СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ Российский патент 2000 года по МПК F24D3/02 

Изобретение относится к теплоснабжению, а точнее к технике отопления многоэтажных зданий с одинаковой планировкой этажей, подключенной к тепловым сетям или котельным, и может быть использовано для отопления зданий любого назначения.

Известна система насосного водяного отопления, содержащая местный тепловой пункт, магистрали, стояки, отопительные приборы и запорно-регулирующую арматуру [1].

Однако, такие системы отопления в многоэтажных зданиях не обладают гидравлической и тепловой устойчивостью и не позволяют осуществлять учет теплоты на отопление каждой квартиры, а также необходимость установки компенсирующих устройств при длинных ветках, усложнение монтажа.

Известна однотрубная горизонтальная система отопления [2], которая включает подающие и обратные стояки и подключенные к ним горизонтальные трубопроводы с отопительными приборами.

Однако такие системы отопления в многоэтажных зданиях не обладают гидравлической и тепловой устойчивостью, отопительные приборы таких систем отопления необходимо покрывать тепловой изоляцией, создающей термическое сопротивление, кроме того такие системы отопления не позволяют осуществлять учет теплоты на отопление каждой квартиры, сложность нанесения слоя тепловой изоляции, толщина которого уменьшается от подающего к обратному стояку, усложнение монтажа за счет прокладки трубопроводов за плинтусом.

Известна также система квартирного отопления [3], содержащая подающий и обратный трубопроводы сетевой воды, трубопроводы квартирной системы отопления, к которым подсоединены основные отопительные приборы, дополнительный отопительный прибор, элеватор и регулирующий клапан.

Недостатками таких систем отопления являются высокая стоимость, усложнение монтажа и эксплуатации ввиду наличия дополнительного отопительного прибора, элеватора и регулирующего клапана.

Известна наиболее близкая по совокупности признаков система отопления преимущественно многоэтажных зданий, включающая разводящие магистрали сетевой воды, местный тепловой пункт, подающий и обратный трубопроводы, сообщенные соответственно с вертикальными и обратными стояками, к которым подключены поэтажные горизонтальные ветки с отопительными приборами [4].

Однако в известной системе отопления учет расхода и регулирования теплоты производится для всего отапливаемого здания в целом, а это приводит к тому, что температура воздуха в различных квартирах разная, т.е. в одних квартирах выше, в других - ниже, а это приводит к повышенному расходу теплоты.

При этом указанные системы отопления не обладают гидравлической и тепловой устойчивостью. Нет возможности при такой системе осуществлять регулирование температуры воздуха в каждой квартире и производить учет расхода теплоты на отопление каждой квартиры.

Задачей изобретения является обеспечение возможности проводить учет расхода теплоты на отопление и поддерживать необходимую температуру воздуха в каждой квартире по желанию жильца и, следовательно, оплачивать фактический расход теплоты на отопление и кроме того осуществить снижение расхода топлива на отопление, обеспечить гидравлическую и тепловую устойчивость системы отопления и снизить гидравлические потери давления в горизонтальных ветках.

Поставленная задача достигается тем, что система отопления преимущественно многоэтажных зданий, содержащая разводящие магистрали сетевой воды, местный тепловой пункт, подающий и обратный трубопроводы, сообщенные соответственно с вертикальными подающими и обратными стояками, к которым подключены поэтажные ветки с отопительными приборами, отличается от прототипа тем, что она снабжена квартирными тепловыми пунктами, установленными на поэтажных ветках, каждая из которых ограничена одной квартирой и соединена соответственно с вертикальными подающим и обратным стояками, размещенными в этой квартире и выполненными в многоэтажных зданиях в виде группы стояков, объединяющих по высоте здания квартирные поэтажные ветки в блоки, каждый из которых сообщен посредством индивидуальных вышеупомянутых стояков с подающим и обратным трубопроводами. При этом количество блоков квартирных поэтажных веток, образованных каждой группой вертикальных подающих и обратных стояков в многоэтажных зданиях, зависит от этажности здания, тепловой мощности и гидравлических потерь упомянутых веток.

