RU2666507C1 - Heating and air conditioning system for building - Google Patents
Heating and air conditioning system for building Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666507C1 RU2666507C1 RU2017128193A RU2017128193A RU2666507C1 RU 2666507 C1 RU2666507 C1 RU 2666507C1 RU 2017128193 A RU2017128193 A RU 2017128193A RU 2017128193 A RU2017128193 A RU 2017128193A RU 2666507 C1 RU2666507 C1 RU 2666507C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating
- air
- building
- heat
- conditioning system
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 9
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 8
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000004794 expanded polystyrene Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 1
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Central Air Conditioning (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для эффективного отопления и кондиционирования зданий и сооружений, причем экологически чистого, энергосберегающего, в том числе автономного, с применением тепловых насосов и солнечной энергии в резко континентальных климатических условиях, включая зоны вечной мерзлоты.The invention relates to the field of heat engineering and can be used for efficient heating and conditioning of buildings and structures, and environmentally friendly, energy-saving, including stand-alone, using heat pumps and solar energy in sharply continental climatic conditions, including permafrost zones.
Известны различные топливные, геотермальные и другие источники энергии, системы отопления и кондиционирования зданий, в том числе с тепловыми насосами (ТН) [1. РейД., Макмайкл Д Тепловые насосы. М.: Энергоиздат. 1982-224 с]. На сегодня для энергосбережения наиболее эффективными считаются именно ТН. Они экологически чисто отбирают от внешних (бесплатных) источников тепла низкого потенциала (воздух, вода и др.) с температурой Т2 и передают тепло плюс энергию, затраченную на работу компрессора потребителю при температуре T1, существенно, в 2-7 раз и более снижают затраты электроэнергии на отопление и кондиционирование. Эта величина, коэффициент преобразования энергии (КОП), быстро уменьшается с увеличением разницы температур T1-T2. КОП максимален для ТН, работающих по циклу Карно: КОП=T1/(T1-T2), [1. стр. 17]. ТН можно использовать в различных вариантах совместно с солнечной энергией [1, стр. 100, п. 5.2.4]. Воздушные ТН - это кондиционеры реверсивного типа [1, стр. 88, п 4.5.1] с дефростацией (с удалением льда), использующие тепло наружного воздуха, [1, рис. 5.1], эффективны и применяются как летом для кондиционирования, так и зимой для отопления при температуре окружающей среды до минус 15 С, [1, рис. 5.3]. Для этой цели можно применять и грунтовые ТН, использующие теплообмен с грунтом [1, п. 5.2.3].There are various fuel, geothermal and other energy sources, heating and air conditioning systems of buildings, including heat pumps (VT) [1. RayD., McMichael D. Heat Pumps. M .: Energoizdat. 1982-224 s]. Today, for energy saving, it is the VT that is considered the most effective. They are environmentally friendly selected from external (free) sources of low potential heat (air, water, etc.) with a temperature of T 2 and transfer heat plus energy spent on the compressor to the consumer at a temperature of T 1 , significantly, 2-7 times or more reduce energy costs for heating and air conditioning. This value, the coefficient of energy conversion (COP), decreases rapidly with increasing temperature difference T 1 -T 2 . CPC is maximum for VT working on the Carnot cycle: CPC = T 1 / (T 1 -T 2 ), [1. p. 17]. VT can be used in various ways in conjunction with solar energy [1, p. 100, p. 5.2.4]. Air VTs are reversible type air conditioners [1, p. 88, p 4.5.1] with defrosting (with ice removal) using the heat of the outside air [1, p. 5.1], they are effective and are used both in summer for conditioning and in winter for heating at ambient temperature up to minus 15 C, [1, Fig. 5.3]. For this purpose, soil VTs using heat exchange with soil can also be used [1, p. 5.2.3].
Кондиционеры и ТН распространены в США, Германии и др. с короткой зимой и достаточно высокой наружной температурой. В России зима длительна, разница температур Т1-Т2 большая, есть зоны вечной мерзлоты, и рассмотренные аналоги ТН будут иметь повышенные затраты на отопление и кондиционирование. Поэтому в наших условиях для отопления и кондиционирования необходимо использовать дорогое оборудование большой мощности, рассчитанное на максимальные отклонения наружной температуры.Air conditioners and VT are common in the United States, Germany, etc. with a short winter and a fairly high outside temperature. In Russia, winter is long, the temperature difference T 1 -T 2 is large, there are permafrost zones, and the considered analogs of VT will have increased costs for heating and air conditioning. Therefore, in our conditions for heating and air conditioning it is necessary to use expensive equipment of high power, designed for maximum deviations of the outside temperature.
