Спосіб регулювання теплообміну приміщення

Власники патенту UA 2331024:

Винахід відноситься до теплоенергетики і може бути використане в системах теплопостачання будівель та споруд. Технічний результат - підвищення ефективності регулювання теплообміну та температури повітряного середовища (клімату) приміщення. Спосіб регулювання теплообміну приміщення здійснюється шляхом конвекційної передачі або відведення теплової енергії від повітряного середовища приміщення попередньо нагрітим нагрітим або охолодженим теплоносієм в теплообмінному апараті-конвекторі. Нагрів теплоносія здійснюється передачею теплоносію теплової енергії від сонячного колектора та регульованих паливного та електричного підігрівачів, регульованого механічного підігрівача, що перетворює механічну енергію ударно-перемішуючого впливу на теплоносій у теплову енергію. Додаткове нагрівання теплоносія здійснюється шляхом передачі теплоносія теплової енергії ґрунту. Відведення теплової енергії здійснюється шляхом передачі теплової енергії від теплоносія до ґрунту. 1 іл.

Винахід відноситься до теплоенергетики і може бути використане в системах теплопостачання будівель та споруд. Винахід підвищує ефективність регулювання теплообміну та температури повітряного середовища (клімату) житлового, офісного чи виробничого приміщення з автономним (місцевим) чи централізованим теплопостачанням.

Відомий спосіб регулювання теплообміну приміщення шляхом конвекційної передачі теплової енергії повітряному середовищу приміщення, що нагнітається попередньо нагрітим теплоносієм в теплообмінному апараті-конвекторі (Водяні теплові мережі: Довідковий посібник з проектування. / І.В.Беляйкіна, В.П.Вітальєв, Н.К. та ін / Під ред.Н.К.Громова, Е.П.Шубіна.- М.: Вища школа, 1988. - С.193,194).

Недоліком способу регулювання теплообміну є низька ефективність. Це зумовлено вузьким діапазоном регулювання та низькою енергетичною ефективністю (низьким коефіцієнтом корисної дії системи теплопостачання, що використовує відомий спосіб регулювання теплообміну приміщення).

Відомий спосіб регулювання теплообміну приміщення шляхом конвекційної передачі теплової енергії повітряному середовищу приміщення, що нагнітається через вихрову трубу попередньо нагрітим теплоносієм в теплообмінному апараті-конвекторі (з. Україна 2003130319, МКИ F24D 3\00. Система теплопостачання. Д. Шаранов. Р. - Заявка 13.10.03, Опубл., 27.05.05, БІМП №15).

Відомий спосіб регулювання теплообміну приміщення шляхом конвекційної передачі теплової енергії повітряному середовищу приміщення попередньо нагрітим теплоносієм в теплообмінному апараті-конвекторі, нагрівання теплоносія здійснюється передачею теплоносію теплової енергії від сонячного колектора та паливного та електричного підігрівачів (з. Україна 200511370. автономна система теплопостачання будівлі \ Бубнов В. Г. - Заявка 04.05.05, Опубл. 10.10.05.

Даний спосіб регулювання теплообміну приміщення є найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється способу і розглядається як прототип.

Недоліком способу регулювання теплообміну є низька ефективність. Цеобумовлено вузьким діапазоном регулювання та низькою енергетичною ефективністю (низьким коефіцієнтом корисної дії системи теплопостачання, що використовує відомий спосіб регулювання теплообміну приміщення).

Винахід спрямований на вирішення задачі підвищення ефективності способу регулювання теплообміну приміщення, що є метою винаходу

Вказана мета досягається тим, що в способі регулювання теплообміну приміщення шляхом конвекційної передачі або відведення теплової енергії від повітряного середовища приміщення нагнітається попередньо нагрітим або охолодженим теплоносієм в теплообмінному апараті-конвекторі нагрівання теплоносія здійснюється передачею теплоносію теплової енергії від сонячного колектора регульованого механічного підігрівача, що перетворює механічну енергію ударно-перемішуючого впливу на теплоносій в теплову енергію, додатковий нагрівання теплоносія здійснюється шляхом передачі теплоносія теплової енергії ґрунту, відведення теплової енергії здійснюється шляхом передачі теплової енергії від теплоносія до ґрунту.

