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

Изобретение относится к области кондиционеров, обслуживающих производственные помещения как металлургических комбинатов и литейных заводов, так и заводов, которые имеют заводскую котельную и агрегаты для сушки различных материалов. В кондиционерах в качестве теплоносителя используется наружный воздух, нагретый в рекуператоре отходящими дымовыми газами топок и сушильных агрегатов до температуры , необходимой при нагревании и охлаждении приточного воздуха.

Кондиционеры предназначены для обслуживания производственных помещений с высокой относительной влажностью воздуха в рабочей зоне (ϕ_{р. з.}>75%), а также производственных помещений с «нормальной» относительной влажностью (ϕ_{р. з.}=50%), в случае смешения кондиционированного воздуха, имеющего высокую относительную влажность (ϕ_к>75%) с более сухим очищенным в рукавном фильтре рециркулируемым воздухом (ϕ_{р. з.}=50%), при работе как в теплый период года в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=11÷32°C, так и в холодный период года при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=10÷(-30)°C.

Кондиционеры используют вытяжной воздух, забираемый из рабочей зоны производственного помещения:

- с температурой , относительной влажностью , и влагосодержанием сух. возд. в холодный период года;

- с температурой , относительной влажностью , и влагосодержанием сух. возд. в теплый период года.

Кондиционеры используют наружный воздух, нагретый отходящими дымовыми газами до температуры :

- в холодный период года для нагревания приточного воздуха с последующим его адиабатическим увлажнением, обеспечивающим косвенное охлаждение приточного воздуха до заданной конечной температуры;

- в теплый период года для нагревания приточного воздуха, обеспечивающего увеличенный перепад температур воздушных потоков на входах в рекуператор-охладитель и, как следствие, охлаждение приточного воздуха до заданного значения температуры, необходимой для последующего адиабатического увлажнения и дополнительного косвенного охлаждения приточного воздуха до заданной конечной температуры.

Заявляемое решение может быть использовано в различных отраслях промышленности (металлургической, литейной, мусоросжигающей, мукомольной, текстильной, табачной, целлюлозно-бумажной, фанерной, спичечной, деревообрабатывающей, химической, производства древесностружечных плит и лекарственных препаратов).

Из источников научно-технической и патентной информации известно большое количество модификаций кондиционеров. Среди них выбраны кондиционеры с осушительным и испарительным охлаждением воздуха, которые не обеспечивают нулевое энергопотребление при нагревании приточного воздуха в холодный период года, и нулевое энергопотребление при охлаждении приточного воздуха в теплый период года, 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 Интернет на сайте http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5181, принятая за прототип.

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 теплообменником. Инвертор и контроллер к электроприводу роторного рекуператора-охладителя на принципиальной схеме кондиционера не показаны. Адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха установлен на входе в роторный теплообменник, а адиабатический увлажнитель приточного воздуха - на выходе из роторного теплообменника. Роторный регенератор адсорбционного типа имеет ячейки аккумулирующей матрицы ротора, покрытые композитным материалом, в который внедрен активный Selicagel, являющийся сорбентом 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 сорбенту - его регенерацию, одновременно увлажняясь, после чего выбрасывается в атмосферу вытяжным вентиляторным блоком. Процесс нагревания и осушки приточного воздуха осуществляется при сухой эффективности рекуперации теплоты роторного рекуператора-осушителя, равной (в долях ед.).

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

- на охлаждение приточного воздуха , °C;

- на нагревание вытяжного воздуха , °C.

При этом в теплый период года

,

где - - сухая эффективность рекуперации теплоты роторного теплообменника, (в долях ед.), - температура вытяжного (удаляемого) воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя, т.е. на входе в рекуператор-охладитель, °C, , t_вх - температура приточного воздуха на входе в рекуператор-охладитель, °C, t_вх=t₂.

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°C и вытяжного воздуха t₅=25°C, 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°C и t₅=25°C получение заданных значений температуры приточного воздуха t₄=19°C и относительной влажности ϕ₄=60% на выходе из адиабатического увлажнителя (нагревание приточного воздуха в вентиляторе не учитывается).

Указанные параметры приточного воздуха (t₄=19°C и ϕ₄=60%) при заданных температурах наружного воздуха t₁=31°C и t₅=25°C вытяжного воздуха, имеющих влагосодержания d₁=11,9 и d₅=10,3 г/кг сух. возд. в статье предлагается осуществлять:

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

- вытяжного воздуха на входе в рекуператор-охладитель приточного воздуха

,

- приточного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя

,

2) при значениях сухой эффективности рекуперации теплоты 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

.

Несмотря на большое количество совпадающих признаков прототипа и заявляемого решения, отсутствие в прототипе отличительных признаков последнего не обеспечивает получение технического результата -обеспечение нулевого энергопотребления на нагревание и охлаждение приточного воздуха по следующим причинам.

1. Кондиционер-прототип имеет одну линию вытяжки с температурой вытяжного воздуха производственного помещения в холодный период года t₅=18°C и влагосодержанием d₅=6,42 г/кг сух. возд., которая требует для нагревания приточного воздуха в DEC-системе до конечной температуры t₄=15°C и его относительной влажности ϕ₄=0,868÷0,832 при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=10÷(-30)°C без замерзания адсорбционного ротора при t₁=(-30)°C наличия регенеративного воздухонагревателя вытяжного воздуха, т.е. не обеспечивает нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха в холодный период года.

2. Кондиционер-прототип имеет одну линию вытяжки с температурой вытяжного воздуха производственного помещения в теплый период года t₅=18÷24°C и влагосодержанием d₅=6,42÷9,33 г/кг сух. возд., которая требует для охлаждения приточного воздуха в DEC-системе до конечной температуры t₄=21°C и его относительной влажности ϕ₄=0,784÷0,932 при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=11÷32°C наличия регенеративного воздухонагревателя вытяжного воздуха, т.е. не обеспечивает нулевое энергопотребление на охлаждение приточного воздуха в теплый период года.

По п. 1 недостатков кондиционера-прототипа.

Необходимость наличия регенеративного воздухонагревателя в линии вытяжки кондиционера-прототипа в холодный период года обусловлена тем, что конечная температура нагретого приточного воздуха t₄=15°C, получаемая в кондиционере при температуре вытяжного воздуха t₅=18°C и наружного воздуха t₁=10÷(-30)°C обеспечивается за счет дополнительного нагревания вытяжного воздуха в регенеративном нагревателе до температуры t₈=70°C, т.е. на перепад температур .

Температура вытяжного воздуха на выходе из регенеративного нагревателя t₈=70°C также необходима в кондиционере-прототипе для устранения замерзания адсорбционного ротора при температуре наружного воздуха t₁=(-30)°C.

При t₈=70°C расчетная мощность регенеративного воздухонагревателя N_p, кВт прямо пропорциональна перепаду температур на нагревание вытяжного воздуха и массовому потоку сухого вытяжного воздуха , кг/ч.

Наличие только одной линии вытяжки в кондиционере-прототипе с ее последовательным проходом через рекуператор-охладитель и рекуператор-осушитель не позволяет при подаче в рекуператор-осушитель вытяжного воздуха с температурой t₈=70°C и влагосодержанием d₈=6,42 г/кг сух. возд. обеспечить получение конечной температуры приточного воздуха t₄=15°C и относительной влажности ϕ₄=0,868÷0,832% при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=10÷(-30)°C без применения воздухонагревателя вытяжного воздуха.

По п.2 недостатков кондиционера-прототипа.

Необходимость наличия регенеративного воздухонагревателя в линии вытяжки кондиционера-прототипа в теплый период года обусловлена тем, что конечная температура охлажденного приточного воздуха t₄=21°C, получаемая в кондиционере при температуре вытяжного воздуха t₅=18÷24°C и наружного воздуха t₁=11÷32°C обеспечивается за счет дополнительного нагревания вытяжного воздуха в регенеративном нагревателе до температуры t₈=70°C, т.е. на перепад температур .

