RU2552975C2

RU2552975C2 - Floor heating (cooling) system

Info

Publication number: RU2552975C2
Application number: RU2013148910/12A
Authority: RU
Inventors: Александр Лаврентьевич Наумов; Сергей Федорович Серов; Дмитрий Владимирович Капко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НПО ТЕРМЭК"
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-06-10
Also published as: RU2013148910A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to room floor heating and/or cooling systems and can be used for creation of optimum microclimate parameters in domestic and office buildings and structures. A floor heating (cooling) system containing a heat-insulating layer, a concrete layer with a low-inertia heat exchange coil arranged in it for circulation of a heat carrier or a cooling medium, which is located near the floor surface, a heat-conducting metallic material, additionally contains an accumulation heat exchange coil located deep in the concrete layer, with that, low-inertia and accumulation heat exchange coils are combined with bypass lines provided with gate valves and a circulating pump, and a metal mesh contacting the low-inertia heat exchange coil is used as a heat-conducting material.

EFFECT: invention allows increasing efficiency of use of cold (heat) accumulated in solid mass of the flooring and control of cold (heat) release to maintain the most optimum room microclimate parameters.

2 dwg

Description

Изобретение относится к системам напольного отопления и/или охлаждения помещений и может быть использовано для создания оптимальных параметров микроклимата в жилых и офисных зданиях и сооружениях.The invention relates to systems for underfloor heating and / or cooling of premises and can be used to create optimal microclimate parameters in residential and office buildings and structures.

Известно техническое решение (RU №2341627 C1, кл. E04F 15/00, опубл. 2008), относящееся к подогреваемому полу, содержащему установленное на грунт железобетонное основание, уложенный на железобетонное основание гидроизоляционный материал и последовательно уложенные теплоизоляцию, металлическую сетку, трубчатые нагревательные элементы, расположенные зигзагообразно и прикрепленные к металлической сетке, армированную стяжку и элементы отделки пола, что он снабжен слоем песка толщиной 25-30 мм, насыпанным на гидроизоляционный материал, и установленными поверх песка пенобетонными блоками, расположенными с зазорами относительно друг друга, засыпанными песком, при этом плотность теплоизоляции, уложенной на пенобетонные блоки, составляет 50-200 кг/м³, а толщина не более 50 мм в ненагруженном состоянии, стяжка выполнена раствором из крупнозернистого песка толщиной, определяемой по формуле a≥3b, где a - толщина стяжки, b - диаметр труб нагревательных элементов.A technical solution is known (RU No. 2341627 C1, class E04F 15/00, publ. 2008), which relates to a heated floor, containing a reinforced concrete base installed on the ground, a waterproofing material laid on the reinforced concrete base, and heat insulation, metal mesh, tubular heating elements successively laid located zigzag and attached to a metal mesh, reinforced screed and floor trim elements that it is equipped with a layer of sand 25-30 mm thick, poured on a waterproofing material, and installed over sand with foam concrete blocks located with gaps relative to each other, covered with sand, while the density of thermal insulation laid on foam concrete blocks is 50-200 kg / m ³ and the thickness is not more than 50 mm in an unloaded condition, the screed is made of coarse-grained sand the thickness determined by the formula a≥3b, where a is the thickness of the screed, b is the diameter of the pipes of the heating elements.

Указанное изобретение предназначено только для нагрева полов, кроме того, в нем не отражена возможность управления системой нагрева.The specified invention is intended only for heating floors, in addition, it does not reflect the ability to control the heating system.

Известна теплообменная конструкция пола для регулирования температуры в помещениях (FR 2790819 A1, кл. F24D 3/16, опубл. 2001), которая содержит металлическую теплорассеивающую решетку с уложенным на нее контуром для циркуляции теплоносителя и покрытие с высоким коэффициентом теплопроводности.Known heat exchange floor design for controlling indoor temperature (FR 2790819 A1, class F24D 3/16, publ. 2001), which contains a metal heat dissipation lattice with a circuit laid thereon for circulation of a heat carrier and a coating with a high coefficient of thermal conductivity.

