Система лучистого отопления здания
RADIANT HEATING SYSTEM OF BUILDING

Изобретение относится к строительству, в частности к отопительным системам здания.
Известна система лучистого отопления здания (см. а.с. СССР № 606037 Мкл F24B5/00, опубл. 12.11.1976 г.) с несущими стенками и внутренними перегородками, содержащая камеру подогрева воздуха, горизонтальные подающие и сборные каналы, вертикальные воздуховоды, горизонтальные распределительные и сборные каналы, плиты перекрытий с пустотами и щелями и регулирующие шибера.
Недостатком является наличие более низкой по соответствию к рекомендуемой СНиП температуре внутри помещения как над полом, так и по высоте, определяемой комфортным нахождением персонала. Это обусловлено тем, что основная масса внутреннего воздуха, нагретая источником системы лучистого отопления, расположенного на значительной (5-10 м) высоте отапливаемого здания, не перемещается к полу помещения в связи с уменьшающейся плотностью. В результате отсутствует перемещение холодных и нагретых потоков внутреннего воздуха под воздействием свободной конвекции (см., например, стр. 388 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высш. Школа. 1980. – 469 с., ил.) и, как следствие, не достигается нормированный температурный режим в отапливаемом помещении.
Известна система лучистого отопления здания (см. патент РФ №2668339 МПК F24D5/02, F24D5/04, опубл. 27.09.2018, бюл. №27) с несущими стенами и внутренними перегородками, включает камеру подогрева воздуха, сборные каналы, горизонтальные подающие каналы, горизонтальные распределительные каналы, вертикальные воздуховоды, соединенные между собой, плиты перекрытий, выполненные с пустотами, щелями и регулирующими шиберами, кроме того камера подогрева воздуха снабжена отражательной перегородкой, система снабжена вентилятором, имеющим всасывающий патрубок, установленный в зоне камеры подогрева воздуха, и нагнетательный патрубок, соединенный со сборными каналами и трубопроводом, контактирующим с подогреваемым воздухом, при этом вертикальные воздуховоды выполнены с выпускными каналами в виде расширяющихся сопел, установленных на высоте 600-800 мм над уровнем пола, а на внутренней поверхности каждого расширяющегося сопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от его входного к выходному отверстиям.
Недостатком является снижение экологической безопасности при длительной эксплуатации здания из-за возрастания взрывоопасности перемещающегося воздуха в выпускных каналах в виде расширяющихся сопел вследствие появления статического электричества с последующим искрообразованием.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированной экологически безопасной длительной эксплуатации здания в условиях поступления твердых частиц загрязнений в выпускные каналы, которые при ударном и скользящем контакте с внутренней поверхностью расширяющихся сопел способствуют искрообразованию и появлению статического электричества с взрывообразованием в отапливаемом здании.
Технический результат по поддержанию экологически безопасной длительной эксплуатации системы лучистого отопления здания, особенно с высокой насыщенностью внутреннего воздуха твердыми частицами загрязнений, достигается тем, что система лучистого отопления здания с несущими стенами и внутренними перегородками включает камеру подогрева воздуха, сборные каналы, горизонтальные подающие каналы, горизонтальные распределительные каналы, вертикальные воздуховоды, соединенные между собой, плиты перекрытий, выполненные с пустотами, щелями и регулирующими шиберами, кроме того камера подогрева воздуха снабжена отражательной перегородкой, система снабжена вентилятором, имеющим всасывающий патрубок, установленный в зоне камеры подогрева воздуха, и нагнетательный патрубок, соединенный со сборными каналами и трубопроводом, контактирующим с подогреваемым воздухом, при этом вертикальные воздуховоды выполнены с выпускными каналами в виде расширяющихся сопел, установленных на высоте 600-800 мм над уровнем пола, а на внутренней поверхности каждого расширяющегося сопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от его входного к выходному отверстиям, при этом полости винтообразных канавок покрыты диэлектриком в виде эпоксидной эмали.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемой системы, на фиг. 2 – внутренняя поверхность выпускного канала в виде расширяющегося сопла с винтообразными канавками, на фиг. 3 – полость винтообразной канавки, покрытая диэлектриком из эпоксидной эмали.
Система лучистого отопления здания включает камеру 1 подогрева воздуха в виде горизонтально расположенного трубопровода 2 с отражательной перегородкой 3. В трубопроводе 2 осуществляется сжигание природного газа, с последующим получением тепловой энергии излучения, направленного на внутренние поверхности отапливаемого здания. Горизонтальные подающие каналы 4 связаны со сборными каналами 5, расположенными под плитами перекрытий 6 горизонтальными распределительными каналами 7 со сборными каналами 8, при этом сборные каналы 5 соединены с вентилятором 9 посредством его нагнетательного патрубка 10, а всасывающий патрубок 11 вентилятора 9 расположен в зоне над камерой 1 подогрева воздуха в торце трубопровода 2 под отражательной перегородкой 3. Вертикальные воздухопроводы 12 соединены с распределительными горизонтальными каналами 7 и на внутренней поверхности на высоте 600-800 мм над уровнем пола имеют выпускные каналы 13 в виде расширяющегося сопла, на внутренней поверхности 14 которого выполнены винтообразные канавки 15, продольно расположенные от его входного 16 к выходному 17 отверстиям. Полости 18 винтообразных канавок 15 покрыты диэлектриком 19 в виде эпоксидной эмали.
Система лучистого отопления здания работает следующим образом.
