СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ЗДАНИЙ Российский патент 2000 года по МПК F24D5/02 

Настоящее изобретение относится к системе отопления и вентиляции здания, содержащей, как правило, периферийную фундаментную стену или краевую балку, которая поддерживает наружные стены здания; конструкцию пола, определяющую пол жилых помещений в здании; пространство, расположенное ниже конструкции пола и заключенное внутри фундаментной стены, каналы, проходящие через конструкцию пола вблизи наружных стен здания для обеспечения прохождения воздуха из указанного нижележащего пространства в жилые помещения здания.

Система этого типа известна, например, из SE-B-468441, в котором фундамент здания ниже пола определяет пространство, которое можно назвать, как правило, миниатюрным подвалом или лазом в пространство. Это пространство теплоизолировано и достаточно велико для размещения вспомогательного оборудования, такого, как теплообменники, нагреватели воды, трубы водопровода и канализации и т. д. Выходящий воздух направляется из внутренних помещений здания в теплообменник в служебном пространстве и затем удаляется как извлекаемый воздух из фундамента/здания через выходной воздуховод. Окружающий или наружный воздух берется как подаваемый воздух через входной воздуховод и проходит через теплообменник для обмена теплом с выходящим воздухом, откуда подаваемый воздух проходит в служебное пространство. Подаваемый воздух затем проходит из служебного пространства в жилые помещения здания через щель, тянущуюся вокруг периметра наружных стен и пола.

Одной из проблем с известными фундаментами этого рода является то, что теплообменник необходим для обмена теплом между подаваемым и выходящим воздухом. Другая проблема в том, что такие теплообменники необходимо регулярно чистить. Еще одна проблема в таких известных системах - это то, что циркуляция воздуха в жилых/вспомогательных помещениях определяется потоком подаваемого в здание и выходящего из него воздуха. Еще одним недостатком является то, что служебное пространство должно иметь размер, достаточный для размещения теплообменника или теплообменников и места для их очистки. Служебное пространство должно быть также тщательно изолировано.

Задачей изобретения является создание системы, которая позволит с помощью сравнительно простых средств и, следовательно, по относительно низкой стоимости нагреть пол путем пропускания воздуха с регулируемой температурой из жилых помещений здания через пространство под полом при контакте увеличенной площади с нижней стороной пола. Другой задачей изобретения является создание системы, которая использует значительную часть энергии, содержащейся в выходящем из здания воздухе, не требуя использования теплообменника для этой цели.

Эти и другие преимущества, как видные из изложенного, так и очевидные для специалиста, достигаются с помощью системы, имеющей отличительные признаки, сформулированные в нижеследующем пункте 1 формулы изобретения.

Дальнейшее развитие изобретения определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Важными особенностями предлагаемой системы являются следующие:
воздух, циркулирующий в жилых помещениях, регулируется по температуре и подается в теплообменный контакт с нижней поверхностью пола по существенно полной площади пола;
непроницаемая перегородка расположена ниже конструкции пола, под которым течет циркулирующий воздух (эта конструкция пола может быть самонесущей или опирающейся на грунт);
перегородка плотно соединена с фундаментными элементами здания, которые поддерживают наружные стены здания, чтобы разделить пространство горизонтально внутри фундаментных элементов;
воздуховод выходящего воздуха отводит выходящий из жилых помещений воздух вниз через перегородку, причем между перегородкой и грунтовым основанием фундамента расположено пространство, через которое выходящий воздух удаляется в направлении к фундаментным элементам в основном по всему продольному их сечению;
в нижней области, где фундаментный элемент примыкает к перегородке, элемент и/или основание, поддерживающее указанный фундаментный элемент, является проницаемым для воздуха в основном по всей его длине, где выходящий воздух способен продолжать течь в основном радиально наружу через пространство и далее через фундаментный элемент или поддерживающее его основание, передавая им тепло.

Выходящему воздуху затем позволяют вытекать в окружающую атмосферу. Проницаемый для воздуха материал может располагаться вблизи поверхности земли снаружи от краевой балки или фундаментной стены.

