СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПОМЕЩЕНИЙ Российский патент 1999 года по МПК F24F11/00 

Изобретение относится к области кондиционирования воздуха, в частности к системам, в которых установлены автономные кондиционеры с круглогодичным режимом работы.

Известна система кондиционирования воздуха помещений, содержащая по меньшей мере один блок кондиционирования и связанный с ним через теплообменник контур теплоносителя и систему управления (GB 1464626, F 24 F 11/02, 16.02.77).

Недостатками известной системы кондиционирования являются переход энергии в системе при работе кондиционеров в режиме обогрева без учета реального потребления тепла; применение воды для переноса тепла в системе с большим количеством абонентов возможно только в регионах с теплым и умеренным климатом; подключение абонентских кондиционеров к системе водяного подогрева или охлаждения хладагента без специализированных устройств требует остановки всей системы и удаления воды из магистралей при переключении новых абонентских кондиционеров, требует дополнительного объема строительно-монтажных работ; отсутствие блока подключения к магистрали требует круглосуточной постоянной работы водяного насоса системы, регулировка мощности работы водяного насоса отсутствует; конструкция теплообменника с хладагентом в наружной трубке (емкости) в сочетании с применением воды для переноса тепловой энергии может приводить к замерзанию воды во внутренней трубке и полному прекращению протока воды для переноса снимаемой тепловой энергии.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения (обогрева) помещений, снижение расхода энергии, адаптированность системы к потребностям клиентов, возможность полностью избавиться от необходимости вынесения блоков охлаждения на наружную поверхность стен здания, что особенно важно в кварталах исторической застройки, применение промежуточного теплоносителя со специально подобранными параметрами вместо воды позволяет существенно расширить климатический диапазон работоспособности системы, оптимизировать расходования тепловой энергии за счет обмена теплом между абонентскими кондиционерами и работы центральной станции только при включении абонентских кондиционеров.

Технический результат достигается тем, что система кондиционирования воздуха помещений содержит по меньшей мере один блок кондиционирования и связанный с ним через теплообменник контур теплоносителя, систему управления, выполненную в виде центрального блока, размещенного в контуре теплоносителя, контроллера управления и блока подключения к контуру теплоносителя, установленных в блоке кондиционирования. Контур теплоносителя содержит узел обработки теплоносителя, радиатор, управляемый клапан и насос. Узел обработки теплоносителя может быть выполнен в виде солнечной батареи с аккумулятором тепла. Узел обработки теплоносителя может быть выполнен в виде теплового насоса. Центральный блок управления снабжен модемом связи с сервисной и аварийными службами. Контроллер управления может быть снабжен блоком дистанционного управления. Контроллер управления может быть снабжен блоком голосового взаимодействия с пользователем. Состав аппаратных средств системы кондиционирования позволяет реализовать стандарт аудиовизуального взаимодействия бытовых приборов "HAVI". Теплообменник может быть выполнен в виде корпуса с размещенными в нем трубами с хладагентом блока кондиционирования, при этом через корпус протекает теплоноситель. Блок кондиционирования содержит по меньшей мере один компрессор, конденсатор сообщенный с теплообменником и по меньшей мере один испаритель.

На фиг. 1 представлена система кондиционирования воздуха помещений; на фиг. 2 - блок кондиционирования с двумя испарителями; на фиг. 3 - блок кондиционирования с двумя испарителями и двумя компрессорами; на фиг. 4 - вариант выполнения теплообменника; на фиг. 5 - вариант выполнения теплообменника; на фиг. 6 - вариант выполнения теплообменника.

Система кондиционирования содержит контур теплоносителя, включающий центральную станцию 20, в состав которой входят радиатор 1 охлаждения теплоносителя, управляемый клапан 2, насос 3 теплоносителя, узел 4 обработки теплоносителя, центральный блок 5 управления системой, информационная магистраль 6 передачи данных, магистраль 7 подачи теплоносителя, модем 17 связи с сервисной и аварийной службами. Блок 9 кондиционирования воздуха и абонентская компрессорная установка 18 образуют абонентскую станцию, количество станций может быть любым. Станция включает блок 10 подключения к контуру теплоносителя, теплообменник 11, компрессор 12 с клапанами переключения режимов, испаритель, выполненный в виде радиатора 13, абонентский контроллер 14 управления, блок 15 дистанционного управления, блок 16 голосового взаимодействия с пользователем и узел 19 присоединения к магистрали теплоносителя.

Система работает следующим образом. Центральная станция 20 осуществляет нагрев или охлаждение теплоносителя, при этом центральный блок 5 управления системой осуществляет управление режимами всех устройств центральной станции. При этом нагрев осуществляет узел обработки теплоносителя, который в частном случае может представлять собой солнечную батарею с акуумулятором тепла, тепловой насос, иную нагревательную установку. Охлаждение или нагрев теплоносителя (до требуемой рабочей температуры, в зависимости от погодных условий и режимов работы абонентских станций) осуществляется радиатором 1 или узлом 4. Выбор режимов нагрева или охлаждения осуществляется центральным блоком 5 управления системой, оснащенным датчиками температуры окружающего воздуха, входящего и выходящего теплоносителя, на основании запросов, от микропроцессорных систем управления абонентских комплектов, поступающих в головную систему по информационной магистрали 6. Блок 5 управления осуществляет переключение потока теплоносителя посредством клапана 2 либо к радиатору 1, либо к узлу 4. На основании расчета требуемой температуры и количества теплоносителя устанавливаются скорости работы вентилятора обдува радиатора 1, обороты насоса 3, задается режим работы узла 4.

