Метод за контрол на топлообмена в помещението

Собственици на патент RU 2331024:

Изобретението се отнася до топлоенергетиката и може да се използва в системи за топлоснабдяване на сгради и съоръжения. Техническият резултат е повишаване на ефективността на регулиране на топлообмена и температурата на въздуха (климата) на помещението. Методът за контролиране на топлообмена в помещението се осъществява чрез конвекционен пренос или отстраняване на топлинна енергия от въздуха на помещението чрез предварително загрята или охладена охлаждаща течност, инжектирана в топлообменник-конвектор. Отоплението на охлаждащата течност се осъществява чрез прехвърляне на топлинна енергия към охлаждащата течност от слънчевия колектор и регулируеми горивни и електрически нагреватели, регулируем механичен нагревател, който преобразува механичната енергия на ударно смесващия ефект върху охлаждащата течност в топлинна енергия. Допълнителното нагряване на охлаждащата течност се извършва чрез прехвърляне на топлинната енергия на почвата към охлаждащата течност. Отстраняването на топлинната енергия се извършва чрез прехвърляне на топлинна енергия от охлаждащата течност към земята. 1 болен.

Изобретението се отнася до топлоенергетиката и може да се използва в системи за топлоснабдяване на сгради и съоръжения. Изобретението подобрява ефективността на топлообмена и контрола на температурата на въздуха (климата) на жилищни, офисни или промишлени помещения с автономно (локално) или централизирано топлоснабдяване.

Известен метод за регулиране на топлообмена на помещение чрез конвекционен пренос на топлинна енергия към въздушната среда на помещението чрез предварително загрята охлаждаща течност, инжектирана в топлообменник-конвектор (Водни отоплителни мрежи: ръководство за проектиране. / I.V. Belyaykina, V.P. Vitaliev, N.K. dates, 1988. - S.193,194).

Недостатъкът на този метод за регулиране на топлообмена в помещението е неговата ниска ефективност. Това се дължи на тесен обхват на регулиране и ниска енергийна ефективност (ниска ефективност на системата за топлоснабдяване, използваща известния метод за регулиране на топлообмена в помещението).

Известен метод за регулиране на топлообмена на помещение чрез конвекционен пренос на топлинна енергия към въздушната среда на помещението чрез предварително загрята охлаждаща течност, впръскана през вихрова тръба в топлообменник-конвектор (З. България 2003130319, MKI F24D 3\00. 27.05.05, BIMP № 15).

Известен метод за регулиране на топлообмена на стая чрез конвективно пренасяне на топлинна енергия към въздуха на помещението чрез предварително загрята охлаждаща течност в топлообменник-конвектор, отоплението на охлаждащата течност се извършва чрез прехвърляне на топлинна енергия към охлаждащата течност от слънчев колектор и гориво и електрически нагреватели (Z. България 2005113726, MKI F24D 10\00. Комбинирана автономна отоплителна система на сградата. \ Bubnov V.G. - За 4 май 2005 г., публикуван на 10 октомври 2005 г. БИМП № 28).

Този метод за регулиране на топлообмена на помещението е най-близък по техническа същност до заявения метод и се счита за прототип.

Недостатъкът на този метод за регулиране на топлообмена в помещението е неговата ниска ефективност.Това се дължи на тесен обхват на регулиране и ниска енергийна ефективност (ниска ефективност на системата за топлоснабдяване, използваща известния метод за регулиране на топлообмена в помещението).

Изобретението е насочено към решаване на проблема за повишаване на ефективността на метода за регулиране на топлообмена в помещението, което е целта на изобретението.

Тази цел се постига чрез факта, че при метода за регулиране на топлообмена на помещение чрез конвекционен пренос или отстраняване на топлинна енергия от въздушната среда на помещението чрез предварително загрята или охладена охлаждаща течност, инжектирана в топлообменник-конвектор, охлаждащата течност се нагрява чрез прехвърляне на топлинна енергия към охлаждащата течност от слънчев колектор и регулируеми горивни и електрически нагреватели, регулируем механичен нагревател, който преобразува механичната енергия на ударно смесващия ефект върху охлаждащата течност в топлинна енергия, допълнително отопление на топлоносителят се осъществява чрез прехвърляне на топлинната енергия на почвата към топлоносителя, отстраняването на топлинната енергия се извършва чрез прехвърляне на топлинна енергия от топлоносителя към земята.