Наличие только одной линии вытяжки в кондиционере-прототипе с ее последовательным проходом через рекуператор-охладитель и рекуператор-осушитель не позволяет при подаче в рекуператор-осушитель вытяжного воздуха с температурой t₈=70°C и влагосодержанием d₈=6,42÷9,33 г/кг сух. возд. обеспечить получение конечной температуры приточного воздуха t₄=21°C и относительной влажности ϕ₄=0,784÷0,932% при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=11÷32°C без применения воздухонагревателя вытяжного воздуха.

Задача создания кондиционера с форсированной системой осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative and Evaporative Cooling (DEC), обеспечивающей энергосберегающие режимы нагревания приточного воздуха до заданных значений температуры и относительной влажности в производственных помещениях 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 нулевого энергопотребления на нагревание и охлаждение приточного воздуха:

- на нагревание приточного воздуха в холодный период года до конечной температуры t₅=15°C и его относительной влажности ϕ₅=0,868÷0,832 при температуре вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения t₆=18°C, влагосодержании d₆=6,42 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=10÷(-30)°C без замерзания адсорбционного ротора при t₁=-30°C;

- на охлаждение приточного воздуха в теплый период года до конечной температуры t₅=21°C и его относительной влажности ϕ₅=0,784÷0,801 при температуре вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения t₆=18°C, влагосодержании d₆=6,42 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=11÷25°C без адиабатического увлажнения вытяжного воздуха;

- на охлаждение приточного воздуха в теплый период года до конечной температуры t₅=21°C и его относительной влажности ϕ₅=0,848÷0,932 при температуре вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения t₁₃=19÷24°C, влагосодержании d₁₃=6,84÷9,33 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=26÷32°C.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что кондиционер с форсированной системой осушительного и испарительного охлаждения, содержащий приточную камеру и основную вытяжную камеру удаляемого из производственного помещения воздуха, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и дополнительным окнами, охладитель приточного воздуха, выполненный в виде системы осушительного и испарительного охлаждения, состоящей из двух роторных рекуператоров - рекуператора-осушителя и рекуператора-охладителя, и адиабатического увлажнителя приточного воздуха с подводящим водопроводом деминерализованной воды, размещенного в приточной камере, управляющий контроллер, при этом рекуператор-осушитель выполнен в виде роторного регенератора адсорбционного типа, который встроен в основное окно горизонтальной промежуточной перегородки и имеет противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из производственного помещения воздуха, а рекуператор-охладитель - в виде роторного теплообменника с инвертором, который встроен в дополнительное окно горизонтальной промежуточной перегородки и имеет линию притока наружного воздуха, приточная камера содержит входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель, установленный на входе в камеру, и вентиляторный блок, основная вытяжная камера содержит верхнюю панель, входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель, установленный на входе в камеру, и вентиляторный блок, установленный на выходе из камеры, отличающийся тем, что кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами и окном, размещенным в верхней панели основной вытяжной камеры между воздухоочистителем и рекуператором-осушителем, первая дополнительная вытяжная камера размещена над верхней панелью основной вытяжной камеры и содержит верхнюю панель, входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель, размещенный на входе в камеру, роторный рекуператор-теплообменник с инвертором и вентиляторный блок, размещенный на выходе из камеры, при этом вышеупомянутый роторный рекуператор-теплообменник встроен в окно верхней панели основной вытяжной камеры, герметично установлен между горизонтальной промежуточной перегородкой кондиционера и верхней панелью первой дополнительной вытяжной камеры и имеет противоположно направленные линии вытяжки наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, и вытяжки удаляемого из производственного помещения воздуха, а вторая дополнительная вытяжная камера размещена над горизонтальной промежуточной перегородкой и разделена с основной вытяжной камерой вертикальной поперечной перегородкой, герметично установленной между рекуператором-осушителем и рекуператором-охладителем, содержит входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель и вентиляторный блок и имеет дополнительную линию вытяжки наружного воздуха, противоположно направленную линии притока, обеспечивающие форсированное охлаждение приточного воздуха при температуре наружного воздуха, изменяющейся в холодный период года в диапазоне от 10 до (-30)°C и в теплый период года в диапазоне от 11 до 25°C.

Предпочтительно, при охлаждении приточного воздуха в теплый период года при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне от 26 до 32°C, вторая дополнительная вытяжная камера снабжена адиабатическим увлажнителем вытяжного воздуха с подводящим водопроводом деминерализованной воды, который размещен между воздухоочистителем и рекуператором-охладителем камеры, входной патрубок основной вытяжной камеры и выпускной патрубок второй дополнительной вытяжной камеры снабжены управляемыми нормально закрытыми воздушными клапанами, а вертикальная поперечная перегородка кондиционера снабжена окном с установленным в нем управляемым нормально открытым воздушным клапаном, который при совместном взаимодействии с упомянутыми управляемыми воздушными клапанами основной и второй дополнительной вытяжной камер позволяет управляющему контроллеру кондиционера осуществлять подвод вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения, имеющего более низкую температуру, чем температура наружного воздуха, ко второй дополнительной вытяжной камере с его проходом через камеру и управляемый нормальной открытый воздушный клапан, установленный в окне вертикальной поперечной перегородки кондиционера, в основную вытяжную камеру и последующим проходом в ней через воздухоочиститель, роторный рекуператор-теплообменник и рекуператор-осушитель, и обеспечивающий форсированное охлаждение приточного воздуха.

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

1. Обеспечение нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха в холодный период года до конечной температуры приточного воздуха t₅=15°C и его относительной влажности ϕ₅=0,868÷0,832 при температуре вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения t₆=18°C, его влагосодержании d₆=6,42 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=10÷(-30)°C без замерзания адсорбционного ротора при f₁=(-30)°C.

2. Обеспечение нулевого энергопотребления на охлаждение приточного воздуха в теплый период года до конечной температуры приточного воздуха t₅=21°C и его относительной влажности ϕ₅=0,784÷0,801 при температуре вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения t₆=18°C, его влагосодержании d₆=6,42 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=11÷25°C без адиабатического увлажнения вытяжного воздуха.

3. Обеспечение нулевого энергопотребления на охлаждение приточного воздуха в теплый период года до конечной температуры приточного воздуха t₅=21°C и его относительной влажности ϕ₅=0,848÷0,932 при температуре вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения t₁₃=19÷24°C, его влагосодержании d₁₃=6,84÷9,33 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=26÷32°C.

Для обоснования нулевого энергопотребления в заявляемом кондиционере на нагревание и охлаждение приточного воздуха разработаны алгоритмы расчета параметров воздушных потоков с формулами для их расчета и результатами расчетов, представленных в табл. 1 и 2. Расчеты, приведенные в табл. 1 и 2, выполнены с применением температур вытяжного воздуха производственного помещения в холодный и теплый период года, характерных для деревообрабатывающих цехов металлургических комбинатов.

В табл. 1 представлены расчеты для холодного периода года (режим 1), а в табл. 2 - расчеты для теплого периода года (режимы 2, 3, 4).

В заявляемом кондиционере в качестве рекуператора-осушителя (рекуператора №1) применен адсорбционный роторный регенератор Woods, работающий без инвертора и имеющий значения эффективности рекуперации:

а) по передаваемой теплоте ;

б) по передаваемой влаге .

Приведенные значения и приняты по данным статьи: С.А. Панфилов. Woods «Два колеса - Twin Wheel лучше, чем одно», опубликованной в журнале АВОК №5, 2014 г., с. 52-54 и на сайте http:/www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5896.

На рис. 2 указанной статьи приведена принципиальная схема действующей Twin Wheel System, на которой представлены параметры приточного и вытяжного воздуха в различных зонах вентиляционной установки (температура t_i, °C, влагосодержание d_i г/кг сух. возд.; относительная влажность ϕ_i, %) при охлаждении приточного воздуха до конечной температуры t₄=15°C при температуре наружного воздуха t₁=32°C. При этом приточный и вытяжной воздух на входе и выходе из адсорбционного ротора имели следующие параметры:

а) приточный воздух на входе в адсорбционный ротор: t₁=32°C, d₁=15 г/кг сух. возд., ϕ₁=50%;

б) вытяжной воздух на входе в адсорбционный ротор: t₆=19,8°C, d₆=9,3 г/кг сух. возд., ϕ₆=64,7%;

в) приточный воздух на выходе из адсорбционного ротора: t₂=22,7°C, d₂=10,6 г/кг сух. возд., ϕ₂=61,6%.