Установка вертикальных подающего и обратного стояков системы отопления в одной квартире и подключение к ним поэтажной ветки с отопительными приборами позволяет обеспечить установку тепловых пунктов в каждой квартире и тем самым обеспечить учет расхода теплоты на отопление, регулировать температуру в каждой квартире и тем самым снизить фактический расход теплоты на отопление и, следовательно, расход топлива. Объединение группой квартирных вертикальных подающих и обратных стояков поэтажных квартирных веток в блоки, каждый из которых сообщен с подающим и обратным трубопроводами, позволяет обеспечить гидравлическую и тепловую устойчивость системы отопления многоэтажных зданий.

На фиг. 1 представлена схема системы отопления малоэтажного дома, а на фиг. 2 - система отопления многоэтажного дома.

Система квартирного отопления (см. фиг. 1) содержит подающий трубопровод 1 и обратный трубопровод 2 сетевой воды, сообщенные с индивидуальным тепловым пунктом 3, соединенным, в свою очередь, с подающим трубопроводом 4 системы отопления. К подающему трубопроводу 4 присоединен вертикальный подающий стояк 5, соединенный с поэтажной горизонтальной веткой 6. К ветке 6 присоединены отопительные приборы 7. В тех же квартирах, где установлен вертикальный подающий стояк 5, установлен обратный стояк 8, который присоединен к обратному трубопроводу системы отопления 9 и горизонтальной поэтажной ветке 6. Вертикальные стояки 5 и 8 ограничивают длину поэтажных веток 6 одной квартирой. На каждой поэтажной ветке 6 установлен квартирный тепловой пункт 10, который служит для обеспечения подачи требуемого расхода теплоносителя и учета расхода теплоты на отопление каждой квартиры и регулирование температуры воздуха внутри помещения в зависимости от температуры наружного воздуха, поступления теплоты от солнечной радиации, тепловыделений в каждой квартире, скорости и направления ветра. Для отключения каждой горизонтальной ветки предусмотрены вентили 11 и 12. Воздушные краны 13 служат для удаления воздуха из отопительных приборов и веток 6. У отопительных приборов 7 могут устанавливаться краны 14 для регулирования расхода воды, проходящей через отопительные приборы 7.

В случае выполнения системы отопления многоэтажного здания (см. фиг. 2) подающий вертикальный стояк 5 выполнен в виде группы стояков - 5, 15 и 16, а вертикальный обратный стояк 8 выполнен в виде группы стояков 8, 17 и 18. В этой системе отопления подающий стояк 5 и обратный стояк 8, сообщенные соответственно с трубопроводами 4 и 9, объединяют в блок "А" горизонтальные поэтажные ветки 6 нескольких (в данном конкретном случае трех веток) верхних этажей здания. Подающий стояк 15 и обратный стояк 17 также соединены с трубопроводами 4 и 9 и объединяют в блок "В" горизонтальные поэтажные ветки следующих трех этажей. Вертикальные подающий стояк 16 и обратный стояк 18 объединяют горизонтальные поэтажные ветки 6 трех нижних этажей в блок "C" (количество веток в блоках А, В и C может быть больше или меньше трех). На каждой горизонтальной поэтажной ветке 6, расположенной в одной квартире, установлен квартирный тепловой пункт 10. Квартирный тепловой пункт 10 включает, в зависимости от параметров теплоносителя и местных условий, запорно-регулирующую и контрольно-измерительную арматуру, регулятор давления (расхода) и устройство для учета расхода теплоты (теплосчетчик). Для отключения горизонтальных веток предусмотрены вентили 11 и 12. Краны 14 служат для регулирования теплоотдачи отопительного прибора (в случае необходимости). Воздух удаляется через краны 13.

Система квартирного отопления работает следующим образом.

Из тепловой сети или из котельной (см. фиг. 1) сетевая вода поступает в отапливаемое здание по трубопроводу 1 и подается в индивидуальный пункт 3, который, как правило, устанавливается в подвале здания. В тепловом пункте 3, в зависимости от параметров сетевой воды, может происходить изменение параметров первичного теплоносителя; например, снижение температуры воды за счет подмешивания к ней воды из обратного трубопровода 9 системы отопления. Для этих целей в тепловом пункте 3 может устанавливаться элеватор или смесительный клапан (на чертеже не показаны). В тепловом пункте 3 может понижаться давление воды с помощью регулятора давления и т.п.

