КОНДИЦИОНЕР ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА С БЕЗЖИДКОСТНЫМ РОТОРНЫМ НАГРЕВАНИЕМ И ГИБРИДНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2019 года по МПК F24F3/00 F24F7/00 F24F5/00 

Заявляемое решение относится к области кондиционеров приточного воздуха для обслуживания помещений общественных зданий в холодный и теплый периоды года. Заявляемый кондиционер обеспечивает получение приточного воздуха:

- в холодный период года с температурой t₃=20°C, влагосодержанием d₃=6,5 г/кг сух. возд. и относительной влажностью ϕ₃₌0,44;

- в теплый период года с температурой t₄=20°C, влагосодержанием d₄=7,9 г/кг сух. возд. и относительной влажностью ϕ₄=0,53.

Кондиционер содержит линию вытяжки удаляемого из помещения воздуха, имеющего:

- в холодный период года температуру на входе в кондиционер t₄=23°C и влагосодержание d₄=8,5 г/кг сух. возд;

- в теплый период года температуру на входе в кондиционер t₅=23°C и влагосодержание d₅=8,5 г/кг сух. возд

Кондиционер в холодный период года использует предварительно увлажненный удаляемый из помещения воздух, поступающий в вытяжную камеру кондиционера с температурой t₄=23°C и влагосодержанием d₄=8,5 г/кг сух. возд.

Указанные параметры удаляемого из помещения воздуха на входе в заявляемый кондиционер получаются путем изотермического увлажнения удаляемого из помещения воздуха парогенератором CAREL в камере увлажнения.

В теплый период года заявляемый кондиционер использует неувлажненный удаляемый из помещения воздух. Указанное влагосодержание удаляемого из помещения воздуха d₅=8,5 г/кг сух. возд. образуется за счет влагопоступлений в помещение в виде влаговыделений людей, находящихся в этом помещении, на величину Δ₅=8,5-7,9=0,6 г/кг сух. возд.

Приведенные параметры наружного воздуха (температура t₁, относительная влажность ϕ₁, влагосодержание d₁) в холодный и теплый периоды года соответствуют климатическим условиям при барометрическом давлении P_бар=99000 Па.

Применение в заявляемом кондиционере приточного воздуха в холодный период года удаляемого из помещения воздуха с температурой t₄=23°C и влагосодержанием d₄=8,5 г/кг сух. возд обеспечивает при кондиционировании приточного воздуха с температурой t₃=20°C и влагосодержанием d₃=6,5 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C и влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд. получение нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха.

Применение в заявляемом кондиционере приточного воздуха в теплый период года удаляемого из помещения воздуха с температурой t₅=23°C и влагосодержанием d₅=8,5 г/кг сух. возд., обеспечивает при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C и влагосодержания в диапазоне d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд. охлаждение приточного воздуха до температуры t₄=20°C и влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд. при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха.

Из источников научно-технической и патентной информации известно большое количество кондиционеров приточного воздуха. Среди них выбраны кондиционеры для обслуживания помещений общественных зданий, которые не обеспечивают в холодный период года нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха, без наличия в них гибридной линии вытяжки горячего воздуха, и в теплый период года при охлаждении приточного воздуха имеют большой диапазон перепада температур на охладителе приточного воздуха, что обеспечивает возможность их усовершенствования в направлении, указанном в формуле изобретения заявляемого решения.

Известен кондиционер приточного воздуха для помещений общественных зданий, описанный в патенте на изобретение №2668122 «Многофункциональная система кондиционирования приточного воздуха с гибридной линией вытяжки горячего воздуха», выданного по заявке на изобретение №2017146527 с приоритетом изобретения от 27 декабря 2017 г., опубликованного 26 сентября. 2018 г. в Бюл. №27. Авторы: В.Е. Воскресенский, А.М. Гримитлин.

