КОНДИЦИОНЕР С САМОНАСТРАИВАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМОЙ ОСУШИТЕЛЬНОГО И ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F24F5/00 F24F7/00 F24F12/00 

Заявляемое решение относится к области кондиционеров, применяемых для обслуживания производственных помещений литейных заводов.

Кондиционеры используют две линии вытяжки, имеющие параметры вытяжного воздуха с различной температурой и влагосодержанием. Основная линия вытяжки имеет параметры влажного воздуха производственного помещения, а дополнительная линия вытяжки - параметры охлажденных и очищенных от продуктов горения топочных газов с температурой t_выт=75°С и влагосодержанием d_выт=0.

Заявляемое решение может быть использовано на машиностроительных заводах легкого, среднего и тяжелого машиностроения, имеющих литейные цеха, и на литейных заводах военно-промышленного комплекса, а также для обслуживания помещений специального назначения в диапазоне температур наружного воздуха от (+30) до (-30)°С.

Из источников научно-технической и патентной информации известно большое количество модификаций кондиционеров. Среди них выбраны кондиционеры с системой осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative and Evaporative (DEC), принадлежащей к «экологически чистым» системам, которые отвечают требованию «обеспечения устойчивости среды обитания», предъявляемому международными рейтинговыми программами LEED (США), BREEM (Великобритания), DGNB (Германия) к инженерным системам ОВК (отопление, вентиляция и кондиционирование) нового поколения, но имеют круглогодично низкую энергетическую эффективность DEC-системы, что обеспечивает возможность их усовершенствования в направлении, указанном в формуле изобретения заявляемого решения.

Известна принципиальная схема кондиционера, реализующего технологию охлаждения DEC, описанная в статье Н.В. Шилкина «Климатический центр Klimahaus в Бремерхафене», которая опубликована в журнале «АВОК» №2, 2012 г., с. 84-93, и в Интернете на сайте http//www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5181, принятого за прототип. Принципиальная схема прототипа прилагается.

Кондиционер-прототип состоит из приточной и вытяжной камер, разделенных между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с двумя окнами, охладителя приточного воздуха, выполненного в виде системы осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative and Evaporative Cooling (DEC), состоящей из двух роторных рекуператоров (рекуператора-осушителя и рекуператора-охладителя приточного воздуха), встроенных в окна горизонтальной промежуточной перегородки, и имеющих противоположно направленные линии вытяжки и притока, регенеративного нагревателя вытяжного воздуха, размещенного между роторными рекуператорами, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха с подводящим водопроводом, приточная и вытяжная камеры содержат воздухоочистители, установленные на входе в камеры, и вентиляторные блоки, установленные на выходе из камер. Подводящие водопроводы деминерализованной воды к адиабатическим увлажнителям на принципиальной схеме кондиционера не показаны. При этом рекуператор-осушитель приточного воздуха выполнен роторным регенератором адсорбционного типа, а рекуператор-охладитель приточного воздуха - роторным регенеративным теплообменником. Адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха установлен на входе в роторный регенеративный теплообменник, а адиабатический увлажнитель приточного воздуха - на выходе из роторного регенеративного теплообменника. Роторный регенератор адсорбционного типа является входным рекуператором охладителя приточного воздуха и имеет ячейки аккумулирующей матрицы ротора, покрытые влагопоглощающим материалом - адсорбентом. В кондиционере-прототипе это силикагель (SiO₂), который является адсорбентом влаги, содержащейся в наружном воздухе.

При этом аккумулирующая матрица адсорбционного ротора нагревается потоком вытяжного воздуха. Приточный воздух, проходя через нагретые ячейки адсорбционного ротора нагревается в них и одновременно осушивается за счет адсорбции содержащейся в нем влаги. При повороте адсорбционного ротора, ячейки аккумулирующей матрицы, сорбирующая поверхность которых наполнена влагой, поступают в зону вытяжки. При этом нагретый поток вытяжного воздуха, проходя через ячейки аккумулирующей матрицы ротора, осуществляет десорбцию содержащейся в них влаги, а по отношению к адсорбенту - его регенерацию, одновременно увлажняясь, после чего выбрасывается в атмосферу вытяжным вентиляторным блоком. Процесс нагревания и осушки приточного воздуха осуществляется при сухой энергетической эффективности роторного рекуператора-осушителя, равной (в долях ед.).

Роторный рекуператор-охладитель охлаждает приточный воздух. Теплота, снятая аккумулирующей матрицей роторного теплообменника с приточного воздуха передается при повороте ротора вытяжному воздуху. Адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха обеспечивает адиабатическое охлаждение вытяжного воздуха ~ на 6°С, и предназначен для увеличения перепада температур на входах в роторный регенеративный теплообменник , что обеспечивает увеличение фактического перепада температур на выходах из роторного регенеративного теплообменника:

- на охлаждение приточного воздуха Δt_охл, °С;

- на нагревание вытяжного воздуха Δt_нагр, °С.

При этом в теплый период года

,

где - - сухая эффективность рекуперации теплоты роторного регенеративного теплообменника, (в долях ед.)

В статье рассматривается режим охлаждения приточного воздуха, который в соответствии с приведенным графиком процесса на i-d-диаграмме осуществляется при постоянных значениях температуры наружного воздуха t₁=31°С и вытяжного воздуха t₅=25°С, имеющих влагосодержание d₁=11,9 г/кг сух. возд. и d₅=10,3 г/кг сух. возд.

Система охлаждения DEC, используемая в кондиционере-прототипе, обеспечивает при t₁=31°С и t₅=25°С получение заданного значения температуры приточного воздуха t₄=19°С.

Указанную температуру приточного воздуха (t₄=19°С) при заданных температурах наружного воздуха t₁=31°С и вытяжного t₅=25°С воздуха, имеющих влагосодержания d₁=11,9 и d₅=10,3 г/кг сух. возд. в статье предлагается получать:

1) при косвенном охлаждении приточного и вытяжного воздуха адиабатическими увлажнителями на перепад температур Δt_охл=6°С, который обеспечивает получение температур:

- вытяжного воздуха на входе в рекуператор-охладитель

,

- приточного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя

,

2) при значениях сухой энергетической эффективности рекуператора-осушителя приточного воздуха и рекуператора-охладителя приточного воздуха , которые обеспечивают получение температур:

- приточного воздуха на выходе из рекуператора-осушителя:

,

- вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя приточного воздуха, который одновременно нагревает вытяжной воздух с температуры t₆ до t₇

,

- вытяжного воздуха на выходе из регенеративного воздухонагревателя

,

- вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-осушителя приточного воздуха

.

Все рассчитанные температуры приточного и вытяжного воздуха (t₂=49°С, t₃=25°С, t₆=19°С, t₇=43°С, t₈=70°С, t₉=52°С) хорошо согласуются со схемой обработки воздуха в кондиционере-прототипе, реализующем принцип DEC на диаграмме I-d, представленной на рис. 4 статьи Н.В. Шилкина «Климатический центр Klimahaus в Бремерхафене».

Кондиционер-прототип с охладителем приточного воздуха, выполненным в виде осушительного и испарительного охлаждения DEC на базе двух роторных рекуператоров, регенеративного воздухонагревателя вытяжного воздуха и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха, имеет следующие недостатки:

1. Кондиционер-прототип требует для охлаждения приточного воздуха в теплый период года в DEC-системе до температуры t₄=19°С и относительной влажности ϕ₄=0,6 при температуре вытяжного воздуха t₅=23÷25°С в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=11÷30°С наличия регенеративного воздухонагревателя вытяжного воздуха, осуществляющего его нагрев до температуры t₈=70°С, то есть не обеспечивает нулевое энергопотребление на охлаждение приточного воздуха в теплый период года.

2. Кондиционер-прототип требует для нагревания приточного воздуха в холодный период года в DEC-системе до температуры t₄=19°С и относительной влажности ϕ₄=0,6 при температуре вытяжного воздуха t₅=23°С в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=10÷(-30)°С наличия регенеративного воздухонагревателя вытяжного воздуха, осуществляющего его нагрев до температуры t=70°С, то есть не обеспечивает нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха в холодный период года.

По п. недостатков кондиционера-прототипа

Необходимость наличия регенеративного воздухонагревателя в линии вытяжки кондиционера-прототипа обусловлена тем, что конечная температура охлажденного приточного воздуха t₄=19°С, получаемая в кондиционере в теплый период года при t₅=23÷25°С и t₁=11÷30°С обеспечивается за счет дополнительного нагревания вытяжного воздуха в регенеративном нагревателе до температуры t₈=70°С, т.е. на перепад температур .

