СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЯ
BUILDING AIR HEATING SYSTEM

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области отопительных систем, и может быть использовано в зданиях при отсутствии системы центрального отопления.
Известна система отопления для малых групп домов (Brosenius K.Н., GB 1425508 (A), Heating system for single dwelling houses, F24D 11/00; F24D 3/08; 1976-02-18), которая включает центральный источник отопления 1, нагреваемый при помощи горелок 4а, 4b или электрических тепловых элементов 5, контейнеры хранения 11, расположенные в пределах домов для получения горячей воды от источника 1, система трубопроводов включает трубопроводы 9, 10, 12, 13 для циркуляции воды по системе и постоянно работающий насос 8. Контейнеры 11 образованы металлическими щитами 14 и покрыты тепловой изоляцией 16, включают электрические водонагревательные элементы 27-29, окольный местный элемент теплового аппарата 15 и трубопроводы 21, 22 для подсоединения горячей воды в контейнерах к центральной системе отопления дома. Каждая система отопления дома включает насос 18, радиаторы 17, отводную трубу 20, отводный клапан 19 для смешения горячей воды, идущей от радиаторов, с холодной водой. Клапан 19 может работать термостатически. Каждый контейнер также обеспечен байпасным трубопроводом 45, для того, чтобы в случае отсутствия мощности горячая вода от центрального источника могла бы нагнетаться через радиаторы. Система отопления также обеспечена расширительным баком 63, имеющим водослив 64, бак 63 может быть установлен в одном из домов 2. Устройство высвобождения давления, которое работает в случае перегрева теплового источника 1, выполнено в форме либо трубы расширения 67, присоединенной к жаровой трубе 44, либо в форме выхода 69, имеющего безопасный клапан 70.
Недостатком изобретения является сложность конструкции, а также повышенные энергозатраты из-за того, что приходится отапливать дома несмотря на отсутствие там посетителей.
Известно изобретение, которое может эффективно применяться в качестве системы отопления, горячего водоснабжения жилых домов (Капишников А.П. Патент РФ на изобретение №2320929. Способ автономного воздушного отопления, горячего водоснабжения жилого дома и система воздушного отопления для осуществления способа воздушного отопления. F24D 9/02, F24D 17/00. 2008 г.). Технический результат: устранение потерь теплоты во внешнюю среду от воздухоподогревателя до обогреваемого помещения за счет расположения всех устройств и коммуникации внутри дома, снижение себестоимости. Способ автономного отопления и горячего водоснабжения жилого дома включает использование теплоты продуктов сгорания теплогенератора для нагрева воздушного и водяного теплоносителей. В летний и отопительный периоды в водонагревателе, состоящем из конвективной, конденсационной ступеней и контактной камеры, продукты сгорания охлаждают до температуры, при которой из них на поверхности нагрева конденсационной ступени конденсируются пары, причем в летний период эти пары удаляют через контактную камеру и осуществляют подогрев только воды, идущей на горячее водоснабжение, путем нагрева ее противотоком последовательно в конденсационной и конвективной ступенях водонагревателя теплотой продуктов сгорания. В отопительный период контактную камеру отключают, осуществляют подогрев воды, идущей на горячее водоснабжение так же, как и в летний период, и через воздухоподогреватель в виде теплообменника-теплоутилизатора типа труба в трубе, состоящий из набора секций теплообменных элементов конвективной и конденсационной ступеней и размещенной между ними контактной камеры, последовательно противотоком продукты сгорания нагревают воздушный теплоноситель. Причем количество теплоты, получаемое каждым теплоносителем, регулируют байпасным газопроводом, соединяющим конвективную и конденсационную ступени водонагревателя. Также имеется система воздушного отопления для осуществления воздушного отопления вышеописанным способом.
Недостатком предложенного изобретения являются неоправданные энергетические затраты на отопление помещений здания при отсутствии там посетителей.
Наиболее близким техническим решением из известных аналогов является однотрубная система отопления (Алтунин К.В. Однотрубная система отопления. Патент РФ на изобретение №2608804. МПК F24D 12/00, F24D 19/00. Опубл. 24.01.2017. Бюл. №3.), которая содержит насос, котел, дымовую трубу, блок управления котлом, вентили, каналы подачи сигнала, блоки управления подачи теплоносителя в радиаторы, радиаторы, трубопровод, блок управления отоплением здания, расширительный бак. При помощи блока управления отоплением здания осуществляется рациональное и экономичное распределение тепла внутри здания. При поступлении сигналов от блока управления отоплением здания в блоки управления подачи теплоносителя в радиаторы при помощи соответствующих вентилей производят изменение, т.е., уменьшение или увеличение расхода теплоносителя в радиаторы, а при поступлении сигнала от блока управления отоплением здания в блок управления котлом производят уменьшение или повышение расхода топлива. Однотрубная система отопления является простой, надежной, более экологичной и экономичной системой отопления за счет конструктивных особенностей, позволяющих рационально производить распределение тепла внутри здания.
