнедеятельности человека, система кондиционирования работает в режиме нагрева.

При этом тепловой поток от нагревателя 7 (фиг. 1) непосредственно или через тепловой соединитель 9 (фиг. 3) поступает в испарительную зону 6 панельного теплоотвода 2. Этот поток воспринимается теплообменными шинами 10 и 11, по ним поступает в тепловую трубку 3 и передается ею по всей остальной поверхности теплообводящих шин 10 и 11 теплопроводностью, конвекцией и излучением в обогревателе помещение 1.

Таким образом в теплое и в холодное время года стабилизация температуры в помещении обеспечивается с помощью и того же теплообменного элемента - панельного теплоотвода 2, работающего в реверсивном тепловом режиме.

Кроме того, системой заявляемой конструкции удалось обеспечить не только температурный режим, но и практически комфортный температурно-влажностный режим, т. к. температура панельных теплоотводов 2 невысока и не превышает 35-40^oC.

В отличие от традиционных систем электронагрева, заявляемая система не выжигает кислород из помещения и не травмирует слизистую оболочку органов человека, находящегося в помещении. Система заявляемой конструкции обеспечивает равномерное температурное поле по всему объему помещения.

Следует отметить, что количество устанавливаемых панельных теплоотводов 2 их конфигурации и компоновка внутри помещения 1 (фиг. 13,а, б, фиг. 1) определяются конкретными условиями эксплуатации помещения. Так, схему компоновки системы, приведенную на фиг.1,3, целесообразно применять для помещений, работающих в экстремальных условиях, например в работах с резкоконтинентальным климатом, в горных районах Средней Азии, где температура наружного воздуха может колебаться от -40 до +40^oC, а внутри помещения установлено мощное тепловыделяющее оборудование, обслуживаемое персоналом.

В зонах с умеренным климатом и для помещений с небольшим количеством оборудования целесообразно использование компановки системы, приведенное на фиг. 13, б, где панельные теплоотводы размещены только с одной стороны помещения.

Схему компоновки системы, приведенную на фиг. 13,а, когда панельные теплоотводы занимают только фрагмент помещения, целесообразно при небольших тепловых нагрузках на помещение или при концентрированной тепловой нагрузке помещения.

Таким образом, заявляемая система обеспечивает стабилизацию температуры в помещениях на комфортном для человека уровне в широком диапазоне температур наружного воздуха от -50 до +50^oC при существенно меньших затратах по сравнению с известными воздушными системами кондиционирования.

Сущность изобретения: теплообменный элемент выполнен в виде установленного по внутреннему контуру помещения, по меньшей мере, одного панельного теплоотвода с тепловой трубой. Конденсационная зона теплоотвода соединена с охладителем, испарительная - с нагревателем 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Система стабилизации температуры в помещении, содержащая теплообменный элемент, нагреватель и охладитель, отличающаяся тем, что теплообменный элемент выполнен в виде установленного по внутреннему контуру помещения по меньшей мере одного панельного теплоотвода с тепловой трубой, при этом конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем, а испарительная зона панельного теплоотвода соединена с нагревателем. 2. Система стабилизации температуры в помещении, содержащая теплообменный элемент, нагреватель и охладитель, отличающаяся тем, что теплообменный элемент выполнен в виде установленного по внутреннему контуру помещения по меньшей мере одного панельного теплоотвода с тепловой трубой, при этом конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем посредством теплового соединителя, и испарительная зона панельного теплоотвода соединена с нагревателем. 3. Система стабилизации температуры в помещении, содержащая теплообменный элемент, нагреватель и охладитель, отличающаяся тем, что теплообменный элемент выполнен в виде установленного по внутреннему контуру помещения по меньшей мере одного панельного теплоотвода с тепловой трубой, при этом конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем, а испарительная зона соединена с нагревателем посредством теплового соединителя. 4. Система стабилизации температуры в помещении, содержащая теплообменный элемент, нагреватель и охладитель, отличающаяся тем, что теплообменный элемент выполнен в виде установленного по внутреннему контуру помещения по меньшей мере одного панельного теплоотвода с тепловой трубой, при этом конденсационная зона панельного теплоотвода соединена с охладителем посредством теплового соединителя, а испарительная зона соединена с нагревателем посредством теплового соединителя.