По п. 2 недостатков кондиционера-прототипа

Необходимость наличия регенеративного воздухонагревателя в линии вытяжки кондиционера-прототипа обусловлена тем, что конечная температура нагретого приточного воздуха t₄=19°С, получаемая в кондиционере в холодный период года при t₅=23°С и t₁=10÷(-30)°С обеспечивается за счет дополнительного нагревания вытяжного воздуха в регенеративном нагревателе до температуры t₈=70°С, т.е. на перепад температур .

При этом расчетная мощность регенеративного воздухонагревателя N, кВт прямо пропорциональна перепаду температур на нагревание вытяжного воздуха и массовому потоку сухого вытяжного воздуха , кг/ч.

Задача создания кондиционера с самонастраивающейся системой осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative and Evaporative Cooling (DEC), обеспечивающей энергосберегающие режимы охлаждения и нагревания приточного воздуха до заданных значений температуры и относительной влажности в производственных помещениях литейных заводов, на осуществление которой направлено заявляемое решение, состояла в дальнейшем усовершенствовании известной конструкции кондиционера с DEC-системой охлаждения приточного воздуха, и получении технического результата - обеспечение в кондиционере нулевого энергопотребления при использовании линии дополнительной вытяжки с температурой t_выт=75°С и влагосодержанием d_выт=0:

- на охлаждение приточного воздуха до конечной температуры t₇=19°С и его относительной влажности ϕ₇=0,6 при температуре вытяжного воздуха t₈=23-25°С и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=11÷30°С.

- на нагревание приточного воздуха до конечной температуры t₇=19°С и его относительной влажности ϕ₇=0,6 и 0,57 при температуре вытяжного воздуха t₈=23°С и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=10÷(-30)°С;

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что кондиционер с самонастраивающейся системой осушительного и испарительного охлаждения, содержащий приточную камеру и основную вытяжную камеру влажного воздуха, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и вспомогательным окнами, систему осушительного и испарительного охлаждения, состоящую из двух рекуператоров - адсорбционного роторного рекуператора и роторного теплообменника, встроенных в основное и вспомогательное окна горизонтальной промежуточной перегородки, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха с подводящими водопроводами, приточная и вытяжная камеры имеют противоположно направленные линии притока и основной вытяжки и содержат входные и выпускные патрубки, воздухоочистители, установленные на входах в камеры, и вентиляторные блоки, отличающийся тем, что кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами, двумя дополнительными окнами в горизонтальной промежуточной перегородке и двумя встроенными в них дополнительными роторными теплообменниками, дополнительные вытяжные камеры содержат входные и выходные патрубки, воздухоочистители и вентиляторные блоки, и размещены на горизонтальной промежуточной перегородке последовательно по одну сторону от основной вытяжной камеры, а также разделены с ней и между собой вертикальными поперечными перегородками с окнами, в которые встроены управляемые воздушные клапаны, вертикальная поперечная перегородка, разделяющая основную и первую дополнительную вытяжные камеры установлена между выпускным патрубком основной вытяжной камеры и входным патрубком первой дополнительной вытяжной камеры, вертикальная поперечная перегородка, разделяющая дополнительные вытяжные камеры, размещена между выпускным патрубком первой дополнительной вытяжной камеры и входным патрубком второй дополнительной вытяжной камеры, один из дополнительных роторных теплообменников размещен перед адсорбционным роторным рекуператором и в зоне между воздухоочистителем и вентиляторным блоком второй дополнительной вытяжной камеры, а второй дополнительный роторный теплообменник - за основным роторным теплообменником и адиабатическим увлажнителем приточного воздуха, кроме этого электроприводы адсорбционного роторного рекуператора, основного и дополнительных роторных теплообменников снабжены инверторами, а входные патрубки дополнительных вытяжных камер и выпускные патрубки основной вытяжной и первой дополнительной вытяжной камер снабжены управляемыми воздушными клапанами, которые при совместном взаимодействии с управляемыми воздушными клапанами вертикальных поперечных перегородок кондиционера обеспечивают проход через дополнительные вытяжные камеры линии дополнительной вытяжки горячего и абсолютно сухого воздуха в виде топочных газов, с возможностью ее подключения как к входному патрубку первой дополнительной вытяжной камеры и транзитным проходом через вторую дополнительную вытяжную камеру, так и к входному патрубку второй дополнительной вытяжной камеры с транзитным проходом линии основной вытяжки через первую дополнительную вытяжную камеру, позволяющему системе осушительного и испарительного охлаждения осуществлять избирательный подвод к адсорбционному роторному рекуператору абсолютно сухого и влажного воздуха.

Доказательство существенности отличий заявляемого кондиционера и связь отличительных признаков с достигаемым техническим результатом раскрывается в следующем порядке:

1. Обеспечение нулевого энергопотребления кондиционером на охлаждение приточного воздуха в теплый период года в диапазоне температур наружного воздуха t₁=11÷30°C и температуре вытяжного воздуха t₈=23÷25°C для получения постоянных значений температуры t₇=19°C и относительной влажности ϕ₇=0,6.

2. Обеспечение нулевого энергопотребления кондиционером на нагревание приточного воздуха в холодный период года в диапазоне температур наружного воздуха t₁=10÷(-30)°C и температуре вытяжного воздуха t₈=23°C для получения постоянных значений температуры t₇=19°C и относительной влажности ϕ₇=0,6 и 0,57.

Нулевое энергопотребление на охлаждение приточного воздуха в теплый период года в диапазоне температур наружного воздуха t₁=11÷30°C и температуре вытяжного воздуха t₈=23÷25°C для получения постоянных значений температуры приточного воздуха t₇=19°C и относительной влажности ϕ₇=0,6 в заявляемом кондиционере обеспечивается следующими преимуществами.

1. Заявляемый кондиционер имеет две линии вытяжки:

- основную линию вытяжки влажного воздуха из производственного помещения с температурой t₈=23÷25°C и влагосодержанием d₈=8,77÷9,91 г/кг сух. возд.;

- дополнительную линию вытяжки абсолютно сухого воздуха в виде охлажденных и очищенных от продуктов горения топочных газов с температурой t₁₃=75°C и влагосодержанием d₁₃=0.

2. Заявляемый кондиционер по сравнению с прототипом имеет два дополнительных роторных теплообменника (№1 и №4), установленных на входе и выходе из DEC-системы.

Рекуператор №1 совместно с рекуператором №2 осуществляют рекуперацию теплоты горячих топочных газов, поступающих извне и имеющих температуру t=75°С, и передачу ее приточному воздуху. Рекуператор №4 осуществляет рекуперацию теплоты влажного воздуха основной линии вытяжки, имеющего температуру t₈=23÷25°С, и передачу этой теплоты приточному воздуху.

3. Заявляемый кондиционер имеет конструкцию и автоматику, которые в теплый период года в диапазоне температур наружного воздуха t₁=11÷30°С обеспечивают подвод к адсорбционному роторному рекуператору (рекуператор №2) в зону 13 кондиционера только дополнительной линии вытяжки абсолютно сухих и очищенных топочных газов с температурой t₁₃=75°С и влагосодержанием d₁₃=0. При этом топочные газы пропускаются через рекуператоры №2 и №1, которые обеспечивают рекуперацию теплоты топочных газов и передачу этой теплоты приточному воздуху, а рекуператор №2 (адсорбционный роторный рекуператор) осуществляет одновременно рекуперацию влаги приточного воздуха и передачу ее вытяжному воздуху. При этом происходит осушка приточного воздуха с влагосодержания d₂=d₁=5,87÷19,41 г/кг сух. возд. до постоянного значения на выходе из рекуператора №2 d₃=3,27 г/кг сух. возд. с одновременным нагревом приточного воздуха на выходе из рекуператора №2 до температуры t₃, большей чем расчетная температура перед вентилятором t₄ (t₃>t₄), которая необходима для проведения адиабатического увлажнения приточного воздуха и получения на выходе из увлажнителя температуры t₆=15°С. Температура приточного воздуха t₃ на выходе из рекуператора №2 в заявляемом кондиционере в теплый период года составляет: t₃=63,2÷72,8°С (табл. 1, п. 53) при t₄=26,4°С.

Выполнение условия t₃>t₄ в заявляемом кондиционере в диапазоне температур наружного воздуха t₁=11÷30°С при одновременном получении на выходе из рекуператора №2 постоянных значений влагосодержания d₃=3,27 г/кг сух. возд. позволяет проводить дальнейшую тепловлажностную обработку приточного воздуха в адиабатическом увлажнителе и рекуператоре №4 для получения конечной температуры t₇=19°С без применения воздухонагревателя приточного воздуха.

