СПОСОБ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ И СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF AIR HEATING AND SYSTEM OF AIR HEATING FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к средствам для создания благоприятных условий проживания в крытых помещениях, преимущественно в индивидуальных домах.
Известны способы воздушного отопления, в соответствии с которыми к воздуху, отбираемому из помещений, подмешивается свежий воздух, получившаяся смесь очищается от механических примесей, нагревается и подается обратно в помещения. Для перемещения воздуха используется соответствующая система подающих и обратных воздуховодов. Механическое побуждение движения воздуха обеспечивается воздухонагнетателем (канальным вентилятором). При этом осуществляется приточная вентиляция путем подмеса свежего воздуха в обратные воздуховоды и вытяжная из нежилых помещений. В зависимости от скорости перемещения воздуха по воздуховодам известные решения подразделяются на низко- и высокоскоростные.
Низкоскоростные способы воздушного отопления являются традиционными. Скорость потока нагретого воздуха на выходе из подающих решеток в таких системах не превышает 1,5 м/с, что является комфортным для потребителя. Дополнительным преимуществом является невысокая шумность работы системы. Существенными недостатками таких систем являются значительные затраты на разработку, монтаж и наладку (балансировку) таких систем [1].
К высокоскоростным обычно относят способы воздушного отопления со скоростью потока на выходе из подающих решеток более 3 м/с. Известные высокоскоростные решения имеют ряд преимуществ. Это простота разработки, монтажа, а главное - отсутствие необходимости балансировки системы. Последнее достигается за счет применения специальных гибких подающих воздуховодов малого сечения определенного диапазона длин (от 3 до 7 м). Существенными недостатками таких систем являются повышенная шумность работы системы и повышенные энергозатраты на прокачку воздуха через систему [2].
Предлагаемое решение объединяет ряд преимуществ обоих типов известных (низко- и высокоскоростных) способов. Предлагаемое решение является низкоскоростной системой по скорости перемещения воздуха по воздуховодам. Одновременно использование гибких подающих воздуховодов позволяет реализовать преимущества высокоскоростных систем в части удобства монтажа. При этом используются широкораспространенные в вентиляции гибкие звукоглушащие теплоизолированные воздуховоды. Это обеспечивает более высокий уровень комфорта для конечного потребителя (низкая скорость воздуха из подающих решеток и предельно низкий уровень шума). Кроме того, применение широко распространенных в вентиляции гибких звукоглушащих теплоизолированных воздуховодов упрощает и удешевляет реализацию системы.
Указанные преимущества предлагаемого решения возникли благодаря применению нового типа воздухонагнетателя, в качестве которого используется ранее не применявшийся в этих целях высоконапорный вентилятор с рабочим колесом, снабженным обратнозагнутыми лопатками и вентильным приводом с плавной регулировкой оборотов. Энергоэффективность (КПД) такого привода значительно превышает аналогичный показатель в вентиляторах, применяемых в известных решениях.
Предлагаемый способ воздушного отопления заключается в следующем. Предварительно задают требуемую температуру воздуха в помещении, подключают источник тепла, для чего переводят в рабочий режим водяной отопительный водогрейный котел и включают циркуляционный насос в контуре водяного теплообменника, одновременно с этим в систему подают теплоноситель-воздух, находящийся в ненагретом помещении. При этом увеличивают расход воздуха. Также может быть подключен дополнительный источник тепла в системе.
Новым в способе является то, что расход воздуха увеличивают (тогда как в известных решениях этот расход остается неизменным) фактически до максимально возможного уровня, ограничиваемого производительностью вентилятора и приемлемым уровнем шума. Новым также является подключение дополнительного источника тепла в системе.
Таким образом, при реализации предлагаемого способа появляется возможность ускорения прогрева помещения, что особенно актуально для загородных домов с периодическим проживанием. Прогрев необходим в отопительный сезон, когда загородный дом длительное время не отапливался и температура внутри него существенно ниже комфортной. В этом случае, как правило, необходимо быстро прогреть дом до приемлемого для проживания значения температуры.
