CZ2022400A3

CZ2022400A3 - Způsob regulace teploty vody a topná soustava k jeho provádění

Info

Publication number: CZ2022400A3
Application number: CZ2022-400A
Authority: CZ
Inventors: Pavel Koudelka; Pavel Ing. Koudelka
Original assignee: Pavel Koudelka; Pavel Ing. Koudelka
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-27
Also published as: WO2024061391A1

Abstract

Způsob regulace teploty vody, zejména způsob regulace teploty užitkové vody cirkulující v topné oběžné soustavě (6) centrálního ohřevu užitkové vody k nejméně jednomu odběrnímu místu (2), kde topná oběžná soustava (6) dále obsahuje prostředek (8) pro cirkulaci užitkové vody a zásobník (4) užitkové vody s prostředkem (5) pro ohřev užitkové vody, spočívá v tom že na posledním odběrném místě (2, 3), ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou (6), průběžně, měřidlem (1) teploty užitkové vody, měřena teplota užitkové vody s tím, že rychlost cirkulace užitkové vody oběžnou soustavou (6) je regulována tak, že teplota užitkové vody za posledním odběrním místem (2) má konstantní teplotu. Topná soustava, zejména topná oběžná soustava (6) systému centrálního ohřevu užitkové vody cirkulující k nejméně jednomu odběrnímu místu (2), pak spočívá v tom, že na posledním odběrném místě (2, 3), ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou (6), uspořádáno měřidlo (1) teploty ohřevné užitkové vody, které je spojené s řídící jednotkou (7), která je spojena s prostředkem (8) pro cirkulaci ohřevné užitkové vody.

Description

Způsob regulace teploty vody a topná soustava k jeho provádění

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu regulace teploty vody, zejména způsob regulace teploty užitkové vody cirkulující v topné oběžné soustavě centrálního ohřevu užitkové vody k nejméně jednomu odběrnímu místu, a topné soustavy k jeho provádění.

Dosavadní stav techniky

V budovách i průmyslových řešeních se používá centrální ohřev teplé užitkové vody (dále TUV), který sníží pořizovací náklady na topnou soustavu. Taje potom jedna pro celý objekt (systém). Centrálně připravovaná teplá voda se distribuuje k jednotlivým odběrným místům (uživatelům). Toto řešení přináší ale zvýšení nákladů na ohřev, protože vedení TUV je zatíženo ztrátami, které představují 60% navýšení na ohřev celé TUV.

V současné době jsou známy topné oběžné soustavy k přivádění teplé užitkové vody k jednotlivým odběrním místům, u kterých je přesně nastavena teplota vody v zásobníku teplé užitkové vody, přičemž voda ze zásobníku teče oběžnou soustavou směrem k jednotlivým odběrním místům. Proto aby měla voda s j istotou v j ednotlivých odběrních místech požadovanou teplotu, musí voda v těchto systémech stále obíhat topnou oběžnou soustavou. V průběhu oběhu voda postupně ztrácí svoji teplotu a proto se musí v zásobníku stále dohřívat. To je velmi náročné na spotřebu energie.

Pro snížení energetické náročnosti se používá časové cyklování oběhu teplé vody topnou oběžnou soustavou. To ale snižuje komfort a není přesné, protože teplota vody je v oběžné soustavě nestabilní, přičemž může být nižší než minimálně požadovaná teplota na odběrním místě. Protože je při časovém sepnutí cirkulace teplota užitkové vody na výstupu ze zásobníku vyšší, než je teplota potřebná na jednotlivém odběrním místě, zvyšují se tím náklady. Protože se dále rovněž nezohledňuje odběr teplé vody z oběžné soustavy, dochází také ke zvyšování nákladů na cirkulaci v objektu.

Zařízení pro ohřev užitkové vody je známo z přihlášky vynálezu CZ PV 1991-605. Zařízení pro ohřev užitkové vody tvoří přídavnou část k výhřevnému kotli, který je vybaven kotlovým termostatem. K výhřevnému kotli je dále připojená vertikálně uspořádaná výměníková nádrž, která je ve vnitřku vybavená spirálovitě uspořádaným vedením teplonosného média, napojeným před výstup teplonosného média z výhřevného kotle a ústícím do jeho spodní části. Výměníková nádrž je opatřená v spodní časti přívodem užitkové vody a v horní části vývodem užitkové vody.

Z další přihlášky vynálezu CZ PV 2010-672 je známo zařízení pro ohřev teplé vody v objektech s centrálním rozvodem vody, sestávající z první části tvořené akumulační nádrží s přívodem odpadní vody z objektu a z druhé části tvořené tepelným čerpadlem, akumulačním zásobníkem a řídící skříní, přičemž výpamík tepelného čerpadla je uspořádán v akumulační nádrži odpadní vody a tepelné čerpadlo je propojeno s teplovodní vložkou uspořádanou v akumulačním zásobníku opatřeném elektrickou topnou vložkou, potrubím rozvodu studené vody a přívodním potrubím rozvodu teplé vody.

