Энергоэффективный дом

Полезная модель относится к области строительства, преимущественно частного домостроения, и касается автономного теплоснабжения и холодоснабжения объектов частного домостроения. Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных свойств дома. Техническим результатом полезной модели появляется возможность использования тепловой энергии вытяжного воздуха и более полно использовать возобновляемую энергию окружающей среды. Все технологическое оборудование занимает меньше места, и располагается в одном энергоэффективном центре. Так же есть возможность увеличения мощности оборудования с увеличением объемов здания, что снижает капитальные затраты на первом этапе строительства. Дополнительное оборудование располагается в энергоэффективном ядре (ЭЭЯ) на втором этаже, что обеспечивает удобный монтаж и интеграцию нового оборудования в существующую энергосистему. Это достигается за счет того, что дом имеет, по меньшей мере, один этаж, и содержит фундамент, стены, крышу, энергоэффективное ядро, выполненное в виде центрального помещения параллелепипедного типа, плоское верхнее перекрытие, имеющее люк, обеспечивающий возможность выхода на крышу, систему теплоснабжения и холодоснабжения здания, включающую в себя тепловой насос, подключенный к баку емкостного водонагрева, имеющий пиковый нагреватель, центральный и нижний теплообменники, нижний теплообменник подключен к системе сбора тепла солнечной энергии, включающей трубопровод отвода теплоносителя из вакуумированного трубчатого коллектора, трубопровод подвода теплоносителя в вакуумированный трубчатый коллектор, проходящие через вакууммированный трубчатый коллектор, который в свою очередь соединен с нижним теплообменником бака емкостного водонагрева, трехходовой кран, трубопровод подачи теплоносителя в бак емкостного водонагрева, трубопровод отвода теплоносителя из бака емкостного водонагрева, трубопровод подачи теплохладоносителя из теплового насоса, трубопровод возврата теплохладоносителя в тепловой насос, трубопровод подачи в систему отопления здания, трубопровод возврата из системы отопления дома, трубопровод подачи холодной воды в дом, трубопровод отвода горячей воды потребителю, при этом бак емкостного водонагрева соединен с дополнительным источником тепла в виде пеллетного или твердотопливного котла, циркуляционные насосы согласно полезной модели на плоском верхнем перекрытии энергоэффективного дома выполнено ограждение с четырех сторон, образуя террасу, на южной стороне ограждения и размещен вакуумный трубчатый коллектор, а на любой другой стороне ограждения размещен, введенный в систему теплоснабжения и холодоснабжения здания, наружный блок теплового насоса, который выполнен типа «воздух-вода», кроме того все внутреннее оборудование системы теплоснабжения и холодоснабжения здания размещено внутри энергоэффективного ядра, кроме пеллетного или твердотопливного котла, размещенного в гостинной, система теплоснабжения и холодоснабжения здания дополнительно снабжена центральной системой кондиционирования воздуха, включающей рекуператор воздуха и два жидкостных теплообменника, один из которых соединен трубопроводами с тепловым насосом через введенный блок холода, а другой соединен трубопроводами с вакууммированным трубчатым коллектором, при этом бак емкостного нагрева снабжен третьим теплообменником для гарантированного подогрева воды на нужды горячего водоснабжения. 1 п. ф-лы, 5 илл.

Полезная модель относится к области строительства, преимущественно частного домостроения, и касается автономного теплоснабжения и холодоснабжения объектов частного домостроения.

Известен жилой дом, включающий замкнутую циркуляционную систему охлаждения, содержащую аккумулятор холода, состоящий из емкости с водой, воздуховод с вентилятором, теплообменник, дополнительная емкость с газогидратом и электронагревателем (патент RU 2022213, МПК F24F 5/00).

Недостатками известного жилого дома являются низкие эксплуатационные свойства.

