ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ ОТАПЛИВАЕМОЕ ЗДАНИЕ
POWER EFFICIENT HEATED BUILDING

Изобретение относится к устройству мало- и среднеэтажных зданий в зонах холодного климата, направлено на уменьшение сжигаемого для обогрева здания топлива и экологически вредных газовоздушных выбросов; повышения уровня комфортности помещений здания; повышения долговечности несущих частей ограждающих конструкций здания; поддержания необходимого технического и санитарного уровня влажности в ограждающих конструкциях и в теплоинерционном пространстве под зданием.
Изобретение является существенным изменением конструкции устройства двухконтурной рекуперации воздуха изложенной в документе (1) за счет, прежде всего, использования конструкционных элементов подачи печных газов во второй рекуперативный контур энергоэффективного отапливаемого здания с двухконтурной рекуперацией воздуха и печных газов (далее Здания) путем смешивания печных газов с вентиляционным воздухом в газовом миксере (например, документ (2)), расположенном в чердачном помещении Здания, имея в виду применение в качестве устройства сжигания топлива системы отопления Здания, прежде всего, водотрубного котла с экономайзером первичной рекуперации тепла печных газов, который позволяет не только понизить температуру печных газов на выходе из экономайзера до 60-120ºС, но и существенно снизить концентрацию водяных паров, окислов углерода, азота, серы и пр. в печных газах, что позволяет существенно упростить конструкцию газового миксера в плане безопасности эксплуатации как его самого, так и системы вторичной рекуперации в целом.
Если обозначить обстоятельства современной интеллектуальной инженерно-технической среды для наиболее соответствующего современным реалиям описания устройства Здания, то необходимо отметить:
1. Широко использующиеся в мире смесительные газовоздушные теплообменники (ВГС) подачи смеси наружного воздуха с продуктами сгорания природного газа (документ (4), стр. 575) для совместного отопления и вентиляции производственных помещений с большим уровнем инфильтрации наружного воздуха.
2. Конструкции водотрубных экономайзеров, имеющих давнюю историю возникновения и успешного развития (economizer Robert Stirling, 1816 г.). Например, в документе (3) описан экономайзер водотрубного котла, конструкция которого ориентирована в т.ч. на снижение концентрации экологически вредных компонентов печных газов за счет их утилизации вместе с конденсатом благодаря специальному режиму, не допускающему парообразования в водяном контуре экономайзера.
3. Документ (1), в котором описан способ двухконтурной рекуперации воздуха в здании, где воздух, используемый во втором рекуперативном контуре, отдав тепловую энергию теплоинерционному слою ограждающих конструкций здания, не смешиваясь с воздухом помещений, в конечном счете, удаляется из здания.
Наиболее близкое техническое решение
Наиболее близким техническим решением устройства Здания является устройство двухконтурной рекуперации воздуха здания, описанное в документе (1), в котором, во время отопительного сезона, вентиляционный воздух, конвективно поступающий из других помещений здания в чердачное помещение, далее поступает в систему воздуховодов, расположенных в слое с малым теплоусвоением ограждающих конструкций, и далее, отдавая тепло теплоинерционному слою ограждающих конструкций, гравитационно поступает в теплоинерционное пространство под зданием (оборудованным в т.ч. конденсатопроводом для отвода конденсата из системы воздуховодов второго рекуперативного контура здания), откуда может подаваться в устройство сжигания топлива, как приток воздуха для сжигания топлива, или (и) конвективно подаваться обратно в чердачное пространство здания по воздуховоду, расположенному внутри здания. В неотопительный сезон система воздуховодов может трансформироваться так, чтобы обеспечить вентиляцию системы воздуховодов второго контура рекуперации воздуха здания наружным воздухом с целью сушки слоя с малым теплоусвоением, повышения температуры теплоинерционного пространства под зданием, повышения комфортности помещений в неотопительный сезон.
К недостаткам устройства двухконтурной рекуперации воздуха здания, описанного в документе (1), необходимо отнести отсутствие возможности использования тепла печных газов во втором рекуперативном контуре здания, которые даже при применении экономайзеров в водотрубных котлах имеют температуру не менее 60-120ºС (а также существенно лучшие экологические и технические параметры печных газов, чем у водотрубных котлов без экономайзера) и могли бы дать, даже в этом случае, примерно равный энергетический вклад по сравнению с теплоотдачей вентиляционного воздуха в теплоотдачу второго рекуперативного контура в отопительный сезон для здания, распложенного в холодном климате. Кроме того, устройство двухконтурной рекуперации воздуха здания, описанное в документе (1), в плане обеспечения необходимого уровня регулирования вентиляционной вытяжки современных Зданий с низким уровнем инфильтрации наружного воздуха предполагает или преодоление довольно высокого сопротивления потоку в вытяжной части системы вентиляции второго контура рекуперации воздуха здания за счет необходимости выполнения работы вентиляционным воздухом на преодоление высоты атмосферного столба от уровня теплоинерционного пространства под зданием до верха дымохода, или повышенного уровня инфильтрационного воздуха в здании, что приводит к неоправданным потерям тепловой энергии здания в отопительный сезон.