На основании приведенных в статье С.А. Панфилова значений параметров приточного воздуха на входе и выходе из адсорбционного ротора и входе вытяжного воздуха в адсорбционный ротор были рассчитаны значения эффективностей рекуперации по передаваемой теплоте и передаваемой влаге адсорбционного ротора Woods по известным формулам.

Эффективность рекуперации адсорбционного ротора Woods по передаваемой теплоте составила

.

Эффективность рекуперации адсорбционного ротора Woods по передаваемой влаге составила

.

Полученные значения и для адсорбционного ротора были приняты для расчета параметров воздушных потоков по зонам заявляемого кондиционера, приведенных в табл. 1 и 2.

Нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха в холодный период года до конечной температуры t₅=15°C и его относительной влажности ϕ₅=0,868÷0,832 при температуре вытяжного воздуха t₆=18°C, его влагосодержании d₆=6,42 г/кг сух. возд., и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=10÷(-30)°C без замерзания адсорбционного ротора при t₁=-30°C обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом.

1. Заявляемый кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами. Вторая дополнительная вытяжная камера размещена над горизонтальной промежуточной перегородкой кондиционера и разделена с основной вытяжной камерой вертикальной поперечной перегородкой с окном, в котором установлен управляемый нормально открытый воздушный клапан, а входной патрубок основной вытяжной камеры и выпускной патрубок второй дополнительной вытяжной камеры снабжены управляемыми нормально закрытыми воздушными клапанами. Указанные конструктивные особенности заявляемого кондиционера позволяют при закрытом управляемом воздушном клапане в вертикальной поперечной перегородке и открытых управляемых воздушных клапанов во входном патрубке основной вытяжной камеры и выпускном патрубке второй дополнительной вытяжной камеры осуществлять в холодный период года подачу вытяжного воздуха производственного помещения в основную вытяжную камеру, а во вторую дополнительную вытяжную камеру подачу наружного воздуха с температурой, изменяющейся в диапазоне t₁=10÷(-30)°C (режим №1), что обеспечивает форсированное охлаждение приточного воздуха и работу рекуператора-охладителя (рекуператор №2) в диапазоне эффективности рекуперации теплоты и холода (п. 46, табл. 1), который является технически достижимым для роторного рекуператора-теплообменника

2. В заявляемом кондиционере первая дополнительная вытяжная камера наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, имеет роторный рекуператор-теплообменник (рекуператор №3), который встроен в основную вытяжную камеру вытяжного воздуха производственного помещения, имеющей на входе в рекуператор №3 температуру t₆=18°C.

Рекуператор №3 выполняет функцию регенеративного воздухонагревателя кондиционера-прототипа, рекуперирует теплоту наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами до температуры , и передает ее вытяжному воздуху, нагревая его с температуры t₆=18°C до требуемой температуры t₇=70°C на входе в рекуператор-осушитель (рекуператор №1). При указанной температуре вытяжного воздуха t₇=70°C на входе в рекуператор-осушитель будет отсутствовать замерзание адсорбционного ротора при максимальном значении отрицательной температуры наружного воздуха t₁=-30°C, так как выполняется условие , обеспечивающее устранение опасности замерзания адсорбционного ротора.

В заявляемом кондиционере при t₁=-30°C и t₇=70°C это условие имеет вид , где - температура воздушных потоков на входах в ротор, ниже которой возникает опасность замерзания ротора. Принята по данным компании Hoval, опубликованных в интернете на сайте. Справочник по проектированию, монтажу и эксплуатации. Ротационные теплообменники для рекуперации тепловой энергии в вентиляционных установках. Hoval, 27 с. hoval-rekuperaciyatepla.ru/zoolu-website/media/document/4640/.

Значения эффективности рекуперации теплоты наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами , определяемые по формуле для температуры нагретого наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне , температуры вытяжного воздуха производственного помещения на входе в роторный рекуператор №3 t₆=18°C и на его выходе t₇=70°C, составляют (п. 19, табл. 1) и являются технически достижимыми для роторного рекуператора-теплообменника.

Движение воздушных потоков в заявляемом кондиционере в холодный период года (режим №1) проиллюстрировано на фиг. 6.

Отсутствие в основной вытяжной камере заявляемого кондиционера регенеративного воздухонагревателя, вызывающего энергозатраты, обеспечение нагрева вытяжного воздуха рекуператором №3 с температуры t₆=18°C до температуры t₇=70°C за счет подачи в него наружного воздуха,

нагретого отходящими дымовыми газами, ранее выбрасывавшихся в атмосферу, и имеющих температуру , а также работ рекуператоров №1, 2, 3 в технически достижимом диапазоне эффективностей рекуперации теплоты обеспечивают нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха в холодный период года без замерзания адсорбционного ротора при температуре наружного воздуха t₁=-30°C.

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

Нулевое энергопотребление на охлаждение приточного воздуха в теплый период года до конечной температуры t₅=21°C и его относительной влажности ϕ₅=0,784÷0,801 при температуре вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения t₆=18°C, его влагосодержании d₆=6,34 г/кг сух. возд., и изменении температур наружного воздуха в диапазоне t₁=11÷25°C без адиабатического увлажнения вытяжного воздуха обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом.

1. Заявляемый кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами. Вторая дополнительная вытяжная камера размещена над горизонтальной промежуточной перегородкой кондиционера и разделена с основной вытяжной камерой вертикальной поперечной перегородкой с окном, в котором установлен управляемый воздушный клапан, а входной патрубок основной вытяжной камеры и выпускной патрубок второй дополнительной вытяжной камеры снабжены управляемыми воздушными клапанами. Указанные конструктивные особенности заявляемого кондиционера позволяют при закрытом управляемом воздушном клапане в вертикальной поперечной перегородке и открытых управляемых воздушных клапанах на входном патрубке основной вытяжной камеры и на выпускном патрубке второй дополнительной вытяжной камеры осуществлять в теплый период года при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне t₁=11÷25°C подачу вытяжного воздуха производственного помещения в основную вытяжную камеру, а во вторую дополнительную вытяжную камеру подачу наружного воздуха с температурой, изменяющейся в диапазоне t₁=11÷25°C (режим №2), что обеспечивает форсированное охлаждение приточного воздуха и работу рекуператора-охладителя (рекуператор №2) в диапазоне эффективности рекуперации теплоты и холода (п. 44, табл. 2), который является технически достижимым для роторного рекуператора-теплообменника

2. В заявляемом кондиционере первая дополнительная вытяжная камера наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами имеет роторный рекуператор-теплообменник (рекуператор №3), который встроен в основную вытяжную камеру вытяжного воздуха производственного помещения, имеющей на входе в рекуператор №3 температуру t₆=18°C.

Рекуператор №3 выполняет функцию регенеративного воздухонагревателя кондиционера-прототипа, рекуперирует теплоту наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами до температуры , и передает ее вытяжному воздуху, нагревая его с температуры t₆=18°C до требуемой температуры t₇=70°C на входе в рекуператор-осушитель (рекуператор №1).

Значения эффективности рекуперации теплоты наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами , определяемые по формуле для температуры наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами до температуры , температуры вытяжного воздуха на входе в роторный рекуператор №3 t₆=18°C и на его выходе t₇=70°C, составляют (п. 54, табл. 2) и являются технически достижимыми для роторного рекуператора-теплообменника.

Движение воздушных потоков в заявляемом кондиционере в теплый период года (режим №2) проиллюстрировано на фиг. 6.

