СПОСОБ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЯ И СИСТЕМА ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F24D3/00 

Изобретение относится к системам водяного отопления зданий.

Системы водяного отопления зданий широко используются, что связано с рядом преимуществ этих систем: экономичность, пожаробезопасность. Отрицательным фактором эксплуатируемых систем водяного отопления является их аварийность: при нарушении герметичности элементов системы вода вытекает из системы и затопляет здание.

Известна открытая система водяного отопления зданий, непосредственно подсоединенных к подающему и обратному теплопроводам горячего водоснабжения. Эта система работает при избыточном давлении воды во всех линиях (даже в самой верхней точке системы давление воды не менее 0,2 кгс/см²). Если для поддержания этого режима в обратном теплопроводе не хватает давления, то перед этим теплопроводом устанавливают регулятор давления "до себя". При трещине или разрыве трубопровода, отопительного прибора или иного элемента системы имеет место авария (вода выливается из системы и затопляет здание).

Известны закрытые (замкнутые) системы водяного отопления зданий, имеющие котел или теплообменник. Эта система также работает при избыточном давлении воды, которое определяется расположением открытого расширительного бака выше верхней точки трубопроводов системы. При трещине или разрыве трубопровода, отопительного прибора или много элемента системы имеет место авария (вода выливается из системы и затопляет здание), однако количество вылившейся воды обычно ограничено (не превышает объема заполнения закрытой системы отопления).

Для регулировки расхода греющей воды через отопительные приборы используются вентили, установленные на трубопроводах подвода воды к отопительным приборам. Однако, эти вентили ненадежны в работе и часто являются причиной протечек воды.

Цель изобретения - обеспечение безаварийности работы системы водяного отопления, а также легкости пуска системы и регулирования расхода греющей воды через отопительные приборы.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе водяного отопления зданий, включающем заполнение греющей водой отопительные приборы и трубопроводы, соединяющие отопительные приборы с подающим и сливным баками, по всей линии трубопроводов и отопительных приборов, находящихся в здании, давление греющей воды поддерживается ниже окружающего атмосферного давления. Очевидно, что так как давление греющей воды ниже атмосферного, то температура греющей воды ниже 100^оС.

Устройство для осуществления способа водяного отопления зданий включает находящиеся под атмосферным давлением подающий бак, соединенный с подающим теплопроводом горячего водоснабжения, и сливной бак, соединенный с отводящим теплопроводом, расположенные в здании отопительные приборы и трубопроводы, соединяющие отопительные приборы с подающим и сливным баками, и необходимые для обслуживания устройства запорно-регулирующую аппаратуру и контрольно-измерительные приборы. Отличительным является то, что баки имеют сливные отверстия для сброса избытка воды, входные отверстия трубопроводов, соединяющих отопительные приборы с баками, расположены в подающем баке ниже уровня сливного отверстия этого бака, причем ближайший к входному отверстию участок трубопровода расположен выше уровня сливного отверстия подающего бака, а выходные отверстия трубопроводов - в сливном баке ниже уровня сливного отверстия этого бака.

После заполнения трубопроводов и отопительных приборов водой поток воды в каждой линии обеспечивается за счет перепада уровней воды в подающем и сливном баках, определяемых расположением сливных отверстий этих баков. Расположение входного и выходного отверстий трубопроводов ниже уровня воды в соответствующих баках не позволяет воздуху попасть в линию и тем самым определяет заполнение водой всей линии. Такое устройство позволяет поддерживать давление греющей воды в отопительных приборах и трубопроводах, находящихся в здании, ниже окружающего атмосферного давления. В этом случае при образовании трещины или разрыве трубопровода, отопительного прибора или иного элемента, находящегося на этом участке устройства, вода не вытекает через трещины или разрыв (вода не течет из зоны меньшего давления в здание, где давление выше), а наоборот в устройство засасывается воздух, который вытесняет воду из участка трубопровода, находящегося выше сливного отверстия подающего бака, при этом прекращается поток воды по линии с трещиной или разрывом. Таким образом ликвидируется возможность аварий (вытекание греющей воды из системы водяного отопления в здание).

Установка водоструйного элеватора (эжектора) на трубопроводе, соединяющем отопительные приборы со сливным баком, обеспечивает регулируемое увеличение перепада давления между давлением воды на входе в трубопровод и на участке трубопровода, где установлен эжектор, за счет того происходит регулирование расхода греющей воды через отопительные приборы.

Использование эжектора также исключает часть запорной аппаратуры, используемой для заполнения линии водой: полученный эжектором перепад давления обеспечивает заполнение линии водой путем всасывания воды из подающего бака.

При работе эжектора по всему участку линии от подающего бака до эжектора обеспечивается давление воды ниже окружающего атмосферного давления.

На фиг. 1 и 2 изображена предлагаемая система.

