Реверсивное устройство для предотвращения образования сосулек

Изобретение относится к системам вентиляции воздуха в зданиях и может быть использовано в холодное время года для предотвращения образования сосулек, а теплое время года для повышения эффективности естественной системы вентиляции здания. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности устройства. Устройство содержит тепловые трубы, зоны испарения которых расположены в вентиляционном канале (воздуховоде) вытяжного воздуха, а зоны конденсации тепловых труб закрепляются под водостоками и желобами крыши. В процессе выпадения осадков в зимний период на крыше скапливаются снежные массы, которые под действием тепловых потоков через перекрытия здания превращаются в талые воды, стекающие к холодным желобам и водостокам, образуя наледи и сосульки. Тепловые трубы выполнены реверсивными за счет того, что, во-первых, имеют одинаковую внутреннюю структуру зон испарения и конденсации, и, во-вторых, имеют подобранное из смеси различных низкокипящих жидкостей рабочее тело с возможностью смены направления переноса теплоты в зависимости от температуры окружающей среды (и измененном при этом внутреннем давлении в тепловых трубах). 2 ил.

 

Изобретение относится к системам вентиляции воздуха в зданиях и может быть использовано для предотвращения обледенения кромок крыши зданий и образования сосулек.

Известно устройство для утилизации тепловой энергии в системах кондиционирования, содержащее нагреватель и тепловые трубы, каждая из которых расположена в воздуховодах наружного и вытяжного воздуха, последний из которых снабжен кожухом, в который введены концы тепловых труб [1] - (а.с. СССР №840602, М. кл. F24F 5/00, 1979 г.).

Недостатком данного устройства является низкая надежность его работы.

Известно устройство для утилизации тепловой энергии в системах кондиционирования, содержащее нагреватель и тепловые трубы, каждая из которых расположена в воздуховодах наружного и вытяжного воздуха, последний из которых снабжен кожухом, в который введены концы тепловых труб, кожух посредством подводящего и отводящего каналов присоединен к воздуховоду наружного воздуха, а нагреватель установлен в подводящем канале кожуха [2] - (а.с. СССР №1043430, М. кл. F24F 5/00, 1983 г.).

Недостатком данного устройства является повышенный расход тепловой энергии в период обмерзания тепловых труб.

Известно устройство для предотвращения обледенения кромок крыши и образования сосулек, содержащее нагреватель кровли. Нагреватель представляет собой распределенный по площади кровли электрокабель, который осуществляет обогрев крыши и обеспечивает постоянный сток талой воды [3] - (Гагарина Т. Рецепт кровельного пирога. /Современный дом, 2002, №4, с.48-54).

Недостатком данного устройства является большой расход электроэнергии на обогрев кровли, т.е. его низкая экономичность.

Наиболее близким по технической сути (прототипом) к заявляемому устройству является устройство для предотвращения обледенения кромки крыши и образования сосулек, содержащее нагреватель кровли, выполненный в виде тепловых труб, зоны испарения которых расположены в вентиляционном канале, а зоны конденсации закрепляются под водостоками и желобами крыши [4] - (патент РФ №2237220, МПК⁷ F24F 5/00, 2004 г.).

Недостатком известного устройства - прототипа является то, что в холодное время года оно используется по своему прямому назначению, при этом, нарушая проходимость вентиляционных каналов вытяжного воздуха (зимой это не очень отражается на комфортности в помещениях), а в теплое время года только затрудняет работу системы естественной вентиляции.

Данный недостаток ставит задачу повышения эффективности устройства для предотвращения образования сосулек таким образом, чтобы оно в холодное время года использовалось по своему прямому назначению, а в теплое время года существенно помогало системе естественной вентиляции помещений (то есть ее дополнительно инициировало). Другими словами необходимо решить задачу полезного использования в теплое время года тепловых труб, установленных в естественных вентиляционных каналах.

Указанная задача достигается тем, что в «устройстве для предотвращения образования сосулек, содержащем нагреватель кровли, выполненный в виде тепловых труб, зоны испарения которых расположены в вентиляционном канале, а зоны конденсации закрепляются под водостоками и желобами крыши, тепловые трубы выполнены реверсивными, то есть имеют одинаковую внутреннюю структуру зон испарения и конденсации, а используемое рабочее тело тепловых труб подобрано с возможностью функционирования в реверсивном режиме, в зависимости от температуры окружающей среды и измененном при этом внутреннем давлении в тепловых трубах».

Выполнение тепловых труб реверсивными позволяет в теплое время года отбирать теплоту от нагретой крыши и передавать ее к вытяжному воздуху в вентиляционный канал. При этом вытяжной воздух нагревается (становится менее плотным) с большей скоростью выходит из вентиляционного канала, что приводит к возрастанию в нем «тяги». В конечном итоге это обстоятельство не только компенсирует аэродинамическое сопротивление установленных в вентиляционном канале зон испарения тепловых труб, но и создаст предпосылки к интенсификации естественной вентиляции в теплое время года (особенно летом), и тем самим повысит комфортность вентилируемых помещений. Этим и будет достигаться новый положительный эффект предложенного изобретения, наряду с предотвращением образования сосулек в холодное время года предложенное устройство в теплое время года будет повышать эффективность естественной системы вентиляции здания.

