СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ И ОТОПЛЕНИЯ ВАННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ В МНОГОЭТАЖНЫХ ДОМАХ
SYSTEM OF VENTILATION AND HEATING OF BATHROOMS IN MULTISTORY BUILDINGS

Изобретение относится к области теплотехники и может найти применение для отопления и вентиляции помещений ванных комнат в многоэтажных домах, в частности, с использованием тепловых насосов.
Известна установка для подогрева воды, в которой используется тепловая энергия отводимого воздуха (см. патент DE 202006005469, F24D 17/02, опубликован 22.06.2006). В отводящем воздуховоде известной установки вмонтирован испаритель теплового насоса, в котором тепловая энергия отводимого воздуха трансформируется в энергию подогрева воды, а недостающая мощность пополняется из дополнительного источника тепла.
Известное решение не может быть использовано в многоэтажных домах, так как оно не гарантирует необходимых температурных параметров горячей питьевой воды (не меньше 60°С) и требует применения дополнительных объемных подогревателей (накопителей), которые значительно увеличивают габариты и стоимость системы.
Известна система для вентиляции дома (патент DE 19614913, F24D 3/12, опубликован 23.10.1997), в которой для отопления помещений используется тепловая энергия отводимого воздуха. В этой системе возвращаемая вода в обратном трубопроводе подогревается тепловым насосом, который по трехтрубной системе соединен с циркуляционным контуром центрального отопления. Основной нагрев системы осуществляется из теплового узла, находящегося в котельной дома и дополнительно для обогрева системы используется энергия выбрасываемого воздуха.
Недостатком этой системы является то, что известная система приспособлена для централизованного отопления помещений в холодное время года. В многоэтажных домах ванные комнаты отапливаются круглый год, поэтому применение данной системы в летнее время года нецелесообразно, так как удаляемое тепло в системе вентиляции используется не эффективно.
Для вентиляции и отопления ванных комнат в жилых многоэтажных домах в настоящее время широко используется система отопительных приборов ванных помещений, например в виде змеевиков, которые присоединены трубопроводами к системе циркуляции горячей питьевой воды (М.Гелгаудас, А.Шляжас; Ю.Шведраускас, Е.Туомас. Снабжение тепла. - В.: Аушра, 1993, стр.171-174. - наиболее близкий аналог).
Горячая вода в эту систему подается из теплообменника, находящегося в помещении теплового узла, или из групповой бойлерной. Температура подаваемой в кран питьевой воды, а также в змеевиках находится в пределах 45-55°С, поэтому в ванных помещениях небольшого объема температура воздуха достигает 20-22°С. Так как многоэтажные дома снабжены естественной системой вентиляции, теплый воздух из ванных помещений через соответствующие вентиляционные отверстия поступает в воздуховоды (вентиляционные каналы), по которым путем естественной тяги удаляется в атмосферу.
Недостатком этой системы является то, что большое количество неиспользованной тепловой энергии не эффективно выбрасывается в атмосферу через вентиляционные отверстия воздуховодов, что увеличивает расходы тепловой энергии помещения. Эти расходы особенно возрастают в холодное время года, с появлением более интенсивной гравитационной тяги воздуха. Отопительные приборы ванных помещений - змеевики в этой системе являются частью системы циркуляции питьевой воды, это диктует повышенные требования к применяемым материалам, они должны быть изготовлены из более дорогой стали, стойкой к коррозии, что увеличивает цену оборудования ванных помещений.
Задачей изобретения является уменьшение расходов энергии для отопления ванных помещений в многоэтажных домах, уменьшение загрязнения окружающей среды, а также обеспечение хорошей вентиляции помещений.
Поставленная задача решается тем, что известная система вентиляции и отопления ванных помещений в многоэтажных домах, содержащая отопительные приборы ванных помещений, соединенные подающим и обратным трубопроводами циркуляции горячей воды и воздуховоды естественной вентиляции с присоединенными вентиляционными отверстиями, дополнительно содержит тепловой насос, вентиляционная установка которого выполнена с входными отверстиями в нижней части, соединенными через коллектор с воздуховодами естественной вентиляции, блок автоматического управления, установленный на гидравлическом модуле, теплообменник-конденсатор которого через циркуляционный насос соединен подающим и обратным трубопроводом циркуляции горячей воды с отопительными приборами ванных помещений, а также терморегулирующий клапан, установленный на обратном трубопроводе с хладагентом, например фреоном в фазе жидкообразного состояния.