Уменьшение затрат на приобретение и эксплуатацию оборудования и энергосбережение также возможно обеспечить теплоизоляцией стен здания. В качестве прототипа принят известный [2. Патент РФ №2229573] вентилируемый фасад (ВФ), содержащий закрепленный на стене слой теплоизоляции и воздушный зазор, закрытый облицовкой. ВФ обеспечивает удаление влаги из конструкции через воздушный зазор, эффектный наружный вид зданий, а также теплоизоляцию и, соответственно, энергосбережение и пригоден для реконструкции и модернизации практически любых зданий.Reducing the costs of the acquisition and operation of equipment and energy saving is also possible to provide thermal insulation of the walls of the building. As a prototype adopted well-known [2. RF patent No. 2229573] ventilated facade (VF) containing a layer of thermal insulation fixed to the wall and an air gap covered by the lining. VF provides the removal of moisture from the structure through the air gap, the spectacular appearance of buildings, as well as thermal insulation and, accordingly, energy conservation and is suitable for reconstruction and modernization of almost any building.
Недостатками прототипа являются то, что в зазоре фактически нет вентиляции, и ВФ является просто пассивной тепловой защитой, требует высоких затрат на конструкцию толстого слоя теплоизоляции, отопление и кондиционирование. В здании необходимо использовать мощные отопительные приборы и кондиционеры, рассчитанные на максимальные отклонения наружной температуры.The disadvantages of the prototype are that there is virtually no ventilation in the gap, and the WF is just passive thermal protection, it requires high costs for the construction of a thick layer of thermal insulation, heating and air conditioning. In the building it is necessary to use powerful heating appliances and air conditioners, designed for maximum deviations of the outside temperature.
Задачами предлагаемого изобретения является создание экологически чистой, экономически эффективной, энергосберегающей, в итоге и энергонезависимой системы отопления и кондиционирования, применимой в условиях сурового климата, включая зону вечной мерзлоты.The objectives of the invention is the creation of an environmentally friendly, cost-effective, energy-saving, and ultimately non-volatile heating and air conditioning system applicable in harsh climates, including permafrost.
Поставленные задачи решаются тем, что по изобретению предлагается использовать систему отопления и кондиционирования здания, имеющую внутренние отопительные приборы, подключенные к источникам тепла и установленный на ограждающих конструкциях (крыше, чердаке и стенах) разделенный на секции ВФ, выполненный в виде закрепленных на здании с воздушными зазорами проницаемого теплоизолирующего слоя и облицовки, которые подключены воздушными каналами с вентиляторами и шиберами между собой и к блоку подготовки рабочего воздуха. В итоге система отопления и кондиционирования здания включает не только типовую схему с внутренними отопительными приборами, подключенными к источникам тепла, например, к теплотрассе, ТН, но и внешний, низкотемпературный воздушный контур, который выполнен с секциями ВФ заявляемой конструкции.The tasks are solved by the fact that according to the invention it is proposed to use a building heating and air conditioning system having internal heating devices connected to heat sources and installed on the building envelope (roof, attic and walls) divided into sections of the HF, made in the form of fixed to the building with air the gaps of the permeable insulating layer and cladding, which are connected by air channels with fans and gates to each other and to the working air preparation unit. As a result, the heating and air conditioning system of the building includes not only a typical circuit with internal heating devices connected to heat sources, for example, a heating main, VT, but also an external, low-temperature air circuit, which is made with HF sections of the claimed design.
При работе предлагаемой системы отопления и кондиционирования ВФ активно вентилируется. Рабочий воздух с требуемой температурой Тр подается из блока подготовки рабочего воздуха по воздушным каналам. Далее он нагнетается вентиляторами в воздушные зазоры, продувается через проницаемый теплоизолирующий слой, например, минераловатные плиты и далее уходит во внешнюю среду. При этом стремящиеся в помещение тепло/холод удерживаются не только за счет термического сопротивления теплоизолирующего слоя ВФ, но и "выдуваются" обратно, наружу с потоком рабочего воздуха. В итоге проницаемый теплоизолирующий слой работает не пассивно, как простая теплоизоляция, а с большей эффективностью.When the proposed heating and air conditioning system, the VF is actively ventilated. Working air with the required temperature T p is supplied from the working air preparation unit through the air channels. Then it is pumped by fans into the air gaps, blown through a permeable heat-insulating layer, for example, mineral wool plates, and then goes into the external environment. At the same time, heat / cold tending to the room is kept not only due to the thermal resistance of the WF insulating layer, but also is "blown" back out with the flow of working air. As a result, the permeable heat-insulating layer does not work passively, like a simple thermal insulation, but with greater efficiency.
