ПАНЕЛЬ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F24D3/14 F24D5/10 

Изобретение относится к системам центрального отопления, в частности к системам отопления в наружных стеновых панелях жилых, общественных и промышленных зданий.

Известна панель для отопления помещения, содержащая нагревательные элементы, размещенные в наружной стеновой панели, щелевые вертикальные каналы в верхней и нижней частях, сообщающиеся с воздухом помещения посредством отверстий (см. а.с. 590544, кл. F 24 D 12/00. Панель для отопления помещений. Заявлено 01.12.75 г., опубликовано 30.01.78 г., бюл. 4).

Недостатком известной панели для отопления помещения являются повышенные бесполезные потери тепла ввиду того, что греющие элементы, замоноличенные в наружных стеновых панелях, отдают часть тепла непосредственно наружному воздуху. Наличие щелевых каналов, сообщающихся с воздухом помещения посредством отверстий, влечет за собой накопление пыли и грязи, которые удалить практически невозможно.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту и выбранной в качестве ближайшего аналога является панель для отопления помещения с нагревательными элементами, замоноличенными в бетон наружной стены (см. В. П.Туркин. Отопление жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий. Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство, 1970 г., с. 199).

Однако известная панель для отопления помещений обеспечивает повышенные бесполезные потери тепла, так как нагревательные элементы, замоноличенные в наружных стеновых панелях, отдают значительную часть тепла наружному воздуху. Кроме того, известная панель обладает большой тепловой инерцией, усложняющей регулирование теплоотдачи в помещение для обеспечения комфортных условий для человека.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение бесполезных потерь тепла, обеспечение регулирования теплоотдачи в помещение для создания комфортных условий для человека.

Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу, является выполнение панели для отопления помещения в виде основной части с высокотемпературными нагревательными элементами, примыкающей к помещению, и дополнительной части с низкотемпературными нагревательными элементами, расположенной в толще ограждения.

Указанная задача достигается тем, что известная панель для отопления помещения с нагревательными элементами согласно изобретению выполнена из основной части с высокотемпературными нагревательными элементами, примыкающей к помещению, и дополнительной части с низкотемпературными нагревательными элементами, расположенной в толще ограждения. Благодаря такой конструкции панели для отопления помещения тепловой поток от основной части панели с высокотемпературными нагревательными элементами, уходящий в сторону наружного ограждения, используется для нагревания дополнительной части с низкотемпературными нагревательными элементами. Тепло, аккумулированное в дополнительной части панели, может использоваться для регенирации всеми известными способами.

Основная и дополнительная части могут быть разделены герметичной воздушной прослойкой, могут быть разделены герметичной воздушной прослойкой и экраном. Кроме того, основная и дополнительная части могут быть разделены слоем теплоизоляционного материала, могут быть разделены воздушной прослойкой, вентилируемой внутренним воздухом. Панель для отопления помещения может быть снабжена устройством для отвода конденсата.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что предлагаемая панель для отопления помещения неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критерию "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемая панель для отопления помещения может быть изготовлена на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, так как для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, широко выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью.

Таким образом, заявляемая панель для отопления помещения соответствует критерию "промышленная применимость".

Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявленной панели для отопления помещения новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу, а именно снизить бесполезные потери тепла, обеспечить регулирование теплоотдачи в помещение для создания комфортных условий для человека.

Выполнение панели для отопления помещения из основной части с высокотемпературными нагревательными элементами, примыкающей к помещению, и дополнительной части с низкотемпературными нагревательными элементами, расположенной в толще наружного ограждения, позволяет часть тепла, исходящего от основной части с высокотемпературными нагревательными элементами, направленную в сторону наружного ограждения, аккумулировать в дополнительной части с низкотемпературными нагревательными элементами для дальнейшего полезного использования и тем самым обеспечивает снижение бесполезных потерь тепла, что в свою очередь обеспечивает регулирование теплоотдачи в помещение для создания комфортных условий для человека.

Наличие герметичной воздушной прослойки между основной и дополнительной частями панели обеспечивает снижение потерь тепла в сторону наружного ограждения, повышает эффективность использования тепла, исходящего от основной части с высокотемпературными нагревательными элементами.

Наличие герметичной воздушной прослойки и экрана между основной и дополнительной частями панели еще в большей степени обеспечивает снижение потерь тепла в сторону наружного ограждения, повышает эффективность теплоотдачи, обеспечивает регулирование теплоотдачи в помещение.

Наличие слоя теплоизоляционного материала между основной и дополнительной частями панели также обеспечивает снижение потерь тепла в сторону наружного ограждения.

Наличие воздушной прослойки, вентилируемой внутренним воздухом, между основной и дополнительной частями панели обеспечивает снижение потерь тепла в сторону наружного ограждения.

Наличие устройства для сбора и удаления конденсата обеспечивает сокращение количества водяных паров, снижает влажность материала наружного ограждения, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления теплопередаче этого материала и снижает потери тепла.

