Экран для радиаторов систем отопления

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах центрального и автономного теплоснабжения помещений в жилых, общественных и производственных зданиях. Экран для радиаторов систем отопления, устанавливаемый на радиаторе системы отопления, по меньшей мере, со стороны, обращенной к обогреваемому помещению, и имеющий установочные отверстия и средства крепления, при этом он прилегает к поверхности радиатора вдоль его контура, снабжен, по крайней мере, одним вентилятором, при этом внутренняя поверхность экрана и наружная поверхностью радиатора образуют каналы, расположенные между вентилятором и отверстиями, соединяющими пространство между радиатором и экраном с отапливаемым помещением. Техническими результатами изобретения являются повышение эффективности отопления помещений за счет суммарного нагрева воздуха в результате как радиационного нагрева, естественной и вынужденной конвекции, упрощение конструкции, технологии изготовления и монтажа экрана радиатора, снижение его стоимости, возможность использования одного конструктивного исполнения экрана для установки как с наружной (обращенной в сторону помещения), так и с внутренней фронтальных сторон водяного радиатора (обращенной в сторону стенки помещения), возможность регулирования интенсивности обогрева помещения за счет изменения производительности вентиляторов от 0 до максимума, контроль герметичности радиатора. 7 з.п. ф-лы, 27 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах центрального и автономного теплоснабжения помещений в жилых, общественных и производственных зданиях.

Цель изобретения - повышение эффективности отопления, снижение стоимости применяемого оборудования и эксплуатационных затрат, расширение возможностей регулирования температурного режима в помещениях.

Известно, что в системах отопления помещений в качестве отопительных приборов (см. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети - М.: Инфра-М, 2010, - 480 с. с.61-73) используют:

1. стальные, алюминиевые и биметаллические секционные обогреватели, которые отдают до 50% тепла излучением, остальное в результате естественной конвекции.

2. обогреватели с развитым оребрением, в которых увеличивается теплообменная поверхность при одновременном некотором снижении интенсивности естественной конвекции из-за дополнительного аэродинамического сопротивления;

3. обогреватели, в которых использован эффект вынужденной конвекции.

Наиболее простые и распространенные стальные панельные радиаторы при низкой стоимости и высокой долговечности обладают невысокими тепловыми характеристиками - при снижении температуры воды в системе с 90 до 60°С их мощность уменьшается в три раза.

Алюминиевые секционные радиаторы также имеют недостаточную прочность, обуславливающую низкое рабочее давление теплоносителя (до 0.6-0.8 МПа), что затрудняет их применение в современных многоэтажных зданиях.

Стоимость биметаллических секционных обогревателей высока, так как их производство требует использования дорогостоящих материалов и сложного технологического оборудования.

Общим недостатком перечисленных выше обогревательных приборов является использование естественной конвекции, обеспечивающей низкий коэффициент теплоотдачи (не более 5-25 Вт/(м²·К) от поверхности радиатора к воздуху в помещении.

Известны тепловентиляторы, используемые для отопления торговых центров, магазинов, складских помещений, развлекательных и спортивных сооружений, концертных залов, автосалонов, теплиц, в которой греющим теплоносителем является вода, циркулирующая в двухрядном водяном нагревателе, состоящем из медных трубок и алюминиевых ребер, а циркуляция воздуха осуществляется с помощью вентилятора, приводимого во вращение электродвигателем, например, конвектор производства фирмы MINIB, Чехия (электронные ресурсы http://minib.msk.ru/, http://www.mos-teplo.ru/katalog-20110/vstraivaemye-konvektory).

Но эти тепловентиляторы имеют следующие недостатки:

- сложную конструкцию, используют дорогостоящие конструктивные материалы, обладают малыми ресурсом и безотказностью;

- не могут быть использованы элементы существующих устройств, например, наиболее распространенных в России плоских стальных радиаторов, что увеличивает стоимость и трудоемкость реконструкции системы отопления.

Перечисленные недостатки систем отопления и отопительных приборов привели к тому, что большинство, прежде всего, жилых помещений оснащаются дополнительными электрическими нагревательными приборами - масляными батареями или тепловентиляторами большой мощности (то есть используется две системы отопления: водяная и электрическая). Одновременное включение масляных батарей или тепловентиляторов в многоквартирных домах приводит к перегрузке электрических сетей и их отключению, а также к увеличению вероятности возникновения пожаров.

