УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ Российский патент 2010 года по МПК F24D5/00 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области экономии энергии при отоплении помещений и обеспечения помещений чистым воздухом.

Известны отопительные системы: жидкостные, в которых тепло от котельных поступает в помещения при помощи воды, или других незамерзающих жидкостей (антифриз, спирто-глицериновые смеси и др.), воздушные системы отопления, в которых воздух помещений нагревается при помощи электрического тока.

Наиболее близким аналогом изобретения могут быть различные электронагревательные приборы воздушного отопления помещений, находящиеся в продаже.

Общим недостатком таких приборов является расход энергии и трудности, особенно в больших городах, с вентиляцией помещений чистым воздухом.

Электронагревательные приборы воздушного отопления помещений расходуют электроэнергию с потерями, которые вызваны потерями тепла при производстве самой электроэнергии на электростанциях, передачей ее потребителю и преобразованием электроэнергии обратно в тепло.

Сущность изобретения состоит в том, что электродвигатель системы отопления свою энергию расходует на привод аммиачного теплового насоса (АТН), пары конденсации аммиака АТН, нагревают чистый атмосферный воздух с одной стороны, с другой стороны пары кипения аммиака АТН, отнимают тепло охлажденного воздуха помещений, при этом автоматика, регулирующая работу электродвигателя и давление жидкого аммиака в контуре АТН после управляемого редукционного клапана (5, см. фиг.1), обеспечивает температуру воздуха на выходе (см. фиг.1 Т'_н), меньшую температуры атмосферного воздуха на входе в заборник чистого атмосферного воздуха (см. фиг.1, 7, Т'_н), то есть Т'_н<Т_н.

При этих условиях и с использованием воздушно-воздушного радиатора (см. фиг.1, 9) и воздушно-воздушного теплообменника (см. фиг.1,15) нагрева атмосферного воздуха за счет тепла конденсации NH₃ не происходит. Нагрев атмосферного воздуха от температуры Т_н до температуры T_min - 10°С производится за счет тепла помещений при любой отрицательной температуре наружного воздуха. Экономия энергии при такой системе воздушного отопления определяется величиной коэффициента теплопроизводительности АТН (β).

На фиг.1 изображена кинематическая схема изобретения «Устройство и способ воздушного отопления помещений», где:

1 - электродвигатель воздушного отопления

2 - аммиачный компрессор аммиачного теплового насоса (АТН)

3 - аммиачно-воздушный радиатор конденсации паров NH₃

4 - ресивер (сборник) жидкого NH₃ в контуре АТН

5 - управляемый редукционный клапан

6 - аммиачно-воздушный радиатор кипения NH₃

7 - заборник чистого атмосферного воздуха

8 - воздухопровод

9 - воздушно-воздушный радиатор

10 - воздуходувка чистого атмосферного воздуха

11 - аммиачно-воздушный теплообменник подогрева атмосферного воздуха

12 - выходное сопло подогретого воздуха

13 - заборник воздуха помещений

14 - воздуходувка воздуха помещений

15 - воздушно-воздушный теплообменник

16 - воздушно-аммиачный теплообменник

17 - выходное сопло охлажденного воздуха помещений

18 - реверсивный электродвигатель управления редукционным клапаном (5)

19 - тепловое реле, установленное в атмосферном воздухе и связанное с реверсивным электродвигателем (18)

20 - тепловое реле, установленное в воздухе помещений и связанное с электродвигателем воздушного отопления (1)

21 - помещения

На фиг.2 изображен термодинамический цикл работы АТН, где в координатах ТК=f(S) абсолютная температура в (К) функции энтропии

Линия а-к - линия начала кипения NH₃

Точка «к'» - точка критических параметров NH₃

(T_k=405,3К; P_k=115

Линия к-б - линия конца кипения NH₃

Линия 1'-2' - адиабата сжатия паров NH₃

Линия 2'-3' - изотерма (изобара) конденсации паров NH₃

Линия 3'-4' - изобара охлаждения жидкого NH₃

Линия 4'-5' - адиабата дросселирования жидкого NH₃

Линия 5'-1' - изотерма (изобара) кипения аммиака.

Работа изобретения «Устройство и способ воздушного отопления помещений»

Принимаем условия отопления помещений:

Т_mах=295К - максимальная температура помещений +22°С,

Т_min=290К - минимальная температура помещений +17°С.

Тепловое реле (20) при T_mах=295К отключает электродвигатель воздушного отопления (1), а при Т_min=290К включает электродвигатель воздушного отопления. Принимаем температуру атмосферного воздуха Т_н=260К (-13°С), в этом случае тепловое реле (19), управляя реверсивным электродвигателем (18), устанавливает давление аммиака поcле управляемого редукционного клапана (5) что соответствует температуре кипения аммиака в аммиачно-воздушном радиаторе (6) Т'₅=Т'₁=250К (-23°С).

Принимаем температуру конденсации аммиака в аммиачно-воздушном радиаторе (3) Т'₂=Т'₃=305К (+32°С) и производим элементарный термодинамический расчет АТН в удельных параметрах с использованием экспериментальных таблиц по аммиаку, изложенных в таблице 29 стр.235 «Сборника задач по технической термодинамике», 1981 года, Энергоиздат, авторы: Т.Н.Андрианова, Б.В.Дзампов, В.Н.Зубарев, С.А.Ремизов под названием: «Свойства насыщенного пара аммиака».

Для воздуха принимаем удельную теплоемкость при постоянном давлении

Q₃₀₅ - тепло конденсации паров NH₃ в аммиачно-воздушном радиаторе (3).