Внутренняя часть теплоизолирующего слоя, воздушный зазор и прилегающий к зазору слой стен прогреваются/охлаждаются до температуры Тр рабочего воздуха. Оптимальное значение Тр зависит от времени года и выбирается в диапазоне между значениями наружной Т2 и внутренней T1 температур, причем T1 близка к комфортной Тк температуре, Т1=Tk±ΔТ. Это снижает разницу температур Тр-Т2 по сравнению с Т1-Т2. Пониженная разница температур позволяет использовать бросовое тепло, теплоту замерзания воды и тепло обратной воды теплосетей, существенно повышает КОП и эффективность применения ТН при использовании тепла низкого потенциала от грунта или наружного воздуха для подогрева рабочего воздуха зимой или охлаждения его при кондиционировании летом.The inner part of the insulating layer, the air gap and the wall layer adjacent to the gap are heated / cooled to the temperature T p of the working air. The optimal value of T p depends on the time of the year and is selected in the range between the values of external T 2 and internal T 1 temperatures, and T 1 is close to comfortable T to temperature, T 1 = T k ± ΔТ. This reduces the temperature difference T p -T 2 compared with T 1 -T 2 . The reduced temperature difference allows the use of waste heat, the freezing heat of water and the heat of return water from heating systems, significantly increases the CPC and the efficiency of using VT when using low potential heat from the ground or outside air to heat working air in winter or cool it when air conditioning in summer.
С другой стороны, внутренние приборы зимнего обогрева помещений здания также работают при гораздо меньшей, причем постоянной в отопительный сезон "наружной" температуре Тр и малой разнице температур (Т1-Тр)<(Т1-Т2). В итоге можно установить отопительные приборы, рассчитанные на небольшую разницу температур Т1-Тр и за счет этого снизить капитальные и эксплуатационные затраты на систему отопления, повысить ее экономическую эффективность. Например, в России начало и конец отопительного периода устанавливают при среднесуточной температуре наружного воздуха +8°С в течение 5 суток подряд. Соответственно, принимая, что при Tp=+8°С для комфортных условий достаточно внутреннего тепловыделения (бытовые электроприборы, люди и др.), возможно полностью исключить капитальные и эксплуатационные затраты на систему внутреннего отопления, а термостатирование здания обеспечить, например, работой ТН с подогревом рабочего воздуха всего до температуры Tp=+8°С, соответственно с высоким КОП.On the other hand, indoor winter heating devices of the building’s premises also operate at a much lower “constant” temperature T p and a small temperature difference (T 1 -T p ) <(T 1 -T 2 ) during the heating season. As a result, it is possible to install heating devices designed for a small temperature difference T 1 -T p and due to this reduce the capital and operating costs of the heating system, increase its economic efficiency. For example, in Russia, the beginning and end of the heating period is set at an average daily outdoor temperature of + 8 ° C for 5 consecutive days. Accordingly, assuming that at T p = + 8 ° C, internal heat dissipation (household appliances, people, etc.) is sufficient for comfortable conditions, it is possible to completely eliminate the capital and operating costs of the internal heating system, and provide thermostatting of the building, for example, by operating with heating of the working air only to a temperature T p = + 8 ° C, respectively, with a high COP.
Техническое решение дополнительного пункта п. 2 предлагает обогреваемые солнцем секции ВФ, прежде всего крыши и южных стен, соединить воздушными каналами с затененными секциями, причем вентиляторы предложено подключать к затененным секциям фасада зимой напорными, а летом отсасывающими патрубками. Это позволяет днем использовать поступающую солнечную энергию зимой для подогрева рабочего воздуха, а летом охлаждать освещенные стены здания более холодным рабочим воздухом экологически и экономически эффективно, без затрат энергии.The technical solution of
В дополнительных пунктах п. 3-5 уточняется источники энергии и принципы действия блока подготовки рабочего воздуха.In additional paragraphs of paragraphs 3-5, the sources of energy and the principles of operation of the working air preparation unit are specified.
При использовании тепла обратной воды п. 3, блок подготовки рабочего воздуха предложено выполнять в виде подключенного к трубопроводу обратной воды теплосети подогревающего воздух теплообменника, например, калорифера. При этом благодаря малой температуре Тр возможно глубоко охладить обратную воду в теплосети, ниже 20-25°С (t2=20-25°С), и за счет этого существенно увеличить мощность тепловых сетей. Например, при переходе типичного от температурного графика t1/t2=115/70°С, Δt12=45°С к температурному графику со снижением температуры обратной воды имеем t1/t2=115/25°С в два раза больший теплосъем Δt12=90°С и соответственно двукратное повышение мощности теплосети. Кроме того, низкая температура t2=20-25°С позволяет переводить газовые котлы тепловой сети в конденсационный режим работы с повышением их экономичности на 10-15%. В итоге технические решения п. 3 существенно экономят топливо, снижают вредные выбросы и эксплуатационные расходы, а при подогреве рабочего воздуха до температуры Tp=+8°С не потребуется установка отопительных приборов.When using the return water heat of
Отметим, что в странах ЕС требования снижения температуры обратной воды не выше t2=35°C и применения конденсационных котлов в системах отопления на газе устанавливаются на законодательном уровне.It should be noted that in the EU countries the requirements for reducing the return water temperature not higher than t 2 = 35 ° C and the use of condensing boilers in gas heating systems are established at the legislative level.