4. В заявляемом кондиционере вытяжной воздух основной линии вытяжки влажного воздуха в теплый период года не подводится к адсорбционному роторному рекуператору (рекуператор №2), а подвергается охлаждению и подаче охлажденного воздуха на рекуператор №3, на выходе из которого выбрасывается вентилятором в атмосферу.

Вытяжной воздух основной линии вытяжки подвергается двухкаскадному охлаждению:

1) в рекуператоре №4 на Δt_охл=4°С;

2) в адиабатическом увлажнителе на при t₉=19°С и на при t₉=21°С.

Двухкаскадное охлаждение обеспечивает суммарное охлаждение вытяжного воздуха основной линии вытяжки на Δt_∑охл=4+(3,7÷3,8°С)=7,7÷7,8°С и получение температуры вытяжного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t₁₀=15.3÷17,2°С.

Рекуператор №3 рекуперирует полученный холод вытяжного воздуха основной линии вытяжки и передает ее приточному воздуху. При этом происходит охлаждение приточного воздуха с температуры t₃=63,2÷72,8°С до постоянной температуры t₄=26,4°С на выходе из рекуператора №3, что подтверждается расчетом по следующей формуле:

при t₁=11°С t₄=63,2+0,768(15,3-63,2)=26,4°С

при t₁=30°С t₄=72,8+0,834(17,2-72,8)=26,4°С.

Приточный воздух с постоянными значениями температуры t₄=26,4°С и влагосодержанием d₄=3,27 г/кг сух. возд. проходит через вентилятор, нагреваясь в нем на 1°С до t₅=27,4°С и подвергается адиабатическому увлажнению, которое обеспечивает его косвенное охлаждение на величину с получением на выходе из адиабатического увлажнителя температуры t₆=15°С. Увлажненный воздух подвергается дополнительному нагреву в рекуператоре №4 до температуры t₇=19°С, что обеспечивает понижение относительной влажности приточного воздуха с ϕ₆=0,773 при t₆=15°С до ϕ₇=0,6 при t₇=19°С.

Заявляемый кондиционер осуществляет тепловлажностную обработку вытяжного и приточного воздуха в теплый период года без применения нагревателя вытяжного и приточного воздуха, т.е. обеспечивает нулевое энергопотребление на охлаждение приточного воздуха в теплый период года до температуры t=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6 при температуре вытяжного воздуха t₈=23÷25°С в диапазоне температур наружного воздуха t₁=11÷30°С за счет подвода к адсорбционному роторному рекуператору очищенных топочных газов с температурой t₁₃=75°С и влагосодержанием d₁₃=0, ранее выбрасываемых в атмосферу.

Получение указанных преимуществ в заявляемом кондиционере обеспечивается всей совокупностью существенных признаков заявляемого решения.

Нулевое энергопотребление на охлаждение приточного воздуха в теплый период года в заявляемом кондиционере подтверждается представленными в табл. 1 алгоритмами расчета, формулами и значениями параметров наружного, вытяжного и приточного воздуха, которые обеспечивают получение конечной температуры приточного воздуха t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6 в теплый период года без применения воздухонагревателя.

Нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха в холодный период года в диапазоне температур наружного воздуха t₁=10÷(-30)°С и температуре вытяжного воздуха t₈=23°С для получения постоянных значений температуры приточного воздуха t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6 и 0,57 в заявляемом кондиционере обеспечивается следующими преимуществами перед прототипом:

1. Заявляемый кондиционер имеет две линии вытяжки:

- основную линию вытяжки влажного воздуха из производственного помещения с температурой t₈=23°С и влагосодержанием d₈=8,77 г/кг сух. возд.;

- дополнительную линию вытяжки абсолютно сухого воздуха в виде охлажденных и очищенных от продуктов горения топочных газов с температурой t₁₃=t₁₆=75°С и влагосодержанием d₁₃=d₁₆=0, которые поступают в зону 13 или в зону 16 кондиционера извне и не требуют наличия воздухонагревателя.

2. Заявляемый кондиционер по сравнению с прототипом имеет два дополнительных роторных теплообменника (№1 и №4).

Роторный теплообменник №1 установлен на входе в DEC-систему и осуществляет рекуперацию теплоты топочных газов дополнительной линии вытяжки, имеющих температуру t=75°С, индивидуально или совместно с рекуператором №2, и передачу ее приточному воздуху. Таким образом, роторный теплообменник №1 обеспечивает дополнительное повышение температуры приточного воздуха, которое особо необходимо в диапазоне отрицательных температур наружного воздуха t₁=(-6)÷(-30)°С. В этом диапазоне температур t₁ роторный теплообменник №1 работает с максимальной эффективностью рекуперации теплоты вытяжного воздуха .

Роторный теплообменник №4 установлен на выходе из DEC-системы и осуществляет рекуперацию теплоты вытяжного воздуха основной линии вытяжки, имеющего температуру t₈=23°С, и передачу этой теплоты приточному воздуху для его подогрева с температуры t₆=15°С до температуры t₇=19°С, что обеспечивает дополнительно понижение относительной влажности приточного воздуха с ϕ₆=0,773 и 0,76 при t₆=15°С до ϕ₇=0,6 и 0,57 при t₇=19°С.

3. Заявляемый кондиционер имеет конструкцию и автоматику, которые обеспечивают в диапазоне температур наружного воздуха t₁=10÷(-30)°С постоянное подключение дополнительной линии вытяжки с температурой t=75°С в зону 13 (t₁₃=75°С) или зону 16 (t₁₆=75°С) кондиционера, что обеспечивает рекуперацию теплоты рекуператорами №1 и №2 горячего воздуха дополнительной линии вытяжки, передачу ее приточному воздуху и получение температуры приточного воздуха на выходе из адсорбционного роторного рекуператора (рекуператор №2) t₃, большей, чем расчетная температура перед вентилятором t₄ (t₃>t₄), необходимая для проведения адиабатического увлажнения приточного воздуха и получения на выходе из увлажнителя температуры t₆=15°С.

Температура приточного воздуха t₃ на выходе из рекуператора №2 в заявляемом кондиционере в холодный период года составляет:

- t₃=63,6÷64,4°С (табл. 2, п. 59) и получается при подключении дополнительной линии вытяжки к зоне 13 кондиционера, осуществляемом при t₁=10÷(-5)°С и t₄=26,4 и 29,9°С (табл. 2, п. 46);

- t₃=40,1÷29,3°С (табл. 2, п. 59) и получается при подключении дополнительной линии вытяжки к зоне 16 кондиционера и основной линии вытяжки влажного воздуха к зоне 13, осуществляемом при t₁=(-6)÷(-30)°С и t₄=26,4°С.

Выполнение условия t₃>t₄ в заявляемом кондиционере в диапазоне температур наружного воздуха t₁=10÷(-30)°С при одновременном получении на выходе из адсорбционного роторного рекуператора постоянных значений влагосодержания d₃=3,27 и 1,5 г/кг сух. возд., и получение конечной температуры приточного воздуха t₇=19°С при температуре вытяжного воздуха t₈=23°С осуществляется без применения воздухонагревателя, то есть с нулевым энергопотреблением на нагревание приточного воздуха в холодный период год за счет подвода к кондиционеру линии дополнительной вытяжки в виде очищенных топочных газов с температурой t₁₃=t₁₆=75°С и влагосодержанием d_l3=d₁₆=0, ранее выбрасываемых в атмосферу.

Получение указанных преимуществ в заявляемом кондиционере обеспечивается всей совокупностью существенных признаков заявляемого решения.

Нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха в холодный период года в заявляемом кондиционере подтверждается представленными в табл. 2 алгоритмами расчета, формулами и значениями параметров наружного, вытяжного и приточного воздуха, которые обеспечивают получение конечной, температуры приточного воздуха t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6 и 0,57 в холодный период года без применения воздухонагревателя.

Конструкция заявляемого кондиционера с самонастраивающейся системой осушительного и испарительного охлаждения проиллюстрирована чертежами на фиг. 1-6. На фиг. 1 представлена вертикальная проекция кондиционера; на фиг. 2 - вид А (на фиг. 1); на фиг. 3 - вертикальная проекция кондиционера с горизонтальной промежуточной перегородкой с четырьмя окнами для встраивания рекуператоров и двумя вертикальными поперечными перегородками с окнами; на фиг. 4 - разрез А-А (на фиг. 2); на фиг. 5 - принципиальная схема кондиционера с нумерацией зон воздушных потоков линий основной и дополнительной вытяжки и притока в диапазоне температур наружного воздуха t₁=(-5)÷30°С; на фиг. 6 - принципиальная схема кондиционера с нумерацией зон воздушных потоков линий основной и дополнительной вытяжки и притока в диапазоне отрицательных температур наружного воздуха t₁=(-6)÷(-30)°С.