Известно энергоэффективное здание, содержащее стены, сплошные и вентилируемые оконные проемы, двускатную кровлю с карнизами и уклоном скатов от конька кровли наружу, солнечные коллекторы водяного отопления и солнечные фотоэлектрические панели, смонтированные на кровле здания, и большую по протяженности продольную ось здания, вытянутую с востока на запад, скат кровли, обращенный на юг, выполнен двучастным, при этом его нижняя плоскость размещена под углом к горизонту от 30° до величины, определяемой выражением 90-ф°, где ф - широта местности строительства здания, (патент РФ 2342507 МПК E04H 1/00 публ. 27.12.2008)

Недостатком известного здания являются низкие эксплуатационные свойства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является дом с использованием системы теплоснабжения и холодоснабжения по патенту РФ 124949 публ. 20.02.2013, МПК F24D 3/18, (см. ссылку в интернете http://house-nn.ru/etapyi-stroitelstva)

Дом имеет, по меньшей мере, один этаж, и содержит фундамент, стены, крышу, энергоэффективное ядро (ЭЭЯ), выполненное в виде центрального помещения параллелепипедного типа, плоское верхнее перекрытие, имеющее люк, обеспечивающий возможность выхода на крышу, систему теплоснабжения и холодоснабжения здания, включающую в себя тепловой насос, подключенный к баку емкостного водонагрева, имеющий пиковый нагреватель, центральный и нижний теплообменники, нижний теплообменник подключен к системе сбора тепла солнечной энергии, включающей трубопровод отвода теплоносителя из вакуумированного трубчатого коллектора, трубопровод подвода теплоносителя в вакуумированный трубчатый коллектор, проходящие через вакууммированный трубчатый коллектор, который в свою очередь соединен с нижним теплообменником бака емкостного водонагрева, трехходовой кран, трубопровод подачи теплоносителя в бак емкостного водонагрева, трубопровод отвода теплоносителя из бака емкостного водонагрева, трубопровод подачи теплохладоносителя из теплового насоса 18, трубопровод возврата теплохладоносителя в тепловой насос, трубопровод подачи в систему отопления дома, трубопровод возврата из системы отопления дома, трубопровод подачи холодной воды в дом, трубопровод отвода горячей воды потребителю, при этом бак емкостного водонагрева 8 соединен с дополнительным источником тепла в виде пеллетного или твердотопливного котла, циркуляционные насосы.

Система состоит из системы сбора тепла грунта, включающей контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящего через скважинные теплообменники и соединенный с тепловым насосом системы «грунт-вода»; бака емкостного водонагрева с пиковым нагревателем и двумя теплообменниками, один из которых подключен к системе сбора тепла солнечной энергии, включающей контур циркуляции теплоносителя, проходящего через вакуумный трубчатый коллектор; буферной емкости с внутренним теплообменником; трехходовых кранов; трубопроводов подачи и возврата низкопотенциального теплоносителя от теплового насоса; трубопроводов подачи и возврата теплоносителя в солнечный вакуумный коллектор; трубопроводов подачи и возврата тепло-холодоносителя к тепловому насосу.

Недостатком этого решения для частного домостроения является отсутствие энергосберегающих решений для системы вентиляции, большой объем аккумулирующих баков, дорогостоящая система грунтовых теплообменников. Недостатком также является большой объем оборудования, занимаемый большую площадь в разных помещениях дома.

Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных свойств дома.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели появляется возможность использования тепловой энергии вытяжного воздуха, а так же более полно использовать возобновляемую энергию окружающей среды. При использовании данной модели все технологическое оборудование занимает меньше места, и располагается в одном энергоэффективном центре. Так же есть возможность увеличения мощности оборудования с увеличением объемов здания, что снижает капитальные затраты на первом этапе строительства. Дополнительное оборудование располагается в энергоэффективном ядре (ЭЭЯ) на втором этаже, что обеспечивает удобный монтаж и интеграцию нового оборудования в существующую энергосистему.