Система включает подающий теплопровод 1 (Т1), подающий бак 2 с воздушкой 3 (Т91) и сливным отверстием 4, параллельные линии трубопроводов 5 с отопительными приборами 6, сливной бак 8 с воздушкой 9 (Т91) и сливным отверстием 10, обратный трубопровода 11 (Т2) с насосом 12. Сливное отверстие 10 бака 8 расположено по уровню ниже сливного отверстия 4 бака 2. Входные 13 и выходные 14 отверстия трубопроводов 5 расположены в баках 2 и 8 соответственно ниже сливных отверстий 4 и 10. На подающем теплопроводе 1, воздушке 3 и сливном отверстии 4 бака 2 установлена запорная аппаратура 15-17, необходимая для заполнения линии водой. Система снабжена контрольно-измерительными приборами (мано- и вакуумметрами, термометрами, сигнализаторами протока воды и др.)
Пример осуществления способа.

Теплопровод 1 находится под избыточным давлением греющей воды с температурой около 90^оС. Пуск устройства осуществляют следующим образом.

Открывают арматуру 15, закрывают арматуру 17 и закрывают арматуру 16 после заполнения водой бака 2. Под действием избыточного давления вода потечет из бака по трубопроводу 5 и отопительным приборам 6 в бак 8. После заполнения бака 8 вода через сливное отверстие стекает в обратный теплопровод 11. Включают насос 12 и воду отводят из устройства.

Перевод на рабочий режим осуществляют следующим образом. Открывают арматуры 16 и 17 (при этом бак 2 находится под атмосферным давлением, а уровень воды в баке 2 устанавливается на уровне сливного отверстия 4), а арматурой 15 регулируют так, что только небольшой избыток воды стекает через сливное отверстие 4. Система работает в рабочем режиме: вода заполняет баки 2 и 8 до уровня сливных отверстий 4 и 10, трубопроводы 5 и отопительные приборы 6. Вода по теплопроводу подается в бак 2, откуда по параллельным трубопроводам 5 с отопительными приборами 6 самотеком течет в сливной бак 8. Избыток воды через сливное отверстие 4 бака 2 сливается в бак 8. Из бака 8 через сливное отверстие 10 вода сливается в обратный теплопровод 11 и отводится насосом 12 из системы.

Остановка: закрывают арматуру 15 (вода не поступает в бак 2). По трубопроводам 5 вода продолжает перетекать из бака 2 в бак 8, пока уровень воды в баке 2 не опускается до уровня входного отверстия 13 трубопровода 5. Как только освобождается от воды входное отверстие 13, в трубопровод 5 входит воздух, и весь трубопровод 5 с отопительными приборами 6 освобождается от воды (вода течет в бак 8).

При рабочем режиме давление воды Р в любой точке трубопровода 5 и отопительных приборов 6 определяется разностью уровней Н этой точки и уровнем воды в баке 2 (расположением сливного отверстия 4) и перепадом давления (Δ Р), связанного с гидравлическим сопротивлением до определяемой точки
Р=Р_а+Н γ - Δ Р где Р_а - атмосферное давление;
γ - плотность греющей воды.

На трубопроводах 5 и отопительных приборах 6 система всегда обеспечивает условие Hγ < Δ Р. Следовательно, обеспечивается способ охлаждения: давление греющей воды Р ниже окружающего атмосферного давления Р_а.

Рассмотрим случай нарушения герметичности трубопровода 5 или отопительного прибора 6 при работе системы в рабочем режиме: так как давление внутри трубопровода и отопительного прибора меньше атмосферного, то в образовавшуюся щель (отверстие) засасывается воздух, который скапливается в верхнем участке трубопровода 5 и разрывает непрерывность струи воды - этим самым прекращается поток воды по трубопроводу 5, а оставшаяся в трубопроводе 5 и отопительных приборах 6 вода стекает в баки 2 и 8. Протечек воды в здание (авария) не будет, а соответствующие приборы (сигнализатор протока воды) указывают о неисправности.

Система имеет определенные сложности в обслуживании при пуске (заполнения линий водой). Кроме того, во время пуска (заполнения линий водой) вода в трубопроводах 5 и отопительных приборах 6 может находиться под давлением выше атмосферного.

Система (фиг. 2) включает подающий теплопровод 1 (Т1), подающий бак 2 с воздушной 3 (Т91) и сливным отверстием 4, параллельные линии трубопроводов 5 с отопительными приборами 6, эжектор 7, сливной бак 8 с воздушкой 9 (Т91) и сливным отверстием 10, обратный теплопровод 11 (Т2) с насосом 12. На теплопроводе 1 установлены запорно-регулирующие арматуры 15 и 18. Входные 13 и выходные 14 отверстия трубопроводов 5 расположены в баках 2 и 8 соответственно ниже сливных отверстий 4 и 10. Сопло эжектора 7 соединено через арматуру 18 с подающим теплопроводом 1, всасывающий патрубок соединен с отопительными приборами 6, а эжекторная труба - со сливным баком 8. Система также снабжена контрольно-измерительными приборами.

Пример осуществления способа.

Теплопровод 1 находится под избыточным давлением греющей воды с температурой около 90^оС.