Известен экран для радиаторов систем отопления, принятый в качестве прототипа, реализующий принцип увеличения естественного теплообмена за счет разности давлений и обеспечения направленного перемещения воздуха из области повышенных давлений в области пониженных давлений, содержащий облицовку объемной формы, окружающую радиатор, по меньшей мере, с фронтальной стороны, обращенной к обогреваемому помещению, и с боковых сторон и имеющую установочные отверстия и отверстия для циркуляции воздуха, и средства крепления упомянутой облицовки к радиатору, выполненный из листового полимерного материала с высокими теплоизоляционными свойствами, отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде, по меньшей мере, одного входного отверстия и по меньшей мере одного выходного отверстия, при этом упомянутые входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха разнесены по высоте экрана на максимально возможное расстояние (см. патент РФ №2133919, МПК F24D 19/06, F24H 9/02, дата публикации: 27.07.1999).

К недостаткам известного технического решения следует отнести:

- конструкция реализует принцип естественной конвекции воздушного теплоносителя и поэтому не обеспечивает высокую интенсивность теплоотдачи и возможность ее регулирования воздуху;

- низкую надежность устройств регулирования расхода жидкого коррозионно активного теплоносителя, содержащего механические примеси;

- объемную форму экрана (коробчатая или каплевидная формы конструкции), предусматривающую большой расход материала, сложность изготовления и монтажа, низкую скорость воздуха, обуславливающую в результате малое значение коэффициента теплоотдачи;

- использование листового полимерного материала с высокими теплоизоляционными свойствами (листовой поливинилхлорид), уменьшающего температуру наружной поверхности экрана, а, следовательно, эффективность радиационного обогрева помещения;

- обогрев стенки помещения с задней стороны радиатора (подоконного пространства);

- отсутствие контроля герметичности радиатора.

Задачей изобретения является создание экрана для радиаторов систем водяного отопления, не имеющего недостатков известных технических решений.

Автором предложено устройство, сопоставительный анализ которого и известных технических решений (аналогов и прототипа), позволяет сделать вывод, что заявленный экран для радиаторов систем отопления отличается тем, что в соответствии с изобретением выполнен плоским, прилегает к поверхности радиатора вдоль его контура, снабжен по крайней мере, одним вентилятором, при этом внутренняя поверхность экрана и наружная поверхностью радиатора образуют каналы, расположенные между выходами воздуха из вентиляторов и отверстиями, соединяющими пространство между радиатором и экраном с отапливаемым помещением.

На концах каналов, образованных экраном и радиатором, установлен один или несколько реверсивных (приточно-вытяжных) вентиляторов.

Экран выполнен из тонкостенного теплопроводного материала (стали, медных или алюминиевых сплавов), прилегает к поверхности радиатора вдоль его контура, а также по всей его плоскости, за исключением каналов для циркуляции нагреваемого воздуха, поэтому имеет практически туже температуру, что и поверхность радиатора.

Наружная поверхность экрана, обращенного к стене помещения, покрыта слоем теплоизоляционного материала.

Каналы между экраном и радиатором расположены (варианты):

- горизонтально (одно или многократный перекрестный ток воздуха и жидкого теплоносителя);

- вертикально (однократный прямой или обратный ток).

В 2-х или 3-х рядной конструкции радиатора вентиляторы расположены на торцевой поверхности экрана, который имеет решетчатый распределитель воздуха.

Экран вдоль его нижней кромки имеет наклонный желоб, в нижней части которого установлен датчик пленки жидкости, соединенный с блоком сигнализации о негерметичности радиатора.

Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - повышение эффективности отопления помещений за счет суммарного нагрева воздуха в результате как радиационного нагрева, естественной и вынужденной конвекции воздуха, упрощение конструкции, технологии изготовления и монтажа экрана радиатора, снижение его стоимости, возможность использования одного конструктивного исполнения экрана для установки как с наружной (обращенной в сторону помещения), так и с внутренней фронтальных сторон водяного радиатора (обращенной в сторону стенки помещения), возможность регулирования интенсивности обогрева помещения за счет изменения производительности вентиляторов от 0 до максимума, контроль герметичности радиатора, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна» " и "существенные отличия".

