Результат интеллектуальной деятельности: Водяная система отопления

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 С1 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 С1 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 электронасосом. 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 могут быть применены вентили с приводами от электродвигателей.

Недостатком аналога [3] является низкая надежность ее конструкции в виду неполного слива воды из стояков и отопительных приборов, особенно в холодное время года.

Прототипом заявленного технического решения является «Водяная система отопления» по патенту на изобретение RU 2740668 С1 от 19.01.2021, МПК F24D 10/00, F24D 3/02 - [4], состоящая из подающей и обратной труб теплосети и подключенных к ним и подключенных к ним в здании соответственно, по крайней мере, по одному подающему и обратному стоякам с отопительными приборами, гидравлически завязанными между собой, автоматического воздухоотводчика, распложенного в верхней части подающего стояка, при этом подающая и обратная трубы теплосети подключены соответственно к подающему и обратному стоякам через первые выходы водяных трехходовых электровентилей, вторые выходы которых соединены трубами между собой и со входом электронасоса, выход которого через трубу слива воды подсоединен к канализационному трубопроводу, а также электронного блока управления, с датчиками разгерметизации в виде датчиков обнаружения воды, оповещателя, линиями управления электровентилями, электронасосом и оповещателем,

Недостатком прототипа [4] является низкая его надежность в виду неполного слива воды из стояков и отопительных приборов, особенно в холодное время года.

Из недостатков аналогов и прототипа следует задача повышения надежности водяной системы отопления с возможностью быстрого и гарантированного опорожнения ее стояков отопления с отопительными приборами для минимизации ущерба в виду неполного слива воды из стояков и отопительных приборов, особенно в холодное время года.

Сущность заявленного технического решения состоит в том что водяная система отопления, состоит из подающей и обратной труб теплосети и подключенных к ним в здании соответственно, по крайней мере, по одному подающему и обратному стоякам с отопительными приборами, гидравлически завязанными между собой, автоматического воздухоотводчика, распложенного в верхней части подающего стояка. При этом подающая и обратная трубы теплосети подключены соответственно к подающему и обратному стоякам через первые выходы водяных трехходовых электровентилей, вторые выходы которых соединены трубами между собой и со входом электронасоса, выход которого через трубу слива воды подсоединен к канализационному трубопроводу. Также содержит электронный блок управления, с датчиками разгерметизации в виде датчиков обнаружения воды, оповещателя, линиями управления электровентилями, электронасосом и оповещателем. При этом водяная система отопления здания дополнительно оборудована баллоном сжатого воздуха, который последовательно через газовый запорный электровентиль высокого давления, воздушный (газовый) редуктор и газовый запорный электровентиль трубопроводом подсоединен к, по крайней мере, к одному подающему стояку выше уровня установки водяного трехходового электровентиля подающей трубы теплосети, при этом по крайней мере, на одном подающем стояке перед его автоматическим воздухоотводчиком установлен газовый запорный электровентиль. Электронный блок управления дополнительно связан линиями управления с газовым запорным электровентилем высокого давления и запорными электровентилями установленными после газового редуктора и перед автоматическим воздухоотводчиком. Если водяная система отопления содержит i - пар прямого и обратного стояков, то каждая пара подающих и обратных стояков здания может быть присоединена соответственно к подающему и обратному трубопроводу через собственные трехходовые электровентили, все вторые выходы которых соединяются между собой и со входом электронасоса, при этом к каждому подающему стояку через свой запорный электровентиль подсоединен выход газового редуктора, а каждый стояк оборудован своим запорным электровентилем и автоматическим воздухоотводчиком. В качестве привода всех электровентилей и трехходовых электровентилей могут быть использованы электродвигатели.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности водяной системы отопления путем более полного гарантированного опорожнения стояков и отопительных приборов от воды при их разгерметизации. Данный технический результат особенно актуален в холодное время года.

