PL218440B1 - Sposób sezonowego ogrzewania albo chłodzenia pomieszczeń - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób ogrzewania w zimie i chłodzenia latem pomieszczeń, zwłaszcza w jednorodzinnych domach mieszkalnych.

Powszechne stosowanie w budownictwie materiałów o bardzo dobrych własnościach izolacyjnych, zmieniło gradację czynników decydujących o utrzymywaniu odpowiednich warunków termicznych w pomieszczeniach. W wyniku ograniczenia strat cieplnych przez przenikanie, straty ciepła przez wentylację wysunęły się na plan pierwszy i decydują o poziomie kosztów ogrzewania budynków. Ze względu na to, że straty energii cieplnej z powietrzem wentylacyjnym są dominujące, umożliwia to wykorzystanie strumienia powietrza świeżego doprowadzanego do pomieszczeń jako nośnika ciepła.

Za postępem w dziedzinie materiałów budowlanych, dotychczas nie nadążają rozwiązania w zakresie ogrzewania i wentylacji budynków, skutkiem czego stosowane są systemy grzewczo-wentylacyjne o niskiej efektywności.

Istnieje wiele sposobów ogrzewania pomieszczeń, w tym również domów mieszkalnych, zwłaszcza jednorodzinnych, które można podzielić na dwie zasadnicze grupy:

- sposoby bezpośrednie, oparte na podgrzewaniu powietrza przez kontakt z gorącą powierzchnią obudowy paleniska i konwekcyjne rozprowadzanie go w ogrzewanym pomieszczeniu,

- systemy z użyciem czynnika pośredniego, którym zazwyczaj jest woda przenosząca ciepło wydzielane w palenisku do wymienników ciepła, w których ono przenika do powietrza wypełniającego ogrzewane pomieszczenia i jest w nich rozprowadzane przez konwekcję.

We wszystkich tych sposobach ogrzewania budynków występuje swobodny, praktycznie niemożliwy do regulowania przepływ przynajmniej jednego czynnika, a mianowicie powietrza wypełniającego pomieszczenia.

Instalacje grzewcze realizowane według tych sposobów charakteryzują się niską efektywnością, dużą bezwładnością termiczną, a także małą podatnością na regulację parametrów.

Znany jest również sposób ogrzewania pomieszczeń w budynkach, w którym wykorzystywane jest ciepło unoszone ze strumieniem spalin zmieszanych z zużytym powietrzem wentylacyjnym. Jednak, zastosowana w nim jednostopniowa wymiana ciepła, przy przeciwprądzie lub krzyżowym przepływie czynników grzewczego i ogrzewanego, przy niskiej temperaturze otoczenia może powodować takie obniżenie temperatury powierzchni wymiany ciepła, które może doprowadzać do osadzania się na niej szronu z pary wodnej zawartej w spalinach. Może to powodować blokowanie przepływu strumienia spalin zmieszanych z zużytym powietrzem wentylacyjnym, co może stanowić zagrożenie dla osób w ogrzewanych pomieszczeniach.

Sposób ogrzewania pomieszczeń według wynalazku, zapewnia uzyskiwanie komfortu cieplnego przy mniejszym zapotrzebowaniu energii i niższych nakładach inwestycyjnych na jego realizację niż w tradycyjnych systemach grzewczych i ponadto umożliwia chłodzenie pomieszczeń w okresach letnich upałów.

Cel ten osiągnięto przez zastosowanie systemu ogrzewania pomieszczeń z wymuszonym przepływem zarówno czynnika grzewczego, którym są spaliny zmieszane z zużytym powietrzem wentylacyjnym oddające unoszone ciepło, jak też czynnika ogrzewanego jakim jest powietrze świeże z otoczenia.

Według wynalazku, w sezonie grzewczym powietrze świeże stosowane do przewietrzania ogrzewanych pomieszczeń budynku, zasysa się z zewnątrz wentylatorem powietrza świeżego i przetłacza przez wielosegmentowy wymiennik ciepła, z cienkościennych płyt profilowanych, w którym ogrzewa sieje ciepłem odbieranym z zużytego powietrza wentylacyjnego i uzupełniającym je ciepłem spalin zmieszanych z tym powietrzem. Wieloczłonowy wymiennik ciepła rozwiązany jest tak, aby w pierwszym jego członie licząc od wlotu powietrza świeżego, występował współprądowy przepływ czynników grzewczego i ogrzewanego. Takie rozwiązanie zapobiega wychładzaniu powierzchni wymiany ciepła do temperatury niższej niż 0°C przy bardzo niskiej temperaturze otoczenia i osadzaniu się na niej szronu z pary wodnej zawartej w spalinach. Dodatkowym zabezpieczeniem przed wystąpieniem takiego zjawiska jest wymóg, aby powierzchnie wymiany ciepła były dobierane tak, żeby temperatura strumienia spalin zmieszanych z wentylacyjnym powietrzem zużytym, na wylocie z układu grzewczego do atmosfery, nie była niższa niż 5°C, przy najniższej możliwej temperaturze otoczenia. Zużyte powietrze wentylacyjne z ogrzewanych pomieszczeń i spaliny z paleniska zasysa się wentylatorem spalin i przetłacza przez filtr zabezpieczający wieloczłonowy wymiennik ciepła i po przejściu przez wszystkie jego człony i ochłodzeniu do temperatury nie niższej niż 5°C, zrzuca sieje do atmosfery.