Отсутствие в основной вытяжной камере заявляемого кондиционера регенеративного воздухонагревателя, вызывающего энергозатраты, обеспечение нагрева вытяжного воздуха рекуператором №3 с температуры t₆=18°C до температуры t₇=70°C за счет подачи в него наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, ранее выбрасывавшимися в атмосферу, и имеющих температуру , а также работа рекуператоров №1, 2, 3 в технически достижимом диапазоне эффективностей рекуперации теплоты обеспечивают нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха в теплый период года при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне t₁=11÷25°C.

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

Нулевое энергопотребление на охлаждение приточного воздуха в теплый период до конечной температуры t₅=21°C и его относительной влажности ϕ₅=0,848÷0,932 при температуре вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения t₁₃=19÷24°C, его влагосодержании d₁₃=6,84÷9,33 г/кг сух. возд., и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=26÷32°C обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом.

1. Заявляемый кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами. Конструкция первой дополнительной вытяжной камеры наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами до температуры , позволяет роторному рекуператору-теплообменнику (рекуператор №3), входящему в ее состав, и встроенному в основную камеру вытяжного воздуха, осуществлять рекуперацию теплоты наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, и передавать ее вытяжному воздуху, поступающему из производственного помещения, в основную вытяжную камеру, нагревая вытяжной воздух до заданной температуры t₇, °C на входе в рекуператор-осушитель без применения регенеративного воздухонагревателя при технически достижимых значениях эффективности рекуперации теплоты рекуператором №3, равных:

2. Наличие в вертикальной поперечной перегородке окна с установленным в нем управляемым нормально открытым воздушным клапаном, и установка на входном патрубке основной вытяжной камеры и на выпускном патрубке второй дополнительной вытяжной камеры управляемых нормально закрытых воздушных клапанов позволяет управляющему контроллеру кондиционера при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне t₁=26÷32°C, осуществлять подвод вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения, имеющего более низкую температуру t₁₃=19÷24°C, чем температура наружного воздуха t₁=26÷32°C, к входному патрубку второй дополнительной вытяжной камеры с проходом через нее и через нормально открытый управляемый воздушный клапан, установленный в окне вертикальной поперечной перегородки в основную вытяжную камеру.

Это обеспечивает при наличии адиабатического увлажнителя вытяжного воздуха во второй дополнительной вытяжной камере увлажнение вытяжного воздуха производственного помещения и, как следствие, его косвенное охлаждение до температуры t₁₄=13,8÷18,5°C (п. 12, табл. 2), что при совместной работе с рекуператором-охладителем (рекуператор №2) обеспечивает форсированное охлаждение приточного воздуха при технически достижимых значениях эффективности рекуперации холода вытяжного воздуха рекуператором №2, равных , реализуемое двумя режимами заявляемого кондиционера (режимы №3 и №4).

Режим 3 назначается при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне t₁=26÷29°C.

Режим 4 назначается при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне t₁=30÷32°C.

3. В режиме №3, движение воздушных потоков в котором представлено на фиг. 7, заявляемый кондиционер имеет возможность подавать во вторую дополнительную камеру вытяжного воздуха вместо наружного воздуха, имеющего высокие значения температуры t₁=26÷29°С, вытяжной воздух производственного помещения с более низкой температурой, изменяющейся в диапазоне t₁₃=19÷23°C, которая имеет место в помещении при указанной температуре наружного воздуха t₁=26÷29°C.

В режиме №3. Вытяжной воздух производственного помещения с температурой t₁₃=19÷23°C и влагосодержанием d₁₃=6,84÷8,77 г/кг сух. возд. поступает через входной патрубок во вторую дополнительную вытяжную камеру, проходит адиабатическое увлажнение, косвенно охлаждаясь при этом до температуры t₁₄=13,8÷17,2°C и поступает в рекуператор-охладитель (рекуператор №2).

При этом обеспечивается форсированное охлаждение приточного воздуха на необходимую величину при технически достижимых значениях эффективности рекуперации холода вытяжного воздуха рекуператора-охладителя (рекуператор №2), равных (п. 44, табл. 2).

В рекуператоре №2 вытяжной воздух нагревается с температуры t₁₄=13,8÷17,2°C до температуры t₁₅ на его выходе, определяемой по формуле , которая в соответствии с п. 45 табл. 2 составляет:

- для t₁=26°C при , t₂=59,5°C и t₁₄=13,8°C

t₁₅=13,8-0,648 (13,8-59,5)=43,3°C

- для t₁=29°C при , t₂=60,2°C и t₁₄=17,2°C

t₁₅=17,2-0,783 (17,2-60,2)=50,9°C.

После прохода через рекуператор №2 вытяжной воздух с температурой t₁₅=43,3÷50,9°C и влагосодержанием d₁₅=d₁₄=8,92÷11,1 г/кг сух. возд. перемещается из второй дополнительной вытяжной камеры через открытый управляемый воздушный клапан в вертикальной поперечной перегородке в основную вытяжную камеру на вход в рекуператор №3 в зону 6 без изменения температуры t₆=t₁₅=43,3÷50,9°C и влагосодержания d₆=d₁₅=8,92÷1,1 г/кг сух. возд.

4. В режиме №4, движение воздушных потоков в котором проиллюстрировано на фиг.7, заявляемый кондиционер имеет возможность подавать во вторую дополнительную камеру вытяжной воздух вместо наружного воздуха, имеющего высокие значения температуры t₁=30÷32°C, вытяжной воздух производственного помещения с более низкой температурой, равной t₁₃=24°C, которая поддерживается в помещении при указанной температуре наружного воздуха t₁=30÷32°C.

В режиме 4 вытяжной воздух производственного помещения с температурой t₁₃=24°C и влагосодержанием d₁₃=9,33 г/кг сух. возд. поступает через входной патрубок во вторую дополнительную вытяжную камеру, проходит адиабатическое увлажнение, косвенно охлаждаясь при этом до температуры t₁₄=18,4°C, и поступает в рекуператор-охладитель (рекуператор №2).

Режим №4 реализуется при максимальном значении эффективности рекуперации холода вытяжного воздуха рекуператором-охладителем, равным , при котором обеспечивается охлаждение приточного воздуха на максимальную величину.

В рекуператоре-охладителе вытяжной воздух нагревается с температуры t₁₄=18,4°C до температуры t₁₅, определяемой по формуле ,где t₂ - температура приточного воздуха перед рекуператором-охладителем, °C. Определяется из выражения

,

которая в соответствии с п. 43 табл. 2 составляет:

- для t₁=30°C при t₃=25°C; t₁₄=18,4 и

- для t₁=32°C при t₃=24,8°C; t₁₄=18,4 и

При этом температура вытяжного воздуха t₁₅, °C на выходе из рекуператора-охладителя в соответствии с п. 45 табл. 2 составит:

- для t₁=30°C при t₂=51,4°C; t₁₄=18,4°C и

t₁₅=18,4-0,8 (18,4-51,4)=44,8°C

- для t₁=32°C при t₂=50,4°C; t₁₄=18,4°C и

t₁₅=18,4-0,8 (18,4-501,4)=44°C

После прохода через рекуператор-охладитель вытяжной воздух с температурой t₁₅=44,8÷44,0°C и влагосодержанием d₁₅=12,0 г/кг сух. возд. перемещается из второй дополнительной вытяжной камеры через открытый воздушный клапан, установленный в окне вертикальной поперечной перегородки, в основную вытяжную камеру на вход в рекуператор №3 в зону 6 без изменения температур t₆=t₁₅=44,8÷44,0°C и влагосодержания d₆=d₁₅=12,0 г/кг сух. возд.

Режим 4 реализуется в заявляемом кондиционере при эффективности рекуперации теплоты рекуператором №3, которая определяется из выражения

,

где t₇ - температура вытяжного воздуха на выходе из рекуператора №3, °C. Определяется из выражения

которая при в соответствии с п. 49 табл. 2 составляет:

- для t₁=30°C и t₂=51,4°C

- для t₁=32°C и t₂=50,4°C

Переход в режиме №4 с температуры t₇=70°C на входе в рекуператор-осушитель, применяемой в режимах №2 и №3, на более низкую температуру t₇=58,1÷56,1°C, при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне t₁=30÷32°C, обусловлен необходимостью получения технически допустимых значений эффективности рекуперации холода рекуператором-охладителем , которые невозможно получить при температуре t₇=70°C.