Z výše uvedeného stavu techniky je zřejmé to, že současný stav techniky má celou řadu nevýhod, přičemž jako největší nevýhoda se u známých způsobu regulace teploty vody jeví to, že jsou velmi energeticky náročné, přičemž mají díky způsobu své funkce velké energetické ztráty.

Cílem vynálezu je sestavení efektivního způsobu regulace teploty vody, který bude výrobně levný, přičemž bude umožňovat významné úspory energie.

- 1 CZ 2022 - 400 A3

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje způsob regulace teploty vody, zejména způsob regulace teploty užitkové vody cirkulující v topné oběžné soustavě centrálního ohřevu užitkové vody k nejméně jednomu odběrnému místu, kde topná oběžná soustava dále obsahuje prostředek pro cirkulaci užitkové vody a zásobník užitkové vody s prostředkem pro ohřev užitkové vody, podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že na posledním odběrném místě, nebo v jeho bezprostřední blízkosti, ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou, je průběžně, měřidlem teploty užitkové vody, měřena teplota užitkové vody s tím, že rychlost cirkulace užitkové vody oběžnou soustavou je regulována tak, že teplota užitkové vody za posledním odběrném místem má konstantní teplotu. Výhodou je to, že je možné minimalizovat ztráty na přetápění teplé užitkové vody, jak je známé v současné době používaných systémech. Prakticky stejné výsledky přináší, když je teplota měřena v bezprostřední blízkosti posledního odběrového místa, lépe co nejblíže za ním, ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou. Toto řešení umožňuje realizaci s minimálními náklady a s minimálními zásahy do topného systému, proto se dá použít i pro dodatečnou realizaci v již hotových systémech.

Je výhodné, když se rychlost cirkulace ohřevné užitkové vody oběžnou soustavou změní při poklesu nebo při nárůstu teploty užitkové vody na posledním odběrném místě o více jak 5 % oproti nastavené konstantní teplotě. Rychlost cirkulace se při poklesu teploty užitkové vody zvýší a naopak se při nárůstu teploty rychlost cirkulace ohřevné užitkové vody sníží. Výhodou je to, že díky přesnému udržování nastavené teploty jsou minimalizovány ztráty, přičemž je dodržena stanovená teplota užitkové vody na odběrném místě. Výhodné je dále to, že ztráty ve vratném potrubí jsou nejnižší možné, a to bez ohledu na teplotu vody v zásobníku, a tím jsou nejnižší možné i ztráty v přívodním potrubí, protože se při zvýšení teploty v zásobníku nezvyšuje teplotu ve vratném potrubí.

Dále je výhodné, když konstantní teplotou užitkové vody za posledním odběrném místem je teplota nejméně 40 °C. Tato teplota je nejnižší subjektivně vnímanou jako teplá.

Uvedené nedostatky dále do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje topná soustava, zejména topná oběžná soustava systému centrálního ohřevu užitkové vody cirkulující k nejméně jednomu odběrnému místu, která dále obsahuje prostředek pro cirkulaci užitkové vody a zásobník užitkové vody s prostředkem pro ohřev užitkové vody, k provedení výše uvedeného způsobu regulace teploty vody, podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že na posledním odběrném místě, nebo v jeho bezprostřední blízkosti, ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou, je uspořádáno měřidlo teploty ohřevné užitkové vody, které je spojené s řídící jednotkou, která je spojena se prostředkem pro cirkulaci ohřevné užitkové vody. Výhodou tohoto uspořádání je udržení stálé teploty ve vratném potrubí.

Výhodné je, když je řídící jednotka spojena s měřidlem teploty užitkové vody v zásobníku užitkové vody. Výhodou je to, že je možné předpovídat spotřebu tepla v době, kdy nedochází k odběru, ale voda v potrubí musí být připravena na náhodný odběr. Je pak možné stanovit, zda zásoba tepla vydrží do doby, kdy je levnější energie.

Dále je výhodné, když je řídící jednotka spojena s prostředkem pro ohřev užitkové vody. Lze tak jednoduše sledovat množství energie dodané do soustavy a následně určovat množství energie potřebné k dodání do soustavy.