Снижение температуры рабочего воздуха Тр по сравнению с комнатной температурой позволяет выполнить блок подготовки в виде подогревающего воздух теплообменника грунтового ТН, п. 4, работающего с высоким КОП. Это снижает потребление электроэнергии, экологическое воздействие и стоимость ТН, причем ТН в жаркий летний период может использоваться для охлаждения. При подогреве рабочего воздуха до температуры Тр=+8°С вообще не требуется установка отопительных приборов.Lowering the temperature of the working air T p compared with room temperature allows the preparation unit to be made in the form of an air heat exchanger of a soil heat pump, item 4, operating with a high COP. This reduces energy consumption, environmental impact and the cost of VT, and VT in the hot summer period can be used for cooling. When heating the working air to a temperature of T p = + 8 ° C, installation of heating devices is not required at all.
Выполнение блока подготовки рабочего воздуха в виде осадительной камеры с разбрызгивателями воды и устройствами удаления воды, льда и снега, п. 5 и 6, дают наибольшие экономический и экологический эффекты, так как здесь подогрев воздуха зимой от наружного значения Тн=-10°С÷-50°С до температуры 0°С и его охлаждение летом осуществляются бесплатно, за счет теплоты фазового перехода замерзания/испарения воды.The implementation of the working air preparation unit in the form of a precipitation chamber with water sprinklers and water, ice and snow removal devices, p. 5 and 6, gives the greatest economic and environmental effects, since here air heating in winter from the outside value Тн = -10 ° С ÷ -50 ° С to a temperature of 0 ° С and its cooling in summer is free of charge, due to the heat of the phase transition of freezing / evaporation of water.
Важно, что применение осадительной камеры с разбрызгивателями воды обеспечивает повсеместно доступный, включая зоны вечной мерзлоты, источник тепла низкого потенциала - воздух с температурой 0°С. Выделяющуюся теплоту замерзания предложено использовать для обогрева помещений и рабочего воздуха с помощью ТН, согласно п. 6. Тепло отбирается кондиционерами и/или ТН из тракта рециркуляции рабочего воздуха и передается поступающему в ВФ рабочему воздуху от подогревателей рабочего воздуха в воздушных каналах и при подогреве рабочего воздуха от 0°С до Tp=+8°С отопление зимой возможно без отопительных приборов. Предлагаемое соединение секций ВФ и блока подготовки рабочего воздуха в контуры циркуляции, п. 6, повысит надежность и обеспечит работу системы при заполнении пор в проницаемом теплоизолирующем слое льдом и снегом.It is important that the use of a precipitation chamber with water sprinklers provides a universally accessible, including permafrost zone, low potential heat source - air with a temperature of 0 ° С. It is proposed to use the released freezing heat for heating rooms and working air using VT, according to
Зимой, если используется осадительная камера, рабочий воздух влажный, и в проницаемом теплоизолирующем слое возможно замерзание льда и снега. Для обеспечения надежной работы предлагается выполнить его в виде способной расширяться от намерзающего в слое снега и льда засыпки из частиц, п. 7, либо в виде уложенных стопкой листов и/или нитей, п. 8, изготовленных из материалов с низкой теплопроводностью. При этом дополнительно предлагается соединить слой с системами механического встряхивания и импульсной продувки с целью разрушения и удаления появляющегося в слое снега и льда за счет периодического воздействия на них. Кроме того, для периодического удаления из слоя снега и льда дополнительно предлагается, п. 9, в воздушных каналах установить и периодически включать подогреватели рабочего воздуха, подключенные к трубопроводу обратной воды теплосети и/или к ТН. В итоге технические решения п. 7-9 обеспечивают удаление снега и льда и надежную работу проницаемого теплоизолирующего слоя на влажном рабочем воздухе от повсеместно доступного, бесплатного источника тепла низкого потенциала - тепла замерзания воды.In winter, if a precipitation chamber is used, the working air is humid, and ice and snow may freeze in the permeable heat-insulating layer. To ensure reliable operation, it is proposed to perform it in the form of expanding from a particle-freezing bed of snow, ice, p. 7, or in the form of stacked sheets and / or threads, p. 8, made of materials with low thermal conductivity. In addition, it is proposed to connect the layer with mechanical shaking and pulse blowing systems in order to destroy and remove snow and ice that appears in the layer due to periodic exposure to them. In addition, for the periodic removal of snow and ice from the layer, it is additionally proposed,
Схемы п. 3-6 обеспечивают энергосбережение и минимизацию потребления электроэнергии, особенно 5 и 6. Поэтому в п. 10 предложено повсеместно, включая зоны вечной мерзлоты, создавать энергонезависимые здания с использованием солнечных коллекторов и батарей, подключенных соответственно к внутренним отопительным приборам и системе электроснабжения.Schemes of p. 3-6 provide energy saving and minimize energy consumption, especially 5 and 6. Therefore, in p. 10 it is proposed everywhere, including permafrost zones, to create non-volatile buildings using solar collectors and batteries connected respectively to internal heating devices and the power supply system .