Отсутствие в основной вытяжной камере заявляемого кондиционера при работе в режимах 3 и 4 регенеративного воздухонагревателя, вызывающего энергозатраты, обеспечение нагревания вытяжного воздуха рекуператором №3 до необходимой температуры t₇, °C на входе в рекуператор-осушитель за счет подачи в него наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, ранее выбрасывавшихся в атмосферу, и имеющего температуру, изменяющуюся в диапазоне , а также работа рекуператоров №1, 2, 3 в технически достижимом диапазоне эффективностей рекуперации теплоты и холода обеспечивают нулевое энергопотребление на охлаждение приточного воздуха в теплый период года при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне t₁=26÷32°C.

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

Конструкция заявляемого кондиционера с форсированной системой осушительного и испарительного охлаждения приточного воздуха проиллюстрирована чертежами на фиг. 1-7. На фиг. 1 представлена вертикальная проекция кондиционера; на фиг. 2 - вид А (на фиг. 1); на фиг. 3 - разрез А-А (на фиг. 2); на фиг. 4 - вид В (на фиг. 3); на фиг. 5 - вид С (на фиг. 3); на фиг. 6 - принципиальная схема кондиционера с нумерацией зон воздушных потоков линии притока, основной и дополнительных линий вытяжки в режимах №1 и 2; на фиг. 7 - принципиальная схема кондиционера с нумерацией зон воздушных потоков линии притока, основной и дополнительных линий вытяжки в режимах №3 и 4.

На фиг. 6 зоны 1-5 принадлежат к линии притока, зоны 6-9 - к основной линии вытяжки; зоны 10-12 - к первой дополнительной линии вытяжки, а зоны 13-16 - ко второй дополнительной линии вытяжки.

На фиг. 7 зоны 1-5 принадлежат к линии притока, зоны 10-12 - к первой дополнительной линии вытяжки, а зоны 13-15, 6-9 - к основной линии вытяжки.

На фиг. 6 и 7 линии притока и вытяжки обозначены: линия притока - Лпр, линия основной вытяжки - ЛОВ; линия первой дополнительной вытяжки - ЛДВ1, линия второй дополнительной вытяжки - ЛДВ2.

Кондиционер (фиг. 3) содержит приточную 1 и основную вытяжную 2 камеры, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой 3 с основным 4 и дополнительным 5 окнами, охладитель приточного воздуха 6, выполненный в виде форсированной системы осушительного и испарительного охлаждения, состоящей из двух роторных рекуператоров - рекуператора-осушителя 7 и рекуператора-охладителя 8, адиабатического увлажнителя приточного воздуха 9 с подводящим водопроводом деминерализованной воды 10, который размещен в приточной камере 1. При этом рекуператор-осушитель 7 выполнен в виде роторного регенератора адсорбционного типа, который встроен в основное окно 4 горизонтальной промежуточной перегородки 3 и имеет противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из производственного помещения воздуха, а рекуператор-охладитель 8 - в виде роторного теплообменника, который встроен в дополнительное окно 5 горизонтальной промежуточной перегородки 3 и имеет линию притока наружного воздуха. Приточная камера 1 имеет входной 11 и выпускной 12 патрубки, воздухоочиститель 13, установленный на входе в камеру, и вентиляторный блок 14. Вытяжная камера 2 удаляемого из производственного помещения воздуха (далее основная вытяжная камера) имеет верхнюю панель 15, входной 16 и выпускной 17 патрубки, воздухоочиститель 18, установленный на входе в камеру, и вентиляторный блок 19, установленный на выходе из камеры.

Кондиционер снабжен управляющим контроллером (на фиг. 1-7 не показан), двумя дополнительными вытяжными камерами 20 и 21 и окном 22, размещенным в верхней панели 15 основной вытяжной камеры 2. Первая дополнительная вытяжная камера 20 размещена над верхней панелью 15 основной вытяжной камеры 2 и содержит верхнюю панель 23, входной 24 и выпускной 25 патрубки, воздухоочиститель 26, размещенный на входе в камеру, роторный рекуператор-теплообменник 27 с инвертором (на фиг. 1-7 показан) и вентиляторный блок 28, размещенный на выходе из камеры. При этом вышеупомянутый роторный рекуператор-теплообменник встроен в окно 22 верхней панели 15 основной вытяжной камеры 2, герметично установлен между горизонтальной промежуточной перегородкой 3 кондиционера и верхней панелью 23 первой дополнительной вытяжной камеры 20 и имеет противоположно направленные линии вытяжки наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, и вытяжки удаляемого из производственного помещения воздуха.

Вторая дополнительная вытяжная камера 21 размещена над горизонтальной промежуточной перегородкой 3 кондиционера и разделена с основной вытяжной камерой 2 вертикальной поперечной перегородкой 29 и герметично установленной между рекуператором-осушителем 7 и рекуператором-охладителем 8, содержит входной 30 и выпускной 31 патрубки, воздухоочиститель 32 и вентиляторный блок 33, и имеет дополнительную линию вытяжки наружного воздуха, противоположно направленную линии притока. Вторая дополнительная вытяжная камера 21 обеспечивает форсированное охлаждение приточного воздуха в холодный период года и теплый период года при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне от 11 до 25°C.

При охлаждении приточного воздуха в кондиционере в теплый период года при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне t₁=26÷32°C, вторая дополнительная вытяжная камера 21 снабжена адиабатическим увлажнителем 34 вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения, с подводящим водопроводом деминерализованной воды 35, который размещен между воздухоочистителем 32 и рекуператором-охладителем 8 камеры. При этом входной патрубок 16 основной вытяжной камеры 2 и выпускной патрубок 31 второй дополнительной вытяжной камеры 21 снабжены управляемыми нормально закрытыми воздушными клапанами 36, 37, а вертикальная поперечная перегородка 29 снабжена окном 38, в котором установлен управляемый нормально открытый воздушный клапан 39, который при совместном взаимодействии с упомянутыми управляемыми воздушными клапанами 36 и 37 основной 2 и второй дополнительной вытяжной 21 камер позволяет управляющему контроллеру кондиционера (на фиг. 1-7 не показан) осуществлять подвод вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения, к входному патрубку 30 второй дополнительной вытяжной камеры 21, с его увлажнением в адиабатическом увлажнителе 34, обеспечивающим его косвенное охлаждение, и последующим проходом увлажненного вытяжного воздуха через рекуператор-охладитель 8 и нормально открытый управляемый воздушный клапан 39 в окне 38 вертикальной поперечной перегородки 29 в основную вытяжную камеру 2. Адиабатическое увлажнение вытяжного воздуха обеспечивает при совместном взаимодействии с рекуператором-охладителем 8 форсированное охлаждение приточного воздуха и работу рекуператора-охладителя 8 в технически достижимом диапазоне эффективности рекуперации холода.

Для обслуживания кондиционера в процессе его эксплуатации кондиционер снабжен тринадцатью сервисными дверями: сервисной дверью 40 для рекуператора-осушителя, сервисной дверью 41 для рекуператора-охладителя, сервисной дверью 42 для воздухоочистителя основной вытяжной камеры, сервисной дверью 43 для вентиляторного блока основной вытяжной камеры; сервисной дверью 44 для воздухоочистителя приточной камеры, сервисной дверью 45 для вентиляторного блока приточной камеры, сервисной дверью 46 для адиабатического увлажнителя приточной камеры, сервисной дверью 47 для воздухоочистителя второй дополнительной вытяжной камеры, сервисной дверью 48 для роторного рекуператора-теплообменника основной вытяжной и первой дополнительной вытяжной камеры, сервисной дверью 49 для вентиляторного блока первой дополнительной вытяжной камеры 20, сервисной дверью 50 для воздухоочистителя второй дополнительной вытяжной камеры, сервисной дверью 51 для адиабатического увлажнителя второй дополнительной вытяжной камеры, сервисной дверью 52 для вентиляторного блока второй дополнительной вытяжной камеры.

