СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ Российский патент 2009 года по МПК F24F12/00 

Изобретение относится к способу регенерации энергии в установках техники кондиционирования и вентиляции и к устройству регенерации энергии в установках техники кондиционирования и вентиляции.

Системы регенерации тепла, установки с рекуперативными и регенеративными теплопередатчиками, а также установки с промежуточной средой или тепловыми насосами используются в технике кондиционирования и вентиляции для регенерации энергии из отработанного или вытяжного воздуха.

Системы регенерации тепла многократно описаны в литературе. Подобные системы известны в технике вентиляции и находят широкое применение. С их помощью, согласно литературе, достигаются так называемые коэффициенты возврата тепла до 0,8.

В публикации „Recknagel, Sprenger, Schramek; Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik 01/02, Ausgabe 2001, Oldenbourg Industrieverlag München" на стр.1367 и далее описаны различные способы регенерации тепла. В том числе при этом названа также система с тепловым насосом.

Другие указания на системы регенерации тепла в вентиляционных установках можно найти в публикации „Handbuch der Klimatechnik, 3. Auflage, Verlag C.F.Müller GmbH, Karlsruhe, Band 2; Berechnung und Regelung" на стр.115 и далее.

В традиционных системах регенерации тепла, в которых используются различные конструкции теплообменников, теплопроизводительность линейно убывает с разностью температур между вытяжным воздухом, отдаваемым вентиляционной установкой, и наружным воздухом, подаваемым вентиляционной установкой. Если, следовательно, в случае обогрева возрастает температура наружного воздуха, то уменьшается разность температур между наружным воздухом и отводимым вентиляционной установкой объемным потоком отработанного воздуха. Из объемного потока отработанного воздуха отбирается меньше энергии и меньше энергии отдается наружному воздуху, подаваемому в виде объемного потока приточного воздуха. Наружный воздух должен быть поэтому подогрет затем нагревателем.

В случае охлаждения из образующего вытяжной воздух объемного потока отработанного воздуха по той же причине, т.е. из-за падения температуры наружного воздуха, можно отобрать лишь долю энергии.

Наружный воздух должен быть, следовательно, подогрет затем нагревателем в случае обогрева или доохлажден охладителем в случае охлаждения.

Известно также охлаждение встроенным охлаждающим устройством после теплообменника или обогрев тепловым насосом, расположенным после тепловой трубы. Обе названные системы могут регулироваться лишь условно, например, за счет, ступенчатого включения, подключения и отключения или посредством компрессоров с регулируемой частотой вращения. Охлаждение адаптируют иногда еще с помощью байпасного регулирования горячего газа. Этот метод из-за связанного с ним расхода энергии применяется все реже.

Скользящее регулирование по всему диапазону различных наружных температур невозможно ни с одной из систем без уменьшения так называемого коэффициента мощности. Переменные объемные потоки, все чаще используемые в современных установках кондиционирования, нельзя охладить или нагреть вышеназванными системами.

С помощью известных до сих пор систем переключение с режима охлаждения на режим обогрева и наоборот регулируется неэффективно или лишь с худшим к.п.д. через подмешивание воздуха.

Из DE 9218937 U1 известно устройство кондиционирования воздуха в помещениях здания. Это устройство содержит между объемными потоками приточного и отработанного воздуха регенеративный теплопередатчик. За теплопередатчиком расположен испаритель теплового насоса. В объемном потоке отработанного воздуха расположены дополнительный регенеративный теплопередатчик и конденсатор теплового насоса. Для повышения выхода энергии параллельно снабжающему помещения здания потоку наружного воздуха предусмотрен второй поток наружного воздуха. Испаритель и конденсатор теплового насоса расположены в соответственно другом потоке наружного воздуха, так что посредством теплового насоса энергию можно передавать из первого потока наружного воздуха во второй поток наружного воздуха.

Далее из DE 19500527 А1 известен кондиционер. Этот кондиционер имеет объемные потоки приточного и отработанного воздуха, направляемые оба через теплообменник. За теплообменником в объемном потоке приточного воздуха расположен испаритель, а в объемном потоке отработанного воздуха - конденсатор теплового насоса. Тепловой насос обеспечивает оптимальную регенерацию энергии лишь в одном определенном случае применения. Он зависит от расчета мощности теплового насоса.

Наконец из DE 19851889 А1 известна теплонасосная установка кондиционирования с регенерацией энергии. В установке кондиционирования приточный и отработанный воздух направляют через общий теплообменник. В приточном воздухе за теплообменником расположен дополнительный теплообменник, связанный в первом связывающем контуре с аккумулятором горячей воды. Аккумулятор горячей воды связан во втором связывающем контуре с конденсатором теплового насоса. Испаритель теплового насоса может нагружаться частичным потоком отработанного воздуха. Другую часть отработанного воздуха направляют через теплообменник, а еще одну меньшую часть отработанного воздуха примешивают к приточному воздуху. Установка кондиционирования выполнена сложной, плохо регулируется и требует для охлаждения дополнительного охлаждающего агрегата, который посредством дополнительного теплообменника необходимо включить в контур приточного воздуха.

Из описанного уровня техники для традиционной вентиляционной установки требуется значительное дополнительное оборудование для нагрева или дополнительного охлаждения получаемого объемного потока приточного воздуха.

Техническим результатом данного изобретения является значительное повышение регенерации тепла при хорошей регулируемости.

Технический результат данного изобретения достигается в способе регенерации энергии в установках техники кондиционирования и вентиляции, содержащих устройство для направления объемного потока приточного воздуха и устройство для направления объемного потока отработанного воздуха, выборочно систему регенерации тепла, соединяющую объемные потоки приточного и отработанного воздуха для теплопередачи между объемными потоками приточного отработанного воздуха и состоящую из одного или нескольких теплообменников, и/или тепловой насос, который для дополнительной передачи энергии расположен между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха и/или придан системе регенерации тепла между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха и посредством теплообменников соединен с объемным потоком приточного воздуха и/или объемным потоком отработанного воздуха, тем, что он включает в себя следующие этапы:

- обмен тепловой энергии в выходящем из системы регенерации тепла объемном потоке отработанного воздуха посредством связанного с тепловым насосом первого теплообменника;

- передачу обмененной тепловой энергии посредством теплового насоса и связанного с тепловым насосом второго теплообменника накопительному контуру, который для передачи тепловой энергии связан с теплообменником и содержит аккумулятор энергии;

- передачу переданной накопительному контуру тепловой энергии посредством третьего теплообменника выходящему из системы регенерации тепла объемному потоку приточного воздуха для охлаждения или нагрева объемного потока приточного воздуха;

- регулирование доли переданной тепловой энергии в теплообменнике, приданном объемному потоку приточного воздуха, с помощью управления количеством циркулирующей жидкости, содержащейся в накопительном контуре, протекающей через аккумулятор энергии и теплообменник.