Из теплового пункта 3 горячая вода с заданными параметрами поступает в подающий трубопровод 4, который соединен с тепловым пунктом 3 (см. фиг. 1). Учитывая, что вертикальный подающий стояк 5 соединен с подающим трубопроводом 4, то теплоноситель поступает в вертикальный подающий стояк 5, из которого он (теплоноситель) подается в каждую поэтажную ветку 6, присоединенную одним концом к подающему стояку 5, и теплоноситель поступает в квартирный тепловой пункт 10, установленный в каждой квартире.

Из поэтажной ветки 6 вода подается в отопительные приборы 7, присоединенные к квартирной ветке 6. В отопительных приборах 7 вода частично остывает за счет отдачи теплоты воздуха отапливаемого помещения.

Из каждой поэтажной ветки 6, соединенной другим концом с обратным вертикальным стояком 8, вода поступает в обратный стояк 8 и далее теплоноситель поступает в обратный трубопровод системы отопления 9, который соединен с тепловым пунктом 3, и далее теплоноситель направляется в котельную для повторного нагрева. Вентили 11 и 12 служат для отключения каждой квартирной поэтажной ветки 6, например, на случай ремонта или после окончания отопительного сезона.

Учитывая, что вертикальные стояки 5 и 8 расположены в одной квартире, то каждая горизонтальная ветка 6 служит для отопления одной квартиры.

Квартирный тепловой пункт 10 служит для учета расхода теплоты (теплоносителя), подаваемой в каждую квартиру. Для этих целей в квартирном тепловом пункте 10 устанавливается устройство для учета теплоты (теплосчетчик) (на чертеже не показано).

В зависимости от местных условий в тепловом пункте 10 может осуществляться и регулирование расхода теплоносителя; в этом случае в квартирном тепловом пункте предусматривается установка регулятора расхода (давления) (на чертеже не показано). В случае необходимости отключения горизонтальных веток (на случай ремонта или после окончания отопительного сезона) установлены вентили 11 и 12, а удаление воздуха из горизонтальных веток 6 и отопительных приборов осуществляется с помощью воздушных кранов 13.

Предложенная система отопления обеспечивает высокие санитарно-гигиенические показатели в отапливаемых помещениях, экономию теплоты на отопление, эффективное регулирование температуры воздуха в помещении.

Действительно, осуществить пуск предложенной системы отопления в действие можно по желанию жильца (при наличии теплоносителя на тепловом пункте 3) в любое время, не дожидаясь пуска систем отопления в других квартирах или во всем доме, и при этом поддерживать требуемую температуру воздуха в каждой квартире. Регулирование температуры воздуха в каждой квартире и, следовательно, регулирование потребления теплоты производится самими жильцами квартиры и осуществляется путем изменения расхода воды, циркулирующей в квартирной системе отопления, от максимума до нуля, т.е. до полного ее отключения; такое регулирование может осуществляться вручную или автоматически.

Так как тепловые пункты 10 установлены на ветке 6 в каждой квартире, то при увеличении поступления теплоты в квартиру, например, за счет солнечной радиации, уменьшают расход воды, циркулирующей в квартирной системе отопления, а при этом уменьшается количество теплоты, передаваемой от отопительных приборов воздуху помещений, при этом происходит экономия теплоты на отопление, и, наоборот, если квартира своими окнами ориентирована на север, то поступление теплоты от солнечной радиации будет минимальным, то увеличивают расход воды, циркулирующей в системе отопления, при этом увеличивается количество теплоты, передаваемой отопительными приборами воздуху отапливаемых помещений.

При таком регулировании будет обеспечен минимальный расход теплоты на отопление квартиры и при этом жильцы будут оплачивать только за потребленное количество тепловой энергии, т.е. не будет перерасхода теплоты, как это наблюдается в известных системах отопления.

Указанное регулирование в одной квартире не влияет на работу соседних квартирных систем из-за их автономности и высокой гидравлической устойчивости систем отопления здания.