Вместе с тем, проведенный информационный поиск в области теплоэнергетики, в частности, анализ научно-технической, производственной и рекламной информации о системах центрального и автономного теплоснабжения помещений в жилых, общественных и производственных зданиях не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан радиатор, образованный из двух соединенных между собой штампованных металлических листов, имеющий подводящие и отводящие трубопроводы, соединенные с горизонтальными коллекторами и вертикальными каналами для прохода теплоносителя (пара, воды или антифриза),

на фиг.2 показан разрез А₁-А₁ фиг.1,

на фиг.3 показан разрез B₁-B₁ фиг.1,

на фиг.4 показан экран радиатора с нижним расположением приточных вентиляторов и верхним расположением отверстий для отвода нагретого воздуха на концах вертикальных каналов, образованных в радиаторе и экране (электрические коммуникации и блок управления не показаны),

на фиг.5 показан разрез А₂-А₂ фиг.4,

на фиг.6 показан разрез В₂-B₂ фиг.4,

на фиг.7 показан разрез Г₂-Г₂ фиг.4,

на фиг.8 показан экран радиатора с центральным расположением приточного вентилятора и верхним и нижним расположением отверстий на конце вертикальных каналов, образованных плоским экраном и радиатором (однократный прямой и/или обратный ток воздуха и теплоносителя),

на фиг.9 показан разрез А₃-А₃ фиг.8,

на фиг.10 показан разрез В₃-В₃ фиг.8,

на фиг.11 показан экран радиатора с боковыми расположениями приточных вентиляторов и отверстий на конце горизонтальных каналов (однократный поперечный ток воздуха и теплоносителя),

на фиг.12 показан разрез А₄-А₄ фиг.11,

на фиг.13 показан разрез В₄-В₄ фиг.11,

на фиг.14 показан экран радиатора с диагональным расположением приточного и вытяжного вентиляторов, при этом экран не имеет дополнительных отверстий для выпуска воздуха (однократный прямой и/или обратный ток воздуха и теплоносителя),

на фиг.15 показан разрез A₅-A₅ фиг.14,

на фиг.16 показан разрез В₅-В₅ фиг.14,

на фиг.17 показан экран радиатора с угловым расположением вентилятора и отверстий для выпуска нагретого воздуха, выполненных на горизонтальных каналах, обеспечивающих многократный поперечный ток воздуха и жидкого теплоносителя,

на фиг.18 показан разрез В₆-В₆ фиг.17,

на фиг.19 показан разрез А₆-A₆ фиг.17,

на фиг.20 показан экран радиатора с диагональным расположением приточного и вытяжного вентиляторов, при этом экран имеет горизонтальные каналы, обеспечивающие многократный перекрестный ток воздуха и жидкого теплоносителя,

на фиг.21 показан разрез В₇-В₇ фиг.20,

на фиг.22 показан разрез А₇-А₇ фиг.20,

на фиг.23 показан 2-х рядный радиатор и двумя экранами с нижним торцевым расположением приточных вентиляторов, решетчатым распределителем воздуха и верхним расположением отверстий на конце вертикальных каналов экрана,

на фиг.24 показан разрез A₈-A₈ фиг.23,

на фиг.25 показан слой теплоизоляции, нанесенный на наружную поверхность экрана, обращенного к стене помещения (например, в подоконной нише);

на фиг.26 показан экран радиатора, нижняя кромка которого образует наклонный желоб, в нижней части имеющий датчик пленки жидкости, соединенный с блоком сигнализации о не герметичности радиатора (электрические коммуникации не показаны).

на фиг.27 показан разрез А₉-А₉ фиг.26.

На фиг.1-27 показан радиатор 1, образованный из двух соединенных между собой штампованных металлических листов, имеющий подводящие и отводящие трубопроводы соответственно 2 и 3, соединенные с горизонтальными верхним 4 и нижним 5 коллекторами, наружные штампованные каналы 6 и внутренние вертикальные каналы 7 для прохода жидкого теплоносителя (воды или антифриза), монтажные отверстия 8 для крепления экрана 9, имеющего штампованные каналы 10, коллектор 11, фланцы с отверстиями для установки вентиляторов 12, отверстия крепления вентиляторов 13, вентиляторы 14, декоративных крышек вентиляторов 15.

Экран 9 может быть выполнен в двух вариантах: иметь круглые каналы 16 (левая часть фиг.4), образованные штамповкой (каналы 6) как радиатора 1, так и экрана 9, или иметь полукруглые каналы 17 (правая часть фиг.4), образованные штамповкой (каналы 6) только в радиаторе 1 и плоской внутренней поверхностью экрана 9.

Каналы 16 и 17 завершаются отверстиями 18, соединяющими пространство между радиатором 1 и экраном 9 с обогреваемым помещением. В 2-х или 3-х рядных радиатора с торцевым расположением вентиляторов имеется решетчатый воздухораспределитель 19 с отверстиями 20. На поверхности экрана 9, обращенной к стене помещения, нанесен слой теплоизоляции 21.