На фиг. 5-6 стрелками обозначены:

линия притока кондиционера

линия основной вытяжки кондиционера

линия дополнительной вытяжки кондиционера.

На фиг. 5 зоны 1-7 принадлежат к линии притока, зоны 8-12 - к линии основной вытяжки, а зоны 13-18 - к линии дополнительной вытяжки.

На фиг. 6 зоны 1-7 принадлежат к линии притока, зоны 8-15 - к основной линии вытяжки, а зоны 16-18 - к линии дополнительной вытяжки.

По линии основной вытяжки перемещается влажный воздух производственного помещения, а по линии дополнительной вытяжки - абсолютно сухой воздух в виде охлажденных и очищенных от продуктов горения топочных газов с температурой t_выт=75°C и влагосодержанием d_выт=0.

Кондиционер (фиг. 4) содержит приточную 1 и основную вытяжную 2 камеры, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой 3 с основным 4 и вспомогательным 5 окнами (фиг. 3), систему осушительного и испарительного охлаждения 6, состоящую из двух рекуператоров - адсорбционного роторного рекуператора 7 и основного роторного теплообменника 8, адиабатических увлажнителей приточного 9 и вытяжного 10 воздуха с подводящими водопроводами деминерализованной воды 11, 12 к адиабатическим увлажнителям приточного 9 и вытяжного 10 воздуха. Приточная камера 1 содержит входной 13 и выпускной 14 патрубки, воздухоочиститель 15 и вентиляторный блок 16. Основная вытяжная камера 2 содержит входной 17 и выпускной 18 патрубки, воздухоочиститель 19 и вентиляторный блок 20.

Кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами 21 и 22 (фиг. 4), двумя дополнительными окнами 23, 24 в горизонтальной промежуточной перегородке 3 и двумя дополнительными роторными тепло-обменниками 25 и 26, которые встроены в дополнительные окна 23 и 24 горизонтальной промежуточной перегородки 3. Первая дополнительная вытяжная камера 21 содержит входной 27 и выпускной 28 патрубки, воздухоочиститель 29 и вентиляторный блок 30. Вторая дополнительная вытяжная камера 22 содержит входной 31 и выпускной 32 патрубки, воздухоочиститель 33 и вентиляторный блок 34. Дополнительные вытяжные камеры 21, 22 размещены на горизонтальной промежуточной перегородке 3 по одну сторону от основной вытяжной камеры 2 и разделены с ней и между собой вертикальными поперечными перегородками 35, 36 с окнами 37, 38, в которые встроены управляемые воздушные клапаны 39, 40. Вертикальная поперечная перегородка 35, разделяющая основную 2 и первую дополнительную 21 вытяжные камеры установлена между выпускным патрубком 18 основной вытяжной камеры 2 и входным патрубком 27 первой дополнительной вытяжной камеры 21. Вертикальная поперечная перегородка 36, разделяющая дополнительные вытяжные камеры 21 и 22 размещена между выпускным патрубком 28 первой дополнительной вытяжной камеры 21 и входным патрубком 31 второй дополнительной вытяжной камеры 22.

Первый дополнительный роторный теплообменник 25 установлен перед адсорбционным роторным рекуператором 7 с размещением между воздухоочистителем 33 и вентиляторным блоком 34 второй дополнительной вытяжной камеры 22. Второй дополнительный роторный теплообменник 26 установлен за основным роторным теплообменником 8 и адиабатическим увлажнителем приточного воздуха 9. Электроприводы адсорбционного роторного рекуператора 7, основного 8 и дополнительных роторных 25, 26 теплообменников снабжены инверторами (на фиг. не показаны).

Входные патрубки 27 и 31 дополнительных вытяжных камер 21, 22, выпускной патрубок 18 основной вытяжной камеры 2 и выпускной патрубок 28 первой дополнительной вытяжной камеры 21 снабжены управляемыми воздушными клапанами 41, 42, 43, 44. Входной патрубок 13 приточной камеры и выпускной патрубок 32 второй дополнительной вытяжной камеры 22 снабжены управляемыми утепленными воздушными клапанами 45, 46.

Управляемые воздушные клапаны 41, 42, 43, 44 патрубков кондиционера при совместном взаимодействии с управляемыми воздушными клапанами 39, 40 вертикальных поперечных перегородок 35, 36 обеспечивают проход через дополнительные вытяжные камеры 21 и 22 линии дополнительной вытяжки горячего и абсолютно сухого воздуха в виде очищенных топочных газов с возможностью ее подключения как к входному патрубку 27 первой дополнительной вытяжной камеры 21 с транзитным проходом через вторую дополнительную вытяжную камеру 22 (фиг. 5), так и к входному патрубку 31 второй дополнительной вытяжной камеры 22 с транзитным проходом линии основной вытяжки через первую дополнительную вытяжную камеру 21 (фиг. 6).

В первом случае (фиг. 5) к адсорбционному роторному рекуператору 7 подводится абсолютно сухой воздух в виде очищенных от продуктов горения топочных газов с температурой t₁₃=75°C и влагосодержанием d₁₃=0, а во втором случае (фиг. 6) - влажный воздух основной линии вытяжки.

В первом случае (фиг. 5) приточный воздух осушается адсорбционным роторным рекуператором:

- в диапазоне t₁=(30÷4)°C с d₁=19,47÷4,19 г/кг сух. возд. до d₃=3,27 г/кг сух. возд.;

- в диапазоне t₁=3÷(-5)°C с d₁=3,9÷2,06 г/кг сух. возд. до d₃=1,5 г/кг сух. возд.

Во втором случае (фиг. 6) приточный воздух увлажняется адсорбционным роторным рекуператором 7 в диапазоне t₁=(-6)÷(-30)°C с d₁=1,89÷0,194 г/кг сух. возд. до d₃=3,27 г/кг сух. возд.

Для обслуживания кондиционера в процессе его эксплуатации кондиционер снабжен четырнадцатью сервисными дверями: сервисной дверью 47 для первого дополнительного роторного теплообменника 25 (рекуператора №1), сервисной дверью 48 для адсорбционного роторного рекуператора 7 (рекуператора №2), сервисной дверью 49 для основного роторного теплообменника 8 (рекуператора №3), сервисной дверью 50 для второго дополнительного роторного теплообменника 26 (рекуператора №4), сервисной дверью 51 для воздухоочистителя 15 приточной камеры, сервисной дверью 52 для вентиляторного блока 16 приточной камеры; сервисной дверью 53 для адиабатического увлажнителя 9 приточной камеры; сервисной дверью 54 для воздухоочистителя 19 основной вытяжной камеры, сервисной дверью 55 для адиабатического увлажнителя 10 основной вытяжной камеры, сервисной дверью 56 для вентиляторного блока 20 основной вытяжной камеры, сервисной дверью 57 для воздухоочистителя 29 первой дополнительной вытяжной камеры, сервисной дверью 58 для вентиляторного блока 30 первой дополнительной вытяжной камеры, сервисной дверью 59 для воздухоочистителя 33 второй дополнительной вытяжной камеры, сервисной дверью 60 для вентиляторного блока 34 второй дополнительной вытяжной камеры.

Заявляемый кондиционер может работать в пяти режимах.

Режим 1. Режим кондиционирования в теплый период года с охлаждением приточного воздуха в самонастраивающейся системе осушительного и испарительного охлаждения до температуры приточного воздуха t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6 в диапазоне температур наружного воздуха t₁=11÷30°С.

Режим 2. Режим кондиционирования в холодный период года с нагреванием приточного воздуха в самонастраивающейся системе осушительного и испарительного охлаждения до температуры приточного воздуха t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6 в диапазоне температур наружного воздуха t₁=10÷4°С.

Режим 3. Режим кондиционирования в холодный период года с нагреванием приточного воздуха в самонастраивающейся системе осушительного и испарительного охлаждения до температуры приточного воздуха t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,57 в диапазоне температур наружного воздуха t₁=3÷(-5)°С.

Режим 4. Режим кондиционирования в холодный период года с нагреванием приточного воздуха в самонастраивающейся системе осушительного и испарительного охлаждения до температуры приточного воздуха t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6 в диапазоне температур наружного воздуха t₁=(-6)÷(-30)°C.

Режим 5. Режим ожидания.

Все пять режимов задаются на пульте управления.

Кондиционер в режиме 1 (фиг. 4, 5) работает следующим образом. Работают три вентиляторных блока 16, 20, 34 приточного 1, основной вытяжной 2 и второй дополнительной вытяжной 22 камер, электропривод первого дополнительного роторного теплообменника 25 с постоянной частотой вращения, электроприводы адсорбционного роторного рекуператора 7, основного роторного теплообменника 8 и второго дополнительного роторного теплообменника 26 с инверторами и регуляторами, адиабатический увлажнитель приточного воздуха 9 с постоянной производительностью и адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха 10 основной вытяжной камеры 2 с переменной производительностью.