Hlavní výhodou vynálezu je to, že díky řízením rychlosti oběhu cirkulace podle teploty na posledním odběrných míst dojde, jak k výrazné úspoře spotřebované energie, tak i ke snížení nákladů na cirkulaci teplé užitkové vody. Současně dojde ke snížení nákladů na cirkulaci užitkové vody v topné soustavě až o 50 %. Topná oběžná soustava podle vynálezu dokáže i přizpůsobovat

- 2 CZ 2022 - 400 A3 cirkulaci potřebě časové rezervy tak, aby bylo dodané množství energie právě takové, jaké je potřeba, a nebylo vyšší vzhledem k časovému rozlišení cen energií.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém obr. 1 schematicky znázorňuje zapojení topné soustavy, která má čtyři odběrová místa, a obr. 2 schematicky znázorňuje zapojení topné soustavy, která má jedno odběrové místo.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Topná oběžná soustava 6 systému centrálního ohřevu cirkulující užitkové vody (obr. 1) obsahuje čtyři odběrná místa 2, která jsou na oběžné soustavě 6 uspořádána za zásobníkem 4 teplé užitkové vody, kterým je bojler, který obsahuje prostředek 5 pro ohřev užitkové vody. Na oběžné soustavě 6 je dále mezi posledním odběrným místem 3 a zásobníkem 4 teplé užitkové vody uspořádán prostředek 8 pro cirkulaci užitkové vody. Zásobník 4 teplé užitkové vody obsahuje přívod 10 studené vody.

Na posledním odběrném místě 3 ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou 6, je uspořádáno měřidlo 1 teploty ohřevné užitkové vody, které je spojené s řídící jednotkou 7, která je spojena se prostředkem 8 pro cirkulaci ohřevné užitkové vody.

Řídící jednotka 7 je spojena s měřidlem 9 teploty užitkové vody v zásobníku 4 užitkové vody.

Řídící jednotka 7 je dále spojena s prostředkem 5 pro ohřev užitkové vody.

Podle způsobu regulace teploty užitkové vody cirkulující ve výše uvedené topné oběžné soustavě 6 centrálního ohřevu užitkové vody, je na posledním odběrném místě 3, ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou 6, průběžně, měřidlem 1 teploty užitkové vody, měřena teplota užitkové vody s tím, že rychlost cirkulace užitkové vody oběžnou soustavou 6 je regulována tak, že teplota užitkové vody za posledním odběrném místem 3 má konstantní teplotu ve výši 40 °C.

Rychlost cirkulace ohřevné užitkové vody oběžnou soustavou 6 se změní při poklesu nebo při nárůstu teploty užitkové vody na posledním odběrním místě 3 o více jak 5 % oproti nastavené konstantní teplotě, přičemž se rychlost cirkulace při poklesu teploty užitkové vody zvýší, a naopak se při nárůstu teploty rychlost cirkulace ohřevné užitkové vody sníží.

Topná oběžná soustava 6 prakticky pracuje tak, že průběžně pracuje cirkulace a průběžně je měřena teplota užitkové vody na posledním odběrném místem 3, přičemž pokud teplota překročí o 5 % teplotu 40 °C, tak se cirkulace zpomalí, nebo zastaví. Pokud teplota vody klesne o 5 % pod teplotu 40 °C, tak se cirkulace zrychlí.

Výše uvedené konstrukční řešení topné oběžné soustavy 6 a způsob regulace teploty užitkové vody cirkulující v této topné oběžné soustavě 6 snižuje energetickou náročnost na provoz cirkulace takto:

Výpočet úspor pro potrubí DN20:

Norma 55 °C U = 0,18W/m2K °C U = 0,174W/m2K °C U = 0,172W/m2K

- 3 CZ 2022 - 400 A3

Výpočet úspor pro potrubí DN40:

Norma 55 °C °C °C

U = 0,27W/m2K

U = 0,262W/m2K

U = 0,258W/m2K

Ztráta v potrubí DN20

Q = U . l . (tpotr - tint)

Q55 = 0,18.1.(55-20) = 6,3W/m

Q40 = 0,174.1.(40-20) = 3,48W/m

Q30 = 0,18.1.(30-20) = 1,72W/m

Ztráta v potrubí DN40

Q = U . l . (tpotr - tint)

Q55 = 0,27.1.(55-20) = 9,45W/m

Q40 = 0,262.1.(40-20) = 5,24W/m

Q30 = 0,258.1.(30-20) = 2,58W/m

Pokud bude v potrubí teplota v 1/3 délky 55 °C, v další 1/3 pak 40 °C a v další 1/3 30 °C bude celková úspora:

Q55 = 0,27.1.(55-20) = 9,45W/m 9,45-9,45 = 0w/m

Q40 = 0,262.1.(40-20) = 5,24W/m 9,45-5,24 = 4,21w/m

Q30 = 0,258.1.(30-20) = 2,58W/m 9,45-2,58 = 6,87w/m

Z toho vychází úspora 11,08w/m, což je o 40 % méně.

