Водяная система отопления Российский патент 2021 года по МПК F24D3/00 F24D3/02 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в автоматизации управления системами отопления.

Известны устройства водяной системы отопления по книге «Эффективные системы отопления зданий», Стройиздат, 1988, стр. 94, рис. III. (4 в) - [1] и патенту на изобретение RU 2285206 C1 от 10.10.2006, F24D 12/00, F24D 3/02, «Система отопления многоэтажного здания» - [2].

Водяные системы отопления многоэтажного здания по аналогам [1] и [2] содержат подающую и обратную магистрали, сообщенные с ними соответственно подающие и обратные стояки, а также размещенные в помещениях многоэтажного здания нагревательные элементы.

Недостатком известных систем отопления многоэтажного здания по [1] и [2] является их потенциальная опасность при разгерметизации. В результате этого могут быть затоплены помещения с находящимися в них материальными ценностями (продовольственные и вещевые склады и т.д.), в некоторых случаях невосполнимыми и дорогостоящими, имеющими историческую ценность (архивы, музеи, библиотеки и др.). Причем разгерметизация системы водного отопления может произойти как естественным образом (коррозионным, превышения давления сети, брак запорно-регулирующей арматуры и др.), так и при стихийных (землетрясения, пожары и т.д.) и террористических или военных действиях.

Известна «Водяная система отопления» по патенту на изобретение RU 2372560 C1 от 10.11.2009, F24D 10/00 - [3], состоящая из прямой (горячей) и обратной (охлажденной) труб, трубы сброса воздуха, трубы слива воды и комплекса отопительных приборов, гидравлически соединенных между собой, установлены на прямой и на обратной трубах по одному отсечному электроклапану, а также содержит электронный блок управления с датчиками разгерметизации системы и двумя сливными электроклапанами и электро-насосом. Два сливных электроклапана установлены соответственно на прямой и на обратной трубах после отсечных электроклапанов, выходы сливных электроклапанов соединены между собой и с входом электронасоса, выход которого подсоединен к канализационному трубопроводу. Электронный блок управления содержит датчики разгерметизации системы в виде датчиков обнаружения воды. В качестве отсечных и сливных электроклапанов (электровентили) могут быть применены вентили (электровентили) с приводами от электродвигателей.

Недостатком аналога [3] является то, что при аварии системы водяного отопления вода сливается безвозвратно, например, в систему канализации здания, что приводит к потерям как самой воды (специально подготовленной, то есть прошедшую водоподготовку для использования в системе отопления), так и потенциально полезной теплоты, утерянной горячей воды.

Прототипом заявленного технического решения является «Водяная система отопления» по патенту на изобретение RU 2313731 C1 от 27.12.2007, МПК F24D 10/00 - [4], состоящая из горячей и обратной труб, трубы сброса воздуха, трубы слива воды и комплекса отопительных приборов, гидравлически соединенных между собой, на горячей и на обратной трубах установлено по одному электроклапану (электровентилю) и датчику расхода воды, а на трубах сброса воздуха и слива воды установлено по одному электроклапану (электровентилю). Под трубой слива воды расположена емкость, нижняя часть которой через электроклапан (электровентиль) и электронасос гидравлически соединена с системой отопления. Водяная система отопления также включает в себя оповещатель и электронный блок, вход которого соединен с датчиками расхода воды, а выход - с электроклапанами, электронасосом и оповещателем.

Недостатком прототипа [4] является то, что после слива воды из системы отопления ее ремонт может происходить длительное время, за которое слитая вода в емкости в холодное время года может замёрзнуть. При этом может быть разрушена сама емкость, а при заполнении холодной (остывшей) водой стояков с отрицательной температурой могут образоваться ледяные пробки, а также может произойти разрушение самих трубопроводов. В теплое время года вода в емкости также остынет и будет потеряна теплота слитой нагретой воды (в емкости). Дополнительно можно отметить, что при последующем (после срабатывания электронного блока (управления) на слив воды) отключении электричества водяная система отопления по прототипу [4] автоматически приходит в исходное состояние, при котором продолжается затопление помещений. Дополнительно как недостаток прототипа [4] можно отметить то, что в нем слив воды, осуществляется самотеком через расходомер, что существенно увеличивает время слива и объемы пролива воды в помещения, а это увеличивает материальный ущерб аварии водяной системы отопления.