При этом открыты: управляемые утепленные воздушные клапаны 45, 46, управляемые воздушные клапаны 41, 43 патрубков и управляемый воздушный клапан 40 второй вертикальной поперечной перегородки.

Закрыты: управляемые воздушные клапаны 44 и 42 патрубков кондиционера и управляемый воздушный клапан 39 первой вертикальной поперечной перегородки.

Вентиляторные блоки 16, 20, 34 работают со 100%-ной производительностью. Регуляторы с инверторами электроприводов адсорбционного роторного рекуператора 7, основного роторного 8 и дополнительного роторного 26 теплообменников осуществляют индивидуальное регулирование частоты вращения их электроприводов, обеспечивающих изменение эффективности рекуперации теплоты роторами , , в соответствии с изменением температуры наружного воздуха t₁ на каждый °С в диапазоне t₁=11÷30°С.

У адсорбционного роторного рекуператора 7 в процессе регулирования частоты вращения ротора осуществляется одновременно изменение эффективности рекуперации влаги , которая на выходе из рекуператора 7 обеспечивает постоянное значение влагосодержания d₃=3,27 г/кг сух. возд. во всем диапазоне температур наружного воздуха t₁=11÷30°С.

Рассмотрим работу линии основной вытяжки в режиме 1 (ЛОВ, фиг. 4, 5). Вытяжной воздух производственного помещения с температурой t₈=23÷25°С и влагосодержанием d₈=8,77÷9,91 г/кг сух. возд. поступает во входной патрубок 17 основной вытяжной камеры 2 и протягивается вентиляторным блоком 20 через воздухоочиститель 19, второй дополнительный роторный теплообменник 26, адиабатический увлажнитель 10, основной роторный теплообменник 8 и выбрасывается в атмосферу через выпускной патрубок 18. В основной вытяжной камере 2 протекают следующие процессы:

- очистка вытяжного воздуха;

- двухкаскадное охлаждение вытяжного воздуха в роторном теплообменнике 26 и адиабатическом увлажнителе 10;

- повышение температуры вытяжного воздуха на выходе из основного роторного теплообменника 8 за счет рекуперации в нем теплоты приточного воздуха и передачи ее вытяжному.

Роторный теплообменник 26 охлаждает вытяжной воздух на Δt_охл=4°С:

- при t₈=23°С до t₉=19°С

- при t₈=25°С до t₉=21°С.

Адиабатический увлажнитель 10 дополнительно охлаждает вытяжной воздух

- при t₈=19°С на до t₁₀=15,3°С

- при t₉=21°С на до t₁₀=17,2°С.

Роторный теплообменник 26 и адиабатический увлажнитель 10 обеспечивают суммарное охлаждение вытяжного воздуха на Δt_{охл ∑}:

- при t₈=23°С на Δt_{охл ∑}=7,7°С до t₁₀=15,3°С

- при t₈=25°С на Δt_{охл ∑}=7,8°С до t₁₀=17,2°С.

Таким образом, линия основной вытяжки (ЛОВ) в режиме 1 предназначена для охлаждения приточного воздуха, осуществляемого через основной роторной теплообменник 26, который передает полученный холод в основной вытяжной камере 2 приточному воздуху, охлаждая его с переменного значения температуры t₃ до постоянного значения температуры t₄=26,4°С перед вентиляторным блоком 16.

Рассмотрим работу линии дополнительной вытяжки (ЛДВ) (фиг. 4, 5). Абсолютно сухой воздух в виде охлажденных и очищенных от продуктов горения топочных газов с температурой t₁₃=75°С и влагосодержанием d₁₃=0 поступает во входной патрубок 27 первой дополнительной вытяжной камеры 21 и протягивается вентиляторным блоком 34 второй дополнительной вытяжной камеры 22 через воздухоочиститель 29, адсорбционный роторный рекуператор 7, воздухоочиститель 33 и первый дополнительный роторный теплообменник 25, после выхода из которого выбрасывается в атмосферу через выпускной патрубок 32. При этом вытяжной воздух линии дополнительной вытяжки (ЛДВ) проходит через две дополнительные вытяжные камеры 21 и 22. В дополнительных вытяжных камерах 21 и 22 протекают следующие процессы:

- очистка воздуха от пыли;

- двухкаскадное охлаждение вытяжного воздуха в рекуператорах 7 и 25 за счет рекуперации теплоты вытяжного воздуха и передачи ее приточному воздуху;

- увлажнение вытяжного воздуха за счет рекуперации влаги адсорбционным роторным рекуператором 7 в приточном воздухе и передачи ее вытяжному.

В линии дополнительной вытяжки (ЛДВ) в атмосферу выбрасывается охлажденный и увлажненный вытяжной воздух.

Рассмотрим работу линии притока (ЛПр) (рис. 4, 5).

Линия притока предназначена для получения заданных параметров приточного воздуха (температуры t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6).

Заданные параметры приточного воздуха получаются в заявляемом кондиционере в три этапа.

На первом этапе режима 1, представленном в табл. 1, определяются следующие параметры:

1. Определяют влагосодержание приточного воздуха d₇=8,23 г/кг сух. возд. (табл. 1, п. 24-28).

2. Задают температуру приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя 9, равную t₆=15°С (табл. 1, п. 29) и влагосодержание d₆=d₇=8,23 г/кг сух. возд. (табл. 1, п. 32).

3. Определяют по t₆ и d₆ удельную энтальпию приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя i₆=35,9 кДж/кг (табл. 1, п. 36).

4. Определяют удельную энтальпию приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем

i₅=i₆=35,9 кДж/кг (табл. 1, п. 37).

5. Определяют удельную энтальпию насыщенного влагой приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем (табл. 1, п. 38).

6. Определяют температуру приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем по мокрому термометру (табл. 1, п. 39) .

7. Определяют по t_м5 и t₆ влагосодержание приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем d₅=3,27 г/кг сух. возд. (табл. 1, п. 40).

8. Определяют температуру приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем t₅ по i₅ и d₅ t₅=27,4°С (табл. 1, п. 41).

9. Определяют величину косвенного охлаждения приточного воздуха, обеспечиваемого адиабатическим увлажнителем (табл. 1, п. 42).

10. Осуществляют проверку правильности получения температуры приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t₆=15°С

(табл. 1, п. 43).

Таким образом, на первом этапе режима 1 определяются параметры приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем 9 (t₅=27,4°С и (d₅=3,27 г/кг сух. возд.).

С учетом нагрева воздуха в вентиляторном блоке 16 на величину на выходе из основного роторного теплообменника 8 (перед вентиляторным блоком 16) параметры приточного воздуха будут иметь следующие значения:

- температура t₄=26,4°С

- влагосодержание d₄=d₅=3,27 г/кг сух. возд.

При этом значения t₄=26,4°С и d₄=3,27 г/кг сух. возд. остаются постоянными во всем диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=11÷30°С.

На втором этапе режима 1 наружный воздух, поступающий в приточную камеру 1 через входной патрубок 13, протягивается вентиляторным блоком 16 через воздухоочиститель 15 и три рекуператора (первый дополнительный теплообменник 25, адсорбционный роторный рекуператор 7 и основной роторный теплообменник 8), которые обеспечивают получение расчетных параметров t₄=26,4°С и d₄=3,27 г/кг сух. возд. на выходе из основного роторного теплообменника 8. Алгоритм получения влагосодержания d₃=d₄ и температур приточного воздуха t₂, t₃ представлен в табл. 1 (п. 48-54).

Первый дополнительный теплообменник 25 рекуперирует теплоту вытяжного воздуха линии дополнительной вытяжки (ЛДВ) с заданной эффективностью рекуперации теплоты, равной , и передает ее приточному воздуху.

Адсорбционный роторный рекуператор 7 выполняет две функции:

- рекуперирует влагу приточного воздуха и передает ее вытяжному;

- рекуперирует теплоту вытяжного воздуха и передает ее приточному.

Адсорбционный роторный рекуператор 7 обеспечивает в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=11÷30°С осушку приточного воздуха с влагосодержания d₂=d₁=5,87÷19,41 г/кг сух. возд. до постоянного значения влагосодержания на выходе из рекуператора 7 d₃=d₄=d₅=3,27 г/кг сух. возд. и одновременное нагревание приточного воздуха до температуры t₃=63,2÷72,8°С (табл. 1, п. 53).

