Однотрубная система отопления
SINGLE-PIPE HEATING SYSTEM

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области отопительных систем, и может быть использовано в зданиях при отсутствии системы центрального отопления.
Известен способ автономного отопления и система автономного отопления, его реализующая (см. Прангишвили И.В., Пащенко Ф.Ф., Круковский Л.Е., Пащенко А.Ф., патент РФ на изобретение №2254520, Способ автономного отопления и система автономного отопления, его реализующая, кл. F24D 3/02, 2005 г.), который представляет собой способ автономного отопления в замкнутой локальной системе с принудительной циркуляцией и нагревом теплоносителя, по которому нагрев и циркуляцию производят с помощью поршневой машины, разогревая теплоноситель в ее камерах до состояния пара с давлением, обеспечивающим поворот коленчатого вала, с помощью электрических импульсов, подаваемых по сигналам датчика положения коленчатого вала, с последующей подачей нагретого теплоносителя в смеситель и нагревательные приборы.
Недостатком изобретения является сложность конструкции, которая сводится к получению пара, что является энергозатратным и снижает эффективность системы.
Известна система отопления многоэтажного дома, включающая подающую и обратную магистрали, сообщенные с ними соответственно подающие и обратные стояки, а также размещенные в помещениях многоэтажного здания нагревательные элементы, при этом нагревательные элементы подключены к стоякам по двум схемам: нагревательные элементы подключены только к подающим стоякам и нагревательные элементы подключены только к обратным стоякам, причем подающие и обратные стояки, к которым подключены нагревательные элементы, чередуются между собой как по длине, так и по ширине здания (см. патент РФ №2285206, кл. F24D 12/00, F24D 3/02, 2006 г.).
Недостатком данной системы является неравномерность нагрева помещений по этажам, что снижает эффективность системы в целом.
Наиболее близким техническим решением из известных аналогов является «Автономная однотрубная система отопления» (см. Сердюков А.А., Сердюков A.M., патент РФ на изобретение №2382283, кл. F24D 12/00, 2009 г.), которая содержит котел наружного размещения, расширительный бак, прямую и обратную линии, стояки и приборы отопления (радиаторы), соединенные со стояком подводками, причем в подводке каждого прибора отопления, кроме приборов отопления первого этажа, в узле стояка дополнительно установлен ускоритель циркуляции, а каждый прибор отопления, кроме приборов отопления первого этажа, снабжен регулирующим клапаном, перед которым установлен смещенный стояк с сечением, равным сечению подводки, при этом часть стояка, после ускорителя циркуляции, образует осевой замыкающий стояк, а обвязка приборов отопления первого этажа выполнена по полной проточной схеме без образования смещенного стояка.
Недостатками данного изобретения являются низкая эффективность системы из-за отсутствия регулирования котла, а также из-за отсутствия регулирования расхода (подачи) теплоносителя (воды) через каждый прибор отопления (радиатор), наличие прямой и обратной линий, что, в целом, усложняет конструкцию и снижает надежность системы отопления.
Решаемой задачей заявляемого изобретения является создание простой, надежной, т.е. эффективной однотрубной системы отопления, а также экологичной и экономичной системы, за счет конструктивных особенностей, позволяющих рационально производить распределение тепла внутри здания.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является создание эффективной однотрубной системы отопления за счет рационального распределения тепла по зданию путем регулирования подачи теплоносителя в каждый радиатор, а также регулирования подачи топлива в котел.
Технический результат достигается тем, что в однотрубной системе отопления, содержащей трубопровод, насос, дымовую трубу, элементы регулирования, расширительный бак, котел, радиаторы, согласно изобретению, введены каналы подачи сигналов, а элементы регулирования выполнены в виде блока управления котлом, блока управления отоплением здания, блока управления подачи теплоносителя в радиаторы, при этом блок управления отоплением здания связан каналами подачи сигналов с вентилем каждого радиатора через соответствующий ему блок управления подачи теплоносителя, для регулирования расхода теплоносителя через радиатор, и связан с блоком управления котлом, для регулирования расхода топлива, поступающего в котел.
Таким образом, устраняются основные недостатки однотрубной системы отопления, заключающиеся в неравномерной подаче тепла по радиаторам, ведущим к потерям тепла и снижению производительности, а также недостатки двухтрубной системы отопления, выраженные в большем количестве трубопроводов и других элементов, что ведет к лишним экономическим затратам и снижению надежности системы и эффективности в целом.
