Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6580
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
F 24D 15/00
(54) СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ КОТТЕДЖА
(21) Номер заявки: u 20100184
(22) 2010.02.25
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный аг-
рарный технический университет"
(BY)
(72) Автор: Синяков Анатолий Леонидович
(BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Белорусский государствен-
ный аграрный технический универси-
тет" (BY)
(57)
Система отопления коттеджа, содержащая водонагреватели, расположенные в полах
отапливаемых помещений и подключенные входами и выходами соответственно через
распределительный коллектор и нагреватель бойлера и через собирающий коллектор и
первый циркуляционный насос соответственно к выходу и входу теплообменника, с рас-
положенным в нем конденсатором теплового насоса, испаритель которого размещен в
теплогенераторе, ко входу и выходу которого соответственно присоединены через второй
циркуляционный насос выход водоподъемного и вход водовыпускного трубопроводов,
расположенных соответственно в водоподъемной и фильтрационной скважинах; регуля-
торы температуры пола и обратной воды на входе в теплообменник, отличающаяся тем,
что она снабжена электроконвекторами и регуляторами температуры воздушной среды
отапливаемых помещений, при этом электроконвекторы, тепловая мощность которых со-
ставляет 15…25 % тепловой мощности системы, а также датчики регуляторов температу-
ры расположены в отапливаемых помещениях.
BY6580U2010.10.30

2. BY 6580 U 2010.10.30
2
(56)
1. Патент BY 5566, МПК A 24B 3/00, F 24D 5/00, 2009.
2. Хайнрих Г., Найорк X, Нестлер В. Теплонасосные установки для отопления и горя-
чего водоснабжения. - М.: Стройиздат, 1985. - С. 324…326.
Предлагаемое техническое решение относится к системам водяного отопления поме-
щений коттеджа.
Известна система водяного отопления коттеджа [1]. Известная система содержит кон-
тур отопления помещений, включающий водогрейный котел, основной циркуляционный
насос и расположенные в помещениях нагревательные приборы, и контур обогрева пола
ванной комнаты, содержащий рекуперативный теплообменник, дополнительный насос,
бак для воды и гладкотрубный регистр, при этом теплообменник установлен над водо-
грейным котлом и присоединен входным и выходным патрубками для горячей воды соот-
ветственно к выходу котла и входу главного стояка системы, а гладкотрубный регистр,
который расположен в цементно-песчаной стяжке ванной комнаты, присоединен входом и
выходом соответственно к входному и выходному патрубкам холодной воды теплообмен-
ника соответственно через обратный клапан и через бак и дополнительный насос.
Известная система отопления коттеджа работает следующим образом.
В холодный период, непрерывно работает основной циркуляционный насос и прока-
чивает обратную воду, поступающую на его вход из обратного магистрального трубопро-
вода, через водогрейный котел, где она нагревается теплотой, получаемой при сжигании
углеводородного топлива в топке котла, и подает ее через главный стояк, рекуперативный
теплообменник, магистральный подающий трубопровод в нагревательные приборы, где
она охлаждается воздухом помещений. Охлажденная вода из нагревательных приборов
через обратный магистральный трубопровод поступает на вход основного циркуляцион-
ного насоса.
Поддержание температуры в отапливаемых помещениях достигается регулированием
температуры воды на выходе котла путем изменения количества топлива, сжигаемого в
топке котла. Одновременно с началом работы основного насоса начинает работать и до-
полнительный насос, который забирает холодную воду из бака, прокачивает ее через
гладкотрубный регистр, теплообменник, где она нагревается горячей водой котла, и затем
поступает обратно в бак, а из него в гладкотрубный регистр. Дополнительный насос рабо-
тает до тех пор, пока температура воды в гладкотрубном регистре не повысится до +35 °С.
Он включится опять в работу, когда вода в регистре понизится до +30 °С.
Таким образом, система обеспечивает нормируемые температуры в отапливаемых по-
мещениях и поверхности пола в ванной комнате.