Істотною відмінністю, що характеризує винахід, є підвищення ефективності способу регулювання теплообміну приміщення. Це забезпечується можливостями глибокого регулювання температури повітряного середовища приміщення як у бік збільшення, так і у бік зменшення відносно температури навколишнього повітряного середовища. Забезпечується як передача, так і відведення теплової енергії від повітряного середовища приміщення, що забезпечує, наприклад, підтримку комфортного клімату в приміщенні незалежно від температури навколишнього повітряного середовища. Значно підвищується енергетична ефективність системи теплопостачання, яка використовуєзаявляється спосіб регулювання теплообміну приміщення, за рахунок додаткового використання енергії відновлюваних джерел (геотермальна енергія, енергія вітру). Підвищується рівень автономності системи теплопостачання за рахунок використання додаткових джерел теплової енергії (регульований механічний підігрівач, джерело низькопотенційного тепла), ефективність яких досить висока і не залежить, зокрема, від часу доби. Використання регульованих паливного, електричного та механічного підігрівачів дозволяє регулювати теплообмін приміщення оптимальним чином, змінювати співвідношення енергетичного вкладу кожного із джерел з високою ефективністю залежно від температури навколишнього повітряного середовища з метою економії матеріальних та енергетичних ресурсів.

Підвищення ефективності способу регулювання теплообміну приміщення є отриманим технічним результатом, зумовленим новими діями способу регулювання теплообміну приміщення і порядком їх здійснення, тобто відмітними ознаками. Тому відмітні ознаки заявляється способу регулювання теплообміну приміщення є суттєвими.

На кресленні наведена схема системи теплопостачання, що використовує спосіб регулювання теплообміну приміщення.

Спосіб регулювання теплообміну приміщення здійснюється наступними діями. Теплообмін реалізується шляхом конвекційної передачі або відведення теплової енергії від повітряного середовища приміщення попередньо нагрітим нагрітим або охолодженим теплоносієм в теплообмінному апараті-конвекторі. Нагрів теплоносія здійснюється передачею теплоносію теплової енергії від сонячного колектора та регульованих паливного та електричного підігрівачів, регульованого механічного.підігрівача, що перетворює механічну енергію ударно-перемішує на теплоносій в теплову енергію. Додаткове нагрівання теплоносія здійснюється шляхом передачі теплоносія теплової енергії ґрунту. Відведення теплової енергії здійснюється шляхом передачі теплової енергії від теплоносія до ґрунту.

Система теплопостачання, що використовує заявляється спосіб регулювання теплообміну приміщення, містить встановлений в приміщенні теплообмінний апарат-конвектор 1, з'єднаний з резервуаром 2, заповненим теплоносієм 3, що подає 4 і зворотним 5 трубопроводами, а також з'єднані по теплоносію, що нагрівається, колектор, що подає, засувку 7, паливний 8 і електричний підігрівачі 9, а в зворотному трубопроводі мережевий насос 10, механічний підігрівач, що містить вітроколесо 11, встановлений на валу 12, з'єднаним через редуктор 13 з валом із закріпленими на ньому лопатями 14 і встановленим підшипником 14 16.

