CZ17421U1 - Zařízení pro chlazení a vytápění prostorů ve stavebních objektech - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro chlazení a vytápění prostorů ve stavebních objektech. Dosavadní stav techniky

Pro zajištění komfortního prostředí administrativních budov je dlouhodobě znám a používán jako koncový prvek klimatizace ventilátorový konvektor, tak zvaný fancoil, který zajišťuje tepelnou pohodu bez nutnosti přívodu primárního čerstvého vzduchu. Vznikl souběžně jako rovnováha indukčních jednotek, kdy byla snaha nahradit tento koncový prvek klimatizace dostatečně výkonnou a flexibilní jednotkou, která by nebyla závislá na průtoku primárního vzduchu. Současně ío bylo účelem jeho zavedení zjednodušit regulaci systému na straně topné a chladicí vody, neboť do systému byl vložen pomocný ventilátor, který umožňoval větší rozpětí výkonů vlivem proudění vzduchu přes teplosměnné plochy. Topný a chladicí výkon byl tak určován bez přímé závislosti na přívodu primárního vzduchu, což znamenalo i zmenšení průřezů centrálních vertikálních rozvodů vzduchu ve výškových budovách. Ventilátorové konvektory jako koncový prvek komfortní klimatizace se v současné době používají hlavně pro klimatizaci hotelových pokojů, společenských prostorů, administrativních ploch, obchodních ploch apod., a rovněž při odvodu tepelné zátěže některých technologických provozů. Konstrukční uspořádání těchto ventilátorových konvektorů jsou popsána například v USA patentových spisech US 4527762, US 4548050, US 4856672, US 4986087, US 5042269, US 5071027, US 5113667, US 5131560, US 5152154,

US 5174467, US 5195332, US 5199276, US 5205472, US 6109044.

Z hlediska celkového konstrukčního řešení se provedení a koncepce ventilátorových konvektorů příliš neměnila, jejich vývoj se především soustředil na využití moderních technologií výroby s ohledem na sériovou výrobu, možnost zlepšené regulace, zmenšení jejich rozměrů a částečně i zvyšování účinnosti jednotlivých komponentů a snižování hlučnosti těchto jednotek, související s jejich zmenšováním a rovněž zvyšováním otáček ventilátoru. Průvodním jevem při používání a navrhování klimatizačních systémů bylo, že v těchto prostorách nebyl důsledně snižován hluk. Hluk ventilátorového konvektoru, který je především způsobován chodem ventilátoru, je nejproblematičtější „parazitující“ veličina, kterou ovlivňuje jednak provedení této jednotky, její topné i chladicí výkony a oblast použití. Hluk je obecně způsobován nevhodně konstrukčně provedeným provedením jednotky, kdy k turbulentnímu proudění dochází nesprávným návrhem lopatek oběžných kol ventilátorů, ostrými hranami ve směru proudění vzduchu apod. Dále nevhodným technickým provedením jednotky a jejího příslušenství, které vyžaduje velký celkový tlak ventilátoru. Tlakové ztráty ventilátoru jsou natolik velké, že vyžadují pro jejich překonání velkou obvodovou rychlost oběžného kola a zvýšený příkon ventilátoru. Hluk ventilátoru má obecně určitou matematickou závislost na příkonu ventilátoru a na jeho účinnosti. Obecně platí zásada, že při dobrém technologickém provedení ventilátoru je hluk tím vyšší, čím jsou větší otáčky ventilátoru. Tlaková ztráta prvků ve ventilátorovém konvektoru a jeho příslušenství, kterou musí tlak ventilátoru překonat, je ve vztahu k rychlosti proudění vzduchu tímto segmentem ve druhé mocnině. V praxi to znamená, že pokud se podaří na klíčových komponentech s velkou tlakovou ztrátou snížit rychlost proudění vzduchu o polovinu, sníží se tlaková ztráta na čtvrtinu a teoretický nutný příkon ventilátoru se sníží na 25 % původní potřeby energie. Sice hluk se v tomto poměru nesníží, protože snížení hluku bude mít logaritmickou závislost, ale přesto bude snížení hluku výrazné. Úkolem předloženého technického řešení je vytvořit zařízení pro chlazení a vytápění prostorů ve stavebních objektech se sníženou hlučností, se zjednodušenou logistikou, to je snížením počtu dílů, jejich skladových zásob, zjednodušením expedice a servisu a zvýšenou sériovostí jeho výroby.

