EA043362B1 - METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE IN THE SPACE INSIDE A BUILDING - Google Patents
METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE IN THE SPACE INSIDE A BUILDING Download PDFInfo
- Publication number
- EA043362B1 EA043362B1 EA202290669 EA043362B1 EA 043362 B1 EA043362 B1 EA 043362B1 EA 202290669 EA202290669 EA 202290669 EA 043362 B1 EA043362 B1 EA 043362B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- cooling
- heat exchanger
- temperature
- loop
- water
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 242
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 182
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 45
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 41
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 29
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 20
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 11
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 22
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 14
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 11
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000454 anti-cipatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012432 intermediate storage Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
Description
Перекрестные ссылки на родственные заявкиCross references to related applications
Эта обычная заявка на патент испрашивает приоритет ранее поданной предварительной заявки. В предварительной заявке указан тот же автор изобретения. Она была подана 26 августа 2019 г., и ей был присвоен порядковый № 62/891581.This regular patent application claims priority to a previously filed provisional application. The provisional application names the same inventor. It was filed on August 26, 2019 and was assigned Serial No. 62/891581.
Заявление относительно поддерживаемых федерально исследований или разработокStatement Concerning Federally Supported Research or Development
Не относится.Not applicable.
Приложение на микропленкеMicrofilm application
Неприменимый элемент.Inapplicable item.
Область техникиField of technology
Данное изобретение относится к области нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха. Более конкретно, изобретение предусматривает новую систему, в которой вместо централизованной установки нагрева и охлаждения используются локальные охлаждающие микротеплообменники.This invention relates to the field of heating, ventilation and air conditioning. More specifically, the invention provides a new system in which local cooling micro-heat exchangers are used instead of a centralized heating and cooling unit.
Уровень техникиState of the art
Настоящее изобретение может быть использовано в зданиях различных размеров и конфигураций. Коммерческие структуры будут обычным применением, и читателю будет полезно ознакомиться с кратким описанием существующих систем, используемых для таких зданий. Читатель должен иметь в виду, что в настоящее время используется множество различных типов систем. Следующее пояснение относится только к одной примерной системе известного уровня техники. Однако она будет надлежащим образом служить в качестве базового понимания известного уровня техники и поможет читателю понять преимущества настоящего изобретения.The present invention can be used in buildings of various sizes and configurations. Commercial structures will be a common application and the reader will benefit from a brief description of existing systems used for such buildings. The reader should keep in mind that there are many different types of systems in use today. The following explanation applies only to one exemplary prior art system. However, it will properly serve as a basic understanding of the prior art and will help the reader understand the advantages of the present invention.
На фиг. 1 показано многоэтажное здание 10. Нагрев, вентиляция и кондиционирование воздуха (HVAC) обеспечиваются крупными централизованными блоками. Установка 14 в виде охлаждающего микротеплообменника и установка 16 горячей воды расположены на крыше или в больших подземных помещениях для оборудования. Установка в виде охлаждающего теплообменника охлаждает воду, которая затем циркулирует по всему зданию, обеспечивая необходимое охлаждение. Тепло отводится от установки в виде охлаждающего теплообменника через охлаждающую башню 24, расположенную на крыше. Охлажденная вода циркулирует через замкнутый контур холодной воды (не показан на фиг. 1).In fig. 1 shows a multi-story building 10. Heating, ventilation and air conditioning (HVAC) is provided by large centralized units. The installation 14 in the form of a cooling micro-heat exchanger and the hot water installation 16 are located on the roof or in large underground equipment rooms. The installation, in the form of a cooling heat exchanger, cools the water, which is then circulated throughout the building, providing the necessary cooling. Heat is removed from the installation in the form of a cooling heat exchanger through a cooling tower 24 located on the roof. The chilled water circulates through a closed cold water circuit (not shown in Fig. 1).
Установка 16 горячей воды нагревает воду, которая затем циркулирует по всему зданию в замкнутом контуре горячей воды. Замкнутый контур горячей воды отделен от замкнутого контура холодной воды. Каждый этаж 12 содержит одну или более камер 18 обработки воздуха. Система 20 воздуховодов проходит из каждой камеры 18 обработки воздуха. В каждую камеру 18 обработки воздуха через замкнутый контур холодной воды подается холодная вода, а через замкнутый контур горячей воды в каждую камеру обработки воздуха подается горячая вода. В некоторых системах горячая и холодная вода смешиваются рядом с камерой обработки воздуха или внутри нее. В других системах предусмотрены отдельные змеевик горячей воды и змеевик холодной воды внутри каждой камеры обработки воздуха, а подводы горячей и холодной воды остаются раздельными.The hot water unit 16 heats the water, which is then circulated throughout the building in a closed hot water loop. The closed hot water circuit is separated from the closed cold water circuit. Each floor 12 contains one or more air treatment chambers 18. An air duct system 20 extends from each air treatment chamber 18 . Cold water is supplied to each air treatment chamber 18 through a closed cold water circuit, and hot water is supplied to each air treatment chamber through a closed hot water circuit. Some systems mix hot and cold water near or inside the air handling chamber. Other systems have a separate hot water coil and cold water coil inside each air handler, leaving the hot and cold water supplies separate.
Температуры, необходимые для контуров горячей и холодной воды в примере на фиг. 1 диктуются максимально возможными нагрузками охлаждения и нагрева. Например, замкнутый контур холодной воды должен быть достаточно холодным, чтобы можно было обеспечить максимальное охлаждение, необходимое для любой камеры обработки воздуха. Для больших коммерческих зданий принято охлаждать воду в замкнутом контуре холодной воды приблизительно до 7°C (45°F). Это обеспечивает достаточную холодопроизводительность для пиковой потребности, которая может возникнуть в любой камере обработки воздуха в здании. Пиковая потребность возникает довольно редко, и поддержание замкнутого контура холодной воды при такой низкой температуре значительно снижает общую эффективность системы известного уровня техники.The temperatures required for the hot and cold water circuits in the example in FIG. 1 are dictated by the maximum possible cooling and heating loads. For example, a closed cold water loop must be cold enough to provide the maximum cooling required for any air handler. For large commercial buildings, it is common to cool the water in a closed cold water loop to approximately 7°C (45°F). This provides sufficient cooling capacity for peak demand that may occur in any air handler in a building. Peak demand occurs quite rarely, and maintaining a closed cold water loop at such a low temperature significantly reduces the overall efficiency of the prior art system.
Вода в замкнутом контуре горячей воды обычно поддерживается около при 50-60°C (122-140°F). Эта температура обеспечивает достаточную производительность для пиковой тепловой нагрузки на любую камеру обработки воздуха. Что касается замкнутого контура холодной воды, то пиковая потребность возникает редко и поддержание горячей воды при такой повышенной температуре приводит к неэффективности.The water in a closed hot water circuit is usually maintained at around 50-60°C (122-140°F). This temperature provides sufficient performance for the peak heat load of any air handler. In the case of a closed cold water loop, peak demand rarely occurs and maintaining hot water at such an elevated temperature creates inefficiency.
На фиг. 2-4 предоставлены дополнительные подробности относительно системы известного уровня техники, показанной на фиг. 1. На фиг. 2 показана примерная конфигурация для установки в виде охлаждающего теплообменника, охлаждающей башни и замкнутого контура холодной воды. В установках в виде охлаждающего теплообменника используются различные циклы работы теплового двигателя. В примере по фиг. 2 используется цикл на основе компрессора. Установка 14 охлаждающего микротеплообменника обычно представляет собой парокомпрессионную холодильную установку. Подвод электропитания 34 подает электроэнергию на компрессор и управляющую электронику. Тепловой двигатель внутри установки в виде охлаждающего теплообменника охлаждает воду, циркулирующую в замкнутом контуре 28 холодной воды, и нагревает воду, циркулирующую в контуре 32 охлаждающей башни.In fig. 2-4 provide additional details regarding the prior art system shown in FIG. 1. In FIG. Figure 2 shows an example configuration for a cooling coil, cooling tower, and closed cold water loop installation. In installations in the form of a cooling heat exchanger, various operating cycles of the heat engine are used. In the example of FIG. 2 uses a compressor based cycle. The cooling microheat exchanger unit 14 is typically a vapor compression refrigeration unit. The power supply 34 supplies electrical power to the compressor and control electronics. The heat engine inside the unit, in the form of a cooling heat exchanger, cools the water circulating in the closed cold water circuit 28 and heats the water circulating in the cooling tower circuit 32.
Циркуляционный насос 26 перемещает воду внутри замкнутого контура холодной воды 28 через камеры 18 обработки воздуха. Если требуется охлаждение, активируется поток холодной воды через оп- 1 043362 ределенную камеру обработки воздуха, и вентилятор внутри камеры обработки воздуха перемещает воздух сквозь теплообменник (змеевик), через который прокачивается холодная вода. Это взаимодействие охлаждает воздух, и затем охлажденный воздух циркулирует через присоединенную систему воздуховодов. Распределительные клапаны для потока используются для управления потоком холодной воды через какую-либо конкретную камеру обработки воздуха. Эти клапаны не показаны на фиг. 2.The circulation pump 26 moves water within a closed cold water circuit 28 through the air treatment chambers 18. If cooling is required, the flow of cold water through a designated air handling chamber is activated and a fan within the air handling chamber moves air through a heat exchanger (coil) through which the cold water is pumped. This interaction cools the air, and the cooled air is then circulated through the attached duct system. Flow control valves are used to control the flow of cold water through any particular air handling chamber. These valves are not shown in FIG. 2.
Насос 30 подает нагретую воду внутри контура 32 охлаждающей башни до охлаждающей башни 24, которая в данном примере установлена на крыше. Охлаждающая башня может быть испарительного типа с открытым контуром или представлять собой тип с замкнутым контуром. В любом случае тепло, переносимое водой в контуре 32 охлаждающей башни, передается на воздух, который вытягивается через охлаждающую башню. Затем охлажденная вода возвращается назад в установку 14 в виде охлаждающего теплообменника.Pump 30 supplies heated water within cooling tower circuit 32 to cooling tower 24, which in this example is mounted on the roof. The cooling tower may be an open loop evaporative type or a closed loop type. In either case, the heat carried by the water in the cooling tower circuit 32 is transferred to the air, which is drawn through the cooling tower. The cooled water is then returned back to the unit 14 in the form of a cooling heat exchanger.
На фиг. 3 показан примерный замкнутый контур 40 горячей воды. Установку 16 горячей воды часто называют котлоагрегат, но в данном примере в качестве нагревающей среды циркулирует горячая вода (в некоторых системах используется пар). В показанном примере природный газ подается на установку через впускное отверстие 36 для газа, а выхлопные газы уносятся дымоходом 38. Природный газ сжигается для нагрева воды, циркулирующей в замкнутом контуре 40 горячей воды. Циркуляционный насос 27 обеспечивает циркуляцию нагретой воды по всему зданию.In fig. 3 shows an exemplary closed hot water loop 40. The hot water unit 16 is often referred to as a boiler, but in this example hot water is circulated as the heating medium (some systems use steam). In the example shown, natural gas is supplied to the unit through gas inlet 36 and exhaust gases are carried away by flue 38. Natural gas is burned to heat water circulating in a closed hot water loop 40. Circulation pump 27 circulates heated water throughout the building.
В этом примере каждая камера 18 обработки воздуха может принимать горячую воду по мере необходимости. Распределительные клапаны для потока используются для управления потоком горячей воды через какую-либо конкретную камеру обработки воздуха. Что касается примера с холодной водой, то эти клапаны не показаны на фиг. 3. В некоторых системах поток горячей и холодной воды может регулироваться отдельно через каждую камеру обработки воздуха. Другие системы просто включают или выключают поток и регулируют теплопередачу, регулируя скорость вентилятора или задержку потока воды.In this example, each air handling chamber 18 can receive hot water as needed. Flow control valves are used to control the flow of hot water through any particular air handler. As for the cold water example, these valves are not shown in FIG. 3. In some systems, the flow of hot and cold water can be controlled separately through each air handler. Other systems simply turn the flow on or off and regulate heat transfer by adjusting fan speed or water flow delay.
На фиг. 4 показаны дополнительные подробности одной камеры 18 обработки воздуха на одном этаже здания. Основной вентилятор 44 подает воздух через камеру обработки воздуха и поверх змеевика (теплообменника), который соединен с замкнутым контуром горячей воды, и змеевика, который соединен с замкнутым контуром холодной воды. Воздух подается в камеру обработки воздуха из двух источников. Первый представляет собой рециркуляционный воздух, поступающий через одну или более рециркуляционных установок 71. Второй источник воздуха представляет собой воздух, извне поступающий через впуск 46.In fig. 4 shows additional details of one air handling chamber 18 on one floor of a building. The main fan 44 forces air through the air handling chamber and over a coil (heat exchanger) that is connected to the hot water loop and a coil that is connected to the cold water loop. Air is supplied to the air treatment chamber from two sources. The first is recirculated air supplied through one or more recirculation units 71. The second air source is air supplied from outside through inlet 46.
Расход холодной воды из замкнутого контура 28 холодной воды через камеру обработки воздуха регулируется в данном примере регулирующим клапаном 58. Расход горячей воды из замкнутого контура 40 горячей воды регулируется регулирующим клапаном 56. Поток воздуха регулируется воздушными клапанами 50, 52, 54. Общая система управления регулирует эти компоненты. Режимы работы и признаки предусматривают следующее.The flow of cold water from the cold water loop 28 through the air handler is controlled in this example by control valve 58. The hot water flow from the hot water loop 40 is controlled by control valve 56. The air flow is controlled by air valves 50, 52, 54. The overall control system controls these components. Operating modes and symptoms include the following.
1. Регулирующие клапаны имеют ограниченный рабочий диапазон, поэтому в камере обработки воздуха можно установить желаемую температуру, обеспечив полный поток холодной воды и ограниченный поток горячей воды.1. Control valves have a limited operating range, so the air handler can be set to the desired temperature by providing full cold water flow and limited hot water flow.
2. Желаемая смесь свежего воздуха может быть обеспечена путем работы в течение некоторого промежутка времени с полностью закрытым воздушным клапаном 52 и открытыми воздушными клапанами 50 и 54. В таком режиме рециркуляционный вентилятор 42 активируется для выдувания рециркулированного воздуха наружу из выпуска 48. Основной вентилятор 44 предназначен для всасывания наружного воздуха через впуск 46.2. The desired fresh air mixture can be provided by operating for a period of time with air valve 52 fully closed and air valves 50 and 54 open. In this mode, recirculation fan 42 is activated to blow recirculated air outward from exhaust 48. Main fan 44 is designed to to suck in outside air through inlet 46.
3. Для впуска 46 предусмотрен сменный фильтр.3. A replaceable filter is provided for intake 46.
4. Смесь рециркулированного и свежего воздуха может распределяться через распределительный воздуховод 74 и установки 72 подачи путем закрытия воздушного клапана 50 и дросселирующих воздушных клапанов 52 и 54.4. A mixture of recirculated and fresh air can be distributed through the air distribution duct 74 and supply units 72 by closing the air valve 50 and the air throttling valves 52 and 54.
5. Впуск 46 может представлять собой один или несколько больших магистралей, питающих все здание, а не один впуск для каждой камеры обработки воздуха или этажа.5. Inlet 46 may be one or more large mains supplying the entire building, rather than one inlet for each air handler or floor.
6. Выпуск 48 может быть одним на все здание, при этом все камеры обработки воздуха подводятся к одному выпуску.6. Outlet 48 can be one for the entire building, with all air treatment chambers connected to one outlet.
