СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ Российский патент 2008 года по МПК F24D5/00 

Изобретение - система воздушного отопления помещений - относится к области энергетики и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для обогрева помещений.

Известны различные системы отопления помещений: водяное отопление, воздушное отопление с использованием углеводородных топлив. Известны системы отопления помещений с использованием электроэнергии. Известны системы отопления помещений с использованием тепловых насосов.

Тепловые насосы используют для своей работы положительное тепло, то есть тепло выше 0°С (273К).

В изобретении аммиачный тепловой насос для целей отопления помещений использует тепло ниже 0°С (253К) (-15°С).

На фиг.1 изображена кинематическая схема воздушного отопления помещений с использованием тепла атмосферного воздуха, где:

1 - электродвигатель;

2 - аммиачный компрессор (осевой);

3 - аммиачно-воздушный радиатор конденсации паров аммиака;

4 - ресивер (сборник) жидкого аммиака;

5 - управляемый редукционный клапан (дроссель);

6 - аммиачно-воздушный радиатор кипения аммиака;

7 - заборник атмосферного воздуха;

8 - центробежная воздуходувка атмосферного воздуха;

9 - воздушно-аммиачный теплообменник атмосферного воздуха;

10 - выходное сопло охлажденного атмосферного воздуха;

11 - заборник воздуха обогреваемого помещения;

12 - центробежная воздуходувка воздуха обогреваемого помещения;

13 - воздушно-аммиачный теплообменник подогрева воздуха помещения;

14 - выходное сопло подогретого воздуха;

15 - тепловое реле включения и выключения электродвигателя;

16 - тепловое реле включения и выключения реверсивного электродвигателя управления редукционным клапаном;

17 - реверсивный электродвигатель;

18 - подогреваемое помещение.

На фиг.2 изображен термодинамический цикл работы аммиачного компрессора в координатах абсолютная температура в функции энтропии, где:

линия 0 - Т°к - линия ординат;

линия - линия абсцисс;

линия а-к - линия начала кипения NH₃;

точка «к» - точка критических параметров NH₃;

линия к-6 - линия конца кипения NH₃;

линия 1-2 - адиабата сжатия паров NH₃;

линия 2-3 - изотерма (изобара) конденсации паров NH₃;

линия 3-4 - изобара охлаждения NH₃;

линия 4-5 - адиабата расширения NH₃;

линия 5-1 - изотерма (изобара) кипения NH₃.

Система воздушного отопления помещений с использованием тепла атмосферного воздуха состоит из аммиачного теплового насоса, в контуре которого циркулирует аммиак, контур состоит из аммиачного компрессора (2), выход из которого связан с аммиачно-воздушным радиатором конденсации паров аммиака (3), выход из которого связан с ресивером (сборником) жидкого аммиака (4), выход из которого связан с управляемым редукционным клапаном (5), выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор кипения аммиака (6), выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (2).

Система воздушного отопления помещений состоит из открытого канала прокачки атмосферного воздуха, состоящего из заборника атмосферного воздуха (7), выход из которого связан с входом в центробежную воздуходувку атмосферного воздуха (8), выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник атмосферного воздуха (9), выход из которого связан с выходным соплом охлажденного атмосферного воздуха (10).

Система воздушного отопления помещений состоит из открытого канала прокачки воздуха, находящегося в помещении и состоящего из заборника воздуха обогреваемого помещения (11), выход из которого связан с центробежной воздуходувкой воздуха обогреваемого помещения (12), выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник подогрева воздуха помещения (13), выход из которого связан с выходным соплом подогретого воздуха (14). Аммиачный компрессор (2) воздуходувки (8) (12) обеспечивается энергией от электродвигателя (1).

Работа системы воздушного отопления помещений с использованием тепла атмосферного воздуха

При понижении температуры в помещении до T₄=290K тепловое реле (15) включает электродвигатель (1). В зависимости от наружной температуры атмосферного воздуха (Тн) тепловое реле (16) обеспечивает расчетную работу аммиачного теплового насоса, состоящего из: аммиачного компрессора (2), аммиачно-воздушного радиатора конденсации паров аммиака (3), управляемого редукционного клапана (5), аммиачно-воздушного радиатора кипения аммиака (6). Электродвигатель (1) будет работать до тех пор, пока в помещении не установится температура (Т₅=296К), при которой тепловое реле (15) отключает электродвигатель (1).

Возможность изготовления и использования отопления предлагаемого в изобретении подтверждается реально действующими: электродвигателями, аммиачным тепловым насосом, воздуходувками, теплообменниками, а также элементарным термодинамическим расчетом воздушного отопления.

Расчет аммиачного компрессора

Расчет производим в удельных параметрах по энтальпиям (теплосодержаниям) с учетом изменения теплосодержания при постоянном давлении с изменением температуры.

Принимаем из термодинамических таблиц (см. фиг.1, фиг.2).

T₁=248К(-25°С) Р₂=Р₃=P₄

T₂=310K(+37°C)

Т₄=290К(+17°С) P₄=Р₃=P₂

Q₃₁₀ - тепло конденсации паров NH₃.