В случае, когда перегородка лежит на грунте внутри фундаментной стены/краевой балки и имеет, например, форму мембраны, в частности, пластиковой мембраны, воздухопроницаемый материал (основание, поддерживающее фундаментный элемент) может располагаться подходящим образом по всей площади фундамента или, по крайней мере, по площади, на которой располагается оборудование.

Выходящий воздух отдает содержащееся в нем тепло грунту под фундаментом и также воздухопроницаемому материалу и/или краевой балке или фундаментной стене так, что тепло, переносимое выходящим воздухом, будет медленно извлекаться из него до того, как выходящий воздух в качестве выбрасываемого воздуха соединится с окружающей атмосферой, в то время как перегородка отделяет выходящий воздух от циркулирующего воздуха и возможно также от служебного пространства ниже самонесущей конструкции пола.

Предлагаемая система дает ряд преимуществ, как будет очевидно специалисту.

Одним преимуществом является то, что после нагрева циркулирующий внутренний воздух будет нагревать структуру пола; это дает возможность циркулирующему воздуху в жилых помещениях иметь более низкую температуру при поддержании субъективного комфорта.

Другим преимуществом является то, что выходящий из вентиляции воздух отдает содержащееся в нем тепло грунту и фундаментной стене или краевой балке, что уменьшает потери тепла от циркулирующего воздуха к фундаментной стене и грунту под зданием.

Другим преимуществом является также то, что воздух в жилых помещениях может циркулировать со скоростью, как правило, не зависящей от скорости подаваемого или выходящего воздуха. В соответствии с одним предпочтительным решением настоящего изобретения подаваемый воздух может быть смешан с циркулирующим воздухом без использования теплообменника, так что подаваемый воздух может регулироваться известным способом так, что он не входит в жилые помещения до тех пор, пока температура подаваемого воздуха в основном не станет равной температуре циркулирующего воздуха. Например, подаваемый воздух может быть проведен по воздуховоду циркулирующего воздуха, который (воздуховод) проходит через теплообменник и затем вниз в расширенное пространство под полом. Альтернативным является решение, по которому подаваемый воздух может быть впущен через большое число мелких отверстий, расположенных в изолирующем материале крыши и/или стены здания так, что подаваемый воздух входит в жилые помещения здания относительно медленно и поэтому имеет время, чтобы нагреться до средней температуры циркулирующего воздуха перед достижением центральных частей жилых помещений.

Это позволяет избежать необходимости наличия теплообменника в системе, что не только приводит к соответствующему уменьшению стоимости, но также устраняет необходимость частой чистки теплообменников.

Впуск воздуха в жилые помещения по периметру структуры пола является предпочтительным распределением циркуляции воздуха.

Циркуляция выходящего воздуха через фундаменты и тем самым нагревание их нижней части предупреждает появление вредной влажности в материалах здания или фундамента.

Если структура пола является самонесущей структурой, предлагаемая система может использовать пол, сконструированный из относительно распределяющей нагрузку пластины или плиты, которая поддерживается жесткой на изгиб пространственной решетчатой конструкцией, способной размещать и поддерживать трубопроводы, такие как несущие конструкции для электрических кабелей, трубопроводы жидкостей, газа и пр. и таким образом облегчать установку таких трубопроводов или несущих конструкций в здании, причем нагреватели воды, вентиляторы, электрические магистрали и т.д. могут быть расположены в пространстве ниже пола. Понятно, что самонесущий пол может иметь другие обычные конструкции, например, железобетонную плиту, при этом трубопроводы будут прикреплены к нижней поверхности пола с помощью обычного крепежа. Перегородка может быть размещена на нижней поверхности в указанном пространстве и может быть покрыта защитным слоем, предохраняющим от повреждений при ходьбе по нему. Служебное оборудование может быть тогда помещено сверху перегородки, и циркулирующий воздух может иметь возможность проходить через нижнее пространство, которое ограничено снизу перегородкой. В качестве альтернативы перегородка может быть смонтирована на нижней поверхности жесткой на изгиб конструкции после установки кабелей, труб и трубопроводов, причем перегородка может иметь форму листов сухой штукатурки, фанеры, воздухонепроницаемой изолирующей плиты или подобных материалов.

Легко понять, что в принципе воздухопроницаемый материал должен быть расположен обязательно ниже соединения перегородки с краевой балкой или фундаментной стеной.