CZ 17421 Ul

Podstata technického řešení

Technické řešení se týká zařízení pro chlazení a vytápění prostorů ve stavebních objektech, v jehož skříni, opatřené vstupem pro sání přiváděného cirkulujícího vzduchu a výfukem upraveného vzduchuje uspořádána jednotka výměníku tepla s ventilátorem, kde tento ventilátor je uspořádán na výstupní straně výměníku tepla, přičemž pod teplosměnnou plochou výměníku teplaje kondenzátní vana, a kde teplosměnná plocha výměníku teplaje na obou koncích těsněné uzavřena skříní, která je opatřena těsněným servisním víkem. Podstata technického řešení spočívá v tom, že teplosměnná plocha výměníku tepla je ve tvaru válcovitého prstencového segmentu s osou kolmou na směr proudění vodorovně přiváděného cirkulačního vzduchu, a svou neuzavřenou částí válce po celé výšce těsněné přiléhá ke svislé uzavírací stěně skříně, a kde uvnitř této válcovité teplosměnné plochy je sací ventilátor, jehož výfuk těsněné prochází svislou uzavírací stěnou skříně v místě neuzavřené části válce teplosměnné plochy výměníku tepla, a je přes difuzor napojen rozvodným potrubím na distribuční prvek vzduchu.

Na vstupu tepelně upravovaného vzduchu výměníku tepla může být osazen filtr nečistot, jehož tvar odpovídá této vstupní části výměníku tepla. Distribuční prvek je vybrán ze skupiny, zahrnující anemostat, štěrbinu, velkoplošnou vyústku.

Zařízení podle tohoto technického řešení je kompaktní a má standardizované vnější rozměry, které odpovídají stávajícím podhledovým, případně podlahovým systémům stavebních objektů, například 60 x 60 cm. Smyslem je, aby bylo dosaženo modulovosti zařízení, které umožňuje sériovost jeho výroby, zjednodušení logistiky, to je snížení počtu dílů Jejich skladových zásob, zjednodušení expedice a servisu. Další výhodou je snížení hlučnosti zařízení.

Trubka výměníku teplaje napojena na svém vstupu a na svém výstupu na čtyřtrubkový rozvod pracovního média tak, že všechny přívodní a odvodní trubky chladicího a topného pracovního média jsou jednotlivě opatřeny vzájemně spřaženými uzavíracími ventily pro zabránění současného přívodu a odvodu topného a chladicího pracovního média do výměníku tepla, za kterými jsou v přívodních trubkách topného a chladicího pracovního média ve směru do výměníku tepla jednotlivě uspořádány regulační ventily, jejichž výstupy jsou propojeny do trubky na vstupu výměníku tepla, a současně výstupy uzavíracích ventilů ve směru do výměníku tepla jsou propojeny do trubky na výstupu výměníku tepla. Regulační ventily pro regulaci průtoku topného a chladicího pracovního média jsou jednotlivě připojeny přes regulátor na prostorové čidlo teploty v klimatizovaném prostoru. Paralelně k trubce na vstupu a trubce na výstupu výměníku tepla může být připojena nejméně jedna další jednotka výměníku tepla s ventilátorem, rozvodným potrubím a distribučním prvkem vzduchu. Z hlediska regulace je výhodné, že jediným prostorovým čidlem teploty je ovládáno více jednotek zařízení v jedné místnosti o větších rozměrech nebo větší tepelnou ztrátou resp. tepelnými zisky.

Do rozvodného potrubí cirkulačního vzduchu v klimatizovaném prostoru z jednotky výměníku tepla s ventilátorem může být zaústěno potrubí přívodu čerstvého vzduchu z centrální úpravny venkovního vzduchu tak, že je napojeno ve směru proudění cirkulačního vzduchu. Vytváří se tak injekční účinek, napomáhající proudění vzduchu, není přitom snižován výkon zařízení. Ve skříni zařízení podle tohoto technického řešení mohou být uspořádány jednotlivé uzavírací ventily a regulační ventily a dále elektroinstalační prvky. To vše přispívá ke kompaktnosti zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude dále vysvětleno na konkrétním příkladu jednoho z jeho možných provedení, a to pomocí připojených výkresů a následného popisu příkladu konkrétního provedení. Na obr. 1 je v bočním pohledu v částečném svislém řezu zobrazen příklad provedení klimatizační jednotky v horizontálním mezistropním provedení, na obr. 2 je půdorysný pohled na provedení podle obr. 1. Na obr. 3 je schematicky zobrazena sestava klimatizační jednotky typu master s k ní připojenou další klimatizační jednotkou typu slavě, kde výstupy obou těchto jednotek jsou na-2CZ 17421 Ul pojeny přes jednotlivá rozvodná potrubí na odpovídající distribuční prvky, kterými jsou v daném příkladu provedení anemostaty.