Многофункциональная система кондиционирования приточного воздуха с гибридной линией вытяжки горячего воздуха, содержащая кондиционер, вентилятор притока наружного воздуха, основной вентилятор вытяжки удаляемого из помещения воздуха, вентилятор вытяжки горячего воздуха, кондиционер содержит приточную камеру и основную вытяжную камеру, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и дополнительным роторными каналами и размещением основного роторного канала горизонтальной промежуточной перегородки на входе наружного воздуха в кондиционер, адсорбционный роторный регенератор и роторный рекуператор-теплообменник, встроенные в роторные каналы горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, контроллер, адсорбционный роторный регенератор имеет противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из помещения воздуха, роторный теплообменник имеет линию притока наружного воздуха, приточная и основная вытяжная камеры содержат входные и выпускные патрубки, кроме этого кондиционер содержит дополнительную вытяжную камеру горячего воздуха с входным и выпускным патрубками, отличающаяся тем, что система кондиционирования приточного воздуха содержит входной воздуховод удаляемого из помещения воздуха и воздухораспределительную установку отработавшего в кондиционере удаляемого из помещения воздуха, гибридная линия вытяжки горячего воздуха содержит входной и выпускной воздуховоды, адсорбционный роторный регенератор содержит инвертор и встроен в дополнительный роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, а роторный теплообменник - в основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки, дополнительная вытяжная камера горячего воздуха размещена над горизонтальной промежуточной перегородкой кондиционера с охватом роторного теплообменника, который имеет гибридную линию вытяжки горячего воздуха, противоположно направленную линии притока наружного воздуха, при этом роторный теплообменник кондиционера обеспечивает нагревание приточного воздуха на перепад температур, образуемый между требуемой температурой приточного воздуха на входе в адсорбционный роторный регенератор и температурой наружного воздуха на входе в роторный теплообменник, воздухораспределительная установка содержит всасывающий воздуховод, основной и дополнительный вентиляторы вытяжки удаляемого из помещения воздуха, напорный воздуховод переменного сечения, содержащий по крайней мере два раздающих тройника различной пропускной способности, входной воздуховод гибридной линии вытяжки горячего воздуха выполнен с переменным сечением, содержит по крайней мере два собирающих тройника различной пропускной способности и соединен на выходе с входным патрубком дополнительной вытяжной камеры горячего воздуха кондиционера, входной воздуховод удаляемого из помещения воздуха на выходе соединен с входным патрубком основной вытяжной камеры кондиционера, всасывающий воздуховод воздухораспределительной установки соединен на входе с выпускным патрубком основной вытяжной камеры кондиционера и на выходе со всасывающим патрубком основного вентилятора вытяжки удаляемого из помещения воздуха, нагнетательный патрубок которого соединен с напорным воздуховодом воздухораспределительной установки, раздающие и собирающие тройники одинаковой пропускной способности попарно соединены между собой раздающими воздуховодами, напорный воздуховод воздухораспределительной установки на выходе соединен со всасывающим патрубком дополнительного вентилятора вытяжки удаляемого из помещения воздуха, а выпускной патрубок дополнительной вытяжной камеры кондиционера соединен с выпускным воздуховодом гибридной линии вытяжки горячего воздуха, выпускной патрубок приточной камеры кондиционера соединен воздуховодом со всасывающим патрубком вентилятора притока наружного воздуха, кроме этого система кондиционирования приточного воздуха дополнительно содержит охладитель приточного воздуха с входным и выпускным патрубками, доводчик температуры приточного и удаляемого из помещения воздуха, содержащий приточную и вытяжную камеры, разделенные между собой горизонтальной перегородкой с роторным каналом и встроенным в него роторным рекуператором-теплообменником, приточная и вытяжная камеры доводчика температуры приточного и удаляемого из помещения воздуха содержат входные и выпускные патрубки, входной воздуховод удаляемого из помещения воздуха содержит встроенные в него раздающий и собирающий тройники удаляемого из помещения воздуха, из которых раздающий тройник содержит установленные на его выходах управляемые воздушные клапаны, управляемый воздушный клапан бокового выхода раздающего тройника удаляемого из помещения воздуха соединен воздуховодом с входным патрубком вытяжной камеры доводчика температуры приточного и удаляемого из помещения воздуха, выпускной патрубок которой соединен воздуховодом с собирающим тройником удаляемого из помещения воздуха, воздуховод, соединяющий выпускной патрубок приточной камеры кондиционера со всасывающим патрубком вентилятора притока наружного воздуха, содержит встроенные в него раздающий и собирающий тройники приточного воздуха, из которых раздающий тройник соединен на выходе с входным патрубком охладителя приточного воздуха, а собирающий тройник содержит установленные на его входах управляемые воздушные клапаны, выпускной патрубок охладителя приточного воздуха соединен воздуховодом с входным патрубком приточной камеры доводчика температуры приточного и удаляемого из помещения воздуха, выпускной патрубок которой соединен с управляемым воздушным клапаном собирающего тройника приточного воздуха, при этом суммарный массовый расход удаляемого из помещения воздуха, распределяемый по раздающим воздуховодам, равен разности массовых расходов удаляемого из помещения воздуха на входе и выходе напорного воздуховода воздухораспределительной установки, а массовый расход удаляемого из помещения воздуха на выходе напорного воздуховода равен массовому расходу горячего воздуха на входе в систему кондиционирования, обеспечивающие смешение горячего и отработавшего в кондиционере удаляемого из помещения воздуха в собирающих тройниках входного воздуховода гибридной линии вытяжки горячего воздуха с получением требуемого диапазона изменения температуры смешанного воздуха на входе в дополнительную вытяжную камеру кондиционера и шестнадцатикратного увеличения его массового расхода по сравнению с массовым расходом горячего воздуха на входе в систему кондиционирования.