Предпочтительным в способе является то, что он включает в себя следующие этапы:

- отбор тепловой энергии из выходящего из системы регенерации тепла объемного потока отработанного воздуха посредством связанного с тепловым насосом теплообменника;

- передачу, по меньшей мере, части отобранной энергии посредством теплового насоса и включенного в накопительный контур теплообменника в накопительный контур или аккумулятор энергии;

- передачу переданной из объемного потока отработанного воздуха в накопительный контур энергии посредством теплообменника с целью нагрева выходящему из системы регенерации тепла объемному потоку приточного воздуха.

Также предпочтительным в способе является то, что он включает в себя следующие этапы:

- отбор тепловой энергии из выходящего из системы (10) регенерации тепла объемного потока приточного воздуха с целью охлаждения объемного потока приточного воздуха посредством связанного с накопительным контуром (9) теплообменника (1);

- отбор, по меньшей мере, части отобранной тепловой энергии посредством теплового насоса (3) и включенного в накопительный контур (9) теплообменника (4) из накопительного контура (9);

- передачу отобранной из накопительного контура (9) тепловой энергии посредством теплового насоса (3) и теплообменника (2) выходящему из системы (10) регенерации тепла объемному потоку отработанного воздуха.

Целесообразным является то, что он включает в себя следующие этапы:

- отбор тепловой энергии из выходящего из системы регенерации тепла объемного потока отработанного воздуха для адиабатического охлаждения объемного потока отработанного воздуха;

- подачу охлажденного объемного потока отработанного воздуха к теплообменнику с целью передачи отобранной из накопительного контура тепловой энергии охлажденному объемному потоку отработанного воздуха.

Также целесообразным является то, что он включает в себя следующие этапы:

- подачу тепловой энергии к выходящему из соединенного с накопительным контуром теплообменника объемному потоку приточного воздуха с целью дополнительного обогрева для регулирования влажности охлажденного объемного потока приточного воздуха посредством дополнительного теплообменника, связанного преимущественно с контуром горячего газа теплового насоса;

- подачу нагретого объемного потока приточного воздуха в кондиционированное помещение.

Преимуществом является то, что регулирование переменного объемного потока отработанного воздуха и/или объемного потока приточного воздуха осуществляют следующими этапами:

- обмен тепловой энергии в выходящем из системы регенерации тепла объемном потоке отработанного воздуха посредством теплообменника с дополнительным, содержащим дополнительный аккумулятор энергии накопительным контуром;

- передачу, по меньшей мере, части обмененной тепловой энергии посредством связанного с тепловым насосом четвертого теплообменника и теплового насоса из дополнительного накопительного контура через теплообменник, связанный с содержащим аккумулятор энергии первым накопительным контуром, в первый накопительный контур;

- передачу, по меньшей мере, части переданной в первый накопительный контур тепловой энергии посредством теплообменника выходящему из системы регенерации тепла объемному потоку приточного воздуха.

Также преимуществом является то, что регулирование доли переданной тепловой энергии в приданном объемному потоку отработанного воздуха теплообменнике осуществляют за счет управления количеством содержащейся в накопительном контуре циркулирующей жидкости, протекающей через аккумулятор энергии и теплообменник.

Кроме того, преимуществом является то, что передачу энергии осуществляют посредством теплового насоса между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха без использования системы регенерации тепла.

Технический результат данного изобретения достигается в устройстве для регенерации энергии в установке техники кондиционирования и вентиляции с объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха, содержащем выборочно систему регенерации тепла, соединяющую объемный поток приточного воздуха и объемный поток отработанного воздуха для теплопередачи между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха, которая содержит регенеративный теплообменник, или рекуперативный теплообменник, или накопительно-массовый теплообменник, или тепловую трубу, и тепловой насос, который для передачи энергии объемному потоку приточного воздуха или объемному потоку отработанного воздуха придан системе регенерации тепла и посредством теплообменников связан с объемным потоком приточного воздуха и/или объемным потоком отработанного воздуха, или тепловой насос, который без дополнительной системы регенерации тепла посредством теплообменников связан с объемным потоком приточного воздуха и/или объемным потоком отработанного воздуха, и накопительный контур с аккумулятором энергии, причем расположенный в объемном потоке отработанного воздуха теплообменник с тепловым насосом, а тепловой насос посредством второго теплообменника связан с накопительным контуром, тем, что накопительный контур расположен между тепловым насосом и теплообменником, расположенным в объемном потоке приточного воздуха после системы регенерации тепла, причем предусмотрено устройство для регулирования передачи тепловой энергии в накопительном контуре между тепловым насосом и теплообменником аккумулятору энергии и/или теплообменнику.

Предпочтительным в устройстве является то, что оно содержит теплообменник, расположенный в объемном потоке отработанного воздуха и связанный с тепловым насосом, накопительный контур, связанный с тепловым насосом посредством второго теплообменника, включенный в накопительный контур аккумулятор энергии, теплообменник, связанный с накопительным контуром и расположенный в объемном потоке приточного воздуха, и устройство для регулирования температуры объемного потока приточного воздуха, которое управляет протеканием циркулирующей жидкости в накопительном контуре через теплообменник и аккумулятор энергии.

Также предпочтительным в устройстве является то, что первый теплообменник выполнен в виде испарителя или конденсатора теплового насоса.

Целесообразным является то, что второй теплообменник выполнен в виде испарителя или конденсатора теплового насоса.