В заявленную систему отопления добавлен баллон сжатого воздуха с управляемыми от электронного блока управления элетровентилями и газовый (воздушный) редуктор. При этом также, как и в прототипе [4] в заявленной водяной системе отопления осталась такая же увеличенная скорость слива воды, осуществляемая через два трехходовых электровентиля установленные на одну пару стояков. При наличии в многоэтажном здании более одной пары стояков (1…i - пар подающего и обратного стояков), водяная система отопления содержит также всего один электронасос, для ускоренного слива воды, и по два трехходовых электровентиля на каждую пару подающего и обратного стояков. Оповещатель, работающий от электронного блока управления, экстренно сообщает ремонтным службам об отключении конкретной пары стояков в многоэтажном здании. При этом, вода ускоренно сливается только из пары подающего и обратного стояков с отопительными приборами, в которых обнаружена протечка, а остальные стояки с отопительными приборами многоэтажного здания остаются в работоспособном состоянии, и самом здании система отопления не отключается. Однако по заявленному техническому решению для более полного гарантированного опорожнения стояков и отопительных приборов при их разгерметизации, в конце процесса слива воды система дополнительно продувается сжатым воздухом, например, с давлением не более 6 атмосфер, и тем самим удаляются(выдуваются) остатки воды системы отопления. Это позволяет гарантировать, что в холодное время года при минусовых температурах в элементах водяной системы отопления здания на слитых ее участках отопительные приборы и трубопроводы не будут «разморожены». Запас необходимого воздуха для продувки слитых отопительных приборов и трубопроводов хранится в баллоне или батареи баллонов сжатого воздуха (рассчитывается по заполняемому объему водяной системы отопления здания), например при давлении 200 атмосфер.

Использование отличительных признаков независимого формулы изобретения: «водяная система отопления здания дополнительно оборудована баллоном сжатого воздуха, который последовательно через газовый запорный электровентиль высокого давления, газовый (воздушный) редуктор и газовый запорный электровентиль трубопроводом подсоединен к, по крайней мере, к одному подающему стояку выше уровня установки водяного трехходового электровентиля подающей трубы теплосети, при этом по крайней мере, на одном подающем стояке перед его автоматическим воздухоотводчиком установлен газовый запорный электровентиль» и «электронный блок управления дополнительно связан линиями управления с газовым запорным электровентилем высокого давления и запорными электровентилями установленными после газового редуктора и перед автоматическим воздухоотводчиком» позволяет в конце процесса слива воды осуществить продувку слитых отопительных приборов и трубопроводов сжатым воздухом и гарантированно удалить (выдуть) из последних остатки воды, которые при минусовой температуре могут привести к разрушению (разморозке) этих элементов системы отопления. При этом, случае разгерметизации системы из нее будет слито и удалено (сжатым воздухом) гарантировано максимально возможное количество воды (жидкости) и тем самим будет минимизирован ее пролив в помещения.

Часть вышеприведенного отличительного признака, где воздушный трубопровод подсоединен «к одном подающему стояку выше уровня установки водяного трехходового электровентиля подающей трубы теплосети» позволяет газовые баллоны высокого давления размещать или в самом теплоцентре задания или снаружи здания. При этом поступающий в подающую трубу (подающий стояк) сжатый воздух через саму подающую трубу поднимется вверх и перейдет в обратную трубу с установленными на ней отопительными приборами, удаляя из всех слитых элементов системы отопления остатки воды, как на подающей трубе, так и на обратной трубе. Кроме того, нет необходимости тянуть воздуховоды на верхние этажи или чердачное помещения здания или же размещать воздушные баллоны на чердаке задания.

Использование отличительного зависимого признака формулы изобретения: «в качестве привода всех электровентилей и трехходовых электровентилей использованы электродвигатели» позволяет исключить при последующем (после срабатывания электронного блока управления на слив воды) возможного отключении электричества автоматический переход системы водяного отопления в исходное состояние (при котором может продолжится затопление помещений), что повысит надежность всей системы отопления при авариях с отключением электричества. При этом применение электронасоса, например, самого дешевого насоса центробежного типа, позволит воде свободно сливаться в канализацию, только с меньшей скоростью. При штатном режиме - работе дренажного электронасоса в системе отопления создается вакуум, за счет чего выброс воды в помещения минимальный. В конце слива воды, при продувке элементов системы сжатым воздухом скорость слива даже через насос центробежного типа только увеличится.

