[RU]

Изобретение может быть использовано для повышения энергоэффективности систем вентиляции и теплоснабжения в многоэтажном доме путем использования теплового насоса. Задачей изобретения является снижение расходов энергии на теплоснабжение многоэтажных жилых домов, как существующих, так и проектируемых, уменьшение загрязнения окружающей среды, а также обеспечение требуемого воздухообмена помещений. Поставленная задача решается тем, что система вентиляции содержит тепловой насос (10), соединенный через теплообменник системы отопления (14) с отопительными приборами (16) помещений циркуляционными трубопроводами (12) незамерзающей жидкости, а вентиляторная установка теплового насоса соединена с вытяжной шахтой (3) системы естественной вентиляции (1); воздух поступает в вентиляторную установку из камеры смешения (5), в которую от вытяжной шахты (3) поступает удаляемый из здания воздух, и по регулируемому воздухозабору поступает наружный воздух, расход которого автоматически изменяется по задаваемому перепаду давления между камерой смешения (5) и наружным воздухом. На вытяжной шахте (3) устанавливается воздушный клапан, который закрывается при включении теплового насоса (10) и открывается при его выключении для создания естественной вентиляции здания при выключенном тепловом насосе (10), а на вытяжной шахте (3) устанавливается специальный дефлектор аэродинамического обтекания (25) наружным воздухом. Для нагревания воды системы горячего водоснабжения до 40°C в буферном баке-аккумуляторе (18a) используется тепловой насос (10), а для догревания до 60°C используются электрические нагреватели (19), присоединённые электрическим кабелем к солнечным фотоэлектрическим панелям (20).

(57) Реферат / Формула:

Изобретение может быть использовано для повышения энергоэффективности систем вентиляции и теплоснабжения в многоэтажном доме путем использования теплового насоса. Задачей изобретения является снижение расходов энергии на теплоснабжение многоэтажных жилых домов, как существующих, так и проектируемых, уменьшение загрязнения окружающей среды, а также обеспечение требуемого воздухообмена помещений. Поставленная задача решается тем, что система вентиляции содержит тепловой насос (10), соединенный через теплообменник системы отопления (14) с отопительными приборами (16) помещений циркуляционными трубопроводами (12) незамерзающей жидкости, а вентиляторная установка теплового насоса соединена с вытяжной шахтой (3) системы естественной вентиляции (1); воздух поступает в вентиляторную установку из камеры смешения (5), в которую от вытяжной шахты (3) поступает удаляемый из здания воздух, и по регулируемому воздухозабору поступает наружный воздух, расход которого автоматически изменяется по задаваемому перепаду давления между камерой смешения (5) и наружным воздухом. На вытяжной шахте (3) устанавливается воздушный клапан, который закрывается при включении теплового насоса (10) и открывается при его выключении для создания естественной вентиляции здания при выключенном тепловом насосе (10), а на вытяжной шахте (3) устанавливается специальный дефлектор аэродинамического обтекания (25) наружным воздухом. Для нагревания воды системы горячего водоснабжения до 40°C в буферном баке-аккумуляторе (18a) используется тепловой насос (10), а для догревания до 60°C используются электрические нагреватели (19), присоединённые электрическим кабелем к солнечным фотоэлектрическим панелям (20).

---

Евразийское (21) 201700323 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2018.12.28
(22) Дата подачи заявки 2017.06.07
(51) Int. Cl.
