СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ, ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОГО ВОЗДУХА Российский патент 2010 года по МПК F24F5/00 F24F11/06 

Описание патента на изобретение RU2386086C2

Изобретение «Система воздушного отопления, воздушного охлаждения помещений и способ получения чистого воздуха» относится к области энергетики и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для обогрева и охлаждения помещений.

Известны различные системы отопления помещений: водяное отопление с использованием в качестве источника тепла углеводородных топлив. Известны системы водяного и воздушного отопления помещений с использованием электроэнергии. Известны системы отопления помещений с использованием тепловых насосов.

Известны различные системы кондиционирования воздуха, использующие для своей работы электроэнергию. SU 1062479 А, (ХАРЧЕНКО А.Б. и др.), 23.12.1983.

Общий недостаток существующих систем отопления и кондиционирования помещений связан с большими расходами углеводородных топлив. Так, например, углеводородное топливо используется в котельных на 80% при отоплении помещений и на 35% при производстве электроэнергии.

Задачей изобретения является экономия углеводородных топлив и электроэнергии при воздушном отоплении, воздушном охлаждении помещений.

Указанная задача экономии энергии в системе воздушного отопления и охлаждения помещений достигается благодаря использованию аммиачного теплового насоса (АТН), работающего в режиме отопления помещений и в режиме охлаждения помещений.

Система воздушного отопления, воздушного охлаждения помещений состоит из электродвигателей аммиачного компрессора, теплообменников, тепловых реле, центробежных воздуходувок, редукционного управляемого клапана, воздухопроводов, при этом: выход из аммиачного компрессора связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник конденсации аммиака, выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан, выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник кипения аммиака, выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор; далее заборник чистого воздуха связан с входом в воздухопровод, выход из которого связан с входом в центробежную воздуходувку атмосферного воздуха, выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор выход из которого связан с выходным соплом подогретого атмосферного воздуха; далее выход из заборника воздуха помещений связан с входом в центробежную воздуходувку воздуха помещений, выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный радиатором воздуха помещений, выход из которого связан с входом в воздухопровод воздуха помещений, выход из которого связан с выходным соплом воздуха помещений; далее переключатель режимов работы аммиачного теплового насоса связан с тепловым реле включения и выключения главного электродвигателя, связан с тепловым реле включения и выключения реверсивного электродвигателя, связан с тепловым реле включения Т1'=260К (const) и выключения реверсивного электродвигателя при кондиционировании помещений; центробежная воздуходувка воздуха помещений, аммиачный компрессор, главный электродвигатель, центробежная воздуходувка атмосферного воздуха - все установлены на одном валу.

Способ получения чистого воздуха помещений обеспечивается установкой заборника чистого воздуха в зонах чистого атмосферного воздуха (море, горы, леса) и строительством воздухопроводов.

На фиг.1 изображена кинематическая схема системы воздушного отопления, воздушного охлаждения помещений и способа получения чистого воздуха.

На фиг.2 показан термодинамический цикл аммиачно-теплового насоса в режиме отопления.

На фиг.3 показан термодинамический цикл аммиачно-теплового насоса в режиме охлаждения.

Система воздушного отопления, воздушного охлаждения помещений включает в себя:

1 - главный электродвигатель

2 - аммиачный компрессор

3 - аммиачно-воздушный теплообменник конденсации NH3

4 - ресивер (сборник) жидкого аммиака

5 - управляемый редукционный клапан

6 - аммиачно-воздушный теплообменник кипения аммиака

7 - реверсивный электродвигатель

8 - тепловое реле включения и выключения реверсивного электродвигателя при воздушном отоплении помещений

9 - тепловое реле включения и выключения главного электродвигателя

10 - тепловое реле включения Т1'=260К (const) и выключения реверсивного электродвигателя при кондиционировании помещений

11 - заборник чистого воздуха (установленный в горах, на море или в хвойном лесу)

