LT2008083A - Air ventilation and conditioning system having a function of electric power generation - Google Patents

Abstract

The goal of the invention - hybrid ventilation and conditioning system, especially intended to be used for high-rise buildings, with an electric energy generation feature. Ventilation and conditioning in the system are accomplished by utilizing cooler and cleaner air from the higher atmospheric strata, while the induced draught is used for generation of electric energy. The draught in the system is ensured by installing the system according to one or several following criteria: the air circulation channel is made as tight as possible, the elevation difference of the tops of air channels (1,2) is made as big as possible, and the air is warmed as much as possible while circulating in the system.

Description

ORO VĖDINIMO IR KONDICIONAVIMO SISTEMA, TURINTI ELEKTROS ENERGIJOS GENERAVIMO FUNKCIJĄAIR VENTILATION AND AIR CONDITIONING SYSTEM WITH ELECTRICAL ENERGY GENERATION FUNCTION

TECHNIKOS SRITIS Šis išradimas susijęs su patalpų vėdinimo ir kondicionavimo sistemomis, konkrečiai su vėdinimo ir kondicionavimo sistemomis, skirtoms aukštiems pastatams. Taip pat šis išradimas susijęs su elektros energijos gamybos būdais, panaudojant oro srautus.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to indoor ventilation and air conditioning systems, in particular ventilation and air conditioning systems for high-rise buildings. The present invention also relates to methods of generating electricity using airflows.

TECHNIKOS LYGISTECHNICAL LEVEL

Patalpų vėdinimas dažniausiai realizuojamas panaudojant pastato išorėje esantį orą, kuris yra paduodamas į patalpas, o iškvėpuotas oras, kuris yra šiltesnis už paduodamą, savaime ir veikiamas traukos kyla ir yra ištraukiamas į išorę, dažniausiai per ant pastato stogo įrengtus oro išmetimo kanalus.The ventilation of the premises is usually realized by using the air outside the building, which is fed into the premises, and the exhaled air, which is warmer than the supplied, is automatically and exerted by the pull and is pulled outwards, usually through the exhaust ducts on the roof of the building.

Yra sukurta ir hibridinių sistemų, vadinamų “gaivaus oro kondicionavimu”, kur iš pastato išorės oras paduodamas tiesiai į patalpą ir, jei reikia, papildomai praeina pro kondicionavimo įrangos šilumokaičius, kuriuose yra papildomai atvėsinamas ir iš jo pašalinama drėgmės.There are also hybrid systems called "fresh air conditioning" where the outside air from the building is fed directly into the room and, if necessary, passes through the heat exchanger heat exchanger that is additionally cooled and dehumidified.

Yra žinomas korėjiečių patentas Nr. KR20050005337, publikuotas 2005 m. sausio 13 d. Šiame patente aprašyta hibridinė “gaivaus oro kondicionavimo” sistema, veikianti aukščiau aprašytu principu. Tokia sistema veikia šiek tiek ekonomiškiau nei kitos, atskiros kondicionavimo ir vėdinimo sistemos, kadangi panaudojamas ventiliuojamo oro judėjimas ir nebūtina sudaryti papildomo oro cirkuliacijos, reikalingos kondicionavimui įprastose kondicionavimo sistemose. Tačiau esant dideliems karščiams lauke, didžioji dalis energijos suvartojimo kaip tik tenka šilumos siurbliui, Šiame ir kituose panašiuose išradimuose nenumatytas šilumos siurblio energijos sąnaudų mažinimas, siekiant dar ekonomiškesnio kondicionavimo.There is a known Korean patent no. KR20050005337, published 2005. January 13 This patent describes a hybrid "fresh air conditioning" system operating on the principle described above. Such a system works somewhat more economically than the other, separate air conditioning and ventilation systems, as the use of ventilated air is used and there is no need to create the additional air circulation required for conditioning in conventional air conditioning systems. However, in the case of large outdoor heat, the majority of the energy consumption is directly attributable to the heat pump.