К недостаткам известной системы следует отнести сложность конструкции и большое
потребление системой углеводородного топлива за отопительный период.
Сложность конструкции обусловлена сложностью конструкции контура обогрева пола
ванной комнаты.
Большое потребление системой углеводородного топлива за отопительный период
обусловлено низким кпд водогрейного котла, при котором часть тепловой энергии, полу-
чаемой при сжигании топлива в топке котла, выбрасывается в наружную среду вместе с
дымовыми газами котла, а также низким уровнем теплоизоляции коттеджа.
Наиболее близкой по конструкции к заявляемой системе отопления коттеджа является
система, содержащая водонагреватели, расположенные в обогреваемых полах помещений
и подключенные входами и выходами соответственно через распределительный коллек-
тор и нагреватель бойлера к выходу и через собирающий коллектор и циркуляционный
насос ко входу теплообменника, с расположенным в нем конденсатором теплового насоса,

3. BY 6580 U 2010.10.30
3
испаритель которого находится в теплогенераторе, ко входу и выходу которого присоеди-
нены соответственно через второй циркуляционный насос выход водоподъемного трубо-
провода, расположенного в водозаборной скважине, и вход водовыпускного
трубопровода, расположенного в фильтрационной скважине. Кроме того, система содер-
жит регуляторы температуры пола и обратной воды на выходе собирающего коллектора.
Система обеспечивает отопление помещений коттеджа при помощи обогреваемых по-
лос пола помещений и нагрев воды в бойлере на технические нужды горячей водой,
нагрев которой осуществляется в теплообменнике конденсатором теплового насоса, ис-
точником теплоты для которого служит грунтовая вода водозаборной скважины.
Регулятор температуры, датчик которого расположен в стяжке пола контрольного по-
мещения, включает или выключает в зависимости от температуры наружного воздуха
первый циркуляционный насос и тем самым изменяет температуру обогреваемого пола в
зависимости от температуры наружного воздуха, т.е. в этом случае осуществляется под-
держание температуры воздушной среды помещений в зависимости от величины основ-
ного возмущающего воздействия на объект регулирования - температуры наружного
воздуха. В это же время регулятор температуры воды на выходе собирающего коллектора
включает или выключает тепловой насос и второй циркуляционный насос, обеспечиваю-
щий прокачку воды из водозаборной скважины через испаритель теплового насоса.
К недостатку этой системы отопления следует отнести низкую точность поддержания
системой нормируемой температуры воздушной среды в отапливаемых помещениях.
Низкая точность поддержания температуры в отапливаемых помещениях обусловлена
тем, что система поддерживает температуру в помещениях путем изменения температуры
поверхности пола только в зависимости от основного возмущающего воздействия - тем-
пературы наружного воздуха и не реагирует на такие возмущения как: скорость наружно-
го воздуха; поступление холодного воздуха в помещения через неплотности в
ограждающих конструкциях; неравномерность теплоотдачи помещений.
Задачей предлагаемой полезной модели системы отопления коттеджа является повы-
шение эффективности работы.
Поставленная задача решается тем, что система отопления коттеджа, содержащая во-
донагреватели, расположенные в полах отапливаемых помещений и подключенные вхо-
дами и выходами соответственно через распределительный коллектор и нагреватель
бойлера и через собирающий коллектор и первый циркуляционный насос соответственно
к выходу и входу теплообменника, с расположенным в нем конденсатором теплового
насоса, испаритель которого размещен в теплогенераторе, ко входу и выходу которого со-
ответственно присоединены через второй циркуляционный насос выход водоподъемного
и вход водовыпускного трубопроводов, расположенных соответственно в водоподъемной
и фильтрационной скважинах; регуляторы температуры пола и обратной воды на входе в
теплообменник, снабжена электроконвекторами и регуляторами температуры воздушной
среды отапливаемых помещений, при этом электроконвекторы, тепловая мощность кото-
рых составляет 15…25 % тепловой мощности системы, а также датчики регуляторов тем-
пературы, расположенные в отапливаемых помещениях.