Съществената разлика, която характеризира изобретението, е повишаването на ефективността на метода за регулиране на топлообмена на помещението. Това се осигурява от възможността за дълбоко регулиране на температурата на въздуха в помещението както нагоре, така и надолу спрямо температурата на околния въздух. Осигурява се както предаване, така и отстраняване на топлинна енергия от въздуха в помещението, което гарантира например поддържането на комфортен вътрешен климат независимо от температурата на околния въздух. Значително повишава енергийната ефективност на топлоснабдителната система,използвайки претендирания метод за регулиране на топлообмена на помещенията, чрез допълнително използване на енергия от възобновяеми източници (геотермална енергия, вятърна енергия). Степента на автономност на системата за топлоснабдяване се увеличава поради използването на допълнителни източници на топлинна енергия (регулиран механичен нагревател, нискокачествен източник на топлина), чиято ефективност е доста висока и не зависи по-специално от времето на деня. Използването на регулируеми горивни, електрически и механични нагреватели дава възможност да се регулира оптимално топлообмена на помещението, да се променя съотношението на енергийния принос на всеки от източниците с висока ефективност в зависимост от температурата на околната среда, за да се спестят материални и енергийни ресурси.

Повишаването на ефективността на метода за регулиране на топлообмена на помещение е получен технически резултат, дължащ се на нови действия в метода за регулиране на топлообмена на помещение и процедурата за тяхното прилагане, тоест отличителни черти. Следователно, отличителните характеристики на предложения метод за регулиране на топлообмена на помещението са от съществено значение.

Чертежът показва схема на система за топлоснабдяване, използваща изобретателския метод за регулиране на топлообмена в стаята.

Методът за регулиране на топлообмена на помещението се осъществява чрез следните действия. Топлообменът се осъществява чрез конвекционен пренос или отнемане на топлинна енергия от въздуха в помещението чрез инжектиране на предварително загрята или охладена охлаждаща течност в топлообменник-конвектор. Отоплението на охлаждащата течност се осъществява чрез прехвърляне на топлинна енергия към охлаждащата течност от слънчевия колектор и регулируеми горивни и електрически нагреватели, регулируемимеханичен нагревател, който преобразува механичната енергия на ударно смесващия ефект върху охлаждащата течност в топлинна енергия. Допълнителното нагряване на охлаждащата течност се извършва чрез прехвърляне на топлинната енергия на почвата към охлаждащата течност. Отстраняването на топлинната енергия се извършва чрез прехвърляне на топлинна енергия от охлаждащата течност към земята.

Топлоснабдителната система, използваща претендирания метод за регулиране на топлообмена на стая, съдържа топлообменник-конвектор 1, монтиран в помещението, свързан към резервоар 2, пълен с охлаждаща течност 3, тръбопроводи за подаване 4 и връщане 5, както и вентил 6, слънчев колектор 7, гориво 8 и електрически 9 нагреватели, свързани чрез нагрятата охлаждаща течност в захранващия тръбопровод, и във връщащата тръбопроводна мрежова помпа 10, механично нагревател, съдържащ вятърно колело 1 1, монтиран на вал 12, свързан чрез скоростна кутия 13 с вал с фиксирани върху него ножове 14 и монтиран лагер 15, резервоарът е поставен в почвата 16.