Сущность изобретения поясняется на чертежах. На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемой системы отопления и кондиционирования здания. На фиг. 2 представлен ее вариант при выполнении блока подготовки рабочего воздуха в виде осадительной камеры. На фиг. 3 приведены разрезы предлагаемых вариантов исполнения ВФ.The invention is illustrated in the drawings. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed heating and air conditioning system of the building. In FIG. 2 presents its option when performing the block preparing the working air in the form of a precipitation chamber. In FIG. 3 shows sections of the proposed options for the implementation of the WF.
Система отопления и кондиционирования здания, фиг. 1, имеет блок 1 подготовки рабочего воздуха, который с одной стороны соединен воздухораспределителем 2 с атмосферой, а с другой стороны подключен воздушными каналами 3 с установленными в них вентиляторами 4 и шиберами 5 к закрепленным на ограждающих конструкциях, крыше и стенах здания секциям 6-9 ВФ. Секции 6-9 ВФ также соединены и между собой воздушными каналами 10 с установленными в них вентиляторами 11 и шиберами 5. В помещениях здания расположены отопительные приборы 12, которые подключены к тепловой сети с прямым 13 и обратным 14 трубопроводами и/или к солнечному коллектору (нагревателю) 15. В качестве отопительных приборов 12 могут использоваться фенкойлы, которые подключены к грунтовому ТН 16 с расположенным в грунте 17 теплообменником 18 или к кондиционерам 19 с внешними теплообменниками 20. Фенкойлы 12 могут поддерживать комфортную температуру и не только обогревать, но могут и охлаждать помещения летом. Для привода двигателей вентиляторов 4 и 11, ТН 16 и кондиционеров 19 на освещаемых фасадах устанавливаются солнечные панели 21 с блоком электроснабжения здания.The heating and air conditioning system of the building, FIG. 1, has a working
Блок 1 подготовки рабочего воздуха имеет подогревающий воздух теплообменник 22 и служит для подогрева зимой или охлаждения летом входящего через воздухораспределитель 2 внешнего воздуха. Теплообменник 22 по другой стороне может быть подключен сетевым насосом 23 к обратному трубопроводу 14 тепловой сети или к грунтовому ТН 16.The working
Кроме того, блок 1 предлагается выполнить, фиг. 2, в виде осадительной камеры 24 с разбрызгивателями воды 25, устройством 26 удаления воды, льда, снега и трактом 27 рециркуляции. Зимой осадительная камера 24 служит для подогрева рабочего воздуха от наружной температуры T2=-10°С÷-50°С до Tp=0°С, а летом охлаждает воздух за счет бесплатных источников тепла - замерзания/испарения воды экологически чисто и экономично. Дополнительно теплота фазовых переходов используется и для переноса энергии ТН и/или кондиционерами 19 реверсивного типа с передачей ее от дополнительных подогревателей 28 для подогрева рабочего воздуха, фенкойлам и отопительным приборам 12 благодаря установке их внешних теплообменников 20 в тракте 27 рециркуляции рабочего воздуха, фиг. 2.In addition,
Конструкция секций 6-9 ВФ выполняется на основе проницаемого для воздуха теплоизолирующего слоя 29, закрепленного на ограждающих конструкциях 30, стенах и крыше здания креплениями 31 с зазором 32, фиг. 3, и может иметь различное исполнение. Снаружи проницаемый теплоизолирующий слой 29 закрыт непроницаемой для влаги облицовкой 33, черепицей и др., установленными, возможно, с зазором 34 и может выполняться из проницаемых теплоизоляционных материалов, например, в виде:The design of sections 6-9 of the WF is based on an air-permeable heat-insulating
- засыпки 35 шариков из вспученного вермикулита, керамзита и др;- filling 35 balls of expanded vermiculite, expanded clay, etc.
