CN109563699A - 用于在卫生设施中节省热能和水的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种用于卫生设施的设备，用于将生活热水(DHW)迅速地输送到供应点而没有能源浪费。在需要时，根据本发明的设备将DHW迅速地从源传送给用户。特别地，防止任何再循环的方法使得能够节省每次在DHW源与供应点之间分配DHW时系统浪费的大量能源。设备主要包括：相对强大的机动泵(2)，该泵从源(1)通导DHW并其注入具有非常小截面的管(3)，该管将用户要求的整个流速以高速率输送到供应点(4)。合适的传感器(5)在每次使用时控制机动泵(2)的接通和断开，并且基于要求控制其流速。单个设备可用于供应多个供应点。其可装配到所有新的或现有的设施。

Description

用于在卫生设施中节省热能和水的方法及设备

技术领域

本发明涉及旨在无浪费的情况下将生活热水(DHW)迅速输送到供应点(例如，传统龙头或冷热水混合龙头)的方法和设备。

背景技术

当我们打开龙头获取热水或混合水时，实际上在以我们所期望的温度输送出水之前，我们通常必须等待几秒钟。在此期间，供应管不必要地充满热水，并且作为我们最宝贵自然资源的饮用水直接排放到我们的污水管网。每次使用期间浪费的DHW的体积可达到3升至5升，这取决于管配置。

有时我们甚至不加思索地操作热水，在室温(冷)下使用它，甚至不等接到热水。在这种情况下，所用的水不会浪费，但在这个使用阶段期间，供应管不必要地充满再次会冷掉的热水。

所有这些情况的总和代表了巨大的浪费，这显着影响了我们的舒适度、我们的生态系统以及我们的水费和能源费开支(法国DHW在65℃时的平均成本约为冷水的三倍)。

这种延迟主要取决于以下因素：

·DHW在到达用户之前必须经过的距离

·用户要求的DHW的流速

·供应管的直径

·管路元件的性质：(例如，钢管或塑料管)。

通常，为了在供应点处获得DHW，我们区分三个流动阶段：

·首先，水在室温下流动；这是容纳在供应管内的水，在最后一次使用后被冷却。

·然后，水逐渐升温；这是来自热源的DHW，并且该DHW在到达用户之前与管路网络的不同元件(分配歧管、管、连接件、柔性区段、龙头......)接触时冷却下来。

·最后，水以所要求的温度流动。

为了解决这个问题，建筑师和安装人员通常通过将用于DHW或水箱的热源放置到尽可能靠近供应点来满足，以便使管的长度最小化。

为了获得更有效的解决方案，某些设施包括：

·再循环环路。有许多不同的版本，其中，热水借助于泵在DHW热源与不同的供应点之间间歇性或非间歇性地在环路中循环。因此供应管总是充满热水。最大的缺点在于，即使管具有良好的隔热性，流体的恒定热量损失也使得该过程在长期内能耗极大。这是专利申请WO2010/083644中描述的解决方案，该解决方案提出了一种卫生设施，该卫生设施包括循环驱动设备、小径管以及使循环驱动设备接通和断开的传感器。当返回环路中检测到的温度低于某个设定点时，激活低功率循环驱动设备，其确保吸入到热源的低流量DHW的闭环循环。