В предлагаемом решении прогрев до приемлемого значения температуры осуществляется значительно быстрее, чем его обеспечивают известные решения. Это достигается за счет того, что отбор тепла от водяного теплообменника увеличивается благодаря увеличению расхода воздуха-теплоносителя через него и подключения дополнительного источника тепла в системе (электрического воздухонагревателя). Увеличение расхода воздуха достигается переводом вентилятора из рабочего режима в режим увеличенной производительности, что позволяет значительно увеличить теплосъем с водяного теплообменника, а значит, значительно быстрее прогреть помещение. Известные решения такого режима не имеют и работают с одним фиксированным рабочим значением скорости, а значит, и с фиксированным значением расхода воздуха-теплоносителя.
Дополнительному ускорению прогрева способствует использование тепла от дополнительного источника, предусмотренного в предлагаемом решении. В известных решениях такие источники не предусмотрены..
Предлагаемый способ может быть реализован посредством предлагаемого устройства, описываемого ниже.
Система воздушного отопления включает в себя систему воздуховодов с регулирующими воздушный поток узлами и последовательно соединенные узлы фильтрации и нагрева воздуха и воздухонагнетатель, изображенные на фиг.1. В систему воздушного отопления входят подающий воздуховод 1 (выполняемый в виде гибкого звукоглушащего теплоизолированного воздуховода), по которому подогретый воздух поступает во все помещения (условно показано одно жилое и одно нежилое помещение), дроссельная заслонка 2, подающий узел 3, обратный воздуховод 4, обратный коллектор 5, дроссельная заслонка 6, подающий узел 7, воздуховод приточной вентиляции 8, дроссельная заслонка 9 приточной вентиляции, вытяжная вентиляция 10, подающий коллектор 11, узел фильтрации 12, узел нагрева 13, который может содержать электрический воздухонагреватель 14 и водяной теплообменник 15, а также воздухонагнетатель 16, выполненный в виде вентилятора с вентильным приводом и рабочим колесом, снабженным обратнозагнутыми лопатками, а также блок 17 управления системой, электрически связанный с узлами 14, 16 и программируемым электронным термостатом 18, с помощью которого устанавливаются режимы работы системы.
Элементы воздухонагнетателя 16, более подробно изображенные на фиг.2, представляют собой кожух 19, выполняющий функцию несущей конструкции для упомянутых элементов, на внутренней стороне которого закреплена звукоизоляция 20, вентильный электродвигатель 21, рабочее колесо 22 с обратнозагнутыми лопатками, входной диффузор 23, резиновые амортизаторы 24, входную камеру 25, отражатель 26.
Предлагаемое выполнение воздухонагнетателя 16 обладает следующими, по сравнению с известными решениями, техническими преимуществами.
1. Вентилятор с рабочим колесом с обратнозагнутыми лопатками имеет значительно лучшие напорные характеристики за счет того, что нагрузочная характеристика таких вентиляторов практически линейна и не имеет «завала» при малых расходах (большом сопротивлении в нагрузке). Это особенно ценно для систем воздушного отопления, ибо позволяет использовать гибкие шумоглушащие воздуховоды с высоким сопротивлением по воздуху. Такие воздуховоды обеспечивают минимальные шумовые характеристики всей системы воздушного отопления, что позволяет подняться на новый качественный уровень и избавиться от существенного недостатка таких систем - высокой шумности работы.
2. При этом такой вентилятор обеспечивает повышенную производительность при пониженном по сравнению с традиционными решениями энергопотреблении, что обеспечивает повышение эффективности по сравнению с известными решениями.
3. Вентильный электродвигатель имеет плавный пуск. Благодаря этому переходной процесс протекает в сглаженной форме и не сопровождается характерным шумом и вибрацией, выражающейся в виде «хлопка» при пуске. Это обеспечивает снижение шумности работы системы.