Недостатками изобретения (Алтунин К.В. Однотрубная система отопления. Патент РФ на изобретение №2608804. МПК F24D 12/00, F24D 19/00. Опубл. 24.01.2017. Бюл. №3.), является низкая эффективность системы из-за отсутствия датчиков контроля за присутствием и количеством находящихся в доме человек, т.е. данная система отопления является не совсем экономичной.
Решаемой задачей разрабатываемого изобретения является создание простой, надежной, экономичной, эффективной системы отопления в целом за счет конструктивных особенностей, позволяющих рационально производить распределение тепла внутри здания с учетом количества человек в здании, а также их местоположения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является создание энергоэффективной, экономичной системы отопления за счет рационального распределения тепла по зданию при помощи регулирования подачи теплоносителя, а также регулирования подачи топлива или электроэнергии в котел на основе данных от соответствующих датчиков контроля за количеством и местоположением посетителей дома.
Технический результат достигается тем, что система отопления, содержащая трубопроводы, насос, котел, радиатор, блок управления котлом, вентили, каналы подачи сигналов, блок управления подачи теплоносителя в радиатор, блок управления отоплением здания, дополнительно содержит расходомеры, воздуховоды, воздухораздающие патрубки, канал вывода продуктов сгорания, блоки контроля за температурой в помещениях здания, блоки подачи воздуха в помещения, каналы подачи сигнала, датчики контроля, связанные с блоком управления отоплением здания и позволяющие определять местоположение посетителей в той или иной части здания в определенный момент времени, причем блок управления отоплением здания связан с расходомерами, блоками подачи воздуха, датчиками контроля, блоками контроля за температурой, блоком управления подачи теплоносителя в радиатор, блоком управления котлом для поддержания наиболее оптимальной температуры воздуха и достижения экономичной работы системы отопления за счет текущего изменения мощности котла, понижения или повышения расхода воздушного теплоносителя, подаваемого в определенную часть здания, а также изменения температуры нагрева воздушного теплоносителя, который непосредственно контактирует и получает тепло от стенок канала вывода продуктов сгорания и от стенок радиатора. В данной системе отопления датчики контроля, определяющие присутствие посетителя в помещении здания, установлены в связи с замком соответствующей двери для точного определения присутствия или отсутствия посетителя в помещении здания.
Для пояснения технической сущности изобретения рассмотрим фиг. 1, фиг. 2, где: 1 - насос, 2 - вентилятор, 3 - входной воздуховод, 4 - котел, 5 -радиатор, 6 - вентиль, 7 - трубопровод, 8 - блок управления котлом, 9 - вентиль, 10 - блок управления подачи воды в радиатор, 11 - канал подачи сигнала, 12 - канал подачи сигнала, 13 - канал подачи сигнала, 14 - воздуховод, 15 - блок контроля за температурой, 16 - канал подачи сигнала, 17 - расходомер, 18 - блок подачи воздуха в помещение, 19 - воздухораздающие патрубки, 20 - канал подачи сигнала, 21 - датчик контроля, 22 - блок контроля за температурой, 23 - канал подачи сигнала, 24 - комнатная дверь, 25 - воздухораздающие патрубки, 26 - блок подачи воздуха в помещение, 27 - расходомер, 28 - канал подачи сигнала, 29 - канал подачи сигнала, 30 - стена, 31 - датчик контроля, 32 - входная дверь, 33 - вертушка, 34 - канал подачи сигнала, 35 - канал подачи сигнала, 36 - блок контроля за температурой, 37 - канал подачи сигнала, 38 - блок управления отоплением здания, 39 - канал подачи сигнала, 40 - воздухораздающие патрубки, 41 - комнатная дверь, 42 - канал подачи сигнала, 43 - блок подачи воздуха в помещение, 44 - расходомер, 45 - датчик контроля, 46 - канал подачи сигнала, 47 - воздуховод, 48 - дымосос, 49 - канал вывода продуктов сгорания, 50 - источник электрического тока, 51 - пружина, 52 - ключ, 53 - задвижка, 54 - ручка, 55 - амперметр, 56 - реостат, 57 - потребитель тока, 58 - вольтметр, 59 - электрическая цепь.
Блок управления котлом 8 может содержать следующие узлы и элементы: металлический корпус навесного исполнения, одностороннего обслуживания; модуль микропроцессорного программируемого логического контроллера; модули дискретного ввода-вывода; модуль источника питания; индикаторные и коммутационные элементы, разъемные соединители, датчики температуры, расхода и давления (в описании и на фиг. 1, 2 не приведены).
