АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F24D13/00 F24D19/10 

Изобретение относится к теплотехнике, а более конкретно к автономным индивидуальным системам электрического отопления. Наиболее успешно настоящее изобретение может быть использовано для отопления дач и коттеджей.

Известна автономная система водяного отопления для индивидуального дома (смотри Информационный листок Краснодарского ЦНТИ N 271-71 "Замена малых котельных электроводоподогревателями"; Краснодар, 1971, с. 1-6). Система содержит электрокотел, расширительный сосуд с переливным устройством, нагревательные приборы в виде радиаторов водяного отопления и соединяющие их трубопроводы.

Система обеспечивает возможность осуществления обогрева собственного дома в любое время до необходимой потребителю температуры. Однако система дорогостояща в эксплуатации, т.к. нагрев воды в электрокотле требует больших затрат электроэнергии, а вся система в целом очень материлоемка. При этом удаленные отопительные радиаторы получают меньшее количество тепла, так как нагретая вода движется по системе самотеком и большее количество тепла отдается ближайшим к котлу радиаторам.

В настоящее время более широкое распространение получает прямое стационарное электроотопление, преобразующее электроэнергию в тепло без промежуточных теплоносителей. Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является автономная система отопления и водоприготовления по патенту России N 2093761 по кл. F 24 D 13/00.

Система содержит жидкостные электронагревательные приборы и бойлер, каждый из которых состоит из замкнутого корпуса, заполненного жидким теплоносителем, в котором размещен электрический нагревательный элемент. Они распределены по обогреваемым помещениям и являются локальными участками сиcтемы. В качестве блока управления системы используется распределитель, имеющий круглый центральный контакт и группу дугообразных контактов, расположенных по периметру центрального контакта, а также ползунок переключателя, к которым попарно подсоединены электронагревательные приборы и бойлер.

При этом привод ползунка, осуществляется от малооборотного (шагового) двигателя. При включении питания электродвигатель медленно перемещает ползунок по контактам распределителя тока и электричество поочередно поступает к парам нагревательных приборов. Жидкий теплоноситель подключенного к питанию нагревательного прибора быстро поглощает и аккумулирует тепло, выделяемое погруженным в него электрическим нагревательным элементом. После отключения питания нагревательные приборы отдают тепло отапливаемым помещениям. При этом отдача тепла, осуществляемая через стенки, происходит медленнее, чем его аккумулирование. Таким образом при работе система обеспечивает непрерывное снабжение теплом отапливаемых помещений всеми нагревательными приборами, а их подключение к сети происходит парами по очереди.

Основным недостатком этой системы так же, как и всех других известных электрических систем отопления, является то, что система может работать только лишь на полную мощность и возможности частичного использования потребляемой мощности и регулировки температуры на локальных участках в ней не предусмотрено. Это приводит к неоправданно высокому расходу электроэнергии в осенне-весенний период и ночное время, когда нет необходимости поддерживать одинаково комфортную температуру во всех отапливаемых помещениях.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать конструкцию автономной системы отопления, элементы которой были бы выполнены таким образом, чтобы при необходимости обеспечивалась возможность частичного использования потребляемой мощности и регулировка температуры на локальных участках системы, благодаря чему снижается расход электроэнергии, повышается экономичность системы и достигается максимальный комфорт.

Поставленная задача решается за счет того, что в автономной системе отопления, содержащей один или несколько локальных участков по числу отапливаемых помещений с установленными в них жидкостными электронагревательными приборами, а также блок управления системой, новым является то, что в качестве элекронагревательных приборов использованы масляные радиаторы с двумя электрическими нагревательными элементами, каждый локальный участок содержит терморегулятор, а блок управления содержит по два автоматических выключателя для каждого локального участка, при этом один из нагревательных элементов масляных радиаторов соединен с первым автоматическим выключателем своего локального участка через терморегулятор, а другой нагревательный элемент масляных радиаторов соединен со вторым автоматическим выключателем своего локального участка напрямую.

Благодаря такому решению имеется возможность при необходимости на 50% уменьшать величину потребляемой нагревательными элементами мощности и поддерживать температуру на локальных участках в необходимых пределах. Это и обеспечивает снижение расхода электроэнергии, повышение экономичности заявляемой системы отопления и обеспечивается максимальный комфорт.

Новым является также то, что блок управления содержит программатор с таймером, имеющий количество каналов управления, соответствующее числу локальных участков.

Благодаря наличию программатора обеспечивает возможность автоматического поддержания температуры на локальных участках системы в течение длительного времени без помощи человека.

Новым также является то, что масляные радиаторы включены в сеть с помощью болтовых электрических соединений.

Благодаря такому решению исключается перегрев электрических разъемов в местах включения радиаторов в сеть, что снижает пожароопасность системы.

Ниже сущность настоящего изобретения более подробно разъясняется подробным примером ее осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, где
на фиг. 1 приведена блок-схема заявляемой автономной системы отопления;
на фиг. 2 схематично изображен локальный участок заявляемой системы.

