СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ ПОЛА ЖИЛЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
FLOOR HEATING SYSTEM OF LIVING QUARTERS AND PRODUCTION FACILITIES

Изобретение относится к гидронным или панельно-лучистым системам нагрева или охлаждения, применяемым при отоплении жилых и производственных помещений. Они могут быть использованы в системе подогрева или охлаждения пола как в автономных системах обеспечения теплового режима различными источниками тепла, так и в системе центрального отопления.
В известных в настоящее время гидронных системах панельного подогрева пола используется металлический или пластмассовый трубопровод, заделанный в бетонные плиты вместе с прикрепленными к нему с помощью различных средств алюминевыми пластинами (заявка SE №00/01789, кл. F24D 3/14, опубл. 15.09.2000).
Известна система отопления пола (патент России №2242680, кл. F24D 3/12, опубл. 2004 г.), содержащая подающий и обратный трубопроводы и отопительные панели, выполненные в виде двух прямоугольных пластин, параллельно установленных друг напротив друга. В зазоре между ними находятся поддерживающие элементы и два проточных патрубка, установленных в двух диаметрально противоположных углах обеих пластин, соединительные элементы, предназначенные для соединения проточных патрубков соседних отопительных панелей с обеспечением непрерывного протекания отопительной текучей среды через отопительные панели. Кроме того, система содержит рассеивающий элемент, расположенный напротив соответствующего проточного патрубка и осуществляющий рассеивание отопительной текучей среды.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является система подогревающих или охлаждающих элементов пола, состоящая из подающего и обратного трубопроводов и из панелей, каждая из которых имеет поверхность с канавками, в которые заложена полая труба с внутренним энергоносителем, причем канавки расположены таким образом, что позволяют соединить эти панели вместе в различные конфигурации. К каждой панели прикреплен теплопроводящий лист, образующий теплопроводящую поверхность (заявка Росси № 2002118767/06, F24D 3/12, опубл. 2002 г).
В известных системах, являющихся традиционными, для поддержания постоянной температуры пола требуется значительный объем теплоносителя, циркулирующего в трубах, и соответственно значительные расходы на топливо и энергию. Из-за большой тепловой массы и/или теплового сопротивления современные системы обычно очень медленно реагируют на изменение нагревающих нагрузок. Время прогрева изменяется в часах и даже в днях.
Кроме того, известные системы имеют также обычно сильно отличающиеся друг от друга конструкции и изготавливаются, как правило, на местах. За счет большого веса панелей они часто требуют дополнительных затрат и конструктивных решений. Их установка весьма трудоемка и выполняется только специалистами. При этом трубопровод скрыт для рабочих, занимающихся настилкой половых покрытий, поэтому не удивительно, если при этом могут быть повреждены трубы. В случае повреждения труб место повреждения трудно найти и поэтому часто приходится снимать значительную часть половых панелей.
Задачей изобретения является создание высокоэффективной системы нагрева или охлаждения пола, применяемой при отоплении жилых и производственных помещений.
Технический результат - сокращение объема теплоносителя и соответственно уменьшение расходов на топливо и энергию, сокращение времени нагрева и соответственно времени реакции на изменение нагревающих нагрузок, упрощение конструкции системы и ее эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что система отопления пола жилых и производственных помещений содержит подающий и обратный трубопроводы и средства передачи тепловой энергии, уложенные в равноудаленные друг от друга параллельные канавки верхней поверхности отопительных панелей, поверх которых проложена теплопроводящая поверхность. В канавки отопительных панелей в качестве средств передачи тепловой энергии уложен набор джет-труб, выполненных в виде отдельных металлических герметически запаянных корпусов с зонами испарения и конденсации, во внутреннюю полость которых под вакуумом закачан жидкий теплопроводник. Каждая из этих труб подключена к подводящему трубопроводу под углом 2-3° относительно основания отопительных панелей.
В предлагаемой системе отопления сокращение объема теплоносителя и соответственно уменьшение расходов на топливо и энергию достигается за счет введения в систему отопления джет-трубы металлического герметически запаянного корпуса с зонами испарения и конденсации вовнутрь которого под вакуумом закачен жидкий теплопроводник, обладающий сверхпроводимостью. Под действием температуры на зону испарения, расположенную со стороны подключения подающего теплопровода, он быстро нагревается и образует пар. Этот пар, достигая зоны конденсации, расположенной в противоположной холодной стороне трубы, конденсируется и по уклону обратно стекает в зону испарения.
Таким образом, при нагреве набора джет-труб, параллельно расположенных и равноудаленных друг от друга, один конец которых расположен вместе с подающим теплопроводом в одной из сторон комнаты, можно моментально получить тепло на их другом конце, а следователь и в противоположной стороне комнаты.
Заявителем был проведен ряд экспериментов по сравнению двух систем отопления - традиционной системы и системы, основанной на принципе джет-трубы.