Для пояснения технической сущности изобретения рассмотрим фиг. 1, где: 1 - насос, 2 - котел, 3 - дымовая труба, 4 - блок управления котлом, 5 - вентиль, 6 - канал подачи сигнала, 7 - блок управления подачи теплоносителя в радиатор, 8 - вентиль, 9 - радиатор, 10 - трубопровод, 11 - канал подачи сигнала, 12 - блок управления подачи теплоносителя в радиатор, 13 - вентиль, 14 - радиатор, 15 - блок управления подачи теплоносителя в радиатор, 16 - вентиль, 17 - радиатор, 18 - расширительный бак, 19 - канал подачи сигнала, 20 - блок управления отоплением здания, 21 - канал подачи сигнала, 22 - канал подачи сигнала, 23 - блок управления подачи теплоносителя в радиатор, 24 - вентиль, 25 - радиатор.
Блок управления котлом 4 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 не приведены).
Блок управления отоплением здания может содержать: компьютер, графическую панель оператора в виде табло, кнопки управления, 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 не показаны).
Каналы подачи сигнала к блокам управления подачи теплоносителя в радиаторы и к блоку управления котлом, могут быть представлены в виде электропроводов.
Электропитание подается на блок управления отоплением здания, блок управления котлом и блоки управления подачи теплоносителя в радиаторы.
Однотрубная система отопления функционирует следующим образом: теплоноситель начинает циркулировать при помощи насоса 1 по трубопроводу 10 от котла 2, при открытом вентиле 5, заходя в соответствующие радиаторы 9, 14, 17, 25. Вентиль каждого радиатора 8, 13, 16, 24 сообщен с соответствующим блоком управления подачи теплоносителя 7, 12, 15, 23 в радиатор, в котором установлен небольшой электродвигатель малой мощности, датчики измерения температуры в помещении и непосредственно в трубопроводе на входе в радиатор (на чертеже не показаны).
При поступлении команды с блока управления отоплением здания 20 на соответствующий электродвигатель блока управления подачи теплоносителя, приводящего во вращение вентиль, происходит изменение, т.е. снижение или увеличение (регулирование) расхода теплоносителя через определенный радиатор.
При поступлении команды с блока управления отоплением здания 20 на блок управления котлом 4 происходит уменьшение или увеличение (регулирование) расхода топлива (например, природного газа и воздуха), поступающего в котел.
Потребитель может задать тот или иной режим отопления при помощи нажатия на клавиши в блоке управления отоплением здания 20. В качестве теплоносителя используется вода.
Таким образом, благодаря оптимизация системы отопления за счет регулирования подачи теплоносителя (воды) конкретно в каждом радиаторе, что ведет к наиболее оптимальному распределению тепла по всем помещениям здания и повышению эффективности однотрубной системы отопления.
Система может работать автоматически (задание и поддержание в течение определенного промежутка времени режима работы, расхода топлива, расхода теплоносителя через радиаторы). Например, необходимо поддержать определенную температуру внутри помещений здания, где установлены радиаторы 9 и 14, в течение определенного срока, в этом случае оператор задает режим работы и вводит данные по необходимой температуре в этих помещениях на блок управления отоплением здания 20, эта информация остается в памяти компьютера, при отклонении температуры помещений от заданной температуры блоки управления подачи теплоносителя в радиатор 7, 12 подают сигнал по каналам 6, 19 подачи сигнала на блок управления отоплением здания 20, компьютер производит соответствующее вычисление требуемого расхода теплоносителя в радиаторы 9, 14 и необходимой производительности котла 2, далее происходит подача сигналов, а именно с блока управления отоплением здания 20 на блоки управления подачи теплоносителя 7, 12, таким образом происходит изменение расхода теплоносителя в радиаторы 9, 14 и расхода топлива, поступающего в котел 2, т.е. экономически выгодное поддержание заданной температуры выбранных помещений.
Система может работать и полуавтоматически (прямое изменение расхода теплоносителя через каждый радиатор и расхода топлива в котел). Например, необходимо снизить до минимально допустимого значения температуру во всех помещениях здания, для этого оператор вводит данные на блок управления отоплением здания 20, сигналы поступают через каналы подачи сигналов 6, 11, 19, 22 на блоки управления подачи теплоносителя 7, 12, 15, 23, и через канал подачи сигнала 21 на блок управления котлом 4, происходит снижение подачи топлива в котел 2 до минимального значения и соответствующее снижение расхода теплоносителя в радиаторы 9, 14, 17, 25. При полуавтоматическом режиме работы системы отопления отсутствует регулирование расхода теплоносителя через радиаторы 9, 14, 17, 25 и производительности котла 2 в течение промежутка времени.
По технико-экономическим преимуществам по сравнению с известными аналогами заявляемое техническое решение позволяет получить эффективную однотрубную систему отопления за счет нового конструктивного выполнения системы, а именно введения блока управления отоплением здания, соединенного при помощи каналов для подачи сигналов с блоками управления подачи теплоносителей в радиаторы и с блоком управления котлом.
Таким образом, заявляемое техническое решение является простой, надежной, за счет конструктивных особенностей, позволяющих рационально производить распределение тепла внутри здания, а также более экологичной и экономичной однотрубной системой отопления.