Из недостатков прототипа вытекают следующие задачи:

- повышения энергетической эффективности созданием возможности длительного хранения слитой в емкость воды из системы отопления;

- повышение надежности в холодное время года (при отрицательных температурах окружающей среды) заполнением после ремонта системы водяного отопления именно горячей водой из емкости.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что «водяная система отопления со сливной емкостью», состоит из подающей и обратной труб, трубы сброса воздуха, трубы слива воды и комплекса отопительных приборов, гидравлически соединенных между собой, на подающей и на обратной трубах установлено по одному электровентилю и датчику расхода воды, а на трубах сброса воздуха и слива воды установлено по одному электровентилю, причем под трубой слива воды расположена емкость, нижняя часть которой через электронасос и электровентиль гидравлически соединена с системой отопления, а также содержащая электронный блок управления, вход которого соединен с датчиками расхода воды, а выход - с электровентилями, электронасосом и оповещателем. При этом установленные на подающей (горячей) и на обратной (охлажденной) трубах электровентили выполнены трехходовыми, вторые выходы которых соединены трубами с теплообменником установленным в нижней части емкости, которая со всех сторон теплоизолирована и имеет переливной трубопровод. В качестве привода электровентилей и трехходовых электровентилей в заявленной водяной системе отопления могут быть использованы электродвигатели. Емкость может быть установлена на теплоизоляционном основании, по бокам покрыта слоем теплоизоляции и сверху закрыта крышкой из теплоизоляционного материала. Также емкость может быть выполнена из прочного, пористого, теплоизоляционного и гидроизоляционного материала.

Сущность заявленного технического решения:

Водяная система отопления, состоящая из подающей и обратной труб, трубы сброса воздуха, трубы слива воды и комплекса отопительных приборов, гидравлически соединенных между собой, на подающей горячей и на обратной трубах установлено по одному электровентилю и датчику расхода воды, а на трубах сброса воздуха и слива воды установлено по одному электровентилю, причем под трубой слива воды расположена емкость, нижняя часть которой через электронасос и электровентиль гидравлически соединена с системой отопления, а также содержащая электронный блок управления, вход которого соединен с датчиками расхода воды, а выход - с электровентилями, электронасосом и оповещателем. При этом, установленные на подающей горячей и на обратной трубах электровентили выполнены трехходовыми, вторые выходы которых соединены трубами с теплообменником, установленным в нижней части емкости, которая со всех сторон теплоизолирована и имеет переливной трубопровод. В качестве привода электровентилей и трехходовых электровентилей могут быть использованы электродвигатели. В емкость может быть установлена на теплоизоляционном основании, по бокам покрыта слоем теплоизоляции и сверху закрыта крышкой из теплоизоляционного материала. Емкость кость может быть выполнена из прочного, пористого, теплоизоляционного и гидроизоляционного материала.

Техническим результатом является повышение энергетической эффективности и надежности водяной системы отопления. Технический результат достигается путем:

- снижения тепловых потерь от слитой в емкость горячей воды, то есть предотвращения её остывания путем, как теплоизоляции емкости, так и организацией подогрева слитой воды в емкости (повышение энергетической эффективности);

- возможности быстрого восстановления водяной системы отопления в холодное время года, путем её заполнения предварительно слитой и горячей водой, что предотвращает замерзание воды в трубах и в отопительных приборах (повышение энергетической эффективности и надежности);

- при возможном отключении электричества в начальном этапе опорожнения водяной системы отопления - предотвращением переключения в её исходное (рабочее) положение (повышение надежности).