Это достигается за счет того, что дом имеет, по меньшей мере, один этаж, и содержит фундамент 1, стены 2, крышу 3, энергоэффективное ядро, выполненное в виде центрального помещения параллелепипедного типа 4, плоское верхнее перекрытие 5, имеющее люк 6, обеспечивающий возможность выхода на крышу 3, систему теплоснабжения и холодоснабжения здания, включающую в себя тепловой насос типа «воздух-вода», имеющий внутренний блок 7, подключенный к баку емкостного водонагрева 8, имеющий пиковый нагреватель 9, центральный 10 и нижний 11 теплообменники, нижний теплообменник 10 подключен к системе сбора тепла солнечной энергии, включающей трубопровод отвода теплоносителя из вакуумированного трубчатого коллектора 17, трубопровод подвода теплоносителя в вакуумированный трубчатый коллектор 12, проходящие через вакууммированный трубчатый коллектор 13, который в свою очередь соединен с нижним теплообменником 10 бака емкостного водонагрева 8, трехходовой кран 14, трубопровод подачи теплоносителя в бак емкостного водонагрева 15, трубопровод отвода теплоносителя из бака емкостного водонагрева 16, трубопровод подачи теплохладоносителя из теплового насоса 18, трубопровод возврата теплохладоносителя в тепловой насос 19, трубопровод подачи в систему отопления дома 20, трубопровод возврата из системы отопления дома 21, трубопровод подачи холодной воды в дом 22, трубопровод отвода горячей воды потребителю 23, при этом бак емкостного водонагрева 8 соединен с дополнительным источником тепла в виде пеллетного или твердотопливного котла 24, циркуляционные насосы 39, 41, согласно полезной модели на плоском верхнем перекрытии 5 энергоэффективного дома выполнено ограждение 25 с четырех сторон, образуя террасу, на южной стороне ограждения и размещен вакуумный трубчатый коллектор 13, а на любой другой стороне ограждения размещен, введенный в систему теплоснабжения и холодоснабжения здания, наружный блок 27 теплового насоса, который выполнен типа «воздух-вода», кроме того все внутреннее оборудование системы теплоснабжения и холодоснабжения здания размещено внутри энергоэффективного ядра, кроме пеллетного или твердотопливного котла 24, размещенного в гостинной, система теплоснабжения и холодоснабжения здания дополнительно снабжена центральной системой кондиционирования воздуха, включающей рекуператор воздуха 28 и два жидкостных теплообменника, один 29 из которых соединен трубопроводами 33, 34 с тепловым насосом через введенный блок холода 30, а другой 31 соединен трубопроводами 35, 36 с вакууммированным трубчатым коллектором 13, при этом бак емкостного нагрева 8 снабжен третьим теплообменником 32 для гарантированного подогрева воды на нужды горячего водоснабжения.

Сущность полезной модели поясняется фигурами.

На фиг. 1 изображена схема системы теплоснабжения и холодоснабжения дома;

На фиг. 2 - место расположения ЭЭЯ на первом этаже дома;

На фиг. 3 - место расположения ЭЭЯ на втором этаже дома;

На фиг. 4 - размещение энергетического оборудования в одноэтажном доме;

На фиг. 5 - размещение энергетического оборудования в двухэтажном доме.

На фигурах изображены следующие позиции:

1 - фундамент;

2 - стены дома;

3 - крыша дома;

4 - центральное помещение параллелепипедного типа;

5 - плоское верхнее перекрытие центрального помещения;

6 - люк верхнего перекрытия центрального помещения;

7 - внутренний блок теплового насоса типа «воздух-вода»;

8 - бак емкостного водонагрева;

9 - пиковый нагреватель;

10 - центральный теплообменник бака емкостного водонагрева;

11 - нижний теплообменник бака емкостного водонагрева;

12 - трубопровод подвода теплоносителя в вакуумированный трубчатый коллектор;

13 - вакууммированный трубчатый коллектор;

14 - трехходовой кран;

15- трубопровод подачи теплоносителя в бак емкостного водонагрева;

16 - трубопровод отвода теплоносителя из бака емкостного водонагрева;

17 - трубопровод отвода теплоносителя из вакуумированного трубчатого коллектора;

18 - трубопровод подачи теплохладоносителя из теплового насоса;

19 - трубопровод возврата теплохладоносителя в тепловой насос;

20 - трубопровод подачи в систему отопления дома;

21 - трубопровод возврата из системы отопления дома;

22 - трубопровод подачи холодной воды в дом;

23 - трубопровод отвода горячей воды потребителю;

24 - дополнительный источник тепла в виде пеллетного или твердотопливного котла;

25 - ограждение;

26 - контроллер;

27 - наружный блок теплового насоса;

28 - рекуператор воздуха системы кондиционирования воздуха;

29 - жидкостной теплообменник;

30 - блок холода;

31 - жидкостной теплообменник;

32 - третий теплообменникбака емкостного нагрева;

33 - трубопровод подачи теплоносителя;

34 - трубопровод возврата теплоносителя;

35 - трубопровод возврата теплоносителя;

36 - трубопровод подачи теплоносителя;

37 - трубопровод подачи теплоносителя;

38 - трубопровод возврата теплоносителя;

39, 41 - циркуляционный насос;

40 - датчик температуры.