Несмотря на большое количество совпадающих признаков прототипа и заявляемого решения, отсутствие в прототипе отличительных признаков последнего не обеспечивает получение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей кондиционера приточного воздуха по следующим причинам.

Кондиционер приточного воздуха, принятый за прототип, имеет функциональные ограничения, которые не позволяют:

1) в холодный период года при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁=0,8 (в долях ед.), влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд. и температуре удаляемого из помещения воздуха на входе в основную вытяжную камеру кондиционера t₄=23°C, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд. получать нулевое энергопотребление на нагревание приточного воздуха в кондиционере до конечной температуры t₅=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44, влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд. без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха;

2) в теплый период года при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, относительной влажности ϕ₁=0,74 (в долях ед.), влагосодержания в диапазоне d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд. и температуре удаляемого из помещения воздуха на входе в основную вытяжную камеру кондиционера t₅=23°C, влагосодержания d₅=8,5 г/кг сух. возд. обеспечивать охлаждение приточного воздуха до конечной температуры t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53, влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C, без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха.

По п. 1 недостатков кондиционера приточного воздуха, принятого за прототип

Кондиционер приточного воздуха, принятый за прототип, содержит гибридную линию вытяжки горячего воздуха, которая обеспечивает смешение отработавшего в кондиционере удаляемого из помещения воздуха с горячим воздухом при соотношении их массовых расходов 15:1 с получением шестнадцатикратного увеличения массового расхода приточного воздуха в кондиционере по сравнению с массовым расходом горячего воздуха, имеющего при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, температуру на входе в систему кондиционирования приточного воздуха, изменяющуюся в диапазоне t₁₂=171÷83,5°C, и изменяющуюся на входе в кондиционер после смешения в диапазоне t₂₁=36÷23,5°C.

Кроме этого, горячий воздух, подаваемый на вход указанной системы кондиционирования приточного воздуха, не является выбрасываемым в атмосферу, а получается за счет нагревания наружного воздуха в рекуператоре путем рекуперации теплоты отходящих от котлоагрегатов газов и передачи этой теплоты наружному воздуху, что требует наличия дополнительного вентилятора подачи наружного воздуха в рекуператор и вызывает дополнительные энергозатраты в электроприводе указанного вентилятора, которые не позволяют назвать такое нагревание приточного воздуха энергосберегающим.

По п. 2 недостатков кондиционера приточного воздуха, принятого за прототип

Кондиционер приточного воздуха, принятый за прототип, содержит дополнительную вытяжную камеру, через которую проходит гибридная линия вытяжки горячего воздуха, а охладитель приточного воздуха установлен за пределами кондиционера. Кроме этого линия притока наружного воздуха холодного периода года в кондиционере имеет одинаковое направление с линией притока наружного воздуха теплого периода года, а линия вытяжки удаляемого из помещения воздуха холодного периода года имеет одинаковое направление с линией вытяжки удаляемого из помещения воздуха теплого периода года. В результате кондиционер обеспечивает получение в теплый период года при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=15÷30°C, влагосодержания в диапазоне d₁=8,0÷20,4 г/кг сух. возд приточного воздуха с конечной температурой t₃=20°C и влагосодержанием d₃=7,9 г/кг сух, при этом температура приточного воздуха на выходе из охладителя приточного воздуха составляет t₂₃=10,2°C, а изменение перепада температур на охладителе приточного воздуха осуществляется в диапазоне Δ_охл=3,9÷5,1°C, который может быть понижен. Изменение перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C может быть обеспечено только существенными признаками заявляемого решения.