Введенные отличительные признаки «установленные на подающей и на обратной трубах электровентили выполнены трехходовыми, вторые выходы которых соединены трубами с теплообменником, установленным в нижней части емкости» позволяют не только отключить подачу воды в систему отопления при её аварийном прорыве (разгерметизации), но и обеспечить её постоянный подогрев в емкости, для последующего использования после ремонта. Это особенно актуально при заполнении водяной системы отопления в холодное время года при отрицательных температурах окружающей среды, что существенно повышает надежность системы. Наличие переливного трубопровода повышает надежность системы, исключением затопления подвального помещения здания из емкости путем перелива возможных излишков воды (теплоносителя) из емкости в канализацию.

Введенный отличительный признак «емкость со всех сторон теплоизолирована» приводит к существенному снижению скорости остывания слитой в емкость воды (теплоносителя) из системы водяного отопления, то есть к снижению тепловых потерь, что повышает энергетическую эффективность заявленного технического решения.

Отличительный признак зависимого пункта формулы «в качестве привода электровентилей и трехходовых электровентилей использованы электродвигатели» также повышает надежность заявленной водяной системы отопления, тем, что при возможном отключении электричества её электровентилии и её трехходовые электровентили в «режиме слива воды» не переключатся в первоначальное положение «нормального функционирования» водяной системы отопления.

Отличительные признаки зависимых пунктов формулы «емкость может быть установлена на теплоизоляционном основании, по бокам покрыта слоем теплоизоляции и сверху закрыта крышкой из теплоизоляционного материала», а также «также емкость может быть выполнена из прочного, пористого, теплоизоляционного и гидроизоляционного материала» направлены на описание возможной конструктивной реализации емкости со сниженными тепловыми потерями.

Также из патентной литературы известны технические решения по сокращению и предотвращению больших объемов пролива воды в помещения при авариях водяной системы отопления по патентам на полезные модели Российской Федерации:

- RU 32239 U1 от 10.09.2003, F24D 3/02, «Система отопления здания с защитой от разрушения при прекращении циркуляции теплоносителя» - [5];

- RU 33427 U1 от 20.10.2003, F24D 3/02, «Система отопления многоэтажного здания» - [6];

- RU 48031 U1 от 10.09.2005, F24D 3/02, F24D 19/10, «Этажный узел отопления с возможностью аварийного сброса давления и отключения» - [7];

- RU 56563 U1 от 10.09.2006, F24D 3/02, «Система отопления многоэтажного здания» - [8].

Однако в аналогах [5], [6], [7] и [8] для реализации защиты помещений от протечек, также, как и в аналоге [3] вода сливается безвозвратно, например в систему канализации здания, что приводит к потерям как самой воды, так и теплоты горячей воды, что снижает энергетическую эффективность и повышает стоимость затрат при прорывах (протечках, разрушениях) водяной системы отопления.

Также в техническом решении «Система отопления многоэтажного здания» по патенту на полезную модель RU 27189 U1 от 10.01.2003, F24D 3/02 - [9], известно применение двух трехходовых клапанов (трехходовых электровентилей) для сокращения и предотвращения объемов пролива воды в помещения при авариях водяной системы отопления. При этом первый трехходовой клапан используется для закольцовывания прямого и обратного трубопроводов системы отопления, а второй трехходовой клапан используется для общего слива воды через расходомер с обратного трубопровода и гидравлически с ним соединённых отопительных приборов и из подающего трубопровода.

В аналоге [9] так же, как и в аналогах [3], [5], [6], [7] и [8] вода сливается безвозвратно и в приведенных аналогах отсутствует емкость для слива и хранения горячей воды и, следовательно, отсутствует возможность ее подогрева при хранении. Кроме, того схемы реализации этих технических решений аналогов сильно отличаются по конструктивной реализации от заявленной водяной системы отопления.