Дом имеет фундамент 1, стены 2, крышу 3, центральное помещение параллелепипедного типа 4, у которого имеется плоское верхнее перекрытие 5, в котором выполнен люк 6.

Система энергоснабжения дома предусматривает использование возобновляемых источников тепловой энергии (тепло окружающей среды, солнечное излучение) наряду с традиционным (электричество, дрова).

В основу технического решения заложен принцип максимального использования возобновляемых источников тепловой энергии. Основным источником тепловой энергии является тепловой насос типа «воздух-вода», имеющий внутренний блок 7 и укомплектованный наружным блоком 27, устанавливаемым с наружной стороны здания. Внутренний блок 7 теплового насоса располагается в центральном помещении параллелепипедного типа 4 - энергоэффективном ядре (ЭЭЯ). Для автоматического переключения теплового насоса между режимами тепло, холодоснабжения, согласно заданному приоритету, тепловой насос подключается по трубопроводам 18, 19 к блоку холода 30, размещаемого в ЭЭЯ. Источником тепла и теплоприемником для теплового насоса является воздушная среда. Работа теплового насоса возможна при температуре окружающего воздуха не ниже -25°C. Вторичный контур теплового насоса с температурой не более 50°C и не менее 0°C через блок холода 30, с помощью трубопроводов 15, 16 подключается к баку емкостного водонагрева 8, а так же с помощью трубопроводов 33, 34 к жидкостному теплообменнику 29 системы центрального кондиционирования. Бак емкостного водонагрева 8 служит для объединения нескольких источников тепла в одну систему, а так же для подключения различных потребителей тепловой энергии. Так же основным назначением бака емкостного водонагрева 8 является накопление тепловой энергии во время минимального потребления тепла и отдача тепла во время максимального расходования тепловой энергии. Бак емкостного водонагрева 8 располагается в ЭЭЯ. Для прогрева всего объема бака, к нижним его штуцерам через трубопроводы 15, 16 подключается тепловой насос. Для разделения теплоносителей, вакууммированный трубчатый коллектор 13 подключается к баку емкостного водонагрева 8 через центральный теплообменник бака емкостного водонагрева 10. К нижнему теплообменнику бака емкостного водонагрева 11 по трубопроводу подачи холодной воды в дом 22 подается холодная вода. Нижний теплообменник бака емкостного водонагрева 11 последовательно подключается к третьему теплообменнику бака емкостного нагрева 32. Из него по трубопроводу отвода горячей воды потребителю 23 подается горячая вода на нужды горячего водоснабжения (ГВС). К телу бака емкостного водонагрева дополнительно подключается твердотопливный котел 24.

Возобновляемым источником тепла является вакууммированный трубчатый коллектор 13. Коллектор преобразует солнечное излучение в тепловую энергию. Коллектор установлен на южном ограждении 25 террасы. Циркуляция теплоносителя через вакууммированный трубчатый коллектор 13 осуществляется циркуляционным насосом 39 по трубопроводу подвода теплоносителя в вакуумированный трубчатый коллектор 12, трубопроводу отвода теплоносителя из вакуумированного трубчатого коллектора 17. Для сбережения электроэнергии работой насоса управляет контроллер 26, который при повышении температуры теплоносителя в коллекторе 13 включает циркуляционный насос 39, при понижении - выключает насос. Измерение температуры в вакууммированном трубчатом коллекторе 13 производится с помощью датчика температуры 40. Сброс избыточного тепла в случае нагрева теплоносителя в баке емкостного водонагрева до температуры 85°C предусмотрен по трубопроводу возврата теплоносителя 35, трубопроводу подачи теплоносителя 36 через жидкостный теплообменник 31 центрального кондиционирования в окружающую среду. Переключение потока теплоносителя к жидкостному теплообменнику 31 осуществляется с помощью трехходового клапана 14, управляемого контроллером 26.