Также целесообразным является то, что устройство содержит дополнительный накопительный контур, связанный через дополнительный теплообменник с тепловым насосом, включенный в дополнительный накопительный контур дополнительный аккумулятор энергии и устройство для регулирования отдачи тепловой энергии объемному потоку отработанного воздуха, которое управляет протеканием циркулирующей жидкости в дополнительном накопительном контуре через теплообменник и дополнительный аккумулятор энергии, при регулировании переменного объемного потока приточного воздуха и/или объемного потока отработанного воздуха.

Преимуществом является то, что теплообменник выполнен в виде испарителя или конденсатора теплового насоса.

Также преимуществом является то, что тепловой насос выполнен с возможностью переключения.

Предпочтительным вариантом является то, что предусмотрено устройство для адиабатического охлаждения объемного потока отработанного воздуха перед поступлением в конденсатор теплового насоса для повышения коэффициента мощности в случае охлаждения объемного потока приточного воздуха.

Целесообразным вариантом является то, что предусмотрено устройство для догрева выходящего из теплообменника объемного потока приточного воздуха с целью регулирования влажности объемного потока приточного воздуха посредством подводимой к расположенному в объемном потоке приточного воздуха теплообменника тепловой энергии теплового насоса, преимущественно из горячего газа теплового насоса.

Также целесообразным вариантом является то, что предусмотрено устройство для догрева, причем дополнительную обогревательную установку включают в накопительный контур через отдельный теплообменник.

Вариантом изобретения является то, что предусмотрено в качестве дополнительной обогревательной установки устройство в соответствии с отопительной техникой.

Еще одним вариантом изобретения является то, что тепловой насос использован в сочетании с объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха без использования системы регенерации тепла.

Следующим вариантом изобретения является то, что несколько приточно-вытяжных приборов объединены в единственную систему регенерации энергии, причем предусмотрены только один тепловой насос и только один накопительный контур с аккумулятором энергии.

Целесообразным вариантом является то, что несколько приточно-вытяжных приборов объединены в единственную систему регенерации энергии, причем предусмотрен только один тепловой насос, который соединен с двумя или более накопительными контурами с одним аккумулятором энергии для тепла и одним аккумулятором энергии для холода.

Предпочтительным вариантом является то, что несколько приточно-вытяжных приборов объединены в единственную систему регенерации энергии, причем предусмотрен только один тепловой насос, соединенный с двумя или более накопительными контурами, в которых предусмотрен аккумулятор энергии для накопления тепла или холода.

Также предпочтительным вариантом является то, что предусмотрено одно или несколько независимых от теплового насоса мест или устройств передачи тепловой энергии в накопительном контуре, и/или в аккумуляторе энергии, и/или в накопительном контуре, и/или в аккумуляторе энергии.

Вариантом изобретения является то, что тепловой насос снабжен внешним конденсатором/испарителем.

Изобретение состоит в комбинации одной из известных систем регенерации тепла с системой из теплового насоса, накопительного контура и связанного с накопительным контуром теплообменника, который расположен за системой регенерации тепла в объемном потоке приточного воздуха. Другой теплообменник расположен за системой регенерации тепла в объемном потоке отработанного воздуха. Оба теплообменника связаны посредством теплового насоса, причем, кроме того, на стороне обработки приточного воздуха тепловой насос соединен посредством другого теплообменника с накопительным контуром, который снабжен аккумулятором энергии и смесительным клапаном.

За счет взаимодействия названных конструктивных элементов можно регулировать теплопередачу. Это необходимо, в том числе, для ограничения температуры приточного воздуха.

Температуру циркулирующей жидкости в накопительном контуре устанавливают настолько высокой, чтобы для работы теплового насоса достичь достаточно высокой температуры конденсации. Это вычисляют по данным изготовителя компрессоров с учетом температуры объемного потока отработанного воздуха, конструкции расположенного в нем теплообменника и температуры испарения. Если для достижения средней разности температур в теплообменнике в объемном потоке приточного воздуха требуется более высокая температура циркулирующей жидкости, то температуру выбирают для достижения необходимой средней разности температур. Таким образом, всегда достигается оптимальный коэффициент мощности теплового насоса, однако обеспечивается возможность теплообмена в теплообменнике в объемном потоке приточного воздуха.

Температуру приточного воздуха регулируют посредством смесительного клапана, который может быть выполнен, например, в виде 3-ходового клапана с регулятором и электродвигателем. В случае обогрева при понижении требуемой температуры приточного воздуха ниже заданного значения увеличивают объемный поток циркулирующей жидкости к теплообменнику в объемном потоке приточного воздуха. При превышении требуемой температуры приточного воздуха, напротив, уменьшают объемный поток циркулирующей жидкости к теплообменнику в объемном потоке приточного воздуха.

Если объемный поток отработанного воздуха по каким-либо причинам уменьшится, температура испарения упадет, поскольку подается меньше тепла. Падение температуры испарения регистрируется датчиком давления перед компрессором, а в качестве альтернативы датчиком температуры. Если температура испарения упадет ниже предварительно установленного значения, то регулятор выключит компрессор. Объемный поток приточного воздуха нагревается затем тепловой энергией из аккумулятора энергии. По истечении необходимого для остановки компрессора времени простоя компрессор снова включается.

При отключении теплового насоса вследствие достижения максимальной температуры циркулирующей жидкости смесительный клапан поддерживает постоянную температуру объемного потока приточного воздуха, регулируемого энергией из аккумулятора энергии. При повторном охлаждении циркулирующей жидкости тепловой насос снова включается для повторной передачи энергии из объемного потока отработанного воздуха в циркулирующую жидкость и аккумулятор энергии.

Непрерывное отключение и включение происходит у тепловых насосов с одним компрессором. Более мощные тепловые насосы оснащены несколькими компрессорами. Если в тепловой насос встроено несколько компрессоров, то включение и отключение компрессоров происходит последовательно. В качестве компрессоров могут использоваться также модели с регулированием частоты вращения. В этом случае аккумулятор энергии может быть выполнен немного меньших размеров, что, однако, при определенных обстоятельствах снижает коэффициент мощности.