Блок управления отоплением здания 38 может содержать: компьютер с программным комплексом, графическую панель оператора в виде табло, кнопки управления, источник электрического тока, модуль источника питания, модули ввода-вывода, корпус, индикатор, указывающий номер канала, находящегося под контролем, цифровой индикатор времени на семь сегментов; кнопки, индикатор активности связи, индикатор работы режима программирования; индикатор, сигнализирующий об отказе устройства; индикатор, сигнализирующий о включении/отключении реле нагрузки (в описании и на фиг. 1, 2 не показаны).
Блок управления отоплением здания 38 связан с блоками подачи воздуха в помещение 18, 26, 43, с блоком 10 управления подачи воды в радиатор, с блоком 8 управления котлом, с соответствующими датчиками контроля 21, 31, 45, с блоками контроля за температурой 15, 22, 36 внутри соответствующих помещений здания, с расходомерами 17, 27, 44, установленными внутри здания, при помощи каналов подачи сигнала 11, 12, 13, 16, 23, 28, 29, 36, 37, 39, 42, 46,
Каналы подачи сигнала 11, 12, 13, 16, 23, 28, 29, 36, 37, 39, 42, 46 могут быть представлены в виде электропроводов, соединенных с блоком управления отоплением здания 38.
Блок управления котлом 8 может быть представлен в виде системы с электрическим приводом, регулирующим расход топлива (например, природного газа и воздуха, поступающих на сжигание для подогрева котла 4); датчиками контроля температуры в котле, снаружи котла 4, в воздуховодах, приемно-передающего устройства получения и передачи сигнала (в описании и на фиг. 1, 2 не показаны).
Блок управления 10 подачи воды в радиатор может быть представлен в виде системы с датчиками контроля температуры на входе и выходе из радиатора 5, приемно-передающего устройства получения и передачи сигнала (в описании и на фиг. 1, 2 не показаны).
Электропитание подается на блок управления отоплением здания 38, блоки подачи воздуха в помещение 18, 26, 43, блок 10 управления подачи воды в радиатор, блок 8 управления котлом, датчики контроля 21, 31, 45.
Блоки контроля за температурой 15, 22, 36 могут содержать термометры, термопары (в описании и на фиг. 1, 2 не показаны) для непосредственного измерения температуры воздуха.
Датчики контроля 21, 45 находятся в соответствующих дверных проемах. Датчик контроля 31 находится в вертушке 33 на входе в здание. Вертушка 33 устроена таким образом, чтобы была возможность пропуска внутрь здания посетителей и их выхода из здания. Все данные датчики служат для контроля количества и присутствия посетителей в той или иной части здания: датчик контроля 31 фиксирует общее количество посетителей или отсутствие посетителей за конкретный промежуток времени, а датчики контроля 18, 45 - присутствие или отсутствие постояльцев в конкретной комнате здания.
Однако при исполнении системы отопления с датчиками контроля и с основным теплоносителем в виде горячей воды, циркулирующей по всему зданию, как например, в описании изобретения (Алтунин К.В. Однотрубная система отопления. Патент РФ на изобретение №2608804. МПК F24D 12/00, F24D 19/00. Опубл. 24.01.2017. Бюл. №3.), возможны некоторые трудности, а именно, при появлении посетителей в доме радиаторы не смогут сразу же прогреть необходимое помещение, имеет место так называемая тепловая инерция. В связи с этим предлагается вариант исполнения системы отопления, представленный на фиг. 1, где основным теплоносителем является воздух.
В таком виде система отопления работает следующим образом.
Насосом 1 подается вода в котел 4. В топку (в описании и на фиг. 1, 2 не показано) котла 4 подается топливо (например, воздух и природный газ), которое там сгорает, происходит передача тепла воде в котле 4, при открытом вентиле 9 нагретая вода начинает циркулировать по трубопроводу 7, проходя через радиатор 5. Далее возможен возврат воды обратно в котел 4. Каналы подвода горючего и окислителя в описании не показаны.
Воздух засасывается вентилятором 2 во входной воздуховод 3, проходя по которому воздух нагревается от поверхности канала вывода продуктов сгорания 49, по которому движутся горячие продукты сгорания от котла 4 (или газогенератора, в описании не показан). При этом подаваемый воздух и продукты сгорания не смешиваются с друг другом. Далее воздушный поток контактирует с поверхностью радиатора 5 и еще более нагревается, поступает в воздуховоды 14, 47, которые являются раздающими.
