СИСТЕМА ГЕЛИОТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F24J2/42 

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах.

Известна система гелиотеплохладоснабжения (см. авторское свидетельство СССР №1322038, кл. F24J 2/42, 1987), содержащая южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенный на соответствующих сторонах здания тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовой воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами.

Недостатком данной системы является невозможность поддержания микроклимата внутри здания как по температуре, так и по степени очистки атмосферного воздуха от загрязнений в виде твердых и каплеобразных частиц, имеющих разнообразный состав, при изменяющихся погодно-климатических условиях.

Известна система гелиотеплохладоснабжения (см. авторское свидетельство СССР №1733871, кл. F24J 2/42, 1992, бюл. №18); содержащая южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением.

Недостатком технического решения является энергоемкость при изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации, когда по южному воздуховоду в нагнетательный вентилятор поступают мелкодисперсные загрязнения в виде каплеобразной влаги и твердых частиц, на перемещение которых приводом вентилятора затрачивается дополнительная энергия (см., например, Курчавин А.Г. и др. Экономия тепловой и электрической энергии. М.: 1980 г. - 280 с., ил.). Кроме того, и твердые частицы загрязнений, например атмосферная и/или технологическая пыль, интенсифицируют износ движущихся частей вентилятора.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на привод нагнетательного вентилятора путем очистки всасываемого атмосферного воздуха от каплеобразных и твердых частиц при прохождении его через суживающееся сопло, укрепленное на входе в южный воздухопровод и включающее завихритель и устройство удаления загрязнений, соединенное с круговой канавкой, расположенной на входе в суживающееся сопло.

Технический результат достигается тем, что система гелиотеплохладоснабжения, содержащая южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменник - с помещением, при этом южный воздухопровод снабжен суживающимся соплом, которое установлено вне помещения и выполнено с завихрителем, состоящим из четырех пластин, входные и выходные участки которых расположены один относительно другого под прямым углом, причем у входного отверстия суживающегося сопла на внутренней поверхности выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений.

На фиг.1 представлена схема системы гелиотеплохладоснабжения, на фиг.2 - завихритель суживающегося сопла на входе в южный воздухопровод.

Система содержит воздухопроводы: южный 1, подпольный 2, северный 3, теплообменный 4 и грунтовый 5 с грунтовыми теплопроводящими трубами 6, помещение 7, под которым расположен тепловой аккумулятор 8, вихревую трубу 9 с входом 10 для обрабатываемого воздуха, каналом «холодного» потока 11, соединенным с входом 12 фильтра 13 и каналом «горячего» потока 14, соединенным с грунтовым воздухопроводом 5, фильтр 13 своим выходом 15 соединен с внутренним объемом помещения 7, нагнетательный вентилятор 16, установленный в вентиляционной камере 17 и соединенный подпольным воздухопроводом 2 через воздушные заслонки 18 и 19 с входом 10 вихревой трубы 9 и с выходом 12 фильтра 13, вытяжной вентилятор 20, установленный в вентиляционной камере 21 и соединенный теплообменным 4 воздухопроводом с северным 3 воздухопроводом, осуществляющим выброс воздуха из помещения 7 в атмосферу.

Южный 1 воздухопровод снабжен суживающимся соплом 22, которое установлено вне помещения 7 и выполнено с завихрителем 23, состоящим из четырех 24, 25, 26 и 27 пластин, входные 28, 29, 30, 31 и выходные 32, 33, 34 и 35 участки которых расположены один относительно другого под прямым углом. У входного отверстия 36 суживающегося сопла 22 на внутренней поверхности 37 выполнена круговая канавка 38, соединенная с устройством удаления загрязнений 39.

Система гелиотеплохладоснабжения работает следующим образом.

