ЗДАНИЕ С УСТРОЙСТВОМ ОТОПЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к теплотехнике и может использоваться в системах отопления любых зданий, коттеджей и сооружений различного типа.
Известно устройство для отопления зданий, содержащее высокопотенциальный источник тепла, установленного внутри здания, и низкопотенциального источника тепла. Здание отапливают с помощью радиаторов и теплового насоса с испарителем, используя тепло, полученное при кристаллизации воды в лед. Помещение разделяют на две зоны - жилую и буферную. При отоплении буферной зоны холодную воду подают по трубопроводам в контактные охладители - кристаллизаторы и испаритель из окружающей среды или использованную тепловым насосом (см. А.С. СССР №1388665 по кл. МКИ F24D 11/02, 1985).
Недостатком данного решения является то, что наличие отапливаемой буферной зоны вокруг жилого помещения ведет к удорожанию строительства. Кроме того, для удаления льдо-водяной смеси устанавливают электронагреватели, что совместно с выгрузкой отработанной льдо-водяной смеси приводит к большим энергетическим затратам.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является здание с устройством отопления, наружные стены которого выполнены n-слойными, где n≥3, содержащее основной высокопотенциальный источник тепла внутри здания, при чем
средний слой стены представляет собой также часть объемной радиаторной системы, теплоносителем которой является воздух и выполнен в виде межстенового воздушного пространства. (см. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М. Конструкции гражданских зданий. Учебник. - М., изд-во АСВ, 2002. - 109 стр.)
Недостатком является высокие затраты на отопление зданий высокопотенциальным основным источником тепла.
Задача предлагаемого изобретения - снижение затрат на отопление зданий высокопотенциальным основным источником тепла за счет использования дополнительно низкопотенциального источника тепла.
Указанная задача в варианте 1 решается тем, что здание с устройством отопления, наружные стены которого выполнены n-слойными, где n≥3, содержит основной высокопотенциальный источник тепла внутри здания, при чем средний слой стены представляет собой также часть объемной радиаторной системы, теплоносителем которой является воздух и выполнен в виде межстенового воздушного пространства. В здании дополнительно установлены: низкопотенциальный источник тепла, выполненный в виде теплообменника, расположенного в грунте и являющегося частью объемной радиаторной системы с теплоносителем, циркуляционный насос, датчики температур, при этом теплообменник соединен через выходную трубу и циркуляционный насос с вертикальной напорной и центральной горизонтальной трубами с отверстиями в межстеновое воздушное пространство, и входной трубой. В качестве основного высокопотенциального источника тепла использована теплонасосная установка.
Указанная задача в варианте 2 решается тем, что здание с устройством отопления, наружные стены которого выполнены n-слойными, где n≥3, содержащее основной высокопотенциальный источник тепла внутри здания, при чем средний слой стены представляет собой также часть объемной радиаторной системы, теплоносителем которой является воздух и выполнен в виде межстенового воздушного пространства. В здании
дополнительно установлены: низкопотенциальный источник тепла, выполненный в виде теплообменника, расположенного в грунте и являющегося частью объемной радиаторной системы с теплоносителем, циркуляционный насос, датчики температур, причем часть радиаторной системы, состоящая из магистральных труб и вертикальных и горизонтальных труб, установлена между наружной стеной здания и слоем утеплителя стены, а теплообменник расположен в грунте вертикально и соединен через выходную трубу и циркуляционный насос с упомянутыми трубами радиаторной системы, и входной трубой. В качестве теплоносителя использована незамерзающая жидкость. В качестве основного высокопотенциального источника тепла использована теплонасосная установка.
Новым в решении (вариант 1) является то, что в здании дополнительно установлены: низкопотенциальный источник тепла, выполненный в виде теплообменника, расположенного в грунте и являющегося частью объемной радиаторной системы с теплоносителем, циркуляционный насос, датчики температур, при этом теплообменник соединен через выходную трубу и циркуляционный насос с вертикальной напорной и центральной горизонтальной трубами с отверстиями в межстеновое воздушное пространство, и входной трубой.
В качестве основного высокопотенциального источника тепла использована теплонасосная установка.
Новым в решении (вариант 2) является то, что в здании дополнительно установлены: низкопотенциальный источник тепла, выполненный в виде теплообменника, расположенного в грунте и являющегося частью объемной радиаторной системы с теплоносителем, циркуляционный насос, датчики температур, причем часть радиаторной системы, состоящая из магистральных труб и вертикальных и горизонтальных труб, установлена между наружной стеной здания и слоем утеплителя стены, а теплообменник
расположен в грунте вертикально и соединен через выходную трубу и циркуляционный насос с упомянутыми трубами радиаторной системы, и входной трубой.