Аккумулятор энергии рассчитывают с точки зрения объема так, чтобы промежуток времени для полного перекачивания объема жидкости длился дольше, чем это необходимо для времени остановки самого маленького компрессора теплового насоса. Во избежание турбулентных течений в аккумуляторе энергии поступающий объемный поток циркулирующей жидкости может быть введен в аккумулятор энергии преимущественно с помощью сопловой трубы. Это вызывает благоприятное ламинарное течение в аккумуляторе энергии.

Объемный поток отработанного воздуха охлаждают для получения как можно большей энергии настолько, насколько это необходимо для теплопередачи. Если обледенение теплообменника в объемном потоке отработанного воздуха не мешает или из-за кондиционирования отработанного воздуха обледенения не происходит, то с помощью соответственно мощного температурного насоса желаемой температуры приточного воздуха после теплообменника в объемном потоке отработанного воздуха можно достичь без дополнительного нагревателя.

За счет использования теплового насоса и необходимой для работы теплового насоса потребляемой электрической мощности можно передавать к наружному воздуху больше энергии, чем можно отобрать у вытяжного воздуха.

Благодаря описанному изобретению можно в случае охлаждения охладить наружный воздух для подготовки объемного потока приточного воздуха. Это происходит за счет реверсирования охлаждающего контура теплового насоса. Также при этом возможно установление постоянной температуры приточного воздуха.

Достигаемые изобретением преимущества состоят, в том числе, в описанных ниже предпочтительных эффектах.

1. Достигается предельно высокая регенерация тепла. Достигнутая с помощью системы регенерации тепла передаваемая мощность дополняется выполненной в описанной комбинации теплонасосной системой. Можно отбирать у объемного потока отработанного воздуха больше энергии, чем это необходимо для нагрева объемного потока приточного воздуха. Лишняя энергия может быть опционально использована также для нагрева технической воды, например также для обогрева после адиабатического увлажнения объемного потока приточного воздуха.

По сравнению с другими системами регенерации тепла на основе регулируемой системы регенерации тепла может быть превышен коэффициент возврата тепла 1, а у других известных систем регенерации тепла достигается максимальный коэффициент возврата тепла 0,8.

Объемный поток отработанного воздуха с комбинированной циркуляционной системой с коэффициентом возврата тепла 0,47 охлаждают в комбинации с теплонасосной системой с 24°С при относительной влажности 50% до 6,8°С.

Наружный воздух поступает с температурой 10°С при относительной влажности 70%. Объемный поток приточного воздуха переводят за счет обработки в состояние с температурой 31°С при относительной влажности 19%.

Значение коэффициента возврата тепла: 1,23.

2. В большинстве случаев для обогрева нет необходимости в дополнительном нагреве объемного потока приточного воздуха дополнительным нагревателем.

3. В большинстве случаев для охлаждения наружный воздух может быть охлажден настолько, что дальнейшего охлаждения дополнительным охладителем не потребуется. Можно сэкономить на охладителе в вентиляционном приборе.

4. Потребляемая приточным вентилятором мощность на валу уменьшается, поскольку из-за отсутствия воздухоохладителя отпадает необходимая для этого динамическая разность давлений.

5. Приточные приборы из-за отсутствия воздухонагревателя становятся меньше и легче.

6. Для охлаждения приточного воздуха и децентрализованного охлаждения здания в большинстве случаев больше не требуется никакой дополнительной холодильной машины.

7. Изобретение может быть использовано децентрализовано или центрально интегрировано в блок обработки воздуха.

8. Изобретение может быть использовано центрально для параллельной работы, например, нескольких вентиляционных установок.

Изобретение изображено в качестве примера с помощью схематичных изображений установок и способов и ниже описано более подробно.

На чертежах показано:

фиг.1 - схема первого варианта осуществления изобретения с одним аккумулятором энергии;

фиг.2 - схема второго варианта осуществления изобретения с двумя аккумуляторами энергии;

фиг.3 - схема первого варианта осуществления изобретения для применения в параллельных вентиляционных установках;

фиг.4 - схема второго варианта осуществления изобретения для применения в параллельных вентиляционных установках.

Согласно первому варианту осуществления изобретения на фиг.1 в объемном потоке отработанного воздуха, который за счет вентиляционно-технической обработки становится вытяжным воздухом, после системы 10 регенерации тепла размещают теплообменник 2. Система 10 регенерации тепла, с другой стороны, связана с объемным потоком приточного воздуха, получаемым за счет вентиляционно-технической обработки из наружного воздуха. Система 10 регенерации тепла может быть выполнена одной из известных конструкций, например в виде комбинированной циркуляционной системы, ротационного или пластинчатого теплообменника, гладкотрубного теплопередатчика, накопительно-массового теплообменника или тепловой трубы. Теплообменник 2 связан с тепловым насосом 3 и действует в случае обогрева в качестве испарителя, а в опциональном случае охлаждения - в качестве конденсатора теплового насоса 3. В охлаждающем контуре теплового насоса 3 расположен дополнительный теплообменник 4, используемый в случае обогрева в качестве конденсатора, а в случае охлаждения - в качестве испарителя. Далее также в объемном потоке приточного воздуха после системы 10 регенерации тепла расположен теплообменник 1. Теплообменник 1 встроен в накопительный контур 9. В этот накопительный контур 9 встроен также связанный с тепловым насосом 3 теплообменник 4. Далее в накопительном контуре 9 предусмотрен аккумулятор 9.1 энергии. Накопительный контур 9 и аккумулятор 9.1 энергии заполнены накапливающей тепло циркулирующей жидкостью, перекачиваемой насосом. Циркулирующей жидкостью для теплопереноса между теплообменниками 1 и 4 может быть вода, водно-гликолевая смесь или другая жидкость, используемая в холодильной технике и технике кондиционирования.

В случае обогрева температуру циркулирующей жидкости в накопительном контуре 9 выбирают такой высокой, чтобы обеспечить минимально необходимую температуру конденсации для теплового насоса 3, однако средняя разность температур в теплообменнике 1 настолько велика, что тепловую энергию можно передавать наружному воздуху, который после описанной вентиляционно-технической обработки образует объемный поток приточного воздуха. В опциональном случае охлаждения температуру циркулирующей жидкости в накопительном контуре 9 выбирают такой низкой, что наружный воздух в объемном потоке приточного воздуха охлаждается до нужной температуры приточного воздуха.

