ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ ОТАПЛИВАЕМОЕ ЗДАНИЕ С ТЕПЛИЦЕЙ Российский патент 2017 года по МПК E04H1/00 F24D5/10 E04B1/76 

Настоящее изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий.

Из существующего уровня техники известна конструкция Энергосберегающего отапливаемого здания RU 2432435 C2, опубл. 2011.10.27, в котором во время отопительного периода приточный воздух через тонкую стенку дымохода нагревается от тепла дымовых газов водогрейного котла здания; часть воздушных выбросов (не эксфильтрованный вытяжной вентиляционный воздух), нагреваясь через тонкую стенку дымохода вытяжки дымовых газов, по системе воздуховодов, расположенных в слое утеплителя ограждения здания, вытяжной вентиляционный воздух отдает тепло, замещая часть трансмиссионных потерь здания, и далее через подачу воздушных выбросов как притока окислителя в камеру сгорания водогрейного котла вместе с дымовыми газами удаляется за пределы здания.

Недостатками данного технического решения являются технологическая сложность (или дороговизна) обеспечения надежности герметичности тонкой стенки между дымовыми газами и приточным вентиляционным воздухом; необходимость обеспечения высокого уровня эксфильтрации воздуха через светопрозрачные проемы и входные группы здания для поддержки норм комфортности воздуха в помещениях здания; дополнительная трата тепловой энергии на нагрев газовых выбросов при прохождении их через систему дымоудаления водогрейного котла; отсутствие норм безопасного течения газовых выбросов по воздуховодам в слое утеплителя ограждения здания; отсутствие возможности использования газовых выбросов и дымовых газов после их рекуперации в воздуховодах слоя утеплителя ограждения здания.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является конструкция Энергоэффективного отапливаемого здания RU 2487223 C1, опубл. 2013.07.10, в котором во время отопительного периода приточный воздух через тонкую стенку, нагреваясь от тепла дымовых газов водогрейного котла здания, поступает в помещения здания; воздушные выбросы (вытяжной вентиляционный воздух), смешиваясь с дымовыми газами в газовом миксере, поступая в систему герметичных воздуховодов, расположенных в слое утеплителя ограждения здания, отдают часть своей тепловой энергии, с целью замещения части трансмиссионных потерь здания, и далее через расширительную емкость, оборудованную системой сбора конденсата, который может образовываться при охлаждении газовоздушных выбросов здания во время прохождения их по воздуховодам слоя утеплителя ограждающих конструкций, удаляется за пределы здания, на уровне цоколя здания, а так же через регулировочный шибер может подаваться в устройство сжигания топлива водогрейного котла.

Недостатками данного технического решения являются технологическая сложность (или дороговизна) обеспечения надежности герметичности тонкой стенки между дымовыми газами и приточным вентиляционным воздухом; отсутствие норм безопасного течения газовых выбросов по воздуховодам в слое утеплителя ограждения здания; отсутствие возможности использования газовых выбросов и дымовых газов после их рекуперации в воздуховодах слоя утеплителя ограждения здания.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является: повышение качества и удобства подачи нормы приточного воздуха; нормирование течения потока газовых выбросов по воздуховодам в слое утеплителя ограждения здания вне, автоколебательного характера, опасных зон перехода потока из турбулентного состояния в ламинарное и обратно; вторичное использование газовых выбросов и дымовых газов как плодотворной газовой среды для интенсивного выращивания тепличных растений; автоматизация конструкций вентиляции и рекуперации газовоздушных выбросов здания; снижение эксплуатационных расходов; повышение энергоэффективности утилизации газовоздушных выбросов, когда высок уровень грунтовых вод; унификация подземных инженерных сетей, снижение стоимости их монтажа и эксплуатации.

Данная задача решается за счет того, что заявленное энергоэффективное отапливаемое здание с теплицей: включает каналы теплообмена газовоздушных выбросов здания, которые должны быть расположены в слое утеплителя наружного ограждения здания на расстоянии, которое, с одной стороны, должно обеспечить отсутствие их промерзания без прохождения по ним потока газовоздушных выбросов при допустимой комнатной температуре в помещениях здания в условиях самой холодной пятидневки отопительного периода и, с другой стороны, обеспечить максимально возможный коэффициент полезного действия системы рекуперации тепла газовоздушных выбросов здания;