Taip pat 2008-06-02 buvo pateikta tarptautinė patentinė paraiška Nr. PCT/IB2008/052143, kurioje aprašyta hibridinė vėdinimo ir kondicionavimo sistema, kurią sudaro bent du iš esmės vertikalūs ortakiai, kurių vienas yra skirtas 2 vėsesnio švaraus oro padavimui į patalpas iš vėsesnių atmosferos sluoksnių, esančių prie labai aukšto pastato viršūnės, o kitas - iškvėpuoto bei sušildyto oro išmetimui. Šie abu ortakiai yra sujungti tarpusavyje per patalpų cirkuliacinį kanalą taip, kad oras iš pirmojo ortakio būtų paduodamas į patalpas, kurias reikia vėdinti, ir vėliau išraukiamas pro antrąjį ortakį. Tinkamiausiu atveju, šie ortakiai yra įrengti taip, kad pirmojo ortakio viršutinis galas yra žemiau nei antrojo ortakio viršutinis galas, tokiu būdu, dėl susidarančio temperatūrų skirtumo, užtikrinama natūrali oro cirkuliacija visoje sistemoje. Sistemoje cirkuliuojantis oras sušyla, veikiamas žmonių ir gyvūnų šilumos, kondicionavimo įrangos išorinių blokų (šilumokaičių) bei kitų pastatuose įrengiamų šilumos šaltinių. IŠRADIMO ESMĖ Šiuo išradimu siekiama patobulinti tarptautinėje patentinėje paraiškoje PCT/IB2008/052143 aprašytą hibridinę oro vėdinimo ir kondicionavimo sistemą taip, kad joje taip pat būtų numatyta ir energijos generavimo funkcija, panaudojant natūralias sistemoje susidarančias oro sroves.Also, an international patent application no. PCT / IB2008 / 052143, which describes a hybrid ventilation and air conditioning system consisting of at least two substantially vertical ducts, one for supplying 2 cooler air to premises from cooler atmospheric layers at the top of a very high building, and another for exhalation. and for exhausted air. These two ducts are interconnected through the indoor circulation duct so that the air from the first duct is fed into the rooms to be ventilated and subsequently removed through the second duct. Ideally, these ducts are arranged so that the upper end of the first duct is below the upper end of the second duct, thereby providing natural air circulation throughout the system due to the difference in temperature. The air circulating in the system warms up, exposed to the heat of the human and animal heat, the external blocks of the conditioning equipment (heat exchangers) and other heat sources installed in the buildings. BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention aims to improve the hybrid air conditioning and conditioning system described in International Patent Application No. PCT / IB2008 / 052143 so as to also provide an energy generation function using natural air currents generated in the system.

TRUMPAS BRĖŽINIŲ FIGŪRŲ APRAŠYMASBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 - vėdinimo ir kondicionavimo sistemos principinė schemaFIG. 1 - Principal scheme of ventilation and air conditioning system

TINKAMIAUSI JGYVENDINIMO VARIANTAITHE BEST IMPLEMENTATION OPTIONS

Fig. 1 pavaizduotas tinkamiausias šio išradimo įgyvendinimo variantas - hibridinė oro vėdinimo ir kondicionavimo sistema, skirta labai aukštiems, turinti elektros energijos generavimo funkciją. Šią sistemą sudaro bent: - oro padavimo kanalas (1), - patalpų cirkuliacinis kanalas (3); - oro išmetimo kanalas (2) ir - elektros energiją gaminančios turbinos (8), sumontuotos oro kanaluose (1,2) ir arba ortakiuose (4,5). 3FIG. Figure 1 illustrates a preferred embodiment of the present invention, a hybrid air ventilation and conditioning system for very high power generation. This system shall include at least: - air supply channel (1), - indoor circulation channel (3); - air exhaust duct (2) and - power generating turbines (8) installed in air ducts (1,2) and ducts (4,5). 3