Температурный уровень циркулирующей жидкости и, тем самым, регулирование температуры объемного потока приточного воздуха устанавливают с помощью смесительного клапана 6 или в качестве альтернативы с помощью гидравлической стрелки. Смесительный клапан 6 может быть выполнен в виде 3-ходового клапана с регулятором и электродвигателем.

Для регулирования температурного уровня циркулирующей жидкости смесительный клапан 6 расположен в ответвлении накопительного контура 9, в котором сведены две его ветви A и B. Ветвь A ответвления в качестве обратной линии соединена непосредственно с теплообменником 1. Ветвь В соединена с идущей от аккумулятора 9.1 энергии подводящей линией для теплообменника 1. За счет регулирования смесительный клапан 6 пропускает через обе ветви A и B разные количества циркулирующей жидкости и создает, тем самым, смешанный поток A-B. Таким образом, прохождение тепла через теплообменник 1 можно регулировать от максимального уровня до минимального. В максимальном случае циркулирующую жидкость полностью пропускают через теплообменник 1, а в минимальном случае к теплообменнику 1 циркулирующую жидкость не подводят. Аккумулятор 9.1 энергии, расположенный непосредственно после теплообменника 4, всегда омывается всем количеством жидкости и поглощает при этом подаваемое тепловым насосом 3, однако не преобразованное теплообменником 1 количество тепла. Точно так же при отключении теплового насоса 3 тепловую энергию из аккумулятора 9.1 энергии можно отдать через теплообменник 1 объемному потоку приточного воздуха.

Если в теплообменнике 2 возникнет мешающий ледяной нарост, то температуру циркулирующей жидкости повышают. При неприемлемой толщине ледяного нароста холодильный цикл на короткое время прерывают, так что теплообменник 2 не охлаждается тепловым насосом, и объемный поток отработанного воздуха снова расплавляет ледяной нарост. В качестве альтернативы здесь можно использовать также отдельно оттаивательный нагрев для теплообменника 2. Наличие ледяного нароста можно определить, например, с помощью дифференциального манометра 5 в объемном потоке отработанного воздуха до и после теплообменника 2. В качестве альтернативы наличие ледяного нароста можно определить также за счет возрастания давления отработанного воздуха в объемном потоке перед теплообменником 2.

Тепловой насос 3 включается и выключается посредством температурного датчика, обычно используемого в холодильной технике. Если температура в охлаждающем контуре теплового насоса 3 слишком высока, компрессоры выключаются или у больших, например, многоступенчатых тепловых насосов компрессоры подключаются или отключаются в зависимости от температур. Точно также компрессоры отключаются, если температура в охлаждающем контуре падает ниже допустимого значения.

Дополнительный в случае необходимости источник обогрева может отдавать свою энергию через опционный теплообменник 16, который встроен в подводящую линию к теплообменнику 1 в накопительный контур 9. Регулирование передачи этой тепловой энергии происходит простым образом посредством смесительного клапана 6.

В случаях циркуляционного режима, в котором регенерации тепла не происходит, а также в дополнительном отопительном режиме вентиляционной установки накопительный контур 9 может быть использован дополнительным образом. При этом горячая вода насоса отопительной установки, нагревающая накопительный контур 9 через теплообменник 16, может иметь низкие температуры в прямой и обратной линиях. За счет этого обеспечивается использование отопительной техники в качестве системы обогрева в вентиляционной технике. Для этого к теплообменнику 16, например пластинчатому, может быть присоединен преимущественно отопительный котел, работающий очень эффективно уже при низких температурах.

Опциональная функция охлаждения наружного воздуха для охлажденного объемного потока приточного воздуха достигается переключением охлаждающего контура за счет известных устройств на тепловом насосе 3.

Для опционального регулирования влажности объемного потока приточного воздуха в случае охлаждения после теплообменника 1 в объемный поток приточного воздуха встроен дополнительный теплообменник 7. Теплообменник 7 через почти бесплатно получаемую из хладагента энергию отдает тепло объемному потоку приточного воздуха, который предварительно был еще больше охлажден для удаления влаги. Температуру объемного потока приточного воздуха регулируют при этом смесительным клапаном 8. Опциональное регулирование влажности объемного потока приточного воздуха в случае нагрева, напротив, связано с аккумулятором 9.1 энергии и описано ниже во втором примере осуществления изобретения.

Для улучшения теплоотвода в случае охлаждения в объемном потоке отработанного воздуха между системой 10 регенерации тепла и теплообменником 2 теплового насоса 3 может быть предусмотрено устройство для адиабатического охлаждения. Тем самым теплопередача в этом месте улучшается простым образом.

Для воздействия на обработку воздуха в каналах между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха известным образом могут быть предусмотрены воздушные заслонки для подачи смешанного воздуха из объемного потока отработанного воздуха к объемному потоку приточного воздуха или для осуществления циркуляционного режима, как об этом сказано выше. При использовании смешанного воздуха можно за счет увеличения объемного воздушного потока посредством воздушной заслонки передать от конденсатора больше тепловой энергии при низкой температуре воздуха. Тем самым можно получить также холодную воду для возможного децентрализованного охлаждения. Холодную воду можно отбирать из аккумулятора 9.1 энергии.

Температуру испарения и конденсации можно регулировать в качестве альтернативы также посредством датчиков давления.

В охлаждающий контур для нагрева хозяйственной воды с высоким температурным уровнем может быть встроен дополнительный нагреватель.

Второй вариант осуществления изобретения служит для улучшения передачи тепловой энергии при переменных объемных потоках приточного и/или отработанного воздуха. Подобная установка для создания переменных объемных потоков изображена на фиг.2.

Это усовершенствование согласно изобретению содержит на стороне приточного воздуха теплового насоса 3 накопительный контур 9 с теплообменниками 1, 4 и аккумулятором 9.1 энергии, а также со смесительным клапаном 6 между ветвями A и B накопительного контура 9, как это было описано выше с помощью фиг.1.