- приток наружного воздуха, вытяжка газовых выбросов из помещений здания, количество работающих каналов теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенных в слое утеплителя наружного ограждения здания регулируется вентиляционными заслонками и производительностью вентиляторов механического побуждения движения вытяжного воздуха в зависимости от погоды и расхода наружного воздуха для обеспечения стационарного существования лишь турбулентного ядра потока газовоздушных выбросов здания в каналах теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенных в слое утеплителя наружного ограждения здания;

- газовоздушные выбросы здания, как плодотворную газовую среду для интенсивного выращивания растений, подаются в теплицу из теплоинерционного пространства под зданием по подземному трубопроводу с механическим побуждением движения вентилятором;

- вентиляционные заслонки притока наружного воздуха, вытяжки газовых выбросов из помещений здания, каналов теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенных в слое утеплителя наружного ограждения здания и устройства регулировки производительности вентиляторов механического побуждение движения вытяжного воздуха и газовоздушных выбросов здания, с возможностью автоматизированного регулирования количества притока наружного воздуха в помещения здания, количества открытых каналов теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенных в слое утеплителя наружного ограждения здания, может быть объединена с системой контроля динамики численности людей и управления доступом в помещения здания;

- подземный трубопровод подачи газовоздушных выбросов из здания в теплицу может содержать слой теплоизоляции;

- подземный трубопровод подачи газовоздушных выбросов из здания за пределы населенного пункта может быть совмещен с ливневой канализацией.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:

- обеспечение возможности рекуперации газовоздушных выбросов в условиях самой холодной пятидневки отопительного сезона;

- повышение надежности системы рекуперации тепла газовоздушных выбросов в каналах теплообмена, расположенных в слое утеплителя наружного ограждения здания, за счет того, что поток газовоздушных выбросов является потоком с турбулентным ядром без артефактов автоколебательного характера, которые могут появляться на участках с высоким аэродинамическим сопротивлением в моменты перехода течения газовоздушных выбросов из ламинарного в турбулентное и обратно;

- повышение энерго- и биохимической эффективности утилизации газовоздушных выбросов;

- повышение уровня автоматизации, снижение эксплуатационных расходов системы вентиляции и рекуперации здания;

- повышение энергоэффективности утилизации газовоздушных выбросов, когда высок уровнень грунтовых вод;

- унификация подземных инженерных сетей, снижение стоимости их монтажа и эксплуатации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, условные обозначения на которых приведены согласно "Условные графические обозначения в проектах отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и теплохолодоснабжения", СТО НП АВОК 1.05-2006, опубл. 2006.03.14.

На фиг. 1 - Принципиальная схема системы рекуперации газовоздушных выбросов энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей, а также разрез А-А.

На фиг. 2 - Разрез А-А. Принципиальная схема притока наружного воздуха в помещения энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей.

Конструкция рекуперации газовоздушных выбросов

Энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей по фиг. 1 состоит из двух контуров теплообмена и конструкции транспортировки газовоздушных выбросов здания в теплицу и(или) за пределы населенного пункта.

Первый контур теплообмена включает:

водогрейный котел (1); канал подачи из водогрейного котла дымовых газов (2) с вентиляционной заслонкой (3); запасной канал удаления дымовых газов водогрейного котла за пределы здания (4) с вентиляционной заслонкой (5); газовоздушный миксер (6) подмешивания дымовых газов к потоку вытяжного вентиляционного воздуха, через систему сквозных отверстий в разделительной трубе (7); каналы подачи в газовоздушный миксер вытяжного вентиляционного воздуха из помещений здания (8), где каждый вытяжной вентиляционный канал оснащен огнезадерживающим клапаном (9), во избежание возможности опрокидывания вентиляции, обратным клапаном (10), шумоглушителем (11), вентиляционной заслонкой (12), которая может быть оборудована электроприводом, управление которого может быть автоматизировано, а так же может быть объединено с системой контроля динамики численности людей и управления доступом в помещения здания; каждое приточное отверстие вытяжного вентиляционного воздуха газовоздушного миксера оснащено вентилятором (13), управление производительностью которого может быть автоматизировано, а так же может быть объединено с системой контроля динамики численности людей и управления доступом в помещения здания, вентилятор так же оснащен шумоглушителем и вентиляционной заслонкой; вентиляционные заслонки (14) подачи газовоздушных выбросов из газовоздушного миксера в каналы теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенных в слое утеплителя наружного ограждения здания; запасную газовоздушную трубу (15) с вентиляционной заслонкой (16), теплоизоляционной затычкой (17), оборудованной механическим откидным затвором удаления, в случае необходимости, затычки в специально оборудованную нишу (18) и вытяжным вентилятором (19).

