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. (4в) - [1] и патенту на изобретение RU 2285206 С1 от 10.10.2006, F24D12/00, F24D3/02, «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, F24D10/00 - [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 (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.

Известна «Водяная система отопления» по патенту на изобретение RU 2313731 С1 от 27.12.2007, МПК F24D10/00 - [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 аналога [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 замерзнуть. 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 аналогу [4] автоматически приходит в исходное состояние, при котором продолжается затопление помещений. Одним из недостатков можно отметить то, что 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.

Прототипом заявленного технического решения является «Водяная система отопления» по патенту на изобретение RU 2746028 С1 от 26.02.2020, МПК F24D3/00 - [5], которая состоит из подающей и обратной труб, трубы сброса воздуха, комплекса отопительных приборов, гидравлически соединенных между собой, трубы слива воды из обратного трубы и комплекса отопительных приборов. На подающей горячей и на обратной трубах установлено по одному трехходовому электровентилю и датчику расхода воды, а на трубах сброса воздуха и слива воды установлено по одному электровентилю. Под трубой слива воды из обратной трубы и комплекса отопительных приборов расположена со всех сторон теплоизолированая емкость с переливным трубопроводом, нижняя часть емкости через электронасос и электровентиль гидравлически соединена с системой отопления. Вторые выходы трехходовых электровентилей соединены трубопроводами с теплообменником установленным в нижней части емкости. Водяная система отопления также содержит электронный блок управления, вход которого соединен с датчиками расхода воды, а выход - с электровентилями, электронасосом и оповещателем. При этом, в качестве привода электровентилей и трехходовых электровентилей могут быть использованы электродвигатели. Емкость может быть установлена на теплоизоляционном основании, по бокам покрыта слоем теплоизоляции и сверху закрыта крышкой из теплоизоляционного материала. Также дополнительно для улучшения теплоизоляционных свойств емкость может быть выполнена из прочного, пористого, теплоизоляционного и гидроизоляционного материала.

Недостатком прототипа [5] является то, что слив воды в прототипе осуществляется только из комплекса отопительных приборов гидравлически связанных между собой и обратной трубы - обратного трубопровода теплосети (в здании) на участке после трехходового электровентиля и расходомера. При этом, слив воды из подающей трубы теплосети, находящейся в здании после трехходового электровентиля и расходомера - его горизонтальных и вертикальных участком как по прототипу [5], так и по аналогу [4] не предусмотрен. Поэтому после слива воды из системы отопления (по [5], и по [4]), когда ее ремонт может происходить длительное время и не слитая вода в холодное время года в горизонтальных и вертикальных участком прямого трубопровода задания может замерзнуть, и привести к разращению этих участков.

Также и при работе системы отопления по прототипу [5] может произойти разгерметизация горизонтальных и вертикальных участков прямой трубы, в результате чего могут быть, как по аналогам [1] и [2] затоплены помещения с находящимися в них материальными ценностями.

Из недостатков прототипа [5] и аналога [4] следует задача обеспечения слива воды из всех элементов системы отопления задания, а именно как с комплекса его отопительных приборов, так и из всех участков его прямых и обратных труб.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что «водяная система отопления» (со сливной емкостью) состоит из подающей и обратной труб, трубы сброса воздуха, комплекса отопительных приборов, гидравлически соединенных между собой, трубы слива воды из обратного трубы и комплекса отопительных приборов. На подающей горячей и на обратной трубах установлено по одному трехходовому электровентилю и датчику расхода воды, а на трубах сброса воздуха и слива воды установлено по одному электровентилю. Под трубой слива воды из обратной трубы и комплекса отопительных приборов расположена со всех сторон теплоизолированая емкость с переливным трубопроводом, нижняя часть емкости через электронасос и электровентиль гидравлически соединена с системой отопления. Вторые выходы трехходовых электровентилей соединены трубопроводами с теплообменником установленным в нижней части емкости. Водяная система отопления также содержит электронный блок управления, вход которого соединен с датчиками расхода воды, а выход - с электровентилями, электронасосом и оповещателем. При этом, нижняя точка подающей трубы после первого выхода ее трехходового электровентиля и датчика расхода воды через дополнительный электровентиль соединена трубой слива воды из подающей трубы в теплоизолированную емкость. Кроме того, в качестве привода электровентилей и трехходовых электровентилей могут быть использованы электродвигатели.

Технический результат состоит в повышении надежности водяной системы отопления путем осуществления полного слива воды из всех ее элементов в случае ее разгерметизации.

Графические материалы, поясняющие сущность полезной модели 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 из обратной трубы и комплекса отопительных приборов; 5 - комплекс отопительных приборов обобщенный 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 обратной трубы и комплекса отопительных приборов; 11 - электровентиль для аварийного впуска воздуха в систему при сливе с нее 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 ее ремонта; 14 - электровентиль для закачки воды электронасосом (13) в систему после ее 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; 19 - электровентиль для аварийного слива воды из горизонтальных и вертикальных участков прямой трубы здания; 20 - труба слива воды из горизонтальных и вертикальных участков прямой трубы здания. 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). Нижняя точка подающей трубы (1) после первого выхода ее трехходового электровентиля (6) и датчика расхода воды (8), через дополнительный электровентиль (19) соединена трубой слива воды (20) из подающей трубы (1) в теплоизолированную емкость (12).

В рабочем режиме системы трехходовые электровентили (6) и (7) открыты (работают в режиме «0-1»), а электровентили (10), (11), (14) и (19) закрыты. Горячая вода по трубопроводу (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) и (19) для слива воды из всей системы отопления и электровентиль (11) для впуска в систему отопления воздуха, для быстрого и полного слива воды (теплоносителя) из системы отопления здания. При этом горячая вода (теплоноситель) начинает сливаться из системы в теплоизолированную емкость (12) по трубопроводам (4) и (20). На дне теплоизолированной емкости (12) расположен водоводяной теплообменник (17) с уже циркулирующей по ней горячей водой, для подогрева слитой воды из системы отопления здания.

После ремонта системы отопления она приводится в исходное рабочее состояние в ручном режиме. Через электронный блок (15) подают сигналы на закрытие электровентилей (10) и (19) - 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 также сливают воду, особенно в холодное время года, например, обычным вентилем (на фигурах 1 и 2 не показан) или его частичным временным рассоединением.

Данная водяная система отопления имеет повышенные надежность (за счет полного слива воды) и энергетическую эффективность (за счет подогрева слитой воды и минимизации тепловых потерь от нее), а также позволяет свести к минимуму ущерб, наносимый помещениям задания и находящимся в них ценностям в случае разгерметизации элементов системы.

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

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 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 аналогом [4] дополнительно позволяет увеличить скорость слива воды как с прямой трубы, так и с обратной трубы с комплексом отопительных приборов здания, так, как вода сливается не через датчики расхода, на напрямую без дополнительных гидравлических сопротивлений, что также повышает надежность заявленной системы, а также позволяет минимизировать наносимый материальный ущерб.

Литература

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

2. Патент на изобретение РФ: RU 2285206 С1 от 10.10.2006, F24D12/00, F24D3/02, «Система отопления многоэтажного здания».

3. Патент на изобретение РФ: RU 2372560 С1 от 10.11.2009, F24D10/00, «Водяная система отопления».

4. Патент на изобретение РФ: RU 2313731 С1 от 27.12.2007, МПК F24D10/00, «Водяная система отопления».

5. Патент на изобретение РФ: RU 2746028 С1 от 26.02.2020, МПК F24D3/00 «Водяная система отопления» - прототип.