Известны устройства теплых полов (JP 2895424, F24D 3/16, опубл. 2000; JP 3045135, F24D 3/16, опубл. 2001), содержащие теплоизоляционный слой с канавками для укладки трубок с циркулирующим теплоносителем, а также теплоизлучающий листовой материал.Known devices for underfloor heating (JP 2895424, F24D 3/16, publ. 2000; JP 3045135, F24D 3/16, publ. 2001) containing a heat-insulating layer with grooves for laying tubes with a circulating coolant, as well as heat-emitting sheet material.

Недостатком аналогов является сложность управления системой конвективного теплообмена, в которой происходит обмен тепловой энергией между жидкостью и средой.The disadvantage of analogues is the difficulty of controlling the convective heat transfer system, in which thermal energy is exchanged between the liquid and the medium.

Наиболее близким к заявленному является устройство для отопления и/или охлаждения помещений, например жилых и служебных помещений (RU №2178122 C2, кл. F24D 3/14, E04B 5/10, опубл. 2002), содержащее несущую плиту, на которой уложены трубы, по которым проходит теплоноситель или охлаждающая среда, уложенные в теплопроводящий слой, при этом несущая плита на обращенной к помещению стороне для поддержания равномерной температуры имеет профиль, который в поперечном сечении имеет волнообразную форму, то есть имеет выступы и впадины, переходящие друг в друга под плоским углом, причем трубы на участке впадин несущей плиты, уложенные в теплопроводящий слой, проходят с зазором от края и дна впадины.Closest to the claimed is a device for heating and / or cooling of premises, such as residential and office buildings (RU No. 2178122 C2, class F24D 3/14, E04B 5/10, publ. 2002), containing a supporting plate on which pipes are laid along which the coolant or cooling medium passes, laid in a heat-conducting layer, while the carrier plate on the side facing the room has a profile that in the cross section has a wavy shape, that is, has protrusions and depressions that pass into each other under pl angle, and the pipes in the section of the depressions of the carrier plate, laid in a heat-conducting layer, pass with a gap from the edge and bottom of the cavity.

Основным недостатком данного технического решения является тепловая инерционность и слабая регулируемость системы напольного отопления (охлаждения), особенно в режиме охлаждения, поскольку тепловые потоки из середины массивного слоя перекрытия распространяются значительно медленнее, чем меняется тепловая обстановка в помещении из-за изменения наружной температуры и солнечной радиации.The main disadvantage of this technical solution is the thermal inertia and poor controllability of the underfloor heating (cooling) system, especially in the cooling mode, since heat fluxes from the middle of the massive overlap layer propagate much more slowly than the thermal situation in the room changes due to changes in outdoor temperature and solar radiation .

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание регулируемой системы водяного напольного отопления (охлаждения), повышение эффективности использования саккумулированного в массиве перекрытия холода (теплоты) и регулирования холодоотдачи (теплоотдачи) для поддержания наиболее оптимальных параметров микроклимата в помещении.The technical task of the invention is the creation of an adjustable water floor heating (cooling) system, increasing the efficiency of using the cold (heat) accumulated in the array of overlapping and regulating cold transfer (heat transfer) to maintain the most optimal microclimate in the room.

Главная трудность в реализации комбинированной системы напольного отопления и охлаждения состоит в том, что режим отопления обладает существенно большим температурным потенциалом, чем режим охлаждения, и для его реализации необходима в 2-3 раза меньшая поверхность теплообмена, так для режима отопления разность температуры теплоносителя и поверхности теплого пола составляет 15-20°C, в то время как при стандартном холодоносителе (14/16°C) эта разность температуры всего 5-6°C.The main difficulty in implementing a combined floor heating and cooling system is that the heating mode has a significantly higher temperature potential than the cooling mode, and for its implementation, a 2-3 times smaller heat transfer surface is needed, so for the heating mode the difference in temperature of the heat carrier and the surface warm floor is 15-20 ° C, while with a standard refrigerant (14/16 ° C), this temperature difference is only 5-6 ° C.