K jednotce typu master je přiveden čtyřtrubkový rozvod pracovního média, na který navazuje za příslušnými uzavíracími a regulačními ventily dvoutrubkové napojení na výměník tepla jednotky typu master. Na toto dvoutrubkové napojení je paralelně připojena dvoutrubkovým rozvodem pracovního média další klimatizační jednotka typu slavě. Napojení čtyřtrubkového rozvodu pracovního média na klimatizační jednotku typu master je zobrazeno na obr. 4. Na obr. 5 je v částečném svislém řezu boční pohled a dále půdorysný pohled na distribuční prvek, tvořený v tomto příkladu provedení anemostatem.

ío Příklady provedení technického řešení

Zařízení pro chlazení a vytápění (dále jen klimatizační jednotka) sestává z velkoplošného lamelového výměníku I tepla pro průtok vzduchu o množství přibližně 400 m³/hod a čelní průtokové ploše přibližně 0,2 m². Výměník I tepla o výšce přibližně 220 až 250 mm je v třířadém provedení (může být dvou až čtyřřadý), zahrnuje tři řady měděných trubek o průměru 0,8 až 1,2 cm, na kterých jsou navlečeny od sebe odsazené obdélníkové lamely ze slitiny hliníku, které těsně přiléhají k povrchu měděných trubek. Jedna z těchto řad může být využita pro samostatné napojení na topný rozvod, zbývající řady mohou být napojeny na rozvod chladicí vody. Je společně s ventilátorem 4 uspořádán ve skříni 14 klimatizační jednotky, opatřené vstupem pro sání přiváděného cirkulujícího vzduchu a výfukem upraveného vzduchu. Ventilátor 4 je uspořádán na výstupní straně výměníku i tepla, pod teplosměnnou plochou výměníku I tepla je kondenzátní vana 2. Teplosměnná plocha výměníku 1 teplaje na obou koncích těsněné uzavřena skříní 14, která je opatřena těsněným servisním víkem 7. Teplosměnná plocha výměníku 1 teplaje ve tvaru válcovitého prstencového segmentu s osou kolmou na směr proudění vodorovně přiváděného cirkulačního vzduchu, a svou neuzavřenou částí válce po celé výšce těsněné přiléhá ke svislé uzavírací stěně skříně 14. Uvnitř této válcovité teplosměnné plochy je sací ventilátor 4, jehož výfuk těsněné prochází svislou uzavírací stěnou skříně 14 v místě neuzavřené části válce teplosměnné plochy výměníku 1 tepla, a je přes difuzor 8 napojen rozvodným potrubím 9 na distribuční prvek 10 vzduchu. Na kondenzátní vanu 2 ve tvaru prstencového segmentu, umístěného pod tvarově odpovídající teplosměnnou plochou výměníku I tepla, může navazovat doplňková kondenzátní vana, která je napojena na odvod kondenzátoru.

Na vstupu tepelně upravovaného vzduchu výměníku 1 tepla je osazen filtr 3 nečistot, jehož tvar odpovídá této vstupní části výměníku 1 tepla.

Ve vnitřním prostoru, který je vymezen tímto výměníkem I tepla v popisovaném příkladu provedení, je ve spirální skříni 5 umístěn radiální ventilátor 4, s možností přisávání vzduchu z obou stran spirální skříně 5, jedná se o tak zvaný oboustranně sací ventilátor. Alternativně může být použito diagonálního ventilátoru (není zobrazen). Oběžné kolo ventilátoru 4 je poháněno asynchronním elektrickým motorem 6 s možností vícestupňové nebo plynulé regulace otáček. Tento celek (výměník 1 tepla, ventilátor 4) je umístěn v těsněné skříni 14, tak aby nedocházelo k proudění vzduchu, který saje ventilátor 4, mimo výměníkové plochy. Spodní část skříně 14 je opatře40 na těsněným servisním víkem 7, umožňujícím údržbu a čištění ventilátoru 4 a výměníku I tepla z jeho vnitřní strany. Skříň 14 je opatřena na své horní desce úchyty pro připevnění celého zařízení k horizontální stavební konstrukci (např. stropu místnosti). Alternativně je skříň J4 uchycena spodními úchyty k podlaze stavebního objektu, v takovém případě je servisní víko 7 v horní části skříně J4.