·或者，称为槽下式水加热器的小型储备器，该小型储备器体积庞大、价格昂贵，并且通常只能用于单个龙头。

·或者甚至是小型瞬时槽下式水加热器或瞬时龙头，其需要相当大的电力才能实现一次仅单个龙头的低流量。

总而言之，如今为了快速使用DHW，要么在我们需要DHW时它必须接近供应点，要么我们必须在需要时立刻产生DHW。

本发明能够解决现有技术中卫生设施的缺点。

发明内容

根据本发明的用于在卫生设施中节省热能和水的方法，该卫生设施包括：热水源、至少一个供应点和至少一个管，该管的内部截面小于60mm²，该方法的特征为包括以下步骤：

-检测供应点处的热水需求，

-使用根据供应点处的需求而控制的机动泵，将热水流通过小径管从源瞬时传送到供应点。

根据第一优选实施例，在供应点的上游恢复管中的压力，以提供供应点处的卫生管道中的标准压力。

根据第二优选实施例，借助于由检测装置控制的机动泵，使热水受到在小径管的上游的压力，以便在供应点处以用户期望的温度快速地输送用户需要的整个热水流。

根据本发明的变型，在已具有用于在热水源与至少一个供应点之间以低压供应热水的至少一个传统管的现有的传统卫生设施中实现该方法。

小径管中的流速优选地由供应点处的用户需求控制。

本发明还涉及用于实施本发明的设备。

该设备允许瞬时或几乎瞬时地将热水传送到供应点，例如传统的龙头或冷热水混合龙头。该设备包括热水源、至少一个供应点和至少一个第一管，该第一管设置有第一端和第二端，第一管的第一端连接到热水源，第一管的第二端连接到供应点，该设备的特征为包括：

-机动泵，包括入口和出口，该入口适于连接到热水源，

-至少一个第二小径管，包括第一端和第二端，第二小径管的第一端连接到所述机动泵的出口，第二小径管的第二端适于连接到第一管的第二端或连接到供应点，

-一个或多个检测装置，用于根据供应点处的热水需求来控制机动泵。

根据本发明的第一优选实施例，小径管在管内延伸。

根据本发明的第二优选实施例，控制装置包括至少一个流量传感器以用于检测管内的流体的循环，或者控制装置包括压力传感器以用于检测管内的压力。

根据本发明的第三优选实施例，流量传感器检测流动方向以及管中没有流动，以便解释供应点处的用户需求，并且控制管内的流动，从而避免或减少管中的热水的最低限度的任何再循环。

根据本发明的方法和设备提供许多优点；它们允许在需要时快速地将热水从热水源传送给用户。该方法也是环保的；它特别允许在利用现有技术的设施分配热水时节省系统浪费的大量能量。

根据本发明的方法和设备涉及任何个人或集体住宅，而却也涉及工业建筑，并且更总体上涉及我们希望节省卫生用水和能源的任何建筑。

根据本发明的设备可以装配到所有管路网络，无论是新的还是预先存在的。

通过阅读详细描述和检查下面的附图，将更好地理解本发明。

附图说明

图1示出了根据本发明的设备的第一实施例。

图2示出了图1的设备，该设备设置有根据供应点处的需求来调节机动泵的功率的装置。

图3示出了根据本发明的设备的第二实施例。

图4是设置有三个供应点并使用图3所示实施例的设施的液压图。

图5和图6示出了用于在冷热水混合龙头的水平处连接和操作(液压流动)本发明的两个示例。

图7a、图7b和图7c是由装配在的根据本发明的设施中的双向传感器的透视图、平面图和剖视图组成的三个视图。

具体实施方式

图1所示的设备的操作步骤如下：

1)用户打开龙头(4)。

2)流量传感器(50)检测来自热水源(1)的流动。

3)机动泵(2)启动并在预定压力下向压力调节器(7)提供恒定流量的DHW(例如：60巴)。

4)根据供应点处的需求，部分流量通过小径管(3)到达用户，并且另一部分通过回路(60)返回到源。

图2示出了图1的设备的优选实施例，其允许根据供应点处的需求来调节机动泵的功率。为此，压力传感器(8)允许在网络中保持恒定的“强”压力。一旦压降，诸如当龙头打开或DHW的流量较大时，机动泵将自动增大其输出。相反，如果压力超过设定点值(例如：60巴)，如在要求小流量的情况下，机动泵自动减小其输出，直到其在龙头关闭时停止。为此，连接到压力传感器(8)的控制器控制速度调节器，该速度调节器负责调节泵马达(2)的转速。压力调节器(9)允许在供应点处产生标准压力(通常为3巴)，从而允许使用标准的家用龙头(41)。

