способ автономного воздушного отопления, горячего водоснабжения жилого дома и система воздушного отопления для осуществления способа воздушного отопления

Формула изобретения

1. Способ автономного отопления и горячего водоснабжения жилого дома, включающий использование теплоты продуктов сгорания теплогенератора для нагрева воздушного и водяного теплоносителей, отличающийся тем, что в летний и отопительный периоды в водонагревателе, состоящем из конвективной, конденсационной ступеней и контактной камеры, продукты сгорания охлаждают до температуры, при которой из них на поверхности нагрева конденсационной ступени конденсируются пары, причем в летний период эти пары удаляют через контактную камеру и осуществляют подогрев только воды, идущей на горячее водоснабжение, путем нагрева ее противотоком последовательно в конденсационной и конвективной ступенях водонагревателя теплотой продуктов сгорания, а в отопительный период контактную камеру отключают, осуществляют подогрев воды, идущей на горячее водоснабжение также, как и в летний период, и через воздухоподогреватель в виде теплообменника-теплоутилизатора типа труба в трубе, состоящий из набора секций теплообменных элементов конвективной и конденсационной ступеней и размещенной между ними контактной камеры, последовательно противотоком продукты сгорания нагревают воздушный теплоноситель, причем количество теплоты, получаемое каждым теплоносителем, регулируют байпасным газопроводом, соединяющим конвективную и конденсационную ступени водонагревателя.

2. Система воздушного отопления жилого дома для осуществления воздушного отопления в способе по п.1, содержащая скомпонованные внутри жилого дома и размещенные в монолите вертикальных и горизонтальных строительных конструкций канал нагрева воздуха воздухонагревателя, магистральную горизонтальную, вертикальную и напольную трубную разводку, теплогенератор и водонагреватель, размещенные в подвальной части жилого дома, установленные в верхней части оконных рам местные вытяжки, вентилятор для подачи воздуха в воздухонагреватель, смонтированный в чердачной части жилого дома и дымосос, размещенный после верхней конденсационной секции воздухонагревателя внутри канала нагрева воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам теплоснабжения и горячего водоснабжения жилого и производственного комплексов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу автономного отопления и горячего водоснабжения жилого дома является [1]. Теплоту для отопления и горячего водоснабжения получают путем пиролиза бытовых отходов, горючего мусора и материалов в автоклавных газогенераторах. Разогрев и пиролиз горючих материалов производят теплом выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и теплоэлектронагревателей, питающихся энергией электрогенератора двигателя. Продукты пиролиза - горючие и дымовые газы используют в качестве теплоносителя в теплообменнике системы вентиляции воздуха помещений и затем конденсируют в жидкое горючее в бойлере с нагревом воды. Жидкое горючее используют для работы двигателя в рабочем режиме. Выхлопные газы двигателя после газогенераторов используют в качестве теплоносителя для радиаторов батарей, а затем направляют на аккумуляцию тепла в теплоемких материалах, далее в бойлер для нагрева воды и через катализатор вредных газов - в атмосферу.

Рассмотренная технология автономного отопления и горячего водоснабжения недостаточно эффективна, так как при этом температура уходящих газов составляет величину не ниже 150°С и не используется скрытая теплота парообразования водяных паров. Данная схема автономного отопления и горячего водоснабжения не адаптирована к летнему периоду и, не ясно, каким образом производится поддержание постоянной температуры в помещении при переменной температуре наружного воздуха.

Наиболее близким аналогом к заявляемой системе воздушного отопления жилого дома является [2], включающая приточный и вытяжной воздуховоды, выполненные в виде теплообменника-утилизатора типа труба в трубе. У противоположных стен вблизи уровня пола помещения расположены выход приточного и вход вытяжного коллекторов. Вход приточного и выход вытяжного коллекторов сообщены с приточным и вытяжным воздуховодами. Воздуховод местного отсоса выходом подключен к входу по линии охлаждения дополнительного теплоутилизатора, выход которого по той же линии соединен с выхлопным коллектором, а линия нагрева дополнительного теплоутилизатора входом и выходом подключена к приточному воздуховоду и коллектору соответственно.

