RU2725127C1 - Building heating and conditioning method and device - Google Patents
Building heating and conditioning method and device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725127C1 RU2725127C1 RU2019113318A RU2019113318A RU2725127C1 RU 2725127 C1 RU2725127 C1 RU 2725127C1 RU 2019113318 A RU2019113318 A RU 2019113318A RU 2019113318 A RU2019113318 A RU 2019113318A RU 2725127 C1 RU2725127 C1 RU 2725127C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- air
- rooms
- units
- heating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F7/00—Ventilation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а более конкретно, к способу и устройству для отопления и кондиционирования помещений здания. Изобретение предназначено для обеспечения круглогодичного поддержания нормируемых метеорологических условий в обслуживаемой зоне помещений жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий предприятий в районах Арктики, Антарктиды, крайнего Севера и в районах с резко континентальным климатом.The invention relates to the field of power engineering, and more specifically, to a method and apparatus for heating and conditioning buildings. The invention is intended to ensure year-round maintenance of normalized meteorological conditions in the served area of premises of residential, public, administrative and industrial buildings of enterprises in the Arctic, Antarctica, Far North and in areas with sharply continental climate.
Приоритетными областями применения изобретения являются расположенные и проектируемые в Артике и Антарктиде, в районах крайнего Севера и Дальнего Востока предприятия добывающих, промысловых, перерабатывающих, научных и оборонных организаций, министерств и ведомств. Вместе с тем, изобретение может использоваться с высоким экономическим эффектом и в районах с умеренным климатом.The priority areas of application of the invention are located in the Arctic and Antarctica, in the regions of the Far North and the Far East, enterprises of mining, fishing, processing, scientific and defense organizations, ministries and departments. However, the invention can be used with high economic effect and in areas with a temperate climate.
Известны традиционные способы отопления жилых, общественных и административно-бытовых зданий и производственных предприятий, основанные на применении теплоисточников, например, отопительных котлов, использующих в качестве источника энергии углеводородные энергоносители, такие как газ, дизельное или твердое топливо, или теплогенераторов, работающих на электроэнергии или на углеводородных видах топлива.Known are traditional methods of heating residential, public and administrative buildings and industrial enterprises based on the use of heat sources, for example, heating boilers using hydrocarbon energy sources as an energy source, such as gas, diesel or solid fuel, or heat generators powered by electricity or on hydrocarbon fuels.
Также известны традиционные устройства отопления здания, включающие в себя теплоисточники, отопительные приборы, например, водяные батареи, и связывающие их в отопительную систему теплопроводы (СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»).Traditional building heating devices are also known, including heat sources, heating devices, for example, water batteries, and heat pipes connecting them to the heating system (SNiP 41-01-2003 “Heating, ventilation and air conditioning”).
Недостатком традиционного способа отопления и устройств для его осуществления являются высокие капитальные и эксплуатационные расходы, высокий расход топлива и большая металлоемкость.The disadvantage of the traditional method of heating and devices for its implementation are high capital and operating costs, high fuel consumption and high metal consumption.
Из уровня техники известен способ отопления и кондиционирования помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий и производственных предприятий, основанные на применении тепловых насосов, например, мультизональной системы кондиционирования с переменным расходом хладагента (VRF) на основе паровой компрессионной холодильной машины с наружным блоком, через который пропускают наружный воздух, и несколькими внутренними блоками, обеспечивающий рекуперацию тепла при одновременной работе части внутренних блоков на охлаждение, а другой части - на нагрев в режиме теплового насоса (С.В. Брух, "Обоснованный выбор трехтрубных VRF-систем кондиционирования", Сантехника Отопление Кондиционирование, №5, 2004 г.). Имеется информация о предлагаемых на рынке VRF-системах (http://www.fuji.su/catalog/12.php). В системах такого типа в результате переноса тепла (рекуперации) из кондиционируемых охлаждаемых помещений в кондиционируемые обогреваемые помещения происходит значительное снижение энергозатрат. Однако известные тепловые насосы, в частности мультизональные системы кондиционирования, имеют серьезный недостаток: их эффективность снижается с понижением температуры наружного воздуха, а при температурах наружного воздуха ниже минус 20°С они становятся неработоспособными.The prior art method of heating and air conditioning the premises of residential, public and administrative buildings and industrial enterprises, based on the use of heat pumps, for example, a multi-zone air conditioning system with variable refrigerant flow (VRF) based on a steam compression refrigeration machine with an outdoor unit, which allow outside air and several indoor units to provide heat recovery while simultaneously operating part of the indoor units for cooling, and the other part for heating in the heat pump mode (S.V. Brukh, “Justified selection of three-pipe VRF air conditioning systems”, Plumbing Heating Air conditioning, No. 5, 2004). There is information on the VRF systems on the market (http://www.fuji.su/catalog/12.php). In systems of this type, as a result of heat transfer (recovery) from air-conditioned refrigerated rooms to air-conditioned heated rooms, a significant reduction in energy costs occurs. However, the known heat pumps, in particular multizone air conditioning systems, have a serious drawback: their efficiency decreases with lowering the temperature of the outside air, and at outside temperatures below
Известен способ одновременного нагрева и охлаждения помещений путем запуска аккумулятором электрической энергии, коммутатора, емкостного конвертера теплоты в электрическую энергию и теплового насоса, при котором осуществляют энергетическое замыкание теплоты посредством конденсаторного преобразователя, а также тем, что при работе в режиме нагрева емкостный конвертер перемещают вне обогреваемого помещения. (RU 2.326.289 «Способ и устройство обогрева и охлаждения теплотой окружающей среды на основе явлений самоорганизации», МПК F24D 15/04, опубл. 10.06.2008).There is a method of simultaneous heating and cooling of premises by starting an electric energy by a battery, a switch, a capacitive heat to electric energy converter and a heat pump, in which the heat is energized by means of a capacitor converter, as well as by the fact that when operating in heating mode, the capacitive converter is moved outside the heated premises. (RU 2.326.289 “Method and device for heating and cooling by the warmth of the environment based on the phenomena of self-organization”, IPC F24D 15/04, publ. 10.06.2008).
