PL220405B1 - Układ stabilizacji klimatyzacji pomieszczeń - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ stabilizacji klimatyzacji pomieszczeń służących do przechowywania i użytkowania urządzeń wymagających stałych stabilnych parametrów klimatyzacyjnych zwłaszcza w zakresie temperatur.

Produkcja zaawansowanych technologicznie elementów wymaga użycia mikroskopu elektronowego lub urządzeń dokonujących pomiary z bardzo dużą dokładnością. Producenci urządzeń wymagają umieszczania ich w pomieszczeniach, w których wymagane są doskonałe parametry czystości powietrza oraz stabilności temperatury w zakresie dokładności 0,1°C w trakcie trwania cyklu pomiarowego elementu.

W obecnym stanie techniki znana jest klimatyzacja precyzyjna utrzymująca temperaturę z dokładnością do +/-1°C. Jest ona realizowana z wykorzystaniem szaf klimatyzacji precyzyjnej. Dokonuje się tego za pomocą chłodnicy freonowej lub wodnej oraz wentylatorów tłoczących powietrze do pomieszczenia.

W opisie patentowym WO0046552 ujawnione jest urządzenie klimatyzacyjne do regulacji temperatury, w którym wymiennik ciepła i chłodnica są połączone równolegle. Dwie połączone równolegle pompy dokonują recyrkulacji płynu chłodzącego pomiędzy chłodnicą i urządzeniem klimatyzacyjnym. Każda z pomp może być regulowana niezależnie.

Znane jest rozwiązanie ujawnione w opisie patentowym US2011237174 składające się z szafy klimatyzacyjnej usytuowanej na podłodze podwójnej, na której posadowione są chłodzone szafy serwerowe. Pod szafami serwerowymi znajdują się kraty wentylacyjne prowadzące obieg powietrza do przestrzeni pod podłogą. Powietrze to następnie jest pobierane przez szafę klimatyzacyjną i po nadaniu mu odpowiednich parametrów wydmuchiwane na salę serwerowni, skąd poprzez kraty w podłodze podwójnej z powrotem wpływa do przestrzeni pod podłogą.

Jednakże nawet najnowocześniejsza automatyka sterowania źródłem chłodu lub ciepła nie jest w stanie w małej jednostce czasu korygować elektrozaworów i regulatorów dla precyzyjnego utrzymania stabilnej temperatury.

Innym sposobem stosowanym w technice cieplnej jest wykorzystywanie do regulacji temperatury powietrza ciepła utajonego zawartego w cieczach i ciałach stałych. Jednym z takich nośników ciepła jest parafina ujawniona w opisie patentowym DE102006059533, w którym przedstawiono termicznie regulowany element do magazynowania ciepła wykonany z porcelany lub tworzywa sztucznego.

Wykorzystanie tej metody stabilizacji temperatury ujawniono w opisie patentowym EP2033545 gdzie obróbka powietrza przechodzącego przez szafkę z elementem Peltiera dokonuje się w zespole zawierającym materiał regulujący temperaturę istotnej zmiany faz np. parafiny.

Znane jest z opisu patentowego WO2011104031 rozwiązanie mające zastosowanie w urządzeniu klimatyzacyjnym do klimatyzacji budynków składające się z wielu zamkniętych we wspólnej obudowie modułów akumulujących ciepło wypełnionych parafiną lub jej mieszaniną, które są omywane czynnikiem ogrzewanym oraz sposób jego sterowania.

Celem wynalazku jest opracowanie układu stabilizacji klimatyzacji pomieszczeń w zakresie wysokiej precyzji utrzymania stabilności temperatury w zakresie dokładności w trakcie trwania cyklu pomiarowego na urządzeniu pomiarowym.

Układ według wynalazku składa się z pomieszczenia klimatyzowanego, które ma wydzieloną strefę nawiewu powietrza położoną pomiędzy stropem właściwym pomieszczenia, a stropem podwieszanym perforowanym umieszczonym poniżej kratek nawiewnych przewodu nawiewnego rozprowadzonego poziomo pod stropem właściwym pomieszczenia. Przewód nawiewny połączony jest z kolektorem ssawnym powietrza, który z kolei jest podłączony kanałami z przepustnicami kanałowymi z kanałem wywiewnym zaopatrzonym w kratki wywiewne usytuowane w obrębie podłogi pomieszczenia. Płaszczyzny ścian i sufitu pomieszczenia wyłożone są materiałem izolacji termicznej, na których ułożono pętle układów radiatorów ściennych i sufitowych połączonych z rozdzielaczem instalacji chłodzenia radiacyjnego, która stanowi część obiegu wyposażonego w trójdrogowe zawory mieszające czynnika roboczego. Czynnik roboczy przepływa przez moduł stabilizatora temperatury powietrza usytuowany w kolektorze ssawnym powietrza oraz zbiornik buforowy z wężownicami otoczony podwójną ścianką z płaszczem parafinowym zasilany wodą lodową z aparatu wody lodowej i jest sterowany regulatorem dla instalacji grzewczych i ciepłowniczych.