В устройстве на фиг.2 теплообменник 2 не омывается, однако, хладагентом из теплового насоса 3. Здесь теплообменник 2 использован в качестве жидкостно-воздушного теплообменника. Тепловому насосу 3 на стороне отработанного воздуха системы придан дополнительный накопительный контур 12 с аккумулятором 12.1 энергии. Накопительный контур 12 связывают с тепловым насосом посредством четвертого теплообменника 13. В этом случае теплообменник 13 действует выборочно в качестве испарителя или конденсатора для теплового насоса 3. Таким образом, мощность компрессора/компрессоров теплового насоса 3 в случаях охлаждения и нагрева можно использовать полностью. Накопительный контур 12 и аккумулятор 12.1 энергии также заполнены теплоаккумулирующей циркулирующей жидкостью, перекачиваемой насосом. Регулирование протекания жидкости в накопительном контуре 12 происходит посредством смесительного клапана 14. Смесительному клапану 14 приданы ветви А и В накопительного контура 12. Ветвь А соединена с теплообменником 2 непосредственно в качестве обратной линии. Ветвь В соединена с идущей от аккумулятора 12.1 энергии к теплообменнику 2 подводящей линией. За счет настройки смесительного клапана 14 можно регулировать протекание циркулирующей жидкости в накопительном контуре 12 от экстремальных состояний с полным протеканием через теплообменник 2 до отключения теплообменника 2. Аккумулятор 12.1 энергии расположен непосредственно после теплообменника 13 и омывается всем количеством жидкости.

Через циркулирующую жидкость тепловая энергия передается вытяжному воздуху FO посредством теплообменника 2. Если разность давлений из-за ледяного нароста на теплообменнике 2 превысит заданное значение, то смесительный клапан 14 открывают для протекания жидкости от ветви B в A-B и введенное тепловым насосом 3 количество энергии временно накапливают в накопительном контуре 12. При этом теплообменник 2 выключен. После оттаивания ледяного нароста в теплообменнике 2 и, тем самым, уменьшения разности давлений смесительный клапан 14 в накопительном контуре 12 открывает ветвь А в A-B, и тепловая энергия передается дальше через теплообменник 2 объемному потоку отработанного воздуха и, тем самым, вытяжному воздуху FO.

Помимо регулирования влажности для случая охлаждения (лето), как это описано в первом примере осуществления изобретения на фиг.1, регулирование влажности может быть предусмотрено также для случая обогрева (зима). Для этого в объемном потоке приточного воздуха расположен дополнительный теплообменник 11. Он соединен с аккумулятором 12.1 энергии дополнительного накопительного контура 12 и в объемном потоке приточного воздуха расположен после увлажняющего устройства. Смесительный клапан 15 регулирует расход и, тем самым, окончательную температуру объемного потока приточного воздуха.

Переданная энергия накапливается в аккумуляторах 9.1, 12.1 энергии и непрерывно, даже при остановке компрессоров, передается наружному воздуху или объемному потоку приточного воздуха и объемному потоку отработанного воздуха или вытяжному воздуху

В частности, аккумулятор 9.1 энергии может быть при этом непосредственно или косвенно через накопительный контур 9 соединен с дополнительными устройствами для теплоподвода и теплоотвода, чтобы еще лучше использовать его энергоемкость.

Необходимый при случае дополнительный источник обогрева передает энергию через опциональный теплообменник 16 накопительному контуру 9. Регулирование передачи этой тепловой энергии происходит смесительным клапаном 6.

Как уже было описано в первом примере осуществления изобретения, установка может быть здесь дополнена обогревательным устройством в соответствии с отопительной техникой. Это возможно тогда, когда вентиляционная установка работает в циркуляционном режиме или в режиме дополнительного обогрева при низких температурах воды. При этом горячая вода насоса отопительной установки, нагревающая накопительный контур 9 через теплообменник 16, может иметь низкие температуры в прямой и обратной линиях.

Изобретение может быть использовано также весьма предпочтительным образом при использовании теплового насоса, не придавая ему дополнительной традиционной первой системы регенерации тепла на первой ступени регенерации.

Описанное устройство может использоваться как с одно-, так и с многоступенчатыми тепловыми насосами.

В вентиляционных каналах помимо описанных необходимых элементов могут быть привычным образом установлены также другие элементы для обработки воздуха, такие как фильтры, шумоглушители или увлажнители. Для повышения производительности теплового насоса 3 и для полной теплоотдачи при переменных объемных потоках может осуществляться также принятое в технике кондиционирования примешивание наружного воздуха к вытяжному воздуху через смесительную воздушную заслонку. Таким же образом описанная выше установка пригодна для циркуляционного режима.

Как показано на фиг.3 и 4, изобретение может быть использовано также для эксплуатации комбинированных установок. При этом тепловой насос 3 весьма рациональным образом соединяют через накопительный контур или контуры 19, 20 с несколькими вентиляционными системами 17,18.

На фиг.3 изображено устройство с двумя накопительными контурами 19, 20 для двух вентиляционных установок 17,18. Эти вентиляционные установки 17, 18 могут работать независимо друг от друга в режимах охлаждения и обогрева. Для этого используют соответственно один аккумулятор 19.1 или 20.1 энергии для режима охлаждения и один аккумулятор 19.1 или 20.1 энергии для режима обогрева.

На фиг.4 накопительный контур 19 уменьшен до единственного аккумулятора 19.1 энергии. Этот вариант осуществления изобретения используется тогда, когда вентиляционные установки 17, 18 должны использоваться только в режиме обогрева.

Далее изобретение может использоваться также тогда, когда тепловой насос эксплуатируют с внешним конденсатором или испарителем. Это особенно предпочтительным образом поддерживает действие теплового насоса.

Изобретение может использоваться в сочетании с системами кондиционирования и вентиляции любого порядка, т.е., например, также для систем кондиционирования или обогрева цехов.

Изобретение также пригодно для дооснащения существующих установок, поскольку тепловой насос с накопительным контуром или контурами может быть присоединен в виде блока к существующим вентиляционным установкам.

Изобретение не ограничено описанным примером осуществления, а может быть выполнено также иначе в рамках специальных знаний.