F24D 3/18 (2006.01) F24D 17/02 (2006.01) F24F 7/00 (2006.01)
(54) СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ МНОГОЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ДОМА
(96) 2017/EA/0043 (BY) 2017.06.07
(71) Заявитель:
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(BY)
(72) Изобретатель:
Хрусталев Борис Михайлович, Покотилов Виктор Владимирович, Гребеньков Александр Жоресович, Сидоренко Валерия Сергеевна (BY)
(57) Изобретение может быть использовано для повышения энергоэффективности систем вентиляции и теплоснабжения в многоэтажном доме путем использования теплового насоса. Задачей изобретения является снижение расходов энергии на теплоснабжение многоэтажных жилых домов, как существующих, так и проектируемых, уменьшение загрязнения окружающей среды, а также обеспечение требуемого воздухообмена помещений. Поставленная задача решается тем, что система вентиляции содержит тепловой насос (10), соединенный через теплообменник системы отопления (14) с отопительными приборами (16) помещений циркуляционными трубопроводами (12) незамерзающей жидкости, а вентиляторная установка теплового насоса соединена с вытяжной шахтой (3) системы естественной вентиляции (1); воздух поступает в вентиляторную установку из камеры смешения (5), в которую от вытяжной шахты (3) поступает удаляемый из здания воздух, и по регулируемому воздухозабору поступает наружный воздух, расход которого автоматически изменяется по задаваемому перепаду давления между камерой смешения (5) и наружным воздухом. На вытяжной шахте (3) устанавливается воздушный клапан, который закрывается при включении теплового насоса (10) и открывается при его выключении для создания естественной вентиляции здания при выключенном тепловом насосе (10), а на вытяжной шахте (3) устанавливается специальный дефлектор аэродинамического обтекания (25) наружным воздухом. Для нагревания воды системы горячего водоснабжения до 40°C в буферном баке-аккумуляторе (18a) используется тепловой насос (10), а для догревания до 60°C используются электрические нагреватели (19), присоединённые электрическим кабелем к солнечным фотоэлектрическим панелям
(20).
МПК F 24 D 17/00 F 24 H 1/52
Система вентиляции и теплоснабжения многоэтажного жилого дома
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для повышения эффективности работы систем вентиляции и теплоснабжения в многоэтажном доме, в частности с использованием тепловых насосов.
Известна установка системы горячего водоснабжения с тепловым насосом, утилизирующим тепло наружного воздуха [1]. Система горячего водоснабжения включает контур водоподогревателя с потребителями горячей воды и контур компрессионного теплового насоса, конденсатор которого включен в контур водоподогревателя, а испаритель выполнен в виде воздушного теплообменника, утилизирующего тепло наружного воздуха, размещенного в кожухе с образованием входной и выходной камер и перепускного канала, при этом входное и выходное окна кожуха снабжены регулируемыми заслонками.
Данная установка имеет низкий коэффициент полезного действия (КОП) в зимний период года, при этом значительное количество неиспользованной тепловой энергии удаляется в атмосферу через вытяжную вентиляционную шахту.
Известна теплонаносная установка для теплоснабжения многоэтажных зданий, разделенная на зоны теплоснабжения [2]. Данная установка включает теплонасосное оборудование, систему сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли, тепловые аккумуляторы и систему утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов и/или канализационных стоков.
Недостатком данного изобретения являются практические и эксплуатационные проблемы его реализации в существующих многоэтажных
жилых зданиях ввиду высокой единовременной стоимости и сложности комплекса оборудования.
Более близкой к предлагаемому техническому решению является установка для отопления ванных помещений в многоэтажных домах с использованием теплового насоса, утилизирующего тепло вытяжного воздуха [3]. Система вентиляции и отопления ванных помещений в многоэтажном доме, содержащая отопительные приборы ванных помещений, соединенные подающим и обратным трубопроводами циркуляции горячей воды, и воздуховоды естественной вентиляции с присоединенными вентиляционными отверстиями содержит тепловой насос, вентиляционная установка которого выполнена с входными отверстиями в нижней части, соединенными через коллектор с воздуховодами естественной вентиляции, блок автоматического управления, установленный на гидравлическом модуле, теплообменник-конденсатор которого через циркуляционный насос соединен подающим и обратным трубопроводами циркуляции горячей воды с отопительными приборами ванных помещений, а также терморегулирующий клапан, установленный на обратном трубопроводе с хладагентом, например фреоном в фазе жидкообразного состояния. Вентиляционная установка теплового насоса данного изобретения смонтирована в чердачном помещении или снаружи многоэтажного дома, а гидравлический модуль внутри. Корпус вентиляционной установки выполнен из стойких к влиянию атмосферы материалов. Мощность теплового насоса рассчитана пропорционально сумме мощностей подключенных к нему отопительных приборов ванных помещений. Вентилятор теплового насоса низкого давления, обеспечивающий в воздуховодах естественной вентиляции давление, соответствующие естественной тяге, в пределах от 7 до 12Па.
Недостатком прототипа является ограниченность объема вытяжного воздуха, что не позволяет использовать данное изобретение как для системы
отопления всего дома, так и для системы горячего водоснабжения, также в данном изобретении не предусмотрен режим естественной вентиляции в случаях временной неисправности работы теплового насоса.