Конечно, на большинстве этажей в большинстве крупных зданий будет предусмотрено более одной камеры обработки воздуха. На фиг. 5 показан вид в плане одного этажа 70. Тепловые нагрузки от солнечного излучения обычно значительны в коммерческих зданиях. В течение многих дней сторона этажа, обращенная к солнцу, будет требовать кондиционирования воздуха, в то время как теневая сторона того же этажа может потребовать обогрева. Принято разделять этаж, как показано на фиг. 5, на пять зон HVAC. Это центральная зона 60, восточная зона 62, северная зона 64, западная зона 66 и южная зона 68. Для каждой из этих зон обычно предусмотрена отдельная камера обработки воздуха.Of course, most floors in most large buildings will have more than one air handler. In fig. 5 shows a plan view of one floor 70. Thermal loads from solar radiation are typically significant in commercial buildings. On many days, the side of a floor facing the sun will require air conditioning, while the shady side of the same floor may require heating. It is customary to divide the floor, as shown in Fig. 5, for five HVAC zones. These are Central Zone 60, East Zone 62, North Zone 64, West Zone 66 and South Zone 68. Each of these zones typically has a separate air handling chamber.
На фиг. 6 показан тот же план этажа с добавлением пяти камер обработки воздуха и связанных с ними воздуховодов. Камерами обработки воздуха являются камера 76 обработки воздуха центральной зоны, камера 78 обработки воздуха восточной зоны, камера 80 обработки воздуха северной зоны, камера 82 обработки воздуха западной зоны и камера 84 обработки воздуха южной зоны. От каждой камеры обра- 2 043362 ботки воздуха проходит основной воздуховод с ответвлениями. В системе этого типа каждая камера обработки воздуха соединена с замкнутым контуром холодной воды и замкнутым контуром горячей воды.In fig. Figure 6 shows the same floor plan with the addition of five air handlers and associated ductwork. The air treatment chambers are the central zone air treatment chamber 76, the east zone air treatment chamber 78, the north zone air treatment chamber 80, the west zone air treatment chamber 82, and the south zone air treatment chamber 84. A main air duct with branches runs from each air processing chamber. In this type of system, each air handling chamber is connected to a closed cold water circuit and a closed hot water circuit.
В примерной системе известного уровня техники каждая камера обработки воздуха работает независимо для обеспечения желаемой температуры в связанной с ней зоне.In an exemplary prior art system, each air handling chamber operates independently to provide the desired temperature in its associated area.
Такие системы известного уровня техники действительно обеспечивают достаточный нагрев и охлаждение, но они не очень эффективны. Как объяснялось ранее, замкнутый контур холодной воды должен поддерживаться при достаточно низкой температуре, чтобы удовлетворить максимальную потребность в охлаждении для любой одной камеры обработки воздуха. Для этого требуется обеспечение воды при приблизительно 7°C (45°F). Такая холодная вода будет требоваться редко, но необходимо поддерживать ее наличие для удовлетворения локальной пиковой потребности. Та же проблема существует и для замкнутого контура горячей воды, где должна быть обеспечена вода с температурой приблизительно 6070°C, хотя такая высокая температура может быть необходима только для одной или двух точек во всем здании.Such prior art systems do provide adequate heating and cooling, but they are not very efficient. As explained earlier, the closed cold water loop must be maintained at a temperature low enough to meet the maximum cooling demand for any one air handler. This requires providing water at approximately 7°C (45°F). Such cold water will be rarely required, but must be maintained to meet local peak demand. The same problem exists for a closed hot water circuit, where water at a temperature of approximately 6070°C must be provided, although such a high temperature may only be needed at one or two points in the entire building.
В типичном коммерческом здании установка HVAC использует в среднем 235 кВт мощности на 1000 кВт/ч охлаждения. Это дает коэффициент трансформации теплоты (КТТ), равный 4,25. При использовании самой передовой технологии безмасляного сжатия энергопотребление может снизиться до 109 кВт на 1000 кВт/ч охлаждения (КТТ составляет 9,1).In a typical commercial building, an HVAC installation uses an average of 235 kW of power per 1000 kWh of cooling. This gives a heat transformation coefficient (CTF) of 4.25. When using the most advanced oil-free compression technology, energy consumption can be reduced to 109 kW per 1000 kW/h of cooling (CCT is 9.1).
Большинство коммерческих систем HVAC питаются электроэнергией, вырабатываемой из ископаемых видов топлива. Выбросы углекислого газа в настоящее время являются всемирно признанной проблемой. Производство электроэнергии является основным источником выбросов углекислого газа: приблизительно 10000 метрических тонн углекислого газа выбрасывается в окружающую среду на каждыйMost commercial HVAC systems are powered by electricity generated from fossil fuels. Carbon dioxide emissions are now a globally recognized problem. Electricity generation is the largest source of carbon dioxide emissions, with approximately 10,000 metric tons of carbon dioxide released into the environment for every
МВтч выработки электроэнергии. На коммерческие здания приходится большая часть спроса на электроэнергию, а самым большим потребителем энергии в большинстве коммерческих зданий является кондиционирование воздуха.MWh of electricity generation. Commercial buildings account for the majority of electricity demand, and the largest energy consumer in most commercial buildings is air conditioning.
Кондиционирование воздуха в большинстве существующих коммерческих зданий обеспечивается установкой в виде охлаждающего теплообменника. Приблизительно 80% всех продаваемых в настоящее время охлаждающих теплообменников используются для замены и модернизации существующего оборудования. Остальные 20% используются для нового строительства. Таким образом, возможность модернизации является очевидной целью для любого нового типа системы HVAC. В настоящем изобретении, как правило, нет необходимости заменять воздуховоды и установки камер обработки воздуха. Как правило, их можно сохранить с разумными изменениями. Система согласно настоящему изобретению может заменить большую часть всех существующих коммерческих систем HVAC.Air conditioning in most existing commercial buildings is provided by an installation in the form of a cooling heat exchanger. Approximately 80% of all cooling heat exchangers currently sold are used to replace or retrofit existing equipment. The remaining 20% is used for new construction. So, upgradeability is an obvious goal for any new type of HVAC system. In the present invention, it is generally not necessary to replace the air ducts and air handling chamber installations. They can usually be retained with reasonable modifications. The system of the present invention can replace most of all existing commercial HVAC systems.
Таким образом, настоящее изобретение применимо как к существующим зданиям, так и для нового строительства. В то время как системы предшествующего уровня техники обеспечивают КТТ от 4,0 до 9,1, настоящее изобретение может обеспечивать КТТ свыше 14,0. Таким образом, настоящее изобретение экономит значительное количество электроэнергии при получении того же результата.Thus, the present invention is applicable to both existing buildings and new construction. While prior art systems provide CFCs between 4.0 and 9.1, the present invention can provide CFCs greater than 14.0. Thus, the present invention saves a significant amount of energy while obtaining the same result.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Настоящее изобретение предусматривает систему нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха, в которой основной замкнутый контур для воды используется в качестве теплопередающего резервуара как для нагрева, так и для охлаждения. Предусмотрены множество охлаждающих микротеплообменников, при этом каждый охлаждающий микротеплообменник соединен с основным замкнутым контуром для воды. Каждый охлаждающий микротеплообменник содержит свой собственный тепловой двигатель. Каждый охлаждающий микротеплообменник содержит один или больше блоков управления вентилятором, которые обеспечивают теплообмен между охлаждающим микротеплообменником и воздухом в здании. В первом режиме охлаждающий микротеплообменник передает тепло из воздуха в здании воде, циркулирующей внутри основного замкнутого контура для воды. Во втором режиме охлаждающий микротеплообменник передает тепло от воды, циркулирующей в основном замкнутом контуре для воды, воздуху в здании. Система регулирования основного замкнутого контура для воды предусмотрена для управления температурой воды, циркулирующей в основном замкнутом контуре для воды.The present invention provides a heating, ventilation and air conditioning system in which a main closed loop for water is used as a heat transfer reservoir for both heating and cooling. A plurality of cooling micro-heat exchangers are provided, each cooling micro-heat exchanger being connected to a main closed water loop. Each cooling micro-heat exchanger contains its own heat engine. Each micro-cooling coil contains one or more fan control units that provide heat exchange between the micro-cooling coil and the air in the building. In the first mode, a cooling micro-heat exchanger transfers heat from the air in the building to water circulating inside the main closed water loop. In the second mode, a cooling micro-heat exchanger transfers heat from the water circulating in the main closed water loop to the air in the building. A main water loop control system is provided to control the temperature of water circulating in the main water loop.
Общая система управления предпочтительно управляет всеми компонентами для функционирования эффективным образом. Во многих рабочих примерах суммарным эффектом системы согласно настоящему изобретению будет передача тепла от одной части здания к другой, а не использование энергии извне для нагрева или охлаждения.The overall control system preferably controls all components to operate in an efficient manner. In many working examples, the net effect of the system according to the present invention will be the transfer of heat from one part of the building to another, rather than the use of external energy for heating or cooling.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
На фиг. 1А и 1В показан вид сверху, показывающий систему HVAC известного уровня техники в многоэтажном здании.In fig. 1A and 1B are plan views showing a prior art HVAC system in a multi-story building.
На фиг. 2А и 2В показан схематический вид, представляющий использование охлаждающего теплообменника и замкнутого контура циркуляции холодной воды в системе HVAC известного уровня техники.In fig. 2A and 2B are schematic views illustrating the use of a cooling heat exchanger and a closed cold water loop in a prior art HVAC system.
На фиг. 3 показан схематический вид, представляющий использование установки горячей воды иIn fig. 3 is a schematic view representing the use of hot water installation and
- 3 043362 замкнутого контура циркуляции горячей воды в системе HVAC известного уровня техники.- 3 043362 closed loop hot water circulation in a prior art HVAC system.
На фиг. 4 показан схематический вид, показывающий камеру обработки воздуха в системе HVAC известного уровня техники.In fig. 4 is a schematic view showing an air handling chamber in a prior art HVAC system.
На фиг. 5 показан вид в плане, показывающий зоны на одном этаже здания.In fig. 5 is a plan view showing areas on one floor of a building.
На фиг. 6 показан вид в плане, представляющий использование множества камер обработки воздуха и распределительных воздуховодов для покрытия зон на одном этаже здания.In fig. 6 is a plan view illustrating the use of multiple air handling chambers and air distribution ducts to cover areas on a single floor of a building.
На фиг. 7А показан вид сверху, представляющий систему HVAC, выполненную согласно настоящему изобретению.In fig. 7A is a plan view showing an HVAC system constructed in accordance with the present invention.
На фиг. 7B показан вид в плане, представляющий систему HVAC, выполненную согласно настоящему изобретению.In fig. 7B is a plan view showing an HVAC system constructed in accordance with the present invention.
На фиг. 8 показан схематический вид, представляющий использование охлаждающего микротеплообменника, питающего несколько блоков управления вентилятором.In fig. 8 is a schematic view representing the use of a micro-cooling heat exchanger powering multiple fan control units.
На фиг. 9 показан схематический вид, представляющий работу устройства по фиг. 8 с блоками управления вентилятором, обеспечивающими нагрев.In fig. 9 is a schematic view showing the operation of the apparatus of FIG. 8 with fan control units providing heating.
На фиг. 10 показан схематический вид, представляющий работу устройства по фиг. 8 с блоками управления вентилятором, обеспечивающими охлаждение.In fig. 10 is a schematic view showing the operation of the apparatus of FIG. 8 with fan control units providing cooling.
На фиг. 11 показан вид в перспективе, представляющий примерный физический вариант осуществления охлаждающего микротеплообменника согласно настоящему изобретению.In fig. 11 is a perspective view showing an exemplary physical embodiment of a cooling microheat exchanger according to the present invention.
На фиг. 12 показан вид в перспективе, представляющий вариант осуществления по фиг. 11 с другой точки обзора.In fig. 12 is a perspective view showing the embodiment of FIG. 11 from a different vantage point.
На фиг. 13 показан вид в перспективе, представляющий компрессор в сборе и корпус контроллера для физического варианта осуществления по фиг. 11 и 12.In fig. 13 is a perspective view showing the compressor assembly and controller housing for the physical embodiment of FIG. 11 and 12.
На фиг. 14 показан схематический вид, представляющий подачу свежего воздуха на блоки управления вентилятором в варианте осуществления настоящего изобретения.In fig. 14 is a schematic view showing the supply of fresh air to fan control units in an embodiment of the present invention.
На фиг. 15 показан схематический вид, представляющий использование теплообменника между охлаждающим микротеплообменником и основным замкнутым контуром для воды.In fig. 15 is a schematic view showing the use of a heat exchanger between a cooling micro-heat exchanger and a main water loop.
На фиг. 16 показан схематический вид, представляющий несколько охлаждающих микротеплообменников, соединенных с основным замкнутым контуром для воды посредством промежуточного замкнутого контура для воды.In fig. 16 is a schematic view showing a plurality of cooling micro-heat exchangers connected to a main water loop via an intermediate water loop.
На фиг. 17 показан схематический вид, представляющий использование испарительного конденсатора и котлоагрегата для регулирования основного замкнутого контура для воды.In fig. 17 is a schematic view showing the use of an evaporative condenser and a boiler to control a main closed loop for water.
На фиг. 18 показан схематический вид, представляющий использование теплового насоса для регулирования основного замкнутого контура для воды.In fig. 18 is a schematic view showing the use of a heat pump to control a main closed loop for water.
На фиг. 19 показан схематический вид, представляющий охлаждающий микротеплообменник, в котором холодильный агент циркулирует во вторичном замкнутом контуре к блокам управления вентилятором.In fig. 19 is a schematic view showing a cooling micro-heat exchanger in which refrigerant circulates in a secondary closed loop to the fan control units.
На фиг. 20 показан схематический вид, представляющий вариант осуществления по фиг. 19 с блоками управления вентилятором, обеспечивающими охлаждение.In fig. 20 is a schematic view showing the embodiment of FIG. 19 with fan control units providing cooling.
На фиг. 21 показан схематический вид, представляющий вариант осуществления по фиг. 19 с блоками управления вентилятором, обеспечивающими нагрев.In fig. 21 is a schematic view showing the embodiment of FIG. 19 with fan control units providing heating.
На фиг. 22 показан схематический вид, представляющий конфигурацию с несколькими блоками в виде охлаждающего микротеплообменника, в которых холодильный агент циркулирует во вторичном замкнутом контуре к блокам управления вентилятором.In fig. 22 is a schematic view showing a configuration with multiple units in the form of a micro-cooling heat exchanger in which refrigerant circulates in a secondary closed loop to the fan control units.
На фиг. 23 показан график коэффициента трансформации теплоты для нескольких систем HVAC, работающих в режиме охлаждения.In fig. Figure 23 shows a graph of the heat transfer coefficient for several HVAC systems operating in cooling mode.
На фиг. 24 показан график коэффициента трансформации теплоты для нескольких систем HVAC, работающих в режиме нагрева.In fig. Figure 24 shows a graph of the heat transfer coefficient for several HVAC systems operating in heating mode.
На фиг. 25 показан график перепадов давления как функции процентной нагрузки для системы согласно изобретению и для систем известного уровня техники.In fig. 25 shows a graph of pressure drops as a function of percent load for a system according to the invention and for prior art systems.