12 - воздухопровод атмосферного воздуха

13 - центробежная воздуходувка атмосферного воздуха

14 - воздушно-аммиачный радиатор атмосферного воздуха

15 - выходное сопло подогретого (охлажденного) атмосферного воздуха, установленного в помещении

16 - заборник воздуха помещений

17 - центробежная воздуходувка воздуха помещений

18 - воздушно-аммиачный радиатор воздуха помещений

19 - воздухопровод воздуха помещений

20 - выходное сопло воздуха помещений

21 - переключатель режимов работы аммиачного теплового насоса (АТН)

22 - отапливаемые (охлаждаемые) помещения

Работа системы воздушного отопления, воздушного охлаждения помещений в режиме «отопления».

В этом случае переключатель режимов работы АТН (21) устанавливается в положение «т» - тепло, при этом тепловое реле (10) отключается, а включается в работу тепловое реле (8), тепловое реле (9) переводит включение и выключение главного электродвигателя 91) в режим работы, когда Т2'>Тн (например, Тн=260К (-13°С), Т2'=310К (+37°С).

При этом принимаем: Tп - температура помещений максимальная, когда главный электродвигатель 1 отключается, Tп=295К (+22°С);

Tп' - температура помещений минимальная, когда главный электродвигатель 1 включается, Tп'=290К (+17°С).

Аммиачный тепловой насос (АТН) работает согласно термодинамическому циклу, изображенному на фиг.2, где:

Линия а-к - линия начала кипения NH3.

Точка «к» - точка критических параметров NH3.

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 аммиака.

Линия 4-5 - адиабата расширения аммиака.

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

Работа системы воздушного отопления, воздушного охлаждения помещений в режиме «охлаждения».

В этом случае переключатель режимов работы АТН (21) устанавливается в положение «х» - холод, при этом тепловое реле (8) отключается, а включается в работу тепловое реле (10), тепловое реле (9) переводит включение и выключение главного электродвигателя (1) в режим работы, когда Т2'<Тн (например, Т2'=280К (+7°С), Tn'=320К (+47°С)).

При этом принимаем Tп=295К; Tп'=290К.

Аммиачный тепловой насос (АТН) работает согласно термодинамическому циклу, изображенному на фиг.3, где:

Линия а'-к' - линия начала кипения аммиака.

Точка «к'» - точка критических параметров NH3.

Линия к'-б' - линия конца кипения аммиака.

Линия 1'-2' - адиабата сжатия паров аммиака.

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

Линия 3'-4' - адиабата расширения аммиака.

Линия 5'-1' - изотерма (изобара) кипения NH3.

Кинематическая связь системы воздушного отопления, воздушного охлаждения помещений и способа получения чистого воздуха.

Выход из аммиачного компрессора (2) связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник конденсации аммиака (3), выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан (5), выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (6) кипения аммиака, выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (2), далее заборник чистого воздуха (11) связан с входом в воздухопровод чистого воздуха (12), выход из которого связан с входом в центробежную воздуходувку атмосферного воздуха (13), выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор атмосферного воздуха (14), выход из которого связан с выходным соплом подогретого (охлажденного) атмосферного воздуха, установленного в помещении (15); далее заборник воздуха помещений (16) связан с центробежной воздуходувкой воздуха помещений (17), выход из которой связан с воздушно-аммиачным радиатором воздуха помещений (18), выход из которого связан воздухопроводом воздуха помещений (19), выход из которого связан с выходным соплом воздуха помещений (20); далее переключатель режимов работы аммиачного теплового насоса (21) связан с тепловым реле включения и выключения реверсивного электродвигателя при воздушном отоплении помещений (8), связан с тепловым реле включения и выключения реверсивного электродвигателя при кондиционировании помещений (10), связан с тепловым реле включением и выключением главного электродвигателя (1).

Возможность изготовления системы воздушного отопления, воздушного охлаждения и способа получения чистого воздуха подтверждается: действующими аммиачными тепловыми насосами, центробежными воздуходувками, теплообменниками, действующими тепловыми реле, а также элементарным термодинамическим расчетом «Системы…».