图3示出了提供更多舒适度的设备；无论所需的流速如何，该设备都可以快速获得DHW。该设备很容易适于已经具有用于供应热水的管(6)的现有设施。与之前的情况相反，即使该设备出现故障，也可以获得正常流量的热水。其环保的控制方法可防止DHW转移到管(6)中，并因此防止任何再循环。

管(3)直接在管(6)内延伸至尽可能靠近龙头并排放。因此，小径管(3)内的压力沿其整个长度减小，以逐渐变得等于网络的压力，该压力通常被设定为3巴。因此，管(6)起到压力调节器的作用，这允许使用标准的家用龙头(低压)。

注意：出于若干实用性和/或美学原因，在新设施中或者如果现有网络允许，可以使用特定的连接件(参见图3和图5)将小径管(3)完全或部分地插入管(6)中并在管中引导直到龙头。或者，根据另一个变型，其可以在制造期间制成管(6)的整体部分，并且形成具有特定几何截面的单个管。

为了解释用户在供应点处的需求，双向流量传感器(5)允许检测流动方向以及管(6)中没有流动。

参考图(7a、7b、7c)，该双向流量传感器(5)包括：主体(5.1)，该主体设置有用于连接的两个端部(5.8和5.9)；磁化滑块(5.2和5.3)，该磁化滑块不允许流体在中央位置通过；两个弹簧(5.4和5.5)，当不存在流动时这两个弹簧将滑块移回中央位置；以及两个霍尔效应传感器(5.6和5.7)，这两个霍尔效应传感器根据流动方向来检测滑块(5.2和5.3)。

位于一个端部上的1/2"螺母(5.9)允许将传感器直接连接在热水分配歧管上。另一方面，标准的1/2"螺纹(5.8)允许组装内部部件和管(6)的连接。在中央位置，滑块(5.2)阻挡水的通过，在不移动滑块的情况下水不能循环。根据流体的方向，沿一个方向或另一个方向推动滑块，直到较宽直径的孔允许流体流动。因此，在磁体(5.3)附近切换的传感器(5.6和5.7)可以向控制器指示是否存在流动和流动方向。

注意：其他技术也可以执行相同的功能，例如：流量传感器或流量计，其可以通过叶片、涡轮、离子、超声波、涡流、电磁、科里奥利效应等来工作，其中，信息本身是机械的、模拟的、数字的等。

如上所述，连接到流量传感器(5)的控制器是速度调节器，其协调分配循环并调节机动泵的旋转速度以调节其流速。

注意：打开或关闭机动泵上游或下游的流体通过的龙头也可以改变流速(在本说明书中未详细描述该概念)。

操作步骤如下(图3)：

1)用户打开龙头(41)。

2)流量传感器(5)检测从源(1)朝向用户的流动。

3)机动泵(2)产生增压步骤，其包括在一秒或两秒内输送重大流量的DHW，使得流体快速循环并因此迅速地到达用户。

在此步骤中，根据供应点的需求，部分流量将到达用户，同时另一部分通过管(6)返回到源(参见图5和图6)。

4)然后，机动泵根据用户的要求自动调节其流速，如下：如果所述流量从用户移向源，则机动泵降低其流速，并且相反，如果流量从源移向用户，则机动泵增大其流量。

5)控制器定期(例如：每两天一次)授权DHW通过管(6)返回到源，以便更新其可能含有的任何积水。这样做是为了限制细菌的增殖以及暴露于最危险的诸如军团菌的风险。

注意：在供应点与小径管(3)排放的位置之间放置在管(6)上的简单流量传感器(单向)将允许设备在不受控制的情况下运行。然而，管(6)内的再循环将使该方法与传统设施一样消耗大量能量。

参考图3，作为非限制性示例，机动泵(2)由容积齿轮泵和2000瓦特230V-50Hz单相异步马达构成，该容积齿轮泵在70巴的最大压力下产生12升/分钟的恒定流量。管(3)由挤出的聚酰胺制成，其内径为4mm并且外径为6mm，如工业中常用的。管(6)是通常用于卫生管道的交联聚乙烯(PEX)模型，其内径为13mm并且外径为16mm。阀(41)是卫生管道中使用的标准龙头。连接到双向流量传感器(5)的可编程控制器调节机动泵的流速，该双向流量传感器设置有电子频率控制器。