Задачей изобретения является снижение расходов энергии на теплоснабжение многоэтажных жилых домов, как существующих, так и проектируемых, уменьшение загрязнения окружающей среды, а также обеспечение требуемого воздухообмена помещений.
Поставленная задача решается тем, что система вентиляции содержит тепловой насос, соединенный через теплообменник с отопительными приборами помещений циркуляционными трубопроводами незамерзающей жидкости и циркуляционным насосом, а вентиляторная установка теплового насоса соединена с вытяжной шахтой и с коллектором системы естественной вентиляции; воздух поступает в вентиляторную установку через рукавный фильтр из камеры смешения, в которую по ответвлению от вытяжной шахты поступает удаляемый из здания воздух, и по регулируемому воздухозабору поступает наружный воздух, расход которого автоматически изменяется для поддержания задаваемого перепада давления между камерой смешения и наружным воздухом. Применяемый тепловой насос имеет плавное автоматическое регулирование частоты вращения вентиляторной установки и плавное автоматическое регулирование тепловой мощности, максимальное значение которой рассчитывают пропорционально сумме требуемой мощности системы отопления и части требуемой мощности системы горячего водоснабжения для подогрева воды до 40°С в буферном баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения. А также циркуляционный насос трубопроводов с незамерзающей жидкостью имеет плавное регулирование подачи насоса по задаваемому постоянному напору насоса, на изменение которого воздействует регулирующий клапан-ограничитель температуры обратного теплоносителя 40°С от змеевика первичного теплоносителя бака-аккумулятора, установленный на подающем
теплопроводе к змеевику первичного теплоносителя, а также регулирующий клапан первичного теплоносителя теплообменника системы водяного отопления жилого дома. На вытяжной шахте устанавливается двухпозиционный воздушный клапан, который автоматически закрывается при включении теплового насоса и открывается при выключении теплового насоса, что обеспечивает работу естественной вытяжной вентиляции при выключенном тепловом насосе, а также на вытяжной шахте устанавливается специальный дефлектор аэродинамического обтекания наружным воздухом, который в зимний период при естественной вентиляции значительно увеличивает сопротивление движению удаляемому воздуху при повышении расхода удаляемого воздуха выше номинального значения; на ответвлении от вытяжной шахты до камеры смешения устанавливается автоматический ограничитель расхода удаляемого воздуха, настраиваемый на номинальный расчетный воздухообмен, а на воздухозаборе наружного воздуха для камеры смешения устанавливается автоматический регулятор расхода наружного воздуха, работающий по задаваемому перепаду давления между камерой смешения и наружным воздухом. Для подогрева воды в буферном баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения от 40ВС до 60°С в буферном баке-аккумуляторе установлены тепловые электрические нагреватели, присоединённые электрическим кабелем к солнечным фотоэлектрическим панелям, укреплённым на южном фасаде жилого дома.
Система вентиляции и теплоснабжения многоэтажного жилого дома иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 представлена принципиальная схема систем вентиляции, отопления и горячего водоснабжения одной секции многоэтажного жилого дома;
• на фиг. 2 представлена принципиальная схема систем вентиляции, отопления и горячего водоснабжения всего дом;
на фиг. 3 показана схема движения воздуха в дефлекторе аэродинамического обтекания наружным воздухом;
Система вентиляции, отопления и горячего водоснабжения работает следующим образом.
Вытяжной воздух по воздуховодам естественной вентиляции 1 поступает в коллектор 2, откуда забирается в необходимом количестве через ответвление от вытяжной шахты 3 с помощью автоматического ограничителя расхода удаляемого воздуха 4 и попадает в камеру смешения 5 вентиляционной камеры с утеплёнными ограждающими конструкциями 9. Одновременно в камеру смешения 5 поступает наружный воздух через воздухозабор 6 и автоматический регулятор расхода 7 по перепаду давления между камерой смешения 5 и наружным воздухом . Далее, воздух проходит очистку в рукавном воздушном фильтре 8 и поступает в тепловой насос "воздух-вода" 10. Циркуляционный насос 11 перемещает незамерзающую жидкость, нагретую до 50°С по трубопроводам 12 в тепловой пункт 13, где часть жидкости поступает в теплообменник системы отопления 14 через регулирующий клапан 22. На выходе из теплообменника системы отопления 14 получаем температуру теплоносителя с параметрами 45 °С, необходимой для низкопотенциальной системы отопления, вода с помощью циркуляционного насоса 15 распределяется по всем стоякам, и через отопительные приборы 16 поступает тепло в помещения. Термостатический клапан 17 регулирует расход воды в зависимости от температуры воздуха в помещении. В тепловом пункте 13 часть незамерзающей жидкости, регулируемая за счет регулятора-ограничителя температуры 21 обратного теплоносителя змеевика первичного теплоносителя для бака-аккумулятора 18а, с температурой 40°С поступает в бак-аккумулятор системы горячего водоснабжения 18, где нагревает водопроводную воду, проходящую по змеевику вторичного теплоносителя 186 с температурой 5°С за счет теплового электрического нагревателя 19 от солнечных фотоэлектрических панелей 20 до температуры 60 °С.