Задача создания кондиционера приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием и гибридным охлаждением, обеспечивающим для помещений общественных зданий получение в кондиционере в холодный период года нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха без наличия гибридной линии вытяжки горячего воздуха и в теплый период года охлаждения приточного воздуха при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C без наличия гибридной линии вытяжки горячего воздуха, на осуществление которой направлено заявляемое решение, состояла в дальнейшем усовершенствовании известного кондиционера-прототипа и получении технического результата - расширение функциональных возможностей кондиционера приточного воздуха.

Расширение функциональных возможностей заявляемого кондиционера приточного воздуха предусматривает обеспечение:

- получения нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха в кондиционере в холодный период года до конечной температуры t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44 и влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд. при температуре удаляемого из помещения воздуха на входе в вытяжную камеру кондиционеров t₄=23°C, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд., при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁=0,8 и влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд. без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха,

- охлаждения приточного воздуха в кондиционере в теплый период года до конечной температуры t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53 и влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд., при температуре удаляемого из помещения воздуха t₅=23°C, влагосодержания d₅=8,5 г/кг сух возд. при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, относительной влажности ϕ₁=0,74, влагосодержания d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд., при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что кондиционер приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием и гибридным охлаждением, содержащий приточную и вытяжную камеры, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и дополнительным роторными каналами, и имеющие противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из помещения воздуха, адсорбционный роторный регенератор и роторный рекуператор-теплообменник, встроенные в роторные каналы горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, приточная и вытяжная камеры содержат входные и выпускные патрубки, отличающийся тем, что кондиционер содержит охладитель приточного воздуха, линия притока наружного воздуха теплого периода года кондиционера противоположно направлена линии притока наружного воздуха холодного периода года, а линия вытяжки удаляемого из помещения воздуха теплого периода года кондиционера противоположно направлена линии вытяжки удаляемого из помещения воздуха холодного периода года, основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера размещен на входах в кондиционер наружного воздуха холодного периода года и удаляемого из помещения воздуха теплого периода года, адсорбционный роторный регенератор встроен в дополнительный роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки, а роторный теплообменник - в основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, охладитель приточного воздуха установлен между адсорбционным роторным регенератором и роторным рекуператором-теплообменником, обеспечивающие образование в кондиционере безжидкостного роторного нагревания и гибридного охлаждения приточного воздуха - Liguidless Rotary Heating and Gybrid Cooling Inflow Air (LRHaGCIA), обеспечивающего при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁=0,8, влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд, при температуре удаляемого из помещения воздуха t₄=23°C, относительной влажности ϕ₄=0,47, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд. и нагревании приточного воздуха до конечной температуры t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44,. влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд., образование безжидкостного роторного нагревания приточного воздуха, - Liguidless Rotary Heating Inflow Air (LRHIA) и при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, относительной влажности ϕ₁=0,74, влагосодержания в диапазоне d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд, при температуре удаляемого из помещения воздуха t₅=23°C, относительной влажности ϕ₅=0,47, влагосодержании d₅=8,5 г/кг сух. возд, и охлаждении приточного воздуха до конечной температуры t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53, влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд, образование гибридного охлаждения приточного воздуха - Gybrid Cooling Inflow Air (GCIA) при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха кондиционера в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C.

Алгоритм расчета параметров наружного, приточного, удаляемого из помещения воздуха и их параметры, обеспечивающие в заявляемом кондиционере в холодный период года получение нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха до конечной температуры t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44, влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд. при температуре удаляемого из помещения воздуха t₄=23°C, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд. при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁₌0,8, влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха, приведен в табл. 1.

Алгоритм расчета параметров наружного, приточного, удаляемого из помещения воздуха, и их параметры, обеспечивающие в заявляемом кондиционере в теплый период года охлаждение приточного воздуха до конечной температуры t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53, влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд. при температуре удаляемого из помещения воздуха t₅=23°C, влагосодержании d₅=8,5 г/кг сух. возд., при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, влагосодержания в диапазоне d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд., при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха, приведен в табл. 2.

Расширение функциональных возможностей кондиционера приточного воздуха в виде обеспечения получения нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха в кондиционере в холодный период года до конечной температуры t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44 и влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд. при температуре удаляемого из помещения воздуха на входе в вытяжную камеру кондиционера t₄=23°C, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд. при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁=0,8 и влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха достигается за счет следующих преимуществ заявляемого решения.