Сущность полезной модели системы отопления коттеджа поясняется схемой системы,
изображенной на фигуре.
Система водяного отопления коттеджа содержит водонагреватели 1, 2, 3, расположен-
ные в полах отапливаемых помещений 4, 5, 6 и подключенные входами и выходами соот-
ветственно через распределительный коллектор 7 и нагреватель 8 бойлера 9 и через
собирающий коллектор 10 и первый циркуляционный насос 11 соответственно к выходу и
входу теплообменника 12 с расположенным в нем конденсатором 13 теплового насоса,
который также содержит компрессор 14 с электродвигателем 15, термовентиль 16 и испа-
ритель 17, который размещен в теплогенераторе 18. Ко входу и выходу теплогенератора 18
соответственно присоединены через второй циркуляционный насос 19 выход водоподъ-

4. BY 6580 U 2010.10.30
4
емного трубопровода 20 и вход водовыпускного трубопровода 21, которые расположены
соответственно в водоподъемный 22 и фильтрационный 23 скважинах. Система также со-
держит регулятор температуры пола 24, датчик 25 которого расположен в бетонной стяж-
ке пола, а датчик 26 - в наружной среде; регистр 27 температуры обратной воды, датчик 28
которого расположен в трубопроводе 29 подачи обратной воды в теплообменник 12.
Для повышения эффективности работы системы путем повышения точности поддер-
жания нормируемой температуры воздушной среды в отапливаемых помещениях незави-
симо от возмущений, действующих на помещения, она снабжена электроконвекторами 30,
31, 32 и регуляторами температуры 33, 34, 35, при этом электроконвекторы и датчики 36,
37, 38 регуляторов 33, 34, 35 расположены соответственно в помещениях 4, 5, 6. Тепловая
мощность электроконвекторов 30, 31, 32 составляет 15…25 % тепловой мощности систе-
мы отопления.
Так, если для поддержания нормируемой температуры +20 °С в помещениях 4, 5, 6
при расчетно-отопительной температуре -20 °С используются обогреваемые полы с теп-
ловыми мощностями соответственно Q = 2 кВт, Q = 3 кВт, Q = 1 кВт, то в помещениях 4,
5, 6 должны быть установлены электроконвекторы соответственно с тепловыми мощно-
стями Q = 0,4 кВт, Q = 0,6 кВт, Q = 0,2 кВт.
Дополнительный нагрев воздушной среды помещений 4, 5, 6 при помощи электрокон-
векторов 30, 31, 32 позволяет компенсировать отрицательные воздействия на температуру
помещений всех возмущений, на которые не реагирует регулятор 24.
Заявляемая система отопления коттеджа работает следующим образом.
Регулятор температуры 24 обеспечивает изменение температуры поверхности пола в
зависимости от температуры наружного воздуха: с понижением температуры наружного
воздуха, измеряемой датчиком 26 повышается температура поверхности пола. С пониже-
нием температуры наружного воздуха регулятор 24 вводит в работу циркуляционный
насос 11, который прокачивает охлажденную воду с выхода собирающего коллектора 10,
через теплообменник 12 и подает ее через нагреватель 8 бойлера 9 и распределительный
коллектор 7 в водонагреватели 1, 2, 3 расположенные в полах помещений 4, 5, 6. Одно-
временно регулятор 27, датчик 28 которого расположен в трубопроводе 29 вводит в рабо-
ту электродвигатель 15 теплового насоса и второй циркуляционный насос 19.
Циркуляционный насос 19 при помощи водоподъемного трубопровода 20 забирает теп-
лую воду из скважины 22, прокачивает ее через теплогенератор 18, где она отдает теплоту
хладону, находящемуся в испарителе 17 теплового насоса, и через водовыпускной трубо-
провод 21 подает ее в фильтрационную скважину 23. Под действием теплоты воды хладон
преобразуется в пар, который поступает в компрессор 14, проводимый в работу электро-
двигателем 15. Компрессор 14 сжимает пар и тем самым повышает его температуру до
+60 °С.