Номера ссылочных позиций на графических материалахReference numbers on graphic materials
- Здание;- Building;
- этаж;- floor;
- установка в виде охлаждающего теплообменника;- installation in the form of a cooling heat exchanger;
- установка горячей воды;- installation of hot water;
- камера обработки воздуха;- air treatment chamber;
- система воздуховодов;- air duct system;
- охлаждающая башня;- cooling tower;
- циркуляционный насос;- circulation pump;
- циркуляционный насос;- circulation pump;
- замкнутый контур холодной воды;- closed cold water circuit;
- циркуляционный насос;- circulation pump;
- контур охлаждающей башни;- cooling tower circuit;
- 4 043362- 4 043362
- подвод электропитания;- power supply;
- впускное отверстие для газа;- gas inlet;
- вытяжной дымоход;- exhaust chimney;
- замкнутый контур горячей воды;- closed hot water circuit;
- рециркуляционный вентилятор;- recirculation fan;
- основной вентилятор;- main fan;
- впуск;- inlet;
- выпуск;- release;
- воздушный клапан;- air valve;
- воздушный клапан;- air valve;
- воздушный клапан;- air valve;
- регулирующий клапан;- control valve;
- регулирующий клапан;- control valve;
- центральная зона;- central zone;
- восточная зона;- eastern zone;
- северная зона;- northern zone;
- западная зона;- western zone;
- южная зона;- southern zone;
- этаж;- floor;
- установка подачи;- feed installation;
- распределительный воздуховод;- air distribution duct;
- камера обработки воздуха центральной зоны;- central zone air treatment chamber;
- камера обработки воздуха восточной зоны;- air treatment chamber for the eastern zone;
- камера обработки воздуха северной зоны;- air treatment chamber for the northern zone;
- камера обработки воздуха западной зоны;- air treatment chamber for the western zone;
- камера обработки воздуха южной зоны;- air treatment chamber for the southern zone;
- основной замкнутый контур для воды;- main closed circuit for water;
- система регулирования основного замкнутого контура для воды;- control system for the main closed loop for water;
- охлаждающий микротеплообменник;- cooling microheat exchanger;
- блок управления вентилятором;- fan control unit;
- возвратный трубопровод;- return pipeline;
- подающий трубопровод;- supply pipeline;
- клапан;- valve;
100 - клапан;100 - valve;
102 - клапан;102 - valve;
104 - клапан;104 - valve;
106 - клапан;106 - valve;
108 - клапан;108 - valve;
110 - клапан;110 - valve;
112 - клапан;112 - valve;
114 - насос;114 - pump;
116 - насос;116 - pump;
118 - теплообменник;118 - heat exchanger;
120 - теплообменник;120 - heat exchanger;
122 - компрессор;122 - compressor;
124 - дроссельный клапан;124 - throttle valve;
126 - вторичный замкнутый контур для воды;126 - secondary closed circuit for water;
128 - рама;128 - frame;
130 - реверсивный клапан в сборе;130 - reversing valve assembly;
132 - точка соединения;132 - connection point;
134 - корпус контроллера;134 - controller housing;
136 - воздуховод для свежего воздуха;136 - air duct for fresh air;
138 - пневмораспределитель;138 - pneumatic distributor;
140 - впускное отверстие для рециркуляционного воздуха;140 - inlet for recirculation air;
142 - теплообменник;142 - heat exchanger;
144 - промежуточный замкнутый контур для воды;144 - intermediate closed circuit for water;
146 - первый охлаждающий микротеплообменник;146 - first cooling micro-heat exchanger;
148 - второй охлаждающий микротеплообменник;148 - second cooling microheat exchanger;
150 - третий охлаждающий микротеплообменник;150 - third cooling microheat exchanger;
152 - первый вторичный замкнутый контур для воды;152 - first secondary closed circuit for water;
154 - второй вторичный замкнутый контур для воды;154 - second secondary closed circuit for water;
156 - третий вторичный замкнутый контур для воды;156 - third secondary closed circuit for water;
- 5 043362- 5 043362
158 - испарительный конденсатор;158 - evaporative condenser;
160 - котлоагрегат;160 - boiler unit;
162 - насос;162 - pump;
168 - тепловой насос;168 - heat pump;
170 - реверсивный клапан;170 - reversing valve;
172 - клапан;172 - valve;
174 - клапан;174 - valve;
176 - клапан;176 - valve;
178 - клапан;178 - valve;
180 - дроссельный клапан;180 - throttle valve;
182 - обратный клапан;182 - check valve;
184 - обратный клапан;184 - check valve;
186 - змеевик;186 - coil;
188 - замкнутый контур циркуляции холодильного агента;188 - closed refrigerant circulation circuit;
190 - запасной охлаждающий микротеплообменник;190 - spare cooling microheat exchanger;
192 - теплообменник;192 - heat exchanger;
194 - теплообменник;194 - heat exchanger;
196 - теплообменник;196 - heat exchanger;
198 - кривая охлаждающего микротеплообменника;198 - cooling microheat exchanger curve;
200 - кривая магнитного подшипника;200 - magnetic bearing curve;
202 - кривая обычного охлаждения.202 - conventional cooling curve.
Описание вариантов осуществленияDescription of Embodiments
Фиг. 7А является упрощенной схемой, показывающей, как система HVAC согласно настоящему изобретению может быть установлена в многоэтажном здании 10. Основной замкнутый контур 86 для воды (Primary water loop, PWL) проходит через все здание. Циркуляционный насос или циркуляционные насосы (не показаны) поддерживают постоянную циркуляцию посредством расхода, который может быть изменен, как требуется. Система 88 регулирования PWL поддерживает температуру температура воды внутри основного замкнутого контура для воды в желаемой точке или в пределах желаемого диапазона. Оборудование HVAC известного уровня техники, такое как охлаждающий теплообменник и котлоагрегат, может быть использовано для системы 88 регулирования PWL. Некоторые примеры предусмотрены последовательно.Fig. 7A is a simplified diagram showing how an HVAC system according to the present invention can be installed in a multi-story building 10. A Primary water loop (PWL) 86 extends through the entire building. A circulation pump or circulation pumps (not shown) maintain constant circulation through a flow rate that can be varied as required. The PWL control system 88 maintains the temperature of the water within the main closed water loop at a desired point or within a desired range. Prior art HVAC equipment such as a cooling coil and boiler may be used for the PWL control system 88. Some examples are provided sequentially.
В изобретении используются циркулирующие жидкости для передачи тепла. Циркулирующая жидкость предпочтительно представляет собой воду, при этом термин вода охватывает растворы и смеси, в которых также могут быть представлены антикоррозионные и другие добавки. Циркулирующие жидкости могут быть чем-то, отличным от воды, и настоящее изобретение не ограничено использованием воды. Для удобства термин вода будет использоваться в описании, при этом под этим термином следует понимать охват любой подходящей циркулирующей жидкости.The invention uses circulating fluids to transfer heat. The circulating liquid is preferably water, the term water encompassing solutions and mixtures in which anti-corrosion and other additives may also be present. The circulating fluids may be something other than water, and the present invention is not limited to the use of water. For convenience, the term water will be used throughout the description, which term should be understood to cover any suitable circulating fluid.
Вода внутри основного замкнутого контура для воды будет предпочтительно поддерживаться при температуре в диапазоне от 15 до 30°C, более предпочтительно от 18 до 26°C и наиболее предпочтительно от 20 до 24°C (от 68 до 76°F). Это является значительным отличием по сравнению с системами HVAC известного уровня техники, где вода в замкнутом контуре холодной воды обычно поддерживается ниже 7°C (ниже 45°F), а вода в замкнутом контуре горячей воды обычно поддерживается выше 50°C (выше 122°F). В настоящем изобретении вода в PWL поддерживается в диапазоне, который является по существу таким же, как желаемая температура внутри здания.The water within the main water loop will preferably be maintained at a temperature in the range of 15 to 30°C, more preferably 18 to 26°C, and most preferably 20 to 24°C (68 to 76°F). This is a significant change from prior art HVAC systems where the cold loop water is typically maintained below 7°C (below 45°F) and the hot loop water is typically maintained above 50°C (above 122° F). In the present invention, the water in the PWL is maintained within a range that is substantially the same as the desired temperature inside the building.
Один или более охлаждающих микротеплообменников 90 предусмотрены для каждого этажа 12 здания. Каждый охлаждающий микротеплообменник выполнен с возможностью обеспечения теплообмена с водой, циркулирующей в PWL 86. Каждый охлаждающий микротеплообменник также выполнен с возможностью обеспечения теплообмена с одним или более связанными блоками 92 управления вентилятором (показаны на фиг. 7B). Каждый блок или блоки управления вентилятором нагревают или охлаждают воздух в охватываемой ими зоне.One or more cooling microheat exchangers 90 are provided for each floor 12 of the building. Each cooling micro-heat exchanger is configured to exchange heat with water circulating in the PWL 86. Each cooling micro-heat exchanger is also configured to exchange heat with one or more associated fan control units 92 (shown in FIG. 7B). Each fan control unit or units heats or cools the air in the area they cover.
При рассмотрении фиг. 7А специалистам в данной области техники будет понятно, что основной замкнутый контур 86 для воды, проходящий на значительную высоту, может создавать значительные проблемы с давлением, поскольку давление вблизи нижней части будет значительно больше, чем давление вблизи верхней части. В высоких зданиях часто будет необходимым разбивать PWL на более мелкие дополнительные замкнутые контуры, с теплообменниками вода-вода, соединяющими замкнутые контуры. Другие подходы могут быть использованы для поддержания давления воды в желаемом диапазоне. Например, устройства, снижающие давление или повышающие давление, могут быть размещены внутри замкнутого контура. Устройством, повышающим давление, обычно является только насос. Устройством, снижающем давление, может быть промежуточный накопительный бак на спускающейся вниз стороне замкнутого контура. Промежуточный бак принимает воду сверху и снижает давление воздуха, созданное в баке, до атмосферного. Другие устройства, регулирующие давление, известны специалисту в областиWhen considering FIG. 7A, those skilled in the art will appreciate that the main water loop 86 extending to a significant height can create significant pressure problems because the pressure near the bottom will be significantly greater than the pressure near the top. In tall buildings it will often be necessary to break the PWL into smaller additional closed loops, with water-to-water heat exchangers connecting the closed loops. Other approaches can be used to maintain water pressure within the desired range. For example, devices that reduce pressure or increase pressure can be placed within a closed loop. The device that increases the pressure is usually only a pump. The pressure reducing device may be an intermediate storage tank on the downstream side of the closed circuit. The intermediate tank receives water from above and reduces the air pressure created in the tank to atmospheric pressure. Other pressure regulating devices are known to one skilled in the art.
- 6 043362 техники. Термин основной замкнутый контур для воды следует понимать, как возможно охватывающий данные устройства, регулирующие давление.- 6 043362 equipment. The term main closed circuit for water should be understood to possibly include these pressure regulating devices.
На фиг. 8 показан схематический вид единственного охлаждающего микротеплообменника 90 и связанных с ним блоков 92 управления вентилятором. Охлаждающий микротеплообменник 90 соединен с основным замкнутым контуром 86 для воды. Кран в подающий трубопровод 96 обеспечивает подачу циркулирующей воды в охлаждающий микротеплообменник 90, и кран в возвратный трубопровод 94 возвращает воду из охлаждающего микротеплообменника в PWL.In fig. 8 shows a schematic view of a single cooling micro-heat exchanger 90 and associated fan control units 92. The cooling micro-heat exchanger 90 is connected to the main closed circuit 86 for water. A valve in the supply line 96 supplies circulating water to the cooling micro-heat exchanger 90, and a valve in the return line 94 returns water from the cooling micro-heat exchanger to the PWL.
В основе охлаждающего микротеплообменника в данном примере находится нереверсивный тепловой двигатель. Компрессор 122 сжимает подходящий холодильный агент и передает его в теплообменник 120. Теплообменник 120 действует как конденсатор. Он охлаждает циркулирующий холодильный агент и передает его на дроссельный клапан 124. Дроссельный клапан расширяет жидкий холодильный агент и передает его в теплообменник 118, который действует как испаритель. Испаритель нагревает газообразный холодильный агент и передает его назад на сторону впуска компрессора 122.The cooling microheat exchanger in this example is based on a non-reversible heat engine. Compressor 122 compresses a suitable refrigerant and transfers it to heat exchanger 120. Heat exchanger 120 acts as a condenser. It cools the circulating refrigerant and transfers it to the butterfly valve 124. The butterfly valve expands the liquid refrigerant and transfers it to the heat exchanger 118, which acts as an evaporator. The evaporator heats the refrigerant gas and transfers it back to the inlet side of the compressor 122.
Теплообменник 118 охлаждается циркулирующим холодильным агентом, всякий раз при работе компрессора 122. Следовательно, когда компрессор работает, теплообменник 120 нагревается и теплообменник 118 охлаждается. Циркуляционный насос 114 прокачивает воду через теплообменник 118, когда он активирован. Подобным образом, циркуляционный насос 116 прокачивает воду через теплообменник 120, когда он активирован. Тепловой двигатель в данном примере является нереверсивным, что означает, что поток через замкнутый контур для холодильного агента всегда проходит в одном направлении (в противоположность тепловому насосу, который может иметь реверсивный клапан для обеспечения реверса потока через испаритель и конденсатор).The heat exchanger 118 is cooled by the circulating refrigerant whenever the compressor 122 is operated. Therefore, when the compressor is operated, the heat exchanger 120 is heated and the heat exchanger 118 is cooled. The circulation pump 114 pumps water through the heat exchanger 118 when it is activated. Likewise, the circulation pump 116 pumps water through the heat exchanger 120 when it is activated. The heat engine in this example is non-reversing, meaning that the flow through the closed circuit for the refrigerant is always in one direction (as opposed to a heat pump, which may have a reversing valve to reverse the flow through the evaporator and condenser).
Вторичный замкнутый контур 126 для воды обеспечивает циркуляцию воды через один или более блоков 92 управления вентилятором. Каждый блок управления вентилятором содержит змеевик для воды из вторичного замкнутого контура для воды и вентилятор, выполненный с возможностью нагнетания воздуха поверх змеевика. Если вода, циркулирующая через вторичный замкнутый контур 126 для воды, является горячей, то змеевик в блоке управления вентилятором используется для нагрева воздуха, втягиваемого через блок управления вентилятором. Если вода является холодной, то вентилятор в блоке управления вентилятором используется для охлаждения воздуха. Распределительный воздуховод или воздуховоды обычно соединены с каждым блоком управления вентилятором. Это не показано на виде.A secondary water loop 126 circulates water through one or more fan control units 92 . Each fan control unit includes a water coil from a secondary closed water loop and a fan configured to blow air over the coil. If the water circulating through the secondary water loop 126 is hot, then a coil in the fan control unit is used to heat the air drawn through the fan control unit. If the water is cold, the fan in the fan control box is used to cool the air. An air distribution duct or ducts are typically connected to each fan control unit. This is not shown in the view.
Первый набор распределительных клапанов 98, 100, 102, 104 управляет потоком воды через теплообменник 118 (испаритель). Второй набор распределительных клапанов 106, 108, 110, 112 управляет потоком воды через теплообменник 120 (конденсатор). Дополнительные распределительные клапаны могут быть предусмотрены на разных ответвлениях вторичного замкнутого контура 126 для воды для управления потоком для каждого индивидуального блока 92 управления вентилятором.The first set of control valves 98, 100, 102, 104 controls the flow of water through the heat exchanger 118 (evaporator). A second set of control valves 106, 108, 110, 112 controls the flow of water through the heat exchanger 120 (condenser). Additional control valves may be provided on different branches of the secondary water loop 126 to control flow for each individual fan control unit 92.