1. В заявляемом кондиционере в холодный период года на вход в адсорбционный роторный регенератор кондиционера подается увлажненный парогенератором удаляемый из помещения воздух, имеющий температуру t₄=23°C и влагосодержание d₄=8,5 г/кг сух. возд.

При полученных на входах в адсорбционный роторный регенератор параметрах удаляемого из помещения воздуха (t₄=23°C, d₄=8,5 г/кг сух. возд.) и влагосодержании приточного воздуха (d₂=d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд.) эффективность адсорбционного роторного регенератора по передаваемой влаге, определяемая по формуле (15) табл. 1, составит и является технически достижимой величиной.

При использовании адсорбционного роторного регенератора Woods эффективность регенератора по передаваемой теплоте согласно п. 21 табл. 1 составит Полученные значения эффективности регенератора позволяют получить по формуле (17) табл. 1, требуемые значения температуры приточного воздуха на входе в адсорбционный роторный регенератор, t₂=11÷19,6°C, и по формуле (18) табл. 1, требуемые значения температуры удаляемого из помещения воздуха на выходе из адсорбционного роторного регенератора t₅=14÷22,6°C.. Поскольку в холодный период года охладитель не работает, то температура удаляемого из помещения воздуха за охладителем на входе в роторный теплообменник будет равна t₆=t₅=14÷22,6°C.

Указанное преимущество обеспечивается существенными признаками заявляемого решения.

2. В заявляемом кондиционере при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, и полученном значении температуры удаляемого из помещения воздуха на входе в роторный теплообменник t₆=14÷22,6°C не требуется наличие воздухонагревателя для дополнительного нагревания удаляемого из помещения воздуха, и не требуется наличие гибридной линии вытяжки горячего воздуха, так как диапазон изменения значений эффективности рекуперации теплоты роторным теплообменником (рекуператором №1) в заявляемом решении составляет (п. 25 табл. 1) и является технически достижимым. Отсутствие в кондиционере нагревателя удаляемого из помещения воздуха при работе роторного теплообменника с эффективностью, изменяющейся в технически достижимом диапазоне, обеспечивают получение в кондиционере нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха

Указанное преимущество обеспечивается существенными признаками заявляемого решения.

Значения параметров воздушных потоков в холодный период года по зонам заявляемого кондиционера приточного воздуха, представлены на фиг. 2

Отсутствие в заявляемом кондиционере приточного воздуха воздухонагревателя, вызывающего энергозатраты, обеспечение нагрева приточного воздуха на входе в адсорбционный роторный регенератор кондиционера до температуры t₂=11÷19,6°C за счет рекуперации рекуператором №1 теплоты удаляемого из помещения воздуха, имеющего температуру t₆=14÷22,6°C на входе в роторный теплообменник и передачи ее приточному воздуху, а также работа рекуператоров №1, №2 в технически достижимом диапазоне эффективностей рекуперации теплоты и влаги (для рекуператора №2) обеспечивает получение нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха в кондиционере в холодный период года до конечной температуры t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44, влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд. при температуре удаляемого из помещения воздуха, t₄=23°C, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд. при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁=0,8 и влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд. без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха.

Расширение функциональных возможностей кондиционера приточного воздуха в виде обеспечения охлаждения приточного воздуха в кондиционере в теплый период года до конечной температуры t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53 и влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд., при температуре удаляемого из помещения воздуха t₅=23°C, влагосодержания d₅=8,5 г/кг сух возд. при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, относительной влажности ϕ₁=0,74, влагосодержания d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд., при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C, без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха достигается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом.

1. Наличие в заявляемом кондиционере охладителя приточного воздуха и его установка между адсорбционным роторным регенератором (рекуператором №2) и роторным теплообменником (рекуператором №1) позволяет в теплый период года задавать на входе в рекуператор №1 (зона 3) следующие параметры приточного воздуха:

- влагосодержание d₃=7,9 г/кг сух. возд.

- температуру t₃=10,2°C.

Наличие в заявляемом кондиционере в теплый период года низкой температуры приточного воздуха на входе в роторный теплообменник, равной t₃=10,2°C, является важным условием для эффективного охлаждения удаляемого из помещения воздуха роторным теплообменником.