Однако недостатком этого способа является конструктивная сложность, обусловленная, прежде всего, необходимостью перемещения емкостного конвертера в режиме нагрева вне обогреваемого помещения.However, the disadvantage of this method is the structural complexity, due primarily to the need to move the capacitive converter in the heating mode outside the heated room.
Известен также способ работы системы кондиционирования, выполненной по схеме мультизональной системы кондиционирования на основе паровой компрессионной холодильной машины с наружным блоком, через который пропускают наружный воздух, и внутренними блоками, включающий рекуперацию тепла при одновременной работе части внутренних блоков на охлаждение в режиме кондиционирования, а другой части - на нагрев в режиме теплового насоса, при котором поддерживают температуру воздуха на входе в наружный блок путем перепуска части выходящего из наружного блока отработанного воздуха на вход в наружный блок и смешения с наружным воздухом. При этом наружные блоки снабжают дополнительно двухкамерными теплоизолирующими кожухами с перепускным каналом, регулируемыми заслонками, датчиками температуры воздуха, нагревательными элементами (Патент RU 2395041, «Способ работы мультизональной системы кондиционирования и мультизональная система кондиционирования», МПК F24F 12/00, опубл. 20.07.2010). По числу совпадающих существенных признаков данный способ является прототипом технического решения по предлагаемому изобретению.There is also a known method of operation of an air conditioning system made according to the scheme of a multi-zone air conditioning system based on a steam compression refrigeration machine with an outdoor unit through which external air is passed, and indoor units, including heat recovery while simultaneously operating part of the indoor units for cooling in the air conditioning mode, and another parts - for heating in the heat pump mode, at which the air temperature is maintained at the inlet to the outdoor unit by passing part of the exhaust air leaving the outdoor unit to the entrance to the outdoor unit and mixed with the outdoor air. At the same time, the outdoor units are additionally equipped with two-chamber heat-insulating casings with a bypass channel, adjustable dampers, air temperature sensors, heating elements (Patent RU 2395041, “Method of operation of a multi-zone air conditioning system and multi-zone air conditioning system”, IPC F24F 12/00, published on July 20, 2010 ) By the number of matching essential features, this method is a prototype of a technical solution according to the invention.
Недостатком известного способа является необходимость оснащения серийно выпускаемых установок кондиционирования дополнительными устройствами, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты.The disadvantage of this method is the need to equip commercially available air conditioning units with additional devices, which increases capital and operating costs.
Другим недостатком прототипа, как и всех известных мультизональных систем кондиционирования воздуха, является невозможность запуска при очень низких температурах без дополнительных устройств и фиксированный предел низких температур (например, не ниже минус 50°С), в котором гарантируется непрерывная работа системы.Another disadvantage of the prototype, like all known multi-zone air conditioning systems, is the inability to start at very low temperatures without additional devices and a fixed limit of low temperatures (for example, not lower than minus 50 ° C), which guarantees continuous operation of the system.
Технической задачей предлагаемого способа является устранение указанных недостатков.The technical task of the proposed method is to eliminate these disadvantages.
Техническим результатом является обеспечение кондиционирования помещений в широком диапазоне температур окружающего воздух, включая низкие отрицательные температуры до значений в несколько десятков градусов Цельсия.The technical result is the provision of air conditioning in a wide range of ambient temperatures, including low negative temperatures up to values of several tens of degrees Celsius.
Решение поставленной технической задачи и достижение требуемого результата обеспечиваются тем, что в способе отопления и кондиционирования здания путем использования теплоисточников и тепловых насосов, содержащих внутренние и наружные блоки, наружные блоки тепловых насосов размещают в помещениях, отапливаемых теплоисточниками, а внутренние блоки размещают в кондиционируемых помещениях, автоматически поддерживают нормируемую температуру воздуха во всех помещениях путем передачи тепла из помещений, которые отапливают теплоисточниками, в кондиционируемые помещения посредством внутренних блоков тепловых насосов, а в случае теплоизбытков в кондиционируемых помещениях, например, в летний период, внутренние блоки автоматически переключают в режим охлаждения, а отводимое ими тепло передают при необходимости в другие кондиционируемые помещения или тепло передают через наружные блоки в помещения с наружными блоками, обеспечивая уменьшение нагрузки на теплоисточники и снижая расход топлива и/или электроэнергии. В помещениях с наружными блоками в летний период поддерживают оптимальную температуру путем применения системы вентиляции с регулируемой кратностью воздухообмена с помощью воздушных автоматических клапанов, степень открытия которых изменяют в зависимости от температуры наружного воздуха, что позволяет использовать тепловые насосы для отопления здания за счет теплоты окружающей среды.The solution of the technical task and the achievement of the desired result are ensured by the fact that in the method of heating and conditioning a building by using heat sources and heat pumps containing indoor and outdoor units, the outdoor units of the heat pumps are placed in rooms heated by heat sources, and the indoor units are placed in air-conditioned rooms, they automatically maintain the normalized air temperature in all rooms by transferring heat from rooms that are heated by heat sources to air-conditioned rooms by means of indoor units of heat pumps, and in case of excess heat in air-conditioned rooms, for example, in summer, indoor units are automatically switched to cooling mode, and if necessary, heat transferred by them is transferred to other air-conditioned rooms or heat is transferred through outdoor units to rooms with outdoor units, providing a reduction in the load on the heat sources and reducing fuel consumption and / or electricity. In summer, in rooms with outdoor units, the optimum temperature is maintained by using a ventilation system with adjustable air exchange rates using automatic air valves, the degree of opening of which varies depending on the outdoor temperature, which allows the use of heat pumps to heat the building due to the heat of the environment.