Нижняя кромка экрана 9 может образовывать наклонный желоб 22, в нижней точке которого установлен датчики пленки жидкости 23.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Радиатор 1 установлен на стене помещения с помощью монтажных отверстий 8 и крепежа (например, резьбовых шпилек - не показаны).

Греющий теплоноситель (вода, антифриз или пар) поступает по трубопровод 2 в верхний коллектор 4, проходит через радиатор 1 по каналам 7, поступает в нижний коллектор 5 и выходит из радиатора 1 через трубопровод 3, нагревая каналы 6, выполненные на наружной поверхности радиатора 1 (фиг.1-3).

На поверхности радиатора 1 установлены один или два экрана 9 (на наружной и/или внутренней фронтальных поверхностях), которые образуют круглые и полукруглые каналы 16 или 17.

Вентиляторы 14, установленные на фланцах с отверстиями 12, закреплены на воздушном коллекторе 11 с помощью отверстий крепления вентиляторов 13, через декоративные крышки 15 всасывают воздух в каналы 16 или 17, который проходит и интенсивно нагревается по мере движения к выпускным отверстиям 18, через которые он поступает во внутренний объем обогреваемого помещения (фиг.4-7).

Вентиляторы 14 могут быть разных типов, размеров и производительности (мощности). При этом электрическая энергия используется только для перемещения воздуха по каналам (для привода вентиляторов), в то время как в аналогах используется также для нагрева теплоносителя.

Для привода вентиляторов могут быть использованы электродвигатели переменного и/или постоянного тока. В последнем случае для прокачивания воздуха могут быть использованы вентиляторы, аналогичные применяемым для охлаждения блоков питания персональных компьютеров или серверов, обладающих низким энергопотреблением (10-20 Ватт), шумом, высокими производительностью и ресурсом (до 10 тысяч часов). При отключении электрического питания в здании в качестве источника тока может быть использована аккумуляторная батарея.

Выбор узких и длинных каналов 16 и/или 17 способствует интенсификации теплообмена (Безюков O.K., Иванченко А.А., Герасимов О.М., Козев А.В. Рациональные поверхности теплообмена для ОНА судовых дизелей и обобщенные зависимости для их расчета. Топливоиспользование и повышение эффективности судовых энергетических установок. Сб. научн. тр. Л., ЛИВТ, 1989, с.44-47).

Для интенсификации теплообмена турбулизацией потока воздуха вентиляторы 14 могут быть выполнены реверсивными (приточно-вытяжными).

В помещениях, в которых не требуется высокая интенсивность обогрева может быть использован экран 9 с центральным расположением воздушного коллектора 11 и одним вентилятором 14. При этом выходные отверстия 18 расположены в верхней и нижней частях экрана 9, обеспечивая нагрев как при прямотоке, так и противотоке воздуха (фиг.8-10).

Для интенсификации обогрева помещений может быть использован вариант экрана 9 с боковым расположением вентиляторов 14 и выходных отверстий 18 при поперечном токе воздуха (фиг.11-13) или вариант с диагональным расположением 2-х (приточного и вытяжного) вентиляторов 14, при этом экран 9 не имеет дополнительных отверстий для выпуска воздуха (фиг.14-16).

Для интенсификации обогрева помещений может быть использован вариант экрана 9 с угловым расположением вентилятора и отверстий для выпуска нагретого воздуха, выполненных на горизонтальных каналах, обеспечивающих многократный противоток воздуха и жидкого теплоносителя (фиг.17-19).

Для дальнейшей интенсификации обогрева помещений может быть использован вариант экрана 9 радиатора с диагональным расположением приточного и вытяжного вентиляторов, обеспечивающих длительное пребывание воздуха в каналах 16, его высокую скорость, а следовательно высокий коэффициент теплоотдачи. При этом экран 9 имеет горизонтальные каналы 16, обеспечивающие многократный перекрестный ток воздуха и жидкого теплоносителя (фиг.20-22).

В помещениях с большим объемом воздуха или большими теплопотерями целесообразно применение 2-х рядных радиаторов с двумя экранами 9 с нижним торцевым расположением приточных вентиляторов 14, решетчатым распределителем воздуха 19 вдоль нижнего торца и верхним расположением отверстий 18 в конце вертикальных каналов 16.

Для предотвращения непроизводительных потерь тепла на нагрев стенки в подоконной нише помещения, на наружную поверхность внутреннего экрана 9 нанесен слой теплоизоляции 21 (фиг.23-25).