В данном случае размещение вытяжного воздуховода вне помещения, который предназначен для передачи теплоты от удаляемого теплого воздуха из помещения приточному воздуху, неэффективно, так как значительная часть теплоты вытяжного воздуха теряется в окружающую внешнюю среду. Размещение над полом в помещении приточного и вытяжного воздушных коллекторов не целесообразно к использованию в жилых помещениях.

Отмеченные недостатки по способу автономного отопления и горячего водоснабжения жилого дома устраняются следующим образом. В летний и отопительный периоды продукты сгорания охлаждаются до температуры, при которой из них конденсируются водяные пары. Причем в летний период они нагревают противотоком только водяной теплоноситель последовательно в конденсационной и конвективной ступенях водонагревателя. В отопительный период продукты сгорания также противотоком сначала подогревают, при отключенной контактной камере водонагревателя, водяной теплоноситель в конденсационной и конвективной ступенях, а затем воздушный теплоноситель последовательно в конденсационных секциях, контактной камере и конвективных секциях воздухоподогревателя. При этом количество теплоты, получаемое каждым теплоносителем, регулируется байпасным газопроводом.

Недостатки по воздушной системе отопления помещений устраняются, если канал нагрева воздуха, магистральные горизонтальные, вертикальные, напольная трубная разводка скомпонованы внутри жилого дома и размещены в монолите вертикальных и горизонтальных строительных конструкций. Причем местная вытяжка установлена в верхней части оконных рам, вентилятор смонтирован в чердачной части жилого дома, а дымосос после верхней конденсационной секции воздухоподогревателя - внутри канала нагрева воздуха.

Заявленный способ автономного отопления, горячего водоснабжения жилого дома и воздушная система отопления изображены на чертеже, где 1 - вентилятор; 2 - дымосос; 3 - местная вытяжка; 4 - внешняя оболочка воздухоподогревателя; 5 - оконная рама; 6 - напольная трубная разводка; 7, 8 - вертикальный и горизонтальный магистральные воздуховоды; 9, 17 - контактные камеры воздухоподогревателя и водоподогревателя; 10, 11 - конвективная и конденсационная секции воздухоподогревателя; 12 - теплогенератор; 13 - подача топлива; 14 - воздух на горение; 15, 26 - байпасные газопроводы; 16, 18 - конвективная и конденсационная ступени водоподогревателя; 19 - водяной насос; 20-25, 29 - запорная арматура; 27 - водоподогреватель; 28 - воздухоподогреватель; 30 - распределительная решетка.

Теплогенератор 12 располагается в подвальной части жилого дома и, как правило, приблизительно по центру. Типы теплогенераторов зависят от вида сжигаемого топлива, которыми могут быть природный газ, жидкое или твердое топливо. Мощность теплогенератора определяется величиной суммарной тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение. Он предназначен для получения продуктов сгорания, теплота которых используется для нагрева воды и воздуха. Сжигание топлива должно быть организовано без образования СО, сажи для всего диапазона суммарной тепловой нагрузки по отоплению и горячему водоснабжению. Регулируемая подача подогретого воздуха осуществляется по воздухопроводу на горение 14.

Водонагреватель 27 предназначен для подогрева воды, которая поступает в систему горячего водоснабжения жилого дома. Он состоит из конвективной 16, конденсационной 18 ступеней и контактной камеры 17. В летний период в водонагревателе 27 продукты сгорания охлаждаются до температуры, близкой к температуре окружающей среды. При этом на поверхности нагрева конденсационной ступени конденсируются водяные пары. Конденсат удаляется из контактной камеры 17 (не показано). В отопительный период продукты сгорания из конвективной ступени 16 направляются по байпасу 15, минуя контактную камеру 17, в конденсационную ступень 18. Обе ступени работают по конвективному типу теплообмена. При этом запорная арматура 22 и 23 закрыта, а 24 открыта.

Воздухоподогреватель 28 состоит из набора секций теплообменных элементов конвективной 10 и конденсационной 11 ступеней воздухоподогревателя. Между ними находится контактная камера 9. Все секции помещены внутри внешней оболочки 4 воздухоподогревателя. На концах теплообменной секции приварены фланцы. С внешней стороны она имеет продольные ребра. Продукты сгорания проходят внутри трубы. Они движутся снизу вверх. Воздух нагнетается вентилятором 1 в противоположном направлении. Он омывает внешнюю часть конвективных 10 и конденсационных 11 секций воздухоподогревателя 28 с продольными ребрами, которые заключены во внешнюю оболочку воздухоподогревателя 4. Количество секций и геометрические размеры теплообменной секции определяется тепловым расчетом и высотой здания. Монтаж секций воздухоподогревателя 28 осуществляется сверху вниз. Секции соединяются между собой с помощью фланцев. Удаление конденсата из контактной камеры 9 не показано. Дымосос крепится к верхней конденсатной секции 11.