Korzystnie perforacja stropu podwieszanego powinna zawierać się w granicach pomiędzy 23% i 80%. Natomiast moduł stabilizatora temperatury korzystnie ma obudowę stanowiącą część kanału

PL 220 405 B1 kolektora ssawnego powietrza wewnątrz której ulokowana jest co najmniej jedna chłodnica wodna składająca się z obudowy z znajdującą się w niej wężownicą podłączoną króćcami wlotowym i wylotowym z obiegiem czynnika roboczego owiewana strumieniem powietrza, przy czym prostopadle do płaszczyzny wężownicy i płaszczyznami bocznymi równoległymi do owiewającego je strumienia powietrza ułożony jest co najmniej jeden prostopadłościenny blok stabilizatora o przekroju poprzecznym zbliżonym do prostokątnego wypełniony materiałem przemiany fazowej akumulującym ciepło tworzący co najmniej jeden kanał przepływowy powietrza owiewającego wężownicę. Korzystnie materiałem akumulującym ciepło jest parafina techniczna, natomiast korzystnym jest aby, boczne płaszczyzny bloku stabilizatora owiewane strumieniem powietrza miały przestrzenne ukształtowanie zwiększające powierzchnię czynną i turbulentny przepływ powietrza wzdłuż ścian bloku.

Zaletą układu do stabilizacji klimatyzacji pomieszczeń jest jego prostota oraz brak rozbudowanych układów elektrozaworów i regulatorów dla precyzyjnego utrzymania stabilnej temperatury charakteryzującego szafy klimatyzacji precyzyjnej. Połączenie zespołów radiatorów ściennych i sufitowych oraz układu cyrkulacji powietrza z modułem stabilizatora temperatury wyposażonego w chłodnice wodne i bloki stabilizatorów temperatury wraz z agregatem wody lodowej pozwala na stworzenie układu pozwalającego na wysoką precyzję utrzymania stabilności temperatury w zakresie dokładności w trakcie trwania cyklu pomiarowego na urządzeniu pomiarowym.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 - przedstawia przekrój poprzeczny pomieszczenia klimatyzowanego wraz z układem zespołów obiegu powietrza oraz zespołów obiegu zimnego i ciepłego czynnika roboczego, fig. 2 - przedstawia widok perspektywiczny modułu stabilizacji temperatury z fig. 1, fig. 3 - przedstawia przekrój A-A modułu stabilizacji temperatury z fig. 2, fig. 4 - przedstawia przekrój poprzeczny odmiany bloku stabilizatora temperatury z fig. 3.

Układ stabilizacji klimatyzacji pomieszczeń (fig. 1) składa się z pomieszczenia klimatyzowanego 1, w którym znajduje się urządzenie przykładowo do obserwacji w postaci mikroskopu elektronowego. W pomieszczeniu tym zastosowano perforowany sufit podwieszany 3 o stopniu perforacji przykładowo 23% wydzielający strefę nawiewu 2 powietrza 12 pochodzącego z przewodu nawiewnego 5 rozprowadzonego poziomo pod stropem właściwym pomieszczenia 1 dostarczanego kratkami nawiewnymi

6. Zadaniem perforowanego stropu podwieszanego 3 jest zapewnienie wymaganej prędkości przepływu powietrza przez pomieszczenie 1. W przestrzeni 2 znajduje się zespół przykładowo czterech pętli w układzie ślimakowym radiatorów chłodzenia sufitowego 23 wykonanych przykładowo z rur Upnor ewalPex. Ściany pomieszczenia i sufit są zaizolowane materiałem izolacji termicznej 4. Na ścianach pomieszczenia znajduje się zespół przykładowo sześciu pętli w układzie meandrowym radiatorów chłodzenia ściennego 22 wykonanych przykładowo z rur Upnor ewalPex. Przewód nawiewny 5 jest połączony z kolektorem ssawnym powietrza 9. Kolektor ssawny 9 jest podłączony poprzez układ kanałów wentylacyjnych i przepustnic 28 z kanałem wywiewnym 7, na którym znajdują się kratki wywiewne 8, usytuowane w obrębie podłogi pomieszczenia 1. W przebiegu kolektora powietrza 9 ₃ umieszczony jest wentylator kanałowy 11 o wydajności przykładowo 2000 m³/h i ciśnieniu sprężania pmax = 500 Pa. Po stronie ssawnej wentylatora znajduje się filtr kieszeniowy 10 o klasie Eu-9. Po stronie tłocznej wentylatora 11 znajduje się moduł stabilizatora temperatury 13 o obudowie 14 w kształcie kanału o przekroju poprzecznym dostosowanym do kształtu przekroju kolektora ssawnego powietrza