Поставленная задача решена тем, что система напольного отопления (охлаждения), содержащая теплоизоляционный слой, слой бетона с размещенным в нем малоинерционным теплообменным змеевиком для циркуляции теплоносителя или охлаждающей среды, расположенный вблизи поверхности пола, теплопроводный металлический материал, дополнительно содержит аккумуляционный теплообменный змеевик, расположенный в глубине слоя бетона, при этом малоинерционный и аккумуляционный теплообменные змеевики объединены байпасными линиями, снабженными задвижками и циркуляционным насосом, а в качестве теплопроводного материала содержит металлическую сетку, контактирующую с малоинерционным теплообменным змеевиком.The problem is solved in that the underfloor heating (cooling) system, comprising a heat-insulating layer, a concrete layer with a low-inertia heat exchanger coil placed therein for circulating a heat carrier or cooling medium, located near the floor surface, a heat-conducting metal material, further comprises an accumulation heat-exchange coil located in the depth of the concrete layer, while the low-inertia and accumulative heat-exchange coils are combined by bypass lines equipped with valves and a circulation pump, and as a heat-conducting material contains a metal mesh in contact with a low-inertia heat-exchange coil.

Сущность изобретения поясняется подробнее чертежами и описанием к ним.The invention is illustrated in more detail by the drawings and description thereof.

На фиг.1 представлен поперечный разрез бетонного перекрытия; на фиг.2 - система напольного отопления (охлаждения).Figure 1 shows a cross section of a concrete floor; figure 2 - system of floor heating (cooling).

Система напольного отопления (охлаждения) содержит теплоизоляционный слой 1, слой бетона 2, в котором размещены малоинерционный теплообменный змеевик 3 для циркуляции теплоносителя или охлаждающей среды, контактирующий с теплопроводным материалом - металлической сеткой 4 и расположенный вблизи поверхности пола, и аккумуляционный теплообменный змеевик 5, расположенный в глубине слоя бетона, при этом малоинерционный теплообменный змеевик 3 и аккумуляционный теплообменный змеевик 5 объединены байпасными линиями 6, снабженными задвижками 7 и циркуляционным насосом 8, также малоинерционный теплообменный змеевик 3 снабжен задвижками 9, а аккумуляционный теплообменный змеевик 5 - задвижками 10. Металлическая сетка 4, контактирующая с малоинерционным теплообменным змеевиком 3, улучшает равномерность распределения теплоты по всей поверхности пола.The underfloor heating (cooling) system comprises a heat-insulating layer 1, a concrete layer 2, in which a low-inertia heat-exchange coil 3 is placed for circulating a heat carrier or a cooling medium in contact with a heat-conducting material - metal mesh 4 and located near the floor surface, and an accumulation heat-exchange coil 5 located deep in the concrete layer, while the low-inertia heat-exchange coil 3 and the accumulation heat-exchange coil 5 are combined bypass lines 6, equipped with valves 7 and a circulation pump 8, also a low-inertia heat-exchange coil 3 is equipped with valves 9, and an accumulation heat-exchange coil 5 is equipped with valves 10. A metal mesh 4 in contact with a low-inertia heat-exchange coil 3 improves the uniform distribution of heat over the entire floor surface.

Система напольного отопления (охлаждения) работает следующим образом.The system of floor heating (cooling) operates as follows.

В режиме зарядки холодом (теплотой) конструкции перекрытия (фиг.1) холодоноситель (теплоноситель) поступает в малоинерционный теплообменный змеевик 3 (фиг.2) при открытых задвижках 9 и в аккумуляционный теплообменный змеевик 5 при открытых задвижках 10, причем задвижки 7 байпасных линий 6 закрыты, а циркуляционный насос 8 выключен. В режиме разрядки холод (теплота) от аккумуляционного теплообменного змеевика 5 переносится к малоинерционному теплообменному змеевику 3 с помощью циркуляционного насоса 8 при открытых задвижках 7 байпасных линий 6 и закрытых задвижках теплообменных змеевиков 9 и 10.In the charging mode with cold (warmth) of the overlap structure (Fig. 1), the coolant (coolant) enters the low-inertia heat-exchange coil 3 (Fig. 2) with open valves 9 and into the accumulation heat-exchange coil 5 with open valves 10, and valves 7 of bypass lines 6 closed, and the circulation pump 8 is turned off. In the discharge mode, the cold (heat) from the accumulation heat transfer coil 5 is transferred to the low-inertia heat transfer coil 3 using the circulation pump 8 with open valves 7 of the bypass lines 6 and closed valves of the heat transfer coils 9 and 10.

