Система отопления и вентиляции помещения путем утилизации отработанных дымовых газов котельной с зависимой системой регулирования температуры
HEATING AND VENTILATION SYSTEM OF THE ROOM BY UTILIZATION OF WASTE SMOKE GASES OF THE BOILER HOUSE WITH A DEPENDENT TEMPERATURE CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области энергосбережения и может быть использовано для отопления и вентиляции жилых помещений и помещений с временным пребыванием людей.
Известна система отопления и вентиляции помещения с использованием тепла уходящих дымовых газов путем подачи их в размещенный в конструкции пола дымоход, поддержание комфортного температурного режима помещения и совместного отвода отработанных дымовых газов и воздуха в атмосферу. При этом, регулирование температуры помещения осуществляется по параметрам дымовых газов (Котельные установки. Том II. Под общей редакцией Э.И.Рома. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1946, с.487-497, рис.532, 541, 544).
Недостатком данной системы являются неэффективное регулирование температуры помещения и нарушение его газового режима, путем совмещения внутреннего объема помещения и объема газохода.
Наиболее близким техническим решением является система отопления нежилых помещений вблизи газовых котельных, описанная в способе отопления и вентиляции нежилого помещения (см. патент RU 2473845 С1, F24D 10/00, опубликовано 27.01.2013) с использованием традиционной системы вентиляции и отопления путем подачи в расположенный в конструкции пола дымоход уходящих газов от близстоящей котельной и последующего обогрева помещения их теплотой. При этом, регулирование температуры осуществляется при помощи контроля расхода газов и подачи в дымоход воздуха из помещения.
Недостатком данной системы является совмещение внутреннего объема помещения с объемом дымохода и как следствие нарушение газового режима в нем, что не позволяет использовать его для постоянного пребывания людей.
Задачей изобретения является оптимизация процесса отопления и вентиляции помещений с использованием тепла дымовых газов близстоящей котельной путем создания газового режима помещения, удовлетворяющего условиям пребывания человека в нем.
Технический результат – исключение поступления объема вредностей, приводящего к нарушению газового режима помещения, достигается путем создания коаксиальной системы.
Для оптимизации работы системы отопления и вентиляции с использованием дымовых газов создается коаксиальная система, путем внедрения в полость дымохода воздуховода с высоким классом герметичности. Что позволяет регулировать температуру потока газов воздухом, подаваемым из помещения в воздуховод. При этом, отсутствует фактическое сообщение внутреннего объема помещения с системой дымохода, что позволяет говорить о газовом режиме допустимом для временного или постоянного пребывания человека.
Технический результат достигается за счет того, что система отопления и вентиляции помещения содержит коллекторную систему, проложенную в конструкцию пола помещения; по меньшей мере один дымоход совмещенный с коллекторной системой; проложенный в плоскости коллекторной системы воздуховод,  с установленным в нем, по меньшей мере одним, осевым канальным вентилятором и обратным клапаном; дымосос, расположенный в дымоходе после коллекторной системы; шиберы, установленные на отдельных участках дымохода и в каждом воздуховоде; отверстия для забора и выброса воздуха, а также  систему автоматики с контроллером и датчиками температуры и загазованности внутри помещения.
Данное техническое решение направлено на:
– оптимизацию процесса отопления и вентиляции помещения с использованием тепла уходящих дымовых газов с учетом соблюдения условия недопустимости сообщения внутреннего объема помещения с объемом дымохода, получаем за счет создания коаксиальной системы (воздуховод, расположенный в дымоходе) для регулирования температуры потока уходящих дымовых газов, а также с внедрением ряда мер по предупреждению повышения уровня вредностей в обслуживаемом помещении:
- размещение мест забора и выброса воздуха с учетом зоны аэродинамического следа и расстояния удовлетворяющего проектным условиям;
- поддержание разности давлений в воздуховоде и в дымоходе;
- установка воздуховода с высоким классом герметичности;
- размещение системы обратных клапанов и шиберов в воздуховоде.
На  Фиг. 1 представлен общий вид системы дымоходов и обслуживаемого помещения.
На  Фиг. 2 горизонтальный разрез А-А.
Система отопления и вентиляции помещения содержит коллекторную систему 1, проложенную в конструкцию пола помещения 2; по меньшей мере один дымоход 3 совмещенный с коллекторной системой 1; проложенный в плоскости коллекторной системы 1 воздуховод 4,  с установленным в нем, по меньшей мере одним, осевым канальным вентилятором 5 и обратным клапаном  6; дымосос 7; шиберы  8, установленные на отдельных участках дымохода 3 и в каждом воздуховоде 4; отверстия для забора  9 и выброса 10 воздуха, а также  систему автоматики 11 с контроллером 12.
Система автоматики 11 подключена к контроллеру 12 и содержит следующие элементы:
- датчик температуры 13 внутри помещения;
- датчик загазованности 14 внутри помещения.
Система работает следующим образом:
Датчики температуры 13 и загазованности 14 анализируют состояние внутренней среды помещения 2, передают информацию на контроллер 12 системы автоматики 11, которая по заданному режиму работы, относительно полученных данных, регулирует степень открытия шиберов 8, скорость вращения рабочих колес вентилятора 5 и дымососа 7. В результате чего реализуется контроль расхода газов, поступающих в коллекторную систему 1, и воздуха, подающегося в воздуховод 4, через отверстие для забора воздуха 9, что позволяет регулировать температуру потока газов и соответственно температуру внутри помещения 2.