与设备相距25米(公寓楼中的8层)的用户因此可以在低于4秒的时间内获得非常热的水。

图4示出了如上所示运行的设备(图3)的液压图，该设备连接到具有三个供应点的家用设施。

为了限制机动泵的立方容积和功率，该设备被编程(未在本说明书中详细描述)为同时供给最多两个龙头。不可能的第三用户必须以传统方式等待其热水。

为此，每个回路必须具有电磁阀(10)以引导DHW的流向激活的回路或多个回路。

注意：结合在龙头中的高压机械阀也可以提供相同的功能。

当回路被激活时，控制器控制与该回路对应的电磁阀的打开和关闭，以及同时接通和断开机动泵。

注意：机械及电气安全元件以及控制器未在图中示出。

通常，并且取决于每个卫生管路和用户的需要，设备可以以不同的方式连接和操作。根据其他非详细变型：

·机动泵可以具有任何类型的技术、体积等，以及具有任何类型的电源(例如：电动的、气动的、机械的或液压的等)。

·机动泵可以具有更大的立方容积，以便同时满足更多的供应点(例如：单个设备可以用于整个建筑)。

·该设备可以经由小径管网络使用再循环环路，这将更容易隔离。

·机动泵可以在由用户的要求控制的温度下输送水。

·设备的自动化可以通过机械的和/或液压的和/或电气的逻辑部件来保证，或者通过电子电路、或者仅通过预先编程的或安装者可以根据用户的要求进行编程的控制器来保证。

由泵、不同的连接件和分配歧管构成的系统必须形成尽可能紧凑的块，该块靠近源放置，以便迅速地供给DHW。

并且使得流体在通过时不会冷却，可以结合加热设备以便将这些元件保持在与源相同的温度。

可以通过电阻器或循环热流体来确保该功能。

系统可以设置有外围隔热，以便限制热量损失，并因此限制功耗。

注意：理想地，热水储存罐可被设计和制造成容纳该设备，使得其形成单个紧凑单元，实际连接并保持与流体相同的温度。

使用小径管具有以下优点：

·对于给定的流速，DHW更快地循环，并因此更快地到达用户。

·其含有很少的热能，因此在每次使用期间限制了传统的浪费。

·与DHW接触的小表面限制了流体在首次通过期间的冷却。

·其留下少量的供细菌可以在其中生长的水。

将标准最大流速的DHW通过小径管传送到供应点需要强大的机动泵，以便提供能够克服任何压降的压力。

注意：压降在很大程度上取决于管的直径、管的长度、水的流速和温度。这是由移动通过管的水的摩擦引起的，这被转化为加热(与直径和长度合适的管结合的足够强大的设备可以取代瞬时的槽下式水加热器)。

因此，由几乎完全用于克服这些压降的机动泵吸收的电能作为热量几乎被完全传送到由用户接收的水。

注意：借助于液压冷却环路(例如在源上游脉冲的冷水在该冷却环路中循环)，可以通导来自机动泵的焦耳性能损失，从而使其在到达用户的水中恢复。

总之，无论由设备吸收的功率如何，用户都不会看到他们的能源费随着其使用而增加(与锅炉结合，能源费为零)。

理想情况下，机动泵必须使用静音和非振动技术。机动泵必须具有机械和/或电气安全元件(例如：安全阀、压力开关、保险丝等)。根据管(3)的长度、直径和所需的性能，一次将标准最大流速的DHW输送到单个供应点所需的功率可以在350瓦特至3500瓦特的范围内。1500瓦用于标准设施，从而在性能和功率之间提供良好的平衡，对应于约60巴的供应压力。

注意：如果在瞬时槽下式水加热器上连接，泵的流速必须适应最大加热功率。

按照本发明的一般概念，机动泵在每次使用期间启动和停止。例如，可以通过简单的手动开关或通过存在的传感器或者甚至通过计时器等来确保该功能。然而，舒适性和效率不是最佳的。流量传感器(单向或双向)或压力传感器用于解释用户在供应点的要求，并因此根据具体情况在每次使用期间有效地控制机动泵。