Для регионов с температурой наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне от 25 до (-30)°C, конструкция кондиционера имеет следующие особенности.

1. Вертикальная поперечная перегородка 29 выполняется глухой без отверстия 38 в ней и соответственно без управляемого воздушного клапана 39.

2. Вторая дополнительная вытяжная камера 21 выполняется без адиабатического увлажнителя 34 и подводящего водопровода деминерализованной воды 35.

3. Входной патрубок 16 основной вытяжной камеры 2 и выпускной патрубок 31 второй дополнительной вытяжной камеры 21 выполняется без управляемых воздушных клапанов 36 и 37.

Заявляемый кондиционер может работать в пяти режимах.

Режим 1. Режим кондиционирования в холодный период года с нагреванием приточного воздуха в форсированной системе осушительного и испарительного охлаждения кондиционера до конечной температуры приточного воздуха t₅=15°C и относительной влажности ϕ₅=0,868÷0,832 в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=10÷(-30)°C при температуре вытяжного воздуха производственного помещения t₆=18°C, его влагосодержания d₆=6,42 г/кг сух. возд. и температуре вытяжного наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, изменяющейся в диапазоне .

Режим 2. Режим кондиционирования в теплый период года с охлаждением приточного воздуха в форсированной системе осушительного и испарительного охлаждения кондиционера до конечной температуры приточного воздуха t₅=2°C и относительной влажности ϕ₅=0,784÷0,801 в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=11÷25°C при температуре вытяжного воздуха производственного помещения t₆=18°C и его влагосодержании d₆=6,42 г/кг сух. возд., и температуре вытяжного наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, изменяющейся в диапазоне .

Режим 3. Режим кондиционирования в теплый период года с охлаждением приточного воздуха в форсированной системе осушительного и испарительного охлаждения кондиционера до конечной температуры приточного воздуха t₅=21°C и относительной влажности ϕ₅=0,848÷0,897 в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=26÷29°C при температуре вытяжного воздуха производственного помещения t₁₃=19÷23°C, его влагосодержания d₆=6,84÷8,77 г/кг сух. возд. и температуре вытяжного наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, изменяющейся в диапазоне .

Режим 4. Режим кондиционирования в теплый период года с охлаждением приточного воздуха в форсированной системе осушительного и испарительного охлаждения кондиционера до конечной температуры приточного воздуха t₅=21°C и относительной влажности ϕ₅=0,914÷0,932 в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=30÷32°C при температуре вытяжного воздуха производственного помещения t₁₃=24°C его влагосодержания d₁₃=9,33 г/кг сух. возд. и температуре вытяжного наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, изменяющейся в диапазоне .

Режим 5. Режим ожидания.

Кондиционер в режиме 1-2 работает следующим образом. Работают четыре вентиляторных блока 14, 19, 28, 33 приточной камеры 1, основной вытяжной 2, первой 20 и второй 21 дополнительных вытяжных камер, электропривод роторного рекуператора-осушителя 7 при постоянной частоте вращения адсорбционного ротора, электроприводы роторного рекуператора-охладителя 8 и роторного рекуператора-теплообменника 27 с инверторами (на фиг. 1-7 не показаны) и адиабатический увлажнитель приточного воздуха 9 с инвертором (на фиг. 1-7 не показан), а адиабатический увлажнитель 34 вытяжного воздуха производственного помещения, установленный во второй дополнительной вытяжной камере 21, выключен. При этом открыты управляемые воздушные клапаны 36 и 37, установленные на входном патрубке 16 основной вытяжной камеры 2, выпускном патрубке 31 второй дополнительной вытяжной камеры 21, а управляемый воздушный клапан 39, установленный в окне 22 вертикальной поперечной перегородки 29 закрыт. Вентиляторные блоки 14, 19, 28, 33 работают со 100%-ной производительностью. Контроллер кондиционера управляет работой инверторов электроприводов роторного рекуператора-охладителя 8 и роторного рекуператора-теплообменника 27, которые обеспечивают расчетные значения эффективности рекуперации теплоты и при изменении температуры наружного воздуха t₁ в соответствии с номером режима в диапазоне:

- t₁=10÷(-30)°C в режиме 1;

- t₁=11÷25°C в режиме 2.

Контроллер также управляет работой инвертора адиабатического увлажнителя 9 приточной камеры 1, обеспечивающего изменение частоты вращения и производительности водяного насоса высокого давления (на фиг. 1-7 не показан) для подачи деминерализованной воды в распылительные форсунки адиабатического увлажнителя 9 при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне:

- t₁=10÷(-30)°C в режиме 1;

- t₁=11÷25°C в режиме 2.

В соответствии с формулой

, кг/ч,

где - массовый поток сухого приточного воздуха, кг/ч; - перепад влагосодержания приточного воздуха, обеспечиваемый адиабатическим увлажнителем 9 с шагом в один °C при изменении температуры наружного воздуха в диапазонах t₁=10÷(-30)°C в режиме 1 (п. 43 табл. 1) и t₁=11÷25°C в режиме 2 (п. 57 табл. 2); d₄, d₅ - влагосодержания приточного воздуха соответственно на входе и выходе из адиабатического увлажнителя, г/кг сух. возд.

Рассмотрим работу линии основной вытяжки (ЛОВ) заявляемого кондиционера в режимах 1-2 (фиг. 3 и 6).

Удаляемый из производственного помещения воздух с температурой t₆=18°C и влагосодержанием d₆=6,42 г/кг сух. возд. поступает через входной патрубок 16 основной вытяжной камеры 2 в камеру, протягивается вентиляторным блоком 19 через воздухоочиститель 18, роторный рекуператор-теплообменник 27 и рекуператор-осушитель 7, после чего через выпускной патрубок 17 выбрасывается в атмосферу. Линия основной вытяжки (ЛОВ) с зонами 6-9 в режимах 1-2 представлена на фиг. 6, а значения показателей вытяжного воздуха производственного помещения по зонам 6-9 приведены в табл.1 для режима 1, и в табл. 2 для режима 2.

Рассмотрим работу линии дополнительной вытяжки наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами (ЛДВ1) в режимах 1-2 (фиг. 3 и фиг. 6).

Наружный воздух, нагретый в рекуператоре отходящими дымовыми газами, с температурой t₁₀=120÷90°C поступает во входной патрубок 24 первой дополнительной вытяжной камеры 20 кондиционера и протягивается вентиляторным блоком 28 через воздухоочиститель 26 и роторный рекуператор-теплообменник 27, после чего выбрасывается в атмосферу.

Роторный рекуператор-теплообменник 27 рекуперирует теплоту вытяжного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, и передает ее вытяжному воздуху производственного помещения, нагревая его с температуры t₆=18°C до температуры t₇=70°C на выходе. Линия дополнительной вытяжки (ЛДВ1) представлена на фиг. 6, а значение эффективности рекуперации теплоты роторного рекуператора-теплообменника 27 (рекуператор №3) приведены в табл. 1 для режима 1 и в табл. 2 для режима 2.

Рассмотрим работу линии дополнительной вытяжки наружного воздуха (ЛДВ2) в режимах 1-2 (фиг. 3 и фиг. 6).

Наружный воздух с температурой t₁=10÷(-30)°C в режиме 1 и температурой t₁=11÷25°C в режиме 2 поступает во входной патрубок 30 второй дополнительной вытяжной камеры 21 и протягивается вентиляторным блоком 33 через воздухоочиститель 32, выключенный адиабатический увлажнитель 34, и рекуператор-охладитель 8, после которого через выпускной патрубок 31 выбрасывается в атмосферу.

Линия дополнительной вытяжки наружного воздуха (ЛДВ2) с зонами 13-16 в режимах 1-2 представлена на фиг. 6, а значения показателей вытяжного наружного воздуха по зонам 13-16 приведены в табл.1 для режима 1, и в табл.2 для режима 2.