Пиковыми источниками тепла являются твердотопливный котел 24 и пиковый нагреватель 9 - электрический теплонагреватель (ТЭН). Работа этих источников тепла требуется при понижении температуры наружного воздуха ниже -20°C, когда работа основного источника тепла становится не эффективной. ТЭН 9 монтируется прямо в тело бака емкостного водонагрева 8 и автоматически включается при понижении температуры в баке ниже 45°C. Твердотопливный котел 24 размещен в гостиной. Циркуляция теплоносителя через твердотопливный котел осуществляется циркуляционным насосом 41 по трубам 37, 38. Работой насоса управляет контроллер 26 в зависимости от температуры теплоносителя в теплообменнике твердотопливного котла. Измерение температуры производится датчиком 40.

Подогрев воды на нужды горячего водоснабжения осуществляется в медных змеевиках нижнего теплообменника бака емкостного водонагрева 11, третьего теплообменника 32 бака емкостного нагрева 8.

В доме предусмотрена централизованная система кондиционирования. Для энергосбережения система оборудована воздушным рекуператором 28. Для дополнительного нагрева или охлаждения приточного воздуха на приточном воздуховоде установлен жидкостный теплообменник 29. Источником тепла и холода для теплообменника является тепловой насос 7. Для вторичного использования тепла вытяжного воздуха, вытяжной воздух подается на всас наружного блока 27 теплового насоса.

Геометрическим центром здания является ЭЭЯ. Таким образом, в центре дома располагаются инженерные коммуникации и проходы ко всем комнатам, так же в зоне ядра осуществляется и вертикальная связь между этажами, выход на кровлю и в чердак. Центральное расположение ядра обусловлено упрощением разводки и подключения коммуникаций, минимизацией теплопотерь. При составлении планировки неизменным является лишь расположение ЭЭЯ. Блоки комнат устанавливаются по периметру ЭЭЯ. При наращивании второго этажа, так же наращивается и ЭЭЯ.

Промышленная применимость очевидна. Опытный образец дома построенный заявителем, доказал осуществление поставленных перед ним задач.

Энергоэффективный дом, имеющий, по меньшей мере, один этаж и содержащий фундамент, стены, крышу, энергоэффективное ядро, выполненное в виде центрального помещения параллелепипедного типа, плоское верхнее перекрытие, имеющее люк, обеспечивающий возможность выхода на крышу, систему теплоснабжения и холодоснабжения здания, включающую в себя тепловой насос, подключенный к баку емкостного водонагрева, имеющий пиковый нагреватель, центральный и нижний теплообменники, нижний теплообменник подключен к системе сбора тепла солнечной энергии, включающей трубопровод отвода теплоносителя из вакуумированного трубчатого коллектора, трубопровод подвода теплоносителя в вакуумированный трубчатый коллектор, проходящие через вакууммированный трубчатый коллектор, который, в свою очередь, соединен с нижним теплообменником бака емкостного водонагрева, трехходовой кран, трубопровод подачи теплоносителя в бак емкостного водонагрева, трубопровод отвода теплоносителя из бака емкостного водонагрева, трубопровод подачи теплохладоносителя из теплового насоса, трубопровод возврата теплохладоносителя в тепловой насос, трубопровод подачи в систему отопления дома, трубопровод возврата из системы отопления дома, трубопровод подачи холодной воды в дом, трубопровод отвода горячей воды потребителю, при этом бак емкостного водонагрева соединен с дополнительным источником тепла в виде пеллетного или твердотопливного котла, циркуляционные насосы, отличающийся тем, что на плоском верхнем перекрытии энергоэффективного дома выполнено ограждение с четырех сторон, образуя террасу, на южной стороне ограждения размещен вакуумный трубчатый коллектор, а на любой другой стороне ограждения размещен введенный в систему теплоснабжения и холодоснабжения здания наружный блок теплового насоса, который выполнен типа "воздух - вода", кроме того, все внутреннее оборудование системы теплоснабжения и холодоснабжения дома размещено внутри энергоэффективного ядра, кроме пеллетного или твердотопливного котла, размещенного в гостиной, система теплоснабжения и холодоснабжения дома дополнительно снабжена центральной системой кондиционирования воздуха, включающей рекуператор воздуха и два жидкостных теплообменника, один из которых соединен трубопроводами с тепловым насосом через введенный блок холода, а другой соединен трубопроводами с вакуумированным трубчатым коллектором, при этом бак емкостного нагрева снабжен третьим теплообменником для гарантированного подогрева воды на нужды горячего водоснабжения.