Известна мультизональная система кондиционирования с рекуперацией тепла на основе паровой компрессионной холодильной машины, включающая наружный блок с воздушным теплообменником, к которому через устройства переключения режимов подключены внутренние блоки с возможностью одновременной работы в различных помещениях на охлаждение и на нагрев - в режиме теплового насоса. Наружный блок с воздушным теплообменником размещен в кожухе с образованием входной и выходной камер и перепускного канала. Во входном и выходном окнах кожуха и в перепускном канале установлены регулируемые заслонки, а во входной и выходной камерах установлены датчики температуры воздуха, подключенные к входу блока управления, выход которого связан с исполнительными механизмами заслонок. (Патент RU 2395041, «Способ работы мультизональной системы кондиционирования и мультизональная система кондиционирования», МПК F24F 12/00, опубл. 20.07.2010).A multi-zone air conditioning system with heat recovery based on a steam compression refrigeration machine is known, including an outdoor unit with an air heat exchanger, to which indoor units are connected via mode switching devices with the possibility of simultaneous operation in various rooms for cooling and heating in the heat pump mode. The outdoor unit with an air heat exchanger is placed in the casing with the formation of the inlet and outlet chambers and the bypass channel. Adjustable dampers are installed in the input and output windows of the casing and in the bypass channel, and air temperature sensors are installed in the input and output chambers, which are connected to the input of the control unit, the output of which is connected to the actuators of the dampers. (Patent RU 2395041, “Method of operation of a multi-zone air conditioning system and multi-zone air conditioning system”, IPC F24F 12/00, published on July 20, 2010).
Недостатком известной системы является то, что она не предназначена для обеспечения кондиционирования помещений при температурах ниже - 30°С.A disadvantage of the known system is that it is not intended to provide air conditioning at temperatures below -30 ° C.
Технической задачей изобретения является преодоление указанного недостатка.An object of the invention is to overcome this drawback.
Технический результат изобретения заключается в создании конструктивно простой системы кондиционирования помещений, обеспечивающий эффективное использование энергии для целей кондиционирования помещений, как при положительных значениях температуры наружного воздуха, так и при отрицательных температурах наружного воздуха ниже - 30°С.The technical result of the invention is to create a structurally simple air conditioning system for the efficient use of energy for air conditioning, both at positive values of the outside temperature and at negative outside temperatures below -30 ° C.
Причиной целесообразности использования предлагаемого способа отопления и кондиционирования здания и предлагаемого устройства отопления и кондиционирования здания является потребность в оснащении надежными и экономичными системами отопления и кондиционирования капитальных объектов научных, добывающих, промысловых, перерабатывающих и оборонных отраслей промышленности в районах Арктики и Антарктиды, включая районы с рекордно низкими температурами: которому через устройства переключения режимов подключены внутренние блоки с возможностью одновременной работы в различных помещениях на охлаждение и на нагрев - в режиме теплового насоса. Наружный блок с воздушным теплообменником размещен в кожухе с образованием входной и выходной камер и перепускного канала. Во входном и выходном окнах кожуха и в перепускном канале установлены регулируемые заслонки, а во входной и выходной камерах установлены датчики температуры воздуха, подключенные к входу блока управления, выход которого связан с исполнительными механизмами заслонок. (Патент RU 2395041, «Способ работы мультизональной системы кондиционирования и мультизональная система кондиционирования», МПК F24F 12/00, опубл. 20.07.2010).The reason for the advisability of using the proposed method of heating and air conditioning of the building and the proposed heating and conditioning device of the building is the need to equip scientific, mining, industrial, processing and defense industries with reliable and economical heating and air conditioning systems in the Arctic and Antarctic regions, including those with record highs low temperatures: to which indoor units are connected via a mode switching device with the possibility of simultaneous operation in various rooms for cooling and heating in the heat pump mode. The outdoor unit with an air heat exchanger is placed in the casing with the formation of the inlet and outlet chambers and the bypass channel. Adjustable dampers are installed in the input and output windows of the casing and in the bypass channel, and air temperature sensors are installed in the input and output chambers, which are connected to the input of the control unit, the output of which is connected to the actuators of the dampers. (Patent RU 2395041, “Method of operation of a multi-zone air conditioning system and multi-zone air conditioning system”, IPC F24F 12/00, published on July 20, 2010).
Недостатком известной системы является то, что она не предназначена для обеспечения кондиционирования помещений при температурах ниже - 30°C.A disadvantage of the known system is that it is not designed to provide air conditioning at temperatures below -30 ° C.
Технической задачей изобретения является преодоление указанного недостатка.An object of the invention is to overcome this drawback.
Технический результат изобретения заключается в создании конструктивно простой системы кондиционирования помещений, обеспечивающий эффективное использование энергии для целей кондиционирования помещений, как при положительных значениях температуры наружного воздуха, так и при отрицательных температурах наружного воздуха ниже - 30°C.The technical result of the invention is to create a structurally simple air conditioning system that provides efficient use of energy for air conditioning purposes, both at positive values of the outside temperature and at negative outside temperatures below -30 ° C.
Техническая задача и результат достигаются в результате того, что в устройстве отопления и кондиционирования здания, включающем в себя теплоисточники, отопительные приборы, теплопроводы и тепловые насосы, содержащие внутренние и наружные блоки, внутренние блоки тепловых насосов размещены в кондиционируемых помещениях, а наружные блоки тепловых насосов размещены в помещениях, имеющих отопительные приборы, соединенные теплопроводами с теплоисточниками, и/или теплогенераторы, работающие на углеводородных видах топлива или на электроэнергии, причем, помещения, в которых размещены наружные блоки тепловых насосов, оборудованы системами вентиляции, которые дополнены устройствами регулирования кратности воздухообмена, состоящими из воздушных автоматических клапанов с приводами пропорционального или позиционного действия, соединенными с блоком управления и датчиками температуры внутреннего и наружного воздуха.The technical problem and the result are achieved as a result of the fact that in the heating and air conditioning device of the building, including heat sources, heaters, heat pipes and heat pumps containing indoor and outdoor units, indoor units of heat pumps are located in air-conditioned rooms, and outdoor units of heat pumps placed in rooms with heating devices connected by heat pipes to heat sources and / or heat generators operating on hydrocarbon fuels or on electricity, and the rooms in which the outdoor units of the heat pumps are located are equipped with ventilation systems, which are supplemented by devices for regulating the rate of air exchange, consisting of automatic air valves with proportional or positional actuators connected to a control unit and temperature sensors for indoor and outdoor air.
Причиной целесообразности использования предлагаемого способа отопления и кондиционирования здания и предлагаемого устройства отопления и кондиционирования здания является потребность в оснащении надежными и экономичными системами отопления и кондиционирования капитальных объектов научных, добывающих, промысловых, перерабатывающих и оборонных отраслей промышленности в районах Арктики и Антарктиды, включая районы с рекордно низкими температурами: Сибирь (Верхоянск, минус 67,7°C); Антарктида (Станция Восток, минус 89,2°C); Гренландия (Нортайс, минус 66,1°C). Приоритетными областями применения изобретения являются жилые, общественные, административно-бытовые и производственные здания предприятий, расположенные в Артике и Антарктиде, в районах крайнего Севера и Дальнего Востока. Такие здания содержат помещения с отрицательным и положительным тепловым балансом. К числу последних относятся помещения пищеблока, центры обработки данных (ЦОД), серверные, IT-офисы, производственные помещения.The reason for the advisability of using the proposed method of heating and air conditioning of the building and the proposed heating and conditioning device of the building is the need to equip scientific, mining, industrial, processing and defense industries with reliable and economical heating and air conditioning systems in the Arctic and Antarctic regions, including those with record highs low temperatures: Siberia (Verkhoyansk, minus 67.7 ° C); Antarctica (Vostok Station, minus 89.2 ° C); Greenland (Northays, minus 66.1 ° C). The priority areas of application of the invention are residential, public, administrative and industrial buildings of enterprises located in the Arctic and Antarctica, in the regions of the Far North and the Far East. Such buildings contain rooms with negative and positive heat balance. The latter include catering facilities, data processing centers (DPCs), server rooms, IT offices, and production facilities.
Достоинствами заявляемого способа и устройства отопления и кондиционирования здания являются:The advantages of the proposed method and device for heating and air conditioning of the building are:
- надежность запуска и эксплуатации при любых низких температурах наружного воздуха систем кондиционирования воздуха, обеспечивающих использование отводимого избыточного тепла из одних помещений для отопления других помещений, а также позволяющих отапливать помещения за счет теплоты наружного воздуха (режим теплового насоса),- reliability of start-up and operation at any low outdoor temperature of air conditioning systems that ensure the use of excess heat from one room for heating other rooms, and also allow heating the room due to the heat of the outside air (heat pump mode),
- снижение капитальных и эксплуатационных затрат на отопление здания за счет приоритетного использования внутренних блоков систем кондиционирования воздуха в качестве отопительных приборов и исключения необходимости применения традиционной системы водяного отопления здания,- reduction of capital and operating costs for heating a building due to the priority use of indoor units of air conditioning systems as heating devices and eliminating the need for a traditional water heating system of a building,
- снижение капитальных и эксплуатационных затрат за счет использования систем кондиционирования воздуха в штатном исполнении без дополнительных средств обеспечения их работоспособности при любых низких температурах наружного воздуха,- reduction of capital and operating costs due to the use of air conditioning systems as standard without additional means of ensuring their operability at any low outdoor temperatures,
- снижение расхода топлива за счет эффективной рекуперации внутренних источников тепла и использования тепла наружного воздуха.- reduction of fuel consumption due to the effective recovery of internal heat sources and the use of heat from outside air.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой на фигуре.The essence of the invention is illustrated by the diagram in the figure.
В кондиционируемых (отапливаемых и/или охлаждаемых) помещениях 1 размещены внутренние блоки 2 и распределительные блоки 3 мультизональных установок кондиционирования воздуха типа VRF. Наружные блоки 4 этих установок размещены в машинном зале 5, который имеет общие со зданием наружные стены 6 (теплозащитные ограждения) и разделяющие помещения здания внутренние стены (перегородки) 7. Приточно-вытяжные вентиляционные установки 8 имеют секцию подогрева наружного воздуха 9. Корпус вентиляционной установки 8 снабжен воздухозаборной и выбросной решетками 10. Установка 8 через приточный воздуховод 11 подключена к системе приточных воздухораспределителей 12. Установка 8 также через к вытяжной воздуховод 13 подключена к системе вытяжных воздухораспределителей 14, которые размещены в кондиционируемых помещениях 1. В машинном зале 5 размещен отопительный котел 15, который может работать на газообразном, жидком или твердом топливе. Циркуляция промежуточного теплоносителя по теплопроводу 16 обеспечивается насосом 17. В циркуляционный контур промежуточного теплоносителя, содержащий котел 15, теплопровод 16 насос 17 и секцию 9, параллельно подключен воздухонагреватель 18, снабженный вентилятором. Кроме того, в машинном отделении 5 установлен автономный теплогенератор (воздухонагреватель) 19, работающий на электроэнергии. В наружных стенах 6 машинного зала 5 размещены регулируемые автоматические воздушные клапаны 20, имеющие приводы пропорционального или позиционного действия, которые соединены с блоком управления и датчиками температуры внутреннего и наружного воздуха.In air-conditioned (heated and / or cooled)
Установка, работающая по предлагаемому способу, функционирует следующим образом.The installation, working on the proposed method, operates as follows.
Во время отопительного сезона (холодный период года) в машинном зале 5 поддерживают автоматически нормируемую температуру воздуха, например, 20-22°C по СанПиН 2.1.2.1002-00. 2.1.2. (ред. от 21.08.2007) за счет работы воздухонагревателей 18 и 19. Теплоисточниками энергии для здания могут быть:During the heating season (cold season) in the
- отопительный котел или котлы 15, использующие углеводородные теплоносители; дизельные электрогенераторы;- a heating boiler or
- внешние источники тепловой и электрической энергии, такие, как теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), гидроэлектростанция (ГЭС);- external sources of thermal and electric energy, such as a cogeneration plant (TPP), a hydroelectric power station (HPP);
- ветряная электростанция (ВЭС);- wind power station (wind farm);
- плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) или передвижная атомная электростанция АЭС.- a floating nuclear power plant (FNPP) or a mobile nuclear power plant of a nuclear power plant.
Приточно-вытяжные установки 8 подают в помещения 1 наружный воздух после его обработки и подогрева до нормируемой температуры и удаляют отработанный воздух из этих помещений. Помещения 1 отапливают с помощью работающих автоматически внутренних блоков 2 тепловых насосов (трехтрубных мультизональных установок кондиционирования). В случае внутренних теплоизбытков в помещениях 1, например, в помещениях с коммутационными стойками, внутренние блоки 2 автоматически переключают в режим охлаждения, а отводимое ими тепло передают в другие кондиционируемые помещения, нуждающиеся в отоплении, или тепло передают в помещения с наружными блоками, вследствие чего снижается тепловая нагрузка на теплоисточники и снижается расход топлива и/или электроэнергии.Forced-air and
Надежность запуска и работы наружных блоков 4 обеспечивают поддержанием нормируемой температуры воздуха в машинном зале 5. Помещение с наружными блоками оборудовано системой естественной вентиляции, дополненной устройством для регулирования кратности воздухообмена, которое состоит из автоматизированных воздушных клапанов 20 с приводом пропорционального или позиционного действия, установленных в наружных стенах 6 машинного зала, и блока управления, соединенного с датчиками температуры внутреннего и наружного воздуха. Во время отопительного периода при низких температурах наружного воздуха воздушные клапаны 20 автоматически устанавливают минимальную степень открытия, достаточную для обеспечения необходимой по СНиП кратности воздухообмена, исходя из потребностей людей и теплоисточников.The reliability of the start-up and operation of the
Во время летнего сезона (теплый период года) при положительных температурах наружного воздуха продолжают поддерживать нормируемую для летнего сезона температуру воздуха внутри машинного зала за счет работы воздухонагревателей 18 и 19. При снижении тепловой нагрузки на воздухонагреватели в летний период до нуля и при повышении температуры наружного воздуха до нормируемой температуры внутреннего воздуха открывают воздушные клапаны 20 на степень открытия, достаточную для обеспечения необходимой кратности воздухообмена, исходя из потребностей людей и наружных блоков тепловых насосов.During the summer season (warm season), at positive outside temperatures, the air temperature inside the engine room normalized for the summer season continues to be maintained due to the operation of the
При открытых воздушных клапанах 20 и положительной температуре наружного воздуха требуемую температуру в помещениях 1 поддерживают с помощью внутренних блоков 2, работающих автоматически, причем, теплоизбытки из помещений автоматически отводят в машинный зал 5 и далее через воздушные капаны 20 наружу в окружающую среду. При этом в случае необходимости, отопление какого-либо из помещений 1 в летний период осуществляют рекуперацией - переносом тепла из охлаждаемых помещений в отапливаемые помещения.With
Пример оценки эффективности использования предлагаемого способа и устройства применительно к проекту многофункционального здания, которое проектируется для строительства в районе материковой части населенного пункта Диксон Таймырского АО.An example of evaluating the effectiveness of using the proposed method and device in relation to the project of a multifunctional building, which is designed for construction in the area of the mainland of the settlement Dikson of the Taimyr Autonomous Region.
Исходные данные.Initial data.
Здание 4-х этажное, площадь застройки 8000 кв.м, класс А энергетической эффективности зданий (приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций: стены 5,6 и покрытия 8,2 м2⋅°C/Вт). Здание включает в себя административные, учебные, спортивные и жилые помещения, универсальные залы, обеденные залы, помещения пищеблока, включая горячий цех и холодильные продуктовые камеры, серверные, центр хранения и обработки данных (ЦХОД), центр управления (ЦУП), складские и производственные помещения, машинные залы, гаражи, мастерские и другие помещения.4-storey building, built-up area 8000 sq. M, class A energy efficiency of buildings (reduced resistance to heat transfer of building envelopes: walls 5.6 and coatings 8.2 m 2 ⋅ ° C / W). The building includes administrative, educational, sports and residential premises, universal halls, dining halls, catering facilities, including a hot shop and cold stores, server rooms, a data storage and processing center (DPC), a control center (MCC), storage and production facilities premises, machine rooms, garages, workshops and other premises.
Климатические параметры холодного периода года по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»: температура воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 равна минус 45°C, абсолютная минимальная температура воздуха равна минус 49°C, средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца плюс 7,7°C, продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха не выше 8°C равна 365 суток при средней температуре воздуха минус 11,4°C, зона влажности нормальная.Climatic parameters of the cold season according to SNiP 23-01-99 “Construction Climatology”: the temperature of the coldest day with a security of 0.98 is minus 45 ° C, the absolute minimum temperature is minus 49 ° C, the average maximum temperature of the hottest month is + 7 , 7 ° C, the duration of the period with an average daily air temperature of no higher than 8 ° C is 365 days at an average air temperature of minus 11.4 ° C, the humidity zone is normal.
Продолжительность отопительного периода в градусосутках равна 11461, отопительный сезон длится 365 суток. Температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,98 равна минус 42°C.The duration of the heating period in degrees is 11461, the heating season lasts 365 days. The temperature of the coldest five-day security of 0.98 is minus 42 ° C.
Здание обладает мощными внутренними источниками низкопотенциальной тепловой энергии, которые распределены по зданию неравномерно. К непрерывно работающим источникам тепла относятся телекоммуникационные стойки ЦХОДа, компьютеры и периферийное оборудование ЦУПа, серверы, холодильные машины охлаждаемых продуктовых камер. К периодически работающим внутренним источникам тепла относятся компьютеры офисов и бытового сектора, бытовая техника, тепловое оборудование горячего цеха пищеблока, приборы освещения, технологическое оборудование.The building has powerful internal sources of low potential thermal energy, which are distributed unevenly throughout the building. Continuously operating heat sources include telecommunication centers of the data center, computers and peripheral equipment of the control center, servers, chillers of refrigerated food chambers. Periodically working internal sources of heat include computers of offices and the household sector, household appliances, heating equipment of the hot shop of the catering unit, lighting devices, and technological equipment.
Интенсивность теплопотерь здания во время наиболее холодной пятидневки оценивается в 220 кВт, мощность постоянно работающих внутренних источников тепла оценивается в 80 кВт.The heat loss rate of the building during the coldest five-day period is estimated at 220 kW, the power of constantly working internal heat sources is estimated at 80 kW.
Интенсивность теплопотерь здания во время наиболее «жаркого» месяца оценивается в 46 кВт, в то время как мощность постоянно работающих внутренних источников тепла остается на том же уровне в 80 кВт.The heat loss rate of the building during the hottest month is estimated at 46 kW, while the capacity of constantly working internal heat sources remains at the same level of 80 kW.
Предложенные способ и устройство сравниваются с традиционным техническим оснащением многофункционального здания системой водяного отопления и системами кондиционирования воздуха.The proposed method and device are compared with the traditional technical equipment of a multifunctional building with a water heating system and air conditioning systems.
Рассмотрим вначале традиционный вариант (вариант 1) теплоснабжения здания. В этом варианте приняты газовые котлы суммарной мощностью 220 кВт, система водяного отопления здания с напольными батареями и 8 систем кондиционирования воздуха типа VRV REYQ12T7Y1B фирмы DAIKIN с наружными блоками, размещенными вне контура здания, и внутренними блоками, размещенными в кондиционируемых помещениях. Согласно технического паспорта указанных систем их холодопроизводительность уменьшается при температуре наружного воздуха ниже -5°C, а при температуре наружного воздуха ниже минус 20°C эти системы неработоспособны. Применение известного способа работы этих систем в режиме охлаждения при низких температурах воздуха (http://www.v-s-m.ru/komplex-vsm.html, RU 2415349 C1, F24F 1/00) позволяют за счет дополнительных устройств расширить диапазон рабочих температур систем до минус 50°C, но все тепло, которое не утилизируется, теряется: удаляется наружу.Let us first consider the traditional option (option 1) of the heat supply to the building. In this version, gas boilers with a total capacity of 220 kW, a water heating system of a building with floor-mounted batteries and 8 air conditioning systems of the type VRV REYQ12T7Y1B from DAIKIN with outdoor units located outside the building’s contour and indoor units located in air-conditioned rooms are adopted. According to the technical data sheet of these systems, their cooling capacity decreases at an outdoor temperature below -5 ° C, and at an outdoor temperature below minus 20 ° C these systems are inoperative. The application of the known method of operation of these systems in cooling mode at low air temperatures (http://www.vsm.ru/komplex-vsm.html, RU 2415349 C1,
Применение известного способа работы этих систем в режиме отопления при низких температурах воздуха (Патент на полезную модель RU 138974 F24F12) позволяет за счет установки дополнительных устройств и обогревателей наружного блока расширить диапазон рабочих температур систем до минус 50°C, однако, для обеспечения паспортной теплопроизводительности 37,5 кВт системы REYQ12T7Y1B в режиме отопления требуется обогреватель наружного блока мощностью, превышающей эту мощность из-за неизбежных теплопотерь в окружающую среду, что делает этот способ нерациональным из-за капитальных и эксплуатационных затрат.The application of the known method of operation of these systems in heating mode at low air temperatures (Patent for utility model RU 138974 F24F12) allows, due to the installation of additional devices and heaters of the outdoor unit, to expand the operating temperature range of systems to minus 50 ° C, however, to ensure
Таким образом, вариант 1 не позволяет полностью утилизировать внутренние теплоизбытки здания при температурах наружного воздуха ниже минус 20°C. Следует отметить, что по данным непрерывных метеонаблюдений (https://www.gismeteo.ru/) в аэропорту Диксон за 12 месяцев в период с 01.03.2018 по 28.02.2019 температура наружного воздуха ниже минус 20°C была зарегистрирована в течение 105 суток. За этот же период времени в г. Верхоянск температура наружного воздуха ниже минус 20°C была зарегистрирована в течение 148 суток, а температура ниже минус 50°C была зарегистрирована в течение 16 суток.Thus,
Для теплоснабжения рассматриваемого здания в соответствии с предлагаемым способом (вариант 2) приняты газовые котлы суммарной мощностью 140 кВт и 8 систем кондиционирования воздуха типа VRV REYQ12T7Y1B фирмы DAIKIN.To heat the building in question, in accordance with the proposed method (option 2), gas boilers with a total capacity of 140 kW and 8 air conditioning systems of the type VRV REYQ12T7Y1B from DAIKIN were adopted.
В данном варианте все кондиционируемые помещения здания оборудованы внутренними блоками трехтрубных систем кондиционирования, каждый из которых для поддержания требуемой температуры в помещении автоматически переводится в режим отопления или в режим охлаждения или в режим рециркуляции внутреннего воздуха.In this embodiment, all air-conditioned rooms of the building are equipped with indoor units of three-pipe air conditioning systems, each of which is automatically switched to heating mode or to cooling mode or to indoor air recirculation mode to maintain the required temperature in the room.
Благодаря этому здание не нуждается в традиционной системе водяного отопления с батареями.Thanks to this, the building does not need a traditional water heating system with batteries.
В предлагаемом примере наружные блоки систем кондиционирования размещены в машинном зале здания, который отапливается с помощью отопительного котла, работающего на углеводородных видах топлива, и/или теплогенераторами максимальной суммарной тепловой мощностью 140 кВт, В результате этого в машинном зале поддерживается постоянная температура, например, плюс 20°C. При таком температурном режиме запуск и непрерывная эксплуатация систем кондиционирования с наивысшей экономической эффективностью обеспечена при любой низкой температуре наружного воздуха.In the proposed example, the outdoor units of the air conditioning systems are located in the machine room of the building, which is heated by a hydrocarbon fuel boiler and / or heat generators with a maximum total thermal power of 140 kW. As a result, a constant temperature is maintained in the machine room, for example, plus 20 ° C. With this temperature regime, the launch and continuous operation of air conditioning systems with the highest economic efficiency is ensured at any low outdoor temperature.
Обеспечение надежной работоспособности систем кондиционирования позволяет использовать главное преимущество тепловых насосов, выполненных по схеме трехтрубных систем кондиционирования. Это достигается в результате того, что внутренние блоки, размещенные в помещениях с постоянными избыточными теплопритоками (например, залы ЦХОДа, ЦУПа, машинные залы компрессорно-конденсаторных агрегатов охлаждаемых складов и др.) работают в режиме охлаждения, а отводимое ими тепло переносится с помощью других внутренних блоков в кондиционируемые помещения, нуждающиеся в отоплении.Ensuring reliable performance of air conditioning systems allows you to use the main advantage of heat pumps made according to the scheme of three-pipe air conditioning systems. This is achieved as a result of the fact that indoor units located in rooms with constant excess heat inflows (for example, halls of the central heating center, central control room, machine rooms of compressor-condensing units of refrigerated warehouses, etc.) operate in cooling mode, and the heat removed by them is transferred using other indoor units in air-conditioned rooms in need of heating.
Каждая из систем кондиционирования в любой момент времени может иметь различный тепловой баланс, который компенсируется с помощью наружного блока.Each of the air conditioning systems at any given time can have a different heat balance, which is compensated by the outdoor unit.
Рассмотрим для примера одну систему кондиционирования с 12 внутренними блоками, из которых 6 блоков холодопроизводительностью по 3 кВт каждый охлаждают коммутационные стойки ЦХОДа, а 6 блоков того же типоразмера размещены в кондиционируемых помещениях, с незначительными и непостоянными внутренними тепловыделениями. В течение года из-за погодных условий и особенностей эксплуатации обслуживаемых помещений возможны три случая:Consider, for example, one air conditioning system with 12 indoor units, of which 6 units with a cooling capacity of 3 kW each cool the switching racks of the data center, and 6 units of the same size are located in air-conditioned rooms with insignificant and unstable internal heat dissipations. Throughout the year, three cases are possible due to weather conditions and operating conditions of the serviced premises:
1) Количество тепла, отводимое в течение часа от стоек (18 кВт.ч), приблизительно равно требуемым теплопритокам в отапливаемых комнатах. В этом случае нагрузка на котел снижается на 18 кВт (соответственно снижается и расход топлива), а наружный блок работает в переменном режиме тепло/холод с интенсивностью дисбаланса.1) The amount of heat removed during the hour from the racks (18 kWh) is approximately equal to the required heat influx in the heated rooms. In this case, the load on the boiler is reduced by 18 kW (fuel consumption is also reduced), and the outdoor unit operates in a variable heat / cold mode with an imbalance intensity.
2) Количество тепла, отводимое от стоек в течение часа (18 кВт.ч), вдвое больше требуемых теплопритоков в отапливаемых комнатах, например в самый теплый месяц года. В этом случае разница в тепловых потоках в количестве 9 кВт.ч отводится в машинный зал через наружный блок, теплообменник которого в этом варианте работает как конденсатор; нагрузка на котел снижается на 9 кВт.2) The amount of heat removed from the racks for an hour (18 kWh) is twice as much as the required heat influx in the heated rooms, for example, in the warmest month of the year. In this case, the difference in heat fluxes in the amount of 9 kWh is discharged into the engine room through the outdoor unit, the heat exchanger of which in this embodiment works as a condenser; the load on the boiler is reduced by 9 kW.
3) Количество тепла, отводимое от стоек в течение часа (18 кВт.ч), вдвое меньше требуемых теплопритоков в отапливаемых комнатах. В этом случае дополнительные 18 кВт.ч поступают в отапливаемые комнаты из машинного зала через наружный блок, теплообменник которого в этом варианте работает как испаритель; нагрузка на котел снижается на 18 кВт.3) The amount of heat removed from the racks for an hour (18 kWh) is half that of the required heat influx in heated rooms. In this case, an additional 18 kWh is supplied to the heated rooms from the engine room through the outdoor unit, the heat exchanger of which in this embodiment works as an evaporator; the load on the boiler is reduced by 18 kW.
В зависимости от погодных условий, времени суток, режимов эксплуатации здания в самый теплый месяц возможен вариант, когда система автоматического регулирования температуры в машинном зале отключит все отопительные приборы, так как тепловая мощность конденсаторов наружных блоков позволяет поднять температуру воздуха в машинном зале выше 20°C. В этом случае воздушные клапаны 20 автоматически будут открыты на степень открытия, достаточную для обеспечения необходимой кратности воздухообмена, исходя из теплопроизводительности наружных блоков тепловых насосов.Depending on the weather conditions, time of day, building operating conditions in the warmest month, it is possible that the automatic temperature control system in the engine room will turn off all heating devices, since the thermal power of the outdoor unit capacitors allows the air temperature in the engine room to rise above 20 ° C . In this case, the
Технико-экономические преимущества варианта 2 в сравнении с вариантом 1:Technical appraisal and economic advantages of
- снижены капитальные и эксплуатационные расходы за счет исключения системы водяного отопления здания,- reduced capital and operating costs by eliminating the water heating system of the building,
- обеспечены круглогодично надежные запуск и эксплуатация в оптимальном режиме систем кондиционирования,- ensured year-round reliable launch and operation in the optimal mode of air conditioning systems,
- снижен расход топлива (электроэнергии) на отопление здания примерно на 30-40% за счет рекуперации внутренних тепловыделений.- reduced fuel (electricity) consumption for heating the building by about 30-40% due to the recovery of internal heat.
Приведенные расчеты указывают на промышленную применимость предлагаемого способа и устройства.The above calculations indicate the industrial applicability of the proposed method and device.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019113318A RU2725127C1 (en) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | Building heating and conditioning method and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019113318A RU2725127C1 (en) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | Building heating and conditioning method and device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2725127C1 true RU2725127C1 (en) | 2020-06-29 |
Family
ID=71510159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019113318A RU2725127C1 (en) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | Building heating and conditioning method and device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2725127C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115437260A (en) * | 2022-11-10 | 2022-12-06 | 山东澳信供热有限公司 | Air source heat pump operation optimization method and system |
| RU2785856C1 (en) * | 2021-11-16 | 2022-12-14 | Владислав Петрович Харитонов | Heat loss recovery device for buildings and structures |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10253097A (en) * | 1997-03-12 | 1998-09-25 | Tetsuya Saigo | Body heat storage type radiation air conditioning, ventilating, hot water heating apparatus |
| FR2805602A1 (en) * | 2000-02-24 | 2001-08-31 | Caleco | Energy recuperation method, for domestic and industrial air conditioning system, involves interface diffusing flow of interior air into flow of external air to form homogeneous flux cooling external heat exchanger |
| RU133591U1 (en) * | 2013-07-01 | 2013-10-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | HEAT AND COLD SUPPLY SYSTEM |
-
2019
- 2019-04-30 RU RU2019113318A patent/RU2725127C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10253097A (en) * | 1997-03-12 | 1998-09-25 | Tetsuya Saigo | Body heat storage type radiation air conditioning, ventilating, hot water heating apparatus |
| FR2805602A1 (en) * | 2000-02-24 | 2001-08-31 | Caleco | Energy recuperation method, for domestic and industrial air conditioning system, involves interface diffusing flow of interior air into flow of external air to form homogeneous flux cooling external heat exchanger |
| RU133591U1 (en) * | 2013-07-01 | 2013-10-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | HEAT AND COLD SUPPLY SYSTEM |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785856C1 (en) * | 2021-11-16 | 2022-12-14 | Владислав Петрович Харитонов | Heat loss recovery device for buildings and structures |
| CN115437260A (en) * | 2022-11-10 | 2022-12-06 | 山东澳信供热有限公司 | Air source heat pump operation optimization method and system |
| CN115437260B (en) * | 2022-11-10 | 2023-05-23 | 山东澳信供热有限公司 | Air source heat pump operation optimization method and system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO325063B1 (en) | Air Conditioning System | |
| Kazanci | Low temperature heating and high temperature cooling in buildings | |
| RU2725127C1 (en) | Building heating and conditioning method and device | |
| Gellings | Efficient Use and Conservation of Energy-Volume I | |
| Graham et al. | High-performance HVAC | |
| Snoek et al. | Optimization of district heating systems by maximizing building heating system temperature differences | |
| CHOWTHER et al. | Design Considerations For Dedicated OA Systems. | |
| RU2785856C1 (en) | Heat loss recovery device for buildings and structures | |
| Maccarini et al. | Analysis of control strategies for a novel HVAC system equipped with a room-temperature water loop | |
| GB2464984A (en) | Energy efficient zonal climate control system for commercial buildings | |
| Franseen | New Buildings Should Never Operate Cooling Towers and Boilers Simultaneously. | |
| Elnaggar et al. | Central Air Conditioning: Systems and Applications | |
| Raftery et al. | Analysis of a hybrid UFAD and radiant hydronic slab HVAC system | |
| CN110068089B (en) | Energy-saving air conditioning system for library | |
| RU2713988C1 (en) | Device of heat and cooling supply | |
| Masoodi et al. | Energy analysis and design comparison of VRV system of a building with split air-conditioning system | |
| Cox | Heating, ventilating and air conditioning systems | |
| Strakova et al. | Indoor air quality and mechanical ventilation for technology buildings | |
| Maki | Designing HVAC For Cold Climates | |
| Springer | Radiant Ceiling Panels: An Analysis of Load Shifting, Energy Use, and Comfort in a Laboratory House Setting | |
| Baxter et al. | Air-Source Integrated Heat Pump System Development–Final Report | |
| Dumitrascu et al. | Sub-slab Thermal Storage System for Coupling to a Heat Pump: Modelling Approach and Simulated Performance. | |
| Khaleel | Energy Consumption and Economic Comparison between VRF System and Air to Water Chiller for Air Conditioning Systems Case study: An-Najah University Child Institute | |
| Mali et al. | Modification of 1.5 TR Air Condition System Uses in Different Cabins at Different Location | |
| Deer | High-Performance Systems Help Preserve History. |