Элементарный термодинамический расчет «Системы…» в режиме отопления помещений (переключатель «Системы…» установлен в режим «т» - отопление помещений, тепловое реле (10) отключено, тепловое реле (8) включено, в этом случае главный электродвигатель (1) отключается при Tп=295К и включается при Tп=290К).

Аммиачный тепловой насос работает в режиме Т23=310К - const с одной стороны и Т51=F(Р1) с другой стороны, или P1=f(T1), что одно и то же.

Принимаем параметры аммиачного теплового насоса (АТН) (см. фиг.2):

Т1=275К (+2°С); ;

Т23=310К (+37°С);

;

Т4=285K (+12°С);

Q310 - теплота конденсации NH3; Q310=266,384 ккал/кг.

S2 - энтропия точки

S3 - энтропия точки

S4 - энтропия точки

ΔQ2 - теплота охлаждения жидкого аммиака от Т3=310К до Т4=285К.

ΣQ2 - суммарная теплота конденсации и охлаждения NH3

ΔQ=Q310+ΔQ2=266,384+26,575=292,959 ккал/кг.

Q275 - теплота кипения аммиака при температуре +275К

Q - теплота, эквивалентная мощности, потребной для привода аммиачного компрессора,

β1 - коэффициент теплопроизводительности АТН

.

Принимаем температуру атмосферного воздуха Тн=250К (-23°С).

QнрнТн=0,2398×250=59,95 ккал/кг.

Qп - удельная теплота помещений при Тп=295К

QпpпТп=0,2402×295=70,859 ккал/кг.

Gв - секундный расход атмосферного воздуха через центробежную воздуходувку (13)

Чтобы рассчитать Тн' необходимо определить Qн' из условия, что расход воздуха Gв, прикачиваемого через центробежную воздуходувку (13), равно расходу воздуха Gв, прокачиваемого через центробежную воздуходувку воздуха помещений,

откуда

Из уравнения (1)

ηэ - кпд производства электроэнергии = 0,3.

Экономия топлива системы воздушного отопления (ηотэ β1=0,3×8,79=2,63) или экономия на 263%.

Элементарный термодинамический расчет «Системы…» в режиме охлаждения помещений (переключатель «Системы…» установлен в режиме «х» - охлаждение помещений, тепловое реле 10 включено, тепловое реле 8 отключено, в этом случае главный электродвигатель 1 отключается при Tп'=290К (+17°С) и включается при Tп=295К (+22°С).

Принимаем параметры аммиачного теплового насоса (АТН) (см. фиг.3):

Принимаем Тн=320К (+47°С).

Из термодинамических таблиц для NH3

Q280 - теплота конденсации NH3 при Т23=280К (+7°С)

Q280=295,667 ккал/кг;

Q260 - теплота кипения NH3 при Т51=260К (-13°С)

Gв - секундный расход воздуха, поступающий в центробежную воздуходувку атмосферного воздуха (13).

Qн=320×0,2405=76,96 ккал; QП=295×0,2402=70,859 ккал;

Температуру воздуха на выходе из помещений (Тн') рассчитаем из условия равенства расхода воздуха отсюда

В режиме охлаждения помещений параметры работы АТН остаются постоянными.

ηэ - кпд производства электроэнергии = 0,3 где

Экономия топлива системы воздушного отопления (ηотэβ2).

β2 - коэффициент теплопроизводительности АТН, работающего в режиме кондиционирования,

ηот=0,3×14,03=4,2 или экономия на 420%.