Перечень ссылочных позиций

1 - теплообменник

2 - теплообменник

3 - тепловой насос

4 - теплообменник

5 - дифференциальный манометр

6 - смесительный клапан

7 - теплообменник

8 - управляющий клапан

9 - накопительный контур 9.1 - аккумулятор энергии

10 - система регенерации тепла

11 - теплообменник

12 - накопительный контур 12.1 - аккумулятор энергии

13 - теплообменник

14 - смесительный клапан

15 - управляющий клапан

16 - теплообменник

17 - вентиляционный прибор

18 - вентиляционный прибор

19 - накопительный контур

19.1 - аккумулятор энергии

20 - накопительный контур

20.1 - аккумулятор энергии

Способ и устройство предназначены для регенерации энергии. Способ регенерации энергии в установках техники кондиционирования и вентиляции, содержащих устройство для направления объемного потока приточного воздуха, устройство для направления объемного потока отработанного воздуха и систему регенерации тепла, включает в себя следующие этапы: обмен тепловой энергии в выходящем из системы регенерации тепла в объемном потоке отработанного воздуха посредством связанного с тепловым насосом первого теплообменника; передачу обмененной тепловой энергии посредством теплового насоса и связанного с тепловым насосом второго теплообменника накопительному контуру, который для передачи тепловой энергии связан с теплообменником и содержит аккумулятор энергии; передачу переданной накопительному контуру тепловой энергии посредством третьего теплообменника выходящему из системы регенерации тепла объемному потоку приточного воздуха с целью охлаждения или нагрева объемного потока приточного воздуха; регулирование доли переданной тепловой энергии в теплообменнике, приданном объемному потоку приточного воздуха, с помощью управления количеством циркулирующей жидкости, содержащейся в накопительном контуре, протекающей через аккумулятор энергии и теплообменник. Технический результат - повышение коэффициента возврата тепла. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ регенерации энергии в установках техники кондиционирования
и вентиляции, содержащих устройство для направления объемного потока приточного воздуха и устройство для направления объемного потока отработанного воздуха, выборочно систему (10) регенерации тепла, соединяющую объемные потоки приточного и отработанного воздуха для теплопередачи между объемными потоками приточного и отработанного воздуха и состоящую из одного или нескольких теплообменников, и/или тепловой насос (3), который для дополнительной передачи энергии расположен между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха и/или между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха придан системе (10) регенерации тепла и посредством теплообменников связан с объемным потоком приточного воздуха и/или объемным потоком отработанного воздуха, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы:
обмен тепловой энергии в выходящем из системы (10) регенерации тепла объемном потоке отработанного воздуха посредством связанного с тепловым насосом (3) первого теплообменника (2);
передачу обмененной тепловой энергии посредством теплового насоса (3) и связанного с тепловым насосом (3) второго теплообменника (4) накопительному контуру (9), который для передачи тепловой энергии связан с теплообменником (4) и содержит аккумулятор (9.1) энергии;
передачу переданной накопительному контуру (9) тепловой энергии посредством третьего теплообменника (1) выходящему из системы (10) регенерации тепла объемному потоку приточного воздуха с целью охлаждения или нагрева объемного потока приточного воздуха;
регулирование доли переданной тепловой энергии в теплообменнике (1), приданном объемному потоку приточного воздуха, с помощью управления количеством циркулирующей жидкости, содержащейся в накопительном контуре (9), протекающей через аккумулятор энергии (9.1) и теплообменник (1).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы:
отбор тепловой энергии из выходящего из системы (10) регенерации тепла объемного потока отработанного воздуха посредством связанного с тепловым насосом (3) теплообменника (2);
передачу, по меньшей мере, части отобранной энергии посредством теплового насоса (3) и включенного в накопительный контур (9) теплообменника (4) в накопительный контур (9) или аккумулятор (9.1) энергии;
передачу переданной из объемного потока отработанного воздуха в накопительный контур (9) энергии посредством теплообменника (1) с целью нагрева выходящему из системы (10) регенерации тепла объемному потоку приточного воздуха.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы:
отбор тепловой энергии из выходящего из системы (10) регенерации тепла объемного потока приточного воздуха с целью охлаждения объемного потока приточного воздуха посредством связанного с накопительным контуром (9) теплообменника (1);
отбор, по меньшей мере, части отобранной тепловой энергии посредством теплового насоса (3) и включенного в накопительный контур (9) теплообменника (4) из накопительного контура (9);
передачу отобранной из накопительного контура (9) тепловой энергии посредством теплового насоса (3) и теплообменника (2) выходящему из системы (10) регенерации тепла объемному потоку отработанного воздуха.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы:
отбор тепловой энергии из выходящего из системы (10) регенерации тепла объемного потока отработанного воздуха для адиабатического охлаждения объемного потока отработанного воздуха;
подачу охлажденного объемного потока отработанного воздуха к теплообменнику (2) с целью передачи отобранной из накопительного контура (9) тепловой энергии охлажденному объемному потоку отработанного воздуха.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы:
подачу тепловой энергии к выходящему из соединенного с накопительным контуром (9) теплообменника (1) объемному потоку приточного воздуха с целью дополнительного обогрева для регулирования влажности охлажденного объемного потока приточного воздуха посредством дополнительного теплообменника (7), связанного преимущественно с контуром горячего газа теплового насоса (3);
подачу нагретого объемного потока приточного воздуха в кондиционированное помещение.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование переменного объемного потока отработанного воздуха и/или объемного потока приточного воздуха осуществляют следующими этапами:
обмен тепловой энергии в выходящем из системы (10) регенерации тепла объемном потоке отработанного воздуха посредством теплообменника (2) с дополнительным, содержащим дополнительный аккумулятор (12.1) энергии накопительным контуром (12);
передачу, по меньшей мере, части обмененной тепловой энергии посредством связанного с тепловым насосом (3) четвертого теплообменника (13) и теплового насоса (3) из дополнительного накопительного контура (12) через теплообменник (4), связанный с содержащим аккумулятор (9.1) энергии первым накопительным контуром (9), в первый накопительный контур (9);
передачу, по меньшей мере, части переданной в первый накопительный контур (9) тепловой энергии посредством теплообменника (1) выходящему из системы (10) регенерации тепла объемному потоку приточного воздуха.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что регулирование доли переданной тепловой энергии в приданном объемному потоку отработанного воздуха теплообменнике (2) осуществляют за счет управления количеством содержащейся в накопительном контуре (12) циркулирующей жидкости, протекающей через аккумулятор (12.1) энергии и теплообменник (2).