Воздухопроницаемый материал может иметь форму подушки из гравия или подобного материала ниже фундаментной стены или краевой балки. Как альтернатива или в добавление сама краевая балка или фундаментная стена может быть выполнена воздухопроницаемой в области ниже перегородки. Например, упомянутая область краевой балки или фундаментной стены может быть снабжена множеством мелких отверстий, расположенных так, чтобы осуществлять передачу тепла массе краевой балки или фундаментной стены. Однако также выгодно предусмотреть слой воздухопроводящего материала, такого, как гравийная подушка, в тех частях фундаментов, у которых перегородка лежит на поддерживающих ее поверхностях.

Вышеприведенный текст описывает изобретение применительно к зимним условиям, при которых тепло отдается зданию с целью снижения расходов на отопление. Предлагаемая система также имеет преимущество летом, когда желательно охлаждать здание путем обеспечения охлаждения циркулирующего воздуха. В этом случае поверхность пола охлаждается, чтобы создать субъективное впечатление, что температура пола ниже, чем действительная температура воздуха в жилых помещениях.

Изобретение описано со ссылкой на пример осуществления и ссылкой на сопровождающие чертежи.

На фиг. 1 изображена схема поперечного сечения здания, снабженного предлагаемой системой;
На фиг. 2 схематически показано альтернативное положение перегородки в здании, показанном на фиг. 1;
На фиг 3. схематически показано положение перегородки в здании, в котором конструкция пола расположена прямо на земле;
На фиг. 4 показано сечение по линии IV-IV фиг. 1.

На фиг. 1 и 4 показано здание, которое имеет в общем замкнутый кольцевой фундамент 1, поддерживающий конструкцию 2, состоящую из элементов 21 пола (см. фиг. 4). Каждый из элементов 21 пола имеет верхнюю полку 22 с широкой поверхностью, значительно более узкую нижнюю балку 23 и жесткую на изгиб решетчатую конструкцию 24, которая соединяет верхнюю полку 22 с элементом 23 нижней балки. Полки 22 определяют конструкцию пола 25. Отверстия 26 предусмотрены между полом 25 и стеной фундамента 1 или внешними стенами 11 здания. Указанные отверстия (например, в виде воздушного зазора) расположены по существу вдоль всей длины указанных стен.

Как показано, изоляция 30 крыши выполнена из известного пористого материала, и наружный воздух способен проникать относительно медленно внутрь здания и в жилые помещения 32 здания в качестве подаваемого воздуха, благодаря пониженному давлению, преобладающему в здании. Изоляция 30 может быть снабжена воздухопроницаемым уравнивающим давление слоем, например, слоем ткани, который создает сопротивление для того, чтобы воздух распределялся в общем равномерно по изолированной площади. Ниже пола 25 находится служебное или вспомогательное пространство 3, ограниченное снизу непроницаемой перегородкой 15 в виде, как изображено на фиг. 1, мембраны, выполненной, например, из гибкого пластикового листа, причем края перегородки плотно присоединены к стене 1 фундамента по ее периметру и ниже основной конструкции 2 пола. Перегородка может иметь теплоизолирующие свойства и может, например, состоять из листа непроницаемого гибкого пористого или ячеистого пластика. В пространстве 3 размещается водонагреватель 41, вентилятор 42 и вентилятор 44.

Средства для циркуляции воздуха содержат воздуховод 50 циркулирующего воздуха, всасывающий воздух из жилых помещений 32 и подводящий его к вентилятору 42, установленному во вспомогательном пространстве 3, где циркулирующий воздух может быть нагрет средством терморегулирования в виде нагревателя 43 перед контактом с нижней стороной конструкции пола 25, где воздух может распространяться при контакте увеличенной площади с полом 25 к отверстиям 26, нагревая поверхность пола 25. Воздух, выходящий из отверстий 26, поднимается в жилые помещения 32 и рециркулирует через отверстия в воздуховоде 50.