В случае необходимости в отдельных комнатах квартиры можно с помощью кранов 14 (см. фиг. 1) увеличить или уменьшить поступление теплоносителя в отопительные приборы, т. е. можно осуществить дополнительное регулирование температуры воздуха внутри помещения за счет увеличения или уменьшения расхода воды, которая проходит через отопительный прибор, т.е. известным способом.

Так как горизонтальная ветка 6 обслуживает только одну квартиру, то теплоотдача указанных веток и вертикальных этаже-стояков 5 и 8 будет использоваться на отопление данной квартиры, а это снижает потери теплоты.

Учитывая что тепловая мощность и длина указанных горизонтальных веток приблизительно одинакова, то при изготовлении трубной заготовки достигается максимальная унификация отдельных узлов, а это снижает расходы на изготовление и монтаж предложенной системы отопления.

Система отопления (см. фиг. 1) в многоэтажных зданиях (например, девятиэтажных) не обладает гидравлической тепловой устойчивостью [5]. В многоэтажных зданиях систему отопления следует выполнять так, как это показано на фиг. 2 (пример дан для девятиэтажного здания). Принцип работы такой системы отопления следующий.

Назначение и устройство теплового пункта 3 (см. фиг.2) аналогично, т.е. такое же, как и системы, показанной на фиг.1. После теплового пункта 3 (см. фиг.2) теплоноситель (горячая вода) подается в подающую магистраль 4 (к которой подсоединен вертикальный подающий стояк 5), из которой горячая вода поступает в подающий стояк 5, к которому присоединяются одним концом поэтажные ветки трех верхних этажей; эти три поэтажные ветки образуют блок "А". Пройдя вентиль 11 и квартирный тепловой пункт 10, теплоноситель поступает в каждую из трех горизонтальных веток, затем в отопительные приборы 7, которые отдают часть теплоты воздуху отапливаемого помещения (аналогично, см. описание к фиг. 1). Учитывая что ветки 6 блока "А" другим концом соединены с вертикальным обратным стояком 8, то охлажденная вода по обратному стояку 8 поступает в обратную магистраль 9 и далее в тепловой пункт 3 (далее аналогично, как для фиг. 1).

Из подающей магистрали 4, соединенной с вертикальным подающим стояком 15, горячая вода поступает в подающий вертикальный стояк 15, к которому присоединяются одним концом поэтажные ветки трех нижерасположенных этажей; эти три поэтажные ветки 6 совместно со стояками 15 и 17 образуют блок "В" (см. фиг. 2). Пройдя вентиль 11 и квартирный тепловой пункт 10, теплоноситель поступает в каждую из трех горизонтальных веток, затем в отопительные приборы 7, которые отдают часть теплоты воздуху отапливаемого помещения (далее аналогично, см. описание к фиг. 1). Учитывая что ветки 6 блока "В" другим концом соединены с вертикальным обратным стояком 17, то охлажденная вода по обратному стояку 17 поступает в обратную магистраль 9 и далее в тепловой пункт 3 (далее аналогично, как для фиг. 1).

Из подающей магистрали 4, соединенной с вертикальными подающим стояком 16 (см. фиг.2), горячая вода поступает в подающий вертикальный стояк 16, к которому присоединяются одним концом поэтажные ветки 6 трех нижерасположенных этажей; эти три поэтажные ветки 6 совместно с вертикальными стояками 16 и 18 образуют блок "C" (см. фиг.2).

Пройдя вентиль 11 и квартирный тепловой пункт 10, теплоноситель поступает в каждую из трех горизонтальных веток, затем в отопительные приборы 7, которые отдают часть теплоты воздуху отапливаемого помещения (далее аналогично, см. описание к фиг. 1).

Учитывая, что ветки 6 блока "C" другим концом соединены с вертикальным обратным стояком 18, то охлажденная вода по обратному стояку 18 поступает в обратную магистраль 9 и далее в тепловой пункт 3 (далее аналогично, как для фиг. 1).