При наличии каплеобразных частиц атмосферной и технологической влаги, а также твердых частиц пыли в атмосферном воздухе, поступающем по южному 1 воздухопроводу через подпольный воздухопровод 2 в нагнетательный вентилятор 16, его приводом затрачивается дополнительная энергия на транспортировку данной смеси на вход 10 вихревой трубы 9. Кроме того, загрязнения атмосферного воздуха интенсифицируют износ лопастей нагнетательного вентилятора 16 и, как следствие, снижается надежность системы гелиотеплохладоснабжения. Снабжение южного 1 воздухопровода суживающимся соплом 22 с завихрителем 23 приводит к тому, что атмосферный воздух с частицами загрязнений после входного отверстия 36 контактирует с входными участками 28, 29, 30, 31 четырех пластин 24, 25, 26 и 27, которые повернуты на прямой угол относительно выходных участков 32, 33, 34 и 35. В результате всасываемый атмосферный воздух в суживающемся сопле разделяется на четыре потока и по мере движения перемещается на 90°, что приводит перед поступлением его в южный 1 воздухопровод во вращательное движение. Под действием центробежных сил загрязненного атмосферного воздуха, частицы загрязнений отбрасываются к внутренней поверхности 37 суживающегося сопла 22 и перемещаются к круговой канавке 38 у входного отверстия 36; откуда поступают в устройство удаления загрязнений 39 для последующего удаления вручную или автоматически (на фиг. не показано).

Следовательно, в нагнетательный вентилятор 16 поступает очищенный от загрязнений атмосферный воздух и привод его потребляет нормированное количество энергии, вне зависимости от погодно-климатических условий эксплуатации системы гелиотеплохладоснабжения.

В теплое время года при температурах атмосферного воздуха выше значений температуры, предусмотренных параметрами микроклимата внутри помещения 7, например, 25°C (воздушная заслонка 19 закрыта), атмосферный воздух по южному воздухопроводу 1 нагнетается в подпольный воздухопровод 2 вентилятором 16, установленным в вентиляционной камере 17. Из подпольного воздухопровода 2 по открытой воздушной заслонке 18 атмосферный воздух под избыточным давлением поступает на вход 10 вихревой трубы 9, в которой происходит расслоение на «холодный» (температура несколько ниже входящего в вихревую трубу атмосферного воздуха) и «горячий» (температура несколько выше входящего в вихревую трубу атмосферного воздуха) потоки воздуха. Холодный поток разделенного в вихревой трубе 9 атмосферного воздуха с заданной по условиям микроклимата внутри здания 7 температурой, например, 18°C по холодному каналу 11 вихревой трубы 9 поступает на вход 12 и в фильтр 13, где очищается от твердых частиц загрязнений, а также от жидких частиц сконденсировавшейся в процессе охлаждения парообразной влаги атмосферного воздуха, а, как известно, чем выше температура атмосферного воздуха, тем больше в нем влаги, при этом отделенные загрязнения в фильтре 13 удаляются из него через установку удаления загрязнений, например конденсатоотводчик поплавкового типа. «Горячий» поток атмосферного воздуха по горячему каналу 14 вихревой трубы 9 направляется в грунтовый воздухопровод 5, где охлаждается, отдавая тепло грунту, а сконденсировавшаяся в процессе охлаждения воздуха влага удаляется через теплопроводящие трубы 6 и дренируется в грунте. Охлажденный в грунтовом воздухопроводе 5 воздух поступает к входу 12 фильтра 13, где окончательно очищается от капельнообразных загрязнений и твердых частиц загрязнений, т.е. доводится до параметров, определяемых заданным микроклиматом в помещении 7. Из фильтра 13 обработанный воздух с заданными параметрами по температуре, влажности и степени очистки от твердых частиц поступает внутрь помещения 7.

Воздух из помещения 7 вентилятором 20, установленным в вентиляционной камере 21, направляется в теплообменный воздухопровод 4, где отдает тепло аккумулятору 8, и по северному воздухопроводу 3 выбрасывается в атмосферу.

Размещение вихревой трубы 9 в тепловом аккумуляторе 8 обеспечивает дополнительное накопление тепла, выделяемого через корпус вихревой трубы 9, в процессе расслоения обрабатываемого атмосферного воздуха на «холодный» и «горячий» потоки.

В результате тепловой аккумулятор 8 накапливает тепловую энергию, поступающую как от теплообменного воздухопровода 4, так и от корпуса вихревой трубы 9.