Вертикальные 7 и горизонтальные 8 магистральные воздуховоды, внешняя оболочка воздухоподогревателя 4, напольная трубная разводка 6 могут выполняться, например, из чугунных трубных элементов. Они замоноличиваются по горизонтальным и вертикальным конструкционным элементам здания. Напольная трубная разводка 6 через распределительные решетки 30 подводит подогретый воздух ко всем отапливаемым жилым и вспомогательным помещениям здания (лестничным клеткам).

Автономное отопление, горячее водоснабжение жилого дома и система отопления функционируют следующим образом.

В летний период осуществляется только подогрев воды для целей горячего водоснабжения жилого дома. Исходная вода нагнетается насосом 19, подогревается в конденсационной 16 и конвективной 18 ступенях водоподогревателя 27 и направляется потребителю. Продукты сгорания последовательно проходят конвективную ступень 16, контактную камеру 17, конденсационную ступень 18. После конденсационной ступени 18 их температура выше на 5-10°С, чем температура исходной воды. Дымососом 2 они удаляются в атмосферу. Конденсат водяных паров из продуктов сгорания накапливается в контактной камере 17 и удаляется (не показано). При этом арматура 20, 22, 23, 25 открыта, а 21 и 24 закрыта.

При наступлении отопительного периода отключается контактная камера 17 (арматура 21 и 24 открыта, а 22 и 23 закрыта). Конвективная 16 и конденсационная 18 ступени водоподогревателя 27 работают по конвективному принципу передачи теплоты от продуктов сгорания к исходной воде. Подогрев воды на нужды горячего водоснабжения осуществляется так же, как и при летнем режиме работы. Для регулирования количества теплоты между водоподогревателем 27 и воздухоподогревателем 28 открывают байпас 15 (арматура 21 открыта). Далее продукты сгорания передают свое тепло через теплообменные конвективные 10 и конденсационные 11 секции воздухоподогревателя 28. В конденсационной ступени 11 из продуктов сгорания конденсируются водяные пары. Отходящие газы дымососом 2 при температуре, которая выше температуры наружного воздуха примерно на 10-15°С, удаляются в атмосферу. Конденсат водяных паров продуктов сгорания сливается из контактной камеры 9 (на чертеже не показано).

Наружный воздух нагнетается вентилятором 1 и нагревается в воздухоподогревателе 28. По горизонтальным 8 и вертикальным 7 магистральным воздуховодам он направляется в напольные трубные разводки 6. Горячий воздух поступает в каждое помещение из распределительных решеток 30, расположенных на уровне чистого пола и своим теплом поддерживает нормированную температуру в помещении. Соблюдение качественного состава воздуха в помещении согласно санитарным нормам поддерживается как за счет поступления свежего подогретого воздуха, так и за счет местной вытяжки 4 в верхней части оконной рамы 5.

Данный способ автономного отопления, горячего водоснабжения жилого дома и система воздушного отопления имеет следующие преимущества:

1. Коэффициент полезного действия при передаче теплоты сжигания органического топлива в водоподогревателе и воздухоподогревателе приближается к 99% по высшей теплотворной способности топлива.

2. Отсутствуют потери теплоты во внешнюю среду от воздухоподогревателя до обогреваемого помещения, так как все устройства и коммуникации расположены внутри жилого дома.

3. Отпадает необходимость в промежуточном теплоносителе (воде) и, как следствие, в котельных, тепловых сетях, различного типа тепловых пунктов, системе радиаторного отопления.

4. Снижается себестоимость 1 Гкал отпущенной теплоты.

Литература

1. Кокарев В.А. Способ автономного отопления и горячего водоснабжения жилого дома и автономная система отопления и горячего водоснабжения жилого дома. Патент №2258870. 2003 г.

2. Система отопления помещения. Авторское свидетельство №1695078. 1989 г.