Q₃₁₀≈266,384 кк.

Q°248 - тепло кипения аммиака при T₁=T₄=248К

S₂ - энтропия точки (2)=

S₃ - энтропия точки (3)=

S₄ - энтропия точки (4)=

Тогда рассчитываем тепло охлаждения жидкого аммиака от Т₃=310К до Т₄=290К.

ΣQ₂ - суммарное тепло конденсации и охлаждения NH₃

ΔQ₂=Q₃₁₀+ΔQ=266,387=22,7858=289,1698 ккал.

Q_an - тепло, эквивалентное мощности, потребной для привода аммиачного компрессора (2).

Q_an=ΣQ₂-Q°₂₄₈=289,1698-231,9595=57,2103 ккал.

β_ATH - коэффициент теплопроизводительности аммиачного теплового насоса (АТН)

Расчет воздушного отопления помещений с использованием тепла атмосферного воздуха

Принимаем (см. фиг.1) Тн=258°К(-15°С).

Т'н=253°К(-20°С).

Рассчитываем количество G_B m/сек прокачиваемого воздуха воздуходувкой (8).

GвСр_нΔt₁=Q°248 (1)

Уравнение согласуется с законом сохранения энергии.

Принимаем Δt₁=258-253=5°C.

Принимаем секундный расход воздуха через воздуходувку (8), равный расходу воздуха через воздуходувку (12).

Тогда подогрев воздуха в помещении составит Δt₂

Принимаем Т₄=290К(+17°n), тогда Т₅=Т₄+Δt₂.

Т₅=296К(+26К), при этой температуре тепловое реле (15) отключает электродвигатель (1).

Tn - средняя температура воздуха в помещении

Экономия топлива при таком способе отопления составляет более 70%.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для обогрева помещений. Технический результат: экономия используемого топлива для обогрева помещений. Система воздушного отопления помещений с использованием тепла атмосферного воздуха состоит из электродвигателя, аммиачного компрессора, радиаторов, теплообменников редукционного клапана, воздуходувок и тепловых реле. Выход из аммиачного компрессора связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор конденсации паров аммиака, выход из которого связан с управляемым редукционным клапаном, выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор кипения аммиака, выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор. Тепловое реле включения и выключения реверсивного электродвигателя управления редукционным клапаном, установленное в атмосферном воздухе с внешней стороны помещения, связано с реверсивным электродвигателем, который связан с управляемым редукционным клапаном. Заборник атмосферного воздуха связан с входом в центробежную воздуходувку, выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник, выход из которого связан с выходным соплом охлажденного атмосферного воздуха. Заборник воздуха обогреваемого помещения связан с входом в центробежную воздуходувку воздуха обогреваемого помещения, выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник подогрева воздуха помещения, выход из которого связан с выходным соплом подогретого воздуха. Тепловое реле включения и выключения электродвигателя связано с электродвигателем. Электродвигатель, аммиачный компрессор, центробежная воздуходувка атмосферного воздуха, центробежная воздуходувка воздуха обогреваемого помещения - все установлены на одном валу. Также описан способ работы вышеописанной системы. 2 ил.

1. Система воздушного отопления помещений с использованием тепла атмосферного воздуха, состоящая из электродвигателя, аммиачного компрессора, радиаторов, теплообменников редукционного клапана, воздуходувок и тепловых реле, отличающаяся тем, что выход из аммиачного компрессора (2) связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор конденсации паров аммиака (3), выход из которого связан с управляемым редукционным клапаном (5), выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор кипения аммиака (6), выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (2), далее тепловое реле включения и выключения реверсивного электродвигателя управления редукционным клапаном (16), установленное в атмосферном воздухе с внешней стороны помещения, связано с реверсивным электродвигателем (17), который связан с управляемым редукционным клапаном (5), далее заборник атмосферного воздуха (7) связан с входом в центробежную воздуходувку (8), выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник (9), выход из которого связан с выходным соплом охлажденного атмосферного воздуха (10), далее заборник воздуха обогреваемого помещения (11) связан с входом в центробежную воздуходувку воздуха обогреваемого помещения (12), выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник подогрева воздуха помещения (13), выход из которого связан с выходным соплом подогретого воздуха (14), далее тепловое реле включения и выключения электродвигателя (15) связано с электродвигателем (1), далее электродвигатель (1), аммиачный компрессор (2), центробежная воздуходувка атмосферного воздуха (8), центробежная воздуходувка воздуха обогреваемого помещения (12) - все установлены на одном валу.2. Способ работы системы воздушного отопления помещений с использованием тепла атмосферного воздуха по п.1, заключающийся в том, что тепловое реле включения и выключения электродвигателя (15) включает электродвигатель при температуре в помещении Т₄=290К и выключает электродвигатель при Т₅=296К, причем тепловое реле включения и выключения реверсивного электродвигателя (17) управления редукционным клапаном (5) (16) устанавливает давление жидкого аммиака Р₁ в зависимости от температуры атмосферного воздуха