На фиг. 9 и 10 изображен охлаждающий микротеплообменник в его двух основных режимах работы. На фиг. 9 показан охлаждающий микротеплообменник 90, работающий в режиме нагрева, в котором блоки 92 управления вентилятором нагревают воздух в своих соответствующих зонах. Клапаны 98 и 102 открыты. Клапаны 100 и 104 закрыты. Вода из основного замкнутого контура для воды подается из подающего трубопровода 96 и проходит через насос 114. Вода затем циркулирует через теплообменник 118 и выходит через клапан 102 перед попаданием в возвратный трубопровод 94. Путь потока показан жирным. Вода PWL, проходящая через теплообменник 118, охлаждается и возвращается в PWL. Иначе говоря, тепло передается от воды в PWL охлаждающему микротеплообменнику.In fig. 9 and 10 show the cooling micro-heat exchanger in its two main operating modes. In fig. 9 shows a cooling micro-heat exchanger 90 operating in a heating mode, in which the fan control units 92 heat the air in their respective zones. Valves 98 and 102 are open. Valves 100 and 104 are closed. Water from the main water loop is supplied from supply line 96 and passes through pump 114. The water then circulates through heat exchanger 118 and exits through valve 102 before entering return line 94. The flow path is shown in bold. The water PWL passing through the heat exchanger 118 is cooled and returned to the PWL. In other words, heat is transferred from the water in the PWL to the cooling micro-heat exchanger.
Клапаны 108 и 112 открыты. Клапаны 106 и 110 закрыты. Насос 116 прокачивает воду из теплообменника 120 через клапан 108 и наружу во вторичный замкнутый контур 126 для воды. Вода, возвращаемая из блоков управления вентилятором, во вторичном замкнутом контуре для воды протекает через клапан 112 и в теплообменник 120. Вода, проходящая через теплообменник 120, нагревается (стоит напомнить, что теплообменник работает как конденсатор для замкнутого контура для холодильного агента), и это тепло передается на блоки управления вентилятором. Нагретая вода, протекающая через блоки управления вентилятором, используется для нагрева воздуха. При рассмотрении общего принципа работы, показанного на фиг. 9, тепло поступает от воды, циркулирующей в основном замкнутом контуре 86 для воды и передается воздуху, нагнетаемому через блоки 92 управления вентиляторами. Это выполняется посредством соединения PWL 86 с теплообменником 118 (испарителем) и вторичного замкнутого контура 126 для воды с теплообменником 120 (конденсатором).Valves 108 and 112 are open. Valves 106 and 110 are closed. Pump 116 pumps water from heat exchanger 120 through valve 108 and out into secondary closed water loop 126. Water returned from the fan control units in the secondary water loop flows through valve 112 and into heat exchanger 120. The water passing through heat exchanger 120 is heated (it is worth recalling that the heat exchanger acts as a closed loop condenser for refrigerant), and this heat is transferred to the fan control units. The heated water flowing through the fan control units is used to heat the air. Considering the general operating principle shown in FIG. 9, heat comes from the water circulating in the main closed water loop 86 and is transferred to the air forced through the fan control units 92. This is accomplished by connecting PWL 86 to heat exchanger 118 (evaporator) and secondary water loop 126 to heat exchanger 120 (condenser).
На фиг. 10 показана та же компоновка, работающая в режиме охлаждения. Клапаны 106 и 110 открыты. Клапаны 108 и 112 закрыты. Как и в предыдущем примере, вода из основного замкнутого контура для воды поступает из подающего трубопровода 96.In fig. Figure 10 shows the same arrangement operating in cooling mode. Valves 106 and 110 are open. Valves 108 and 112 are closed. As in the previous example, water from the main closed water loop comes from supply line 96.
Однако в отличие от предыдущего примера, вода из подающего трубопровода направляется через клапан 110 к теплообменнику 120. Насос 116 прокачивает воду через теплообменник 120 и через клапан 106. Из клапана 106 вода проходит назад к возвратному трубопроводу 94 (где она снова попадает в PWL). Путь потока показан жирной линией. Вода PWL, проходящая через теплообменник 120, нагревается и возвращается в PWL. Иначе говоря, тепло передается от охлаждающего микротеплообменника к воде в PWL.However, unlike the previous example, water from the supply line is directed through valve 110 to heat exchanger 120. Pump 116 pumps water through heat exchanger 120 and through valve 106. From valve 106, water flows back to return line 94 (where it reenters the PWL). The flow path is shown with a thick line. The water PWL passing through the heat exchanger 120 is heated and returned to the PWL. In other words, heat is transferred from the cooling micro-heat exchanger to the water in the PWL.
- 7 043362- 7 043362
Клапаны 98, 100, 102, 104 установлены для циркуляции воды из вторичного замкнутого контура 126 для воды через теплообменник 118 (испаритель). Клапаны 100 и 104 открыты. Клапаны 98 и 102 закрыты. Насос 114 прокачивает воду через теплообменник 118 (испаритель) и вниз во вторичный замкнутый контур 126 для воды. Вода, возвращаемая из блоков управления вентилятором, во вторичном замкнутом контуре для воды проходит через клапан 100 и обратно к насосу 114. Вода, проходящая через вторичный замкнутый контур для воды, тем самым охлаждается, и охлажденная вода используется для поглощения тепла от воздуха здания, проходящего через блоки управления вентиляторами.Valves 98, 100, 102, 104 are installed to circulate water from a secondary closed water loop 126 through a heat exchanger 118 (evaporator). Valves 100 and 104 are open. Valves 98 and 102 are closed. Pump 114 pumps water through heat exchanger 118 (evaporator) and down into secondary closed water loop 126. Water returned from the fan control units in the secondary water loop passes through valve 100 and back to pump 114. The water passing through the secondary water loop is thereby cooled, and the cooled water is used to absorb heat from the building air passing through through fan control units.
При рассмотрении общего принципа работы, показанного на фиг. 10, можно видеть, что тепло поступает от воздуха, нагнетаемого через блоки 92 управления вентилятором, и передается воде, циркулирующей в основном замкнутом контуре 86 для воды. Это выполняется посредством соединения PWL 86 с теплообменником 120 (конденсатором) и вторичного замкнутого контура 126 для воды с теплообменником 118 (испарителем).Considering the general operating principle shown in FIG. 10, it can be seen that heat comes from the air forced through the fan control units 92 and is transferred to the water circulating in the main closed water loop 86. This is accomplished by connecting PWL 86 to heat exchanger 120 (condenser) and a secondary water loop 126 to heat exchanger 118 (evaporator).
Следует отметить, что все время замкнутый контур для холодильного агента, проходящий через теплообменник 118 и теплообменник 120 всегда протекает в одном направлении (прокачиваемый компрессором). В отличие от реверсивного теплового насоса, замкнутый контур для холодильного агента не имеет реверсивного клапана. Теплообменник 118 всегда представляет собой испаритель, и теплообменник 120 всегда представляет собой конденсатор.It should be noted that at all times the closed circuit for the refrigerant passing through heat exchanger 118 and heat exchanger 120 always flows in the same direction (pumped by the compressor). Unlike a reversible heat pump, the refrigerant closed loop does not have a reversing valve. Heat exchanger 118 is always an evaporator, and heat exchanger 120 is always a condenser.
На фиг. 11-13 показаны некоторые физические варианты осуществления охлаждающего микротеплообменника согласно настоящему изобретению и его компонентов. Охлаждающий микротеплообменник 90 в данном примере содержится внутри рамы 128. Теплообменники 118 и теплообменник 120 установлены вблизи одного конца рамы. Циркуляционные насосы 114 и 116 установлены вблизи противоположного конца. Компрессор 122 содержится внутри показанного корпуса. Взаимосоединенные трубы предусмотрены для создания пути потока согласно схеме по фиг. 8 и 9.In fig. 11-13 show some physical embodiments of a cooling microheat exchanger according to the present invention and its components. The cooling micro-heat exchanger 90 in this example is contained within the frame 128. The heat exchangers 118 and the heat exchanger 120 are mounted near one end of the frame. Circulation pumps 114 and 116 are installed near the opposite end. Compressor 122 is contained within the illustrated housing. Interconnected pipes are provided to create a flow path according to the design of FIG. 8 and 9.
На фиг. 12 показан тот же охлаждающий микротеплообменник с другой точки обзора. На этом виде читателю будет видно, как трубки заканчиваются в четырех точках 132 соединения. Две из этих точек соединения ведут к основному замкнутому контуру 86 для воды, и две из этих точек соединения ведут к вторичному замкнутому контуру 126 для воды. Как показано на схематическом виде на фиг. 8 и 9, четырех точек соединения достаточно для обеспечения требуемых путей потока.In fig. Figure 12 shows the same cooling micro-heat exchanger from a different vantage point. This view will show the reader how the tubes terminate at four connection points 132. Two of these connection points lead to the primary water loop 86, and two of these connection points lead to the secondary water loop 126. As shown in the schematic view in FIG. 8 and 9, four connection points are sufficient to provide the required flow paths.
Возвращаясь к фиг. 11, можно отметить, что все расходные клапаны для охлаждающего микротеплообменника предусмотрены в данном примере в единственном реверсивном клапане в сборе 130. Восемь клапанов могут быть установлены для чередования с единственным подвижным золотником. Все клапаны (клапаны 98, 100, 102, 104, 106, 108, 100 и 112 на фиг. 9 и 10) содержатся внутри реверсивного клапана в сборе 130 (для того, чтобы избежать путаницы для пользователя, следует иметь в виду, что термин реверсивный клапан в сборе в данном случае не относится к реверсивному клапану внутри замкнутого контура циркуляции холодильного агента). Реверсивный клапан в сборе 130 может быть золотниковым клапаном, где прохождение золотника через корпус одновременно задействует более одного клапана. Как известно специалистам в данной области техники, один золотник, проходящий через соответствующий корпус, может содержать все восемь клапанов 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112. Таким образом, один привод клапана в сборе может обеспечить переключение, необходимое для работы охлаждающего микротеплообменника в режиме нагрева или в режиме охлаждения. Также, как будет пояснено, может быть предусмотрен дополнительный холостой режим.Returning to FIG. 11, it may be noted that all of the flow valves for the cooling micro-heat exchanger are provided in this example in a single reversing valve assembly 130. Eight valves may be arranged to alternate with a single movable spool. All valves (valves 98, 100, 102, 104, 106, 108, 100, and 112 in FIGS. 9 and 10) are contained within the reversing valve assembly 130 (to avoid user confusion, it should be noted that the term The reversing valve assembly in this case does not refer to the reversing valve within a closed refrigerant circuit). The reversing valve assembly 130 may be a spool valve, where the passage of the spool through the body operates more than one valve at a time. As is known to those skilled in the art, a single spool passing through a suitable housing can contain all eight valves 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112. Thus, a single valve actuator assembly can provide the switching required for operation of the cooling micro-heat exchanger in heating mode or cooling mode. Also, as will be explained, an additional idle mode may be provided.
Продолжая рассматривать фиг. 11, можно отметить, что компрессор 122 довольно компактен. Компрессор предпочтительно представляет собой центробежную модель, которая работает на высокой скорости. В компрессоре предпочтительно используется технология подшипников со сверхнизким трением. Эта технология подшипников позволяет использовать безмасляный замкнутый контур для холодильного агента, что значительно повышает эффективность. Один из подходов заключается в использовании магнитных подшипников, которые, по существу, обеспечивают левитацию вращающегося вала компрессора. Такие подшипники очень эффективны, но также довольно дороги. Более дешевый подход - использовать фольговые подшипники. Фольговые подшипники имеют минимальную скорость отрыва, которую необходимо поддерживать, чтобы предотвратить любой физический контакт внутри подшипников. Эта скорость отрыва довольно низкая - обычно около 5% от номинальной рабочей скорости подшипника. Использование таких подшипников обеспечивает очень высокую скорость вращения вращающегося вала компрессора. Такие подшипники также обеспечивают практически неограниченную разгрузку, что означает, что компрессор может работать на скорости, намного меньшей, чем его номинальная максимальная скорость, без риска контакта в подшипниках.Continuing to look at FIG. 11, it can be noted that the compressor 122 is quite compact. The compressor is preferably a centrifugal model that operates at high speed. The compressor preferably uses ultra-low friction bearing technology. This bearing technology allows for an oil-free closed circuit for the refrigerant, which greatly improves efficiency. One approach is to use magnetic bearings, which essentially levitate the rotating compressor shaft. These bearings are very effective, but also quite expensive. A cheaper approach is to use foil bearings. Foil bearings have a minimum breakout speed that must be maintained to prevent any physical contact within the bearings. This breakout speed is quite low - typically around 5% of the bearing's rated operating speed. The use of such bearings ensures a very high rotation speed of the rotating compressor shaft. Such bearings also provide virtually unlimited unloading, which means the compressor can operate at speeds much lower than its rated maximum speed without risk of contact in the bearings.
В результате сочетания этих факторов компрессор 122 достаточно компактен и легок для своей выходной мощности. На фиг. 13 показан физический вариант осуществления компрессора 122 с прикрепленным корпусом 134 контроллера. Корпус контроллера содержит электронику, приспособленную для управления работой компрессора во всем его рабочем диапазоне, а также функциями пуска и остановки. В предпочтительных вариантах осуществления компрессор будет работать непрерывно. В периоды, когда не требуется нагрев или охлаждение, управляющая электроника сводить к минимуму скорость вращения (примерно до 10000 об/мин). Управляющая электроника также будет переключать охлаждающийAs a result of the combination of these factors, compressor 122 is quite compact and lightweight for its power output. In fig. 13 shows a physical embodiment of compressor 122 with controller housing 134 attached. The controller housing contains electronics adapted to control the operation of the compressor over its entire operating range, as well as the start and stop functions. In preferred embodiments, the compressor will operate continuously. During periods when heating or cooling is not required, the control electronics reduce the rotation speed to a minimum (to approximately 10,000 rpm). The control electronics will also switch the cooling
- 8 043362 микротеплообменник между режимами нагрева и охлаждения так, чтобы температура воды в вторичном замкнутом контуре для воды оставалась близкой к температуре воздуха в пространстве, обслуживаемом охлаждающим микротеплообменником. Это состояние простоя действительно потребляет больше энергии, чем простое выключение компрессора. Однако за счет непрерывной работы компрессора со скоростью, превышающей скорость отрыва фольгового подшипника, срок службы компрессора продлевается на неопределенный срок. Эта работа называется режимом простоя. Компрессор разгружен - это означает, что его скорость снижена до низкой скорости, которая является достаточно высокой для сохранения надлежащей функции подшипника, но при которой скорость циркуляции холодильного агента значительно снижена. В этом режиме простоя восемь клапанов периодически переключаются, так что охлаждающий микротеплообменник переключается между режимом нагрева и режимом охлаждения (например, раз в минуту или, например, раз в пять минут). Это позволяет компрессору продолжать работать, даже когда нагрев или охлаждение не требуются.- 8 043362 micro-heat exchanger between heating and cooling modes so that the water temperature in the secondary closed circuit for water remains close to the air temperature in the space served by the cooling micro-heat exchanger. This idle state actually consumes more energy than simply turning off the compressor. However, by continuously operating the compressor at a speed greater than the foil bearing separation speed, the life of the compressor is extended indefinitely. This operation is called idle mode. The compressor is unloaded - this means that its speed is reduced to a low speed that is high enough to maintain proper bearing function, but at which the refrigerant circulation rate is significantly reduced. In this idle mode, eight valves are periodically switched so that the cooling micro-heat exchanger switches between a heating mode and a cooling mode (for example, once a minute or, for example, once every five minutes). This allows the compressor to continue to operate even when heating or cooling is not required.