Выходящий воздух удаляется из туалета, ванной комнаты и кухни через воздуховод 60 выходящего воздуха, который подводит воздух к вентилятору 44. Вентилятор 44 может быть снабжен типичным фильтром и предназначен для удаления выходящего воздуха через непроницаемую перегородку 15 в центральное пространство 7 между мембраной перегородки 15 и грунтом. Для увеличения удельной площади контакта выходящего или подаваемого воздуха с теми частями фундамента, к которым примыкает перегородка, в этих местах пол пространства 3 может состоять из слоя воздухопроницаемого материала, такого как слой гравия или аналогичного материала. Такие же гравийные подушки могут быть размещены ниже фундаментных стен 11 для обеспечения сообщения выходящего воздуха с окружающей средой и выхода его наружу из промежуточного пространства 7 ниже стен фундамента 1.

Как показано на фиг. 1 и 4, скорость потока выходящего воздуха может быть получена избирательно независимой от скоростей потока циркулирующего воздуха в жилых помещениях здания и через вспомогательное или служебное пространство 3.

На фиг. 2 показан вариант предлагаемой системы, в котором перегородка смонтирована на нижней стороне конструкции 2 пола, образуя пространство 27 пола, вертикальная протяженность или глубина которого в основном соответствует вертикальной протяженности элементов 21 пола за вычетом толщины верхней полки так, чтобы распределять рециркулирующий воздух через конструкцию пола. В этом исполнении перегородка 15 может содержать прикрепленные к балкам 23 панельные элементы, такие как листы сухой штукатурки, фанеры или термоизолирующего и воздухонепроницаемого материала. Выходящий воздух может быть распределен свободно по площади поперечного сечения фундаментов, откуда выходящий или подаваемый воздух может быть выведен через воздухопроводящий пористый слой или подушку 17, которая поддерживает фундаментную стену над поверхностью 18 грунта. Те части фундамента 1, которые расположены ниже перегородки 15, также могут в этом случае быть воздухопроницаемыми.

В исполнении, показанном на фиг. 3, пол 25 установлен прямо на грунте 18 посредством предпочтительно термоизолирующей перегородки 15 и слоя или подушки 17 воздухопроницаемого материала (гравийная или аналогичная подушка), таким образом создавая канал 27 в конструкции 2 пола, распределяющий циркулирующий воздух. Вентилятор 42 для рециркулирующего воздуха и вентилятор 44 выходящего воздуха также размещаются в жилых помещениях 32. Перегородка 15 может, например, быть образована нижней плитой, изолирующим слоем и/или непроницаемым пластиковым листом.

Как показано на фиг. 3, подаваемый воздух может быть введен в здание обычным способом через систему воздуховодов, которая соединяется с окружающей средой; указанный подаваемый воздух сначала подводится в систему циркуляции воздуха и к вентилятору, откуда он проходит через воздухонагреватель, затем через конструкции пола и далее распределяется в жилых помещениях 32.

Как показано на фиг. 1, при осуществлении изобретения только два канала или воздуховода 50, 60 должны проходить через пол 25.

Все исполнения, указанные соответственно на фиг. 1, 2 и 3, включают в себя непроницаемую перегородку 15, которая перекрывает полную площадь фундамента ниже основной конструкции пола так, что ограничивает снизу циркуляционное пространство для воздушной массы в жилых помещениях здания, где циркулирующий воздух может нагревать пол. Перегородка 15 ограничивает сверху пространство, в которое подается выходящий из здания воздух и в котором указанный выходящий воздух распределяется в пространстве с повышенным давлением между перегородкой 15 и несущим фундаментную стену слоем и проходит оттуда через воздухопроницаемый несущий слой ниже фундаментных стен (или через перфорацию в фундаментных стенах ниже перегородки) в окружающую здание среду.

Как показано на фиг. 1 и 2, непроницаемый пластиковый лист может быть помещен на грунт 18 как защита против проникновения влаги и газообразного радона, особенно когда конструкция пола является самонесущей конструкцией.

Одним из преимуществ настоящего изобретения является то, что в жаркую погоду здание может быть охлаждено присоединением источника холода к воздуховоду 50 циркулирующего воздуха, например, испарителя или теплового насоса.

Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что с помощью относительно простых средств жилые помещения здания могут быть охлаждены в летние месяцы выпусканием выходящего воздуха непосредственно в окружающую среду (вместо прохождения воздуха вниз под перегородку 15) и вводом наружного окружающего воздуха через слой 17, перфорированные фундаментные стены 1 и возможно также слой 16 для того, чтобы охладить воздух, и затем в жилые помещения здания с помощью подходящих вентиляторов, воздуходувок и воздуховодов. Изменение, которое необходимо для перевода системы в режим охлаждения в летнее время путем теплообмена с холодными грунтовыми массами, будет очевидно специалисту. Например, как показано на фиг.3, это изменение может включать наличие ветви соединяющей трубы в воздуховоде 50 непосредственно выше по течению относительно вентилятора 42, и наличие переключающего клапана внизу по течению относительно выходного отверстия воздуховода 60 к вентилятору 44, и наличие воздуховода от клапана непосредственно в окружающую атмосферу.

Система предназначена для вентиляции помещений. Система отопления и вентиляции зданий содержит периферийный фундамент, поддерживающий наружные стены здания. Комнатный воздух нагревается и циркулирует под полом и вверх через отверстия в полу вблизи наружных стен. Перегородка присоединена к фундаменту таким образом, чтобы перекрыть площадь, заключенную внутри фундаментной стены на уровне ниже пола. Выходящий воздух направляется в область ниже перегородки для осуществления контакта по увеличенной площади с нижней частью перегородки. Фундамент и/или основание, поддерживающее фундамент, является воздухопроницаемым, по существу, вдоль его полной длины ниже места соединения фундаментного элемента с перегородкой, и выходящий воздух вытекает через фундаментный элемент или поддерживающий его материал, осуществляя при этом теплообмен с ними. Технический результат - простота системы и относительно низкая стоимость. 8 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Система отопления и вентиляции здания, содержащая периферийный фундамент, поддерживающий наружные стены здания, конструкцию пола, которая определяет поверхность пола в жилых помещениях здания, пространство, расположенное ниже конструкции пола и внутри фундамента, отверстия для сквозного прохода воздуха, выполненные проходящими через конструкцию пола вблизи наружных стен здания, отличающаяся тем, что она снабжена перегородкой, присоединенной к стене фундамента или краевой балке так, что перекрывает площадь, заключенную внутри стены фундамента или краевой балки на уровне ниже конструкции пола, а также тем, что система содержит средства отвода выходящего из здания воздуха, имеющие воздуховод для подвода выходящего воздуха в пространство ниже перегородки, а фундамент в области ниже места его соединения с перегородкой и/или основанием, поддерживающим фундамент, является воздухопроницаемым таким образом, что выходящий воздух способен вытекать как выбрасываемый воздух через фундамент или поддерживающий его материал, одновременно осуществляя обмен тепла с ними, при этом система содержит средства для циркуляции воздуха со средствами терморегулирования, указанные средства функционируют для циркуляции воздуха из жилых помещений здания в пространство ниже пола и для терморегулирования нижней стороны, по существу, всей площади пола и для терморегулирования циркулирующего воздуха перед тем, как он перейдет в пространство ниже пола. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что перегородка примыкает к нижней стороне конструкции, которая поддерживает или составляет пол, а расположенное ниже пола пространство расположено ниже перегородки. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что слой воздухопроницаемого материала предпочтительно имеет форму гравийной подушки и перекрывает по крайней мере часть площади поддерживающей поверхности внутри от фундамента или краевой балки. 4. Система по п.3, отличающаяся тем, что конструкция пола является самонесущей, а перегородка размещена, по существу, в нижней части пространства, расположенного ниже пола. 5. Система по одному из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что средства отвода выходящего из здания воздуха функционируют для создания повышенного относительно атмосферы давления выходящего воздуха, проходящего под перегородку. 6. Система по п.2 или 4, отличающаяся тем, что пространство, расположенное ниже пола, является служебным пространством, приспособленным для размещения служебного оборудования, такого, как водонагреватель, вентиляторы, трубопроводы воды и канализации и подобные устройства. 7. Система по одному из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что она снабжена средствами, выполненными в виде изоляции, для нагрева наружного воздуха, введенного в здание путем проникновения через указанные средства и смешивания с внутренним воздухом. 8. Система по одному из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что средства терморегулирования предназначены для нагрева циркулирующего воздуха. 9. Система по одному из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что средства терморегулирования предназначены для охлаждения циркулирующего воздуха.