Для контроля герметичности радиатора 1 нижняя кромка экрана 9 образует наклонный желоб 22, в нижней части имеющий датчик пленки жидкости (например, Безюков O.K. Смирнов Б.К. Устройство для измерения толщины пленки жидкости. Авторское свидетельство №664020, БИ №19, 1979), соединенный с блоком сигнализации о негерметичности радиатора (блоком сигнализации и электрические коммуникации не показаны). Появление трещин в радиаторе 1 приводит к отеканию капель жидкого теплоносителя по поверхности радиатора в наклонный желоб 22 и далее к коаксиальному датчику 23, замыкание электродов которого приводит к появлению светового или звукового сигнала об аварийной ситуации (фиг.26-27).

Изложенное выше позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».

Таким образом, достигнутым техническим результатом изобретения является:

- повышение эффективности отопления помещений за счет суммарного нагрева воздуха в результате как радиационного нагрева, естественной и вынужденной конвекции воздуха. Последний вид теплообмена имеет в 6-10 раз более высокий коэффициент теплоотдачи чем при естественной конвекции (см. Безюков O.K. и др. Теплотехника. Сб. задач. - СПб.: ФГОУ ВПО СПГУВК, 2010, с.266-287; Луканин В.Н. и др. Теплотехника. - М.: ВШ, 2000, с.281, таб. 6.2), что позволяет в несколько раз уменьшить теплообменную поверхность и массогабаритные показатели радиатора или при той же поверхности повысить интенсивность обогрева помещения;

- возможность снижения температуры теплоносителя (воды) без уменьшения эффективности обогрева помещений, что способствует резкому снижению потерь тепла при его транспортировки от котельной до отапливаемого помещения,

- упрощение конструкции, технологии изготовления и монтажа экрана радиатора (особенно при односторонней установки экрана на наружную поверхность радиатора) и снижение его стоимости;

- возможность использования одинаковых экранов для установки как с наружной (обращенной в сторону помещения), так и с внутренней (обращенной в сторону стенки помещения) фронтальных сторон водяного радиатора,

- резкое снижение потребления электроэнергии по сравнению с масляными батареями и тепловентиляторами (25-100 раз), в которых электроэнергия расходуется, главным образом, на нагрев теплоносителя, в то время как в предлагаемых устройствах только для прокачивания воздуха по каналам между радиатором и экраном;

- возможность регулирования интенсивности обогрева помещения за счет изменения производительности вентиляторов от 0 до максимума (режимы экономии и комфорта, дневной и ночной режимы), реализация управления с помощью iPad, iPhone и iPod touch, других дистанционных и Интернет технологий (многозонный климат-контроль - в каждом помещении в каждый период суток поддерживается своя температура).

- контроль герметичности радиатора,

- минимальные общественные и индивидуальные затраты в результате использования в составе отопительного прибора наиболее распространенных стальных пластинчатых радиаторов уже установленных в миллионах помещений.

1. Экран для радиаторов систем отопления, устанавливаемый на радиаторе системы отопления, по меньшей мере, со стороны, обращенной к обогреваемому помещению, и имеющий установочные отверстия и средства крепления, отличающийся тем, что он прилегает к поверхности радиатора вдоль его контура, снабжен по крайней мере, одним вентилятором, при этом внутренняя поверхность экрана и наружная поверхностью радиатора образуют каналы, расположенные между вентилятором и отверстиями, соединяющими пространство между радиатором и экраном с отапливаемым помещением.

2. Экран для радиаторов систем отопления по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из тонкостенного теплопроводного материала.

3. Экран для радиаторов систем отопления по п.1, отличающийся тем, что вентиляторы выполнены реверсивными (приточно-вытяжными).

4. Экран для радиаторов систем отопления по п.1, отличающийся тем, что каналы между экраном и радиатором расположены горизонтально (одно или многократный перекрестный ток воздуха и жидкого теплоносителя) с боковым расположением вентиляторов.

5. Экран для радиаторов систем отопления по п.1, отличающийся тем, что каналы между экраном и радиатором расположены вертикально (однократный прямой и/или обратный ток).

6. Экран для радиаторов систем отопления по п.1, отличающийся тем, что в 2- или 3-рядной конструкции радиатора вентиляторы расположены на торцевой поверхности экрана, который имеет решетчатый распределитель воздуха.

7. Экран для радиаторов систем отопления по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность экрана, обращенного к стене помещения, покрыта слоем теплоизоляционного материала.

8. Экран для радиаторов систем отопления по п.1, отличающийся тем, что вдоль его нижней кромки образован наклонный желоб, в нижней части которого установлен датчик пленки жидкости, соединенный с блоком сигнализации о негерметичности радиатора.