С выхода компрессора 14 пар с температурой +60 °С поступает в конденсатор 13, ко-
торый расположен в теплообменнике 12. Так как насос 11 прокачивает холодную воду че-
рез теплообменник 12, то при контакте воды с поверхностью конденсатора 13,
температура которой равна 60 °С, происходит нагрев холодной воды, при этом хладон в
конденсаторе 13 конденсируется и, проходя через термовентиль 16, понижает свою тем-
пературу ниже температуры кипения и возвращается в испаритель 17. Процесс нагрева
холодной воды в теплообменнике 12 продолжается до тех пор, пока температура поверх-
ности пола, измеряемая датчиком 25 и задаваемая датчиком 26 не достигает заданного
значения, при этом регулятор 24 прекращает работу насосов 11, 19 и теплового насоса.
Регулятор 27 при помощи датчика 28 контролирует температуру обратной воды на входе в
теплообменник 12 и если она превышает +25 °С, то он прекращает работу теплового насо-
са и насоса 19.
Установлено, что комфортные условия в помещениях создаются тогда, когда темпера-
тура поверхностей обогреваемых полов не превышает +30 °С при расчетно-отопительной

5. BY 6580 U 2010.10.30
5
температуре наружного воздуха. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы тем-
пература воды на входе в водонагреватели 1, 2, 3 была не более 35…40 °С, а на выходе из
них не выше +25 °С при температуре в помещениях +20 °С.
В этом случае выполняется условие, что затрачиваемая тепловая мощность отнесенная
к 1 м2
обогреваемого пола, не должна превышать 80 Вт/м2
.
В отопительный период регулятор 24 температуры реагирует на основное возмуще-
ние, действующее на воздушную среду помещений - температуру наружного воздуха, и
для поддержания нормируемой температуры помещений пропорционально изменяет тем-
пературу обогреваемых полов помещений. То есть, система отопления обеспечивает под-
держание нормируемой температуры помещений путем изменения температуры
обогреваемых полов в зависимости от величины основного возмущения — температуры
наружного воздуха.
Если при работе регулятора 24 и происходит отключение температуры помещений от
требуемых значений под действием ряда возмущений, то на это отклонение реагируют
регуляторы температуры 33, 34, 35, датчики 36, 37, 38 которых расположены в помещени-
ях 4, 5, 6 и они включают и отключают электроконвекторы в зависимости от отключения
температуры воздушной среды помещений. То есть, регуляторы поддерживают нормиру-
емую температуру в помещениях путем управления электроконвекторами в зависимости
от отключения температуры помещений от нормируемого значения.
Известная система отопления обеспечивала поддержание нормируемой температуры
помещений путем изменения тепловой мощности водонагревателей, расположенных в по-
лах помещений, в зависимости от величины основного возмущения - температуры наруж-
ного воздуха. При таком принципе регулирования температура помещений
поддерживается весьма неточно.
Точность поддержания нормируемой температуры помещений повышается при обо-
рудовании системы отопления дополнительными регуляторами и электроконвекторами. В
этом случае дополнительные регуляторы поддерживают нормируемую температуру в по-
мещениях путем изменения тепловой мощности электроконвекторов в зависимости от от-
клонения температуры помещений от нормируемого значения.
Таким образом, в процессе работы заявляемой системы отопления коттеджа происхо-
дит достижение поставленной технической задачи: повышение эффективности работы си-
стемы путем повышения точности поддержания нормируемой температуры в помещениях
в отопительный период за счет изменения регуляторами температуры в зависимости от
отключения температуры помещений от нормируемых значений теплопроизводительно-
сти электроконвекторов, которыми оборудована система.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.