Использование отличительного зависимого признака формулы изобретения: «каждая пара подающих и обратных стояков здания может быть присоединена соответственно к подающему и обратному трубопроводу через собственные трехходовые электровентили, все вторые выходы которых соединяются между собой и со входом электронасоса, при этом к каждому подающему стояку через свой запорный электровентиль подсоединен выход газового редуктора, а каждый стояк оборудован своим запорным электровентилем и автоматическим воздухоотводчиком» позволяет применить заявленное техническое решение для водяной системы отопления многоэтажного здания с 1…i - пар подающих и обратных стояков. При этом (в этом варианте), водяная система отопления для ускоренного слива воды содержит всего один баллон сжатого воздуха с газовым электровентилем высокого давления и воздушным редуктором и по паре (двум) электровентилей на каждую пару стояков, и как в прототипе один электронасос и по два трехходовых электровентиля на каждую пару стояков, что также повышает надежность системы.

Графические материалы, поясняющие сущность изобретения представлены двумя фигурами:

На фигуре 1 представлен чертеж заявленной схемы водяной системы отопления для одной пары подающего и обратного стояков многоэтажного здания.

На фигуре 2 - чертеж по фигуре 1, адаптированный для водяной системы отопления многоэтажного здания с 1…i - пар подающих и обратных стояков.

На фигуре 1 обозначены: 1 - подающая (горячая) труба из теплосети; 2 - обратная (охлажденная) труба в теплосеть; 3 и 4 - водяные трехходовые электровентили с приводом от электродвигателя; 5 - подающий стояк; 6 - обратный стояк; 7 - отопительные приборы; 8 - автоматический воздухоотводчик; 9 - электронасос, в качестве которого может быть простейший центробежный; 10 - труба слива воды от соединения вторых выходов трехходовых электровентилей (3) и (4) к электронасосу (9); 11 - электронный блок управления; 12 - датчики разгерметизации; 13 - оповещатель; 14 - линии полсоединения датчиков разгерметизации (12); 15 - линий управления трехходовыми электровентилями (3) и (4); 16 - линия управления электронасосом (9); 16 - линия управления оповещателем (13); 17 - баллон с сжатым воздухом; 18 - газовый электровентиль высокого давления; 19 - воздушный редуктор; 20 - электровентиль подвода воздуха к подающему стояку; 21 - электровентиль установленный перед автоматическим воздухоотводчиком для его временного отключения; 22 - линия управления электровентилями (18), (20) и (21).

На фигуре 2 дополнительно обозначены: 3.1, 3.2…3.i - трехходовые электровентили соответствующих подающих стояков с горячей водой 5.1, 5.2…5.i; 4.1, 4.2…4.i - трехходовые электровентили соответствующих обратных стояков с охлажденной водой 6.1, 6.2…6.i; 7.1, 7.2…7.i - отопительные приборы соответствующих пар стояков 1, 2…i; 8.1, 8.2…8.i - автоматические воздухоотводчики соответствующих пар стояков 1, 2…i; 20.1, 20.2…20.i - электровентили подвода воздуха соответственно к подающим стоякам с горячей водой (5.1, 5.2…5.i); 21.1, 21.2…21.i - электровентили установленные перед автоматическими воздухоотводчиками 8.1, 8.2…8.i для их временного отключения.

Водяная система отопления, состоит из подающей (горячей) (1) и обратной (охлажденной) (2) труб и подключенных к ним через водяные трехходовые электровентили (3) и (4) соответственно подающий (5) и обратный (6) стояки с отопительными приборами (7), гидравлически завязанными между собой, автоматического воздухоотводчика (8), распложенного в верхней части подающего стояка (5), электронасоса (9), трубы слива воды (10), электронный блок управления (11) с датчиками разгерметизации (12) в виде датчиков обнаружения воды и оповещателем (13). Электронный блок управления (11) с датчиками разгерметизации (12) соединен при помощи линий (14). Для управления трехходовыми электровентилями (3) и (4), электронасосом (9) и оповещателем (13) от электронного блока управления (11) отходят соответственно линии управления (15), (16) и (17). Входы трехходовых электровентилей (3) и (4) соответственно подключены к подающей (горячей) (1) и обратной (охлажденной) (2) труб системы теплоснабжения. Первые выходы трехходовых электровентилей (3) и (4) подсоединены соответственно к подающей (1) и обратной (2) трубам теплосети, а вторые выходы трехходовых электровентилей (3) и (4) соединены трубами между собой и трубой (10) со входом электронасоса (9), выход которого через трубу слива подсоединен к канализационному трубопроводу (к канализации). Водяная система отопления дополнительно оборудована баллоном сжатого воздуха (17), который последовательно через газовый запорный электровентиль (18) высокого давления, воздушный редуктор (19) и газовый запорный электровентиль (20) трубопроводом подсоединен к, по крайней мере, к одному подающему стояку (5) выше уровня установки водяного трехходового электровентиля (3) подающей трубы (1) теплосети. При этом по крайней мере, на одном подающем стояке (5) перед его автоматическим воздухоотводчиком установлен газовый запорный электровентиль (21), а электронный блок управления (11) дополнительно связан линиями управления (22) с газовым запорным электровентилем (18) высокого давления и запорными газовыми электровентилями (20) и (21) установленными соответственно после газового редуктора (19) и перед автоматическим воздухоотводчиком (8).

