СИСТЕМА ПОКВАРТИРНОГО ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к бытовой технике, а именно к устройствам, получающим горячую воду для отопления и горячего водоснабжения помещений, и может быть использовано для поквартирного теплоснабжения и теплоснабжения индивидуальных жилых домов, оборудованных системами отопления и горячего водоснабжения.
Известна схема квартирной системы водяного отопления содержащая водогрейный котел, бак-аккумулятор и циркуляционный насос (1, стр.23-24). Недостатком данного технического решения является то, что в нем можно получать только горячую воду для нужд отопления.
Известен бытовой водогрейный котел содержащий топку, размещенную в водоохлаждаемом корпусе, снабженном змеевиковым теплообменником, выполненным из оребренных труб, теплообменник расположен в верхней части корпуса и выполнен из секций, соединенных между собой последовательно (2). Недостатком известного устройства является низкая производительность котла при получении горячей воды для нужд горячего водоснабжения.
Известен также водогрейный котел, содержащий снабженный слоем теплоизоляции корпус, обрамляющий водяную рубашку, подключенную к системе отопления и охватывающую топку с конвективным газоходом в верхней части и плоские змеевики, установленные в рубашке в зонах, примыкающих к задней и боковым стенкам топки и подключенные к системе горячего водоснабжения (3). Недостатком известного устройства является высокая инерционность устройства для нужд горячего водоснабжения, так как нагрев горячей воды в змеевике, подключенном к системе горячего водоснабжения, осуществляется за счет температуры воды, находящейся в водяной рубашке котла.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является водогрейный котел, корпус которого выполнен герметичным, конвективный газоход в его верхней части выполнен трапециидальной формы за одно целое с дымовой коробкой, в которую вставляется телескопический патрубок, выходящий через стену на внешнюю сторону зданий и имеющий каналы для подачи воздуха в топку к газовой горелке и для выброса продуктов сгорания, в нижней части топки котла установлены боковые экранные горизонтальные трубы, в средней части и верхней частях топки установлены горизонтальные водяные трубы разного диаметра, которые соединены с экранными трубами при помощи выполненных передней и задней водяных камер котла, в конвективном газоходе трубы расположены горизонтально в шахматном порядке и также соединены с передней и задней водяными камерами котла. Кроме того, в задней части котла выполнен соединенный с задней водяной камерой дополнительный канал (байпас), в котором размещен теплообменник для горячего водоснабжения (4).
Опыт эксплуатации котлов подобной конструкции в сочетании с традиционными чугунными радиаторами отопления в системах поквартирного отопления показал, что при работе в режиме отопления теплопроизводительность развиваемая котлом не превышает 15-20% номинальной теплопроизводительности, а в режиме горячего водоснабжения и отопления - равна номинальной теплопроизводительности. Большие объемы воды, находящиеся в известной системе отопления, повышают инерционность отопительной системы за счет малой скорости охлаждения теплоносителя. В системе поквартирного отопления, где требуется малая мощность на отопление, и значительная мощность (больше в 5-6 раз) на горячее водоснабжение необходимо обеспечить глубокое регулирование теплопроизводительности водогрейного котла. При работе в таких условиях автоматика водогрейного котла не отрабатывает необходимый закон регулирования и работает в позиционном режиме (включено - выключено). В рассматриваемом случае система работает следующим образом: происходит нагрев воды в котле до заданной температуры, после чего котел отключается и газовоздушный блок остывает до температуры окружающей среды. При работе системы в таком цикличном режиме происходит образование конденсата в газовоздушном блоке, а при низких температурах это может привести и к обмерзанию наружного колпака газовоздушного блока. Вторым недостатком котлов известной конструкции, имеющих контур горячего водоснабжения, является низкая производительность контура горячего водоснабжения, что значительно снижает потребительские характеристики котлов известной конструкции. В результате этого система поквартирного отопления работает в несогласованном режиме, следствие чего является низкий КПД системы, и как следствие низкие потребительские характеристики системы.
Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение работы системы отопления в согласованном режиме, путем расширения диапазона регулирования теплопроизводительности котла, и обеспечение комфортного расхода горячей воды заданной температуры в контуре горячего водоснабжения и как следствие этого повышение потребительских характеристик системы поквартирного отопления.
Поставленная цель достигается тем, что котел имеет четное количество вертикальных конвективных каналов трапецеидальной формы разделенной вертикальными стенками на несколько газоходов. Каналы расположены внутри теплообменника, заполненного жидким теплоносителем, например водой. Газовая горелка выполнена многосекционной, причем одна из секций работает постоянно, а последующие имеют возможность включения в случае необходимости через отдельный запорный элемент. Конвективные газовые каналы установлены непосредственно над многосекционной газовой горелкой. Телескопический газоход для выброса продуктов сгорания находится внутри телескопического патрубка для подачи воздуха и имеет на своей поверхности слой теплоизоляции. Многосекционная газовая горелка имеет постоянно работающую секцию мощностью 5 кВт, а последующие секции имеют мощность 5 кВт и более. Кроме того, теплообменник водогрейного котла постоянно соединен с теплообменником стального выносного водоподогревателя емкостью не менее 100 л, в котором и происходит нагрев воды для нужд горячего водоснабжения. Емкостной стальной водоподогреватель, имеющий защищенный слоем теплоизоляции корпус, установлен выше уровня котла и уровня биметаллических радиаторов.