Система содержит один или несколько локальных участков (1) по числу отапливаемых помещений (на блок-схеме для упрощения представлена система из трех локальных участков). Каждый из локальных участков (1) состоит из по меньшей мере одного масляного электрического радиатора (2) и терморегулятора (3), установленных в помещении. Количество масляных электрических радиаторов (2) на локальном участке (1) выбирается из расчета объема данного помещения с параллельным включением радиаторов (2) в сеть.

В системе используются масляные электрические радиаторы (2) секционного типа. Нагрев радиатора осуществляется при помощи двух трубчатых электрических нагревательных элементов (4 и 5).

Для защиты радиатора (2) от перегрева используется термовыключатель (6), отключающий радиатор (2) при достижении температуры 92^oС на его поверхности. Наиболее успешно в системе могут использоваться электрорадиаторы "Солидус" настенного или напольного крепления по заявке на изобретение N 2000116528 с количеством секций от 8 до 20, мощностью от 0,8 до 2,5 кВт. Корпуса радиаторов (2) заземлены заземляющей жилой РЕ, подключенной к шине РЕ. Масляные радиаторы (2) включены в сеть с помощью болтовых электрических соединений (7), в которых соединение контактов электрических разъемов осуществляется резьбовым зажимом. Это исключает перегрев разъемов в местах включения радиаторов в сеть, что существенно снижает пожароопасность системы. Терморегулятор (3) предназначен для регулировки температуры локального участка (1) (отапливаемого помещения) по желанию потребителя. В системе применяются терморегуляторы сильфонного типа или с биметаллическими пластинами. Терморегулятор (3) является задатчиком температуры прямого механического действия. Устанавливается в каждом отапливаемом помещении и поддерживает температуру в пределах от 5 до 30^oC с точностью +1^oC. Терморегулятор (3) включается в цепь одного из электрических нагревательных элементов, например элемента (4), масляного радиатора (2) данного локального участка (1). При этом другой электрический нагревательный элемент (5) этого радиатора (2) включен в сеть системы помимо терморегулятора (3). За счет этого регулировка температуры на локальном участке (1) системы отопления может осуществляться из расчета 50% мощности радиатора (2). Желаемая температура задается по шкале, нанесенной на корпусе терморегулятора (3), либо по показаниям на жидкокристаллическом дисплее. Терморегулятор (3) также обеспечивает сокращение затрат электроэнергии в зависимости от температуры наружного воздуха и теплозащитных свойств помещения. При использовании на локальном участке (1) нескольких электрических масляных радиаторов (2), включенных в цепь параллельно, их включение и отключение осуществляется с помощью контактора (8), в цепь управления которого включен терморегулятор (3).

Система также содержит блок (9) управления. Блок (9) содержит автоматические выключатели, обеспечивающие оперативное управление локальными участками (1) системы, а также их защиту от перегрузок и токов короткого замыкания. На каждый локальный участок (1) системы (отапливаемое помещение) в блоке (9) предусмотрено по два автоматических выключателя (10 и 11). Выключатель (10) соединен через терморегулятор (3) с электрическим нагревательным элементом (4) масляного радиатора (2), а другой выключатель (11) соединен напрямую со вторым нагревательным элементом (5) этого радиатора. При необходимости блок (9) управления содержит программатор (12) с таймером, имеющий каналы управления, количество которых соответствует числу отапливаемых помещений. С помощью программатора (12) обеспечивается включение и выключение локальных участков (1) системы в соответствии с заданной программой. Он обеспечивает возможность запрограммировать недельный почасовой график режимов включения и выключения локальных участков (1) или всей системы во временной функции.

При работе такая система обеспечивает регулировку температуры на всех локальных участках (1), т.е. во всех отапливаемых помещениях с одновременной экономией электроэнергии. Для этого при необходимости система обеспечивает возможность во всем доме поддерживать необходимую температуру только в нужных помещениях. Например, при нахождении в жилом доме одного человека комфортно обогреваются спальня, кухня, санузел, холл, что в жилом доме составляет порядка 1/3 всех помещений. Во всех остальных помещениях система поддерживает дежурную температуру на уровне 5-7^oC, чтобы дом не имел температурного перекоса. Для обеспечения такого режима в зимний период полностью (на оба нагревательных элемента) подключены масляные радиаторы (2) спальни, кухни, санузла и холла. При этом необходимая комфортная температура в каждом из этих помещений поддерживается своим терморегулятором (3). Постоянная работа одного нагревательного элемента (5) и работа второго нагревательного элемента (4) через терморегулятор (3) вдвое уменьшают частоту его включений и выключений в зимний период из-за возникновения сквозняков и большой разницы температур внутри и вне помещений. Это существенно увеличивает ресурс работы терморегулятора (3). Во всех остальных помещениях в масляных радиаторах (2) включены только нагревательные элементы (4), управляемые терморегуляторами (3), которые и поддерживают дежурную температуру. Вторые нагревательные элементы (5) выключены их автоматическими выключателями (11) в блоке управления (9). Другими словами в этих масляных радиаторах (2) используется только 50% их мощности, что создает 50%-ю экономию электроэнергии. В весенне-осенний период во всех ненужных помещениях масляные радиаторы полностью отключены, а в указанных обитаемых помещениях включены только нагревательные элементы (4) масляных радиаторов (2), работающие через терморегуляторы (3). Такая работа системы и обеспечивает поддержание комфортной температуры в обитаемых помещениях дома с одновременной экономией электроэнергии за счет необитаемых помещений. При полной работе всей системы в зимний период, т.е. при отапливании всех помещений, экономия электроэнергии достигается путем поддержания температуры терморегулятором (3) в каждом помещении без превышения установленных норм и снижения температур в ночное время в неспальных помещениях. Задание необходимых температур на терморегуляторах (3), а также включение и выключение автоматических выключателей (10 и 11) блока (9) управления осуществляется вручную обитателями дома. При наличии в блоке (9) управления программатора (12) управление системой осуществляется автоматически. В программаторе (12) закладывается время включения системы на полную мощность и уменьшение мощности отопления на 50% в конкретных помещениях по дням недели с сохранением в то же время функции регулирования температуры в каждом конкретном помещении с помощью его терморегулятора (3). Таким образом данная система условно говоря имеет три степени регулировки:
- автоматическая терморегулятором (3) в каждом помещении;
- ручная через блок (9) управления путем включения и выключения половины мощности каждого из масляных радиаторов (2) обитаемых помещений и полного отключения необитаемых помещений с помощью автоматических выключателей (10 и 11);
- полностью автоматическая через программатор (12) в соответствии с введенной в него программой.