Графические материалы, поясняющие сущность изобретения представлены двумя фигурами:

На фигуре 1 представлен чертеж заявленной схемы водяной системы отопления (далее системы) в общем виде.

На фигуре 2 - чертеж системы по фигуре 1, адаптированный для подающего и обратных стояков многоэтажного здания.

На фигуре 1 обозначены: 1 - подающая труба; 2 - обратная труба; 3 - труба впуска (сброса) воздуха, 4 - труба слива воды; 5 - комплекс отопительных приборов обобщённый и условно обозначен одним радиатором; 6 - водяной трехходовой электровентиль подающего трубопровода; 7 - водяной трехходовой электровентиль обратного трубопровода; 8 - датчик расхода воды подающего трубопровода с электронным выходом; 9 - датчик расхода воды обратного трубопровода с электронным выходом; 10 - электровентиль для аварийного слива воды из системы; 11 - электровентиль для аварийного впуска воздуха в систему при сливе с неё воды (теплоносителя); 12 - теплоизолированная емкость (с теплоизолированной крышкой) для аварийного слива воды из системы и ее хранения в горячем состоянии на время ремонта системы; 13 - электронасос для закачки воды из теплоизолированной емкости (12) в систему после её ремонта; 14 - электровентиль для закачки воды электронасосом (13) в систему после её ремонта; 15 - электронный блок управления; 16 - оповещатель; 17 - водоводяной теплообменник, расположенный на дне теплоизолированной емкости (12); 18 - переливной трубопровод из теплоизолированной емкости (12) в систему канализации. Электровентили (10), (11), (14), а также трехходовые электровентили (6) и (7) выполнены с приводом от электродвигателя, и характеризуются тем, что в момент возможного отключения электричества не меняют своего состояния: «открытое» - «закрытое».

На фигуре 2 дополнительно обозначены: 1.1 - главный стояк горячей воды (от подающей трубы (1)); 2.1, 2.2 … 2.i - стояки обратных труб от соответствующих отопительных приборов (5); 5.1, 5.2 … 5.i - отопительные приборы соответствующих стояков отопления здания (для упрощения заявленной схемы устройства, как пример приведена простая однотрубная система отопления многоэтажного здания).

Система состоит из комплекса отопительных приборов (5) на фиг. 1 и, (5.1), (5.2), (5.i) на фиг. 2, подающей (1) и обратной (2) труб. На подающей трубе (1) установлен трехходовой электровентиль (6) и датчик расхода воды (8), а на обратной трубе (2) установлен трехходовой электровентиль (7) и датчик расхода воды (9). Система снабжена трубой впуска (сброса) воздуха (3) с электровентилем (11) и трубой слива воды (4) с электровентилем (10). Под трубой слива воды расположена теплоизолированная емкость (12) с теплоизолированной крышкой. Низ теплоизолированной емкости (12) через электронасос (13) и электровентиль (14) и гидравлически соединен с комплексом отопительных приборов (5). Датчики расхода воды (7) и (9) электрически соединены с электронным блоком (15), а тот в свою очередь электрическими линиями управления (на фигурах не пронумерованные) со всеми электровентилями: (6), (7), (10), (11) и (14), электронасосом (13) и оповещателем (16).

В рабочем режиме системы трехходовые электровентили (6) и (7) открыты (работают в режиме «0-1»), а электровентили (10), (11) и (14) закрыты. Горячая вода по труборпроводу (1) через электровентиль (6) и датчик расхода воды (8) поступает в комплекс отопительных приборов (5), где остывает и выходит из этого комплекса (5) по обратной трубе (2) через датчик расхода воды (9) и трехходовой электровентиль (7). В этом случае расходы воды по горячей и обратной трубам равны между собой, что фиксируется (с поправкой на погрешность показаний) датчиками расхода воды (8) и (9).