На фиг.1 изображена предлагаемая схема отопления и горячего водоснабжения. Система состоит из газового водогрейного котла с герметичной камерой сгорания 1, емкостного стального водоподогревателя 2, биметаллических радиаторов отопления 3, труб и запорной арматуры 4 и расширительного бочка 5. Емкостной стальной водоподогреватель 2, имеет защищенный слоем теплоизоляции корпус и установлен выше уровня водогрейного котла 1 и уровня биметаллических радиаторов отопления 3.
На фиг.2 изображен вид сбоку (схематично) водогрейного котла, содержащего конвективные каналы 6, расположенные внутри теплообменника 7, заполненного теплоносителем (например, водой), газовую двухсекционную (многосекционную) горелку 8, одна из секций которой работает постоянно, а последующие (вторая) - включаются по мере необходимости, через запорный элемент 13. Водогрейный котел имеет телескопический газоход 9, соединенный с дымовой коробкой 10, для выброса продуктов сгорания который находится внутри телескопического патрубка 11 для подачи воздуха и имеет на своей поверхности слой теплоизоляции. Теплообменник водогрейного котла 7 постоянно соединен с теплообменником 12 стального выносного водоподогревателя 2 емкостью не менее 100 л, в котором происходит нагрев воды для нужд горячего водоснабжения.
Система поквартирного отопления и горячего водоснабжения работает следующим образом.
При работе многосекционной газовой горелки 8 происходит сгорании газа в топке и поднимающиеся горячие продукты сгорания попадают в конвективные каналы 6, имеющие развитую внутреннюю поверхность. При движении по конвективному каналу продукты сгорания отдают часть своего тепла теплообменнику 7 и соответственно уменьшается их объем. Уменьшение объема влечет за собой уменьшение скорости течения горячих газов в верхней части конвективного канала. С уменьшением скорости течения уменьшается коэффициент теплопередачи, а следовательно и эффективность работы котла.
Так как конвективный канал выполнен трапецеидальной формы, то по высоте канала изменяется скорость теплоносителя, чем улучшается теплообмен. При такой конструкции канала имеется возможность плавно разогнать теплоноситель до скорости примерно в 3 раза выше, чем в цилиндрическом канале. В этом случае удается обеспечить отбор большей тепловой мощности с единицы поверхности теплового канала.
Отработанный теплоноситель попадает в дымовую коробку 10 и при помощи телескопического газохода 9 удаляется за пределы жилого помещения. Одновременно при помощи патрубка 11 с улицы в топку поступает воздух для сгорания газа. Опыт эксплуатации водогрейных котлов подобной конструкции при морозах ниже - 30°С показал необходимость защиты телескопического газохода 9 от действия низких температур теплоизоляционным слоем, что повышает стабильность работы котла при низких температурах.
Температура нагрева воды в котле устанавливается перед запуском котла и отслеживается системой автоматики (на схеме не показана). Когда вода на выходе из котла нагревается до температуры, соответствующей заданному регулятором температуры воды значению, система автоматики уменьшает подачу газа на горелки. После охлаждения воды в отопительной системе на определенную величину, подача газа к основной горелке автоматически изменяется. Малый объем воды, находящийся в системе отопления снижает инерционность системы отопления и обеспечивает работу системы отопления в согласованном режиме, что исключает возможность образования конденсата в телескопическом газоходе 9.
Во время работы котла теплоноситель подается по трубопроводу в теплообменник 12 емкостного стального водоподогревателя 2, и нагревает находящуюся в нем воду. Водоподогреватель 2, имеющий слой теплоизоляции, длительное время сохраняет в своем объеме горячую воду. Из водоподогревателя вода поступает потребителю. Водоподогреватель 2 расположен выше уровня водогрейного котла 1 и биметаллических радиаторов отопления 3, что обеспечивает необходимый нагрев воды для нужд горячего водоснабжения и не отбирает теплоноситель от радиаторов. Наличие емкостного водоподогревателя в системе поквартирного отопления и горячего водоснабжения позволяет оперативно иметь горячую воду в количестве не менее 100 литров.
Установка в водогрейном котле двухсекционной (многосекционной) горелки, с секциями разной мощности позволяет расширить диапазон регулирования теплопроизводительности котла от 10 до 100%, против 40-100% у котлов известной конструкции. Как правило в режиме отопления все известные котлы работают при малых мощностях, что ведет к резкому снижению их КПД и как следствие этого образованию конденсата в газовоздушном блоке. Кроме того, наличие в составе системы поквартирного отопления емкостного стального водоподогревателя обеспечивает бесперебойное снабжение потребителя горячей водой, уменьшает инерционность системы. Использование в системе поквартирного отопления и горячего водоснабжения биметаллических радиаторов отопления позволяет снизить количество воды в системе и снизить инерционность системы. Система поквартирного отопления и горячего водоснабжения обеспечивает согласованный режим работы водогрейного котла и потребителей, в результате чего повышается КПД всей системы. Опыт эксплуатации системы поквартирного отопления и горячего водоснабжения показал, что при изменении температуры окружающей среды предлагаемая система переходит на необходимый режим отопления в течении 2-3 часов, в то время как все известные системы имеют продолжительность переходного процесса не менее 12-24 часов.
Источники информации
1. Водяное отопление загородного дома./ Сост. В.И.Назаров. - М.: РИПОЛ классик, 2004. - 192 с.: ил.
2. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1760256 от 16.04.90 г., кл. F 24 H 1/00
3. Патент РФ на изобретение №2038542 от 27.06.95 г., кл. F 24 H 1/08, 1/16
4. Патент РФ на полезную модель №30946 от 04.02.2003 г., кл. F 24 H 1/08.