Рассмотрим работу линии притока (ЛПр) в режимах 1-2 (фиг. 3 и фиг. 6)

Наружный воздух с температурой t₁=10÷(-30)°C в режиме 1 и температурой t₁=11÷25°C в режиме 2 поступает во входной патрубок 11 приточной камеры 1 и протягивается вентиляторным блоком 14 через воздухоочиститель 13, рекуператор-осушитель 7, рекуператор-охладитель 8, адиабатический увлажнитель 9 и подается в увлажненном виде через выпускной патрубок 12 в воздухораспределитель (на фиг. 1-7 не показан), установленный в производственном помещении.

Линия притока (ЛПр) с зонами 1-5 в режимах 1-2 представлена на фиг. 6, а значения показателей приточного воздуха по зонам 1 -5 приведены в табл.1 для режима 1, и в табл. 2 для режима 2.

Кондиционер в режиме 3-4 работает следующим образом. Работают три вентиляторных блока 14, 19, 28 приточной камеры 1, основной вытяжной 2 и первой дополнительной 20 вытяжной камер. Вентиляторный блок 33 второй дополнительной вытяжной камеры 21 выключен. Работают также электропривод роторного рекуператора-осушителя 7 при постоянной частоте вращения адсорбционного ротора, электроприводы роторного рекуператора-охладителя 8 и роторного рекуператора-теплообменника 27 с инверторами (на фиг. 1-7 не показаны), адиабатические увлажнителя приточного 9 и вытяжного 34 воздуха с инверторами (на фиг. 1-7 не показаны). При этом открыт управляемый воздушный клапан 39, установленный в окне 38 вертикальной поперечной перегородки 29.

Управляемые воздушные клапаны 36, 37, установленные на входном патрубке 16 основной вытяжной камеры 2 и выпускном 31 патрубке второй дополнительной вытяжной камеры 21, закрыты. Вентиляторные блоки 14, 19, 28 работают со 100%-ной производительностью. Контроллер кондиционера управляет работой инверторов электроприводов роторного рекуператора-охладителя 8 и роторного рекуператора-теплообменника 27, которые обеспечивают расчетные значения эффективности рекуперации теплоты и при изменении температуры наружного воздуха t₁ в соответствии с номером режима в диапазоне:

- t₁=26÷29°C в режиме 3;

- t₁=30÷32°C в режиме 4.

Контроллер также управляет работой инверторов адиабатических увлажнителей приточного 9 и вытяжного 34 воздуха производственного помещения, обеспечивающих изменение частоты вращения и производительности водяных насосов высокого давления (на фиг. 1-7 не показаны) для подачи деминерализованной воды в распылительные форсунки адиабатических увлажнителей 9 и 34 при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне:

- t₁=26÷29°C в режиме 3;

- t₁=30÷32°C в режиме 4

в соответствии с формулой:

- для адиабатического увлажнителя приточного воздуха 9:

, кг/ч,

- для адиабатического увлажнителя приточного воздуха 34:

, кг/ч,

где , - массовые потоки сухого приточного и сухого

вытяжного воздуха, кг/ч; , - перепады влагосодержания в приточной 1 и второй дополнительной вытяжной 21 камерах, г/кг сух. возд., обеспечиваемые адиабатическими увлажнителями 9 и 34, с шагом в 1°C при изменении температуры наружного воздуха в диапазонах t₁=26÷29°C в режиме 3 и t₁=30÷32°C в режиме 4 для:

- Δd^5,4(табл. 2, п. 57);

- Δd^14,13 (табл. 2, п. 17);

d₄, d₅ - влагосодержания соответственно на входе и выходе адиабатического увлажнителя приточного воздуха 9, г/кг сух. возд.; d₁₃, d₁₄ - влагосодержания соответственно на входе и выходе адиабатического увлажнителя вытяжного воздуха 34 второй дополнительной вытяжной камеры 21, г/кг сух. возд.

Рассмотрим работу линии основной вытяжки (ЛОВ) заявляемого кондиционера в режимах 3-4 (фиг. 3 и 7)

Удаляемый из производственного помещения воздух с температурой t₁=19÷23°C в режиме 3 и t₁₃=24°C в режиме 4 поступает через входной патрубок 30 второй дополнительной вытяжной камеры 21 в камеру, протягивается вентиляторным блоком 19 основной вытяжной камеры 2 через воздухоочиститель 32, адиабатический увлажнитель 34, увлажняясь в нем, рекуператор-охладитель 8 и через открытый управляемый воздушный клапан 39, установленный в окне 38 вертикальной поперечной перегородки 29, поступает в зону 6 основной вытяжной камеры 2. Затем вытяжной воздух проходит через воздухоочиститель 18, роторный рекуператор-теплообменник 27 и рекуператор-осушитель 7, после которого выбрасывается в атмосферу.

В роторном рекуператоре-теплообменнике 27 вытяжной воздух производственного помещения нагревается с температуры t₆=t₁₅=43,3÷50,9°C в режиме 3 до температуры t₇=70°C, а в режиме 4 нагревается с температуры t₆=t₁₅=44,8÷44,0°C до температуры t₇=58,1÷56,1°C.

Линия основной вытяжки (ЛОВ) в режимах 3 и 4 представлена на фиг.7.

Работа линии первой дополнительной вытяжки (ЛДВ1) и линии притока (ЛПр) осуществляется аналогично режимам 1 и 2. Линия дополнительной вытяжки (ЛДВ1) и линия притока (ЛПр) при работе в режимах 3 и 4 представлены на фиг. 7.

Кондиционер в режиме 5 (режим ожидания) не работает. При этом выключены электроприводы роторных рекуператоров 7, 8 и 27, и вентиляторные блоки 14, 19, 28 и 33, электроприводы водяных насосов высокого давления адиабатических увлажнителей 9 и 34 и закрыты управляемые воздушные клапаны 36, 37, 39, установленные на входном патрубке 16 основной вытяжной камеры, на выпускном патрубке 31 второй дополнительной вытяжной камеры, и в окне 38 вертикальной поперечной перегородки.

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.

Перечень последовательностей (состав кондиционера с форсированной системой осушительного и испарительного охлаждения)

1. Приточная камера наружного воздуха

2. Основная вытяжная камера удаляемого из производственного помещения воздуха

3. Горизонтальная промежуточная перегородка

4. Основное окно горизонтальной промежуточной перегородки

5. Дополнительное окно горизонтальной промежуточной перегородки

6. Охладитель приточного воздуха, выполненный в виде системы осушительного и испарительного охлаждения.

7. Рекуператор-осушитель

8. Рекуператор-охладитель

9. Адиабатический увлажнитель приточного воздуха

10. Подводящий водопровод деминерализованной воды для адиабатического увлажнителя приточного воздуха

11. Входной патрубок приточной камеры

12. Выпускной патрубок приточной камеры

13. Воздухоочиститель приточной камеры

14. Вентиляторный блок приточной камеры

15. Верхняя панель основной вытяжной камеры

16. Входной патрубок основной вытяжной камеры

17. Выпускной патрубок основной вытяжной камеры

18. Воздухоочиститель основной вытяжной камеры

19. Вентиляторный блок основной вытяжной камеры

20. Первая дополнительная вытяжная камера

21. Вторая дополнительная вытяжная камера

22. Окно, размещенное в верхней панели основной вытяжной камеры

23. Верхняя панель первой дополнительной вытяжной камеры

24. Входной патрубок первой дополнительной вытяжной камеры

25. Выпускной патрубок первой дополнительной вытяжной камеры

26. Воздухоочиститель первой дополнительной вытяжной камеры

27. Роторный рекуператор-теплообменник первой дополнительной вытяжной и основной вытяжной камер

28. Вентиляторный блок первой дополнительной вытяжной камеры

29. Вертикальная поперечная перегородка, разделяющая основную и вторую дополнительную вытяжную камеры

30. Входной патрубок второй дополнительной вытяжной камеры

31. Выпускной патрубок второй дополнительной вытяжной камеры

32. Воздухоочиститель второй дополнительной вытяжной камеры

33. Вентиляторный блок второй дополнительной вытяжной камеры

34. Адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения

35. Подводящий водопровод деминерализованной воды к адиабатическому увлажнителю вытяжного воздуха второй дополнительной вытяжной камеры