Ventilátor 4 vyfukuje vzduch přes difuzor 8 do rozvodného potrubí 9, které přivádí vzduch k distribučnímu prvku 10, například anemostatu, štěrbině, velkoplošné vyústce. Účelem difuzoru 8 je snížení rychlosti vzduchu vystupujícího z ventilátoru 4, a tím snížení tlakové ztráty v napojeném rozvodném potrubí 9. Mezi rozvodným potrubím 9 a výstupem difuzoru 8 může být flexibilní prvek, například ohebné potrubí nebo textilní vložka, který zamezuje přenosu vibrací z uve50 děného klimatizačního zařízení resp. jednotky do rozvodného potrubí 9 o průměru 250 mm. SouCZ 17421 Ul částí difuzoru 8 je přechodový límec, umožňující snadné napojení na flexibilní prvek, případně na rozvodné potrubí 9 vhodného průřezu. Klimatizační jednotka má standardizované vnější rozměry, které odpovídají stávajícím podhledovým, případně podlahovým systémům, například 60 χ 60 cm. Smyslem je, aby bylo dosaženo modulovosti klimatizační jednotky, které umožňuje sériovost její výroby, zjednodušení logistiky, to je snížení počtu dílů, jejich skladových zásob, zjednodušení expedice a servisu.

Součástí klimatizační jednotky podle tohoto technického řešení může s výhodou být část elektrického napojení jednotky, případně i její regulace, tak zvaná elektroskříň, a dále prostor pro umístění ventilů výměníku 1 tepla. Tyto části přiléhají k difuzoru 8 na výstupu jednotky. Trubka výměníku I teplaje napojena na vstup a výstup pracovního média, např. vody, nemrznoucí směsi apod. Napojení trubky výměníku I tepla na čtyřtrubkový rozvod pracovního média je provedeno tak, že přívodní a odvodní trubky chladicího a topného média (pracovního média) jsou jednotlivě opatřeny uzavíracími ventily 11, tak aby bylo zabráněno současnému přívodu a odvodu topného a chladicího média do výměníku i tepla. Mohou být vzájemně vázány elektricky se samostatnými ovládacími členy, případně mohou být mechanicky spřaženy. Ve funkčním režimu vytápění se nejprve otevře dvoupolohový uzavírací ventil 11 na okruhu topné vody, který je spřažen s uzavíracím ventilem 11 na okruhu chladicí vody a který se současně v tomto funkčním režimu vytápění uzavře. Analogicky je tomu v opačném sledu obou těchto uzavíracích ventilů VI ve funkčním režimu chlazení.

Vlastní regulace topného a chladicího výkonu výměníku I tepla se provádí pomocí přímých resp. dvoucestných regulačních ventilů 12, opatřenými například termohlavicemi nebo servopohony, které jsou napojeny přes regulátor na prostorové čidlo 13 teploty v klimatizovaném prostoru. Regulační ventily 12 regulují průtok topného a chladicího média, který odpovídá požadované teplotě v klimatizovaném prostoru.

Jestliže chladicí médium má teplotní parametry 14°C/18°C (vstup/výstup) a topná voda 35 °C / 30 °C (vstup/výstup), bude mít klimatizační jednotka při vnitřních parametrech klimatizovaného prostoru 22 °C v zimě a 24,5 °C v létě chladicí resp. topný výkon přibližně 1,2 kW, což odpovídá např. v podmínkách běžného kancelářského prostoru velikosti 10 až 15 m² užitné plochy. V případě, že tyto kanceláře budou mít větší plochu, je nutné do tohoto prostoru umístit více klimatizačních jednotek. Z hlediska regulace je pak výhodné, aby jedním prostorovým čidlem 13. teploty bylo ovládáno více jednotek. Podle tohoto technického řešení může být jedním prostorovým čidlem 13 teploty ovládána jedna řídicí klimatizační jednotka, tak zvaný master, která je pak vybavena výše popisovanou ventilovou řadou (uzavíracími ventily 1_1 a přímými regulačními ventily 12) s tím, že za přímými regulačními ventily 12 ve směru ke klimatizační jednotce jsou na přívodu a odvodu z výměníku 1 tepla jednotlivě provedeny odbočky již na dvoutrubkovém napojení, které pak směřují na další klimatizační jednotky (slavě), paralelně napojené na jednotku typu master. V případě, že bude použito jednoho distribučního prvku 10 pro přívod čerstvého vzduchu z centrální úpravny venkovního vzduchu a cirkulačního vzduchu z klimatizační jednotky, je nutné, aby přívod venkovního vzduchu byl proveden tak, aby nesnižoval výkon klimatizační jednotky a byl přiveden ve směru proudění cirkulačního vzduchu a vytvářel tak injekční účinek, pomáhající proudění vzduchu.