Необходимо отметить, что конденсат, который может возникать в отопительный период года в газовоздушном миксере (6), удаляется самотеком в канал подачи горячих вытяжных газов (2) и далее по приточному газовоздушному каналу (28) попадает в теплоинерционное пространство под зданием (24).

Второй контур теплообмена включает:

кровельные газовоздушные каналы (20), с достаточным наклоном, относительно линии горизонта для гравитационного удаления конденсата в Г-образные переходники; кровельные Г-образные переходники (21), оборудованные утепленными люками доступа (22) для проведения необходимых регламентных работ; стеновые газовоздушные каналы (23) с вентиляционными заслонками на выходе из каналов газовоздушных выбросов (25); дополнительный слой утеплителя подземной части стеновых газовоздушные каналов (24); теплоинерционное газовоздушное пространство под зданием (26); приточный газовоздушный канал в водогрейный котел (27) с двумя вентиляционными заслонками (28).

Система транспортировки газовоздушных выбросов здания в теплицу и (или) за пределы населенного пункта включает:

вытяжной канал газовоздушных выбросов из здания (29) с вентиляционной заслонкой (30) и реверсивным газовоздушным вентилятором (31); конденсатопровод (32) отвода конденсата, образующегося при остывании газовоздушных выбросов, оснащенного дренажным затвором (33); подземный воздуховод, который может быть совмещен с ливневой канализацией (34) и оснащен слоем утеплителя (35); колодец точечного ливнесбора с утепленной крышкой (36) с дренажным затвором (37); реверсивный вентилятор (38), с вентиляционной заслонкой (39) канала подачи газовоздушных выбросов в тепличное хозяйство; реверсивный вентилятор (40) с вентиляционной заслонкой (41) вытяжки газовоздушных выбросов за пределы населенного пункта.

Конструкция притока наружного воздуха в помещения для каждого светопрозрачного проема наружного ограждения энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей по фиг. 2 - Разрез А-А состоит из: канала притока наружного воздуха (1); проходящего через кожух рольставни (2) и надоконный блок ограждения здания (3); шумоглушителя (4); вентиляционной заслонки (5), которая может быть оборудована электроприводом, управление которого может быть автоматизировано, а так же может быть объединено с системой контроля динамики численности людей и управления доступом в помещения здания; сетчатого фильтра (6) и воздухораспределителя (7).

С помощью конструкции притока наружного воздуха в помещения энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей приток наружного воздуха может осуществляться в т.ч. тогда, когда рольставня (8) с утепленными ламелями (9) закрывает светопрозрачный проем ограждения здания.

Работает устройство энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей в трех режимах:

- основной режим работы;

- реверсивный режим работы;

- запасной режим работы.

Для всех режимов работы приток наружного воздуха в помещения здания осуществляется по одинаковому алгоритму даже тогда, когда рольставня с утепленными ламелями закрывает светопрозрачный проем ограждения здания - приточный наружный воздух поступает в помещения здания по каналу притока наружного воздуха, проходящего через кожух рольставни и надоконный блок ограждения здания, через шумоглушитель, вентиляционную заслонку, которая может быть оборудована электроприводом, управление которого может быть автоматизировано, а так же может быть объединено с системой контроля динамики численности людей и управления доступом в помещения здания, через сетчатый фильтр и воздухораспределитель с целью оптимизации количества работающих каналов теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенных в слое утеплителя наружного ограждения здания для обеспечения состояния турбулентности ядра потока газовоздушных выбросов здания при прохождении его по работающим каналам теплообмена.

Основной режим работы энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей осуществляется в отопительный период и в холодное время суток части неотопительного периода для обеспечения необходимого количества приточного воздуха в помещения здания, уменьшения расхода тепловой энергии водогрейного котла и обеспечения, в случае необходимости, притока газовоздушных выбросов в теплицу, как плодотворной газовой среды, насыщенной углекислотой, парами воды, газовыми радикалами продуктов сгорания водогрейного котла для обеспечения интенсивного выращивания растений.

Дымовые газы из водогрейного энергетического устройства через регулировочный клапан по каналу подачи газовых выбросов попадают в газовоздушный миксер. В это же устройство из помещений здания по вентиляционным каналам, оснащенным противопожарными, регулировочными и обратными клапанами, а так же шумоглушителями, попадает и вытяжной вентиляционный воздух помещений здания с помощью вентилятора для каждого вертикального вентиляционного канала.