В случае аварийного отключения теплового насоса предусмотрена вытяжная шахта естественной вентиляции 23 с воздушным автоматическим двухпозиционным клапаном 24, который полностью открывается при выключении теплового насоса 10, что обеспечивает работу естественной вытяжной вентиляции при выключенном тепловом насосе 10. За счет дефлектора с аэродинамическим обтеканием 25 система естественной вентиляции эффективно работает в летний и зимний периоды; дефлектора с аэродинамическим обтеканием 25 в зимний период при естественной вентиляции значительно увеличивает сопротивление движению удаляемому воздуху при повышении расхода удаляемого воздуха выше номинального значения.
Проблемы естественной вентиляции заключаются в ее отсутствии в летний период и в завышенных почти в 2 раза воздухообменах в зимний период. Использование специального дефлектора с аэродинамическим обтеканием позволяет создать эффективную естественную вентиляцию в летний и зимний периоды. На фиг.З показана схема движения воздуха в аэродинамическом дефлекторе. Конструкция последнего создает значительное сопротивления при увеличении скорости в шахте выше номинального значения, поэтому воздухообмен в зимний период не превышает номинального предела. В летний период безотрывное обтекание дефлектора ветровым потоком обеспечивает требуемые воздухообмены при скорости 3 м/с и более. Дефлектор может иметь круглое или квадратное сечение. Эксплуатация дефлекторов дала положительные результаты в летний и зимний периоды. Например, в летний период нет необходимости в использовании вытяжных вентиляторов. А в зимний период не наблюдается значительных увеличений расходов вытяжного воздуха через вентшахты, на которых установлены аэродинамические дефлекторы предложенной конструкции.
Анализ расхода тепловой энергии 10-тиэтажного жилого дома с 3-мя
секциями по 40 квартир в каждой секции, построенного в 2017 году в городе
Минске показал, что затраты тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилого дома составляют 530 кВт, на горячее водоснабжение - 490 кВт. Годовой расход на отопление и вентиляцию одной секции составляет 770 кВт-ч или 898 тыс. Гкал в год, в том числе на отопление (компенсацию теплоты) 476 тыс. Гкал в год (53%), а на вентиляцию 422 тыс. Гкал в год
(47%).
Использование теплового насоса и фотоэлектрических солнечных панелей позволяет полностью компенсировать затраты тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение дома. 40% тепловой мощности, необходимой для системы горячего водоснабжения, будет получаться за счет солнечных панелей. Остальные 60%, а также тепловая мощность, необходимая для системы отопления, - за счет работы теплового насоса, утилизирующего теплоту вытяжного воздуха, смешанного с наружным воздухом до температуры смешения не ниже -10°С. При этом затраты на электроэнергию будут составлять от 15 до 80 кВт в сутки на одну секцию дома в зависимости от температуры наружного воздуха. КОП теплового насоса принимает значения от 3,1 до 4,5.
Таким образом, предложенное решение организации внутренних коммуникаций здания по сравнению с прототипом позволяет снизить расходы энергии на отопление и горячее водоснабжение многоэтажного жилого дома до минимума, поскольку используются возобновляющие источники энергии, а также позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды и обеспечивает требуемый воздухообмен в системе вентиляции.
