СИСТЕМА ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ Российский патент 2004 года по МПК F24D3/02 

Предложение относится к системам водяного (жидкостного) отопления, а также, при необходимости, и горячего водоснабжения (ОГВ) индивидуальных домов или отдельных секций (подъездов) многоэтажных заданий, имеющих в качестве источника тепловой энергии сжигаемое топливо, преимущественно газовое.

В системах ОГВ индивидуальных заданий циркуляция воды в гидравлическом ее контуре обычно осуществляется за счет напора, возникающего из-за разности плотностей нагретой и охлажденной на нагревательных элементах воды. Этот “температурный” напор обычно невелик - около 0,05-0,09 м на каждые 3 м высоты здания, что затрудняет применение дроссельного регулирования расхода воды в отопительных элементах и делает работу системы отопления неустойчивой [1] - аналог.

В более современных системах водяного отопления для устранения указанных недостатков используется принудительная циркуляция в гидравлическом контуре системы отопления за счет применения циркуляционных, обычно электроприводных, насосных агрегатов с напором от 1 до 3 м для двух-, трехэтажных зданий [2] - прототип.

Целью предложения является создание системы водяного отопления с принудительной напорной циркуляцией теплоносителя (воды) при использовании всего одного теплового источника энергии (преимущественного газового теплогенератора), т.е. системы отопления, не требующей для обеспечения интенсивной циркуляции воды электроприводного насоса (наличия электрической энергии). Другой задачей является разработка системы, которая может быть выполнена за счет простой модернизации уже используемых отопительных систем.

Поставленная задача решается тем, что:

- система водяного отопления зданий состоит из топливного водонагревателя с горелками топлива и теплообменником нагрева воды, подключенным к контуру циркуляции воды (теплоносителя), обогревательных элементов нагрева помещений, расширительного бака и включенного последовательно в контур циркуляции насосного циркуляционного агрегата;

- циркуляционный насосный агрегат выполнен в виде насоса с тепловым приводом, нагреватель которого связан с водонагревателем по меньшей мере системой управления горения топлива в горелках, а холодильник теплового привода выполнен охлаждаемым за счет подключения к контуру циркуляции воды в системе отопления;

- тепловой привод выполнен с рабочим циклом Стирлинга, его нагреватель расположен в зоне горения топлива в водонагревателе, а холодильник расположен в контуре циркуляции воды до теплообменника водонагревателя по ходу движения воды в указанном контуре;

- тепловой привод выполнен с рабочим циклом Ренкина, его нагреватель выполнен в виде парогенератора с питательным пароприводным насосом, а холодильник - в виде конденсатора пара, гидравлически включенного в контур циркуляции воды в системе отопления;

- циркуляционный насос и конденсатор выполнены в виде общего для них парожидкостного эжектора - конденсатора;

- водонагреватель и теплоприводной насосный агрегат выполнены в одном блоке, подключаемом в систему отопления в разрез контура циркуляции воды, шунтируемый регулируемым вентилем;

- водонагреватель и теплоприводной насосный агрегат расположены в верхней части контура отопления, но ниже уровня воды в расширительном баке.

На фиг.1 и 2 даны примеры выполнения предложенной системы водяного (в общем случае жидкостного) отопления заданий.

Водонагреватель 1, см. фиг.1, содержит по меньшей мере одну горелку 2 топлива, преимущественно газообразного, теплообменник 3 нагрева воды (теплоносителя), последовательно включенный в контур циркуляции 4 системы отопления, отопительные элементы 5 обогрева помещений здания и подключенный к контуру 4 расширительный бак 6.

Циркуляция воды в контуре обеспечивается за счет циркуляционного насосного агрегата 7, содержащего тепловой привод 8 с нагревателем 9, связанным с водонагревателем 1 по меньшей мере посредством системы 10 управления горением топлива в горелках 2. Холодильник 11 теплового привода 8 выполнен охлаждаемым за счет его подключения к контуру циркуляции 4 воды, преимущественно к обратному трубопроводу 12 этого контура. В данном примере выполнения тепловой привод 8 выполнен работающим по циклу Стирлинга и его нагреватель 9 расположен в зоне горения топлива в водонагревателе 1, а холодильник 11 - в контуре циркуляции 4 воды до теплообменника 3 водонагревателя по ходу движения воды в контуре 4, что улучшает отвод тепла из теплового привода и увеличивает его эффективность. При этом отводимое тепло идет на нагрев воды в контуре циркуляции, т.е. полезно используется в системе отопления.

Система управления 10 посредством датчиков состояния системы отопления, например датчиков температуры воды 13 и температуры воздуха 14 в обогреваемом здании, регулирует интенсивность горения топлива и подачу насосного циркуляционного агрегата 8. Естественно, что система отопления снабжается дополнительными устройствами для заполнения и слива контура циркуляции и запуска и выключения системы обогрева в целом.

На фиг.2 тепловой привод насосного агрегата 7 выполнен работающим по циклу Ренкина, причем для упрощения конструкции теплоприводного насосного агрегата этого типа циркуляционный насос и холодильник-конденсатор объединены в общий пароводяной насос-конденсатор (см., например, техническое решение конденсатора по а.с. №1606838 за 1992 г.) 15, который гидравлически последовательно включен в контур циркуляции воды в системе отопления. Нагреватель выполнен в виде парогенератора 16 с питательным пароприводным насосным агрегатом 17, подающим воду под повышенным давлением из контура 4 на вход парогенератора 16, преимущественно выполняемым как прямоточный. Система управления 10 горением топлива в горелках 2 и 2' обеспечивает заданную температуру воды в контуре и необходимую интенсивность циркуляции воды в контуре 4, например, по разности температур в прямом и обратном стояках (трубопроводах) контура циркуляции 4 по сигналам датчиков температуры 13 и 13', что обеспечивает надежность работы системы отопления в целом.