Таким образом, предлагаемая совокупность вышеописанных признаков снижает бесполезные потери тепла, обеспечивает регулирование теплоотдачи в помещение для создания комфортных условий для человека.

Предлагаемая панель для отопления помещения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез панели с герметичной воздушной прослойкой и экраном, на фиг.2 - поперечный разрез панели со слоем теплоизоляционного материала.

Панель для отопления помещения включает основную часть 1 с высокотемпературными нагревательными элементами 2, дополнительную часть 3 с низкотемпературными элементами 4, при этом основная часть 1 примыкает к помещению 5, а дополнительная часть 3 располагается в толще наружного ограждения 6. Основная часть 1 и дополнительная часть 2 могут быть разделены между собой герметичной воздушной прослойкой 7, экраном 8, слоем теплоизоляционного материала 9, воздушной прослойкой 10, вентилируемой внутренним воздухом. Панель для отопления помещения может быть снабжена устройством для отвода конденсата (не показано).

Панель для отопления помещения используют следующим образом. В высокотемпературные нагревательные элементы 2 основной части 1 подают теплоноситель с температурой 85-90^oС в зависимости от погодных условий, а в низкотемпературные нагревательные элементы 4 дополнительной части 3 подают теплоноситель с температурой 8-10^oС. В результате тепло от основной части 1 растекается и в сторону помещения 5 и в сторону наружного ограждения 6, где на его пути встречается дополнительная часть 3 с низкотемпературными нагревательными элементами 4, где и происходит аккумулирование этого тепла, которое используется для регенирации всеми известными способами.

В приведенных ниже примерах определяется лицевая (в строну помещения) и тыльная (направленная к наружному воздуху) теплоотдача для одного метра средних стеклянных труб диаметром 16•2 мм, заделанных с шагом 80 мм в бетонную стеновую панель толщиной 60 мм с двусторонней теплоотдачей, расход воды равен 30 кг/ч. Температура теплоносителя основной панели 90^oС, температура теплоносителя дополнительной части 10^oС. Коэффициент теплопроводности бетона λ_бет=1,37 Вт/мк, коэффициент теплопроводности стекла λ_ст=0,815 Вт/мк, тогда сопротивление теплопередаче наружного слоя ограждения R_нс=0,95 км/Вт.

В случае отсутствия дополнительной части панели тепловой поток с лицевой поверхности, направленный в помещение, g_лиц=52 Вт/м, а тыльный тепловой поток, направленный к наружному воздуху, g_тыл=92 Вт/м.

В случае, когда основная и дополнительная части панели разделены герметичной воздушной прослойкой, имеем сопротивление теплопередаче герметичной воздушной прослойки R_вп=0,14 мс/Вт, лицевая теплоотдача одного метра трубы g_лиц=52 Вт/м. Количество тепла, аккумулированного дополнительной частью панели, g_ак=95 Вт/м. В результате температура теплоносителя дополнительной части увеличивается с 10 до 12,7^oС и тыльная теплоотдача дополнительной панели на 1 м трубы g_тыл=35 Вт/м, потери тепла сократились в 2,6 раза в сравнении с обычной панелью.

Пример панели для отопления помещения, когда основная и дополнительная части разделены герметичной воздушной прослойкой и экраном из алюминиевой фольги. Пусть температура помещения +20^oС, температура воздуха на улице -34^oС, лицевая теплоотдача одного метра трубы g_лиц=52 Вт/м, аккумулированное тепло g_ак= 75 Вт/м, температура теплоносителя в дополнительной части панели +12,2^oС, тыльная теплоотдача g_тыл=34 Вт/м. Бесполезные потери тепла сократились в 2,7 раза.

Пример панели для отопления помещения, когда основная и дополнительная части разделены слоем теплоизоляционного материала K-FLEX (Италия) толщиной δ= 50 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,038 Вт/мк, лицевая теплоотдача g_лиц= 52 Вт/м, аккумулированное тепло g_ак=40 Вт/м, температура теплоносителя в дополнительной части панели t₂=11,1^oС, тыльная теплоотдача g_тыл=33,5 Вт/м. Бесполезные потери тепла сократились в 2,75 раза.

Пример панели для отопления помещения, когда основная и дополнительная части разделены воздушной прослойкой, вентилируемой внутренним воздухом. Лицевая теплоотдача g_лиц=52 Вт/м. Аккумулированное тепло g_ак=48 Вт/м, температура теплоносителя дополнительной части t₂=11,4^oС, тыльная теплоотдача g_тыл=33 Вт/м. Бесполезные потери тепла сократились в 2,8 раза.

Наличие устройства для сбора и удаления конденсата предусматривается при определенных тепловлажностных режимах эксплуатации. Имея температуру на поверхности дополнительной части панели ниже точки росы, возможно организовать сбор и удаление конденсата из паров, проходящих через наружное ограждение, под действием гравитационных сил при помощи устройства сбора и отвода конденсата. В результате сокращается количество водяных паров, материал в наружном ограждении теряет влажность и увеличивает сопротивление теплопередаче. В результате бесполезные потери тепла сократились.