- слоя теплоизоляции с порами типа минераловатных плит 36;- a layer of thermal insulation with pores such as
- уложенных с наклоном в наружную сторону листов и/или нитей 37, что позволяет слою расширяться при образовании в нем отложений 38 льда;- laid with the slope to the outside of the sheets and / or
- пакетов пористых листов 39 вспененного полистирола.- packages of
Для очистки пор проницаемого теплоизолирующего слоя 29 от отложений в них льда и снега в секциях 6-9 ВФ установлены приборы механического встряхивания 40, вибраторы, связанные с основанием 41 теплоизолирующего слоя 29, и приборы импульсной продувки 42, которые соединены трубками 43 с зазорами 32 через быстродействующие клапаны 44. Секции 6-9 ВФ могут быть соединены с блоком 1 подготовки рабочего воздуха не только воздушными каналами 3, но и обратными воздуховодами 45 с образованием контуров циркуляции. Это обеспечит циркуляцию воздуха через зазор 32, некоторый внешний подогрев здания и работу ВФ в аварийном режиме даже при заполнении пор в слое 29 льдом и снегом.To clean the pores of the permeable heat-insulating
Работа системы. Система отопления и кондиционирования здания, фиг. 1, работает периодически: при наружной температуре Т2<+8°С включается зимой, а летом для кондиционирования при температуре примерно T2>+20-25°С и не функционирует при наружной температуре Т2 в диапазоне +20-25°С÷+8°С. При работе системы атмосферный воздух через воздухораспределитель 2 поступает в блок 1 подготовки рабочего воздуха, там подогревается или охлаждается и вентиляторами 4 нагнетается по воздушным каналам 3 в секции 6-9 ВФ с расходом, который регулируется шиберами 5.System operation. The heating and air conditioning system of the building, FIG. 1, it works periodically: at an external temperature of T 2 <+ 8 ° C it turns on in the winter, and in summer for conditioning at a temperature of approximately T 2 > + 20-25 ° C and does not function at an external temperature of T 2 in the range + 20-25 ° C ÷ + 8 ° С. During the operation of the system, atmospheric air through the
Секции 6-9 активно вентилируются. Рабочий воздух с требуемой температурой Тр нагнетается из зазора 32 и уходит через проницаемый теплоизолирующий слой 29, фиг. 3, во внешнюю среду. В итоге, стремящееся в помещение тепло/холод удерживается не только за счет термического сопротивления теплоизолирующего слоя ВФ, но и "выдувается" обратно, наружу с потоком рабочего воздуха, который уходит через этот слой, обеспечивая термостатирование - внутренняя часть теплоизолирующего слоя 29, зазор 32 и прилегающий к зазору слой стен 30 прогреваются/охлаждаются до температуры Тр рабочего воздуха.Sections 6-9 are actively ventilated. Working air with the required temperature T p is pumped out of the
При поддержании в зазоре 32 температуры рабочего воздуха Тр на уровне не ниже +8°С зимой и не выше +20-25°С летом при любой наружной температуре Т2 возможно обойтись вообще без применения в помещениях здания приборов отопления 12 и/или кондиционеров 19 с фенкойлами 12. При больших отклонениях температуры рабочего воздуха, например, Tp≈0°С зимой и примерно Tp>25°С летом, помещения подогревают/охлаждают с помощью приборов 12, подключенных к кондиционерам 19, ТН 16, солнечным коллекторам 15 или трубопроводам 13 и 14 тепловой сети.When maintaining a gap of 32, the temperature of the working air T r is at least + 8 ° C in winter and no higher than + 20-25 ° C in summer at any outdoor temperature T 2, it is possible to do without using
Благодаря применению предлагаемой системы с ВФ, работающей на новых принципах, зона промерзания вытесняется из массива ограждающих стен 30 здания. Материал стен работает без внешнего промерзания, более надежно и долговечно. Толщина стен 30 может быть уменьшена до необходимой только по условию прочности конструкции, капитальные затраты на строительство здания снижаются. Мощность системы внутреннего отопления и кондиционирования, ее стоимость и эксплуатационные расходы многократно снижаются или они отсутствуют, если +20-25°С≥Tp≥+8°С.Thanks to the application of the proposed system with WF, working on new principles, the freezing zone is forced out of the array of building
Поддержание требуемого уровня Тр зимой обеспечивается блоком 1 подготовки рабочего воздуха, причем на уровне более низком, чем комфортная температура в помещениях Tp<T1=Tk±ΔT. Соответственно в теплообменнике 22 блока 1 подготовки рабочего воздуха можно использовать бесплатное бросовое тепло и тепло от различных источников дешевой энергии низкого потенциала с обеспечением экономичности и экологической чистоты.Maintaining the required level Tr in winter is provided by