Когда водяная система отопления содержит от 1-й до i-й - пар подающего (5.1, 5.2…5.i) и обратного (6.1, 6.2…6.i) стояков, то каждая пара подающих (5.1, 5.2…5.i) и обратных (6.1, 6.2…6.i) стояков присоединена к подающему (1) и обратному (2) трубопроводам через собственные трехходовые электровентили (3.1, 3.2…3.i) и (4.1, 4.2…4.i), все вторые выходы которых соединяются между собой и со входом электронасоса (9). При этом к каждому подающему стояку (5) через свой запорный электровентиль (20.1, 20.2…20.i) подсоединен выход газового редуктора (19), а каждый подающий стояк (5.1, 5.2…5.i) оборудован своим запорным электровентилем (21.1, 21.2…21.i), установленным соответственно перед автоматическим воздухоотводчиком (8.1, 8.2…8.i) для его временного (на время продувки) отключения. В качестве привода всех электровентилей (18), (19), (21), а также трехходовых (3) и (4) электровентилей использованы электродвигатели, что позволяет повысить надежность водяной системы отопления.

Работа заявленного устройства состоит в следующем.

При нормальном режиме работы: вода подается по подающей (горячей) (1) трубе теплосети в здание и через трехходовой электровентиль (3) к подающему стояку (5) и далее к отопительным приборам (7), от которых вода (охлажденная) поступает к обратному стояку (6) и отводится через трехходовой электровентиль (4) к обратной трубе (2) теплосети и отводится от здания. На трубе сброса воздуха находится автоматический воздухоотводчик (8), который закрыт под воздействием давления воды. При этом трехходовые электровентили (3) и (4) включены в положение I, когда они соответственно соединяют подающий стояк (5) с подающей (горячей) трубой (1) теплосети и обратный стояк (6) с обратной трубой (2) теплосети с охлажденной водой.

При протечке воды (по фигуре 1) из отопительного прибора (7) срабатывает расположенным под ним датчик обнаружения воды (12), который по линии (14) подает сигнал в электронный блок управления (11). В электронный блок управления (11) согласно заложенной в него программе формируются и выдаются следующие команды:

1. По линии управления (15) - на переключение трехходовых электровентилей (3) и (4) в положение И, когда они соответственно разъединяют подающую трубу (1) теплосети и подающий стояк (5), а также обратную трубу (2) теплосети с обратным стояком (6) с охлажденной водой. При этом трехходовые электровентили (3) и (4) соединяют подающий стояк (5) с обратным стояком (6) - (соединяют их между собой) и при помощи трубы (10) со входом электронасоса (9). При этом также автоматический воздухоотводчик (8) под воздействием понижающегося давления открывается (в него поступает воздух) и далее осуществляется слив воды из пары стояков с отопительными приборами (7).

2. По линии управления (16) - на включение электронасоса (9), и при этом осуществляется ускоренный слив воды из пары стояков с отопительными приборами (7). По представленной на фиг. 2 схеме ускоренный слив воды осуществляется только из конкретная пара стояков, под отопительным прибором которой произошла утечка воды. Остальные пары стояков (подающий (5) и обратный (6)) со своими отопительными приборами (7) продолжают нормально функционировать.

3. По линии управления (17) - на информирование с помощью оповещателя оператора (или дежурной команды) обслуживающей организации об отключении конкретной пары стояков многоэтажного задания.