Суть экспериментов заключалась в снятии различных температурных, временных, объемных показателей, характеризующих обе системы. Для этого было выбрано два помещения размерами 2×2×2 м и точки измерения температуры. В одном из этих помещений система отопления пола была выполнена традиционно, а в другом - основанная на принципе джет-трубы.
В первом эксперименте в обоих помещениях установили первоначальную температуру примерно 40°С. С этого момента при дальнейшем повышении температуры через каждые 10°С стали фиксировать время и объем воды в трубах, необходимый для ее достижения. Полученные данные приведены в таблице 1.
Во втором эксперименте также установили определенную температуру в обоих помещениях, среднее значение которых составило примерно 50С°. Затем в течение 30 минут каждую минуту в выбранных точках измеряли температуру. После обработки полученных данных вывели средние показатели в 1 минуту. Результаты этого эксперимента приведены в таблице 2.
В третьем эксперименте поверхность пола нагревали до 31°С, а затем в течение часа фиксировали температуру пола, расход топлива и энергии. Данные этого эксперимента приведены в таблице 3.
Таблица 3
Время (мин)
Традиционная система
Система отопления «Джет-труба»
Объем циркуляции (1/h)
Расход топлива (g)
Расход энергии (W)
Темпер. пола
Объем циркуляции (1/h)
Расход топлива (g)
Расход энергии (W)
Темпер. пола
5
172
120
6
11,5
170
100
5
12,6
10
172
170
14
12,2
172
120
9
19,8
15
172
190
23
14,0
172
120
13
22,2
20
172
220
32
15,9
172
120
17
21,9
25
172
230
39
17,7
172
120
21
24,0
30
172
250
48
19,3
172
140
26
24,7
35
172
280
57
21,3
173
140
29
25,4
40
172
280
65
23
172
170
34
26,5
45
172
300
73
24,8
173
170
38
28,1
50
172
330
82
26,4
173
190
42
29,3
55
172
330
90
27,6
173
190
43
31,1
Анализ полученных данных показал, что нагревая поверхность пола обеими системами до 31,1°С с системой «Джет-труба» затрачивается значительно меньше времени (разница - 18 минут), меньше топлива (в 2 раза меньше) и, естественно, меньше энергии (в 2,5 раза меньше).
На фиг.1 представлены принципиальные схемы отопления с помощью джет-труб и традиционной системы отопления, на фиг 2; укладка джет-труб, вид сверху; фиг.3 - джет-труба (разрез), вид А; фиг.4 - джет-труба, вид В.
Система содержит подающий трубопровод 1 и обратный трубопровод 2, по которым циркулирует теплоноситель 3, например горячая вода и средство передачи тепловой энергии 4. Оно представлено в виде набора джет-труб 5, каждая из которых выполнена в виде отдельных металлических, герметически запаянных корпусов 6 с зонами испарения 7 и конденсации 8, во внутреннюю полость которых под вакуумом закачан жидкий теплопроводник 9. Джет-трубы 5 уложены в равноудаленные друг от друга параллельные канавки 10 верхней поверхности 11 отопительных панелей 12 и подключены к подводящему трубопроводу 1 под углом α, равным 2-3° относительно основания 13 отопительных панелей 12. Поверх джет-труб 5 проложена теплопроводящая поверхность 14.
Система работает следующим образом.
По подающему трубопроводу 1 теплоноситель 3, например горячая вода, устремляется к подключенному к нему средству передачи тепловой энергии 4 - набору джет-труб 5. По мере продвижения теплоносителя 3 вдоль трубопровода 1 он поочередно прикасается к одной из джет-труб 5. В зоне контакта ее металлический герметически запаянный корпус 6, подключенный к трубопроводу 1, нагревается. Под действием температуры жидкий теплопроводник 9, закачанный под вакуумом во внутреннюю полость корпуса 6, находящийся в зоне испарения 7, нагревается и быстро начинает испаряться. Образующийся пар, заполняя объем корпуса 6, поступает в зону конденсации 8, отдает там тепло и конденсируется. Полученный конденсат благодаря уклону, образованному за счет подключения герметически запаянного корпуса 6, к подводящему трубопроводу 1 под углом α, равным 2-3° относительно основания 13 отопительных панелей 12, стекает в зону испарения 7. Нагретые таким образом джет-трубы 5, уложенные в равноудаленных друг от друга параллельных канавках 10, расположенных в верхней поверхности 11 отопительных панелей 12, начинают излучать тепло в теплопроводящую поверхность 14.
Аналогично предлагаемая система будет работать и в случае охлаждения пола, только при этом в качестве хладоносителя может быть использована, например, холодная вода.
Таким образом, предлагаемая система отопления с помощью джет-трубы, используемая как в автономных системах обеспечения теплового режима различными источниками тепла, так и в системе центрального отопления, позволяет создать высокоэффективную систему нагрева или охлаждения пола, применяемую при отоплении жилых и производственных помещений. Она позволяет сократить объем теплоносителя и соответственно уменьшить расходы на топливо и энергию, сократить временя нагрева и соответственно время реакции на изменение нагревающих нагрузок, а также упростить конструкцию системы и ее эксплуатацию.