Газовоздушный миксер представляет собой устройство смешения вспомогательного газового потока - дымовых газов с температурой порядка 150 градусов Цельсия - с основным газовым потоком вытяжным вентиляционным воздухом комнатной температуры, который оборудован регулировочными заслонками подачи газовоздушных выбросов температурой порядка 25-35 градусов Цельсия в каналы теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенные в слое утеплителя наружного ограждения здания.

Далее газовоздушные выбросы попадают последовательно в кровельные каналы, Г-образные переходники кровля-стена, стеновые каналы, Г-образные переходники стена-теплоинерционное пространство под зданием, устроенные так, расположенные в слое утеплителя ограждающих конструкций таким образом, чтобы обеспечить максимальную теплоотдачу газовоздушных выбросов при отсутствии возможности эксплуатационного промерзания стенок теплообменных модулей VHRM2 в условиях самой холодной пятидневки отопительного периода.

Необходимо отметить, что количество открытых вентиляционных заслонок каналов теплообмена, с учетом площади поперечного сечения каналов теплообмена, должно быть таковым, чтобы ядро потока газовоздушных выбросов было турбулентным.

Тепло, отдаваемое газовоздушными выбросами в каналах теплообмена, частично замещая тепловой поток из помещений наружу, позволяет сократить количество тепловой энергии, необходимой для отопления здания, расширить обслуживаемые зоны комфортности помещений здания; позволяет рассеять дополнительно тепловую энергию в ограждающих конструкциях, что повышает морозостойкость конструкций здания в отопительный период. Необходимо отметить, что в подземной части каналы теплообмена должны быть дополнительно утеплены со стороны помещений здания с учетом термического сопротивления почвы.

Далее, газовоздушные выбросы из каналов теплообмена попадают в теплоинерционное газовоздушное пространство под зданием и далее могут подаваться как приточная газовоздушная смесь в газовоздушный канал водогрейного котла или с помощью механического побуждения могут попадать в подземный воздуховод, который может быть совмещен с ливневой канализацией, откуда газовоздушные выбросы могут подаваться либо в теплицу, как с более высоким содержанием углекислоты, паров воды, газовых радикалов продуктов сгорания в водогрейном котле, чем наружный воздух, и с интегрально существенно большей энтальпией, чем энтальпия наружного воздуха, плодотворную газовую среду для интенсивного выращивания растений, либо с помощью механического побуждения вентилятором за пределы населенного пункта.

Параллельно с вентиляционным контуром утилизации газовоздушных выбросов из здания в конструкции предусмотрена система дренажа конденсата газовоздушных выбросов, совмещенная с ливневой канализацией для удаления конденсата за пределы населенного пункта.

В основном режиме работы энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей предусмотрена закупорка теплоизоляционной затычкой и закрытой регулируемой заслонкой газовоздушной запасной трубы.

Реверсивный режим работы энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей осуществляется в жаркое время, когда требуется ограничить поступление наружного теплового потока через ограждающие конструкции в помещения здания.

При реверсивном режиме работы в газовоздушной запасной трубе теплоизоляционная затычка с помощью механического откидного затвора удаляется из трубы в нишу, а так же открывается вентиляционная заслонка при работе вытяжного вентилятора запасной трубы.

Кроме того, реверсивный вентилятор с дренажным затвором теплоинерционного пространства под зданием включается в положение притока воздуха в теплоинерционное пространство из подземного воздуховода; реверсивный вентилятор канала подачи газовоздушных выбросов в тепличное хозяйство и вытяжки газовоздушных выбросов за пределы населенного пункта переключаются в режим подачи наружного воздуха в каналы газовоздушных выбросов здания.

В такой комбинации работы устройств конструкции энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей более холодный воздух подземного воздуховода будет поступать через теплоинерционное пространство под зданием в те каналы теплообмена, где открыты вентиляционные заслонки, тем самым аккумулируя на себя часть наружного теплового потока, проходящего через ограждающие конструкции в помещения здания. Далее нагревшийся в теплообменных модулях VHRM2 воздух через газовоздушный миксер поступает в газовоздушную запасную трубу и с помощью вытяжного вентилятора выбрасывается наружу.

В это же время через нее могут отводится обычные газовоздушные выбросы здания. Конденсат удаляется из здания аналогично основному режиму работы.

Запасной режим работы энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей может осуществляться при начале работы водогрейного котла, а так же в случае форс-мажора (пожаре, задымлении и пр.) в здании.