Количество горизонтальных веток в каждом блоке определяется расчетом и может быть больше или меньше трех. Следует отметить, что вертикальные подающие стояки 5, 15 и 16 и обратные 8, 17 и 18 проложены в одной квартире, т.е. так же, как и на фиг. 1, деление системы отопления по высоте на блоки, и в каждом блоке устраивая поэтажные ветки, присоединенные к самостоятельным подающим и обратным стоякам, обеспечивает высокую гидравлическую и тепловую устойчивость системы отопления многоэтажных зданий и, следовательно, эффективную работу системы отопления. Покажем это на конкретном примере. Если выполнить для примера систему отопления в девятиэтажном доме так, как показано на фиг. 1, то согласно [5] для придания системе отопления вертикальной гидравлической и тепловой устойчивости в действии (в работе) при гидравлическом расчете исходят из условия (см. [5], формулу VII. 34, с. 183), которое означает, что "потери давления поэтажной горизонтальной ветки не должны быть меньше максимального значения естественного циркуляционного давления", P_ест. Например, для девятиэтажного здания (при высоте этажа 3 м), P_ест будет равно
P_ест= h•g(ρ_o-ρ_г),
где h - вертикальное расстояние от оси элеватора (центр нагрева) до центра охлаждения воды в приборе девятого этажа, м;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
ρ_o и ρ_г - соответственно, плотность охлажденной и подающей воды, кг/м³;
P_ест ≅ 3•9•10(977,81-961,57)≈4320 Па.

Следовательно, для девятиэтажного дома гидравлическое сопротивление каждой поэтажной горизонтальной ветки должно быть не менее 4320 Па. Расчетное давление для системы отопления (в случае применения элеватора) составляет в среднем 10000 - 15000 Па). Следовательно, от 43 до 30% расчетного давления необходимо погасить в поэтажной горизонтальной ветке, т.е. от 4300 до 4500 Па (в среднем можно принять 4400 Па).

Если для примера принять трехкомнатную квартиру общей площадью 56 м², то для г. Воронежа тепловая мощность квартирной системы отопления будет равна 2600 Вт, то расход теплоносителя (воды) в поэтажной ветке будет равен 90 кг/ч. Приняв длину квартирной ветки 20 м, определим гидравлическое давление в квартирной ветке при диаметре трубы 15 мм (это наименьший диметр трубы, применяемый для монтажа систем отопления). Расчет ведем по аналогии с примером VII. 4, с. 185 [5]:
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в ветви (девятый этаж):
два тройника на проходе r = 1•2=2,0
два проходных вентиля D_у 15 мм r=16•2=32
два отвода D_у 15 мм r=0,8•2=1,6
пять радиаторных узлов D_у 15 мм

Характеристика сопротивления ветви

Гидравлические потери в ветви
ΔP_в= 1066,36•10^-4•90²= 863,46 Па,
т. е. значительно меньше, чем 4400 Па, следовательно, необходимо использовать трубы для горизонтальной ветки диаметром меньше, чем Д_у 15 мм.

Однако трубы диаметром меньше 15 мм для монтажа систем отопления не используются (их не изготовляют и они быстро засоряются). Поэтому необходимо уменьшить величину потерь давления в горизонтальной ветке.

Если выполнить систему отопления в девятиэтажном доме так, как это показано на фиг. 2, то, естественно, давление будет равно:
для блока "C"

для блока "В"
P_ест = 3•6•10(977,81-961,57)≅2920 Па,
для блока "А"
P_ест=3•9•10(977,81-961,57) ≅ 4380 Па.

Следовательно, гидравлические потери в горизонтальной ветке для блока "C" должны быть не менее 1460 Па, т.е. значительно меньше, чем для системы отопления, изображенной на фиг. 1.

При этом следует отметить, что гидравлические потери в горизонтальных ветках блока "B" могут быть приняты тоже равными 1460 Па, а избыток давления 2920 - 1460= 1460 Па может быть погашен в вертикальных стояках 15 и 17.

Аналогично, что гидравлические потери в горизонтальных ветках блока "А" могут быть приняты тоже равными 1460 Па, а избыток давления 4380-1460= 2920 Па может быть погашен в вертикальных стояках 5 и 8.