Эффективность рекуперации влаги рекуператором 7 определяется из выражения

при d₁₃=0, d₃=d₅=3,27 г/кг сух. возд.

и составляет:

(табл. 1, п. 49)

Значения обеспечиваются инвертором рекуператора 7 путем изменения частоты вращения ротора «n» в диапазоне t₁=11÷30°С на каждый °С.

Для адсорбционного колеса Hoval значения эффективности рекуперации теплоты рекуператором 7 получаются автоматически. Они определяются по зависимости от числа оборотов ротора «n», которое обеспечивало значение и составляют:

- для t₁=11°С

- для t₁=30°С .

Основной роторный теплообменник 8 выполняет функции охладителя приточного воздуха.

Роторный теплообменник 8 рекуперирует теплоту приточного воздуха и передает ее вытяжному воздуху линии основной вытяжки, охлаждая приточный воздух с температуры t₃=63,2÷72,8°С до t₄=26,4°С за счет изменения эффективности рекуперации теплоты роторного теплообменника 8 инвертором (табл. 1, п. 54), которое составляют:

- при t₁=11°С

- при t₁=30°С .

Адиабатический увлажнитель 9, имея на входе параметры t₅=27,4°С и d₅=3,27 г/кг сух. возд., обеспечивает на выходе получение температуры t₆=15°С и относительной влажности ϕ₆=0,773 за счет адиабатического охлаждения приточного воздуха на величину , и работает с постоянной производительностью.

На третьем этапе режима 1 второй дополнительный теплообменник 26, выполняющий функцию доводчика параметров приточного воздуха, рекуперирует теплоту вытяжного воздуха линии основной вытяжки (ЛОВ) и передает ее приточному.

При этом температура приточного воздуха повышается с t₆=15°С до t₇=19°С за счет изменения величины эффективности рекуперации теплоты теплообменником 26 :

- при t₈=23°С

- при t₈=25°С

Повышение температуры приточного воздуха с t₆=15°С до t₇=19°С осуществляется при постоянной величине влагосодержания d₆=d₇=8,23 г/кг сух. возд. (табл. 1, п. 32), что обеспечивает уменьшение относительной влажности воздуха с ϕ₆=0,773 до ϕ₇=0,6.

Кондиционер в режиме 2 (фиг. 4 и 5) работает таким же образом, как и в режиме 1, но в другом диапазоне температур наружного воздуха t₁=10÷4°С (табл. 2) при постоянной температуре вытяжного воздуха линии основной вытяжки t₈=23°C и выключенном адиабатическом увлажнителе вытяжного воздуха 10.

При этом второй дополнительный теплообменник 26 работает при постоянной частоте вращения и с эффективностью рекуперации теплоты =0,5.

Кондиционер обеспечивает на выходе из приточной камеры 1 температуру приточного воздуха t₇=19°C и относительную влажность ϕ₇=0,6, которые получаются, как и в режиме 1 в три этапа.

Рекуператоры 25, 7 и 8 предназначены, также, как и в режиме 1, получать на выходе из рекуператора 8 постоянные значения температуры t₄=26,4°C и влагосодержания d₄=3,27 г/кг сух. возд., обеспечивающее на выходе из адиабатического увлажнителя 9 получение температуры t₆=15°C и относительной влажности ϕ₆=0,773. Значения эффективности рекуперации влаги адсорбционным роторным рекуператором 7 и эффективности рекуперации теплоты рекуператорами 25, 7 и 8 , , в диапазоне температур наружного воздуха t₁=10÷4°C и алгоритм получения параметров вытяжного воздуха линий основной и дополнительной вытяжки и приточного воздуха линии притока с полученными расчетными значениями приведены в табл. 2.

Кондиционер в режиме 3 (фиг. 4 и 5) работает таким же образом, как и в режиме 1, но в другом диапазоне температур наружного воздуха t₁=3÷(-5)°C, при постоянной температуре вытяжного воздуха t₈=23°C и выключенном адиабатическом увлажнителе вытяжного воздуха 10. При этом второй дополнительный теплообменник 26 работает при постоянной частоте вращения и с эффективностью рекуперации теплоты =0,5.

Отличительной особенностью режима 3 от режимов 1 и 2 является применение в линии притока заниженного значения влагосодержания приточного воздуха на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 7, равного d₃=1,5 г/кг сух. возд. и влагосодержания на входе в адиабатический увлажнитель 9, равного d₅=d₄=d₃=1,5 г/кг сух. возд., величина которого обусловлена следующим.

Наружный воздух в диапазоне температур t₁=3÷(-5)°С имеет влагосодержание d₁=3,9÷2,06 г/кг сух. возд., при котором влагосодержание приточного воздуха d₃=d₄=d₅=3,27 г/кг сух. возд., необходимое для получения на выходе из адиабатического увлажнителя температуры t₆=15°С и относительной влажности ϕ₆=0,773, применяемое в режимах 1 и 2, в режиме 3 не может быть получено адсорбционным роторным рекуператором 7. Это обусловлено тем, что сочетание влагосодержания приточного воздуха в зоне 2 d₂=d₁=3,9÷2,06 г/кг сух. возд. с влагосодержанием в зоне 3 линии притока, равным d₃=3,27 г/кг сух. возд., приводит к получению технически недостижимых значений эффективности рекуперации влаги адсорбционным рекуператором 7 (с отрицательным знаком):

- при t₁=3°С и d₂=d₁=3,9

- при t₁=-5°С и d₂=d₁=2,06

.

В результате применения запланированного значения влагосодержания приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем d₅=1,5 г/кг сух. возд. температура приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем t₅, °С в режиме 3 определяется по другой методике (см. табл. 2), отличающейся от методики, применяемой в режимах 1 и 2. Применяемая в заявляемом решении методика имеет следующую последовательность определения параметров приточного воздуха для получения температуры t₅ перед адиабатическим увлажнителем 9 в диапазоне температур t₁=3÷(-5)°С:

1. При заданных значениях параметров t₆=15°С и d₅=1,5 г/кг сух. возд. определяется температура приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем по мокрому термометру t_м5=12,3°С (табл. 2, п. 31).

2. По температуре t_м5=12,3°С по справочным таблицам определяется влагосодержание насыщенного влагой приточного воздуха d_н5=8,9367 г/кг сух. возд. (табл. 2, п. 32).

3. По параметрам t_м5=12,3°С и d_н5=8,9367 г/кг сух. возд. определяется удельная энтальпия насыщенного влагой приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем (табл. 2, п. 33).

4. Определяется удельная энтальпия приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем (табл. 2, п. 34).

.

5. По i₅=34,9 кДж/кг определяется температура приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем t₅=30,9°С (табл. 2, п. 42).

6. Определяется величина косвенного адиабатического охлаждения приточного воздуха, обеспечиваемая адиабатическим увлажнением (табл. 2, п. 43).

.

7. Осуществляется проверка правильности получения температуры приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t₆=15°С (табл. 2, п. 44)

.

Отклонение от заданного значения t₆=15°С составляет 0,1°С.

8. Определяется величина нагрева приточного воздуха в вентиляторном блоке (табл. 2, п. 45).

9. Определяется температура приточного воздуха перед вентиляторным блоком t₄=29,9°С (табл. 2, п. 46).

Остальные параметры приточного воздуха в диапазоне t₁=3÷(-5)°С определяются по такой же методике как и в режимах 1 и 2 в следующей последовательности:

- эффективность рекуперации теплоты адсорбционным роторным рекуператором 7

(табл. 2, п. 57);

- температура приточного воздуха на выходе из первого дополнительного роторного теплообменника 25 t₂=26,3÷37,3°С (табл. 2, п. 58);

- температура приточного воздуха на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 7 t₃=69,1÷64,4°С (табл. 2, п. 59);

- эффективность рекуперации теплоты основным роторным рекуператором 8 (табл. 2, п. 60).

Кондиционер в режиме 4 (фиг. 4 и 6) работает следующим образом. Работают три вентиляторных блока 16, 30, 34 приточной и двух дополнительных вытяжных камер 21 и 22, электроприводы первого дополнительного роторного теплообменника 25, адсорбционного роторного рекуператора 7, основного роторного теплообменника 8 и второго дополнительного роторного теплообменника 26 с инверторами и контроллером, адиабатический увлажнитель приточного воздуха 9 с постоянной производительностью.

При этом открыты: управляемые утепленные клапаны 45, 46, управляемые воздушные клапаны 42, 44 патрубков кондиционера и управляемый воздушный клапан 39 первой вертикальной поперечной перегородки 35.

Закрыты: управляемые воздушные клапаны 41, 43 патрубков кондиционера и управляемый воздушный клапан 40 второй вертикальной поперечной перегородки 36.