Коммерческие здания требуют подачи свежего воздуха на определенных уровнях. В первую очередь это делается для сведения к минимуму накопления углекислого газа. Некоторые системы известного уровня техники отслеживают уровень углекислого газа и при необходимости подают свежий воздух. Однако большинство систем известного уровня техники просто пропускают фиксированный объем свежего воздуха, который, как известно из экспериментов, поддерживает накопление углекислого газа на приемлемом уровне. На фиг. 14 изображен вариант осуществления настоящего изобретения, в котором используется более сложный подход.Commercial buildings require fresh air supply at certain levels. This is primarily done to minimize the accumulation of carbon dioxide. Some prior art systems monitor carbon dioxide levels and supply fresh air when needed. However, most prior art systems simply pass a fixed volume of fresh air, which is known from experimentation to keep carbon dioxide accumulation at an acceptable level. In fig. 14 depicts an embodiment of the present invention that uses a more complex approach.
Воздуховод 136 для свежего воздуха переносит сжатый свежий воздух к блокам 92 управления вентилятором. Поступление свежего воздуха в каждый блок управления вентилятором управляется пневмораспределителем 138. Рециркуляционный воздух подается к каждому блоку управления вентилятором через впускное отверстие 140 для рециркуляционного воздуха. Поступление свежего воздуха часто создает дополнительный нагрузки на систему HVAC здания. В жарком и влажном климате требуется дополнительная энергия для осушения и охлаждения поступающего свежего воздуха. Поэтому желательно впускать только необходимый объем свежего воздуха.Fresh air duct 136 carries compressed fresh air to fan control units 92 . The fresh air supply to each fan control unit is controlled by a pneumatic distributor 138. Recirculation air is supplied to each fan control unit through a recirculation air inlet 140. Fresh air intake often places additional stress on a building's HVAC system. In hot and humid climates, additional energy is required to dehumidify and cool the incoming fresh air. Therefore, it is advisable to let in only the required amount of fresh air.
В показанном примере датчик или датчики углекислого газа отслеживают уровень углекислого газа в каждой зоне, и система управления использует эту информацию для модуляции пневмораспределителя 138 таким образом, чтобы вводилось необходимое количество свежего воздуха, но не более того.In the example shown, a carbon dioxide sensor or sensors monitors the level of carbon dioxide in each zone, and the control system uses this information to modulate air distributor 138 so that the required amount of fresh air is introduced, but no more.
На фиг. 15-18 показаны дополнительные примерные варианты осуществления. В примере по фиг. 15 основной замкнутый контур 86 для воды проходит вертикально через подающий трубопровод 96 и обратный трубопровод 94. Теплообменник 142 предусмотрен для каждого этажа. Теплообменник 142 осуществляет обмен теплом между основным замкнутым контуром для воды и промежуточным замкнутым контуром 144 для воды. Промежуточный замкнутый контур обеспечивает циркуляцию воды (поддерживаемой в диапазоне от 20 до 24°C) на все охлаждающие микротеплообменники 90 на одном этаже. Затем каждый охлаждающий микротеплообменник прокачивает воду через свой собственный вторичный замкнутый контур 126 для воды, на блоки управления вентиляторами, связанные с конкретным охлаждающим микротеплообменником.In fig. 15-18 show additional exemplary embodiments. In the example of FIG. 15, a main water loop 86 runs vertically through a supply line 96 and a return line 94. A heat exchanger 142 is provided for each floor. Heat exchanger 142 exchanges heat between the main water loop and the intermediate water loop 144. An intermediate closed loop circulates water (maintained between 20 and 24°C) to all cooling micro-heat exchangers 90 on one floor. Each microcooling coil then pumps water through its own secondary water loop 126 to the fan control units associated with the particular microcooling coil.
На фиг. 16 показана схема для одного полного этажа. В этом примере теплообменник 142 снова обменивается теплом между основным замкнутым контуром 86 для воды и промежуточным замкнутым контуром 144 для воды. В этом примере все охлаждающие микротеплообменники на одном этаже соединены с промежуточным замкнутым контуром 144 для воды. Показаны три из этих охлаждающих микротеплообменников (охлаждающие микротеплообменники 146, 148, 150). Также показаны три вторичных замкнутых контура 152,154,156 для воды - по одному на каждый охлаждающий микротеплообменник.In fig. Figure 16 shows a diagram for one full floor. In this example, heat exchanger 142 again exchanges heat between the main water loop 86 and the intermediate water loop 144. In this example, all cooling micro-heat exchangers on one floor are connected to an intermediate closed loop 144 for water. Three of these cooling micro-heat exchangers are shown (cooling micro-heat exchangers 146, 148, 150). Also shown are three secondary closed loops 152,154,156 for water - one for each cooling micro-heat exchanger.
Все три охлаждающих микротеплообменника 146, 148, 150 работают в одном режиме - режиме нагрева. Однако так может быть не всегда. Время от времени охлаждающие микротеплообменники будут работать в разных режимах. Примером является прохладное утро с высокой солнечной нагрузкой на восточную зону этажа. Охлаждающий микротеплообменник, работающий в восточной зоне, будет работать в режиме охлаждения, в то время как остальные охлаждающие микротеплообменники на этаже будут работать в режиме нагрева. По сути, охлаждающий микротеплообменник восточной зоны будет передавать тепло от одной части этажа к другой, передавая тепло в промежуточный замкнутый контур 144 для воды, при этом тепло снова отводится другими охлаждающими микротеплообменниками на том же этаже.All three cooling microheat exchangers 146, 148, 150 operate in the same mode - heating mode. However, this may not always be the case. From time to time, the cooling micro-heat exchangers will operate in different modes. An example is a cool morning with high solar load on the eastern zone of the floor. The cooling micro-heat exchanger operating in the east zone will operate in cooling mode, while the rest of the cooling micro-heat exchangers on the floor will operate in heating mode. Essentially, the east zone cooling micro-heat exchanger will transfer heat from one part of the floor to another, transferring the heat to the intermediate water loop 144, with the heat again being rejected by other cooling micro-heat exchangers on the same floor.
Возвращаясь кратко к фиг. 7А, следует помнить, что температура воды, циркулирующей в основном замкнутом контуре 86 для воды, поддерживается системой 88 регулирования PWL. Иногда эта система будет подводить тепло к циркулирующей воде, а иногда отводить тепло от циркулирующей воды. Как известно специалистам в области техники, многие известные устройства могут использоваться для регулирования температуры воды в основном замкнутом контуре для воды.Returning briefly to FIG. 7A, it should be remembered that the temperature of the water circulating in the main closed water loop 86 is maintained by the PWL control system 88. Sometimes this system will add heat to the circulating water and sometimes remove heat from the circulating water. As is known to those skilled in the art, many known devices can be used to control the temperature of water in a main closed water loop.
На фиг. 17 показан вариант осуществления, в котором для регулирования температуры воды используются испарительный конденсатор 158 и котлоагрегат 160. В периоды времени, когда требуется общее охлаждение, включается испарительный конденсатор для передачи тепла в воздух, окружающий здание. В периоды времени, когда требуется общий нагрев, в котлоагрегате 160 сжигается природный газ для повышения температуры воды. Насос 162 обеспечивает циркуляцию воды в основном замкнутомIn fig. 17 shows an embodiment that uses evaporative condenser 158 and boiler 160 to control water temperature. During periods of time when overall cooling is required, the evaporative condenser is turned on to transfer heat to the air surrounding the building. During periods of time when general heating is required, natural gas is burned in boiler 160 to raise the temperature of the water. Pump 162 circulates water in the main closed
- 9 043362 контуре 86 для воды. Теплообменник 142 передает тепло между основным замкнутым контуром 86 для воды и одним промежуточным замкнутым контуром 144 для воды. В этом примере к промежуточному замкнутому контуру 144 для воды присоединены несколько охлаждающих микротеплообменников 90 (показан только один охлаждающий микротеплообменник 90). К основному замкнутому контуру 86 для воды подключены дополнительные промежуточные замкнутые контуры для воды (не показаны).- 9 043362 circuit 86 for water. Heat exchanger 142 transfers heat between a main water loop 86 and one intermediate water loop 144. In this example, multiple cooling micro-heat exchangers 90 are connected to the intermediate water loop 144 (only one cooling micro-heat exchanger 90 is shown). Additional intermediate water loops (not shown) are connected to the main water loop 86.
На фиг. 18 показан аналогичный вариант, в котором вместо испарительного конденсатора и котлоагрегата по фиг. 17 использован тепловой насос 168. 17. Тепловой насос обычно используется для меньших коммерческих зданий, но также возможно обслуживать большое коммерческое здание, используя несколько тепловых насосов параллельно.In fig. 18 shows a similar embodiment, in which instead of the evaporative condenser and boiler unit of FIG. 17 used heat pump 168. 17. A heat pump is typically used for smaller commercial buildings, but it is also possible to serve a large commercial building using multiple heat pumps in parallel.
В предшествующих примерных вариантах осуществления вторичный замкнутый контур для воды использовался для передачи тепла между конкретным охлаждающим микротеплообменником и связанными с ним блоками управления вентилятором. Возможна также циркуляция охлаждающего агента непосредственно между охлаждающим микротеплообменником и связанными с ним блоками управления вентилятором. На фиг. 19-22 показаны варианты осуществления с использованием этого последнего подхода. На фиг. 19 показаны компоненты запасного охлаждающего микротеплообменника 190, в то время, как на фиг. 20 и 21 показаны его рабочие состояния. На фиг. 22 показана система, включающая несколько охлаждающих микротеплообменников.In previous exemplary embodiments, a secondary water loop was used to transfer heat between a particular cooling micro-heat exchanger and its associated fan control units. It is also possible to circulate the cooling agent directly between the cooling micro-heat exchanger and the associated fan control units. In fig. 19-22 show embodiments using this latter approach. In fig. 19 shows the components of the spare cooling micro-heat exchanger 190, while FIG. 20 and 21 show its working states. In fig. 22 shows a system including several cooling micro-heat exchangers.
В примере по фиг. 19, компрессор 122 прокачивает холодильный агент на реверсивный клапан 170. Реверсивный клапан направляет сжатый (и горячий) газ, выполняющий функцию холодильного агента либо в теплообменник 142, либо в блоки 92 управления вентилятора в зависимости от режима работы. Теплообменник 142 обменивается теплом с основным замкнутым контуром 86 для воды (может также быть использован промежуточный замкнутый контур для воды). Как и в предыдущих примерах, теплообменник 142 передает тепло на PWL 86, когда блоки управления вентилятором работают в режиме охлаждения, и принимает тепло от PWL, когда блоки управления вентилятором работают в режиме нагрева.In the example of FIG. 19, compressor 122 pumps refrigerant to reversing valve 170. The reversing valve directs compressed (and hot) refrigerant gas to either heat exchanger 142 or fan control units 92, depending on the operating mode. Heat exchanger 142 exchanges heat with the main water loop 86 (an intermediate water loop may also be used). As in the previous examples, heat exchanger 142 transfers heat to PWL 86 when the fan controls are in cooling mode and receives heat from the PWL when the fan controls are in heating mode.
Вместо использования воды, циркулирующей во вторичном контуре, для блоков управления вентилятором, в варианте осуществления на фиг. 19 сам холодильный агент отправляется на блоки управления вентилятором через замкнутый контур 188 циркуляции холодильного агента. Поток холодильного агента становится обратимым за счет работы реверсивного клапана 170, как будет объяснено ниже. Клапаны 172, 174, 176, 178 индивидуально управляют потоком на каждый блок 92 управления вентилятором, так что блок управления вентилятором может быть отключен, когда в зоне, которую он покрывает, нет необходимости в нагреве или охлаждении. Змеевик 186 предусмотрен в каждом блоке управления вентилятором. Этот змеевик действует либо как испаритель, либо как конденсатор в зависимости от режима работы.Instead of using secondary loop water for the fan control units, the embodiment of FIG. 19 the refrigerant itself is sent to the fan control units through a closed refrigerant circulation loop 188. The refrigerant flow is made reversible by operation of the reversing valve 170, as will be explained below. Valves 172, 174, 176, 178 individually control flow to each fan control unit 92 so that the fan control unit can be turned off when there is no need for heating or cooling in the area it covers. A coil 186 is provided in each fan control unit. This coil acts as either an evaporator or a condenser depending on the operating mode.
Дроссельный клапан 180 предусмотрен для каждого блока 92 управления вентилятором. Каждый дроссельный клапан 180 содержит обычный перепуск с обратным клапаном 184. Как будет известно специалистам в области техники, обратные клапаны 184 позволяют потоку холодильного агента обходить дроссельные клапаны 180, когда блоки управления вентилятором работают в режиме обогрева. Дроссельный клапан 124 предусмотрен для работы блоков управления вентилятором в режиме нагрева. Перепускной контур с обратным клапаном 182 позволяет обходить дроссельный клапан 124, когда блоки управления вентилятором работают в режиме охлаждения.A throttle valve 180 is provided for each fan control unit 92. Each butterfly valve 180 includes a conventional bypass with a check valve 184. As will be known to those skilled in the art, check valves 184 allow refrigerant flow to bypass the butterfly valves 180 when the fan controls are operating in heating mode. Throttle valve 124 is provided for operation of fan control units in heating mode. The bypass circuit with check valve 182 allows the throttle valve 124 to be bypassed when the fan controls are operating in cooling mode.
На фиг. 20 показана работа запасного охлаждающего микротеплообменника 190 в режиме охлаждения. Реверсивный клапан 170 установлен в положении охлаждения. Сжатый газ, выполняющий функцию холодильного агента, выходит из компрессора 122 и направляется через теплообменник 142. Теплообменник 142 действует как конденсатор для холодильного контура. Охлажденный и сконденсированный жидкий холодильный агент выходит из теплообменника 142 и проходит в обход дроссельного клапана 124, проходя через обратный клапан 182. Затем жидкий холодильный агент протекает к дроссельному клапану 180 в каждом змеевике 186, а расширенный газ протекает через змеевики 186. (Следует отметить, что обратный клапан 184 в каждом из перепускных контуров закрыт потоком в этом направлении). Змеевики 186 в этом режиме выполняют функцию змеевиков испарителя. Вентилятор в каждом блоке управления вентилятором нагнетает воздух поверх холодного змеевика 186 и тем самым охлаждает воздух.In fig. 20 shows the operation of the spare cooling micro-heat exchanger 190 in cooling mode. The reversing valve 170 is installed in the cooling position. The compressed gas acting as a refrigerant exits the compressor 122 and is directed through the heat exchanger 142. The heat exchanger 142 acts as a condenser for the refrigeration circuit. The cooled and condensed liquid refrigerant exits the heat exchanger 142 and bypasses the butterfly valve 124, passing through the check valve 182. The liquid refrigerant then flows to the butterfly valve 180 in each coil 186, and the expanded gas flows through the coils 186. (It should be noted that that check valve 184 in each of the bypass circuits is closed by flow in that direction). Coils 186 function as evaporator coils in this mode. A fan in each fan control unit blows air over the cold coil 186 and thereby cools the air.
Расширенный холодильный агент, выходящий из змеевиков 186, направляется обратно через реверсивную клапан 170 на сторону всасывания компрессора 122. Читателю следует обратить внимание, что клапаны 172, 174, 176, 178 позволяют отключать каждый блок управления вентилятором, если в зоне, управляемой конкретным блоком управления вентилятором, охлаждение не требуется.The expanded refrigerant leaving coils 186 is directed back through reversing valve 170 to the suction side of compressor 122. The reader should note that valves 172, 174, 176, 178 allow each fan control unit to be turned off if the area controlled by a particular control unit fan, no cooling required.