При запасном режиме работы, так же как и при реверсивном режиме работы, в газовоздушной запасной трубе теплоизоляционная затычка с помощью механического откидного затвора удаляется из трубы в нишу, а так же открывается регулируемая заслонка газовоздушной запасной трубы при работе вытяжного вентилятора газоотводной трубы.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий. Устройство энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей содержит водогрейный котел, систему рекуперации тепла вытяжного вентиляционного воздуха и дымовых газов водогрейного котла, включающую газовоздушный миксер, каналы теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенные в слое утеплителя наружного ограждения здания, теплоинерционное пространство под зданием с конденсатопроводом, газорегулировочную арматуру, регулирующую приток наружного воздуха, вытяжку газовых выбросов из помещений здания, количество работающих каналов теплообмена газовоздушных выбросов здания. Устройство также содержит конструкцию транспортировки газовоздушных выбросов механическим побуждением из теплоинерционного пространства под зданием в теплицу, включающую вытяжной канал газовоздушных выбросов, подземный воздуховод и канал подачи газовоздушных выбросов в тепличное хозяйство, а также содержит вентиляторы механического побуждения движения вытяжного воздуха в зависимости от погоды и расхода наружного воздуха для обеспечения стационарного существования турбулентного ядра потока газовоздушных выбросов здания в каналах теплообмена газовоздушных выбросов здания. Каналы теплообмена газовоздушных выбросов здания расположены в слое утеплителя наружного ограждения здания на расстоянии, которое, с одной стороны, обеспечивает отсутствие их промерзания без прохождения по ним потока газовоздушных выбросов при допустимой комнатной температуре в помещениях здания в условиях самой холодной пятидневки отопительного периода и, с другой стороны, обеспечивает максимально возможный коэффициент полезного действия системы рекуперации тепла в здании. Изобретение позволяет повысить энерго- и биохимическую эффективность утилизации газовоздушных выбросов здания, надежность и автоматизацию функционирования устройства в течение отопительного периода. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей, содержащее водогрейный котел, систему рекуперации тепла вытяжного вентиляционного воздуха и дымовых газов водогрейного котла, включающую газовоздушный миксер, каналы теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенные в слое утеплителя наружного ограждения здания, теплоинерционное пространство под зданием с конденсатопроводом, газорегулировочную арматуру, регулирующую приток наружного воздуха, вытяжку газовых выбросов из помещений здания, количество работающих каналов теплообмена газовоздушных выбросов здания, отличающееся тем, что содержит конструкцию транспортировки газовоздушных выбросов механическим побуждением из теплоинерционного пространства под зданием в теплицу, включающую вытяжной канал газовоздушных выбросов, подземный воздуховод и канал подачи газовоздушных выбросов в тепличное хозяйство, а также содержит вентиляторы механического побуждения движения вытяжного воздуха в зависимости от погоды и расхода наружного воздуха для обеспечения стационарного существования турбулентного ядра потока газовоздушных выбросов здания в каналах теплообмена газовоздушных выбросов здания, при этом каналы теплообмена газовоздушных выбросов здания расположены в слое утеплителя наружного ограждения здания на расстоянии, которое, с одной стороны, обеспечивает отсутствие их промерзания без прохождения по ним потока газовоздушных выбросов при допустимой комнатной температуре в помещениях здания в условиях самой холодной пятидневки отопительного периода и, с другой стороны, обеспечивает максимально возможный коэффициент полезного действия системы рекуперации тепла в здании.

2. Устройство энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей по п. 1, отличающееся тем, что газорегулировочная арматура притока наружного воздуха, вытяжки газовых выбросов из помещений здания, каналов теплообмена газовоздушных выбросов здания, расположенных в слое утеплителя наружного ограждения здания и устройства регулировки производительности вентиляторов механического побуждения движения вытяжного воздуха и газовоздушных выбросов здания, с возможностью автоматизированного регулирования количества притока наружного воздуха в помещения здания, может быть объединена с системой контроля динамики численности людей и управления доступом в помещения здания.

3. Устройство энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей по п. 1, отличающееся тем, что подземный трубопровод подачи газовоздушных выбросов из здания в теплицу может содержать слой теплоизоляции.

4. Устройство энергоэффективного отапливаемого здания с теплицей по п. 1, отличающееся тем, что подземный трубопровод подачи газовоздушных выбросов из здания за пределы населенного пункта может быть совмещен с ливневой канализацией населенного пункта.