4. Вентильный электродвигатель имеет встроенную функцию плавной регулировки оборотов путем изменения сопротивления внешнего потенциометра, подключаемого к соответствующим выводам электродвигателя. Это обеспечивает возможность точной настройки системы воздушного отопления под конкретный дом в режимах нагрева/охлаждения, вентиляции и ускоренного прогрева.
5. Исполнение вентиляторного блока в виде отдельной конструкции, в отличие от известных решений, обеспечивает возможность монтажа системы в различных конфигурациях (левый или правый подвод обратного коллектора), исключив выпиливание отверстий «по месту» в корпусе установки. Вентиляторный блок имеет массу, не превышающую 25 кг, что позволяет производить сборку установки силами одного монтажника. Благодаря перечисленным особенностям обеспечивается удобство монтажа.
Предлагаемое решение позволяет для снижения шумности работы системы и упрощения монтажа, использовать в качестве подающих и обратных воздуховодов стандартные гибкие теплоизолированные звукоглушащие воздуховоды, широко применяемые в системах вентиляции. В известных решениях применяются либо жесткие металлические воздуховоды, дополнительно снабжаемые слоем теплоизоляции, используются канальные шумоглушители либо специально разработанные дорогостоящие гибкие воздуховоды определенной длины. Предлагаемое решение обеспечивает поэтому снижение затрат на оборудование и упрощение монтажа по сравнению с известными решениями.
Предлагаемое выполнение узла нагрева воздуха, в отличие от известных решений, предусматривает возможность как одновременного, так и пораздельного применения двух типов нагрева (водяной теплообменник и/или электрический воздухонагреватель). Это повышает «живучесть» жизненно важной системы отопления в целом при перебоях или отсутствии одного из источников энергии. Одновременное применение двух типов нагрева обеспечивает возможность использования нового режима в работе систем воздушного отопления. В этом режиме осуществляется интенсивный прогрев дома одной системой воздушного отопления в случаях значительного падения наружной температуры или в случае необходимости ускоренного прогрева периодически эксплуатируемого дома. В этих случаях воздухонагнетатель включается на увеличенный расход и в дополнение к водяному теплообменнику включается электрический воздухонагреватель, что позволяет быстрее прогреть дом до необходимой температуры. Одновременное применение двух типов нагрева обеспечивает высокую эффективность поддержания требуемой температуры в случаях значительного падения наружной температуры благодаря одновременному использованию всех доступных системе источников энергии, что достигается быстрее, чем в известных системах.
Предлагаемое выполнение узла нагрева воздуха в виде единообразно унифицированного по посадочным местам водяного теплообменника (электрический воздухонагреватель отсутствует) позволяет, в отличие от известных решений, использовать всю номенклатуру водяных теплообменников с едиными присоединительными размерами в сходном конструктивном исполнении. Такая унификация снижает цену узла нагрева и обеспечивает взаимозаменяемость теплообменников разной мощности. В этом случае место установки электрического воздухонагревателя закрывается специальной заглушкой для герметизации воздушного канала.
Предлагаемое выполнение узла нагрева воздуха в виде единообразно унифицированного по посадочным местам электрического воздухонагревателя (водяной теплообменник отсутствует) позволяет, в отличие от известных решений, использовать всю номенклатуру электрических воздухонагревателей с едиными присоединительными размерами в сходном конструктивном исполнении. Такая унификация снижает цену узла нагрева и обеспечивает взаимозаменяемость электрических воздухонагревателей разной мощности. В этом случае место установки водяного теплообменника закрывается специальной заглушкой для герметизации воздушного канала.
Источники информации
1. Hi-Velocity НЕ System ESP 104.04b-1 (http://www.hi-velocity.com/en/manuals/ESP%20104.04b%20HE%20Design%20Manual%20Col%20Web.pdf)
2. LV Installation Manual ESP 202.02 (http://www.hi-velocitv.com/en/tech%20support/ESP%20202.02b%20LV%20Installation%20Manual%20Web.pdf)