Блок 9 с компрессорной установкой 18 подключаются к магистрали теплоносителя посредством блока 10 подключения к магистрали и узла 19 присоединения к магистрали. При этом блок 10 подключения допускает протекание теплоносителя только при работе блока 9 кондиционирования, режим которого задается контроллером 14 управления, по программе заданной пользователем с блока 15 дистанционного управления.

Направление протекания и количество теплоносителя может изменяться блоком подключения 10 по командам абонентского контроллера 14 управления с учетом режима работы центральной станции 20. Система допускает различные варианты агрегатирования. На фиг. 2 показано параллельное подключение нескольких абонентских станций к компрессору 13. На фиг. 3 показано параллельное подключение нескольких компрессоров 12 к одному общему теплообменнику 11. Имеется возможность речевого взаимодействия с пользователем посредством блока 16 голосового взаимодействия. Контроллер 14 имеет в своем составе датчик температуры окружающего воздуха и датчик потока проходящего воздуха, на основании показаний которых вырабатываются сигналы текущего управления компрессором 12 и клапанами компрессора, вентилятором обдува радиатора 13, с которого осуществляется съем тепла/холода воздухом в кондиционируемом помещении. Сигнал о требуемом количестве тепла/холода передается в центральный блок 5 управления системой по информационной магистрали 6 передачи данных, для выработки режимов работы центральной станции 20.

Абонентские станции с компрессорными установками 18 подключаются к магистрали параллельно. Сама магистраль теплоносителя конструктивно разработана таким образом, что позволяет производить подключение дополнительных станций без остановки функционирования всей системы, для этого применяются узлы 19 присоединения к магистрали, позволяющие производить присоединение ответвляющих труб с теплоносителем, не останавливая функционирования всей системы и не удаляя теплоноситель из контура. Узел 19 присоединения к магистрали разработан таким образом, что позволяет осуществить его монтаж в любом месте магистрали теплоносителя, не требуя предварительного монтажа каких бы то ни было отводящих патрубков или ответвляющих клапанов. Количество автономных абонентских станций не ограничено и определяется текущими потребностями клиентов. Каждая из абонентских станций работает автономно и независимо от остальных абонентских станций. Локальная система управления позволяет каждому клиенту устанавливать требуемый тепловой режим помещения с программированием его параметров по времени суток и дням недели посредством блока 15 дистанционного управлния. Совместная работа контроллера управления 14 и блока 5 управления системы позволяет оптимизировать расход энергии при любом соотношении кондиционеров, работающих на нагрев и охлаждение, осуществляя обмен энергией между ними.

Блок 10 подключения к контуру теплоносителя позволяет в зависимости от режима работы абонентского комплекта и всей системы кондиционирования подключаться к магистрали теплоносителя наиболее оптимальным образом, обеспечивая протекание через теплообменник 11 необходимого количества теплоносителя из магистралей 7 или 8.

При наступлении аварийной ситуации по какой-либо причине блоки 5 управления системой и абонентскими контроллерами 14 переключаются в режим отработки аварийной ситуации, стремясь минимизировать ущерб пользователям.

При поступлении сигнала с головного блока управления либо при запросе пользователя с пульта дистанционного управления система информирует абонента посредством блока 16 голосового взаимодействия о параметрах окружающей среды, установленных параметрах системы или возникающих в системе неполадках. При возникновении неполадок в оборудовании центральной станции блок 5 управления информирует по магистрали 6 все абонентские станции. Абонентские станции переходят в режим аварийного отключения в зависимости от типа неисправности и оповещают клиентов о возникновении отказа. При возникновении любого отказа в системе кондиционирования система 5 управления через модем 17 связи передает информацию в сервисный центр технического обслуживания системы. Через модем могут передаваться данные о потреблении энергии каждым абонентом.

Применение предлагаемой системы позволяет повысить эффективность охлаждения (обогрева) помещений, снизить расход энергии, сделать систему более адаптированной к потребностям клиентов. По сравнению с применением автономных кондиционеров предлагаемое решение позволяет полностью избавиться от необходимости вынесения блоков охлаждения на наружную поверхность стен здания, что особенно важно в кварталах исторической застройки.

Применение промежуточного теплоносителя со специально подобранными параметрами, а также подогрева промежуточного теплоносителя узлом 4 позволяет использовать предлагаемую систему кондиционирования в любой климатической зоне с наибольшей эффективностью.