PL 218 440 B1

Wydmuch sytuowany jest tak, aby wypływające z niego spaliny zmieszane z zużytym powietrzem wentylacyjnym nie wpływały na jakość powietrza świeżego pobieranego do układu. Świeże powietrze wentylacyjne, po częściowym podgrzaniu go w wymienniku wieloczłonowym, w celu zabezpieczenia użytkowników ogrzewanych pomieszczeń przed niekorzystnym dla zdrowia oddziaływaniem suchego powietrza, jest poddawane nawilżaniu w wymaganym stopniu wodą, w komorze nawilżającej. Powietrze to osusza się i podgrzewa w ostatnim członie wymiennika ciepła do temperatury zapewniającej komfort klimatyczny w pomieszczeniach. Tak przygotowane świeże powietrze wentylacyjne, rozprowadza się do ogrzewanych pomieszczeń kanałami i dla zapewnienia równomiernego rozkładu temperatur w tych pomieszczeniach, stosuje się eżektory mieszające ogrzane powietrze świeże z chłodnym powietrzem zasysanym z tych pomieszczeń. Ciepło niezbędne do uzupełniania obiegu, pozyskuje się w kominku opalanym gazem lub olejem opałowym, usytuowanym w jednym z pomieszczeń budynku. Dzięki temu, że strumienie grzewczy i ogrzewany przepływają przez wymiennik ciepła pod podobnymi ciśnieniami i naprężenia nimi wywoływane wzajemnie się znoszą, wymiennik ciepła jest budowany z cienkościennych płyt profilowanych.

Sposób według wynalazku pozwala również na chłodzenie podczas letnich upałów pomieszczeń ogrzewanych w sezonie grzewczym. Jest to osiągane przez chłodzenie wodą nagrzanego powietrza o niskiej wilgotności względnej, przez adiabatyczne nawilżanie tego powietrza. W takim przypadku, powietrze zasysa się wentylatorem świeżego powietrza, poddaje nawilżaniu w wymaganym stopniu w komorze nawilżającej i ochłodzone powietrze rozprowadza się kanałami do poszczególnych pomieszczeń.

W przykładach zastosowania wynalazku podano numerację elementów, zgodnie z rysunkiem schematycznym przedstawiającym jego istotę. Przykłady te nie stanowią ograniczenia możliwości realizacji sposobu według wynalazku.

P r z y k ł a d I:

Gdy system według wynalazku wykorzystuje się jako układ grzewczy, powietrze z otocze₃ nia (14) zasysa się wentylatorem (2) o wydajności 800 m³/godz. czerpnią (1) i kieruje do wymiennika ₂ ciepła (3 i 4) o powierzchni wymiany ciepła F=60 m², w którym pierwszy człon (3) jest współprądowy, a w drugim członie stosuje się przeciwprądowy przepływ mediów. Powietrze to (14) podgrzewa się najpierw do około 0°C, a następnie do około 25°C kosztem ciepła spalin zmieszanych z wentylacyjnym powietrzem zużytym (16), które ochładza się do temperatury nie niższej niż 5°C. Powietrze świeże (14) nasyca się wodą w komorze nawilżającej (6) w takim stopniu, aby zapewniony był komfort klimatyczny w pomieszczeniach budynku. Nawilżone powietrze świeże (14) podgrzewa się następnie ₂ w końcowym wymienniku ciepła (5) o powierzchni wymiany ciepła F=30 m² do temperatury około 50°C kosztem ciepła mieszaniny spalin i zużytego powietrza wentylacyjnego (16) ochładzającej się od około 70°C do temperatury około 45°C i rozprowadza się je do poszczególnych pomieszczeń budynku. Powietrze to w celu zapewnienia właściwego rozkładu temperatur w pomieszczeniach, wdmuchuje się do nich eżektorami (7), zasysającymi chłodne powietrze z tych pomieszczeń. Równocześnie paliwo (15) jakim jest gaz lub olej opałowy, spala się w palenisku, którym może być kominek usytuowany w jednym z pomieszczeń budynku. Spaliny zmieszane z zużytym powietrzem wentylacyjnym zasysa sie ₃ z poszczególnych pomieszczeń wentylatorem (10) o wydajności 810 m³ i przetłacza przez filtr (11), wymienniki ciepła (5, 4 i 3) i zrzuca do atmosfery (16) wydmuchem (12). Filtrowanie spalin ma na celu zabezpieczenie wymienników ciepła (3, 4 i 5) przed osiadaniem zanieczyszczeń na powierzchniach wymiany ciepła, a także ochronę środowiska naturalnego. Dzięki niskiemu i zrównoważonemu ciśnieniu w obydwu strumieniach wymieniających ciepło, wymiany tej dokonuje się w wymiennikach z cienkościennych płyt profilowanych z aluminium o grubości 0,2 milimetra, co obniża nakłady na realizację ₃ systemu grzewczego. W budynku położonym w III strefie klimatycznej o kubaturze 800 m³ i użytkowej ₂ powierzchni ogrzewanej 300 m² (przy temperaturze otoczenia - 20°C) koszt ogrzewania według wynalazku jest o około 50% niższy od kosztu ogrzewania tradycyjnego mimo tego, że w sposobie według wynalazku powietrze wprowadzane do pomieszczeń jest nawilżane, co zwiększa komfort klimatyczny w ogrzewanych pomieszczeniach, ale pochłania pewną ilość energii, powietrze zaś ogrzewane tradycyjnymi sposobami zazwyczaj jest suche.