Вентиляционная установка теплового насоса смонтирована в чердачном помещении или снаружи многоэтажного дома, а гидравлический модуль - внутри.
В качестве отопительных приборов ванных помещений используют полотенцесушители, например змеевики и/или устройства напольного отопления.
Корпус вентиляционной установки выполнен из стойких к влиянию атмосферы материалов, а в его нижней части расположены входные отверстия для соединения с воздуховодами естественной вентиляции.
Мощность теплового насоса рассчитывают пропорционально сумме мощностей подключенных к нему отопительных приборов ванных помещений.
В тепловом насосе установлен осевой вентилятор низкого давления, обеспечивающий в воздуховодах давление, соответствующее естественной тяге, в пределах 7-12 Па.
Изобретение иллюстрируется принципиальной схемой системы вентиляции и отопления ванных помещений в многоэтажных домах.
Предложенная система вентиляции и отопления ванных помещений в многоэтажных домах содержит в ванных помещениях присоединенные вентиляционные отверстия 1, соединенные с воздуховодами естественной вентиляции 2. Воздуховоды естественной вентиляции 2, через коллектор 3 соединены с входными отверстиями 4, расположенными в нижней части вентиляционной установки 5 теплового насоса. Вентиляционная установка 5 теплового насоса содержит осевой вентилятор низкого давления 6, испаритель 7 и компрессор 8. При этом компрессор 8 посредством подающего 10 и обратного 10' трубопроводов, заполненных хладагентом, предпочтительно фреоном, соединен с гидравлическим модулем 11 теплового насоса. Теплообменник-конденсатор 12 гидравлического модуля 11, через циркуляционный насос 13 посредством подающего 14 и обратного 14' трубопроводов циркуляции горячей воды соединен с приборами отопления ванных помещений, например, змеевиками 15 или устройствами напольного отопления (не показано). На обратном трубопроводе 10' с фреоном, находящимся в фазе жидкообразного состояния, смонтирован терморегулирующий клапан 16. На гидравлическом модуле 11 установлен независимый автоматический блок управления 9.
Вентиляционная установка 5 теплового насоса может быть смонтирована в чердачном помещении в случае, если многоэтажный дом имеет наклонную крышу, или снаружи многоэтажного дома, а гидравлический модуль 11 - внутри (не показано). В этом случае корпус вентиляционной установки 5 выполняют из стойких к влиянию атмосферы материалов. В нижней части корпуса вентиляционной установки 5 расположены входные отверстия 4 для соединения с воздуховодами естественной вентиляции 2.
Система вентиляции и отопления ванных помещений в многоэтажных домах работает следующим образом.
Теплый воздух ванных помещений через присоединенные вентиляционные отверстия 1, воздуховод естественной вентиляции 2, коллектор 3 и входные отверстия 4, расположенные в нижней части вентиляционной установки 5 поступает на осевой вентилятор низкого давления 6 и испаритель 7. Одновременно в испаритель 7 поступает жидкий фреон из обратного трубопровода 10'. В испарителе 7 фреон низкой температуры охлаждает поступивший в корпус вентиляционной установки 5 из воздуховода естественной вентиляции 2 воздух до 9-12°С, который осевым вентилятором низкого давления 6 удаляется в атмосферу. Фреон, нагреваясь от поступившего теплого воздуха, переходит из жидкообразного в парообразное состояние, и, компрессором 8 сжимается, вследствие чего повышается его температура. Разогретый фреон по подающему трубопроводу 10 поступает в теплообменник-конденсатор 12, в котором передает свою тепловую энергию воде, циркулирующей в подающем трубопроводе 14 и отопительных приборах ванных помещений, змеевиках 15. Далее фреон возвращается в жидкообразное состояние и через терморегулирующий клапан 16 по обратному трубопроводу 10' возвращается в испаритель 7.
Циркуляцию горячей воды в тепловой системе обеспечивает циркуляционный насос 13. Блок управления 9 автоматически регулирует температуру циркулирующей горячей воды, и по установленной в нем программе автоматически включает и выключает компрессор 8. Температура подаваемой из теплообменника-конденсатора 12 по подающему трубопроводу 14 воды в зависимости от заданных температурных параметров или необходимого режима в отопительных приборах, змеевиках 15 находится в пределах 48-50°С, а температура возвращаемой по обратному трубопроводу 14' - в пределах 42-45°С.