Вентиляторные блоки 16, 30, 34 работают со 100%-ной производительностью. Регуляторы с инверторами электроприводов рекуператоров 25, 7, 8 осуществляют индивидуальное регулирование частоты вращения их электроприводов, обеспечивающих изменение эффективности рекуперации теплоты роторами , , в соответствии с изменением температуры наружного воздуха t₁ на каждый °С в диапазоне t₁=(-6)÷(-30)°С.

У адсорбционного роторного рекуператора 7 в процессе регулирования частоты вращения ротора осуществляется одновременно изменение эффективности рекуперации влаги , которая на выходе из рекуператора 7 обеспечивает постоянное значение влагосодержания d₃=3,27 г/кг сух. возд. во всем диапазоне температур наружного воздуха t₁=(-6)÷(-30)°С.

Рассмотрим работу линии основной вытяжки в режиме 4 (ЛОВ) (фиг. 4 и 6). Вытяжной воздух производственного помещения с температурой t₈=23°С и влагосодержанием d₈=8,77 г/кг сух. возд. поступает во входной патрубок 17 основной вытяжной камеры 2 и протягивается вентиляторным блоком 30 через воздухоочиститель 19, второй дополнительный теплообменник 26, основной роторный теплообменник 8, воздухоочиститель 29 и адсорбционный роторный рекуператор 7, после выхода из которого выбрасывается в атмосферу через выпускной патрубок 28 первой дополнительной вытяжной камеры 21. При этом влажный вытяжной воздух линии основной вытяжки перемещается по двум вытяжным камерам (основной вытяжной камере 2 и первой дополнительной вытяжной камере 21).

В основной вытяжной камере 2 протекают следующие процессы:

- очистка вытяжного воздуха;

- охлаждение вытяжного воздуха в роторном теплообменнике 26;

- повышение температуры вытяжного воздуха на выходе из основного роторного теплообменника 8 за счет рекуперации в нем теплоты приточного воздуха и передачи ее вытяжному воздуху.

Роторный теплообменник 26 охлаждает вытяжной воздух на Δt_охл=4°C с t₈=23°С до t₉=19°С.

Роторный теплообменник 8 осуществляет повышение температуры вытяжного воздуха с t₁₀=19°С до:

- t₁₁=32,7°С при t₁=-6°С

- t₁₁=21,9°С при t₁=-30°С.

Нагретый в роторном теплообменнике 8 вытяжной влажный воздух через открытый воздушный клапан 39 первой вертикальной поперечной перегородки 35 поступает в первую дополнительную вытяжную камеру 21.

В первой дополнительной вытяжной камере 21 протекают следующие процессы:

- очистка вытяжного воздуха;

- охлаждение вытяжного воздуха за счет рекуперации теплоты вытяжного воздуха и передачи ее приточному воздуху адсорбционным роторным рекуператором 7;

- осушение вытяжного воздуха за счет рекуперации влаги вытяжного воздуха и передачи ее приточному адсорбционным роторным рекуператором 7.

Таким образом, линия основной вытяжки (ЛОВ) в режиме 4 предназначена для увлажнения приточного воздуха посредством адсорбционного роторного рекуператора 7 с переменного значения d₂=d₁=1,89÷0,194 г/кг сух. возд. до постоянного значения d₃, равного d₃=3,27 г/кг сух. возд.

Рассмотрим работу линии дополнительной вытяжки (ЛДВ) в режиме 4 (фиг. 4 и 6). Абсолютно сухой воздух в виде охлажденных и очищенных от продуктов горения топочных газов с температурой t₁₆=75°С и влагосодержанием d₁₆=0 поступает во входной патрубок 31 второй дополнительной вытяжной камеры 22 и протягивается вентиляторным блоком 34 через воздухоочиститель 33 и первый дополнительный роторный теплообменник 25, после выхода из которого выбрасывается в атмосферу через выпускной патрубок 32.

Во второй дополнительной вытяжной камере 22 протекают следующие процессы:

- очистка вытяжного воздуха;

- охлаждение вытяжного воздуха за счет рекуперации теплоты вытяжного воздуха роторным теплообменником 26 и передачи ее приточному воздуху.

В линии дополнительной вытяжки (ЛДВ) в атмосферу выбрасывается охлажденный воздух с влагосодержанием d₁₈=0.

Рассмотрим работу линии притока (ЛПр) в режиме 4 (фиг. 4 и 6).

Линия притока предназначена для получения заданных параметров приточного воздуха (температуры t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6).

Заданные параметры приточного воздуха получаются в заявляемом кондиционере в три этапа.

На первом этапе режима 4, представленном в табл.2 параметры приточного воздуха определяются в следующей последовательности.

1. Определяют влагосодержание приточного воздуха d₇=8,23 г/кг сух. возд. (табл. 2, п. 15-18).

2. Задают температуру приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя 9, равную t₆=15°С и влагосодержанием d₆=d₇=8,23 г/кг сух. возд.

3. Определяют по t₆ и d₆ удельную энтальпию приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя i₆=35,9 кДж/кг (табл. 2, п. 26).

4. Определяют удельную энтальпию приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем i₅, кДж/кг

i₅=i₆=35,9 кДж/кг (табл. 2, п. 27).

5. Определяют удельную энтальпию насыщенного влагой приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем

(табл. 2, п. 28).

6. Определяют температуру приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем по мокрому термометру (табл. 2, п. 29)

.

7. Определяют по t_м5 и t₆ влагосодержание приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем 9 d₅=3,27 г/кг сух. возд. (табл. 2, п. 30).

8. Определяют температуру приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем t₅ по i₅ и d₅ t₅=27,4°С (табл. 2, п. 42).

9. Определяют величину косвенного охлаждения приточного воздуха, обеспечиваемого адиабатическим увлажнением (табл. 2, п. 43).

10. Осуществляют проверку правильности получения температуры приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t₆=15°С (табл. 2, п. 44)

.

Таким образом, на первом этапе режима 4 определяются параметры приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем 9 (t₅=27,4°С и d₅=3,27 г/кг сух. возд.

С учетом нагрева воздуха в вентиляторном блоке 16 на величину на выходе из основного роторного теплообменника 8 (перед вентиляторным блоком 16) параметры приточного воздуха будут иметь следующие значения:

- температура t₄=26,4°С

- влагосодержание d₄=d₅=3,27 г/кг сух. возд.

При этом значение t₄=26,4°С и d₄=3,27 г/кг сух. возд. остаются постоянными во всем диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=(-6)÷(-30)°С.

На втором этапе режима 4 определяются параметры приточного и вытяжного воздуха, необходимые для определения эффективности рекуперации теплоты первым дополнительным роторным теплообменником 25 .

Определение параметров осуществляется в следующей последовательности:

1. Задают для диапазона изменения температуры приточного воздуха t₁=(-6)÷(-30)°С два значения эффективности рекуперации теплоты основным роторным теплообменником 8 (табл. 2, п. 60)

- для t₁=-6°С

- для t₁=-30°С .

2. Определяют по t₄=26,4°С, t₁₀=19°С и температуру приточного воздуха на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 7:

(табл. 2, п. 59)

3. Определяют по t₁₀, t₃ и температуру вытяжного воздуха на выходе из основного роторного теплообменника 8 (табл. 2, п. 61)

- для t₁=-6°С t₁₁=32,7°С

- для t₁=-30°С t₁₁=21,9°С.

4. Определяют температуру вытяжного воздуха на входе в адсорбционный роторный рекуператор 7 t₁₃=t₁₁, °С (табл. 2, п. 64)

- для t₁=-6°С t₁₃=32,7°С

- для t₁=-30°С t₁₃=21,9°С.

5. Определяют влагосодержание вытяжного воздуха на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 7 (зона 13) d₁₃=d₁₁=d₈ (табл. 2, п. 65)

- для t₁=-6°С d₁₃=8,77 г/кг сух. возд.

- для t₁=-30°С d₁₃=8,77 г/кг сух. возд.

6. Определяют значение эффективности рекуперации влаги адсорбционным роторным рекуператором 7 из выражения

при d₂=d₁ (табл. 2, п. 55)

- для t₁=-6°С d₂=1,89 г/кг сух. возд.

- для t₁=-30°С d₂=0,194 г/кг сух. возд. .

7. Определяют значения эффективности рекуперации теплоты адсорбционным рекуператором 7 по зависимости при числе оборотов ротора имевшем место при определении .

(табл. 2, п. 57).

8. Определяют по t₃, t₁₃ и температуру приточного воздуха на выходе из первого дополнительного роторного теплообменника 25 t₂, °С (табл. 2, п. 68)

- для t₁=-6°С t₂=55,1°С

- для t₁=-30°С t₂=54,1°С.