Система может работать и без подвода тепла в блоке 1. Например, в холодный дневной период для подогрева рабочего воздуха используют бесплатное солнечное тепло. Подогретый воздух вентиляторами 11 подают по дополнительным воздушным каналам 10 от обогреваемых солнцем секций стен и крыши, прежде всего южных и западных, в затененные секции. Летом наоборот обогреваемые солнцем секции охлаждают воздухом, который отсасывается вентиляторами 11 через затененные секции.The system can work without supplying heat in
При выполнении блока 1 в виде осадительной камеры 24, фиг. 2, с разбрызгивателями воды 25, устройством 26 удаления воды, льда и снега и трактом 27 рециркуляции получается наиболее малозатратная, экологически и экономически эффективная система. Зимой в камере 24 подогревают рабочий воздух от наружного значения -1°С÷-50°С до температуры 0°С за счет бесплатного источника тепла - замерзания воды. Летом в камере 24 рабочий воздух охлаждают за счет бесплатного источника - испарения воды, экологически чисто и экономично. Теплоту фазовых переходов при этом также используют для дополнительного подогрева/охлаждения рабочего воздуха дополнительными подогревателями 28 и помещений фенкойлами 12 с отбором энергии кондиционерами 19 из тракта 27 рециркуляции рабочего воздуха через их внешние теплообменники 20.When performing
Применение осадительной камеры 24, фиг. 2, минимизирует энергопотребление, поэтому солнечные коллекторы 15 обеспечат теплом отопительные приборы 12, а солнечные панели 21 снабдят электроэнергией двигатели вентиляторов 4 и 11, ТН 16, кондиционеров 19, и это позволит обеспечить энергонезависимую работу зданий, причем даже в зонах вечной мерзлоты.The use of the
Теплообменники 22 блока 1 и дополнительные подогреватели 28 в варианте фиг. 2 используют для нагрева рабочего воздуха отработанное тепло обратной воды, которая подается сетевым насосом 23 из обратного трубопровода 14 тепловой сети. Благодаря малой температуре Тр обратная вода в теплосети может охлаждаться до низкой температуры. За счет повышения разницы температур прямой и обратной воды увеличивается мощность тепловых сетей, а низкая температура обратной воды позволяет использовать в тепловой сети конденсационные котлы, экономящие до 10-15% газа. При подключении воздушных теплообменников 22 к грунтовому ТН 16 с теплообменником 18 для нагрева/охлаждения рабочего воздуха используют энергию грунта 17, причем с высоким КОП.The
Работа собственно проницаемого для воздуха теплоизолирующего слоя 29, установленного по креплениям 31 с зазором 32 на стенах здания 30 и закрытого облицовкой 33, закрепленной также с зазором 34, заключается в интенсивном переносе тепла за счет теплопроводности и конвективного потока с фильтрующимся рабочим воздухом.The operation of the air-permeable heat-insulating
При работе зимой на влажном рабочем воздухе, поступающем из осадительной камеры 24, возможно замерзание паров влаги в порах и их заполнение отложениями 38 льда и снега, и это необходимо учитывать. Слои 29 в виде засыпки шариков 35 или уложенных с наклоном вниз, в наружную сторону стопки листов и/или нитей 37 допускают отложения 38 льда и снега за счет расширение слоя 29. Они очищаются от отложений с помощью приборов 40 механического встряхивания за счет вибрации основания 41 проницаемого теплоизолирующего слоя 29 или приборами импульсной продувки 42 за счет подачи сжатого воздуха по трубкам 43 в зазор 32 при резком открытии быстродействующих клапанов 44.When working in winter on humid working air coming from the
Проницаемые теплоизолирующие слои 29 в виде минераловатных плит 36, пакетов пористых листов 39 из вспененного полистирола, как и конструкции 35 и 37, очищаются более универсальным способом - расплавлением отложений льда и снега за счет периодического повышенного прогрева рабочего воздуха дополнительными подогревателями 28.Permeable heat-insulating
Кроме того, секции 6-9 ВФ при необходимости соединяют с блоком 1 подготовки рабочего воздуха воздушными каналами 3 и обратными воздуховодами 45 с образованием контуров циркуляции воздуха через воздушные зазоры 32. Это обеспечивает байпас рабочего воздуха и надежную работу системы и при заполнении пор отложениями 38 льда и снега.In addition, sections 6-9 of the WF, if necessary, are connected to the working
В итоге предлагаемым изобретением решаются заявленные цели создания экологически чистой, экономически эффективной, энергосберегающей, в том числе и энергонезависимой системы отопления и кондиционирования, применимой в условиях сурового климата, включая зоны вечной мерзлоты.As a result, the claimed invention solves the stated goals of creating an environmentally friendly, cost-effective, energy-saving, including non-volatile heating and air conditioning system, applicable in harsh climates, including permafrost zones.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017128193A RU2666507C1 (en) | 2017-08-07 | 2017-08-07 | Heating and air conditioning system for building |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017128193A RU2666507C1 (en) | 2017-08-07 | 2017-08-07 | Heating and air conditioning system for building |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2666507C1 true RU2666507C1 (en) | 2018-09-07 |