Водонагреватель и теплоприводной насосный агрегат конструктивно предпочтительно выполнять в одном блоке-узле 18, который для улучшения экологической и эксплуатационной безопасности (особенно при использовании газообразного топлива) рационально устанавливать в верхней части контура циркуляции воды, например, снаружи на стене здания, гидравлически подключая его в разрез контура циркуляции воды и шунтируя его регулируемым вентилем 18 для облегчения эксплуатационного обслуживания системы отопления. При этом блок-узел 18 с элементами 3, 7, 15, 16, 17 располагается ниже уровня воды в расширительном баке 6.

Работает предложенная система отопления зданий следующим образом.

При поджиге топлива в горелке 2 (см. фиг.1) разогревается тепловой привод насосного агрегата 7 и начинается принудительная циркуляция теплоносителя в контуре 4, который разогревается в теплообменнике 3. При этом нагрев теплоносителя также осуществляется за счет отбора тепла в холодильнике 11 привода 8. В результате все тепло, идущее на приведение насосного агрегата, передается теплоносителю системы отопления.

В варианте выполнения по фиг.2 в качестве циркуляционного насоса применен пароводяной эжекционный насос-конденсатор 15 с пароприводным питательным насосным агрегатом 17, питаемым от отдельного парогенератора 16. В результате при разогреве парогенератора 16 вырабатываемый им пар поступает в паровой привод агрегата 17, который подает воду в парогенератор 16, где имеет место повышенное давление, что и обеспечивает насосное действие насоса-конденсатора 15 и циркуляцию воды в контуре 4. При этом вырабатываемый пар конденсируется в насосе-конденсаторе 15, передавая свою энергию на нагрев системы отопления.

Таким образом, предложенная система водяного (жидкостного) отопления зданий обладает автономностью, т.е. для ее работоспособности требуется всего один источник тепловой энергии. Поэтому перебои в электропитании не могут нарушить систему отопления зданий. Наличие теплоприводного циркуляционного насосного агрегата обеспечивает интенсивную циркуляцию воды в контуре системы отопления, что позволяет использовать ее, например, при модернизации существующих или создании новых систем автономного отопления многоэтажных зданий или отдельных подъездов этих зданий, позволяя при этом, при необходимости, подключаться к традиционным системам центрального отопления (тепловым сетям).

Литература

1. Ю.П. Соснин, Е.Н. Бухаркин. Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома. М.: Стройиздат, 1991, рис.5, стр.14.

2. В.Ф. Гребенюк. Теплообеспечение помещений. М.: Вузовская книга, 2001, стр. 100, рис. 5.1.

Изобретение относится к системам жидкостного отопления и может быть использовано в индивидуальных домах или отдельных секциях (подъездах) многоэтажного дома. Система состоит из топливного водонагревателя с горелками топлива и теплообменником нагрева воды, подключенным к контуру циркуляции воды, обогревательные элементы нагрева помещений, расширительный бак и включенный последовательно в контур циркуляции насосный циркуляционный агрегат, выполненный в виде насоса с тепловым приводом, нагреватель которого связан с водонагревателем по меньшей мере системой управления горения топлива в горелках, а холодильник теплового привода выполнен охлаждаемым за счет подключения к контуру циркуляции воды в системе отопления. Техническим результатом является возможность использовать систему отопления независимо от источников электроснабжения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система водяного отопления зданий, состоящая из топливного водонагревателя с горелками топлива и теплообменником нагрева воды, подключенным к контуру циркуляции воды (теплоносителя), содержащая обогревательные элементы нагрева помещений, расширительный бак и включенный последовательно в контур циркуляции насосный циркуляционный агрегат, отличающаяся тем, что циркуляционный насосный агрегат выполнен в виде насоса с тепловым приводом, нагреватель которого связан с водонагревателем по меньшей мере системой управления горения топлива в горелках, а холодильник теплового привода выполнен охлаждаемым за счет подключения к контуру циркуляции воды в системе отопления.2. Система водяного отопления зданий по п.1, отличающаяся тем, что тепловой привод выполнен с рабочим циклом Стирлинга, его нагреватель расположен в зоне горения топлива в водонагревателе, а холодильник расположен в контуре циркуляции воды до теплообменника водонагревателя по ходу движения воды в указанном контуре.3. Система водяного отопления зданий по п.1, отличающаяся тем, что тепловой привод выполнен с рабочим циклом Ренкина, его нагреватель выполнен в виде парогенератора с питательным пароприводным насосом, а холодильник - в виде конденсатора пара, гидравлически включенного в контур циркуляции воды в системе отопления.4. Система водяного отопления зданий по п.3, отличающаяся тем, что циркуляционный насос и конденсатор выполнены в виде общего для них парожидкостного эжектора - конденсатора.5. Система водяного отопления зданий по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что водонагреватель и теплоприводной насосный агрегат выполнены в одном блоке, подключаемом в систему отопления в разрез контура циркуляции воды, шунтируемый регулируемым вентилем.6. Система водяного отопления зданий по п.5, отличающаяся тем, что водонагреватель и теплоприводной насосный агрегат расположены в верхней части контура отопления, но ниже уровня воды в расширительном баке.