Отоплителната система работи по следния начин. Прехвърлянето на топлинна енергия от предварително загрятия охлаждащ агент 3, инжектиран от мрежовата помпа 10, към въздуха в помещението и отстраняването на топлинна енергия от въздуха в помещението към инжектирания предварително охладен охлаждащ агент 3 се извършва в топлообменника-конвектор 1, като се използва физическото явление конвекция. Потокът от нагрят или охладен въздух през топлообменника-конвектор 1 може да премине както поради естествена конвекция, така и поради принудително продухване с помощта, например, на вентилатор. Конструкцията на топлообменника-конвектор 1 се основава на някой от известните принципи. Регулиране (ограничаване) на потока на охлаждащата течност 3 презтоплообменникът-конвектор 1 се осъществява от клапан 6. Топлоносителят 3 в резервоара 2 има температурата на почвата 16, тъй като топлообменът се извършва между тялото на резервоара 2 и почвата 16, в който е поставен резервоар 2 с топлоносител 3. нагревател на охлаждащата течност 3. Механичният нагревател преобразува механичната енергия на ударно смесителното действие на лопатките 14 върху охлаждащата течност 3 в топлинна енергия, предадена на охлаждащата течност 3. охлаждаща течност 3. Източникът на енергия в този случай е възобновяем (нетрадиционен) източник (вятърна енергия). Вятърната енергия се преобразува от вятърното колело 11 в енергията на механичното (въртеливо) движение на вала 12, което се предава на вала с лопатки 14. Лагерът 15 действа като опорен елемент. Количеството топлинна енергия, прехвърлено към охлаждащата течност 3, се определя от скоростта на въртене на вятърното колело 11 и може да се регулира в широк диапазон. Когато вятърното колело 11 е напълно спряно, допълнително нагряване на охлаждащата течност 3 не се получава и нейната температура съответства на температурата на почвата 16. Охлаждащата течност 3, загрята от механичен нагревател, след това, ако е необходимо, се нагрява допълнително в слънчевия колектор 7, регулируемото гориво 8 и електрическите 9 нагреватели. Тези елементи 7-9 могат да бъдат реализирани на базата на всеки от известните конструкции. Нагревателите 8 и 9 са регулирани по такъв начин, че консумацията на гориво и електроенергия (невъзобновяеми източници) е минимална. Когато нагревателите 8 и 9 са напълно изключени, не се получава допълнително нагряване на охлаждащата течност 3 от тези нагреватели. Отоплителната система в този случай използва термичнаенергия само възобновяеми енергийни източници (геотермална енергия, вятърна енергия, слънчева енергия). Ако температурата на околния въздух надвишава необходимата температура на въздуха в помещението, отстраняването на излишната топлинна енергия се извършва от охлаждащата течност 3 от въздуха в помещението. Излишната топлинна енергия се прехвърля през охлаждащата течност 3 и стените на резервоара 2 към почвата 16. Слънчевият колектор 7, горивото 8, електрическият 9 и механичните нагреватели са или извадени от експлоатация, или работят в режим с минимално възможно предаване на топлинна енергия от тях към охлаждащата течност 3. Всяка течност с висок топлинен капацитет (вода, антифриз, синтетично масло) може да се използва като охлаждаща течност 3 в системата за топлоснабдяване.

По принцип в системата за топлоснабдяване е възможно да се използва пара или газообразен топлоносител. В този случай механичният нагревател трябва да има специален дизайн.

В сравнение с прототипа, когато се използва предложеният метод за регулиране на топлообмена на помещението, ефективността на системата за топлоснабдяване се увеличава. Това се осигурява от възможностите за оптимален климатичен контрол и дълбоко регулиране на температурата на въздуха в помещението както нагоре, така и надолу спрямо температурата на околния въздух. Осигурен е двупосочен обмен на топлинна енергия, тоест както преносът, така и отстраняването на топлинна енергия от вътрешния въздух, което осигурява например поддържане на комфортен вътрешен климат, независимо от температурата на околния въздух. Значително повишава енергийната ефективност на системата за топлоснабдяване, използвайки предложения метод за регулиране на топлообмена на помещенията, поради допълнителното използване на енергиявъзобновяеми източници (геотермална енергия, вятърна енергия). Степента на автономност на системата за топлоснабдяване се увеличава поради използването на допълнителни източници на топлинна енергия (регулируем механичен нагревател, нискокачествен източник на топлина), чиято ефективност е доста висока и не зависи по-специално от времето на деня (слънчев колектор). Използването на регулируеми горивни, електрически и механични нагреватели дава възможност да се регулира оптимално топлообмена на помещението, да се променя съотношението на енергийния принос на всеки от източниците на топлинна енергия с висока ефективност в зависимост от температурата на околната среда, за да се спестят материални и енергийни ресурси. Надеждността на системата за топлоснабдяване се повишава поради взаимното резервиране на различни източници на топлинна енергия.

Метод за регулиране на топлообмена на помещение чрез пренос на конвекция или отстраняване на топлинна енергия от въздушната среда на помещението чрез изпомпвана предварително загрята или охладена охлаждаща течност в топлообменник-конвектор, охлаждащата течност се нагрява чрез прехвърляне на топлинна енергия към охлаждащата течност от слънчев колектор и регулируеми горивни и електрически нагреватели, регулируем механичен нагревател, който преобразува механичната енергия на ударно-смесващия ефект върху охлаждащата течност в топлинна енергия, допълнително нагряване на охлаждащата течност се извършва чрез прехвърляне на топлоносител на топлинната енергия на почвата, отстраняването на топлинната енергия се извършва чрез прехвърляне на топлинна енергия от топлоносителя към земята.