На фиг. 21 показан тот же вариант осуществления, работающий в режиме нагрева. Следует заметить, что реверсивный клапан 170 перемещен в его второе положение. Горячий сжатый холодильный агент выходит из компрессора 122 и направляется через клапаны 172-178 на змеевики 186 в блоках управления вентилятором. Змеевики 86 в этом режиме работы действуют как змеевики конденсатора. Вентилятор в каждом блоке управления вентилятором нагнетает воздух поверх нагретых змеевиков и воздух нагревается. Холодильный агент в змеевиках 186 охлаждается и конденсируется. Охлажденный и сконденсированный жидкий холодильный агент протекает вокруг дроссельных клапанов 180 через обрат- 10 043362 ные клапаны 184. Затем он расширяется дроссельным клапаном 124 (следует отметить, что обратный клапан 182 закрыт потоком в этом направлении). Расширенный газ затем протекает в теплообменник 142. В режиме нагрева теплообменник 142 выполняет функцию змеевика испарителя, поглощая тепло из воды, циркулирующей в основном замкнутом контуре 86 для воды. Как только нагретый холодильный агент выходит из теплообменника 142, он направляется обратно через реверсивный клапан 170 на сторону всасывания компрессора 122.In fig. 21 shows the same embodiment operating in heating mode. It should be noted that the reversing valve 170 has been moved to its second position. The hot compressed refrigerant exits the compressor 122 and is directed through valves 172-178 to coils 186 in the fan control units. The coils 86 act as condenser coils in this mode of operation. The fan in each fan control unit forces air over the heated coils and the air is heated. The refrigerant in the coils 186 is cooled and condensed. The cooled and condensed liquid refrigerant flows around the butterfly valves 180 through the check valves 184. It is then expanded by the butterfly valve 124 (it should be noted that the check valve 182 is closed by flow in that direction). The expanded gas then flows into heat exchanger 142. In heating mode, heat exchanger 142 functions as an evaporator coil, absorbing heat from water circulating in the main closed water loop 86. Once the heated refrigerant leaves the heat exchanger 142, it is directed back through the reversing valve 170 to the suction side of the compressor 122.
На фиг. 22 показан расширенный вариант осуществления типа, показанного на фиг. 19-21. В этой версии температура воды в основном замкнутом контуре 86 для воды регулируется тепловым насосом 168. К PWL 86 подключены три отдельных охлаждающих микротеплообменника. Верхний охлаждающий микротеплообменник обменивается теплом через теплообменник 192. Средний охлаждающий микротеплообменник обменивается теплом через теплообменник 194. Нижний охлаждающий микротеплообменник обменивается теплом через теплообменник 196. Следует заметить, что режим работы для каждого охлаждающего микротеплообменника является независим. Верхний охлаждающий микротеплообменник работает в режиме нагрева. Три связанных с ним блока управления вентилятором производят тепло и один отключен. Средний охлаждающий микротеплообменник также работает в режиме нагрева. Работают два из четырех его блоков управления вентилятором. Нижний охлаждающий микротеплообменник работает в режиме охлаждения, при этом три из четырех связанных с ним блоков управления вентилятором работают и один выключен.In fig. 22 shows an extended embodiment of the type shown in FIG. 19-21. In this version, the water temperature in the main closed water loop 86 is controlled by a heat pump 168. Three separate cooling micro-heat exchangers are connected to the PWL 86. The upper cooling micro-heat exchanger exchanges heat through heat exchanger 192. The middle cooling micro-heat exchanger exchanges heat through heat exchanger 194. The lower cooling micro-heat exchanger exchanges heat through heat exchanger 196. It should be noted that the operating mode for each cooling micro-heat exchanger is independent. The upper cooling micro-heat exchanger operates in heating mode. Three associated fan controls are producing heat and one is disabled. The middle cooling micro-heat exchanger also operates in heating mode. Two of its four fan control units are working. The bottom cooling microcoil operates in cooling mode, with three of the four associated fan control units operating and one off.
Фиг. 22 служит для иллюстрации одного из основных эксплуатационных преимуществ настоящего изобретения. Читатель заметит, что верхний охлаждающий микротеплообменник на данном виде извлекает тепло из воды, циркулирующей в основном замкнутом контуре 86 для воды, и передает это тепло воздуху, проходящему через связанные с ним блоки управления вентилятором. Средний охлаждающий микротеплообменник также извлекает тепло из воды в PWL, хотя и с меньшей скоростью, поскольку он работает только с двумя из четырех своих блоков управления вентиляторами, тогда как верхний охлаждающий микротеплообменник работает с тремя из четырех своих блоков управления вентиляторами.Fig. 22 serves to illustrate one of the major operational advantages of the present invention. The reader will notice that the upper cooling micro-heat exchanger in this view extracts heat from the water circulating in the main closed water loop 86 and transfers this heat to the air passing through its associated fan control units. The middle micro-cooling coil also extracts heat from the water in the PWL, although at a slower rate since it only operates two of its four fan control units, while the top micro-cooling coil operates three of its four fan control units.
С другой стороны, нижний охлаждающий микротеплообменник нагревает воду, циркулирующую в PWL 86. Это верно, потому что нижний охлаждающий микротеплообменник использует теплообменник 196 в качестве конденсатора, в то же время запуская его холодильный контур для обеспечения охлаждения для его блоков управления вентилятором. Следует напомнить, что вода в PWL 86 постоянно циркулирует. Результатом этого является то, что тепло, подаваемое в PWL через нижний охлаждающий микротеплообменник, отбирается для использования верхним и средним охлаждающими микротеплообменниками. Таким образом, настоящее изобретение передает тепловую энергию вовне здания, а не добавляет энергию извне. Некоторые охлаждающие микротеплообменники будут добавлять тепло к PWL, в то время как некоторые будут отбирать тепло от PWL. То же самое может быть указано для вариантов осуществления, включающих промежуточный замкнутый контур для воды между PWL и одним или несколькими охлаждающими микротеплообменниками. Несколько охлаждающих микротеплообменников, соединенных с одним промежуточным замкнутым контуром, могут передавать тепловую энергию вовне промежуточного замкнутого контура (например, передавать тепло в зону на теневой стороне этажа из зоны на солнечной стороне того же этажа).On the other hand, the bottom cooling micro heat exchanger heats the water circulating in the PWL 86. This is true because the bottom cooling micro heat exchanger uses the heat exchanger 196 as a condenser, while at the same time running its refrigeration circuit to provide cooling for its fan control units. It should be recalled that the water in the PWL 86 is constantly circulating. The result of this is that the heat supplied to the PWL through the lower cooling micro-heat exchanger is taken away for use by the upper and middle cooling micro-heat exchangers. Thus, the present invention transfers thermal energy to the outside of the building rather than adding energy from outside. Some cooling micro heat exchangers will add heat to the PWL, while some will remove heat from the PWL. The same may be stated for embodiments including an intermediate water loop between the PWL and one or more cooling micro-heat exchangers. Multiple cooling microheat exchangers connected to a single intermediate loop can transfer thermal energy outside the intermediate loop (eg, transfer heat to an area on the shady side of a floor from an area on the sunny side of the same floor).
Конечно, передача вовне PWL или PWL и промежуточных водных контуров не будет эффективна на 100%. Также не всегда будет возможно поддерживать желаемую температуру по всему зданию без добавления некоторого количества энергии извне или вычитания некоторого количества избыточной энергии. Однако принятый в соответствии с настоящим изобретением подход обеспечивает значительное повышение эффективности по сравнению с известным уровнем техники. Природа этого повышения будет подробно рассмотрена в разделе Эксплуатационные преимущества. Однако прежде чем перейти к этому обсуждению, будут предоставлены некоторые дополнительные подробности о компонентах.Of course, external transmission of PWL or PWL and intermediate water circuits will not be 100% effective. It will also not always be possible to maintain the desired temperature throughout the building without adding some external energy or subtracting some excess energy. However, the approach adopted in accordance with the present invention provides a significant increase in efficiency compared to the prior art. The nature of this increase will be discussed in detail in the Operational Benefits section. However, before moving on to this discussion, some additional details about the components will be provided.
Подробности компонента - компрессорComponent Details - Compressor
Компрессор, используемый в настоящем изобретении, предпочтительно имеет неограниченную разгрузочную способность. В контексте HVAC термин разгрузка означает, что он работает с неполной производительностью. Компрессор может изменять свою скорость в соответствии с необходимыми потребностями пространства, которое он обслуживает. Такой компрессор не должен включаться и выключаться в соответствии с нагрузкой, а вместо этого будет регулировать свою скорость. Чем ниже нагрузка, тем ниже скорость. По мере снижения скорости приводного двигателя потребление электроэнергии падает по закону кубов.The compressor used in the present invention preferably has an unlimited unloading capacity. In the HVAC context, the term unloading means that it is operating at less than full capacity. The compressor can change its speed according to the necessary needs of the space it serves. Such a compressor does not have to turn on and off according to the load, but will instead regulate its speed. The lower the load, the lower the speed. As the speed of the drive motor decreases, power consumption decreases according to the cube law.
Компрессор также предпочтительно предусматривает безмасляную конструкцию. Как упоминалось ранее, в нем могут использоваться магнитные подшипники, фольговые подшипники, воздушные подшипники или какая-либо другая безмасляная технология. Системы известного уровня техники на масляной основе должны работать при достаточно высокой нагрузке, чтобы масло циркулировало в холодильном контуре и чтобы оно не собиралось вне того места, где оно необходимо (компрессор). В безмасляной системе скорость компрессора может снижаться до 5% от его номинальной скорости. Эта функция означает, что компрессор никогда не нужно полностью выключать, а вместо этого он может работать на низких оборотах холостого хода. Срок службы компрессора значительно увеличивается за счет использова- 11 043362 ния низких оборотов холостого хода вместо полного отключения.The compressor is also preferably of an oil-free design. As mentioned earlier, it may use magnetic bearings, foil bearings, air bearings, or some other oil-free technology. Prior art oil-based systems must operate at a high enough load to ensure that oil is circulated in the refrigeration circuit and that it does not collect outside of where it is needed (the compressor). In an oil-free system, the compressor speed can be reduced to 5% of its rated speed. This feature means that the compressor never needs to be turned off completely, but can instead run at low idle speed. Compressor life is significantly increased by using low idle speed instead of completely shutting down.
В некоторых вариантах осуществления компрессор будет встроен в теплообменники. Такая компоновка исключает внешние трубопроводы охлаждения, которые всегда создают риск утечек.In some embodiments, the compressor will be integrated into the heat exchangers. This arrangement eliminates external cooling piping, which always poses the risk of leaks.
В предпочтительных вариантах осуществления центробежный компрессор использует инвертор для изменения скорости компрессора. Как и во всех инверторах, желательна некоторая форма линейного реактора для улучшения в отношении гармоник системы. Эти реакторы не на 100% эффективны, и, следовательно, они выделяют тепло. В предпочтительных вариантах осуществления линейный реактор встроен в поток холодильного агента, так что тепло, производимое линейным реактором, отводится в контур конденсации. При использовании такого охлаждающего микротеплообменника в режиме нагрева тепло, генерируемое линейным реактором, подается в контур отопления, тем самым повышая его эффективность. Для дальнейшего повышения эффективности реактор может быть встроен в контур экономайзера, который установлен между конденсатором и испарителем, а одно расширительное устройство может быть заменено на два расширительных устройства, так что экономайзер работает при температуре и давлении, которые находятся посередине между давлением конденсации и давлением испарения, и потерянная энергия и некоторое количество скрытой теплоты в жидкости конденсатора испаряется в экономайзере, и этот газ затем подается обратно в компрессор. В данном примере компрессор имеет рабочее колесо первой и второй ступени, а газ экономайзера подается в компрессор между двумя ступенями.In preferred embodiments, the centrifugal compressor uses an inverter to vary the speed of the compressor. As with all inverters, some form of line reactor is desirable to improve system harmonics. These reactors are not 100% efficient and therefore they generate heat. In preferred embodiments, the line reactor is integrated into the refrigerant stream such that the heat produced by the line reactor is rejected into the condenser loop. When using such a cooling microheat exchanger in heating mode, the heat generated by the line reactor is supplied to the heating circuit, thereby increasing its efficiency. To further improve efficiency, the reactor can be integrated into an economizer circuit that is installed between the condenser and the evaporator, and one expansion device can be replaced by two expansion devices, so that the economizer operates at a temperature and pressure that is midway between the condensing pressure and the evaporating pressure. and the lost energy and some latent heat in the condenser liquid is evaporated in the economizer and this gas is then fed back to the compressor. In this example, the compressor has a first and second stage impeller, and economizer gas is supplied to the compressor between the two stages.
Подробности компонента - теплообменники и дроссельные клапаныComponent Details - Heat Exchangers and Butterfly Valves
Теплообменники могут различаться по стилю и технологии, но в предпочтительных вариантах осуществления используются паяные пластинчатые теплообменники. Конденсатор и испаритель, используемые в замкнутом контуре для холодильного агента, предпочтительно могут быть спаяны как обычный теплообменник в сборе. В некоторых версиях как компрессор, так и дроссельный клапан могут быть встроены в теплообменник в сборе. Другой подход заключается в том, чтобы теплообменники были физически разделены, а компрессор либо устанавливался как отдельный блок, либо был интегрирован либо в испаритель, либо в конденсатор. Точно так же расширительное устройство может быть установлено отдельно или полностью интегрировано в один или оба теплообменника.Heat exchangers can vary in style and technology, but preferred embodiments use brazed plate heat exchangers. The condenser and evaporator used in a closed refrigerant loop can preferably be soldered together as a conventional heat exchanger assembly. In some versions, both the compressor and the throttle valve can be integrated into the heat exchanger assembly. Another approach is to have the heat exchangers physically separated and the compressor either installed as a separate unit or integrated into either the evaporator or condenser. Likewise, the expansion device can be installed separately or completely integrated into one or both heat exchangers.
Подробности компонента - осушениеComponent Details - Drying
Когда кондиционируемому воздуху требуется осушение, холодная поверхность змеевика в блоке управления вентилятором (работающем в режиме охлаждения) используется для конденсации и удаления влаги из воздуха. Однако бывают случаи, когда необходимо осушение, но воздух должен быть повторно нагрет, чтобы поддерживать комфортную температуру воздуха. В таком случае блок управления вентилятором может быть снабжен двумя змеевиками. Первый змеевик будет обеспечивать циркуляцию холодной воды из вторичного замкнутого контура для воды. Второй вспомогательный змеевик будет обеспечивать циркуляцию нагретой воды из конденсатора. Холодный змеевик будет конденсировать и удалять лишнюю влагу, а теплый змеевик затем будет повторно нагревать воздух.When conditioned air requires dehumidification, the cold surface of the coil in the fan control unit (operating in cooling mode) is used to condense and remove moisture from the air. However, there are times when dehumidification is necessary, but the air must be reheated to maintain a comfortable air temperature. In this case, the fan control unit can be equipped with two coils. The first coil will circulate cold water from the secondary closed water loop. A second auxiliary coil will circulate heated water from the condenser. The cold coil will condense and remove excess moisture, and the warm coil will then reheat the air.