Oro padavimo ir išmetimo kanalai (1, 2) yra iš esmės vertikalūs ir yra iškelti iki pastatę viršaus arba aukščiau tam, kad būtų paimamas prie pastato viršaus esantis vėsesnis aukštesnių atmosferos sluoksnių oras. Tinkamiausiu atveju, išmetimo kanalo (2) viršutinis galas yra aukščiau už padavimo kanalo (1) viršutinį galą, kadangi kuo šis skirtumas yra didesnis, tuo stipresnė natūrali trauka yra sudaroma minėtoje vėdinimo ir kondicionavimo sistemoje. Tipiniu atveju, minėtas aukščių skirtumas turėtų būti toks, kad visoje sistemoje vyktų nuolatinė oro cirkuliacija.The air supply and exhaust ducts (1, 2) are essentially vertical and are raised to the top of the building or above in order to pick up cooler atmospheric air above the top of the building. Ideally, the upper end of the exhaust channel (2) is higher than the upper end of the feed channel (1), as the greater the difference, the stronger the natural thrust is created in said ventilation and conditioning system. Typically, said height difference should be such that a constant air circulation occurs throughout the system.

Patalpų cirkuliacinis kanalas (3) - ortakių (4,5), patalpų ir ventiliacijos kanalų sistema, kuria į patalpas patiekiamas švarus vėsesnis oras ir paimamas iškvėpuotas oras. Šiais ortakiais (4,5) patalpos yra sujungiamos tarpusavyje kad sudarytų kiek įmanoma uždaresnį oro cirkuliacijos kontūrą, prasidedantį prie oro padavimo kanalo (1) ir pasibaigiantį prie oro išmetimo kanalo (2). Vadinasi, pačios patalpos turi būti gana gerai izoliuotos nuo pastato išorės, tik tokiu būdu gali būti užtikrinama natūrali trauka ir gera oro cirkuliacija visoje vėdinimo-kondicionavimo sistemoje.The indoor circulation channel (3) is a duct (4.5), indoor and ventilation duct system that delivers clean, cooler air to the premises and breathes the breath. These ducts (4,5) are interconnected to form the closest possible air circulation circuit, starting at the air supply channel (1) and ending at the air outlet (2). Hence, the premises themselves must be well insulated from the outside of the building, only in such a way as to ensure natural traction and good air circulation throughout the ventilation-conditioning system.

Jei prie pastato viršaus esančio oro temperatūra yra nepakankamai žema, kad pastate esantys žmonės jaustųsi patogiai, papildomam paduodamo oro atvėsinimui gali būti įrengiami kondicionieriai, turintys patalpų viduje esančius šilumokaičius (7), šilumnešio vamzdžius (9) ir šilumos siurblius (6), kurie yra sumontuoti taip, kad darbo ciklo metu paimtų šilumą iš oro padavimo kanalo (1), kitaip tariant, šį kanalą vėsintų ir atiduotų šilumą oro išmetimo kanale (2) praeinančiam šiltesniam orui ir/arba paimtų šilumą iš patalpose įrengtų šilumokaičių (9) ir šią šilumą atiduotų išmetimo kanale (2) praeinančiam orui. Tokiu būdu oro padavimo kanale (1) paduodamas oras yra atvėsinamas iki pasirinktos bazinės temperatūros, pavyzdžiui 24-25 °C, ir tokios temperatūros oras yra paduodamas į patalpų cirkuliacinį kanalą (3). Patalpose esantys šilumokaičiai (7) gali papildomai atvėsinti orą iki norimos temperatūros. Šis kombinuotas oro atvėsinimo būdas užtikrina efektyvų oro šaldymą, panaudojant jau ir taip gerokai vėsesnį aukštumų orą ir suteikia galimybę nustatyti temperatūrą kiekvienai atskirai patalpai, atskiram pastato aukštui ir pan. 4If the air temperature at the top of the building is not low enough for people in the building to feel comfortable, air conditioners with indoor heat exchangers (7), heat pipe (9) and heat pumps (6) can be installed to cool down the supply air. mounted so as to extract heat from the air supply duct (1) during the operating cycle, in other words, to cool the duct and to heat it to the warmer air passing through the exhaust duct (2) and / or to heat the indoor heat exchangers (9) and this heat delivered to the exhaust air in the exhaust duct (2). In this way, the air fed into the air supply channel (1) is cooled to the selected base temperature, for example 24-25 ° C, and the air at such temperature is fed into the circulation channel (3). Indoor heat exchangers (7) can additionally cool the air to the desired temperature. This combined air cooling method ensures efficient air cooling using already cooler high altitude air and allows you to set the temperature for each individual room, individual building floor, and so on. 4