Předložené technické řešení nijak nezmenšuje podlahovou plochu pronajímatelného či využitelného prostoru. Jedná se o velmi flexibilní řešení, které umožňuje vhodnou volbou distribučního prvku vytvářet po architektonické stránce různá interiérové řešení. Výhodou je rovněž menší závislost na snížení průtoku vzduchu ventilátorovým konvektorem, a tím i zmenšení topného a chladicího výkonu při zanesení filtru, dále možnost umístit přívodní element přívodu čerstvého vzduchu a cirkulačního vzduchu z ventilátorového konvektoru do jednoho prvku. Při vhodném napojení přívodu čerstvého vzduchu dochází s využitím indukčního efektu ke zvýšení průtoku vzduchu (a tím i topného a chladicího výkonu). Je zde možnost použití i pro prostory s velkou vnitřní hloubkou, kdy v případě velké hloubky prostoru a umístění více jednotek za sebou je možno docílit cílenou zónovou dodávku tepla a chladu po celé ploše.

-4CZ 17421 Ul

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (8)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro chlazení a vytápění prostorů ve stavebních objektech, v jehož skříni (14), opatřené vstupem pro sání přiváděného cirkulujícího vzduchu a výfukem upraveného vzduchuje uspořádána jednotka výměníku (1) tepla s ventilátorem (4), kde tento ventilátor (4) je uspořádán

   5 na výstupní straně výměníku (1) tepla, přičemž pod teplosměnnou plochou výměníku (1) tepla je kondenzátní vana (2), a kde teplosměnná plocha výměníku (1) teplaje na obou koncích těsněné uzavřena skříní (14), která je opatřena těsněným servisním víkem (7), vyznačující se tím, že teplosměnná plocha výměníku (1) teplaje ve tvaru válcovitého prstencového segmentu s osou kolmou na směr proudění vodorovně přiváděného cirkulačního vzduchu, a svou neuzavřelo nou částí válce po celé výšce těsněné přiléhá ke svislé uzavírací stěně skříně (14), a kde uvnitř této válcovité teplósměnné plochy je sací ventilátor (4), jehož výfuk těsněné prochází svislou uzavírací stěnou skříně (14) v místě neuzavřené části válce teplósměnné plochy výměníku (1) tepla, aje přes difuzor (8) napojen rozvodným potrubím (9) na distribuční prvek (10) vzduchu.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na vstupu tepelně upravova15 ného vzduchu výměníku (1) tepla je osazen filtr (3) nečistot, jehož tvar odpovídá této vstupní části výměníku (1) tepla.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že trubka výměníku (1) teplaje napojena na svém vstupu a na svém výstupu na čtyřtrubkový rozvod pracovního média tak, že všechny přívodní a odvodní trubky chladicího a topného pracovního média jsou jednot20 livě opatřeny vzájemně spřaženými uzavíracími ventily (11) pro zabránění současného přívodu a odvodu topného a chladicího pracovního média do výměníku (1) tepla, za kterými jsou v přívodních trubkách topného a chladicího pracovního média ve směru do výměníku (1) tepla jednotlivě uspořádány regulační ventily (12), jejichž výstupy jsou propojeny do trubky na vstupu výměníku (1) tepla, a současně výstupy uzavíracích ventilů (11) ve směru do výměníku (1) tepla jsou pro25 pojeny do trubky na výstupu výměníku (1) tepla.
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že regulační ventily (12) pro regulaci průtoku topného a chladicího pracovního média jsou jednotlivě připojeny přes regulátor na prostorové čidlo (13) teploty v klimatizovaném prostoru.
5. 5. Zařízení podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že distribuční

   30 prvek (10) je vybrán ze skupiny zahrnující anemostat, štěrbinu, velkoplošnou vyústku.
6. 6. Zařízení podle některého z nároků 3 až 5, vyznačující se tím, že paralelně k trubce na vstupu a trubce na výstupu výměníku (1) tepla je připojena nejméně jedna další jednotka výměníku (1) tepla s ventilátorem (4), rozvodným potrubím (9) a distribučním prvkem (10) vzduchu.

   35
7. 7. Zařízení podle některého z nároků laž6, vyznačující se tím, že do rozvodného potrubí (9) cirkulačního vzduchu v klimatizovaném prostoru z jednotky výměníku (1) tepla s ventilátorem (4) je zaústěno potrubí přívodu čerstvého vzduchu z centrální úpravny venkovního vzduchu tak, že je napojeno ve směru proudění cirkulačního vzduchu.
8. 8. Zařízení podle některého z nároků 3 až 7, vyznačující se tím, že v jeho skříni

   40 jsou uspořádány jednotlivé uzavírací ventily (11) a regulační ventily (12) a dále elektroinstalační prvky.