P r z y k ł a d II:

Podczas letnich upałów pomieszczenia ogrzewane w sezonie grzewczym mogą być chłodzone. Jest to osiągane przez chłodzenie świeżego powietrza wentylacyjnego, wprowadzanego do tych pomieszczeń, które poddaje się adiabatycznemu nawilżaniu go wodą.

PL 218 440 B1

Powietrze świeże o temperaturze 32°C i wilgotności względnej 40% wprowadza się wentylato33 rem (2) o wydajności 800 m³/godz. do budynku o kubaturze 800 m³ przez czerpnię (1) i kieruje się do komory nawilżającej (6). W komorze nawilżającej w kontakcie z wodą o rozwiniętej powierzchni powietrze to nawilża się do wilgotności względnej 70%. W wyniku adiabatycznego nawilżenia temperatura powietrza obniża się o 6°C zapewniając komfort klimatyczny w wentylowanych pomieszczeniach

Claims (2)

1. Sposób sezonowego ogrzewania albo chłodzenia pomieszczeń w budynku, zwłaszcza w domu jednorodzinnym, w którym do ogrzewania pomieszczeń stosuje się świeże powietrze doprowadzane do przewietrzania ogrzewanych pomieszczeń i przepuszczane przez wymiennik ciepła, gdzie ulega ogrzaniu ciepłem odbieranym z zużytego powietrza wentylacyjnego i ciepłem odbieranym ze spalin zmieszanych z tym zużytym powietrzem wentylacyjnym, znamienny tym, że w sezonie grzewczym świeże powietrze doprowadzane z zewnątrz przez czerpnię powietrza (1) do przewietrzania ogrzewanych pomieszczeń w budynku, przetłacza się wentylatorem (2) przez układ wymienników ciepła (3, 4, 5), wykonanych z cienkościennych płyt profilowanych, gdzie jako czynnik ogrzewany ogrzewa się je do temperatury zapewniającej komfort termiczny w ogrzewanych pomieszczeniach, ciepłem odbieranym z zużytego powietrza wentylacyjnego i uzupełniającym je ciepłem odbieranym ze spalin zmieszanych z tym zużytym powietrzem wentylacyjnym, które przetłacza się wentylatorem (10) jako czynnik grzewczy przez układ wymienników ciepła (3, 4, 5), przy czym w pierwszym od strony czerpni powietrza (1) wymienniku ciepła (3), stosuje się współprądowy przepływ czynnika grzewczego i ogrzewanego, w celu uniknięcia osadzania się szronu na powierzchni wymiany ciepła przy niskiej temperaturze zewnętrznej, przy czym powierzchnię wymiany ciepła dobiera się tak, aby temperatura czynnika grzewczego na wylocie wymiennika ciepła (3) nie spadła poniżej 5°C przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych, dodatkowo świeże powietrze ogrzewane w układzie wymienników ciepła (3, 4, 5) nawilża się wodą w stopniu odpowiednim do potrzeb nawilżenia, a dla wyrównania bilansu cieplnego budynku, niezbędne ciepło uzupełnia się przez spalanie gazu lub oleju opałowego w palenisku otwartym, korzystnie kominku, następnie tak przygotowane świeże powietrze rozprowadza się do poszczególnych pomieszczeń w budynku, przy czym wdmuchuje się powietrze do pomieszczeń przez eżektory zasysające chłodne powietrze z pomieszczeń w celu zapewnienia równomiernej temperatury, natomiast w czasie chłodzenia pomieszczeń w budynku podczas letnich upałów, świeże powietrze wentylacyjne zasysa się wentylatorem (2) przez czerpnię powietrza (1) i nawilża się w stopniu odpowiednim do potrzeb chłodzenia.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się płytowe wymienniki ciepła (3, 4, 5), zbudowane z blach profilowanych o grubości od 0,05 do 1,0 milimetra.