Устройство и принцип действия двухконтурной системы рекуперации воздуха и печных газов энергоэффективного отапливаемого здания
При строительстве Здания к, например, коаксиально (труба в трубе) расположенной трубопроводной системе отвода печных газов (п.1 Фиг. 1) (внутренняя труба) с расположенной внутри внешней трубы (исключая пространство внутренней трубы) системой притока вентиляционного воздуха (п.2 Фиг. 1) (первый рекуперативный вентиляционный контур) в жилые помещения Здания с шиберами регулировки притока (п.3 Фиг. 1) и шиберами регулировки раздачи (п.4, п.5 Фиг. 1),с нижнего конца трубопроводной системы отвода печных газов присоединяется экономайзер (п.6 Фиг. 1) водотрубного котла (п.7 Фиг. 1), а с верхнего конца присоединяется круглый фитинг с острым раздвоением потока (п.8 Фиг. 1) с шибером регулировки притока печных газов (п.9 Фиг. 1). К указанному фитингу подключаются байпасная труба (п.10 Фиг. 1) с шибером (п.11 Фиг. 1), а также газовый миксер (п.12 Фиг. 1) конструкции, например, документа (2), где печные газы подаются с нижнего входного отверстия газового миксера, а основной поток, поток вентиляционного воздуха подается через чердачное отверстие вентиляционной шахты вытяжки из нежилых помещений Здания и далее, через боковое отверстие подачи вентиляционного воздуха в газовый миксер, с шибером (п.13 Фиг. 1). Оба отверстия подачи вентиляционного воздуха оборудованы обратными клапанами (п.14 и п.15 Фиг. 1), что является двойной степенью защиты от возможного форс-мажорного проникновения печных газов в жилые помещения через газовый миксер. Далее газовый миксер (п.12 Фиг. 1) подсоединяется к вентиляционной трубе с теплоизоляционной затычкой (п.26 Фиг. 1) для вентиляции системы воздуховодов второго рекуперативного контура в неотопительный сезон (для этого необходимо удалить теплоизоляционную затычку из воздуховода (п.26 (Фиг. 1), закрыть шибер (п.9 Фиг. 1) и открыть шиберы (п.11 и п.13 Фиг. 1), а также к системе воздуховодов второго рекуперативного контура (п.16, п.17, п.18 Фиг. 1), расположенного в теплоинерционном слое ограждающих конструкций и теплоинерционного пространства под зданием, по которым газовая смесь, состоящая из вентиляционного воздуха и печных газов, гравитационно опускаясь, скапливается в расширительной емкости (п.19 Фиг. 1) с конденсатопроводом Т8 (п.20 Фиг. 1.), откуда газовая смесь (с целью обеспечения стабильности сопротивления ветровой нагрузки на вентиляционную систему второго рекуперативного контура) подается симметрично на две противоположных стороны Здания, через решетки ограничивающие доступ мелких животных, крупных насекомых, снега (п.24, п.25 Фиг. 1) в систему воздуховодов второго рекуперативного контура. Кроме того, из расширительной емкости (п.19 Фиг. 1) газовая смесь может подаваться через шибер (п.21 Фиг. 1) в водотрубный котел (п.7 Фиг. 1) для поддержки горения топлива. В расширительную емкость (п.19 Фиг. 1), находящуюся в ревизионном помещении с люком доступа (п.22 Фиг. 1) теплоинерционного пространства под Зданием, также подключен конденсатопровод с сифоном (водяным замком) отвода конденсата из экономайзера (п.6 Фиг. 1) для дальнейшей транспортировки конденсата по конденсатопроводу Т8 (п.20 Фиг. 1).
В отопительный сезон в систему воздуховодов второго рекуперативного контура через газовый миксер смешения вентиляционного воздуха и печных газов подается вентиляционный воздух, конвективно поднимающийся из помещений Здания в чердачное помещение и далее в газовый миксер, а также печные газы, подаваемые по трубопроводной системе отвода печных газов от экономайзера водотрубного котла с целью утилизации тепла газовой смеси в теплоинерционном слое ограждающих конструкций. Далее газовая смесь через систему воздуховодов второго рекуперативного контура, расположенную в теплоинерционном пространстве под Зданием, попадает в расширительную емкость, и далее газовая смесь, по симметрично расположенным трубопроводам, через систему ограничительных решеток, удаляется за пределы Здания на уровне цоколя Здания, а не на уровне верха дымохода, как в документе (1), а также через регулировочный шибер может подаваться в устройство сжигания топлива водотрубного котла.
Использование газовой смеси, состоящей преимущественно из вентиляционного воздуха, а также печных газов, в отопительный сезон позволит существенно увеличить количество утилизируемой во втором рекуперативном контуре Здания тепловой энергии, генерируемой тепловыделительными устройствами, людьми и животными, находящимися в Здании (не менее чем в полтора-два раза за отопительный сезон для Здания, распложенного в холодном климате, согласно параметрам нормирования расхода тепловой энергии Здания ((5), стр.115), нормирования объема воздуха для вентиляции Здания согласно СНиП 23-02-2003).
В неотопительный сезон система воздуховодов второго рекуперативного контура путем удаления теплоизоляционной затычки из воздуховода (п.26 Фиг. 1), закрытия шибера (п.9 Фиг. 1) и открытия шиберов (п.11 и п.13 Фиг. 1) обеспечивает, за счет вентиляции системы воздуховодов второго контура рекуперации воздуха здания наружным воздухом, сушку слоя с малым теплоусвоением ограждающих конструкций, повышение температуры теплоинерционного пространства под зданием, повышение комфортности помещений в неотопительный сезон.
Список документов, цитированных в описании изобретения
1. RU 2432435 C2; Е04В 2/00, Е04В 1/76; опубл. 2011.10.27.
2. SU 1607916 A1; B01F 5/06; опубл. 1990.11.22.
3. RU 2075007 C1; F22B 15/00; опубл. 1997.03.10.
4. Отопление. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Стройиздат, 1991 г.
5. Теплопотери здания. Малявина Е.Г. АВОК-ПРЕСС, 2007 г.