При поступлении команды с блока управления отоплением здания 38 на блок управления 10 подачи воды в радиатор, происходит снижение или увеличение расхода теплоносителя (воды) через радиатор 5.
При вхождении одного или же нескольких человек в здание срабатывает датчик контроля 31, который передает сигнал о количестве посетителей на блок управления отоплением здания 38, который сразу же высчитывает необходимый объем нагретого воздуха во входном помещении (в описании и на фиг. 1 не обозначено), а по блоку контроля за температурой 36 - необходимую температуру внутри этого входного помещения, сюда сразу же подается нагретый воздух через воздухораздающие патрубки 40. Расходомер 44 фиксирует объем воздуха, доставленный из воздуховода 47.
Здание также может быть оборудовано вытяжной вентиляцией (в описании и на фиг. 1, 2 - не показано).
При вхождении посетителей (посетителя), например, в комнату с дверью 41, срабатывает датчик контроля 45, который тотчас подает сигнал также на блок 38. Если до этого температура была ниже комфортной (по блоку контроля за температурой 15), то блок 38 подает сигнал на блок подачи воздуха в помещение 18, и подача теплого воздуха в помещение посредством воздухораздающих патрубков 19 возрастает соответствующим образом. Таким образом, происходит быстрый прогрев помещения до приемлемой температуры. При уходе посетителя (посетителей) из данной комнаты, аналогичным образом срабатывает датчик контроля 45 и расход теплого воздуха через воздухораздающие патрубки 19 уменьшается.
Датчик контроля 31 служит для подсчета количества всех людей в здании, чтобы настроить должным образом работу котла 4 и нагрев воздуха, проходящего через воздуховоды 14, 47.
Блоки подачи воздуха в помещение 18, 26 содержат вентили, электропривод для вентилей, электронные устройства осуществления связи с блоком 38, источник электрического тока (в описании и на фиг. 1, 2 не показаны).
Необходимо отметить, что датчики контроля 21, 45 должны работать таким образом, чтобы обеспечивалось рациональное отопление помещения. Т.е., если в данное помещение вошло два человека, а потом один из них вышел, система должна работать соответствующе, поддерживая комфортную температуру воздуха внутри, независимо от количества посетителей. Предлагается разместить датчики контроля 21, 45 в области дверных ручек соответствующих дверей или в стене как на фиг. 1.
На фиг. 2 приведена возможная схема функционирования датчиков контроля 21, 45. Например, в комнате с дверью 41 в стене установлен датчик контроля 45, который включает источник электрического тока 50, пружину 51, ключ 52, задвижку 53, ручку 54, амперметр 55, реостат 56, потребитель тока 57, вольтметр 58, электрическую цепь 59. В таком виде система работает следующим образом: при вхождении в комнату посетителя (или нескольких посетителей) дверь 41 закрывается, поворачивают ручку 54, что вызывает выдвижение задвижки 53. Задвижка 53 воздействует на ключ 52, преодолевает усилие пружины 51, и в итоге ключ 52 замыкает электрическую цепь 59, потребитель тока 57 получает электрический ток (например, потребителем тока 57 может быть лампочка, которая загорается), сигнал идет по каналу подачи сигнала 34 к блоку управления отоплением здания 38. Блок управления отоплением здания 38 оперативно производит расчет необходимого количества воздуха, сверяет данные с измерениями температуры внутри данного помещения при помощи сигналов от блока контроля за температурой 15 и подает сигнал на блок 18, через воздухораздающие патрубки 19 подается нагретый воздух в помещение. При выходе из данной комнаты посетитель (посетители) поворачивают ручку 54 в обратную сторону, задвижка 53 входит в дверь 41, пружина 51 распрямляется и давит на ключ 52, который размыкает электрическую цепь 59. Отсутствие электрического тока в электрической цепи 59 служит своего рода сигналом к прекращению подачи воздуха с приемлемыми объемом и температурой в данное помещение, блок подачи воздуха в помещение 18 приостанавливает подачу нагретого воздуха.
Необходимо отметить, что вся система воздушного отопления может функционировать автономно, предлагается установка нескольких программ в блок управления отоплением здания 38 для наилучшего и наиболее комфортного поддержания температуры внутри здания, блок управления отоплением здания 38 регулирует подачу воздуха, его количество посредством расходомеров 17, 27, 44, блоков подачи воздуха 18, 26, 43, он также регулирует температуру подаваемого воздуха посредством блока управления котлом 8, блока управления подачи воды 10 в радиатор 5, блоков контроля за температурой 15, 22, 36 внутри помещений здания.
Таким образом, разработанное техническое решение является простой, надежной, более экологичной и экономичной системой отопления по сравнению с прототипом за счет конструктивных особенностей, позволяющих более рационально производить распределение тепла внутри здания.