9. Wewnątrz obudowy 14 znajdują się przykładowo trzy obudowy 15 chłodnic wodnych CH1, CH2, CH3 których wężownicę 16 posiadają króciec zasilający 17 i króciec powrotu 18. Czynnik roboczy w postaci wody krąży w układzie składającym się z pętli radiatorów 22 i 23, rozdzielacza instalacji chłodzenia radiacyjnego 24, zbiornika buforowego ZbB o pojemności przykładowo 500 l wyposażonego w przykładowo dwie wężownice oraz ściankę podwójną z płaszczem 26 przykładowo z parafiny. Do zbiornika podłączony jest agregat wody lodowej AWL zasilający zbiornik chłodziwem. Zbiornik posiada dodatkowo zasilanie awaryjne z zewnętrznej sieci wodociągowej wody zimnej 27. Zbiornik posiada króciec przyłączeniowy 21 dla zasilania czynnikiem grzewczym, którego źródłem jest zewnętrzna instalacja C.O. Agregat wody lodowej AWL jest podłączony do obiegu skraplacza 20. Wewnątrz modułu stabilizatora temperatury 13 (fig. 2, fig. 3) pomiędzy chłodnicami wodnymi CH1, CH2, CH3 ułożonych jest przykładowo dziewięć prostopadłościennych bloków stabilizatorów BS temperatury o przykładowych wymiarach 0,5 m długości, 0,3 m wysokości i 0,06 m szerokości usytuowanych prostopadle do płaszczyzn wężownic 16 chłodnic wodnych i dłuższymi bokami równolegle do kierunku ruchu powietrza 12 owiewającego bloki BS i rurki wężownicy 16. W odmianie pokazanej na fig. 4 w przekroju poprzecznym bloku stabilizatora BS ukazano falistą ściankę bloku wykonaną z blachy ocynkowanej

PL 220 405 B1 o grubości 0,5 mm zamykającą przykładowo parafinę techniczną 19 jako materiał akumulujący ciepło utajone o wysokiej bezwładności cieplnej. W omawianym przykładzie obiegi zimnego czynnika roboczego 17 i 18 połączone są ze sobą zaworami mieszającymi trójdrogowymi 25 podobnie jak w obiegu instalacji zewnętrznej 21 realizując regulację proporcjonalną za pomocą tych zaworów. Przedstawiony układ realizuje regulację temperatury klimatyzacji precyzyjnej w trzech torach sterowanych regulatorem dla instalacji grzewczych i ciepłowniczych 29, gdzie tor pierwszy realizuje pomiar temperatury w zbiorniku buforowym ZbB w oparciu o temperaturę zewnętrzną i temperaturę medium w zbiorniku ZbB. W torze drugim realizowany jest pomiar temperatury w chłodnicach (lub nagrzewnicach) powietrza 16 w oparciu o temperaturę powietrza w kanale nawiewnym 5, temperaturę powietrza w kanale wywiewnym 7, temperaturę medium na zasilaniu chłodnic (lub nagrzewnic) CH1, CH2, CH3 (regulacja precyzyjna). W torze trzecim realizowany jest pomiar temperatury w chłodzeniu radiacyjnym 22 i 23 w oparciu o temperaturę medium na zasilaniu rozdzielacza 24.

Tor pierwszy, czyli pierwszy kanał regulatora 29. Temperatura medium w zbiorniku buforowym ZbB będzie utrzymywana latem na stałym poziomie ok. 16°C przez agregat wody lodowej AWL, zaś zimą stabilizowany będzie przez zawór trójdrogowy 25 w układzie mieszającym i wężownicę zasilaną z obiegu centralnego ogrzewania w funkcji temperatury zewnętrznej przy płasko ustawionej charakterystyce.