9. Определяют значения эффективности рекуперации теплоты первым дополнительным роторным теплообменником из выражения

при t₁₆=75°С,

которые согласно табл. 2, п. 69 составили

- для t₁=-6°С

- для t₁=-30°С .

На третьем этапе режима 4 второй дополнительный теплообменник 26, выполняющий функцию доводчика параметров приточного воздуха, рекуперирует теплоту вытяжного воздуха линии основной вытяжки (ЛОВ) и передает ее приточному.

При этом температура приточного воздуха повышается с t₆=15°С до t₇=19°С, при эффективности рекуперации теплоты вторым дополнительным теплообменником 26 .

Повышение температуры приточного воздуха с t₆=15°С до t₇=19°С осуществляется при постоянной величине влагосодержания d₇=d₆=8,23 г/кг сух. возд., что обеспечивает уменьшение относительной влажности воздуха с ϕ₆=0,773 до ϕ₇=0,6.

В режиме ожидания (режим 5) электроприводы всего оборудования заявляемого кондиционера выключены, управляемые утепленные воздушные клапаны 45, 46 закрыты, управляемые воздушные клапаны 39, 40 вертикальных поперечных перегородок закрыты, управляемые воздушные клапаны 41, 42, 43, 44 патрубков кондиционеров закрыты.

О выборе режимов работы кондиционера. Выбор номера режима работы кондиционера из режимов 1-4 осуществляется в заявляемом кондиционере автоматически. Контроллер кондиционера осуществляет постоянный мониторинг температуры наружного воздуха t₁ через датчик температуры и получает от него постоянный ввод информации о фактической температуре наружного воздуха t₁, которая влияет на влагосодержание наружного воздуха d₁.

В диапазоне температур наружного воздуха t₁=(+30)÷(-30)°С влагосодержание наружного воздуха, например, в Санкт-Петербурге изменяется в пределах d₁=19,41÷0,194 г/кг сух. возд. Получение заданной температуры приточного воздуха t₇=19°С и относительной влажности ϕ₇=0,6 и 0,57 обеспечивается в заявляемом кондиционере делением диапазона температур t₁=(+30)÷(-30)°С на 4 температурных интервала с различными интервалами влагосодержания d₁, г/кг сух. возд., которые позволяют получать постоянные значения влагосодержания перед адиабатическим увлажнителем d₅=d₄=d₃=3,27 г/кг сух. возд. или d₅=1,5 г/кг сух. возд. путем подачи на адсорбционный роторный рекуператор с инвертором на электроприводе:

- абсолютно сухого вытяжного воздуха линии дополнительной вытяжки (ЛДВ) с температурой t₁₃=75°С и влагосодержанием d₁₃=0, который при температурных интервалах t₁=11÷30°С, t₁=10÷4°С и t₁=3÷(-5)°С обеспечивает осушку приточного воздуха;

- влажного вытяжного воздуха линии основной вытяжки (ЛОВ) с влагосодержанием d₁₃=8,77 г/кг сух. возд., который при температурном интервале t₁=(-6)÷(-30)°С обеспечивает увлажнение приточного воздуха.

Попадание температуры наружного воздуха t₁ в любой диапазон температур t₁, установленный для режимов работы 1-4 кондиционера, обеспечивает автоматическое переключение кондиционера и его DEC-системы на данный режим. При этом на пульте управления высвечивается номер режима и все работающее в этом режиме оборудование. Таким образом, заявляемый кондиционер имеет самонастраивающуюся DEC-систему, которая автоматически настраивается на нужный режим из режимов 1-4 в зависимости от температуры наружного воздуха t₁.

Все изложенное, включая описание работы заявляемого кондиционера, подтверждает возможность его использования в промышленности с получением высоких технических показателей по сравнению с известными конструкциями кондиционеров. Кроме того, как в источниках патентной и научно-технической информации, так и в промышленности такая конструкция не встречалась, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения всем критериям патентоспособности.

Заявляемое решение относится к области кондиционеров, применяемых для обслуживания производственных помещений литейных заводов. Технический результат - обеспечение в кондиционере нулевого энергопотребления: на охлаждение приточного воздуха до конечной температуры 19°С и его относительной влажности 0,6 при температуре вытяжного воздуха 23-25°С и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне 11÷30°С и на нагревание приточного воздуха до конечной температуры 19°С и его относительной влажности 0,6 и 0,57 при температуре вытяжного воздуха 23°С и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне 10÷(-30)°С. Кондиционер с самонастраивающейся системой осушительного и испарительного охлаждения, содержащий приточную камеру и основную вытяжную камеру влажного воздуха, систему осушительного и испарительного охлаждения, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха с подводящими водопроводами, воздухоочистители и вентиляторные блоки. При этом кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами и двумя дополнительными роторными теплообменниками, один из дополнительных роторных теплообменников размещен перед адсорбционным роторным рекуператором и в зоне между воздухоочистителем и вентиляторным блоком второй дополнительной вытяжной камеры, а второй дополнительный роторный теплообменник - за основным роторным теплообменником и адиабатическим увлажнителем приточного воздуха, а входные патрубки дополнительных вытяжных камер и выпускные патрубки основной вытяжной и первой дополнительной вытяжной камер снабжены управляемыми воздушными клапанами, которые при совместном взаимодействии с управляемыми воздушными клапанами вертикальных поперечных перегородок кондиционера обеспечивают проход через дополнительные вытяжные камеры линии дополнительной вытяжки горячего и абсолютно сухого воздуха в виде топочных газов, с возможностью ее подключения как к входному патрубку первой дополнительной вытяжной камеры и транзитным проходом через вторую дополнительную вытяжную камеру, так и к входному патрубку второй дополнительной вытяжной камеры с транзитным проходом линии основной вытяжки через первую дополнительную вытяжную камеру. 2 табл., 6 ил.

Кондиционер с самонастраивающейся системой осушительного и испарительного охлаждения содержит приточную камеру и основную вытяжную камеру влажного воздуха, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и вспомогательным окнами, систему осушительного и испарительного охлаждения, состоящую из двух рекуператоров - адсорбционного роторного рекуператора и роторного теплообменника, встроенных в основное и вспомогательное окна горизонтальной промежуточной перегородки, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха с подводящими водопроводами, приточная и вытяжная камеры имеют противоположно направленные линии притока и основной вытяжки и содержат входные и выпускные патрубки, воздухоочистители, установленные на входах в камеры, и вентиляторные блоки, отличающийся тем, что кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами, двумя дополнительными окнами в горизонтальной промежуточной перегородке и двумя встроенными в них дополнительными роторными теплообменниками, дополнительные вытяжные камеры содержат входные и выходные патрубки, воздухоочистители и вентиляторные блоки, и размещены на горизонтальной промежуточной перегородке последовательно по одну сторону от основной вытяжной камеры, а также разделены с ней и между собой вертикальными поперечными перегородками с окнами, в которые встроены управляемые воздушные клапаны, вертикальная поперечная перегородка, разделяющая основную и первую дополнительную вытяжные камеры, установлена между выпускным патрубком основной вытяжной камеры и входным патрубком первой дополнительной вытяжной камеры, вертикальная поперечная перегородка, разделяющая дополнительные вытяжные камеры, размещена между выпускным патрубком первой дополнительной вытяжной камеры и входным патрубком второй дополнительной вытяжной камеры, один из дополнительных роторных теплообменников размещен перед адсорбционным роторным рекуператором и в зоне между воздухоочистителем и вентиляторным блоком второй дополнительной вытяжной камеры, а второй дополнительный роторный теплообменник - за основным роторным теплообменником и адиабатическим увлажнителем приточного воздуха, кроме этого электроприводы адсорбционного роторного рекуператора, основного и дополнительных роторных теплообменников снабжены инверторами, а входные патрубки дополнительных вытяжных камер и выпускные патрубки основной вытяжной и первой дополнительной вытяжной камер снабжены управляемыми воздушными клапанами, которые при совместном взаимодействии с управляемыми воздушными клапанами вертикальных поперечных перегородок кондиционера обеспечивают проход через дополнительные вытяжные камеры линии дополнительной вытяжки горячего и абсолютно сухого воздуха в виде топочных газов с возможностью ее подключения как к входному патрубку первой дополнительной вытяжной камеры и транзитным проходом через вторую дополнительную вытяжную камеру, так и к входному патрубку второй дополнительной вытяжной камеры с транзитным проходом линии основной вытяжки через первую дополнительную вытяжную камеру, позволяющему системе осушительного и испарительного охлаждения осуществлять избирательный подвод к адсорбционному роторному рекуператору абсолютно сухого и влажного воздуха.