4. По линии управления (22) - и в конце слива воды из стояков (5) и (6) подаются команды на открытие газового электровентиля (18) высокого давления, через который сжатый воздух попадет в воздушный редуктор (19) в котором давление воздуха будет понижено до рабочего давления в водяной системе отопления, например до давления не более 6 атмосфер. При этом, открывается электровентиль (20) и закрывается электровентиль (21). Открытие электровентиля (20) приводит к прохождению через подающий стояк (5) сжатого воздуха, которым удаляются («выдуваются») проходящим под давлением воздухом не слитые остатки воды как из подающего стояка (5), так и из с обратного стояка (6) и связанных с ним отопительными приборами (7). Воздух в обратный стояк (6) попадает через верхнюю часть подающего стояка (5) и «выдувает» остатки воды из отопительных приборов (7). Одновременное с открытием электровентиля (20) закрытие электровентиля (21) позволяет не допустить потерю сжатого воздуха через автоматический воздухоотводчик (8).

5. После того, как сжатым воздухом, будут «продуты» от остатков воды подающий и обратный стояки (5), (6) с отопительными приборами (7) по линии управления (22) подаются команды на закрытие газового электровентиля (18) высокого давления и электровентиля (20), а также на открытие электровентиля (21).

6. По линии управления (16) - на выключение электронасоса (9), после прохождении времени, достаточного на слив воды из пары стояков (подающего (5) и обратного (6) со своими отопительными приборами (7)). При этом время задается в электронном блоке управления (11) с гарантированным резервом, достаточным для полного слива воды, а электровентили (3) и (4) остаются переключенными в положение режима II для слива самотеком остатков воды.

По представленной на фигуре 2 схеме открывается конкретная пара стояков, под отопительным прибором которой произошла утечка воды.

Включение отключенных конкретных стояков водяной системы отопления многоэтажного здания осуществляется вручную, после того, как дежурная команда (сантехников) устранит неисправности системы в виде протечки воды и проверит герметичность пары стояков - подающего (5) и обратного (6) со своими отопительными приборами (7).

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, 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».

Таким образом, заявленное устройство, также как и прототип обладает следующими характеристиками:

- ускоренным сливом воды из системы дренажным насосом, что позволяет минимизировать наносимый материальный ущерб;

- возможностью использования системы в многоэтажных зданиях;

- актуальностью применения в промышленном и гражданском строительстве;

- возможностью работать при аварийном отключении электропитания;

- возможностью использования вентилей с электроприводом в виде электродвигателя, что повышает надежность системы;

- возможностью предупреждения обслуживающего персонала о переключении в аварийный режим.

Заявленное устройство позволяет дополнительно существенно повысить надежность конструкции прототипа, особенно при отрицательной температуре окружающей среды, путем осуществления «продувки» сжатым воздухом подающего и обратного стояков (5), (6) с отопительными приборами (7) от остатков воды.

При этом продувка сжатым воздухом по командам линии управления (22) осуществляется для конкретной пары стояков, под отопительным прибором которой произошла утечка воды - из пары подающего (5) и обратного (6) стояков вместе со связанными с ними с отопительными приборами (7).

Кроме того, применение заявленного технического решения, а именно «продувки» сжатым воздухом позволит дополнительно ускорить опорожнение стояков отопления с отопительными приборами и тем самим дополнительно минимизировать материальный ущерб, наносимый протечками водяной системы отопления помещениям здания, его внутренней отделке и особенно аппаратуре установленной в помещениях здания.

Все это позволит сохранить работоспособность водяной системы отопления здания в целом при возникновении аварии, так как будут отключены именно один или несколько участков системы - пар стояков и гидравлически связанными сними отопительными приборами.

Литература

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

2. Патент на изобретение РФ: RU 2285206 С1 от 10.10.2006, МПК F24D 12/00, F24D 3/02, «Система отопления многоэтажного здания».

3. Патент на изобретение РФ: RU 2372560 С1 от 10.11.2009, МПК F24D 10/00, «Водяная система отопления».

4. Патент на изобретение РФ: RU 2740668 С1 от 19.01.2021, МПК F24D 10/00, F24D 3/02, «Водяная система отопления» - прототип.