CZ2015156A3

CZ2015156A3 - Nízkoteplotní sálavé topné těleso pro teplovodní systémy

Info

Publication number: CZ2015156A3
Application number: CZ2015-156A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav MachoviÄŤ; Anna Machovičová
Original assignee: Miroslav MachoviÄŤ
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-09-02
Also published as: CZ26700U1; WO2014046628A1

Abstract

Nízkoteplotní sálavé topné těleso pro teplovodní systémy sestává z tepelného výměníku (2) tvořeného vinutími (20) trubek v prostorovém tvaru válcové pružiny, jež jsou navzájem hydraulicky spojeny. Výměník (2) je připojen k přívodu (24) a vývodu (23) teplé vody. Úchyty (21) a šroubové spoje (22) upevňují tepelný výměník (2) k obvodovému plášti (1) s tepelnou izolací (11) umístěnou na stranách odpuzování tepla, přičemž ze strany sálání tepla je těleso uzavřeno pohledovou mřížkou (3). Výměník (2) sálá teplo přímo bez pomocných ploch na protilehlé plochy interiéru, jež následně ohřívají vzduch.

Description

Nízkoteplotní sálavé topné těleso pro teplovodní systémy

Oblast techniky

Vynález se týká topných těles určených pro nízkoteplotní vytápění a vysokoteplotní chlazení budov teplovodním systémem.

Dosavadní stav techniky

Známá jsou zejména konvektorová topná tělesa, jako jsou deskové radiátory, článkové radiátory odlévané z hliníkových slitin nebo litiny, která jsou projektována pro vysokoteplotní vytápění. Hlavní způsob šíření tepla je konvekcí - prouděním, tedy ohřívají přímo vzduch. Jejich nevýhodou je zejména to, že tělesa jsou určena pouze k vertikálnímu uložení a proudění při těchto konstrukcích je přímo úměrné rozdílu teploty topného tělesa a vzduchu.

Také jsou známé vzduchotechnické výměníky, které jsou tvořeny vrstvením rovnoběžných přímých kovových trubek ve více rovinách, na něž jsou s úzkými mezerami nalisovány plechy, tvořící pomocnou plochu výměny tepla. Trubky jsou hlavním médiovým potrubím, jímž proudí topné nebo chladicí médium. Pro zvýšení tepelného výkonu výměníku prouděním je proud chladnějšího vzduchu přiváděn ventilátorem, čehož typickým příkladem jsou vzduchotechnické jednotky, fancoily a podlahové konvektory. Hlavní způsob šíření teplaje také konvekcí - prouděním, tedy ohřívají přímo vzduch.

Dalším známým stavem techniky jsou kovové sálavé závěsné panely. Jejich konstrukce spočívá v tom, že na přímé médiové trubky, rozmístěné v rovině s roztečí, jsou nalisovány pomocné kovové plochy výměny tepla. Pro tato tělesa je typický deskový tvar, kde je v rozměrech zástavby výrazná délka tělesa. Jelikož pro vytápění se používají vysoké teploty, při velké délce panelů dochází k výraznému rozdílu teploty topné vody na začátku a na konci panelu, což má za důsledek nerovnoměrně vytopený prostor. Aby se zachovalo turbulentní proudění kapaliny, je třeba zamezit poklesu průtoku pod minimální hodnoty. Laminární proudění výrazně snižuje výměnu tepla a tím i výkon stropních sálavých panelů. Při vertikální montáži bez použití zábran k omezení proudění je při použitých vysokých teplotách poměr sálání na celkovém tepelném výkonu zanedbatelný a převažuje šíření tepla prouděním.

Dalším známým stavem techniky jsou plošné sálavé systémy vytápění, které jsou vytvářeny plošnými uspořádáními topných trubek. Montáž plošných systémů může být suchým nebo mokrým způsobem. Při mokrém způsobu topné trubky se montují na stěnu, na strop pod omítku a následně se omítnou. Při montáži do podlahy se zalévají betonovým potěrem nebo jsou navázány na ocelové výztuže a rohože do betonu při výstavbě železobetonového skeletu stavby. Teplá voda při vytápění proudí přes hlavní topné trubky, teplo přestupuje do omítek nebo betonu a po překonání tepelného odporu materiálů sálá na protilehlé plochy interiéru. Při suchém způsobu montáže se vkládají trubky do vyfrézovaných drážek sádrokartonových desek. Přestup tepla je ovlivňován tepelným odporem materiálu, který je v kontaktu s topnou trubkou. Plošné sálavé systémy jsou konzervativní z pohledu možných dispozičních změn budovy a velká akumulační kapacita neumožňuje okamžité změny teploty interiéru, což způsobuje tepelnou nepohodu hlavně v přechodném období.