При использовании данной системы экономия электроэнергии достигается за счет обеспечения возможности частичного использования потребляемой мощности от полной расчетной мощности системы. В весенне-осенний период система использует всего на 35% от полной мощности масляных радиаторов, т.к. 50% неиспользуемой мощности составляют отключенные нагревательные элементы масляных радиаторов и 15% экономии мощности достигается за счет срабатывания терморегуляторов при достижении заданной температуры в различных обитаемых помещениях. В зимний период система используется в среднем на 75% от полной мощности за счет срабатывания терморегуляторов во всех помещениях при достижении в них заданных температур. Система работает на полную мощность только при первичном включении до достижении заданных температур и при температуре окружающей среды, равной -27^oC, что является расчетной температурой для подбора мощности всех систем отопления на северо-западе России. Это кардинально отличает заявляемую автономную систему отопления от всех других известных автономных электрических систем отопления, т.к. в них не имеется возможности частичного использования полной мощности электрических нагревательных элементов и в течение всего времени включения они работают на полную мощность.

Из приведенных конкретных примеров осуществления заявляемого изобретения для любого специалиста в данной области совершенно очевидна возможность его реализации с одновременным решением поставленной задачи. При этом также очевидно, что при реализации изобретения могут быть сделаны незначительные изменения, которые однако не будут выходить за пределы изобретения, определяемые приводимой ниже формулы изобретения.

Заявляемая автономная отопительная система проста по конструкции и технологична в изготовлении. Она надежна, долговечна и проста в эксплуатации. По сравнению с существующими системами электроотопления система имеет наиболее экономичный режим электропотребления и низкие эксплуатационные затраты. Система характеризуется высокими показателями по экологической и пожарной безопасности, морозоустойчивостью. Она обладает способностью работы длительное время в отсутствии человека. При отключении питания или падении напряжения работоспособность системы не нарушается, отопительные приборы не размораживаются.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к автономным индивидуальным системам электрического отопления. Автономная система отопления содержит один или несколько локальных участков (1) по числу отапливаемых помещений с установленными в них жидкостными электронагревательными приборами, а также блок (9) управления системой. Новым в системе является то, что в качестве электронагревательных приборов использованы масляные радиаторы (2) с двумя электрическими нагревательными элементами (4 и 5), каждый локальный участок (1) содержит терморегулятор (3), а блок (9) управления содержит по два автоматических выключателя (10 и 11) для каждого локального участка (1). При этом один из нагревательных элементов (4) масляных радиаторов (2) соединен с первым автоматическим выключателем (10) своего локального участка через терморегулятор (3), а другой нагревательный элемент (5) масляных радиаторов соединен со вторым автоматическим выключателем (11) своего локального участка напрямую. Техническим результатом является обеспечение возможности частичного использования потребляемой мощности и регулировки температуры на локальных участках системы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Автономная система отопления, содержащая один или несколько локальных участков по числу отапливаемых помещений с установленными в них жидкостными электронагревательными приборами, а также блок управления системой, отличающаяся тем, что в качестве электронагревательных приборов использованы масляные радиаторы с двумя электрическими нагревательными элементами, каждый локальный участок содержит терморегулятор, а блок управления содержит по два автоматических выключателя для каждого локального участка, при этом один из нагревательных элементов масляных радиаторов соединен с первым автоматическим выключателем своего локального участка через терморегулятор, а другой нагревательный элемент масляных радиаторов соединен со вторым автоматическим выключателем своего локального участка напрямую. 2. Автономная система отопления по п.1, отличающаяся тем, что блок управления содержит программатор с таймером, имеющий количество каналов управления, соответствующее числу локальных участков. 3. Автономная система отопления по п.1, отличающаяся тем, что масляные радиаторы включены в сеть с помощью болтовых электрических соединений.