С целью снижения энергозатрат блок управления 9 обеспечивает регулировку температуры подаваемой горячей воды по заданной программе времени в течение недели или в течение суток. Так как эффективность теплового насоса прямо пропорциональна температуре воздуха, проходящего через испаритель, предложенная система является эффективной именно для отопления ванных помещений, поскольку забираемый из ванных помещений воздух является наиболее теплым. В связи с тем, что мощность змеевиков ванной комнаты небольшая, забираемого воздуха хватает для того, чтобы тепловой насос поддерживал температуру воды, поступающей по подающему трубопроводу 14 в пределах 48-50°С и обеспечивал для ванных комнат требуемую температуру воздуха в пределах 20-22°С. При таких условиях, в течение всего года достигается коэффициент полезного действия теплового насоса (СОР) не меньше чем 3,5-3,6.
В связи с тем что предложенная система используется не только для отопления ванных комнат, но и для их вентиляции, в ней используется осевой вентилятор с низким давлением, обеспечивающий в воздуховодах давление, соответствующее естественной тяге, в пределах 7-12 Па. Данные параметры вентилятора гарантируют хорошую вентиляцию всех помещений, даже при интенсивном изменении вентиляции отдельных помещений.
Предложенная система вентиляции и отопления ванных помещений в многоэтажных домах по сравнению с прототипом позволяет снизить расходы энергии, идущей на отопление, поскольку в ней используется большое количество энергии, удаляемой через воздуховоды естественной вентиляции из многоэтажных домов.
Анализ расхода тепловой энергии типового 54-х квартирного девятиэтажного дома с двумя подъездами, площадью 3509 м, построенного до 1992 г., с использованием системы вентиляции и отопления ванных комнат по прототипу, показал, что расход тепловой энергии составляет 140500 кВтч/год или 217 кВтч/мес. для змеевика одного ванного помещения.
Использование предложенной системы вентиляции и отопления ванных помещений позволяет снизить расход тепла до 110000 кВтч/год или до 160 кВтч/мес. для змеевика одного ванного помещения. Экономия тепла составляет, соответственно 21%. Учитывая высокие цены энерго- и теплоносителей, в предложенной системе вентиляции и отопления ванных помещений, расходы для одного помещения уменьшатся, приблизительно на 49%. По сравнению с прототипом, предложенная система вентиляции и отопления помещений в многоэтажных домах обеспечивает возможность использования возобновляемых источников энергии, а также уменьшает загрязнение окружающей среды.
2
2
В таблице 1 приведены данные выбросов CO в многоэтажном доме. Результаты показывают, что использование предложенной системы на 58% уменьшает выбросы в атмосферу CO, что особенно актуально в современных условиях борьбы с парниковым эффектом.
Таблица 1
Тип системы отопления
Расход тепловой энергии для вентиляции и отопления ванных помещений, кВтч/год
Расходы на выработку энергии, кВтч/год
Количество выбрасываемого СО<sub>2 </sub>кг/год
От центрального теплоснабжения
От электросетей
От удаляемого воздуха
Прототип
140500
140500
-
-
33200<sup>*</sup>
Заявленная система
110000
6300
28800
74900
13900<sup>**</sup>
<sup>*</sup> Выделение количества выбросов CO<sub>2</sub> системами центрального теплоснабжения за вычетом 17%, идущих на потери в центральных магистралях, подводящих горячую воду в многоэтажный дом, что составляет 0,236 кг/кВтч.;
<sup>**</sup> Выделение количества выбросов CO<sub>2</sub>, при использовании энергии электросетей, что составляет 0,400 кг/кВтч.
3
Использование предложенной системы вентиляции и отопления ванных помещений в многоэтажных домах позволяет применять отопительные приборы (змеевики), выполненные из недорогих марок стали, что позволяет значительно снизить стоимость всей системы в целом. При реконструкции или строительстве новых многоэтажных домов появляется возможность без дополнительного регулирования установить напольное отопление в ванных помещениях, пропорционально уменьшая тепловую мощность змеевика. Применение предложенной системы вентиляции и отопления в многоэтажных домах исключает возможность злоупотреблять расходом горячей питьевой воды, поскольку при отделении циркуляции питьевой воды от тепловой системы ванных помещений, декларируемый расход воды становится пропорционален количеству энергии, требуемой для ее подогрева, т.е. 51 кВтч/м.
Таким образом, по сравнению с прототипом, новая совокупность конструктивных элементов предложенной системы позволяет уменьшить энергетические расходы на отопление и вентиляцию, использовать возобновляющиеся источники энергии, уменьшить загрязнение окружающей среды и удешевить стоимость отопительных приборов ванных помещений.