Одинаковое исполнение (с одинаковой внутренней структурой) зон испарения и конденсации позволит им в холодное и теплое время года меняться своим назначением (предназначением) без какой бы то ни было переделки.

Подбор используемого рабочего тела тепловых труб с возможностью функционирования в реверсивном режиме в зависимости от температуры окружающей среды (и измененном при этом внутреннем давлении в тепловых трубах) позволит автоматически тепловым трубам устройства изменять направление переноса теплоты. Таким рабочим телом для реверсивной тепловой трубы могут стать, например, смеси различных низкокипящих жидкостей, изменение состава которых будет влиять на температуру, при которой происходит смена направления переноса теплоты, что существенно для разных климатических зон.

Таким образом, выполнение заявляемого устройства согласно признаков по формуле изобретения, является новым для устройств предотвращения образования сосулек, что соответствует критерию "новизна".

Вышеприведенная совокупность признаков не известна в настоящее время из уровня техники и не следует из общеизвестных правил конструирования устройств для предотвращения образования сосулек, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".

Конструктивная реализация устройств для предотвращения образования сосулек с указанной совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, отсюда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, работающего в холодное время года (зимой).

На фиг.2 - схема предлагаемого устройства, работающего в теплое время года (летом).

Устройство содержит тепловые трубы 1, зоны испарения 2 тепловых труб 1 расположены в вентиляционном канале (воздуховоде) 3 вытяжного воздуха, а зоны конденсации 4 тепловых труб 1 закрепляются под водостоками 5 и желобами 6 крыши 7. В процессе выпадения осадков в зимний период на крыше 7 скапливаются снежные массы 8, которые под действием тепловых потоков через перекрытия 9 здания превращаются в талые воды, стекающие к холодным желобам 6 и водостокам 5. В результате этого образуются наледи, ледяные валики и сосульки. Тепловые трубы 1 выполнены реверсивными за счет того, что, во-первых, имеют одинаковую внутреннюю структуру зон испарения 2 и конденсации 4, и, во-вторых, имеют в качестве рабочего тела подобранные смеси различных низкокипящих жидкостей с возможностью смены направления переноса теплоты в зависимости от температуры окружающей среды. Изменение направления теплопереноса в тепловых трубах происходит при изменении в них внутреннего давления при изменении температуры окружающей среды.

В теплое время года тепловые трубы 1 отбирают теплоту от нагретой крыши 7 и передают ее к вытяжному воздуху в вентиляционный канал 3. При этом вытяжной воздух нагревается и становится менее плотным, что приводит к росту его скорости в вентиляционном канале, и, соответственно, к возрастанию «тяги». В следствие этого, будет компенсировано аэродинамическое сопротивление установленных в вентиляционном канале тепловых труб, а также будет интенсифицирована естественная вентиляция, что повысит комфортность вентилируемых помещений.

Устройство работает следующим образом.

Теплый воздух из помещения здания через вентиляционные отверстия поступает в вентиляционный канал (воздуховод) 3 вытяжного воздуха. Двигаясь по воздуховоду 3, воздушные потоки омывают зоны испарения 2 тепловых труб 1. Поглощенная теплота в зоне испарения 2 передается в зону конденсации 4 тепловых труб 1, где впоследствии она передается участкам кровли путем теплопроводности и конвекции. В результате подвода теплоты к желобам 6 и водостокам 5 крыши 7 происходит таяние образовавшихся на них ледяных валиков, наледи и сосулек. Таким образом, путь стока талой воды остается свободным в любое время и при любой температуре воздуха.

В теплое время года (летом) зоны испарения 2 и конденсации 4 тепловых труб 1 меняются местами, что позволяет отбирать теплоту от нагретой крыши 7 и передавать ее к вытяжному воздуху в вентиляционный канал 3. При этом вытяжной воздух подведенной теплотой нагревается, становится менее плотным и с большей скоростью выходит из вентиляционного канала, что приводит к возрастанию в нем «тяги». В результате этого повышается комфортность в вентилируемых помещениях.

Данное устройство позволяет получить новый технический результат, состоящий в том, что наряду с предотвращением образования сосулек в холодное время года, предложенное устройство в теплое время года будет повышать эффективность естественной системы вентиляции здания.

Литература

1. А.с. СССР №840602, М. кл. F24F 5/00, 1979 г.

2. А.с. СССР №1043430, М. кл. F24F 5/00, 1983 г.

3. Гагарина Т. Рецепт кровельного пирога. /Современный дом, 2002, №4, с.48-54.

4. Патент РФ №2237220, МПК⁷ F24F 5/00, 2004 г.

Реверсивное устройство для предотвращения образования сосулек, содержащее нагреватель кровли, выполненный в виде тепловых труб, зоны испарения которых расположены в вентиляционном канале, а зоны конденсации закрепляются под водостоками и желобами крыши, отличающееся тем, что тепловые трубы выполнены реверсивными - имеют одинаковую внутреннюю структуру зон испарения и конденсации, а используемое рабочее тело тепловых труб подобрано с возможностью функционирования в реверсивном режиме в зависимости от температуры окружающей среды и измененном при этом внутреннем давлении в тепловых трубах.