Пуск устройства: открывают арматуру 15 и после заполнения бака 2 водой открывают арматуру 18. Под действием разрежения, создаваемого эжектором, вода заполняет линии трубопроводов 5 и отопительные приборы 6. Вода стекает в бак 8 и после его заполнения стекает в обратный теплопровод 11. Включают насос 12 и воду отводят из системы. Арматурой 18 регулируют общий расход воды так, что только небольшой избыток ее стекает через сливное отверстие 4.

Система работает в рабочем режиме: вода заполняет баки 2 и 8 до уровня сливных отверстий 4 и 10, трубопроводы 5 и отопительные приборы 6. По теплопроводу вода подается в бак 2 и при необходимости в сопло эжектора 7. Из бака 2 вода по параллельным трубопроводам 2 с отопительными приборами 6 самотеком течет в сливной бак 8. Избыток воды через сливное отверстие 4 бака 2 сливается в бак 8. Из бака 8 через сливное отверстие 10 вода сливается в обратный теплопровод 11 и отводится насосом 12 из системы.

Остановка: закрывают арматуру 15 (вода не поступает в бак 2). По трубопроводам 5 вода продолжает перетекать из бака 2 в бак 8, пока уровень воды в баке 2 не опускается до уровня входного отверстия 13 трубопровода 5. Как только освобождается от воды входное отверстие 13, в трубопровод 5 входит воздух, и весь трубопровод 5 с отопительными приборами 6 освобождается от воды (вода стекает в бак 8), закрывает арматуру 18, отключают насос 12.

При рабочем режиме давление воды Р в любой точке трубопровода 5 (до эжектора 7) и отопительных приборов 6 определяется разрежением Р_э, создаваемым эжектором, разностью уровней (Н) этой точки и уровнем воды в баке 2 и перепадом давления ( Δ Р), связанного с гидравлическим сопротивлением от входного отверстия 13 до определяемой точки
Р=Р_а-Р_э+Н γ - Δ Р.

На трубопроводе 5 (до эжектора) и отопительных приборах 6 система всегда обеспечивает условие (Р_э+ Δ Р)>Нγ. Следовательно, обеспечивается способ охлаждения: давление греющей воды (Р) ниже окружающего атмосферного давления (Р_а).

Рассмотрим случай нарушения герметичности трубопровода 5 (на участке до эжектора) или отопительного прибора 6: так как давление внутри трубопровода и отопительного прибора меньше атмосферного, то в образовавшуюся щель (отверстие) засасывается воздух, который вместе с водой выносится через эжектор в бак 8, а соответствующие приборы (сигнализатор наличия воздуха в потоке воды или сигнализатор потока воздуха в воздушке 9) указывает о неисправности.

Отметим, что указанные на фиг. 1 и 2 подающий теплопровод 1, баки 2 и 8, арматуры 15, 17, 18 и эжектор 7 могут находиться вне обогреваемого здания, что еще более обезопасит здание от аварий.

Этот способ и систему наиболее целесообразно применять для отопления музеев, архивов, хранилищ, библиотек, где аварии с прорывом воды приводят часто к невозвратимым потерям.

Сущность изобретения: подают греющую воду в систему трубопроводов, соединяющих отопительные приборы с подающим и сливным баками. Давление греющей воды в системе трубопроводов и отопительных приборах поддерживают ниже давления окружающего атмосферного воздуха. Находящийся под атмосферным давлением подающий бак соединен с подающим теплопроводом горячего водоснабжения и содержит сливной патрубок для слива избытка воды. Сливной бак сообщен через сливной патрубок с обратным теплопроводом. Отопительные приборы размещены в здании. Трубопровод с входным и выходным отверстиями подключен к отопительным приборам, подающему и сливному бакам. Отверстия трубопровода размещены соответственно в подающем и сливном баках ниже уровня сливных патрубков. Ближайщий к входному отверстию участок трубопровода расположен выше уровня сливного патрубка подающего бака. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ водяного отопления здания, включающий подачу греющей воды в систему трубопроводов, соединяющих отопительные приборы с подающим и сливным баками, отличающийся тем, что давление греющей воды в системе трубопроводов и отопительных приборах поддерживают ниже давления окружающего атмосферного воздуха. 2. Система водяного отопления, содержащая находящиеся под атмосферным давлением подающий бак, соединенный с подающим теплопроводом горячего водоснабжения и включающий сливной патрубок для слива избытка воды, сливной бак, сообщенный через сливной патрубок с обратным теплопроводом, а также отопительные приборы, размещенные в здании, трубопровод с входным и выходным отверстиями, подключенный к отопительным приборам, подающему и сливному бакам, запорно-регулирующую арматуру и контрольно-измерительные приборы, отличающаяся тем, что входное и выходное отверстия трубопровода размещены соответственно в подающем и сливном баках ниже уровня сливных патрубков, при этом ближайший к входному отверстию участок трубопровода расположен выше уровня сливного патрубка подающего бака. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что трубопровод содержит эжектор с соплом, всасывающим патрубком и эжекторной трубой, при этом всасывающий патрубок сообщен с трубопроводом после нагревательных приборов, эжекторная труба подключена к сливному баку, а сопло через запорно-регулирующую арматуру соединено с подающим теплопроводом.