8. Способ по одному из пп.1, 2, 3, 4, 6, 7, отличающийся тем, что передачу энергии осуществляют посредством теплового насоса (3) между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха без использования системы (10) регенерации тепла.

9. Устройство для регенерации энергии в установке техники кондиционирования и вентиляции, с объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха, содержащее выборочно систему (10) регенерации тепла, соединяющую объемный поток приточного воздуха и объемный поток отработанного воздуха с целью теплопередачи между объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха, которая содержит регенеративный теплообменник, или рекуперативный теплообменник, или накопительно-массовый теплообменник, или тепловую трубу, и тепловой насос (3), который с целью передачи энергии объемному потоку приточного воздуха или объемному потоку отработанного воздуха придан системе (10) регенерации тепла и посредством теплообменников связан с объемным потоком приточного воздуха и/или объемным потоком отработанного воздуха, или тепловой насос (3), который без дополнительной системы (10) регенерации тепла посредством теплообменников связан с объемным потоком приточного воздуха и/или объемным потоком отработанного воздуха, и накопительный контур (9) с аккумулятором энергии (9.1), причем расположенный в объемном потоке отработанного воздуха теплообменник (2) с тепловым насосом (3), а тепловой насос (3) посредством второго теплообменника (4) связан с накопительным контуром (9), отличающееся тем, что накопительный контур (9) расположен между тепловым насосом (3) и теплообменникым (1), расположенном в объемном потоке приточного воздуха после системы (10) регенерации тепла, причем предусмотрено устройство для регулирования передачи тепловой энергии в накопительном контуре (9) между тепловым насосом (3) и теплообменником (1) аккумулятору энергии (9.1) и/или теплообменнику (1).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно содержит теплообменник (2), расположенный в объемном потоке отработанного воздуха и связанный с тепловым насосом (3), накопительный контур (9), связанный с тепловым насосом (3) посредством второго теплообменника (4), включенный в накопительный контур (9) аккумулятор (9.1) энергии, теплообменник (1), связанный с накопительным контуром (9) и расположенный в объемном потоке приточного воздуха, и устройство (6) для регулирования температуры объемного потока приточного воздуха, которое управляет протеканием циркулирующей жидкости в накопительном контуре (9) через теплообменник (1) и аккумулятор (9.1) энергии.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что первый теплообменник (2) выполнен в виде испарителя или конденсатора теплового насоса (3).

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что второй теплообменник (2) выполнен в виде испарителя или конденсатора теплового насоса (3).

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный накопительный контур (12), связанный через дополнительный теплообменник (13) с тепловым насосом (3), включенный в дополнительный накопительный контур (12) дополнительный аккумулятор (12.1) энергии и устройство (14) для регулирования отдачи тепловой энергии объемному потоку отработанного воздуха, которое управляет протеканием циркулирующей жидкости в дополнительном накопительном контуре (12) через теплообменник (13) и дополнительный аккумулятор (12.1) энергии, при регулировании переменного объемного потока приточного воздуха и/или объемного потока отработанного воздуха.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что теплообменник (13) выполнен в виде испарителя или конденсатора теплового насоса (3).

15. Устройство по одному из пп.9-14, отличающееся тем, что тепловой насос (3) выполнен с возможностью переключения.

16. Устройство по одному из пп.9-14, отличающееся тем, что оно содержит устройство для адиабатического охлаждения объемного потока отработанного воздуха перед поступлением в конденсатор теплового насоса (3) для повышения коэффициента мощности в случае охлаждения объемного потока приточного воздуха.

17. Устройство по одному из пп.9-14, отличающееся тем, что оно содержит устройство для догрева выходящего из теплообменника объемного потока приточного воздуха с целью регулирования влажности объемного потока приточного воздуха посредством подводимой к расположенному в объемном потоке приточного воздуха теплообменника (7) тепловой энергии теплового насоса (3), преимущественно из горячего газа теплового насоса (3).

18. Устройство по одному пп.9-14, отличающееся тем, что оно содержит устройство для догрева, причем дополнительную обогревательную установку включают в накопительный контур (9) через отдельный теплообменник (16).

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что оно содержит в качестве дополнительной обогревательной установки устройство в соответствии с отопительной техникой.

20. Устройство по одному из пп.9-14, отличающееся тем, что тепловой насос (3) использован в сочетании с объемным потоком приточного воздуха и объемным потоком отработанного воздуха без использования системы (10) регенерации тепла.

21. Устройство по одному из пп.9-14, отличающееся тем, что несколько приточно-вытяжных приборов (17, 18) объединены в единственную систему регенерации энергии, причем предусмотрены только один тепловой насос (3) и только один накопительный контур (19) с аккумулятором (19.1) энергии.

22. Устройство по п.13, отличающееся тем, что несколько приточно-вытяжных приборов (17, 18) объединены в единственную систему регенерации энергии, причем предусмотрен только один тепловой насос (3), который соединен с двумя или более накопительными контурами (19,20) с одним аккумулятором (19.1, 20.1) энергии для тепла и одним аккумулятором (19.1, 20.1) энергии для холода.

23. Устройство по п.13, отличающееся тем, что несколько приточно-вытяжных приборов (17, 18) объединены в единственную систему регенерации энергии, причем предусмотрен только один тепловой насос (3), соединенный с двумя или более накопительными контурами (19, 20), в которых предусмотрен аккумулятор (19.1, 20.1) энергии для накопления тепла или холода.

24. Устройство по п.22 или 23, отличающееся тем, что оно содержит одно или несколько независимых от теплового насоса (3) мест или устройств передачи тепловой энергии в накопительном контуре (19), и/или в аккумуляторе (19.1) энергии, и/или в накопительном контуре (20), и/или в аккумуляторе (20.1) энергии.

25. Устройство по одному из пп. 9-24,отличающееся тем, что тепловой насос
(3) снабжен внешним конденсатором/испарителем.
Приоритет по пунктам:

21.05.2003 по пп.1-25.