Указанное преимущество обеспечивается существенными признаками заявляемого решения.

2 В заявляемом кондиционере наружный воздух в теплый период года подается на вход адсорбционного роторного регенератора, а удаляемый из помещения воздух - на вход роторного теплообменника. Это позволяет при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, относительной влажности ϕ₁=0,74 и влагосодержания в диапазоне d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд. и принятых значениях температуры удаляемого из помещения воздуха на входе в вытяжную камеру t₅=23°C, влагосодержании d₅=8,5 г/кг сух. возд., и заданных значениях параметров приточного воздуха (d₃=7,9 г/кг сух. возд., t₃=10,2°C) на входе в роторный теплообменник получать:

- высокие значения эффективностей адсорбционного роторного регенератора по регенерации влаги, определяемые по формуле (22) табл. 2 и рекуперации теплоты, определяемые в п. 27 табл. 2

- высокое значение эффективности роторного теплообменника по рекуперации теплоты, определяемое по формуле (18) табл. 2

При этом роторный теплообменник эффективно охлаждает удаляемый из помещения воздух с температуры t₅=23°C до температуры t₆=13,2°C на входе в адсорбционный роторный регенератор, который эффективно охлаждает приточный воздух на выходе из него до температуры, изменяющейся в диапазоне t₂=13,7÷14°C, обеспечивая охлаждение приточного воздуха при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C,. определяемого в п. 29 табл. 2.

Указанное преимущество обеспечивается существенными признаками заявляемого решения

Наличие в заявляемом кондиционере линии притока наружного воздуха теплого периода, противоположно направленной линии притока наружного воздуха холодного периода года, и наличие линии вытяжки удаляемого из помещения воздуха теплого периода года, противоположно направленной линии вытяжки удаляемого из помещения воздуха холодного периода года, а также наличие в кондиционере охладителя приточного воздуха, установленного между адсорбционным роторным регенератором и роторным теплообменником, обеспечивающих возможность подачи наружного воздуха в теплый период года на вход адсорбционного роторного регенератора и удаляемого из помещения воздуха на вход роторного теплообменника, встраивание адсорбционного роторного регенератора в дополнительный роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки и роторного теплообменника в основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, и получение в результате такого направления подачи воздушных потоков и такого встраивания высоких значений эффективности адсорбционного роторного регенератора и роторного теплообменника, обеспечивающие охлаждение приточного воздуха в кондиционере в теплый период года при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха кондиционера в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C, при котором наружный воздух охлаждается в кондиционере до требуемых значений температуры приточного воздуха, относительной влажности и влагосодержания без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха.

Технический результат заявляемого изобретения обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемого кондиционера приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием и гибридным охлаждением; на фиг. 2 - вертикальный разрез заявляемого кондиционера приточного воздуха с нумерацией зон тепловлажностного состояния воздушных потоков и их параметрами по зонам в холодный период года; на фиг. 3 - вертикальный разрез заявляемого кондиционера приточного воздуха с нумерацией зон тепловлажностного состояния воздушных потоков и их параметрами по зонам в теплый период года.

На фиг. 2-3 обозначено: ЛПНВ - линия притока наружного воздуха; ЛВУВ - линия вытяжки удаляемого из помещения воздуха.