Doposud známé sálavé systémy využívají pomocné plochy k realizaci sálání, přičemž teplo z hlavních médiových potrubí se odevzdává přestupem se ztrátou teploty do pomocných ploch. Rozdíl ve střední topné teplotě a střední teplotě sálavé plochy běžně dosahuje 10 % až 20 %, což má za následek zvýšenou spotřebu tepla.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry odstraňuje nízkoteplotní sálavé topné těleso, sestávající z obvodového pláště, ve kterém je umístěn topný prvek, jehož podstata spočívá v tom, že topný prvek je tvořen minimálně jedním trubkovým tepelným výměníkem, který je z vnější strany vsunutý do fixačního úchytu, jehož pomocí je zpravidla šroubovým spojem upevněn na zadní stěnu pláště.

Jedna ze stěn pláště, jiná než zadní, je s výhodou vybavena mřížkou.

Výměník je vytvořen ze sloupovitě spirálově stočených tenkostěnných trubek, uspořádaných do nejméně jednoho prostorového útvaru válcové pružiny, ten je připojen na přívod a vývod potrubí teplé vody topné soustavy a jednotlivé sloupce jsou s výhodou spojovány do souborů.

Soubor sloupců je uspořádán buď vedle sebe a/nebo za sebou a/nebo soubory jsou zasunuty do sebe, přičemž jsou navzájem hydraulicky propojeny.

Mřížka pro vzhledové překrytí, umožňující šířit tepelného sálání, je odnímatelně umístěna na pohledové stěně pláště při vertikálním uložení tělesa na stěnu místnosti i při horizontálním uložení tělesa pod strop místnosti.

Okraje bočních stěn pláště při vertikálním uložení tělesa na stěnu i při horizontálním uložení tělesa jsou prodloužené s účelem cíleně usměrnit sálavý tok do prostoru ve směru mřížky a zamezit proudění vzduchu.

Stěny pláště, kromě pohledové, jsou při horizontálním uložení tělesa pod strop místnosti a do podlahy místnosti vybavené izolací.

Nízkoteplotní sálavá tělesa mají tepelný výměník vytvarovaný v prostorovém tvaru válcové pružiny bez pomocných ploch. Střední topná teplota je shodná se střední teplotou sálavé plochy.

Velikost, počet a uložení sloupců výměníku ve tvaru válcové pružiny závisí na požadovaném výkonu a typu topného tělesa.

Sálání tepla umožňuje vyhřívat interiér o 2 °C až 3 °C nižší teplotou než u systémů využívajících proudění. Snížení topné teploty o 1 °C podle dosavadních poznatků snižuje náklady až o 6 %.

Nízkoteplotní sálavé vytápění a vysokoteplotní chlazení nízkoteplotními topnými tělesy zajistí snížení nákladů na vytápění vlivem sálání a hlavně vlivem nízké topné teploty, což umožní dosahovat vysokých výkonových čísel u tepelných zdrojů a tím výrazné úspory energií.

Přehled obrázků na výkresech

Řešení je blíže seznatelné na přiložených výkresech, kde:

obr. 1 - znázorňuje boční pohled v řezu na sestavu topného tělesa pro horizontální uložení pod strop místnosti;

obr. 2 - znázorňuje pohled zespodu na sestavu podle obr. 1 bez krytu;

obr. 3 - znázorňuje pohled shora v řezu na sestavu topného tělesa pro vertikální uložení na stěnu místnosti;

obr. 4 - znázorňuje čelní pohled na sestavu podle obr. 3 bez krytu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Nízkoteplotní topné těleso pro horizontální uložení (znázorněné na obr. 1 a obr. 2) je určeno pro montáž do kazetových stropů nebo pod strop. Sestává z pláště 1, který má boční stěny 13 a zadní stěnu 12 a je směrem nahoru a do boků tepelně izolován izolací 11 pro zabránění prostupu tepla vzhůru. Spodní okraje (na obr. neznačené) bočních stěn 13 jsou prodlouženy pod spodní okraj výměníku 2 pro usměrněné proudění vzduchu směrem dolů. Tepelný výměník 2 je tvořen vinutími 20 trubek ve tvaru válcové pružiny uloženými vedle sebe a navzájem hydraulicky propojenými a napojenými na přívod 24 a vývod 23 teplé vody. Tepelný výměník 2 je uchycen na zadní stěnu 12 pláště 1 úchyty 21 a šroubovými spoji 22. Plášť 1 je odspodu uzavřen pohledovou mřížkou 3 z perforovaného plechu.

Topný proces probíhá tak, že ohřátá voda je z tepelného zdroje (na obr. neznačený) přivedena přívodem 24 do výměníku 2, který sáláním předává ze zahřátých trubek teplo do okolního vzduchového prostoru, čímž ho zahřívá. Vychladlá voda pak z výměníku 2 se vrací vývodem 23 zpět do tepelného zdroje k dalšímu ohřevu.