36. Управляемый воздушный клапан, установленный на входном патрубке основной вытяжной камеры

37. Управляемый воздушный клапан, установленный на выпускном патрубке второй дополнительной вытяжной камеры

38. Окно в вертикальной поперечной перегородке кондиционера

39. Управляемый воздушный клапан, установленный в окне вертикальной поперечной перегородки кондиционера

40. Сервисная дверь для рекуператора-осушителя

41. Сервисная дверь для рекуператора-охладителя

42. Сервисная дверь для воздухоочистителя основной вытяжной камеры

43. Сервисная дверь для вентиляторного блока основной вытяжной камеры

44. Сервисная дверь для воздухоочистителя приточной камеры

45. Сервисная дверь для вентиляторного блока приточной камеры

46. Сервисная дверь для адиабатического увлажнителя приточной камеры

47. Сервисная дверь для воздухоочистителя первой дополнительной вытяжной камеры

48. Сервисная дверь для роторного рекуператора-теплообменника основной вытяжной и первой дополнительной вытяжной камеры

49. Сервисная дверь для вентиляторного блока первой дополнительной вытяжной камеры

50. Сервисная дверь для воздухоочистителя второй дополнительной вытяжной камеры

51. Сервисная дверь для адиабатического увлажнителя второй дополнительной вытяжной камеры

52. Сервисная дверь для вентиляторного блока второй дополнительной вытяжной камеры

Изобретение относится к области кондиционеров. Кондиционер содержит приточную и вытяжную камеры, разделенные между собой горизонтальной перегородкой с основным и дополнительным окнами, охладитель приточного воздуха в виде системы осушительного испарительного охлаждения, состоящей из двух роторных рекуператоров - рекуператора-осушителя и рекуператора-охладителя, и адиабатического увлажнителя приточного воздуха, размещенного в приточной камере. Рекуператор-осушитель в виде роторного регенератора адсорбционного типа встроен в основное окно перегородки и имеет противоположно направленные линии притока и вытяжки, а рекуператор-охладитель в виде роторного теплообменника с инвертором, который встроен в дополнительное окно перегородки и имеет линию притока наружного воздуха. Приточная камера содержит входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель и вентиляторный блок. Вытяжная камера содержит входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель и вентиляторный блок. Кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами и окном, размещенным в верхней панели основной вытяжной камеры между воздухоочистителем и рекуператором-осушителем. Первая камера размещена над верхней панелью основной вытяжной камеры и содержит входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель, роторный рекуператор-теплообменник с инвертором и вентиляторный блок. Роторный рекуператор-теплообменник встроен в окно верхней панели основной вытяжной камеры, установлен между горизонтальной перегородкой кондиционера и верхней панелью первой дополнительной вытяжной камеры и имеет противоположно направленные линии вытяжки наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, и вытяжки удаляемого из помещения воздуха. Вторая камера размещена над горизонтальной промежуточной перегородкой и разделена с основной вытяжной камерой вертикальной поперечной перегородкой, установленной между рекуператором-осушителем и рекуператором-охладителем, содержит входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель и вентиляторный блок и имеет дополнительную линию вытяжки наружного воздуха, противоположно направленную линии притока. Вторая камера снабжена адиабатическим увлажнителем вытяжного воздуха с подводящим водопроводом, который размещен между воздухоочистителем и рекуператором-охладителем, входной патрубок основной вытяжной камеры и выпускной патрубок второй дополнительной вытяжной камеры снабжены управляемыми нормально закрытыми воздушными клапанами, а вертикальная поперечная перегородка кондиционера снабжена окном с управляемым нормально открытым воздушным клапаном, которые позволяют контроллеру кондиционера осуществлять подвод вытяжного воздуха, удаляемого из помещения, имеющего более низкую температуру, чем температура наружного воздуха, ко второй дополнительной вытяжной камере и нормально открытому воздушному клапану в окне вертикальной поперечной перегородки в основную вытяжную камеру. Технический результат - обеспечение нулевого энергопотребления на охлаждение и нагревание приточного воздуха. 1 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.

1. Кондиционер с форсированной системой осушительного и испарительного охлаждения, содержащий приточную камеру и основную вытяжную камеру удаляемого из производственного помещения воздуха, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и дополнительным окнами, охладитель приточного воздуха, выполненный в виде системы осушительного и испарительного охлаждения, состоящей из двух роторных рекуператоров - рекуператора-осушителя и рекуператора-охладителя, и адиабатического увлажнителя приточного воздуха с подводящим водопроводом деминерализованной воды, размещенного в приточной камере, управляющий контроллер, при этом рекуператор-осушитель выполнен в виде роторного регенератора адсорбционного типа, который встроен в основное окно горизонтальной промежуточной перегородки и имеет противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из производственного помещения воздуха, а рекуператор-охладитель - в виде роторного теплообменника с инвертором, который встроен в дополнительное окно горизонтальной промежуточной перегородки и имеет линию притока наружного воздуха, приточная камера содержит входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель, установленный на входе в камеру, и вентиляторный блок, основная вытяжная камера содержит верхнюю панель, входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель, установленный на входе в камеру, и вентиляторный блок, установленный на выходе из камеры, отличающийся тем, что кондиционер снабжен двумя дополнительными вытяжными камерами и окном, размещенным в верхней панели основной вытяжной камеры между воздухоочистителем и рекуператором-осушителем, первая дополнительная вытяжная камера размещена над верхней панелью основной вытяжной камеры и содержит верхнюю панель, входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель, размещенный на входе в камеру, роторный рекуператор-теплообменник с инвертором и вентиляторный блок, размещенный на выходе из камеры, при этом вышеупомянутый роторный рекуператор-теплообменник встроен в окно верхней панели основной вытяжной камеры, герметично установлен между горизонтальной промежуточной перегородкой кондиционера и верхней панелью первой дополнительной вытяжной камеры и имеет противоположно направленные линии вытяжки наружного воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами, и вытяжки удаляемого из производственного помещения воздуха, а вторая дополнительная вытяжная камера размещена над горизонтальной промежуточной перегородкой и разделена с основной вытяжной камерой вертикальной поперечной перегородкой, герметично установленной между рекуператором-осушителем и рекуператором-охладителем, содержит входной и выпускной патрубки, воздухоочиститель и вентиляторный блок и имеет дополнительную линию вытяжки наружного воздуха, противоположно направленную линии притока, обеспечивающие форсированное охлаждение приточного воздуха при температуре наружного воздуха, изменяющейся в холодный период года в диапазоне от 10 до (-30)°C и в теплый период года в диапазоне от 11 до 25°C.

2. Кондиционер с форсированной системой осушительного и испарительного охлаждения по п. 1, отличающийся тем, что при охлаждении приточного воздуха в теплый период года при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне от 26 до 32°C, вторая дополнительная вытяжная камера снабжена адиабатическим увлажнителем вытяжного воздуха с подводящим водопроводом деминерализованной воды, который размещен между воздухоочистителем и рекуператором-охладителем камеры, входной патрубок основной вытяжной камеры и выпускной патрубок второй дополнительной вытяжной камеры снабжены управляемыми нормально закрытыми воздушными клапанами, а вертикальная поперечная перегородка кондиционера снабжена окном с установленным в нем управляемым нормально открытым воздушным клапаном, который при совместном взаимодействии с упомянутыми управляемыми воздушными клапанами основной и второй дополнительной вытяжной камер позволяет управляющему контроллеру кондиционера осуществлять подвод вытяжного воздуха, удаляемого из производственного помещения, имеющего более низкую температуру, чем температура наружного воздуха, ко второй дополнительной вытяжной камере с его проходом через камеру и управляемый нормальной открытый воздушный клапан, установленный в окне вертикальной поперечной перегородки кондиционера, в основную вытяжную камеру и последующим проходом в ней через воздухоочиститель, роторный рекуператор-теплообменник и рекуператор-осушитель, и обеспечивающий форсированное охлаждение приточного воздуха.