Pro dům, který potřebuje 10001 denně:

roční náklady na ohřev TUV dle normy: 15 975kWh roční náklady na ohřev TUV s cirkulací dle normy: 25 560kWh roční náklady na ohřev TUV s cirkulací s použitím vynálezu: 21 726kWh

Tato úspora je dosažena jen změnou regulace, tedy téměř bez nákladů. Pro daný dům, při ceně energie 8,-Kč za 1kWh představuje vynález úsporu 30.600Kč/rok.

Příklad 2

Topná oběžná soustava 6 systému centrálního ohřevu cirkulující užitkové vody (obr. 2) obsahuje jedno odběrné místo 2, která je na oběžné soustavě 6 uspořádáno za zásobníkem 4 teplé užitkové vody, kterým je bojler, který obsahuje prostředek 5 pro ohřev užitkové vody. Na oběžné soustavě 6 je dále mezi jediným a tedy i posledním odběrným místem 3 a zásobníkem 4 teplé užitkové vody uspořádán prostředek 8 pro cirkulaci užitkové vody. Zásobník 4 teplé užitkové vody obsahuje přívod 10 studené vody.

Na tomto posledním odběrném místě 3 ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou 6, je uspořádáno měřidlo 1 teploty ohřevné užitkové vody, které je spojené s řídící jednotkou 7, která je spojena se prostředkem 8 pro cirkulaci ohřevné užitkové vody.

- 4 CZ 2022 - 400 A3

Podle způsobu regulace teploty užitkové vody cirkulující ve výše uvedené topné oběžné soustavě 6 centrálního ohřevu užitkové vody, je na posledním odběrném místě 3, ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou 6, průběžně, měřidlem 1 teploty užitkové vody, měřena teplota užitkové vody s tím, že rychlost cirkulace užitkové vody oběžnou soustavou 6 je regulována 5 tak, že teplota užitkové vody za posledním odběrním místem 2 má konstantní teplotu ve výši 45 °C.

Rychlost cirkulace ohřevné užitkové vody oběžnou soustavou 6 se změní při poklesu nebo při nárůstu teploty užitkové vody na posledním odběrním místě 3 o více jak 5 % oproti nastavené konstantní teplotě, přičemž se rychlost cirkulace při poklesu teploty užitkové vody zvýší, a naopak 10 se při nárůstu teploty rychlost cirkulace ohřevné užitkové vody sníží.

Průmyslová využitelnost

Způsob regulace teploty vody a topnou soustavu, podle vynálezu, lze využít k regulaci teploty užitkové vody, jak v rodinných, tak i obytných a průmyslových objektech.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob regulace teploty vody, zejména způsob regulace teploty užitkové vody cirkulující v topné oběžné soustavě (6) centrálního ohřevu užitkové vody k nejméně jednomu odběrnému místu (2), kde topná oběžná soustava (6) dále obsahuje prostředek (8) pro cirkulaci užitkové vody a zásobník (4) užitkové vody s prostředkem (5) pro ohřev užitkové vody, vyznačující se tím, že na posledním odběrném místě (2, 3), ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou (6), je průběžně, měřidlem (1) teploty užitkové vody, měřena teplota užitkové vody s tím, že rychlost cirkulace užitkové vody oběžnou soustavou (6) je regulována tak, že teplota užitkové vody za posledním odběrném místě (2) má konstantní teplotu.

2. Způsob regulace teploty vody podle nároku 1, vyznačující se tím, že rychlost cirkulace ohřevné užitkové vody oběžnou soustavou (6) se změní při poklesu nebo při nárůstu teploty užitkové vody na posledním odběrním místě (2, 3) o více jak 5 % oproti nastavené konstantní teplotě.

3. Způsob regulace teploty vody podle některého z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že konstantní teplotou je teplota nejméně 40^oC.

4. Topná soustava, zejména topná oběžná soustava (6) systému centrálního ohřevu užitkové vody cirkulující k nejméně jednomu odběrnému místu (2), která dále obsahuje prostředek (8) pro cirkulaci užitkové vody a zásobník (4) užitkové vody s prostředkem (5) pro ohřev užitkové vody, k provedení způsobu regulace teploty vody podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že na posledním odběrném místě (2, 3), ve směru proudění užitkové vody topnou oběžnou soustavou (6), je uspořádáno měřidlo (1) teploty ohřevné užitkové vody, které je spojené s řídící jednotkou(7), která je spojena s prostředkem (8) pro cirkulaci ohřevné užitkové vody.

5. Topná soustava podle nároku 4, vyznačující se tím, že řídící jednotka (7) je spojena s měřidlem (9) teploty užitkové vody v zásobníku (4) užitkové vody.

6. Topná soustava podle některého z nároků 4 nebo 5, vyznačující se tím, že řídící jednotka (7) je spojena s prostředkem (5) pro ohřev užitkové vody.