При снижении температуры нагнетаемого вентилятором 16 атмосферного воздуха ниже гостированной для заданных условий микроклимата здания 7, например в ночное время температура около 15°C, открывается воздушная заслонка 19 (воздушная заслонка 18 закрыта). Атмосферный воздух по южному воздухопроводу 1 вентилятором 16 через открытую воздушную заслонку 19 подается в фильтр 13, где очищается до заданных условиями микроклимата в помещении 7 параметров. Тепловой аккумулятор 8 отдает тепло всасываемому атмосферному воздуху в подпольном воздухопроводе 2, нагревая его до необходимой температуры. Если тепловой энергии, отдаваемой тепловым аккумулятором 8 атмосферному воздуху, движущемуся по подпольному воздухопроводу 2, недостаточно, то осуществляется подогрев отопительной системой (не указано), затраты которой будут снижены, так как значительная часть тепла поступает от теплового аккумулятора 8 и грунта.

Размещение фильтра 13 после вихревой трубы 9 в тепловом аккумуляторе 8 обеспечивает снижение энергоемкости очистки нагнетаемого вентилятором 16 через южный 1 воздухопровод атмосферного воздуха вовнутрь помещения 7 за счет частичной очистки в процессе расслоения обрабатываемого воздуха (часть твердых загрязнений перемещается в горячий поток и дренируется в грунт по теплообменным трубам 6). Также полученное тепло от аккумулятора 8 при низких температурах атмосферного воздуха устраняет возможность обмерзания фильтрующих элементов, приводящего к возрастанию гидравлического сопротивления при температурах атмосферного воздуха, имеющих значение существенно более низкое, чем предусмотрено параметрами микроклимата внутри помещения 7, вихревая труба 9 воздушной заслонкой 18 отключается от подпольного воздухопровода 2. Всасываемый атмосферный воздух нагревается как в южном воздухопроводе 1 за счет использования тепла солнечной радиации (южный воздухопровод выполнен из поглощающего солнечную радиацию материала), так и от теплового аккумулятора 8 в подпольном воздухопроводе 2. В случае недостатка данного тепла для получения заданной температуры воздуха, нагнетаемого вовнутрь помещения 7, применяется отопительная система (не показана) незначительной мощности.

В результате предлагаемое изобретение позволяет использовать солнечную энергию и аккумулирующие свойства грунта как при положительных, так и при отрицательных температурах атмосферного воздуха, обеспечивая снижение энергозатрат процесса получения заданных параметров микроклимата внутри помещения как по температуре, так и по степени очистки вентилируемого воздуха от загрязнений в виде твердых и каплеобразных загрязнений.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что поддержание нормированных энергозатрат на привод нагнетательного вентилятора и надежной эксплуатации при изменяющихся погодно-климатических воздействиях системы гелиотеплохладоснабжения в целом достигнуто очисткой атмосферного всасываемого воздуха от каплеобразных и твердых частиц путем снабжения входа южного воздухопровода суживающимся соплом с завихрителем внутри него, который состоит из четырех пластин, входные и выходные участки которых расположены один относительно другого под прямым углом, причем у входного отверстия суживающегося сопла на внутренней поверхности выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений.

Изобретение предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах. Система гелиотеплохладоснабжения содержит южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным воздухопроводом, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, второй из которых снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом в тепловом аккумуляторе размещена вихревая труба, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменник - с помещением, а также южный воздухопровод снабжен суживающимся соплом, которое установлено вне помещения и содержит завихритель, состоящий из четырех пластин, причем у входного отверстия суживающегося сопла на внутренней поверхности выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений. Технический результат изобретения заключается в снижении энергозатрат на привод нагнетательного вентилятора путем очистки всасываемого атмосферного воздуха от каплеобразных и твердых частиц. 2 ил.

Система гелиотеплохладоснабжения, содержащая южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, а за местом их подсоединения установлен фильтр, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменный - с помещением, отличающаяся тем, что южный воздухопровод снабжен суживающимся соплом, которое установлено вне помещения и выполнено с завихрителем, состоящим из четырех пластин, входные и выходные участки которых расположены один относительно другого под прямым углом, причем у входного отверстия суживающегося сопла на внутренней поверхности выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений.