ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ВЕНТИЛЯЦИОННО-ОТОПИТЕЛЬТНОЙ УСТАНОВКИ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 628.88:697.1/9-192

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ВЕНТИЛЯЦИОННО-

ОТОИИТЕЛЬТНОЙ УСТАНОВКИ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ

Тихомиров Д.А.

ФГБНУ Федеральный научный агроинженерный центр всероссийский институт механизации

Аннотация. Рассмотрен способ повышения надежности работы вентиляционно-отопительной установки с утилизацией теплоты, предотвращающий обмерзание теплообменной поверхности со стороны удаляемого воздуха. Представлен алгоритм работы системы автоматического регулирования и защиты от обмерзания теплообменной поверхности теплоутилизатора. Описана работа принципиальной электрической схемы вентиляционно-отопительной установки.

Ключевые слова: вентиляционно-отопительная установка, утилизация теплоты, озонатор, рециркуляция.

Введение. Серьезной проблемой большинства теплоутилизаторов, работающих в животноводческих помещениях с повышенной влажностью, является обмерзание теплообменной поверхности со стороны удаляемого воздуха при низких температурах наружного воздуха [1]. Это приводит к снижению коэффициента теплопередачи от теплого удаляемого воздуха к приточному холодному, уменьшению проходного сечения вытяжного канала, снижению эффективности вентиляции. Существующие способы и схемные решения, направленные на снижение и предотвращение обмерзания теплообменной поверхности носят энергозатратный характер [2].

Одним из наиболее целесообразных направлений в повышении эксплуатационно-технологической надежности установки является разработка эффективных способов регулирования воздухоподачи с применением частичной рециркуляции внутреннего воздуха в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и технологических тепловлажностных нагрузок.

Автоматическое регулирование режимов работы вентиляционно-отопительной установки (ВОУ) (рис. 1) с утилизатором теплоты [3] приводит к снижению затрат энергии на дополнительный подогрев приточного воздуха с помощью

калорифера, увеличению температурного диапазона работоспособности установки без образования устойчивой наледи и снеговой шубы на теплообменных поверхностях теплоутилизатора, к повышению значения удельного тепловозврата утилизационной установкой и обеспечению требуемого воздухообмена в помещении.

Рисунок 1 - ВОУ с утилизацией теплоты, озонированием и рециркуляцией воздуха: 1 - приточный воздуховод; 2 - канал рециркуляции; 3,8 - вытяжной воздуховод; 4 - корпус теплообменного аппарата; 5 - шкаф автоматического управления; 6 - встроенный электрокалорифер; 7 - озонатор

Нами разработан алгоритм работы системы автоматического управления, укрупненная блок-схема которого представлена на рисунке 2.

В холодный период года посредством изменения соотношения потоков приточного и удаляемого воздуха с применением частичной рециркуляции на теплообменных пленочных поверхностях обеспечиваются температурные режимы, предотвращающие замерзание конденсата на них, образование наледи и снеговой шубы (рис. 3). Баланс по притоку и выбросу вентиляционного воздуха достигается за счет работы рециркуляционного устройства. Частичное повторное использование (рециркуляция) теплого вытяжного воздуха возможна благодаря его очистке и обеззараживанию методом озонирования в камере смешивания, расположенной в канале рециркуляции [4].

Обмерзание

;ГДа

1. Рециркуляция части удаляемого воздуха (до 30%).

2. Подача озона в камеру смешивания.

-Обмерзание

_ ¡Да_

Включение электрокалорифера на реверс (режим оттаивания)

Рисунок 2 - Блок-схема алгоритма работы системы автоматического регулирования и защиты от обмерзания теплообменной поверхности

теплоутилизатора

При достижении технического ограничения возможности поддержания примерного равенства воздушных потоков и при дальнейшем снижении температуры наружного воздуха используется

режим периодического оттаивания теплообменных поверхностей путем включения приточного вентилятора на реверсивный режим. Нагретый встроенным электрокалорифером воздух быстро прогревает теплообменные полимерные поверхности, происходит их оттаивание, и талая вода сливается в канализацию через специальное отверстие в днище корпуса теплообменного аппарата.

Температура внутреннего воздуха поддерживается в заданных пределах за счет возврата теплоты утилизатором (теплообменник из полимерных материалов), частичной рециркуляции внутреннего воздуха и регулированием мощности встроенного электрокалорифера.

Рисунок 3 - Режимы работы установки, предотвращающие обмерзание теплообменных поверхностей: 1 - номинальная работа теплоутилизатора; 2 - работа теплоутилизатора в режиме изменения соотношения потоков приточного и удаляемого воздуха и частичной рециркуляции внутреннего воздуха; 3 - работа теплоутилизатора в режиме размораживания (оттаивание)

Для реализации технологии, обеспечения режимов и автоматического управления разработана электрическая схема энергоресурсосберегающей установки с утилизацией теплоты и озонированием воздуха модульного типа [5,6] мощностью 10 кВт и воздухопроизводительностью 1500 м3/ч (рис. 4).

Контроль состояния теплообменной поверхности, параметров воздуха в помещении, обеспечение других необходимых технологических процессов по обеспечению нормальной работы теплоутилизационной установки может быть осуществлен при помощи универсального ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ 148.

от

8 и X •а

Я

гъ Л

.

-

2

1

6.

-

№

СЛ2

КМ

КМ

КК1

га

га

прнттньи вентилятор

В1 А1 КМ21 КК11

Л2 33 К21

"""а

Л КМ1 т

1 1

Л»

М2

95 'р^чн"

К21

КМ1.2 Ш1

КМ23 Н2

КМ1 ИЗ

Ш1 Ш

Ш

УЛ

КМ»

1 'Гщгтк"

^'ёьшиа" I» 'реицжул" № 'Ьепъ."

N

К11 |

н&рез

рецщгляця

ТШ10

03

БИТ

Уцз=0.20лЛ азп рзши

Бгск ^ ——7 упрвзжя §5

щморееуттр ошщ&м, трижраш

(5П К12

ручной р&нм бтрвка

автжгшеский контроль пвщипуры впжшрнии

04

КМ ,

Ижяик

пигвния

сеот>

ре 022Ч6КВ

К2

га га кзщв

]31Увз -1--1---. окнзтгра

чеспхгтьй I I

рэултар ' О

\ ОЗОН

выткюи вентттр

и^пи управления

Рисунок 4 - Электрическая схема управления ВОУ с утилизацией теплоты и озонированием воздуха

При снижении температуры теплообменной поверхности со стороны удаляемого воздуха 11 ниже установленной по сигналу первого канала терморегулятора ТРМ-148 подается питание через встроенное реле на магнитный пускатель КМ4, управляющий приводом воздушной заслонки, и электромагнитный клапан УЛ, открывающий подачу озона в смесительную камеру рециркуляционного воздуховода.

Реверсивный режим работы приточного вентилятора для удаления возможной наледи и снеговой шубы с теплообменных поверхностей теплоутилизатора включается автоматически контактной группой КТ1.1 реле времени КТ1 и магнитным пускателем КМ2 по сигналу датчика температуры 12 ТРМ 148.

ТРМ 148 измеряет температуру воздуха ^ в помещении, сравнивает ее с заданной и осуществляет ПИД-регулирование измеренной величины, производит регулирование мощности нагрузки (нагревательные элементы электрокалорифера ЕК1...ЕК3), используя аналоговый выход.

Плавное автоматическое регулирование мощности электрокалорифера осуществляется блоком управления симисторами и тиристорами (БУСТ) с помощью сигналов (0.20 мА), поступающих от регулятора температуры (ТРМ). Для регулирования мощности на нагрузке прибор позволяет формировать сигналы, управляющие симисторами или тиристорами, двумя методами: фазовым (ФИМ) или по числу полупериодов (ШИМ).

Прибор имеет функцию блокировки, позволяющую организовать технологическое или аварийное отключение нагрузки. В качестве силовых элементов использованы симисторы У81...У83. Для контроля за работой системы применяются сигнальные лампы НЬ1...НЬ5, а также индикаторы на отдельных приборах. Для защиты силовых цепей и цепей управления от токов короткого замыкания, сверхтоков предназначены автоматические выключатели QF1...QF5, тепловые реле КК1.. .КК2, предохранители FU1.FU4.

Источник питания озонатора коронного разряда представляет собой полу мостовой инвертор с выходным напряжением 16.20 кВ.

В распределительном воздуховоде расположен датчик концентрации озона, который связан с источником питания озонатора. При превышении допустимой концентрации озона в воздухе источник питания снижает производительность озонатора, поддерживая тем самым требуемый уровень озона.

Выводы. Разработанная технология очистки и обеззараживания воздуха позволяет существенно снизить затраты на проведение дезинфекции помещений, где содержатся животные и птица, а также

снизить загрязненность выбрасываемого в атмосферу воздуха.

Применение утилизации теплоты выбросного воздуха, а также его частичной рециркуляции с разработанной технологией очистки и обеззараживания, значительно снижает затраты энергии (до 50%) на подогрев приточного воздуха. Разработанные и реализованные меры по предотвращению обмерзания теплообменных поверхностей со стороны удаляемого воздуха позволяют существенно увеличить эксплуатационные показатели ВОУ повысить надежность работы теплообменного аппарата при значительных отрицательных температурах наружного воздуха (до -20 °С).

Установка успешно прошла лабораторные и государственные испытания [7] и рекомендована к использованию на фермах и свинарниках, в помещениях где требуется подогрев приточного воздуха.

Список использованных источников

1. Strub M., Jabbour O, Bedecarrats J. P. Experimental study of the crystallizations of a water droplet. Int. J. Of Refr., 2003, vol.26, hh. 59-68.

2. Шаталов, М.П. Обоснование параметров теплоутилизационной установки на базе полимерного перекрестноточного пластинчатого теплообменника для животноводческих помещений: автореф. дис. .канд. техн. наук 05.20.02 / Шаталов Максим Петрович; Москва, 2010. - 23 с.

3. Патент №2473213 Российская Федерация, МПК А01К1/03. Способ и устройство очистки воздушной среды животноводческих и птицеводческих помещений / Е.К. Маркелова, Л.Н. Петрова, В.Ю. Уханова, A.B. Тихомиров, ДА. Тихомиров, А.Ф. Першин; ГНУ ВИЭСХ.- №2011109389/13; заявл. 13.03.11; опубл. 27.01.13, Бюл. №3.-7 с.

4. Пат. №2337276 Российская Федерация, МПК F24F 3/147 F24F 3/16 F24F 12/00. Электротеплоутилизатор с озонированием и рециркуляцией воздуха / В.Н. Расстригин, ДА. Тихомиров, А.Ф. Першин, A.B. Тихомиров; ГНУ ВИЭСХ.-№ 2007117839/06; заявл. 15.05.07; опубл. 27.10.08, Бюл. №30. - 4 с. : ил.

5. Тихомиров, Д.А. Методика теплоэнергетического расчета энергосберегающей вентиляционно-отопительной установки для животноводческих ферм // Альтернативная энергетика и экология.-2013.- №2.- Ч.1.- С. 125-131.

6 Расстригин, В.Н. Система автоматизированного управления микроклиматической установкой с утилизацией теплоты и озонированием воздуха / В.Н. Расстригин, Д.А. Тихомиров // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве. Труды междунар. науч.-практ. конф.

- M.: ГНУ ВИМ, 2010.- Ч. 2.- С. 547-555.

7. Тихомиров, Д.А. Вентиляционно-отопительная установка модульного типа / Д.А. Тихомиров // Сельский механизатор.- 2012.-№9.- С. 32-33..

Дмитрий Анатольевич Тихомиров, доктор технических наук, профессор РАН, зав. лабораторией, РФ, [email protected] Федеральное государственное бюджетное научное учреждение федеральный научный агроинженерный центр всероссийский институт механизации ФГБНУ ФНАЦ ВИМ

IMPROVING THE RELIABILITY OF THE VENTILATION SYSTEM WITH HEAT RECOVERY D. A. Tikhomirov

Abstract. The method improving the operation reliability for ventilation and heating installations with utilization of heat prevents freezing the heat exchange surface from the exhaust air. Present the algorithm of work a system of automatic control and frost protection the heat exchange surface of the heat exchanger. Describes the schematics of the ventilation installation.

Keywords: ventilation system, heat recovery, ozone generator, recirculation.

Dmitry A. Tikhomirov, doctor of technical Sciences, Professor of the RAS, head of laboratory; Russian Federation, [email protected] Federal state budget scientific institution, Federal scientific center of agriculture all-Russian Institute of mechanization