Кондиционер приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием и гибридным охлаждением, содержащий приточную 1 и вытяжную 2 камеры, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой 3 с основным 4 и дополнительным 5 роторными каналами, и имеющие противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из помещения воздуха, адсорбционный роторный регенератор 6 и роторный рекуператор-теплообменник 7, встроенные в роторные каналы 4, 5 горизонтальной промежуточной перегородки 3 кондиционера, приточная 1 и вытяжная 2 камеры содержат входные 8, 10 и выпускные 9, 11 патрубки, отличающийся тем, что кондиционер содержит охладитель приточного воздуха 12, линия притока наружного воздуха теплого периода года кондиционера противоположно направлена линии притока наружного воздуха холодного периода года, а линия вытяжки удаляемого из помещения воздуха теплого периода года кондиционера противоположно направлена линии вытяжки удаляемого из помещения воздуха холодного периода года, основной роторный канал 4 горизонтальной промежуточной перегородки 3 кондиционера размещен на входах в кондиционер наружного воздуха холодного периода года и удаляемого из помещения воздуха теплого периода года, адсорбционный роторный регенератор 6 встроен в дополнительный роторный канал 5 горизонтальной промежуточной перегородки 3, а роторный теплообменник 7 - в основной роторный канал 4 горизонтальной промежуточной перегородки 3 кондиционера, охладитель приточного воздуха 12 установлен между адсорбционным роторным регенератором 6 и роторным рекуператором-теплообменником 7, обеспечивающие образование в кондиционере безжидкостного роторного нагревания и гибридного охлаждения приточного воздуха - Liguidless Rotary Heating and Gybrid Cooling Inflow Air (LRHaGCIA), обеспечивающего при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁=0,8, влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд, при температуре удаляемого из помещения воздуха t₄=23°C, относительной влажности ϕ₄=0,47, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд. и нагревании приточного воздуха до конечной температуры t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44,. влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд., образование безжидкостного роторного нагревания приточного воздуха, - Liguidless Rotary Heating Inflow Air (LRHIA) и при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, относительной влажности ϕ₁=0,74, влагосодержания в диапазоне d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд, при температуре удаляемого из помещения воздуха t₅=23°C, относительной влажности ϕ₅=0,47, влагосодержании d₅=8,5 г/кг сух. возд, и охлаждении приточного воздуха до конечной температуры t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53 влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд, образование гибридного охлаждения приточного воздуха - Gybrid Cooling Inflow Air (GCIA) при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха 12 кондиционера в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C.

Заявляемый кондиционер приточного воздуха может работать в двух режимах.

Режим 1 кондиционирования приточного воздуха (фиг. 2), обеспечивающий получение нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха в кондиционере в теплый период года до конечной температуры приточного воздуха t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44, влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд., при температуре удаляемого из помещения воздуха t₄=23°C, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁=0,8 (в долях ед.) и влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд. без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха и реализуется посредством безжидкостного роторного нагревания.

Заявляемый кондиционер приточного воздуха в режиме 1 работает следующим образом.

Работают адсорбционный роторный регенератор 6 с инвертором в соответствии с расчетной эффективностью регенерации влаги, изменяющейся в диапазоне расчетной эффективностью рекуперации теплоты, изменяющейся в диапазоне и роторный теплообменник 7 с инвертором с расчетной эффективностью рекуперации теплоты, изменяющейся в диапазоне

Режим 2 кондиционирования приточного воздуха (фиг. 3), обеспечивающий охлаждение приточного воздуха в теплый период года до конечной температуры приточного воздуха t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53, влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд., при температуре удаляемого из помещения воздуха t₅=23°C, влагосодержании d₅=8,5 г/кг сух. возд. и изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, относительной влажности ϕ₁=0,74 (в долях ед.) и влагосодержания d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C без наличия в кондиционере гибридной линии вытяжки горячего воздуха и реализуется посредством гибридного охлаждения (роторного и в охладителе).

Заявляемый кондиционер приточного воздуха в режиме 2 работает следующим образом.

Работают адсорбционный роторный регенератор 6 с инвертором в соответствии с расчетной эффективностью регенерации влаги, изменяющейся в диапазоне расчетной эффективностью рекуперации теплоты, изменяющейся в диапазоне охладитель приточного воздуха 12 с изменением перепада температур на охладителе в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C, и роторный теплообменник 7 с расчетной эффективностью рекуперации теплоты при постоянной частоте вращения ротора.

Все изложенное, включая описание работы заявляемого кондиционера приточного воздуха, подтверждает возможность его использования в помещениях общественных зданий с получением высоких технических показателей по сравнению с известными кондиционерами приточного воздуха. Кроме того, как в источниках патентной и научно-технической информации, так и в помещениях общественных зданий такой кондиционер не встречался, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения всем критериям патентоспособности.

Перечень последовательностей

(состав кондиционера приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием и гибридным охлаждением)