Применение промежуточного теплоносителя позволяет также существенно уменьшить расход цветных металлов и хладагента при монтаже систем с большим количеством абонентов и удаленным размещением радиатора охладителя, поскольку отпадает необходимость прокладки удлиненных трубопроводов высокого давления для хладагента. Промежуточный теплоноситель работает в системе при более низком давлении, чем хладагент, и в более узком диапазоне температур, для его транспортировки могут применяться стандартные трубы из металлов или полимеров. Применение узла 19 присоединения к магистрали повышает гибкость использования всей системы, поскольку позволяет осуществлять подключение дополнительных абонентских станций без остановки всей системы и слива теплоносителя по мере изменения запросов абонентов системы.

При значительном удалении центральной станции 20 от блоков 9 кондиционирования применение контура промежуточного теплоносителя позволяет существенно уменьшить длину трубопроводов высокого давления с хладагентом по сравнению с использованием типовых кондиционеров с выносом теплообменника на аналогичное расстояние.

Варианты конструкции теплообменника 11, показанные на фиг. 4 - 6, в которой хладагент протекает по внутренней трубке высокого давления, а теплоноситель протекает через емкость, в которой размещена трубка (трубки) с хладагентом, упрощает производство теплообменников, снижает расход металлов за счет того, что емкость и трубы для протекания теплоносителя могут изготавливаться из пластика, снижает риск аварийной утечки хладагента за счет отсутствия дополнительных сварных швов. В такой конструкции полностью отсутствует риск прекращения протока теплоносителя в случае его замерзания, что ведет к уменьшению аварийных ситуаций во всей системе.

Экономия расхода энергии достигается также тем, что в системе отсутствуют узлы и агрегаты, работающие постоянно, даже при выключенных абонентских кондиционерах. Подогрев теплоносителя может осуществляться с использованием природных источников. За счет применения блока 5 управления центральной станции, рассчитывающей требуемый поток теплоносителя, насос 3 теплоносителя работает с минимально необходимой мощностью. В отличие от прототипа контроллер 14 управления абонентской станции позволяет производить программирование изменения температуры по времени суток и дням недели, что уменьшает непроизводительный расход энергии. В случае отключения компрессоров всех абонентских станций насос 3 теплоносителя, вентилятор обдува радиатора 1, система и узел 4 обработки теплоносителя отключаются, чем достигается дополнительная экономия электроэнергии. Блок 5 управления центральной станций учитывает расход энергии абонентами и количество энергии, переносимой теплоносителем, которое определяется запросами абонентских станций. Потребление электроэнергии контроллерами 14 управления абонентскими кондиционерами и центральным блоком 5 управления минимальны за счет применения современной элементной базы и несоизмеримо малы даже по сравнению с мощностью одного используемого в системе вентилятора.

В случае работы различных блоков 9 в противоположных режимах (нагрев или охлаждение) блок 10 подключения к контуру теплоносителя позволяет дополнительно экономить энергию, обеспечивая теплообмен между абонентскими кондиционерами.

Применение природных источников тепла (например солнечных батарей нагрева теплоносителя в сочетании с аккумуляторами тепла, тепловых насосов и пр.) позволяет достичь дополнительной экономии расхода энергии. Система управления позволяет рассчитывать количество тепловой энергии, потребленной каждым абонентом, и передавать эти данные по линии связи в централизованную бухгалтерию для выписывания счетов, что ведет к более точному учету потребления энергии.

Система предназначена для обработки воздуха и подачи его в помещение. Система кондиционирования воздуха содержит по меньшей мере один блок кондиционирования и связанный с ним через теплообменник контур теплоносителя и систему управления, выполненную в виде центрального блока, размещенного в контуре теплоносителя, контроллера управления и блока подключения к контуру теплоносителя, установленных в блоке кондиционирования. Техническим результатом является повышение экономичности охлаждения (обогрева) помещения, снижение расхода энергии. 8 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Система кондиционирования воздуха помещений, содержащая по меньшей мере один блок кондиционирования и связанный с ним через теплообменник контур теплоносителя и систему управления, отличающаяся тем, что система управления выполнена в виде центрального блока, размещенного в контуре теплоносителя, контроллера управления и блока подключения к контуру теплоносителя, установленных в блоке кондиционирования. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок кондиционирования содержит по меньшей мере один компрессор, конденсатор, сообщенный с теплообменником, и по меньшей мере один испаритель. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что контур теплоносителя содержит узел обработки теплоносителя, радиатор, управляемый клапан и насос. 4. Система по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что узел обработки теплоносителя выполнен в виде солнечной батареи с аккумулятором тепла. 5. Система по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что узел обработки теплоносителя выполнен в виде теплового насоса. 6. Система по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что центральный блок управления снабжен модемом связи с сервисной и аварийными службами. 7. Система по пп.1 - 6, отличающаяся тем, что контроллер управления снабжен блоком дистанционного управления. 8. Система по пп.1 - 7, отличающаяся тем, что контроллер управления снабжен блоком голосового взаимодействия с пользователем. 9. Система по пп.1 - 8, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен в виде корпуса с размещенными в нем трубами с хладагентом блока кондиционирования, при этом через корпус протекает теплоноситель.