К дополнительным преимуществам заявляемой панели для отопления помещения относится возможность ее использования для охлаждения в жаркий летний период, а также возможность ее использования для сушки материалов наружного ограждения.

В летнее время под воздействием солнечной радиации и температуры наружного воздуха происходит процесс нестационарной теплопередачи через наружное ограждение. Днем ограждение аккумулирует тепло, в дальнейшем отдавая его в помещение. Этот процесс передачи тепла от ограждения в помещение происходит и в ночное время при отсутствии солнечной радиации и понижении температуры наружного воздуха, так как аккумулирующая способность наружных ограждений велика. Вследствие этого, для поддержания комфортных условий в помещении в летнее жаркое время требуется производить охлаждение и в ночное время. Наличие дополнительной части панели понижает температуру в толще ограждения, перенося аккумулированное тепло с теплоносителем, сокращая емкостную характеристику ограждающих конструкций.

Пример использования панели для отопления помещения в летний период времени. Пусть температура воздуха в помещении +18^oС, температура наружного воздуха +30^oС между основной и дополнительной частями панели герметичная воздушная прослойка.

Материал труб и панели тот же, что в предыдущих примерах d_в.труб=12 мм, шаг укладки труб S=80 мм, расход теплоносителя G=30 кг/ч, температура теплоносителя основной части панели +12^oС, дополнительной части +5^oС.

1. Из помещения тепловой поток, поступающий к основной части, g_ном=4,2 Вт/м, температура теплоносителя изменится с +12 до +12,2^oС.

2. Тепловой поток с улицы вглубь ограждения g_нар=14,1 Вт/м, теплоноситель нагреется с температуры +5^oС до температуры +5,5^oС.

3. Теплообмен между теплоносителем основной части панели с теплоносителем дополнительной части панели g'=8 Вт/м.

При определенных влажностных режимах наружных ограждений использование заявляемой панели для отопления помещения дает возможность непосредственного влияния на динамику изменения влажности материала наружных ограждений. Из строительной теплофизики известно, что коэффициент теплопередачи увеличивается при повышении влажности материала и, наоборот, при понижении влажности материала увеличивается термическое сопротивление того же материала.

В зимний период, когда перенос паров воздуха происходит из помещения в толщу ограждения в сторону наружного воздуха, влажность материала наружных ограждений увеличивается, что влечет за собой дополнительные бесполезные потери тепла. Летний период характеризуется уменьшением влажности естественным осушением. Циклически этот процесс происходит каждый год. В зимний период, задав температуру ниже точки росы на поверхности дополнительной части панели, пары, проходящие из помещения в сторону наружного воздуха, конденсируются на этой поверхности, конденсат удаляется при помощи устройства для сбора и удаления конденсата, а в материалы наружного ограждения поступает меньшее количество паров, тем самым сокращается динамика увлажнения и уменьшения термического сопротивления материала.

В различные периоды года, при различных режимах эксплуатации, характеризующихся повышением влажности материалов ограждений, возможна организация "сушки" материалов ограждений в обратном порядке движения паров в сторону наружного или внутреннего воздуха за счет увеличения температуры внутренней дополнительной части панели, при условии поддержания требуемой температуры на основной части панели для обеспечения комфортных условий внутри помещения.

Использование заявленной панели для отопления помещения позволяет сохранить все достоинства панельно-лучистого отопления в плане санитарно-гигиенических требований и условий комфортности для человека. Конвективный теплообмен не увеличивается, нет труднодоступных мест для накопления пыли. При отоплении помещений температуру воздуха можно понижать на 1-3^oС, а при охлаждении температуру воздуха помещения можно держать на 1-3^oС выше без ущерба условиям комфортности, тем самым, сокращая мощность системы отопления-охлаждения.

Изобретение используется в системах центрального отопления, в частности системах отопления в наружных стеновых панелях жилых, общественных и промышленных зданий. Панель для отопления помещения с нагревательными элементами выполнена из основной части с высокотемпературными нагревательными элементами, примыкающей к помещению, и дополнительной части с низкотемпературными нагревательными элементами, расположенной в толще ограждения. Техническим результатом является снижение потерь тепла, обеспечение регулирования теплоотдачи в помещение для создания комфортных условий для человека. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Панель для отопления помещения с нагревательными элементами, отличающаяся тем, что она выполнена из основной части с высокотемпературными нагревательными элементами, примыкающей к помещению, и дополнительной части с низкотемпературными нагревательными элементами, расположенной в толще ограждения. 2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что основная и дополнительная части разделены герметичной воздушной прослойкой. 3. Панель по п.1, отличающаяся тем, что основная и дополнительная части разделены герметичной воздушной прослойкой и экраном. 4. Панель по п.1, отличающаяся тем, что основная и дополнительная части разделены слоем теплоизоляционного материала. 5. Панель по п.1, отличающаяся тем, что основная и дополнительная части разделены воздушной прослойкой, вентилируемой внутренним воздухом. 6. Панель по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для отвода конденсата.