Oro srauto greitis arba trauka sistemoje yra priklausoma nuo trijų pagrindinių veiksnių: - patalpų sandarumo - kuo sandaresnis patalpų cirkuliacinis kanalas (3) pastato išorės atžvilgiu, tuo geresnė oro cirkuliacija ir trauka visoje sistemoje; - oro kanalų (1,2) viršutinių galų aukščių skirtumo - kuo didesnis skirtumas tarp šių kanalų (1,2) viršutinių galų, tuo didesnis temperatūrų skirtumas susidaro tarp į sistemą įeinančio ir iš sistemos išeinančio oro ir tuo geresnė trauka sistemoje užtikrinama; - cirkuliuojančio oro pašildymo sistemos viduje - kuo labiau sušyla oras, cirkuliuodamas sistemoje, tuo stipresnė trauka susidaro sistemoje.Air velocity or thrust in the system depends on three main factors: - indoor tightness - the tighter the indoor circulation channel (3) in relation to the exterior of the building, the better the air circulation and thrust in the system; - the difference in the height of the upper ends of the air ducts (1,2) - the greater the difference between the upper ends of these ducts (1,2), the greater the temperature difference between the air entering and leaving the system and the better the traction in the system; - Inside the circulating air heating system - the more the air warms up, the stronger the traction in the system.

Elektros energijos generavimo funkcija sistemoje įgyvendinama panaudojant turbinas (8), kurios gali būti įrengiamos tiek pagrindiniuose iš esmės vertikaliuose oro kanaluose (1,2), tiek ir mažesnėse oro kanalų atšakose-ortakiuose (4,5), kuriais oras yra nuvedamas į patalpas iš pagrindinio oro padavimo kanalo (1) arba pašalinamas iš patalpų į pagrindinį oro išmetimo kanalą (2). Turbinų (8) išdėstymas, jų konstrukcija yra parenkami specialiai kiekvienam pastatui, atsižvelgiant į oro kanalų sistemos konfigūraciją ir matmenis.The power generation function in the system is implemented by the use of turbines (8), which can be installed both in the main vertical air ducts (1,2) and in the smaller ducts of the air ducts (4,5), by which the air is transported to the premises. the main air supply duct (1) or removed from the main air duct (2). The arrangement of the turbines (8), their design is chosen specifically for each building, depending on the configuration and dimensions of the air channel system.

Tinkamiausiu atveju, sistemoje naudojamos turbinos (8) turi sparnuotes, kurių sukimosi ašis sutampa su įsivaizduojama ortakio (4,5) arba oro kanalo (1,2) vamzdžio ašimi ir sparnų galuose yra pritvirtinti nuolatiniai magnetai. Tokio tipo sparnuotą veikia kaip generatoriaus rotorius. Generatoriaus apvijos yra išdėstytos ortakio (4,5) arba oro kanalo (1,2) vamzdžio sienelėse, rotoriaus srityje, paliekant kiek įmanoma mažesnį tarpą tarp besisukančių ant rotoriaus pritvirtintų magnetų ir ortakio (4,5) arba oro kanalo (1,2) vamzdžio sienelėse sumontuotų vijų.Ideally, the turbines (8) used in the system have impellers whose rotation axis coincides with the imaginary axis of the duct (4,5) or the air channel (1,2) and permanent magnets are fixed at the ends of the wings. This type of wing acts as a generator rotor. The generator windings are located in the pipe walls of the duct (4,5) or air channel (1,2) in the rotor area, leaving as little space as possible between the rotating magnets and the duct (4,5) or air channel (1,2) the pipe walls are fitted with strings.