В случае разгерметизации системы отопления (появления течи воды) показания датчиков расхода воды (8) и (9) начинают расходиться, при этом электронный блок (15) реагирует на это по одному из двух вариантов. Если степень разгерметизации мала, то электронный блок (15) включает только оповещатель (16), если велика - включает оповещатель (16) и подает сигнал на переход трехходовых электровентилей (6) и (7) в положение режима «0-2», при котором горячая вода (теплоноситель) начинает протекать через водоводяной теплообменник (17), расположенный на дне теплоизолированной емкости (12). После этого электронный блок (15) открывает последовательно электровентиль (10) для слива воды из системы и электровентиль (11) для впуска в систему воздуха, для быстрого и полного слива воды (теплоносителя) из системы. При этом горячая вода (теплоноситель) начинает сливаться из системы в теплоизолированную емкость (12), на дне которой расположен водоводяной теплообменник (17) с уже циркулирующей по ней горячей водой.

После ремонта системы отопления она приводится в исходное рабочее состояние в ручном режиме. Через электронный блок (15) подают сигналы на закрытие электровентиля (10) - слива воды, после чего на открытие электровентиля (14) и на запуск электронасоса (13). В результате этого, горячая вода из теплоизолированной емкости (12) через некоторое время заполнит систему отопления по обратному пути первоначального аварийного слива воды. Далее через электронный блок (15) подают последовательные сигналы выключение электронасоса (13), на закрытие (водяного) электровентиля (14), а также на закрытие (воздушного) электровентиля (11). После заполнения системы отопления горячей водой из теплоизолированной емкости (12) через электронный блок (15) подают сигналы переключение трехходовых электровентелей (6) и (7) в положение режима «0-1», при котором система отопления начинает работать в нормальном режиме. Воздух из верхних точек водяной системы отопления могут дополнительно стравливать кратковременным (и контролируемым) приоткрытием (воздушного) электровентиля (11), находящегося в верхней части главного стояка (1.1), а также штатными автоматическими воздухоотводчиками (на фигурах 1 и 2 не показаны). При переключении трехходовых электровентелей (6) и (7) из положения «0-2» в положение режима «0-1» отключается расположенный на дне теплоизолированной емкости (12) водоводяной теплообменник (17) и из него необходимо также слить воду, например, обычным вентилем (на фигурах 1 и 2 не показан) или его частичным временным рассоединением, особенно в холодное время года.

Данная водяная система отопления имеет повышенную энергетическую эффективность и надежность, позволяет свести к минимуму ущерб, наносимый помещениям в случае ее разгерметизации.

Заявленная водяная система отопления в совокупности с ограничительными и отличительными признаками формулы изобретения не известна из уровня техники общеизвестных систем, и в литературных источниках не найдена, и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Совокупность признаков заявленной формулы изобретения на данном уровне развития техники ранее не применялась, и не следует из общеизвестных способов и систем для предохранения от протечек водяных систем отопления многоэтажных зданий с сливом горячей воды в теплоизолированную емкость с последующим подогревом слитой воды во время ремонтно-восстановительных работ, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".

Реализация водяной системы отопления с приведенной совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, может быть осуществлена применением известных и широко выпускаемых промышленностью устройств, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

Реализация заявленного технического решения по сравнению с прототипом дополнительно позволяет увеличить скорость слива воды, так, как вода сливается не через датчик расхода, на напрямую из комплекса отопительных приборов, что повышает её надежность, а также позволяет минимизировать наносимый материальный ущерб.

Литература

1. Книга «Эффективные системы отопления зданий», Стройиздат, 1988, стр. 94, рис. III. (4 в).

2. Патент на изобретение РФ: RU 2285206 C1 от 10.10.2006, F24D 12/00, F24D 3/02, «Система отопления многоэтажного здания».

3. Патент на изобретение РФ: RU 2372560 C1 от 10.11.2009, F24D 10/00, «Водяная система отопления».

4. Патент на изобретение РФ: RU 2313731 C1 от 27.12.2007, МПК F24D 10/00, «Водяная система отопления» - прототип.