Подробности компонента - подача свежего воздухаComponent Details - Fresh Air Supply
В предпочтительных вариантах осуществления используется безмасляный нагнетатель воздуха для подачи сжатого свежего воздуха в блоки управления вентилятора (FCU) из центральной системы нагнетателя свежего воздуха. Каждый FCU предпочтительно имеет свое собственное дросселирующее устройство для контроля уровня потребности в свежем воздухе каждой зоны в любое конкретное время. Вместо того, чтобы постоянно подавать заданное количество свежего воздуха, каждый FCU будет предпочтительно иметь свой собственный датчик углекислого газа, а поскольку уровень углекислого газа отслеживается, свежий воздух подается в конкретную зону только тогда, когда он действительно необходим. Другим вариантом является предварительное осушение воздуха в контуре подачи свежего воздуха, чтобы осушающая нагрузка выполнялась до подачи воздуха в здание, что означает, что блоки FCU не должны быть очень большими и блоки FCU будут способны управлять условиями с более теплой температурой охлаждающей воды.Preferred embodiments use an oil-free air blower to supply compressed fresh air to the fan control units (FCUs) from a central fresh air blower system. Each FCU preferably has its own throttling device to control the level of fresh air demand of each zone at any particular time. Instead of constantly supplying a set amount of fresh air, each FCU will preferably have its own carbon dioxide sensor, and since carbon dioxide levels are monitored, fresh air is only supplied to a specific zone when it is actually needed. Another option is to pre-dry the air in the fresh air supply loop so that the dehumidification load occurs before air is supplied to the building, which means that the FCUs do not need to be very large and the FCUs will be able to handle conditions with warmer cooling water temperatures.
Подробности компонента - системные водяные насосыComponent Details - System Water Pumps
Каждый испаритель и конденсатор оснащены своим собственным набором насосов охлажденной воды и водяными насосами конденсатора, и в качестве опции каждый насос оснащен инвертором с регулируемой скоростью, что обеспечивает более высокую энергоэффективность в условиях более низкой нагрузки. Каждый насос управляется системой охлаждающего микротеплообменника. Поток воды регулируется таким образом, чтобы правильно поддерживать температуру на протяжении всего цикла.Each evaporator and condenser is equipped with its own set of chilled water pumps and condenser water pumps, and as an option, each pump is equipped with a variable speed inverter, providing higher energy efficiency in lower load conditions. Each pump is controlled by a cooling micro-heat exchanger system. The water flow is adjusted to maintain the correct temperature throughout the cycle.
Подробности компонента - блоки управления вентиляторомComponent Details - Fan Control Units
Большинство коммерческих кондиционеров используют либо вентиляторные доводчики/блок управления вентилятором (Fan Coil Units/Fan Control Unit, FCU), либо блоки обработки воздуха (Air Handling Units, AHU) для охлаждения или нагрева воздуха. Оба этих блока в основном выполняют одну и ту же работу, однако FCU обычно обслуживает меньшее пространство, в то время как AHU обычно представляет собой канальную систему и обслуживает большее пространство. В этом патенте термины FCU и AHU, по сути, взаимозаменяемы, и предназначены для описания устройства, которое используется либо для нагрева, либо для охлаждения воздуха и для управления уровнем влажности в зоне. По этой причине по всему подробному описанию используется термин блок управления вентилятором (FCU).Most commercial air conditioners use either Fan Coil Units/Fan Control Units (FCUs) or Air Handling Units (AHUs) to cool or heat the air. Both of these units basically do the same job, however the FCU typically serves a smaller space while the AHU is typically a duct system and serves a larger space. In this patent, the terms FCU and AHU are essentially used interchangeably and are intended to describe a device that is used to either heat or cool air and control the humidity level in an area. For this reason, the term Fan Control Unit (FCU) is used throughout this detailed description.
- 12 043362- 12 043362
Подробности компонента - основной замкнутый контур для водыComponent Details - Main Closed Loop for Water
Как пояснено ранее, основной замкнутый контур для воды (PWL) в здании следует в идеальном случае поддерживать при температуре от 20 до 24°C. Каждый охлаждающий микротеплообменник забирает тепло от PWL или отдает тепло PWL. Температуру воды, циркулирующей в PWL, можно поддерживать с помощью различных систем HVAC известного уровня техники. Существует два основных подхода. Во-первых, вода в PWL может подаваться через теплогенератор (например, котлоагрегат), а затем через испарительный охладитель охлаждающей башни. Регулирующие клапаны используются для направления воды к нагревательному устройству или охлаждающему устройству по мере необходимости. В более жаркие летние дни может быть разрешен повышение температуры PWL выше 24°C.As explained earlier, the building's main water loop (PWL) should ideally be maintained at a temperature of 20 to 24°C. Each cooling micro heat exchanger takes heat from the PWL or releases heat to the PWL. The temperature of the water circulating in the PWL can be maintained using various prior art HVAC systems. There are two main approaches. First, the water in the PWL can be supplied through a heat generator (such as a boiler) and then through the evaporative cooler of the cooling tower. Control valves are used to direct water to the heating device or cooling device as needed. On hotter summer days, PWL temperatures above 24°C may be permitted.
Второй основной подход заключается в использовании охлаждающего теплообменника теплового насоса для регулирования температуры PWL. Если вода выходит за пределы диапазона 20-24°C, охлаждающий теплообменник теплового насоса работает для нагрева или охлаждения замкнутого контура по мере необходимости. В течение значительной части года PWL просто переносит энергию вовне здания, и внешняя тепловая энергия не требуется. В других случаях используется тепловой насос или другое устройство для поддержания надлежащей температуры.The second main approach is to use a heat pump cooling coil to control the PWL temperature. If the water falls outside the 20-24°C range, the heat pump's cooling coil operates to heat or cool the closed loop as needed. During much of the year, PWL simply transfers energy to the outside of the building and no external thermal energy is required. In other cases, a heat pump or other device is used to maintain the proper temperature.
В случае существующего здания можно использовать существующий контур охлажденной воды или нагревательной воды в качестве PWL. Например, существующий водяной контур можно преобразовать таким образом, чтобы существующий котлоагрегат и существующий охлаждающий теплообменник были соединены при помощи труб последовательно или параллельно. С использованием охлаждающих микротеплообменников согласно настоящему изобретению охлаждающий теплообменник известного уровня техники можно было бы отрегулировать для подачи воды при 20°C, а не при 7°C, как требовалось в известном уровне техники. Точно так же выходная температура котлоагрегата может быть снижена до 22°C вместо 50°C, как в известном уровне техники. Это значительно повысит эффективность как котлоагрегата, так и охлаждающего теплообменника, а также повысит эффективность всей системы.In the case of an existing building, it is possible to use the existing chilled water or heating water circuit as the PWL. For example, an existing water circuit can be converted so that the existing boiler and the existing cooling heat exchanger are connected using pipes in series or parallel. Using the cooling micro-heat exchangers of the present invention, the prior art cooling heat exchanger could be adjusted to supply water at 20°C rather than at 7°C as required in the prior art. Likewise, the boiler outlet temperature can be reduced to 22°C instead of 50°C as in the prior art. This will significantly improve the efficiency of both the boiler and cooling coil, and will also improve the efficiency of the entire system.
Описание компонента - блоки аппаратного обеспечения охлаждающего микротеплообменникаComponent Description - Micro Cooling Heat Exchanger Hardware Assemblies
Физический вариант осуществления охлаждающего микротеплообменника показан на фиг. 11 и 12. Это блок является достаточно маленьким, чтобы поместиться в существующее пространство для оборудования на каждом этаже, и достаточно маленьким, чтобы его можно было транспортировать посредством лифта. Таким образом, переоборудовать такой блок в существующем здании не составит труда.A physical embodiment of a cooling microheat exchanger is shown in FIG. 11 and 12. This unit is small enough to fit into the existing equipment space on each floor, and small enough to be transported via elevator. Thus, converting such a unit in an existing building will not be difficult.
Блоки управления вентилятором может быть выполнены различных размеров. Небольшая версия может заменить установку для воздуха в одной комнате. Более крупная версия может покрыть всю зону с добавлением воздуховодов. Водяной контур, питающий блок управления вентилятором, не требует больших или тяжелых трубопроводов. Его можно провести через подвесные потолки, которые есть в большинстве офисных зданий.Fan control units can be made in various sizes. A small version can replace an air unit in one room. A larger version can cover an entire area with the addition of ductwork. The water circuit feeding the fan control unit does not require large or heavy piping. It can be carried through the suspended ceilings found in most office buildings.
Описание компонента - блоки управления на основе программного обеспеченияComponent Description - Software Based Control Units
Варианты осуществления согласно настоящему изобретению предпочтительно управляются системой управления на основе программного обеспечения. В предпочтительных вариантах осуществления алгоритм прогнозирующего упреждающего автоматического управления (Predictive Preemptive Automation Control Algorithm, PPACA) используется как часть общей системы управления. РРАСА предназначен для управления энергетическим балансом в пределах любой конкретной зоны, а также энергетическим балансом в рамках всей системы. Это означает, что система РРАСА способна управлять температурой, влажностью, производительностью, уровнем углекислого газа, свежим воздухом, освещением, безопасностью, обнаружением дыма и прогнозировать стоимость энергии от одного устройства. Этот РРАСА важен для общей производительности охлаждающего микротеплообменника и добавляет гибкость в отношении условий управления, эффективности и функционирования в целом.Embodiments according to the present invention are preferably controlled by a software-based control system. In preferred embodiments, a Predictive Preemptive Automation Control Algorithm (PPACA) is used as part of the overall control system. PPACA is designed to manage the energy balance within any specific zone, as well as the energy balance within the entire system. This means the PPACA system is able to control temperature, humidity, performance, carbon dioxide levels, fresh air, lighting, security, smoke detection and predict energy costs from a single device. This PPACA is important to the overall performance of the microcooling heat exchanger and adds flexibility in terms of control conditions, efficiency and overall operation.
РРАСА интегрируется в системы охлаждающих микротеплообменников и используется для управления охлаждающими микротеплообменниками, а также для управления зонами. Однако в некоторых случаях РРАСА будет поставляться как отдельный блок управления, а в других случаях будет интегрирован в центральную систему управления либо в ряд систем управления участками, которые контролируют несколько зон. Например, один РРАСА может управлять несколькими зонами на этаже, или нескольких этажах, или всеми зонами во всем здании.PPACA is integrated into cooling micro-heat exchanger systems and is used to control micro-cooling heat exchangers as well as zone control. However, in some cases the PPACA will be supplied as a separate control unit, and in other cases it will be integrated into a central control system or into a series of site control systems that control multiple zones. For example, one PPACA can control several zones on a floor, or several floors, or all zones in an entire building.
Для простоты установки система управления может использовать установленный протокол связи, такой как Bluetooth, для связи между различными управляемыми устройствами и может управляться дистанционно с помощью мобильного телефона или планшета. Также можно выполнить систему управления таким образом, чтобы она могла дистанционно управляться и проверяться центральным центром управления или другими сторонами, например, специалистом по обслуживанию, который может находиться где угодно, в том числе за пределами площадки.For ease of installation, the control system can use an established communication protocol such as Bluetooth to communicate between different controlled devices and can be controlled remotely using a mobile phone or tablet. It is also possible to design the control system so that it can be remotely controlled and inspected by a central control center or other parties, such as a service technician, who may be located anywhere, including off-site.
Желательным свойством РРАСА является способность прогнозировать будущие цены по сделкам на электроэнергию и возможность заранее регулировать условия в каждом пространстве для снижения потребности в использовании энергии в периоды, когда стоимость энергии начинает резко возрастать. Это делается путем превращения здания в тепловую аккумуляторную батарею. РРАСА каждый день поA desirable feature of PPACA is the ability to predict future prices for electricity transactions and the ability to proactively adjust conditions in each space to reduce the need for energy use during periods when energy costs begin to rise sharply. This is done by turning the building into a thermal battery. RRASA every day
- 13 043362 стоянно записывает цены по сделкам на электроэнергию и погодные условия в базу данных РРАСА. Он делает это посредством доступа к ценам по сделкам на электроэнергию и прогнозируемому прогнозу погоды (предпочтительно используя интернет-ресурсы). Это позволяет системе делать собственные прогнозы относительно изменения нагрузки в зоне, а также прогнозировать, когда стоимость энергии будет увеличиваться и уменьшаться. Делая этот прогноз, можно заранее либо снизить, либо повысить температуру в каждой зоне, когда стоимость энергии ниже, а затем снизить нагрузку на систему, когда стоимость энергии возрастает. В периоды более высокой стоимости энергии нагрузка сознательно снижается, а энергия, которая запасена в здании (более холодный воздух летом и более теплый зимой), используется для приближения температуры к желаемой заданной температуре. Это использует энергию, которая запасена в здании, что фактически превращает здание в тепловую батарею.- 13 043362 continuously records prices for electricity transactions and weather conditions in the RPACA database. It does this by accessing electricity transaction prices and weather forecasts (preferably using online resources). This allows the system to make its own predictions about load changes in an area, as well as predict when energy costs will increase and decrease. By making this prediction, you can proactively either lower or raise the temperature in each zone when energy costs are lower, and then reduce the load on the system when energy costs rise. During periods of higher energy costs, the load is deliberately reduced and the energy that is stored in the building (cooler air in summer and warmer air in winter) is used to bring the temperature closer to the desired set-point temperature. This uses the energy that is stored in the building, effectively turning the building into a thermal battery.
Эксплуатационные преимуществаOperational Benefits
Основным преимуществом подхода использования охлаждающего микротеплообменника является его способность снижать перепад давления в холодильном контуре в самом охлаждающем микротеплообменнике. Холодильный цикл имеет сторону высокого давления и сторону низкого давления. Сторона высокого давления относится к относительно высокому давлению, существующему от выходной стороны компрессора до дроссельного клапана. Сторона низкого давления относится к относительно низкому давлению, существующему от стороны, расположенной ниже по потоку относительно дроссельного клапана, до стороны всасывания компрессора. Термин перепад давления относится к отношению стороны высокого давления к стороне низкого давления.The main advantage of the cooling microheat exchanger approach is its ability to reduce the pressure drop across the refrigeration circuit within the cooling microheat exchanger itself. The refrigeration cycle has a high pressure side and a low pressure side. The high pressure side refers to the relatively high pressure existing from the outlet side of the compressor to the throttle valve. Low pressure side refers to the relatively low pressure existing from the downstream side of the throttle valve to the suction side of the compressor. The term pressure drop refers to the ratio of the high pressure side to the low pressure side.
При работе охлаждающего микротеплообменника согласно настоящему изобретению в режиме охлаждения температура конденсатора поддерживается между 20 и 24°C, а охлажденная вода циркулирует во вторичном замкнутом контуре для воды (126 на фиг. 9) от 7 до 24°C. Это позволяет варьировать перепад давлений в охлаждающем микротеплообменнике от 1,05 до 1,4. Перепад давлений меняется в зависимости от нагрузки.When the cooling microheat exchanger of the present invention is operated in the cooling mode, the condenser temperature is maintained between 20 and 24°C, and the chilled water circulates in the secondary closed water loop (126 in FIG. 9) from 7 to 24°C. This allows you to vary the pressure drop in the cooling microheat exchanger from 1.05 to 1.4. The pressure drop varies depending on the load.
При работе охлаждающего микротеплообменника согласно настоящему изобретению в режиме нагрева конденсатор работает при температуре от 24 до 45°C, а испаритель при температуре от 15 до 20°C. Это позволяет варьировать перепад давления в холодильном цикле охлаждающего микротеплообменника в пределах от 1,1 до 2,9. Как и в режиме охлаждения, перепад давления зависит от нагрузки.When the cooling micro-heat exchanger of the present invention is operated in heating mode, the condenser operates at a temperature of 24 to 45°C and the evaporator at a temperature of 15 to 20°C. This allows you to vary the pressure drop in the refrigeration cycle of the cooling microheat exchanger in the range from 1.1 to 2.9. As in cooling mode, the pressure drop depends on the load.