В качестве теплоносителя использована незамерзающая жидкость.
В качестве основного высокопотенциального источника тепла использована теплонасосная установка.
Технический результат - повышение экономии тепла от основного источника тепла получается за счет использования дополнительного дешевого и экологически чистого источника тепла как дополнительного без применения дорогостоящих систем. При использовании в качестве основного высокопотенциального источника тепла теплонасосной установки затраты на электроэнергию могут быть дополнительно снижены.
На фиг.1 показан график температур в трехслойной стене при наличии высокопотенциального источника тепла, на фиг.2 показано устройство для отопления здания, в качестве теплоносителя использован воздух, на фиг.3 - устройство для отопления здания, в качестве теплоносителя использована жидкость, на фиг.4 показан пример выполнения объемной гидравлической радиаторной системы.
c
На фиг.1 показан график распределения температур t стены здания, состоящей из 3-х слоев (1, 2, 3) разнородного материала.
c4
c1
Многослойная стена выполнена из трех слоев 1, 2, 3 разнородного материала. Поверхность 4 слоя 3 стенки, контактирующая с наружным воздухом, является наружной поверхностью обогреваемого помещения и имеет низкую температуру t. Поверхность 5 слоя 1 стенки является внутренней поверхностью обогреваемого здания с температурой t. Наружный воздух является холодильником по отношению к нагревателю, которым является высокопотенциальный
c2
c3
т
co
источник теплоты 6, установленный внутри здания. Температура внутренней поверхности слоя 1 и контактирующего с ней слоя 2 - t. Температура внутренней поверхности слоя 3 и контактирующего с ней слоя 2 - t. Температура теплоносителя в трубе объемного радиатора - t. Температура t выбрана на графике распределения температур по осевой плоскости циркулирующего теплоносителя. Потери температуры через утеплитель труб и на охлаждение объемного радиатора,
гт
т
Δt=t-t, где
гт
t - температура в грунтовом теплообменнике принятая к расчету.
Толщина слоев 1, 2, 3 соответственно - δ1, δ2, δ3.
Здание с устройством отопления (фиг.2) состоит из горизонтального грунтового теплообменника 7, заполненного воздухом, расположенного в грунте 8 длиной L на глубине Н (1,2 м-1,5 м) и на расстоянии N от фундамента 9. Объемная радиаторная система состоит из входной трубы 10 теплообменника с утеплителем 11, циркуляционного воздушного насоса 12, установленный в подвальном помещении, вертикальных труб 13 и горизонтальных труб 14, выходной трубы 15. На горизонтальной трубе 14 выполнены отверстия 16. Внутреннее стеновое пространство 17 расположено по всему периметру отапливаемого помещения. Между стеновыми конструкциями установлены термоизоляционные вставки 18 и 19 для сохранения жесткости конструкции здания. На внутреннем стеновом пространстве 17 выполнен лоток 20 с уклоном для слива конденсата в приемник 21. На входной трубе 10 выполнено отверстие 22 для слива конденсата. Перекрытие 23 выполнено с уклонами для стекания конденсата, а на крыше здания установлен дефлектор 24, осуществляющий естественную вентиляцию межстенового пространства. В данном устройстве предусмотрена автоматическая система контроля, состоящая из взаимосвязанных между собой: основного блока 25, датчика влажности 26, датчика температуры наружного воздуха 27, датчика температуры отопляемого помещения 28, датчика температуры грунта на глубине расположения
грунтового коллектора 29, датчика температуры межстенового пространства 30, пусковых устройств электрокотлов 31 и электровентилятора 32. Электровентилятор 32 соединен с наружным воздухом каналом 34. Для обслуживания и контроля работы узлов в межстеновом пространстве предусмотрены люки 35. В отапливаемом помещении находится основной источник тепла 36. Внутреннее стеновое пространство 17 образовано внутренней стеновой конструкцией 37 и наружной стеновой конструкцией 38, а также внутренним перекрытием 23 и наружным перекрытием 39.Чердачное помещение образовано с помощью конструкций 40. В подвальном помещении 41 установлено пусковое устройство 42 для циркуляционного насоса 12, которое взаимосвязано с основным блоком 25. Для слива конденсата из трубы 16 и предусмотрено отверстие 43. Для уменьшения шума из циркуляционного насоса 12 установлены мягкие вставки 44. Во внутреннем (жилом) помещении 45 поддерживается постоянная температура 20-22°С с помощью основного блока 25, с которым взаимосвязано пусковое устройство 46 электровентилятора.