Из сказанного следует вывод, что в предложенной системе отопления (см. фиг. 2) значительно проще обеспечить гидравлическую и тепловую устойчивость и, следовательно, эффективную работу системы отопления. Действительно избыточное естественное давление, возникающее от остывания воды в отопительных приборах, присоединенных к веткам "В" и "А", может быть погашено в вертикальных падающих и обратных этаже-стояках 5, 15, 8 и 17 путем изменения диаметров указанных стояков.

Следовательно, для монтажа предложенной системы отопления могут использоваться трубы, выпускаемые промышленностью, т.е. трубы диаметром условного прохода 15, 20 мм и т.д.

Изменяя количество блоков, на которые по высоте делится система отопления, можно практически полностью исключить влияние естественного давления на гидравлическую и тепловую устойчивость системы водяного отопления многоэтажного здания.

Другими словами можно сказать, что при количестве блоков, равных числу этажей в здании, получим систему водяного отопления, в которой естественное давление, возникающее от отопительных приборов, присоединенных к поэтажным веткам, не будет влиять на гидравлическую и тепловую устойчивость системы отопления.

На основании вышеизложенного можно заключить, что предложенная система квартирного отопления позволяет повысить эффективность регулирования потребления теплоты, более гибка и маневренна в эксплуатации и, следовательно, более экономична.

Источники информации
1. Внутренние санитарно-технические устройства: В 3 частях. Часть 1. Отопление. Справочник проектировщика. Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера.- М.: Стройиздат, 1990 - 343 с. Рис. 10.8, с. 77.

2. Авторское свидетельство СССР N 1776925 A1, М. кл. 3. F 24 D 3/02.

3. Авторское свидетельство СССР N 987302 A1, M. кл. 3 F 24D 3/02.

4. Андреевский А.К. Отопление. Учебное пособие для вузов, 2-е издание, Минск: Высшая школа, 1982 г. - 432 с. стр. 18, рис. 1.5.

5. Сканави А.Н. Конструктирование и расчет систем водяного и воздушного отопления.- 2-е изд.- Москва: Стройиздат, 1983. - 304 с., стр. 183.

Изобретение относится к теплоснабжению, а точнее к технике отопления многоэтажных зданий, подключенной к тепловым сетям или котельным, и может быть использовано для отопления зданий любого назначения. Система отопления содержит разводящие материалы сетевой воды, местный тепловой пункт, подающий и обратный трубопроводы, сообщенные соответственно с вертикальными подающими и обратными стояками, к которым подключены поэтажные ветки с отопительными приборами. Система снабжена квартирными тепловыми пунктами, установленными на поэтажных ветках, каждая из которых ограничена одной квартирой и соединена соответственно с вертикальными подающим и обратным стояками, размещенными в этой квартире и выполненными в многоэтажных зданиях в виде группы подающих и обратных стояков, объединяющих по высоте здания квартирные поэтажные ветки в блоки, каждый из которых сообщен посредством индивидуальных стояков с подающим и обратным трубопроводами. Техническим результатом является обеспечение высоких санитарно-гигиенических показателей в отапливаемых помещениях, экономия теплоты на отопление, эффективное регулирование температуры воздуха в отапливаемых помещениях, снижение гидравлических потерь давления в квартирных поэтажных ветках. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Система отопления, преимущественно многоэтажных зданий, содержащая разводящие магистрали сетевой воды, местный тепловой пункт, подающий и обратный трубопроводы, сообщенные соответственно с вертикальными подающими и обратными стояками, к которым подключены поэтажные ветки с отопительными приборами, отличающаяся тем, что она снабжена квартирными тепловыми пунктами, установленными на поэтажных ветках, каждая из которых ограничена одной квартирой и соединена соответственно с вертикальными подающим и обратным стояками, размещенными в этой квартире, и выполненными в многоэтажных зданиях в виде группы подающих и обратных стояков, объединяющих по высоте здания квартирные поэтажные ветки в блоки, каждый из которых сообщен посредством индивидуальных вышеупомянутых стояков с подающим и обратным трубопроводами. 2. Система отопления по п.1, отличающаяся тем, что количество блоков квартирных поэтажных веток, образованных каждой группой вертикальных подающих и обратных стояков в многоэтажных зданиях, зависит от этажности здания.