Claims (5)

5 IŠRADIMO APIBRĖŽTIS 1. Patalpų vėdinimo ir kondicionavimo sistema, apimanti bent oro padavimo kanalą (1), patalpų cirkuliacijos kanalą (3) ir oro išmetimo kanalą (2), kurioje patalpų vėdinimui panaudojamas oras yra paimamas iš vėsesnių atmosferos sluoksnių, esančių prie pastato viršaus, besiskirianti tuo, kad ši sistema turi elektros energijos generavimo įrangą, sumontuotą bent viename iš oro kanalų (1, 2) ir/arba ortakių (4, 5), kuri oro srauto energiją paverčia elektros energija.5 DEFINITION DEFINITION 1. A room ventilation and conditioning system comprising at least an air supply channel (1), an indoor circulation channel (3), and an air outlet channel (2), in which the air used for room ventilation is taken from cooler atmospheric layers at the top of the building characterized in that the system comprises an electric generating device mounted at least in one of the air ducts (1, 2) and / or the duct (4, 5) which converts the air flow energy into electrical energy. 2. Patalpų vėdinimo ir kondicionavimo sistema pagal 1 punktą, besiskirianti tuo, kad į elektros energijos generavimo įranga apima turbinas (8).2. An indoor ventilation and conditioning system according to claim 1, characterized in that the power generating equipment comprises turbines (8). 3. Patalpų vėdinimo ir kondicionavimo sistema pagal 2 punktą, besiskirianti tuo, kad turbinų (8) sparnuote yra pritaikyta veikti kaip generatoriaus rotorius, o oro kanalų (1, 2) sienelės sparnuotės srityje yra pritaikytos veikti kaip generatoriaus statorius.3. An indoor ventilation and air conditioning system according to claim 2, characterized in that the turbine (8) in the impeller is adapted to act as a generator rotor, and the walls of the air channels (1, 2) in the impeller area are adapted to act as a generator stator. 4. Patalpų vėdinimo ir kondicionavimo sistema pagal bet kurį ankstesnį punktą, besiskirianti tuo, kad ši sistema yra pritaikyta į patalpas paduodamo oro temperatūrą keisti dviem pakopomis: - atvėsinant orą oro padavimo kanale (1) iki iš anksto nustatytos bazinės temperatūros; - į patalpas paskirstytą bazinės temperatūros orą papildomai atšaldant iki temperatūros, kuri šioje patalpoje yra pasirinkta kaip pageidaujama temperatūra, kur oro atvėsinimas iki bazinės temperatūros yra atliekamas bendrajame oro padavimo kanale (1) sumontuotais šilumos siurblių šilumokaičiais, o atvėsinimas iki temperatūros, kuri yra pasirinkta patalpoje, yra atliekamas patalpų cirkuliaciniame kanale (3) sumontuotais šilumos siurblių šilumokaičiais (7). 64. Room ventilation and conditioning system according to any one of the preceding claims, characterized in that the system is adapted to change the supply air temperature to the premises in two stages: - by cooling the air in the air supply channel (1) to a predetermined base temperature; - cooling of the temperature of the base temperature distributed to the premises to the temperature selected in this room as the desired temperature, where the cooling of the air to the base temperature is carried out by heat exchangers of the heat pumps installed in the general air supply duct (1), and cooling to the temperature selected in the room is carried out by heat pump heat exchangers (7) installed in the indoor circulation channel (3). 6 5. Patalpų vėdinimo ir kondicionavimo sistema pagal bet kurį ankstesnį punktą, besiskirianti tuo, kad oro, patenkančio į išmetimo kanalą (2), šildymui yra panaudojamas bent vienas iš šių pastato viduje įrengtų šilumos šaltinių: - šilumos siurblių (6), naudojamų kondicionieriuose, šaldytuvuose ir šaldikliuose kondensatorius; - kompiuterinė ir telekomunikacijų įranga; - šildymo įrenginiai, tokie kaip kuro degimo katilai, pramonėje naudojama šildymo arba kaitinimo įranga.5. An indoor ventilation and conditioning system according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the following heat sources installed inside the building is used to heat the air entering the exhaust channel (2): - heat pumps (6) used in air conditioners, refrigerators and freezers condenser; - computer and telecommunications equipment; - heating installations such as fuel-fired boilers, industrial heating or heating equipment.