Похожие патенты RU2386086C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ 2008
  • Мазий Василий Иванович
RU2379592C1
СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ 2006
  • Мазий Василий Иванович
RU2334174C2
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ 2009
  • Мазий Василий Иванович
RU2490560C2
АММИАЧНЫЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭКОНОМИЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ 2007
  • Мазий Василий Иванович
RU2353781C2
ЭКОНОМИЧНАЯ ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ 1994
  • Мазий Василий Иванович
RU2099653C1
АММИАЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ АТМОСФЕРНОГО ТЕПЛА И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ 1996
  • Мазий Василий Иванович
RU2117165C1
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭКОНОМНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛА 2013
  • Мазий Василий Иванович
RU2542169C1
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ ТЕПЛА ВОДЫ 2002
  • Мазий В.И.
RU2228447C1
ЭКОНОМИЧНАЯ ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 2000
  • Мазий В.И.
RU2182246C1
ВЕНТИЛЯЦИОННО-ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ШАХТ 1999
  • Мазий В.И.
RU2168114C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 386 086 C2

Реферат патента 2010 года СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ, ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОГО ВОЗДУХА

Система и способ предназначены для обеспечения комфортных условий в различных помещениях. Система состоит из электродвигателя аммиачного компрессора, теплообменников, редукционного управляемого клапана, тепловых реле, входящих в состав аммиачного теплового насоса, центробежных воздуходувок, воздухопроводов подачи кондиционированного воздуха и забора чистого. Чистый воздух получаем за счет прокачки атмосферного воздуха по воздухопроводам из районов (леса, моря, гор), удаленных от городов и транспортных магистралей. Технический результат - экономия топлива, расходуемого на теплоснабжение и кондиционирование помещений. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 386 086 C2

1. Система воздушного отопления, воздушного охлаждения помещений, состоящая из электродвигателей аммиачного компрессора, теплообменников, тепловых реле, центробежных воздуходувок, редукционного управляемого клапана, воздухопроводов, отличающаяся тем, что выход из аммиачного компрессора (2) связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник конденсации аммиака (3), выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан (5), выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник кипения аммиака (6), выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (2), далее заборник чистого воздуха (11) связан с входом в воздухопровод (12), выход из которого связан с входом в центробежную воздуходувку атмосферного воздуха (13), выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор (14), выход из которого связан с выходным соплом подогретого атмосферного воздуха (15); далее выход из заборника воздуха помещений (16) связан с входом в центробежную воздуходувку воздуха помещений (17), выход из которой связан с входом в воздушно-аммиачный радиатором воздуха помещений (18), выход из которого связан с входом в воздухопровод воздуха помещений (19), выход из которого связан с выходным соплом воздуха помещений (20), далее переключатель режимов работы аммиачного теплового насоса (21) связан с тепловым реле включения и выключения главного электродвигателя (9), связан с тепловым реле включения и выключения реверсивного электродвигателя (7), связан с тепловым реле включения Т1'=260°К (const) и выключения реверсивного электродвигателя при кондиционировании помещений (10); центробежная воздуходувка воздуха помещений (17), аммиачный компрессор (2), главный электродвигатель (1), центробежная воздуходувка атмосферного воздуха (13) - все установлены на одном валу.

2. Способ получения чистого воздуха помещений обеспечивается установкой заборника чистого воздуха в зонах чистого атмосферного воздуха (море, горы, леса) и строительством воздухопроводов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2386086C2

Аммиачная компрессионная холодильная установка 1982
  • Харченко Алексей Борисович
  • Шувалов Анатолий Иванович
  • Плотников Николай Константинович
  • Инкин Александр Николаевич
  • Плетинский Александр Ильич
  • Державец Оскар Семенович
  • Медникова Наталья Матвеевна
SU1062479A1
и др.), 23.12.1983
Способ обработки воздуха в двухканальных системах кондиционирования 1976
  • Бродский Владимир Наумович
  • Павлов Николай Николаевич
  • Шиллер Юрий Иванович
  • Федоров Владимир Петрович
SU699290A1
СПОСОБ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 1993
RU2084768C1
GB 1401834 A (HITACHI), 30.07.1975
US 5303561 A (BAHEL et al.), 19.04.1994.

RU 2 386 086 C2

Авторы

Мазий Василий Иванович

Даты

2010-04-10Публикация

2008-04-11Подача