设备的附加选项允许直接获得高压水流以连接液压附件(例如：高压软管或水枪、管清洁器、地板刷、液压千斤顶或马达等)。

根据壳体单元的构造，可以直接连接到单元或例如永久地延伸到壳体单元外部的附加管。

添加本说明书中未详细描述的特定部件可以允许调节工作压力、流速、温度以及在水中提供添加剂的可能性(例如：肥皂、消泡剂等)。

根据本发明的设备主要用于限制等待时间、饮用水的浪费以及当用户在卫生水供应点处需要热水或混合水时的能量浪费。该方法允许热源与供应点保持相当远的距离，从而减少尺寸、美观和/或将废水排放到环境中的风险的最终问题。设备的一个选项是允许将其与软管和水枪连接以用于进行高压清洁。

Claims (10)

1.用于在卫生设施中节省热能和水的方法，所述卫生设施包括热水源(1)、至少一个供应点(4)和至少一个管(3)，所述管的内部截面小于60mm²，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-检测所述供应点处的热水需求，

-使用根据所述供应点处的需求而控制的机动泵(2)，将热水流通过所述小径管(3)从所述源(1)瞬时传送到所述供应点(4)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述供应点(4)的上游恢复所述管(3)中的压力，以提供所述供应点处的卫生管道中的标准压力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于由检测装置控制的机动泵，使热水受到在所述小径管(3)的上游的压力，以便在所述供应点处以用户期望的温度快速地输送用户需要的整个热水流。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在已具有用于在所述热水源与至少一个所述供应点之间以低压供应热水的传统管(6)的现有的传统卫生设施中实现所述方法。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述小径管(3)中的流速适于在所述供应点处的用户需求。

6.实现根据权利要求4所述的方法的用于瞬时传送热水的设备，所述设备包括热水源(1)、至少一个供应点(4)和至少一个第一管(6)，所述第一管设置有第一端和第二端，所述第一管的所述第一端连接到所述热水源，所述第一管的所述第二端连接到所述供应点，其特征在于，所述设备包括：

-机动泵(2)，包括入口和出口，所述入口适于连接到所述热水源，

-至少一个第二小径管(3)，包括第一端和第二端，所述第二小径管的所述第一端连接到所述机动泵的所述出口，所述第二小径管的所述第二端适于连接到所述第一管的所述第二端或连接到所述供应点，

-一个或多个检测装置，用于根据所述供应点(4)处的热水需求来控制所述机动泵。

7.根据权利要求6所述的用于瞬时传送热水的设备，其特征在于，所述小径管(3)在所述管(6)内延伸。

8.根据权利要求6或7所述的用于瞬时传送热水的设备，其特征在于，所述控制装置包括至少一个流量传感器(5)以用于检测所述管(6)中的流体的循环，或者所述控制装置包括压力传感器(8)以用于检测所述管(3)中的压力。

9.根据权利要求6或7或8所述的用于瞬时传送热水的设备，其特征在于，所述流量传感器(5)检测流动方向以及所述管(6)中没有流动，使得所述流量传感器能解释所述供应点处的用户需求，以便控制所述管(3)中的流速，从而防止或减少所述管(6)中的热水的最低限度的任何再循环。

10.根据权利要求9所述的用于瞬时传送热水的设备的双向流量传感器(5)(图7)，其特征在于，所述双向流量传感器包括：主体(5.1)，所述主体设置有用于连接的两个端部(5.8和5.9)；磁化滑块(5.2和5.3)，所述滑块不允许流体在中央位置通过；两个弹簧(5.4和5.5)，当不存在流动时所述两个弹簧将所述滑块移回所述中央位置；以及两个霍尔效应传感器(5.6和5.7)，所述两个霍尔效应传感器根据所述流动方向来检测所述滑块(5.2和5.3)。