В большинстве помещений производственных зданий, особенно в строительстве с пневмотранспортировкой сыпучего материала (например, цемента), а также в машиностроении с размещением металлообрабатывающего оборудования, внутренний воздух помещения насыщен твердыми частицами загрязнений наряду со ржавчиной и окалиной, выделяемых при движении его по трубопроводам.
Движущаяся масса твердых частиц с потоком внутреннего воздуха по полостям 18 винтообразных канавок 15, завихряется, совершая интенсивные удары о внутреннюю поверхность 14 выпускных каналов 13 в виде расширяющегося сопла. В результате на внутренней поверхности 14 винтообразных канавок 15 образуется статическое электричество, способствующее искрообразованию (см., например, Бежанов Б.Н. Пневматические системы автоматизации технологических процессов. М.: Машгиз, 1963. – 288 с., ил.) и последующей взрывоопасности.
При покрытии полостей 18 винтообразных канавок 15 диэлектриком 19, выполненным из эпоксидной эмали (см., например, Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. М.: Высш. шк., 2002. – 263 с., ил.), являющейся также пыле- и водоотталкивающим материалом, твердые частицы загрязнений скользят в полостях 18 винтообразных канавок 15, не ударяясь интенсивно о внутреннюю поверхность 14 выпускных каналов 13 в виде расширяющегося сопла, а скользят с потоком воздуха.
В результате не образуется статическое электричество с последующим искрообразованием, то есть соблюдается экологическая безопасность здания, в котором наблюдается насыщенность внутреннего воздуха помещения как твердыми частицами технологических загрязнений, так и ржавчиной и окалиной, поступающих из воздухопроводов и пневмотранспортирующего оборудования.
Сжигаемый в трубопроводе 2 природный или сжиженный газ в виде лучистой тепловой энергии подогревает воздух наиболее интенсивно в зоне контакта с камерой 1, а также как по всему объему помещения, так и непосредственно над поверхностью пола. Однако в связи с низкой поглощающей тепловое излучение способностью воздуха (см., например, с. 128, Лариков Н.Н. Общая теплотехника. М.: Стройиздат, 1975. – 559 с.) нагрев его, особенно при расположении камеры 1 на высоте 5-12 м над полом незначителен и практически не обеспечивает нормированные температурные условия нахождения персонала в отапливаемом здании. Основной процесс нагрева воздуха наблюдается в зоне контакта с трубопроводом 2 и отражательной перегородкой 3 камеры 1 подогрева воздуха, где осуществляется, наряду с лучистым, преимущественно конвективный теплообмен и подогретые слои воздуха за счет уменьшения своей плотности располагаются над камерой 1, поднимаясь к плитам перекрытия 6 с пустотами и щелями и регулирующими шиберами (на фиг. не показаны), создают значительный тепловой потенциал, практически не используемый для обеспечения комфортных условий персонала, находящегося в отапливаемом здании.
В предлагаемом техническом решении подогретая как за счет конвективного теплообмена (конвекция перемещающейся массы подогретого воздуха от поверхности пола и находящихся вблизи камеры 1 внутренних поверхностей отапливаемого здания и трубопровода 2, контактирующего с подогреваемым воздухом), так и теплового излучения масса воздуха, находящегося над отражательной перегородкой 3, поступает во всасывающий патрубок 11 вентилятора 9 и через его нагнетательный патрубок 10 перемещается в сборный канал 5, после чего по горизонтальному подающему каналу 4, сборному каналу 8 поступает в горизонтальные распределительные каналы 7 и далее направляется в вертикальные воздухопроводы 12.
Подогретый воздух направляется в выпускные каналы 13 в виде расширяющегося сопла и перемещаясь по винтообразным канавкам 15, продольно расположенным на внутренней поверхности 14, от его входного 16 к выходному 17 отверстиям закручивается и вихревым потоком выбрасывается над уровнем пола на высоте 600-800 мм, обеспечивая интенсивное перемешивание относительно холодного воздуха, находящегося над полом, и подогретого воздуха, поступающего из вертикальных воздухопроводов 12. В результате обеспечивается создание комфортных условий для персонала производственного помещения с сокращением энергозатрат на отопление, то есть, наряду с использованием лучистого отопления (нагрева воздуха в помещении за счет излучения), обеспечиваемого не более 40% тепловой энергии источника излучения на нагрев воздуха (см., например, стр. 373 Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М.: Энергоиздат. 1981. – 416 с.) применяется конвективный нагрев, который дополнительно дает возможность еще на 30-50% использовать теплоту нагретого воздуха, непосредственно контактирующего с источником излучения, а именно – камерой 1.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что наряду с нагревом воздуха непосредственно внутренних поверхностей отапливаемого помещения за счет теплового излучения источника, находящегося на высоте 5-10 м, осуществляется конвективная передача теплоты в зону расположения пола посредством переноса нагретого воздуха, находящегося непосредственно у источника теплового излучения, на более низкий уровень здания через выпускные каналы вертикальных воздухопроводов в виде расширяющихся сопел с винтообразными канавками, что и обеспечивает интенсивный подогрев воздуха, то есть комфортные условия для персонала производственных помещений.
В результате тепловая мощность источника используется не на 40% по нормативным параметрам лучистого излучения, а до 90% и более за счет совмещения процесса передачи теплоты на уровень пола помещения лучистым излучением и конвективным теплообменом, путем интенсификации перемешивания нагреваемого и нагретого потоков воздуха. При этом покрытие эпоксидной эмалью полости винтообразных канавок, продольно расположенных от входного к выходному отверстиям выпускных каналов, обеспечивает взрывобезопасную эксплуатацию зданий с внутренним воздухом, насыщенном твердыми загрязнениями.