Источники информации:
1. Патент RU 2 386 901, МПК F 24D 11/02, 2006
2. Патент RU 2 364 795, МПК F24D 9/00, 2006
A.M. Маляревич
Формула изобретения
1. Система вентиляции и теплоснабжения многоэтажного жилого дома, содержащая отопительные приборы помещений, соединенные через теплообменник с тепловым насосом циркуляционными трубопроводами незамерзающей жидкости и циркуляционным насосом, вентиляторная установка теплового насоса соединена с вытяжной шахтой и с коллектором системы естественной вентиляции, отличающаяся тем, что воздух поступает в вентиляторную установку через рукавный фильтр из камеры смешения, в которую по ответвлению от вытяжной шахты поступает удаляемый из здания воздух и по регулируемому воздухозабору поступает наружный воздух в автоматически регулируемом соотношении в зависимости от требуемой тепловой мощности теплового насоса.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что применяемый тепловой насос имеет плавное автоматическое регулирование частоты вращения вентиляторной установки и плавное автоматическое регулирование тепловой мощности, максимальное значение которой рассчитывают пропорционально сумме требуемой мощности системы отопления и части требуемой мощности системы горячего водоснабжения для подогрева воды до 40°С в буферном баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что на вытяжной шахте устанавливается специальный дефлектор аэродинамического обтекания наружным воздухом.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что на вытяжной шахте устанавливается двухпозиционный воздушный клапан, который закрывается при включении теплового насоса и открывается при выключении теплового насоса.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что на ответвлении от вытяжной
шахты до камеры смешения устанавливается автоматический ограничитель
расхода удаляемого воздуха, настраиваемый на номинальный расчетный воздухообмен, а на воздухозаборе наружного воздуха для камеры смешения устанавливается автоматический регулятор расхода наружного воздуха, поддерживающий задаваемый перепад давления между камерой смешения и наружным воздухом.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что циркуляционный насос, установленный на трубопроводах с незамерзающей жидкостью, имеет плавное регулирование расхода насоса по задаваемому постоянному напору, на изменение которого воздействуют регулятор-ограничитель температуры обратного теплоносителя до 40 °С змеевика первичного теплоносителя бака-аккумулятора и регулирующий клапан первичного теплоносителя теплообменника системы водяного отопления.
7. Система по п. 1 и по п.2, отличающаяся тем, что для подогрева воды в буферном баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения от 40ВС до 60°С в буферном баке-аккумуляторе установлены тепловые электрические нагреватели, присоединённые электрическим кабелем к солнечным фотоэлектрическим панелям, которые укреплены на южном фасаде жилого дома.
Система вентиляции и теплоснабжения многоэтажного жилого дома
ФигЛ
Система вентиляции и теплоснабжения многоэтажного жилого дома
% 1
*L2
///Y//Z^ ///А
У / / / / / / / / /
ft-И,
if-
ft-4
ifft-
if-
t-t
7 J
7 T
so'c . I
SO'C
до'с
JfliC ¦ ¦ ¦
J5'C
45*C
J5'C
45'C .
35'C
fP'C
¦ 1 I
Фиг.2
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42 Патентной инструкции к ЕАПК)
Номер евразийской заявки:
201700323
Дата подачи: 07 июня 2017 (07.06.2017) Дата испрашиваемого приоритета:
Название изобретения: Система вентиляции и теплоснабжения многэтажного жилого дома
Заявитель: БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
II Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа) I | Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ: F24D 3/18 (2006.01)
F24D17/02 (2006.01) F24F7/00 (2006.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) F24D 3/18, 10/00, 15/00, 15/04, 17/02, F24F 7/00, 12/00
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
Y Y Y А
ЕР 2853829 Al (RENSON VENTILATION NV) 01.04.2015, фиг. 1, 2, [0011]-[0013], [0043]-[0061]
WO 2002/065026 Al (MUSIAL BJORN-FABIAN et al.) 22.08.2002, фиг. 1, с. 14, 15
CN 104833018 A (UNIV XIAN JIAOTONG) 12.08.2015, фиг. 1, чертежи BY 15293 С1 (СИНЯКОВ АНАТОЛИЙ ЛЕОНИДОВИЧ) 30.12.2011, фиг. 1 UA 44706 U (КМЕТЮК СЕРГЕЙ ВИТАЛЬЕВИЧ) 12.10.2009, фиг. 1 DE 19614913 Al (REIN MANFRED) 23.10.1997
1-7
1-7
1-7 3 7
1-7
последующие документы указаны в продолжении графы В
* Особые категории ссылочных документов:
"А" документ, определяющий общий уровень техники
"Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности
"Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
21 декабря 2017 (21.12.2017)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 125993,Москва, Г-59, ГСП-3, Бережковская наб., д. 30-1.Факс: (499) 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Л. В. Андреева
Телефон № (499) 240-25-91
(19)
(19)
(19)