Процесс отопления осуществляется следующим образом: по газоходу от котлов подаются отработанные дымовые газы, при этом шиберы 8, в зависимости от местонахождения на дымоходе 3 и заданного системой автоматики 11 режима работы, частично или полностью открыты или закрыты. Дымовые газы попадают в коллекторную систему 1, где происходит теплопередача внутреннему воздуху помещения 2.
Дымосос 7 устанавливается ввиду необходимости безопасной эксплуатации системы. В случае возникновения неполадок в системе и нарушения газового режима помещения 2, система автоматики 11 вносит соответствующие коррективы в режим работы системы. Поток дымовых газов в коллекторную систему 1 по дымоходу 3 прекращается, путем полного закрытия шиберов 8 на участке до коллекторной системы 1 и их полного открытия на участке после, дымосос 7 запускается на полную мощность и удаляет все вредности из коллекторной системы 1. В результате чего поступление вредных веществ в помещение 2 прекращается, его газовый режим постепенно приводится в норму и после устранения неисправности эксплуатация системы возобновляется
2
2
2
2
Также, в коллекторной системе 1 может предусматриваться отвод конденсата, образующегося на внешних стенках воздуховода 4, из-за содержащихся в дымовых газах водяных паров, как результата соединения водорода (H) с диоксидом углерода (CO). Отвод конденсата может осуществляется при помощи образованных основанием коллекторной системы 1 уклонов в направлении места слива, под которым располагается дренаж. Размещение системы отвода конденсата не обязательно, так как содержание водорода (H) и диоксида углерода (CO) в отработанных дымовых газах может разниться в зависимости от качества используемого топлива, вследствие чего объем водяных паров в уходящих дымовых газах будет низким или практически отсутствовать. Что при достаточной коррозионной стойкости системы не повлечет нарушения режима эксплуатации и снижения эффективности работы.
Система вентиляции помещения 2 предусматривается в соответствии с нормами проектирования. Для повышения надежности системы необходим учет зоны аэродинамического следа и проникновения отработанных газов в помещение 2 из атмосферы. Что может произойти в случае близкого расположения мест забора 9 и выброса 10 воздуха. Дополнительно, для соблюдения условия недопустимости сообщения внутреннего объема помещения 2 с объемом коллекторной системы 1, предусматривается поддержание разности давлений в воздуховоде 4 и коллекторной системе 1, путем использования вентилятора 5, который по принципу работы создает зону повышенного давления с нагнетающей стороны, что в большей степени обуславливает потерю воздуха, а не перетекание дымовых газов из коллекторной системы 1 через неплотности в местах соединений фасонных элементов. Также этому способствует установка в полости воздуховода 4 обратного клапана 6, который предотвращает изменение направления потока и перетекание вредностей в помещение.
Кроме того, исполнение воздуховода 4 предусматривается с наименьшим количеством стыков или с их отсутствием, непосредственно в самом обслуживаемом помещении 2, что обуславливает соблюдение условия о недопустимости перетекания вредностей из коллекторной системы 1 во внутренний объем помещения 2. А также, воздуховод 4 предусматривается круглого сечения (или плоскоовального) из листовой оцинкованной стали, для защиты от коррозии, что обусловлено наличием форм способствующих обтеканию газами внешней поверхности и как следствие меньшим воздействием, направленным на проникновение вредностей в воздуховод 4.
Вышеперечисленные меры косвенно способствуют решению поставленной задачи. Основным методом предотвращения нарушения газового режима помещения 2 является герметичность воздуховода 4, которая должна быть на высоком уровне, для снижения уровня концентрации вредностей, поступающих в воздуховод 4 в результате имеющихся на стыках его элементов неплотностей.
Таблица 1 – Класс герметичности воздуховода
Класс герметичности
Обоснование
А
Неудовлетворяющий. Чрезмерно высокий объем утечки.
В
Нерекомендуемый. Достаточно высокий объем утечки.
С
Рекомендуемый. Оптимален для данных условий. Имеет высокий уровень технико-экономического обоснования.
D
Применим. Имеет минимальный объем утечки, но дорог в обслуживании и при монтаже.
Дополнительно для интенсификации процесса теплообмена воздуховод 4 может предусматриваться с оребрением, что будет способствовать увеличению площади конвективной поверхности нагрева.
Таким образом, в представленной системе реализуется способ отопления и вентиляции помещения с эффективным способом регулирования температуры и соблюдением условий недопустимости совмещения внутреннего объема помещения с объемом коллекторной системы, путем оптимизации способа отопления и вентиляции с помощью создания коаксиальной системы с высоким классом герметичности и защиты от утечки вредностей, а также внедрения системы автоматики, предупреждающей нарушение газового режима.
Для оптимизации процесса отопления и вентиляции с использованием дымовых газов, предусматривается система автоматики с контроллером, считывающим информацию с датчиков температуры и загазованности внутри помещения и по полученным данным контролирующим степень расхода дымовых газов и воздуха, путем регулирования степени открытия шиберов, а также реализуется коаксиальная система, образующуюся путем внедрения в полость коллекторной системы воздуховода с высоким классом герметичности, что позволяет безопасно регулировать температуру потока газов воздухом из помещения. При этом отсутствует фактическое сообщение внутреннего объема помещения с системой дымохода, что позволяет говорить о газовом режиме допустимом для временного или постоянного пребывания человека.