Příklad 2

V tomto příkladu je také popsáno nízkoteplotní topné těleso pro horizontální uložení jako v příkladu 1, s tím rozdílem, že je určeno pro montáž do podlahy, takže se uloží zrcadlově proti příkladu 1.

Konstrukční uspořádání tělesa je shodné jako v příkladu 1, s tím rozdílem, že izolace 11 je uložena směrem dospodu i do boků a plášť 1 je svrchu uzavřen pohledovou mřížkou 3 z hrubšího perforovaného plechu. Topný proces probíhá shodně jako u příkladu 1.

Příklad 3

Nízkoteplotní topné těleso pro vertikální uložení (znázorněno na obr. 3 a obr. 4) je určeno pro montáž na stěnu. Topné těleso se skládá z pláště 1, jenž má boční stěny 13 a zadní stěnu 12, které jsou bez izolace 11.. Přední okraje (na obr. neznačené) bočních stěn 13 jsou prodlouženy pro usměrněné proudění vzduchu směrem do boku přes pohledovou mřížku 3, která je umístěna na přední stěně pláště 1.

Tepelný výměník 2 je tvořen vinutími 20 trubek ve tvaru válcové pružiny uloženými vedle sebe, navzájem hydraulicky spojenými a napojenými na přívod 24 a vývod 23 teplé vody. Tepelný výměník 2 je uchycen na zadní stěnu 12 pláště 1 úchyty 21 a šroubovými spoji 22.

Příklad 4

V tomto příkladu je také popsáno nízkoteplotní topné těleso pro vertikální uložení jako v příkladu 3, s tím rozdílem, že je určeno pro vysokoteplotní chlazení budov.

Konstrukční uspořádání tělesa je shodné jako v příkladu 3, proces ale probíhá rozdílně.

Při chladicím procesu je na rozdíl od příkladu 3 chladící voda z chladicího zdroje (na obr. neznačený) přivedena do výměníku 2, který sáláním odebere teplo okolního prostoru, čímž se voda zahřeje a odvede zpět do chladicího zdroje.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení je možné využít pro nízkoteplotní vytápění a vysokoteplotní chlazení budov, jako jsou školy, bytové domy, administrativní budovy, obchody a rodinné domy. Vlastnosti nízkoteplotních těles předurčují využití do teplovodních systémů vytápěných obnovitelnými zdroji a při vysokoteplotním chlazení se může používat jako zdroj chladu studniční voda.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Nízkoteplotní sálavé topné těleso, sestávající z obvodového pláště, ve kterém je umístěn topný prvek, vyznačující se tím, že topný prvek je tvořen minimálně jedním trubkovým tepelným výměníkem (2), který je z vnější strany vsunutý do fixačního úchytu (21), pomocí kterého je zpravidla šroubovým spojem (22) upevněný na zadní stěnu (12) pláště (1), jehož jedna, jiná než zadní, stěna (12) je vybavena mřížkou (3), přičemž výměník (2) vytvořený z minimálně jednoho sloupového vinutí (20) z tenkostěnných trubek, uspořádaného do prostorového útvaru válcové pružiny, je připojen na přívod (24) a vývod (23) potrubí teplé vody topné soustavy.
2. Topné těleso podle nároku 1, vyznačující se tím, že soubor vinutí (20) je uspořádán buď vedle sebe a/nebo za sebou a/nebo jsou vinutí (20) zasunuta do sebe, přičemž jsou navzájem hydraulicky propojena.
3. Topné těleso podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že mřížka (3) k vzhledovému překrytí, umožňující šíření tepelného sálání, je odnímatelně umístěna na přední pohledové stěně pláště (1) pro vertikální uložení tělesa na stěnu místnosti, přičemž okraje bočních stěn (13) pláště (1) jsou prodlouženy pod spodní okraj výměníku (2) k cílenému usměrnění sálavého toku do prostoru ve směru mřížky (3) a k zamezení proudění vzduchu.
4. Topné těleso podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že mřížka (3) k vzhledovému překrytí, umožňující šíření tepelného sálání, je odnímatelně umístěna na přední pohledové stěně pláště (1) pro horizontální uložení tělesa pod strop místností, přičemž ostatní stěny pláště (1) jsou vybaveny izolací (11) a spodní okraje bočních stěn (13) pláště (1) jsou prodlouženy pod spodní okraj výměníku (2) k cílenému usměrnění sálavého toku do prostoru ve směru mřížky (3) a k zamezení proudění vzduchu.
5. Topné těleso podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že mřížka (3) k vzhledovému překrytí, umožňující šíření tepelného sálání, je odnímatelně umístěna na přední pohledové stěně pláště (1) pro horizontální uložení tělesa do podlahy místnosti, přičemž ostatní stěny pláště (1) jsou vybaveny izolací (11) a spodní okraje bočních stěn (13) pláště (1) jsou prodlouženy pod spodní okraj výměníku (2).