См. фиг.2

T'₄=290К;

S'₂ - энтропия точки

S'₃ - энтропия точки

S'₄ - энтропия точки

ΔQ₂ - тепло охлаждения NH₃ от T'₃=305К до T'₄=290К.

ΣQ₂ - суммарное тепло конденсации и охлаждения NH₃

- тепло кипения аммиака в аммиачно-воздушном радиаторе (6).

Q_ак - тепло, эквивалентное мощности, потребной для привода аммиачного компрессора АТН

β - коэффициент теплопроизводительности АТН

G_в - секундный расход воздуха.

На основании закона сохранения энергии

G_вC_рв(T_max-T₁)=ΣQ₂;

На основании закона сохранения массы

Атмосферный воздух входит в систему воздушного отопления с Т_н=260К, а выходит из системы воздушного отопления с Т'_н=257,67К.

То есть использование в системе воздушного отопления АТН позволяет для целей отопления использовать тепло атмосферного воздуха.

КПД производства электроэнергии η_э=0,35. Затраты тепла на производство электроэнергии в этом случае составляют Экономия энергии при воздушном отоплении помещений с использованием энергии и аммиачного теплового насоса составляет:

что по отношению составляет экономию топлива 96%. Закон сохранения энергии выполняется.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области экономии энергии при отоплении помещений и обеспечения помещений чистым воздухом. Технический результат: обеспечение экологически чистым теплом помещений с экономией при этом электроэнергии. Устройство воздушного отопления помещений состоит из аммиачного компрессора, теплообменников, радиаторов, управляемого редукционного клапана, электродвигателя воздушного отопления, реверсивного электродвигателя управления редукционным клапаном, тепловых реле, воздуходувок. Выход аммиака из аммиачного компрессора аммиачного теплового насоса связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор конденсации паров, выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан, выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор кипения, выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор аммиачного теплового насоса. Заборник чистого атмосферного воздуха связан с воздушно-воздушным радиатором, выход из которого связан с воздуходувкой чистого атмосферного воздуха, выход из которого связан с воздухоаммиачным теплообменником, выход из которого связан с выходным соплом подогретого воздуха. Заборник воздуха помещений связан с воздуходувкой воздуха помещений, выход из которой связан с воздухо-воздушным теплообменником, выход из которого связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник, выход из которого связан с выходным соплом охлажденного воздуха. Тепловое реле, установленное в атмосферном воздухе, связано с реверсивным электродвигателем управления редукционным клапаном. Тепловое реле, установленное в воздухе помещений, связано с электродвигателем воздушного отопления. Электродвигатель воздушного отопления, аммиачный компрессор, воздуходувка чистого атмосферного воздуха, воздуходувка воздуха помещений - все установлены на одном валу. Также описан способ воздушного отопления помещений. 2 н.з. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство воздушного отопления помещений, состоящее из аммиачного компрессора, теплообменников, радиаторов, управляемого редукционного клапана, электродвигателя воздушного отопления, реверсивного электродвигателя управления редукционным клапаном, тепловых реле, воздуходувок, отличающееся тем, что выход аммиака из аммиачного компрессора аммиачного теплового насоса (2) связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор конденсации паров NН₃ (3), выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан (5), выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор кипения NН₃ (6), выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор аммиачного теплового насоса (2); далее, заборник чистого атмосферного воздуха (7) связан с воздушно-воздушным радиатором (9), выход из которого связан с воздуходувкой чистого атмосферного воздуха (10), выход из которой связан с воздухоаммиачным теплообменником (11), выход из которого связан с выходным соплом подогретого воздуха (12), далее, заборник воздуха помещений (13) связан с воздуходувкой воздуха помещений (14), выход из которой связан с воздухо-воздушным теплообменником (15), выход из которого связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник (16), выход из которого связан с выходным соплом охлажденного воздуха (17), далее, тепловое реле (19), установленное в атмосферном воздухе, связано с реверсивным электродвигателем (18) управления редукционным клапаном (5), далее, тепловое реле (20), установленное в воздухе помещений, связано с электродвигателем воздушного отопления (1), электродвигатель воздушного отопления (1), аммиачный компрессор (2), воздуходувка чистого атмосферного воздуха (10), воздуходувка воздуха помещений (14) - все установлены на одном валу.

2. Способ воздушного отопления помещений, заключающийся в том, что для целей отопления используется электродвигатель воздушного отопления, который свою мощность расходует на привод аммиачного теплового насоса, который извлекает тепло из охлажденного воздуха при абсолютной температуре Т₂=Т_H+10°C и при помощи аммиачного компрессора увеличивает температуру воздуха до Т'₂=305К, что в случае когда Т_н=260К (-13°С), коэффициент теплопроизводительности аммиачного теплового насоса в=5,6 и экономия топлива составляет 96%, тепловое реле (20), установленное в воздухе помещений, включает электродвигатель воздушного отопления при температуре помещений T_min=290К (+17°C) и выключает электродвигатель отопления помещений при температуре помещений T_max=295K (+22°С), а тепловое реле (19) всегда устанавливает (P'₁=P'₅) давление аммиака на выходе из управляемого редукционного клапана (5) P'₁=F(T'₁) такое, чтобы (Т'₁<Т_H) температура кипения аммиака в аммиачно-воздушном радиаторе (6) T'₁ всегда была меньше температуры атмосферного воздуха на 10°С.