W torze drugim, czyli drugi kanał regulatora 29. Temperatura powietrza w kanale kolektora ssawnego powietrza 9 ustali się na poziomie zadanym przykładowo 20°C. Pomiar temperatury w kolektorze ssącym 9 po stronie tłocznej i wywiewnej modułu stabilizatora temperatury 13 mieszczącego chłodnice (nagrzewnice) CH1, CH2, CH3 i bloki stabilizatorów temperatury BS (po zmieszaniu z powietrzem zewnętrznym). Dodatkowo zastosowanie bloków stabilizatorów BS temperatury pozwala na uzyskanie, przy niewielkich wahaniach temperatury czynnika roboczego w chłodnicach CH1, CH2, CH3, schładzanie czynnika wlotowego pozostanie na zadowalającym poziomie. Zblokowane za wymiennikami ciepła stabilizatory wprowadzone w stan ustalony będą nie tylko rozwijać powierzchnię wymiany, ale również budować bufory chłodu dzięki zastosowaniu parafiny jako czynnika wypełniającego.

W torze trzecim, czyli trzeci kanał regulatora 29. Temperatura medium w zespole pętli chłodzenia radiacyjnego 22 i 23 utrzymywana będzie za pomocą zaworu trójdrogowego mieszającego 25 zainstalowanego na zasilaniu rozdzielacza 24 pętli radiacyjnych chłodzących.

Rozwiązanie według wynalazku może stanowić integralną część budynków w zakresie klimatyzacji precyzyjnej oraz być podstawą do modernizacji istniejących obiektów w zakresie tej klimatyzacji.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ stabilizacji klimatyzacji pomieszczeń, znamienny tym, że pomieszczenie klimatyzowane (1) ma wydzieloną strefę nawiewu powietrza (2) położoną pomiędzy stropem właściwym pomieszczenia, a stropem podwieszanym perforowanym (3) umieszczonym poniżej kratek nawiewnych (6) przewodu nawiewnego (5) rozprowadzonego poziomo pod stropem właściwym pomieszczenia (1) połączonego z kolektorem ssawnym powietrza (9), który z kolei jest podłączony kanałami z przepustnicami kanałowymi (28) z kanałem wywiewnym (7) zaopatrzonym w kratki wywiewne (8) usytuowane w obrębie podłogi pomieszczenia (1), przy czym płaszczyzny ścian i sufitu pomieszczenia wyłożone materiałem izolacji termicznej (4) mają ułożone na nich układy pętli radiatorów ściennych (22) i sufitowych (23) połączone z rozdzielaczem instalacji chłodzenia radiacyjnego (24) stanowiącego część obiegu czynnika roboczego wyposażonego w trójdrogowe zawory mieszające (25) przepływającego króćcami zasilania (17) i powrotu (18) przez moduł stabilizatora temperatury (13) powietrza (12) usytuowany w kolektorze ssawnym powietrza (9) oraz zbiornik buforowy (ZbB) z wężownicami otoczony podwójną ścianką z płaszczem parafinowym (26) zasilany wodą lodową z agregatu wody lodowej (AWL) i sterowany regulatorem dla instalacji grzewczych i ciepłowniczych (29).
2. 2. Układ stabilizacji klimatyzacji według zastrz. 1, znamienny tym, że perforacja stropu podwieszanego (3) jest nie mniejsza niż 23% i nie większa niż 80%.
3. 3. Układ stabilizacji klimatyzacji według zastrz. 1, znamienny tym, że moduł stabilizatora temperatury (13) ma obudowę (14) stanowiącą część kanału kolektora powietrza (9), wewnątrz której ulokowana jest co najmniej jedna chłodnica wodna (CH1) składająca się z obudowy (15) z znajdującą się w niej wężownicą (16) podłączoną króćcami zasilania (17) i powrotu (18) z obiegiem czynnika roboczego owiewana strumieniem powietrza (12), przy czym prostopadle do płaszczyzny wężownicy

   PL 220 405 B1 (16) i płaszczyznami bocznymi równoległymi do owiewającego je strumienia powietrza (12) ułożony jest co najmniej jeden prostopadłościenny blok stabilizatora (BS) o przekroju poprzecznym zbliżonym do prostokątnego wypełniony materiałem przemiany fazowej akumulującym ciepło (19) tworzący co najmniej jeden kanał przepływowy powietrza (12) owiewającego wężownicę (16).
4. 4. Układ stabilizacji klimatyzacji według zastrz. 3, znamienny tym, że materiałem akumulującym ciepło (19) jest parafina techniczna.
5. 5. Układ stabilizacji klimatyzacji według zastrz. 3, znamienny tym, że boczne płaszczyzny bloku stabilizatora (BS) owiewane strumieniem powietrza (12) mają przestrzenne ukształtowanie zwiększające powierzchnię czynną i turbulentny przepływ powietrza (12) wzdłuż ścian.