Система теплопостачання функціонує в такий спосіб. Передача теплової енергії від нагнітається мережевим насосом 10 попередньо нагрітого теплоносія 3 повітряному середовищі приміщення і відведення теплової енергії від повітряного середовища приміщення нагнітається попередньо охолодженого теплоносія 3 здійснюється в теплообмінному апараті-конвекторі 1 з використанням фізичного явища конвекції. Потік повітря, що нагрівається або охолоджується через теплообмінний апарат-конвектор 1 може проходити як за рахунок природної конвекції, так і за рахунок примусового продування за допомогою, наприклад, вентилятора. Конструкція теплообмінного аппарата-конвектора 1 виконується на основі будь-якого з відомих принципів. Регулювання (обмеження) потоку теплоносія 3 через теплообміннийапарат-конвектор 1 здійснюється засувкою 6. Теплоносій 3 в резервуарі 2 має температуру ґрунту 16, так як відбувається теплообмін між корпусом резервуара 2 і ґрунтом 16, який поміщений резервуар 2 з теплоносієм 3. Резервуар 2 з теплоносієм 3, вал 12 з закріпленими на нем лопастями 14, подшипник 15, редуктор 13 и ветроколесо 11 образуют регулируемый механический подогреватель теплоносителя 3. Механический подогреватель преобразует механическую энергии ударно-перемешивающего воздействия лопастей 14 на теплоноситель 3 в тепловую энергию, передаваемую теплоносителю 3. Источником энергии в данном случае является возобновляемый (нетрадиционный ) джерело (енергія вітру). Енергія вітру перетворюється вітроколесом 11 в енергію механічного (обертального) руху валу 12, яка передається на вал з лопатями 14. Підшипник 15 виконує роль опорного елемента. Кількість теплоносії 3 теплової енергії визначається швидкістю обертання вітроколеса 11 і може регулюватися в широких межах. При повному зупиненні вітроколеса 11 додаткового нагріву теплоносія 3 не відбувається і його температура відповідає температурі ґрунту 16. Нагрітий механічним підігрівачем теплоносій 3 далі, при необхідності, додатково підігрівається в сонячному колекторі 7, регульованих паливному 8 і 9 електричному підігрівачах. Зазначені елементи 7-9 можуть бути реалізовані на основі будь-якої з відомих конструкцій. Регулювання підігрівачів 8 і 9 здійснюється таким чином, щоб витрата палива та електроенергії (невідновлювані джерела) була мінімальною. При повному відключенні підігрівачів 8 і додаткового 9 нагріву теплоносія 3 від зазначених підігрівачів не відбувається. Система теплопостачання у цьому випадку використовує теплову енергіюлише відновлюваних джерел енергії (геотермальна енергія, енергія вітру, сонячна енергія). Якщо температура навколишнього середовища перевищує необхідну температуру повітряного середовища приміщення, відведення надлишкової теплової енергії здійснюється теплоносієм 3 від повітряного середовища приміщення. Надлишкова теплова енергія передається через теплоносій 3 і стінки резервуара 2 ґрунту 16. Сонячний колектор 7, паливний 8, електричний 9 і механічний підігрівачі при цьому виводяться з роботи, або функціонують в режимі з мінімально можливою передачею від них теплової енергії теплоносію 3. теплоносія 3 в системі теплопостачання може використовуватись будь-яка рідина з високою теплоємністю (вода, антифриз, синтетичне масло).

Принципово можливе використання у системі теплопостачання пари або газоподібного теплоносія. При цьому механічний підігрівач повинен мати спеціальну конструкцію.

У порівнянні з прототипом при використанні способу регулювання теплообміну приміщення, що заявляється, підвищується ефективність системи теплопостачання. Це забезпечується можливостями оптимального регулювання клімату та глибокого регулювання температури повітряного середовища приміщення як у бік збільшення, так і у бік зменшення відносно температури навколишнього повітряного середовища. Забезпечується двонаправлений обмін тепловою енергією, тобто як передача, так і відведення теплової енергії від повітряного середовища приміщення, що забезпечує, наприклад, підтримку комфортного клімату в приміщенні незалежно від температури навколишнього повітряного середовища. Значно підвищується енергетична ефективність системи теплопостачання, що використовує спосіб регулювання теплообміну приміщення, що заявляється, за рахунок додаткового використання енергіївідновлюваних джерел (геотермальна енергія, енергія вітру). Підвищується рівень автономності системи теплопостачання за рахунок використання додаткових джерел теплової енергії (регульований механічний підігрівач, джерело низькопотенційного тепла), ефективність яких досить висока і не залежить, зокрема, від часу доби (сонячний колектор). Використання регульованих паливного, електричного та механічного підігрівачів дозволяє регулювати теплообмін приміщення оптимальним чином, змінювати співвідношення енергетичного вкладу кожного із джерел теплової енергії з високою ефективністю залежно від температури навколишнього повітряного середовища з метою економії матеріальних та енергетичних ресурсів. Підвищується надійність системи теплопостачання з допомогою взаємного резервування різних джерел теплової енергії.

Спосіб регулювання теплообміну приміщення шляхом конвекційної передачі або відведення теплової енергії від повітряного середовища приміщення нагнітається попередньо нагрітим або охолодженим теплоносієм в теплообмінному апараті-конвекторі, нагрівання теплоносія здійснюється передачею теплоносію теплової енергії від сонячного колектора і регульованих паливного та електричного підігріву. енергію ударно-перемішуючого впливу на теплоносій у теплову енергію, додатковий нагрівання теплоносія здійснюється шляхом передачі теплоносія теплової енергії ґрунту, відведення теплової енергії здійснюється шляхом передачі теплової енергії від теплоносія до ґрунту.