5. Патент на полезную модель РФ: RU 32239 U1 от 10.09.2003, F24D 3/02, «Система отопления здания с защитой от разрушения при прекращении циркуляции теплоносителя».

6. Патент на полезную модель РФ: RU 33427 U1 от 20.10.2003, F24D 3/02, «Система отопления многоэтажного здания».

7. Патент на полезную модель РФ: RU 48031 U1 от 10.09.2005, F24D 3/02, F24D 19/10, «Этажный узел отопления с возможностью аварийного сброса давления и отключения».

8. Патент на полезную модель РФ: RU 56563 U1 от 10.09.2006, F24D 3/02, «Система отопления многоэтажного здания».

9. Патент на полезную модель РФ: RU 27189 U1 от 10.01.2003, F24D3/02, «Система отопления многоэтажного здания».

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в автоматизации управления системами отопления. Технический результат - повышение энергетической эффективности и надежности водяной системы отопления. Состоит из подающей (1) и обратной труб (2), трубы впуска (сброса) воздуха (3), трубы слива воды (4) и комплекса отопительных приборов (5), гидравлически соединенных между собой. На подающей трубе (1) установлен электровентиль (6) и датчик расхода воды (7), на обратной трубе (2) установлен электровентиль (7) и датчик расхода воды (9), на трубах впуска (сброса) воздуха (3) и слива воды (4) установлено по одному электровентилю (10) и (11). Под трубой слива воды (4) расположена теплоизолированная емкость (12), нижняя часть которой через электронасос (13) и электровентиль (14) гидравлически соединена с системой отопления. Также содержит электронный блок управления (15), вход которого соединен с датчиками расхода воды (8) и (9), а выход - с трехходовыми электровентилями (6) и (7), а также электровентилями (10), (11) и (14), электронасосом (13) и оповещателем (16). Вторые выходы трехходовых электровентилей (6) и (7) соединены трубами с теплообменником (17), установленным в нижней части теплоизолированной емкости (12), имеющей переливной трубопровод (18). В качестве привода электровентилей (10), (11) и (14) и трехходовых электровентилей (6) и (7) в заявленной водяной системе отопления могут быть использованы электродвигатели. Емкость (12) может быть установлена на теплоизоляционном основании, по бокам покрыта слоем теплоизоляции и сверху закрыта крышкой из теплоизоляционного материала. Емкость (12) может быть выполнена из прочного, пористого, теплоизоляционного и гидроизоляционного материала. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Водяная система отопления, состоящая из подающей и обратной труб, трубы сброса воздуха, трубы слива воды и комплекса отопительных приборов, гидравлически соединенных между собой, на подающей горячей и на обратной трубах установлено по одному электровентилю и датчику расхода воды, а на трубах сброса воздуха и слива воды установлено по одному электровентилю, причем под трубой слива воды расположена емкость, нижняя часть которой через электронасос и электровентиль гидравлически соединена с системой отопления, а также содержащая электронный блок управления, вход которого соединен с датчиками расхода воды, а выход - с электровентилями, электронасосом и оповещателем, отличающаяся тем, что установленные на подающей горячей и на обратной трубах электровентили выполнены трехходовыми, вторые выходы которых соединены трубами с теплообменником, установленным в нижней части емкости, которая со всех сторон теплоизолирована и имеет переливной трубопровод.

2. Водяная система отопления со сливной емкостью по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве привода электровентилей и трехходовых электровентилей использованы электродвигатели.

3. Водяная система отопления со сливной емкостью по п. 1, отличающаяся тем, что емкость установлена на теплоизоляционном основании, по бокам покрыта слоем теплоизоляции и сверху закрыта крышкой из теплоизоляционного материала.

4. Водяная система отопления со сливной емкостью по п. 1, отличающаяся тем, что емкость выполнена из прочного, пористого, теплоизоляционного и гидроизоляционного материала.