Отопление здания осуществляется следующим образом.
Воздух, являясь теплоносителем, с температурой грунта движется по радиаторной системе при помощи циркуляционного воздушного насоса 12 в вертикальные трубы 13. Затем воздух попадает горизонтальные трубы 14, на которых выполнены отверстия 16 для равномерного поступления воздуха в пространство, образованное потолочными строительными перекрытиями 23 и 39. Для улучшения отопления может быть предусмотрено чердачное помещение. Воздух, охлаждаясь, опускается вниз и уходит в выходную трубу 15. В результате циркуляции воздуха с температурой грунта или близкой к ней в межстеновом пространстве 17, а также за счет основного источника тепла 36 достигается отопление помещения. Для уменьшения конденсации воздуха в данном устройстве предусмотрено:
- во внутреннем стеновом пространстве установлен лоток 20 с уклоном, из которого конденсат сливается в приемник конденсата 21;
- на входной трубе 10 теплообменника выполнено отверстие 22 для слива конденсата;
- потолочное перекрытие выполнено с уклоном для отекания возможного конденсата;
- на крыше здания установлен дефлектор 37, который осуществляет естественную вентиляцию межстенового пространства;
- внутренние поверхности 2 выполнены с влагостойким покрытием, препятствующие попаданию конденсата внутрь материала стен.
В предложенном здании с устройством отопления для экономичности необходимо поддерживать заданную температуру как внутри помещения, так и в межстеновом пространстве 17, для чего предусмотрена автоматическая система контроля за параметрами температур. Для увеличения КПД способа отопления помещения при включении электровентилятора 32, соединенного с наружным воздухом каналом 34, часть тепла проходит через теплообменник отдает тепло в межстеновое пространство. Циркуляционный воздушный насос 12 имеет несколько режимов работы, включающихся по сигналу блока 25. Низкопотенциальное тепло от грунта передается наружной поверхности 4 стен здания, являющейся холодильником, и в соответствии с этим тепло от основного источника 28 на эти цели не расходуется. За оптимальным режимом температур следит основной блок 25.
Здание с устройством отопления - вариант 2 показан на фиг.3. Устройство состоит из вертикального грунтового теплообменника 7 длиной L, заполненного незамерзающей жидкостью и уложенного в грунт 8 на глубину Н на расстоянии N от фундамента 9. Вертикальный грунтовый теплообменник 7 заглублен в грунт на глубину Н посредством устройства скважины 46 с утеплением колодца 11 и колодцем 47 для обслуживания. В межстеновом пространстве уложены трубы 13, а между перекрытиями 23 и 39 трубы 14 с утеплителем 47, которые образуют объемную радиаторную систему.
Объемная радиаторная система (фиг.4) состоит из труб: верхней (магистральной) 14, нижних горизонтальных (магистральных) 15 и вертикальной 13, а также - входной 10, выходной 16 теплообменника 7, вертикальных радиаторных 50, горизонтальных радиаторных 51 и расширительного бака 52. Для дверных проемов предусмотрены обводные трубы 48, а для оконных проемов - обводные трубы 49, вертикальных радиаторных труб 50, горизонтальных радиаторных труб 51 и расширительного бака 52.
Отопление здания осуществляется следующим образом.
Проходя через грунтовый теплообменник 7, незамерзающая жидкость в качестве теплоносителя подается в выходную трубу 16 и через циркуляционный насос 12 попадает в вертикальную подающую трубу 13, а затем в горизонтальную (магистральную) трубу 14 но радиаторным трубам 51 и 50, обводным трубам 48 и 49 в нижнюю горизонтальную (магистральную) трубу 15, а затем во входную трубу 10 с утеплителем 11 теплообменника 7. Цикл повторяется. При этом радиаторные трубы 51 и 50 обогревают стены здания, препятствуя расходу тепла на обогрев стен от основного источника тепла.
При использовании заявленных решений получают экологически чистый и дешевый способ отопления зданий, используя не сложные по конструкции установки. Он позволяет использовать все известные устройства обогрева здания, значительно снижая их необходимую мощность, а использование природных источников тепла, таких как тепло грунта или грунтовых вод позволяет снизить стоимость отопления. В качестве высокопотенциального источника тепла могут использоваться любые известные источники тепла, в т.ч. и теплонасосные установки. В этом случае могут применяться маломощные тепловые насосы от своего грунтового трубопровода, а, следовательно, затраты на электроэнергию на отопление могут быть снижены в более чем 6 раз при стандартном утеплении здания.