Соединение аккумуляционного 5 и малоинерционного 3 теплообменных контуров байпасными линиями 6 с циркуляционным насосом 8 позволяет достаточно быстро перенести холод (теплоту) из середины массива конструкции перекрытия к поверхности пола. При этом в дневное время не требуется использовать холодильную машину для выработки холода (электрокотел для отопления), а достаточно использовать в регулируемом режиме саккумулированную энергию. Регулирование холодоотдачи (теплоотдачи) пола осуществляется по датчикам результирующей температуры, установленным в помещении, за счет изменения производительности циркуляционного насоса. Зимой работает только один змеевик, а в летний период - оба змеевика. Комфортная температура поверхности пола в холодный период года +25-26°C, в теплый +20-21°C. Поддержание таких температур обеспечивает компенсацию теплопотерь в холодный период года и теплопоступлений в теплый период года.The combination of accumulation 5 and low-inertia 3 heat exchange circuits bypass lines 6 with a circulation pump 8 allows you to quickly transfer the cold (heat) from the middle of the array of the ceiling structure to the floor surface. At the same time, in the daytime it is not required to use a refrigerating machine to generate cold (an electric boiler for heating), but it is enough to use the accumulated energy in an adjustable mode. Refrigeration (heat transfer) of the floor is controlled by the sensors of the resulting temperature installed in the room due to changes in the performance of the circulation pump. In winter, only one coil works, and in the summer - both coils. Comfortable floor surface temperature in the cold season + 25-26 ° C, in the warm + 20-21 ° C. The maintenance of such temperatures provides compensation for heat loss in the cold season and heat input in the warm season.

Значительным экономическим преимуществом комбинированной напольной системы охлаждения (отопления) является возможность зарядки холодом (теплотой) в ночное время по льготному тарифу на электроэнергию (в большинстве регионов он в 2-4 раза меньше дневного тарифа).A significant economic advantage of the combined floor cooling (heating) system is the ability to charge with cold (heat) at night at a reduced tariff for electricity (in most regions it is 2-4 times less than the daily rate).

Заявленная система отопления (охлаждения) обладает рядом преимуществ перед традиционными (радиаторы, конвекторы, фан-койлы, сплит-системы): бесшумна; не создает нежелательных градиентов температуры и скорости движения воздуха в помещении; экономит энергию; не занимает полезного объема помещений; позволяет аккумулировать холод (теплоту) в ночное время. Устройство системы напольного отопления (охлаждения) с двухуровневыми теплообменными змеевиками, расположенными один (малоинерционный теплообменный змеевик) вблизи поверхности пола, другой (аккумуляционный теплообменный змеевик) - в середине массива перекрытия, решает задачу управления системой напольного отопления (охлаждения), в которой происходит обмен тепловой энергией между жидкостью и средой.The claimed heating (cooling) system has several advantages over traditional ones (radiators, convectors, fan coils, split systems): silent; does not create undesirable temperature gradients and air velocity in the room; saves energy; does not occupy a useful volume of premises; allows you to accumulate cold (heat) at night. The device of a floor heating (cooling) system with two-level heat-exchange coils located one (low-inertia heat-exchange coil) near the floor surface, the other (accumulation heat-exchange coil) - in the middle of the ceiling array, solves the problem of controlling the floor heating (cooling) system in which heat is exchanged energy between the liquid and the medium.

Claims

An underfloor heating (cooling) system comprising a heat-insulating layer, a concrete layer with a heat exchanger coil placed therein for circulating a heat carrier or a cooling medium located near the floor surface, a heat-conducting metal material, characterized in that it further comprises an accumulation heat exchanger coil located in the depth of the concrete layer wherein the heat exchange coil for circulating the coolant or the cooling medium and the storage heat exchange coil are combined by bypass lines E provided with valves and circulation pump, as well as the thermally conductive material comprises a metal grid in contact with the heat exchange coil for the circulation of the coolant or cooling medium.