1. Приточная камера кондиционера

2. Вытяжная камера кондиционера

3. Горизонтальная промежуточная перегородка кондиционера

4.Основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки

5. Дополнительный роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки

6. Адсорбционный роторный регенератор кондиционера

7. Роторный рекуператор-теплообменник кондиционера

8. Входной патрубок приточной камеры кондиционера

9. Выпускной патрубок приточной камеры кондиционера

10. Входной патрубок вытяжной камеры кондиционера

11. Выпускной патрубок вытяжной камеры кондиционера

12.. Охладитель приточного воздуха

Заявляемое решение относится к области кондиционеров приточного воздуха для обслуживания помещений общественных зданий в холодный и теплый периоды года. Технический результат - получение нулевого энергопотребления на нагревание приточного воздуха в кондиционере в холодный период года до конечной температуры t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44 и влагосодержания d₃=6,5 г/кг, охлаждения приточного воздуха в теплый период года до конечной температуры t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53 и влагосодержания d₄=7,9 г/кг. Кондиционер приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием и гибридным охлаждением, содержащий приточную и вытяжную камеры, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и дополнительным роторными каналами, и имеющие противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из помещения воздуха, адсорбционный роторный регенератор и роторный рекуператор-теплообменник, встроенные в роторные каналы горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера. Приточная и вытяжная камеры содержат входные и выпускные патрубки. Новым является то, что кондиционер содержит охладитель приточного воздуха, линия притока наружного воздуха теплого периода года кондиционера противоположно направлена линии притока наружного воздуха холодного периода года, а линия вытяжки удаляемого из помещения воздуха теплого периода года кондиционера противоположно направлена линии вытяжки удаляемого из помещения воздуха холодного периода года, основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера размещен на входах в кондиционер наружного воздуха холодного периода года и удаляемого из помещения воздуха теплого периода года, адсорбционный роторный регенератор встроен в дополнительный роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки, а роторный теплообменник - в основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, охладитель приточного воздуха установлен между адсорбционным роторным регенератором и роторным рекуператором-теплообменником, обеспечивающие образование в кондиционере безжидкостного роторного нагревания и гибридного охлаждения приточного воздуха (LRHaGCIA). 3 ил., 2 табл.

Кондиционер приточного воздуха с безжидкостным роторным нагреванием и гибридным охлаждением, содержащий приточную и вытяжную камеры, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и дополнительным роторными каналами и имеющие противоположно направленные линии притока наружного воздуха и вытяжки удаляемого из помещения воздуха, адсорбционный роторный регенератор и роторный рекуператор-теплообменник, встроенные в роторные каналы горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, приточная и вытяжная камеры содержат входные и выпускные патрубки, отличающийся тем, что кондиционер содержит охладитель приточного воздуха, линия притока наружного воздуха теплого периода года кондиционера противоположно направлена линии притока наружного воздуха холодного периода года, а линия вытяжки удаляемого из помещения воздуха теплого периода года кондиционера противоположно направлена линии вытяжки удаляемого из помещения воздуха холодного периода года, основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера размещен на входах в кондиционер наружного воздуха холодного периода года и удаляемого из помещения воздуха теплого периода года, адсорбционный роторный регенератор встроен в дополнительный роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки, а роторный теплообменник - в основной роторный канал горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера, охладитель приточного воздуха установлен между адсорбционным роторным регенератором и роторным рекуператором-теплообменником, обеспечивающие образование в кондиционере безжидкостного роторного нагревания и гибридного охлаждения приточного воздуха - Liguidless Rotary Heating and Gybrid Cooling Inflow Air (LRHaGCIA), обеспечивающего при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=(-30)÷10°C, относительной влажности ϕ₁=0,8, влагосодержания в диапазоне d₁=0,19÷6,23 г/кг сух. возд., при температуре удаляемого из помещения воздуха t₄=23°С, относительной влажности ϕ₄=0,47, влагосодержании d₄=8,5 г/кг сух. возд. и нагревании приточного воздуха до конечной температуры t₃=20°C, относительной влажности ϕ₃=0,44, влагосодержания d₃=6,5 г/кг сух. возд. образование безжидкостного роторного нагревания приточного воздуха - Liguidless Rotary Heating Inflow Air (LRHIA), и при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t₁=21÷32°C, относительной влажности ϕ₁=0,74, влагосодержания в диапазоне d₁=11,8÷22,9 г/кг сух. возд., при температуре удаляемого из помещения воздуха t₅=23°C, относительной влажности ϕ₅=0,47, влагосодержании d₅=8,5 г/кг сух. возд. и охлаждении приточного воздуха до конечной температуры t₄=20°C, относительной влажности ϕ₄=0,53, влагосодержания d₄=7,9 г/кг сух. возд. образование гибридного охлаждения приточного воздуха - Gybrid Cooling Inflow Air (GCIA) - при изменении перепада температур на охладителе приточного воздуха кондиционера в диапазоне Δ_охл=3,5÷3,8°C.