Family
ID=63460211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017128193A RU2666507C1 (en) | 2017-08-07 | 2017-08-07 | Heating and air conditioning system for building |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2666507C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2691509C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" | Combined system for heating and power supply of buildings with ventilated facade |
RU2738195C1 (en) * | 2019-10-10 | 2020-12-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Solar air conditioner |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1183790A1 (en) * | 1984-07-05 | 1985-10-07 | Предприятие П/Я Р-6655 | System of building solar heat supply |
RU2244221C1 (en) * | 2003-06-09 | 2005-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Урал-ГЦП" | Mobil air heater |
RU2351850C1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-04-10 | Григорий Петрович Васильев | Heat-and-cold feed system heat pumping plant |
RU2613151C1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-03-15 | Акционерное общество "Гипрогазцентр" | Method for laying of underground pipeline |
RU2016100458A (en) * | 2016-01-11 | 2017-07-14 | Евгений Михайлович Пузырёв | Heating system |
-
2017
- 2017-08-07 RU RU2017128193A patent/RU2666507C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1183790A1 (en) * | 1984-07-05 | 1985-10-07 | Предприятие П/Я Р-6655 | System of building solar heat supply |
RU2244221C1 (en) * | 2003-06-09 | 2005-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Урал-ГЦП" | Mobil air heater |
RU2351850C1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-04-10 | Григорий Петрович Васильев | Heat-and-cold feed system heat pumping plant |
RU2016100458A (en) * | 2016-01-11 | 2017-07-14 | Евгений Михайлович Пузырёв | Heating system |
RU2613151C1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-03-15 | Акционерное общество "Гипрогазцентр" | Method for laying of underground pipeline |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2691509C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" | Combined system for heating and power supply of buildings with ventilated facade |
RU2738195C1 (en) * | 2019-10-10 | 2020-12-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Solar air conditioner |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109610683B (en) | Assembled air conditioner wall and operation method thereof | |
Byrne et al. | Design of a solar AC system including a PCM storage for sustainable resorts in tropical region | |
WO2006063532A1 (en) | A heat tube device utilizing cold energy and application thereof | |
CN100476311C (en) | Temperature and humidity individual control air conditioner system | |
WO2012062083A1 (en) | Building integral heat/cold storage room-temperature adjusting device | |
WO2013026206A1 (en) | Building built-in air conditioner | |
CN102589071A (en) | Super-heat-conduction-transmission cooling and heating device | |
RU2666507C1 (en) | Heating and air conditioning system for building | |
JP2004212038A (en) | Air conditioning ventilation system for building | |
CN201377865Y (en) | Air conditioner with air-source heat pump | |
CN201241411Y (en) | Radiation heat exchanging ceiling and air conditioner containing the same | |
JP5051558B1 (en) | Smart eco air conditioning system | |
KR101459514B1 (en) | Building structures for axis column expression heat pump airconditioning, heating system | |
CN105650781A (en) | Cold and heat energy storage air conditioner system utilizing season transition | |
RU2628958C2 (en) | Heat supply system | |
CN102141277B (en) | Air circulation type ground-source air-conditioning system | |
CN108643608B (en) | Zero-energy consumption sentry box adopting cold and heat source integrated enclosure structure | |
CN109612156B (en) | Assembled air conditioner wall comprising energy-saving heat pump system and operation method thereof | |
RU2525818C2 (en) | Method of use of atmospheric heat pump in systems of air conditioning in buildings with recovery of heat energy and humidity of exhaust air and device for its implementation | |
Ji et al. | Technical requirements analysis of integrated paralleled-loop exhaust air heat pump system applied to ultra-low energy building in different climatic regions of China | |
JP2003343884A (en) | Circulating type cooling and heating method of building using geothermal power | |
CN117366728B (en) | Active-passive solar energy building energy supply system | |
CN219367828U (en) | Heat pump type water medium geothermal heat, geothermal cold and semi-air cold three-supply system | |
Bhatia | Alternatives to Active HVAC systems | |
JP5352771B1 (en) | Smart eco air conditioning system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200808 |