Используемый перепад давления сильно влияет на общую эффективность системы HVAC. Традиционный охлаждающий теплообменник известного уровня техники работает с перепадом давления от 2,2 до 3,8. Этот более высокий перепад давления снижает эффективность по сравнению с настоящим изобретением.The pressure drop used greatly impacts the overall efficiency of the HVAC system. A conventional prior art refrigeration heat exchanger operates at a pressure drop of 2.2 to 3.8. This higher pressure drop reduces efficiency compared to the present invention.
Эффективность системы HVAC в значительной степени определяется разницей между желаемой температурой воздуха и температурой источника поглотителя тепла. Большая разница требует высоко нагруженной системы HVAC и, как следствие, снижения эффективности. Система на основе охлаждающего теплообменника известного уровня техники обычно имеет большую разницу температур и, следовательно, низкую эффективность.The efficiency of an HVAC system is largely determined by the difference between the desired air temperature and the temperature of the heat sink source. A large difference requires a highly loaded HVAC system and, as a result, reduced efficiency. A prior art cooling heat exchanger system typically has a large temperature difference and therefore low efficiency.
Во многих городах мира климат является умеренным большую часть года. Несмотря на наличие летнего и зимнего сезонов, большая часть года приходится на умеренную погоду. При разной погоде температура меняется в течение дня, и во многих случаях здания нуждаются в одновременной работе охлаждения и нагрева. У них могут быть периоды дня, когда солнце светит на восточную стену здания прохладным утром, и эта сторона здания нуждается в охлаждении. Однако другие части здания, которые не подвергаются воздействию солнца, могут нуждаться в нагреве. В этом случае охлаждающие теплообменники должны работать так же, как и котлоагрегаты для горячей воды, и в этих случаях установка часто подает как горячую воду (40-60°C), так и охлажденную воду (7-10°C) в вентиляторные доводчики по всему зданию. Либо нагревательный, либо охлаждающий клапан открывается на конкретном FCU для удовлетворения потребностей этой конкретной зоны. В каждом случае как охлаждающий теплообменник, так и котлоагрегат работают при частичной нагрузке, но каждый из них должен работать при своей заданной температуре. Даже если потребность незначительна, эти заданные значения температуры поддерживаются. В известном уровне техники должны поддерживаться два заданных значения температуры: приблизительно 7°C и приблизительно 50°C. В системе согласно настоящему изобретению поддерживается единая температура воды приблизительно 20°C.Many cities around the world have a temperate climate for most of the year. Although there are summer and winter seasons, most of the year experiences moderate weather. With different weather conditions, temperatures vary throughout the day, and in many cases buildings require cooling and heating to operate simultaneously. They may have periods of the day when the sun hits the east side of the building on cool mornings and that side of the building needs to be cooled. However, other parts of the building that are not exposed to the sun may need to be heated. In this case, cooling coils must operate in the same way as hot water boilers, and in these cases the unit often supplies both hot water (40-60°C) and chilled water (7-10°C) to the fan coils at throughout the building. Either a heating or cooling valve is opened on a specific FCU to meet the needs of that specific zone. In each case, both the cooling coil and the boiler operate at part load, but each must operate at its own set temperature. Even if the demand is small, these set temperatures are maintained. In the prior art, two temperature setpoints must be maintained: approximately 7°C and approximately 50°C. The system of the present invention maintains a uniform water temperature of approximately 20°C.
На фиг. 23 и 24 сравнены коэффициент трансформации теплоты системы согласно настоящему изобретению и двух систем известного уровня техники. На фиг. 23 показано сравнение для работы в режиме охлаждения. Диапазон нагрузки показывает работу от 20 до 100% от максимальной производительности. Вертикальная линия показывает среднюю нагрузку с интегрированным значением частичной нагрузки (Integrated Part Load Value, IPLV). Верхняя кривая 198 показывает коэффициент трансформации теплоты (КТТ) при различных нагрузках для системы охлаждающего микротеплообменника согласно изобретению. Средняя кривая 200 показывает КТТ для системы охлаждающего теплообменника, в которой используется компрессор с технологией магнитных подшипников, такой как продаваемый компанией Danfoss Turbocor из Таллахасси, Флорида. Нижняя кривая 202 показывает КТТ для традиционной системыIn fig. 23 and 24 compare the heat transformation coefficient of the system according to the present invention and two prior art systems. In fig. Figure 23 shows a comparison for operation in cooling mode. The load range shows operation from 20 to 100% of maximum performance. The vertical line shows the average load with the integrated part load value (IPLV). The upper curve 198 shows the thermal transformation ratio (HCT) at various loads for the cooling microheat exchanger system according to the invention. Middle curve 200 shows the CHP for a refrigeration heat exchanger system that uses a compressor with magnetic bearing technology, such as that sold by Danfoss Turbocor of Tallahassee, Florida. The lower curve 202 shows the CHP for a conventional system
- 14 043362 охлаждающего теплообменника, в которой используется охлаждающий теплообменник с воздушным охлаждением. Как можно заметить, система согласно настоящему изобретению имеет более высокий КТТ для всех уровней нагрузки, но прирост эффективности становится более значительным при более низких уровнях нагрузки. На фиг. 24 показано то же сравнение для комбинированного цикла нагрева и охлаждения. Таким образом, при прочтении будет понятно, что настоящее изобретение предлагает значительное преимущество в эффективности по сравнению с известным уровнем техники.- 14 043362 cooling heat exchanger, which uses an air-cooled cooling heat exchanger. As can be seen, the system according to the present invention has a higher CPT for all load levels, but the efficiency gains become more significant at lower load levels. In fig. Figure 24 shows the same comparison for a combined heating and cooling cycle. Thus, upon reading it will be clear that the present invention offers a significant advantage in efficiency compared to the prior art.
На фиг. 25 показан график перепадов давления для системы охлаждающего микротеплообменника согласно настоящему изобретению по сравнению с системами известного уровня техники. Для типичного диапазона нагрузок система согласно настоящему изобретению использует более низкий перепад давления и, следовательно, достигает более высокой эффективности. Показанный график на самом деле имеет некоторый запас, и преимущество системы согласно настоящему изобретению обычно больше, чем показано.In fig. 25 is a graph of pressure drops for a microcooling microheat exchanger system according to the present invention compared to prior art systems. For a typical load range, the system according to the present invention uses a lower pressure drop and therefore achieves higher efficiency. The graph shown actually has some margin, and the benefit of the system according to the present invention is usually greater than shown.
Настоящее изобретение охватывает множество дополнительных признаков и вариантов осуществления, которые можно комбинировать бесчисленным количеством способов. Дополнительные примерные признаки и варианты осуществления включают следующее.The present invention encompasses many additional features and embodiments that can be combined in a myriad of ways. Additional exemplary features and embodiments include the following.
1. Вода была описана как предпочтительная среда для циркуляции, но вместо нее могут быть использовано множество других веществ.1. Water has been described as the preferred circulation medium, but many other substances can be used instead.
2. Варианты осуществления по фиг. 8-10 можно изменить таким образом, чтобы циркуляция охлаждающего агента была обратной, но циркуляция воды в вторичном замкнутом контуре для воды оставалась постоянной. В этом варианте осуществления роль двух теплообменников может быть изменена на обратную за счет изменения направления циркуляции холодильного агента. Реверсивный клапан (такой как показан на фиг. 20) может быть использован для этой цели.2. Embodiments of FIG. 8-10 can be modified so that the refrigerant circulation is reversed, but the water circulation in the secondary closed water loop remains constant. In this embodiment, the role of the two heat exchangers can be reversed by changing the direction of circulation of the refrigerant. A reversing valve (such as shown in Fig. 20) can be used for this purpose.
3. Для вариантов осуществления, в которых используются фольговые подшипники в компрессоре, желательно никогда не допускать, чтобы скорость компрессора падала ниже скорости отрыва фольгового подшипника. В этих случаях система управления может настроить компрессор на медленную работу с периодическим реверсированием потока воды через распределительные клапаны так, чтобы режимы нагрева и охлаждения чередовались, а воздух, проходящий через блоки управления вентилятором, не подвергался в целом нагреву или охлаждению.3. For embodiments that use foil bearings in the compressor, it is desirable to never allow the compressor speed to drop below the foil bearing breakout speed. In these cases, the control system can set the compressor to run slowly, periodically reversing the flow of water through the control valves so that the heating and cooling modes alternate and the air passing through the fan control units is not generally heated or cooled.
4. Требования к изоляции для PWL будут намного меньше, чем для замкнутых контуров горячей и холодной воды предшествующего уровня техники, поскольку температура воды в PWL будет близка к температуре воздуха внутри здания.4. The insulation requirements for a PWL will be much less than prior art closed hot and cold water loops because the water temperature in the PWL will be close to the air temperature inside the building.
5. Алгоритм прогнозирующего упреждающего автоматического управления (РРАСА) согласно настоящему изобретению прогнозирует будущие нагрузки HVAC (на ближайший период) и прогнозирует цены на энергию. В целях снижения стоимости эксплуатации РРАСА имеет возможность использования здания в качестве тепловой батареи. Например, РРАСА может снизить температуру в здании ниже оптимальной в периоды, когда энергия дешева, чтобы можно было восстановить это запасенное охлаждение, работая с меньшей мощностью в периоды, когда энергия дорога.5. The Predictive Anticipatory Automatic Control (PACA) algorithm of the present invention predicts future HVAC loads (for the near term) and predicts energy prices. In order to reduce the cost of operation, RRASA has the ability to use the building as a thermal battery. For example, PPACA can reduce a building's temperature below optimal during periods when energy is cheap so that this stored cooling can be restored by operating at less power during periods when energy is expensive.
6. РРАСА можно настроить так, чтобы разные зоны HVAC в здании имели разный приоритет. Некоторые зоны могут быть настроены на поддержание желаемой температуры независимо от стоимости энергии, тогда как другие могут иметь возможность варьировать в более широких пределах в целях экономии. Например, хирургические кабинеты больницы можно считать критическими, так что заданная температура сохраняется при любых обстоятельствах. Административные помещения в том же здании больницы могут нагреваться в периоды повышенной стоимости.6. PPACA can be configured so that different HVAC zones in a building have different priorities. Some zones may be set to maintain the desired temperature regardless of energy cost, while others may be able to vary more widely to save money. For example, hospital surgical rooms can be considered critical, so that the set temperature is maintained under all circumstances. Administrative offices in the same hospital building may become heated during high-cost periods.
7. В традиционной системе известного уровня техники горячая и холодная вода поддерживаются при постоянной температуре, а перепускные клапаны для воды используются для настройки потока воды через различные камеры обработки воздуха. Количество воды, протекающей через конкретную камеру обработки воздуха, задается потоком через отводной или трехходовой клапан. Эти клапаны пропускают только то количество воды, которое проходит через змеевик в конкретной камере обработки воздуха, чтобы обеспечить ее необходимое количество для охлаждения или нагрева. Остальная вода обходит змеевик и соединяется обратно в возвратный трубопровод на другой стороне змеевика. Это приводит к расточительной рециркуляции. В настоящем изобретении расход через змеевик довольно постоянен, а производительность регулируется изменением температуры воды (а не расходом воды). Этот факт позволяет настоящему изобретению работать с гораздо более высокой эффективностью, чем традиционный способ. Этот факт также позволяет использовать более низкий перепад давления в холодильном контуре охлаждающего микротеплообменника, что снижает требуемую скорость компрессора. Потребление электроэнергии уменьшается по закону кубов, если скорость компрессора снижается вдвое. Загрузкой и разгрузкой охлаждающего теплообменника известного уровня техники управляют путем поддержания постоянной температуры подаваемой или возвратной воды. Поскольку система предшествующего уровня техники должна быть в состоянии справиться с непредсказуемыми условиями полной нагрузки на любой камере обработки воздуха, большинство машин используют температуру подаваемой воды в качестве контрольной точки. В настоящем изобретении загрузкой и разгрузкой управляют от зоны к зоне. Производительностью каждого охлаждающего микротеплообменника управляют посредством фактической темпе-7. In a conventional prior art system, hot and cold water are maintained at a constant temperature, and water bypass valves are used to adjust the flow of water through the various air handling chambers. The amount of water flowing through a particular air handler is determined by the flow through a diverter or three-way valve. These valves allow only the amount of water that passes through the coil in a particular air handling chamber to provide the required amount for cooling or heating. The remaining water bypasses the coil and connects back into the return line on the other side of the coil. This leads to wasteful recycling. In the present invention, the flow through the coil is fairly constant, and the performance is controlled by changes in water temperature (not water flow). This fact allows the present invention to operate with much higher efficiency than the traditional method. This fact also allows the use of a lower pressure drop in the refrigeration circuit of the microcooling heat exchanger, which reduces the required compressor speed. Electricity consumption decreases according to the cube law if the compressor speed is halved. The loading and unloading of the prior art cooling heat exchanger is controlled by maintaining a constant supply or return water temperature. Because the prior art system must be able to cope with the unpredictable full load conditions of any air handler, most machines use the supply water temperature as a control point. In the present invention, loading and unloading is controlled from zone to zone. The performance of each cooling micro-heat exchanger is controlled by the actual temperature
--
Claims (15)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US62/891,581 | 2019-08-26 | ||
US17/001,818 | 2020-08-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA043362B1 true EA043362B1 (en) | 2023-05-18 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI747937B (en) | Systems and methods for controlling a refrigeration system | |
RU2280214C2 (en) | Air-conditioning system | |
TWI715719B (en) | Systems and methods for controlling a refrigeration system | |
US11416013B2 (en) | Micro chiller-based heating, ventilation and air conditioning system | |
KR100780460B1 (en) | The cooling and heating system of economic type by heatpumps | |
AU2002310859A1 (en) | Air-conditioning system | |
WO2011108068A1 (en) | Air-conditioning hot-water-supplying system | |
JP2006292313A (en) | Geothermal unit | |
US20180087786A1 (en) | Energy management apparatus, system and method | |
US20090139255A1 (en) | Device for increasing the heat output and energy storage in a heat pump | |
JP2024523487A (en) | Multi-connected air conditioning system using refrigerant and water | |
CN108397845B (en) | Cooling system with reduced pressure drop | |
EA043362B1 (en) | METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE IN THE SPACE INSIDE A BUILDING | |
US20230145658A1 (en) | Micro Chiller-Based Heating, Ventilation and Air Conditioning System | |
CN213630742U (en) | Full-combined heat supply pump dehumidification hot water unit | |
KR20210075805A (en) | Complex heat source heatpump system and control method using air heat source and various geothermal or hydrothermal sources with heat exchange-switching-four way valves adapting to enthalpy of outside air and cooling-heating load | |
Harvey | Energy savings by treating buildings as systems | |
KR100556201B1 (en) | Heat pump type air-conditioning and heating equipment | |
CN219761783U (en) | Indirect evaporation cooling type refrigerant direct cooling system | |
JP3582755B2 (en) | Heat source device, heat recovery device and heat supply method | |
Kavanaugh et al. | Energy use of ventilation air conditioning options for ground source heat pump systems. | |
JP3048109B2 (en) | Air heat source type individual air conditioning system | |
ASHOK | DESIGN AND DRAFTING OF AIR CONDITIONING SYSTEM FOR A RESIDENTIAL BUILDING USING AIR COOLED CHILLERS | |
Kassem | Evaluating the Performance of Chiller 1 in Daphne Cockwell Complex (DCC) Building | |
JPS636332A (en) | Exhaust heat recovery type air conditioning facility |