CZ294250B6

CZ294250B6 - Zařízení k vytápění

Info

Publication number: CZ294250B6
Application number: CZ20002032A
Authority: CZ
Inventors: Jindřich Beneš; Martin Beneš
Original assignee: Jindřich Beneš; Martin Beneš
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2004-11-10
Also published as: WO2001092789A3; CZ20002032A3; AU2001258179A1; EP1370812B1; EP1370812A2; ATE410646T1; DE60136102D1; WO2001092789A2

Abstract

Zařízení k vytápění má hlavní zdroj (21) tepla a sluneční kolektorovou jednotku (1), tvořenou alespoň jedním kolektorem. Sluneční kolektorové jednotce (1) je přiřazena řídicí jednotka (13), na kterou je připojen první snímač (36) teploty ve vytápěném prostoru. Hlavnímu zdroji (21) tepla je přiřazen druhý snímač (22) teploty ve vytápěném prostoru. Teplota (T1) nastavená na prvním snímači (36) je vyšší než teplota (T2) nastavená na druhém snímači (22). Řídicí jednotka (13) je spojena s dvěma trojcestnými ventily (15, 19), přičemž na první trojcestný ventil (15) je napojeno výstupní vedení (27) sluneční kolektorové jednotky (1), spojovací vedení (35) ke zpětnému vedení (30) od vytápěcích těles (23) a přiváděcí vedení (31) k vedlejšímu spotřebiči tepla a na druhý trojcestný ventil (19), vřazený do zpětného vedení (30) od vytápěcích těles (23), je napojeno přívodní vedení (26) sluneční kolektorové jednotky (1). Spojovací vedení (35), ve kterém je uspořádán zpětný ventil (20), ústí do zpětného vedení (30) mezi druhým trojcestným ventilem (19) a hlavním zdrojem (21) tepla. Řídicí jednotce (13) je přiřazen náhradní elektrický zdroj (14) v podobě fotovoltaického článku. Náhradní elektrický zdroj (14) je přes řídicí jednotku (13) spojen s náhradním čerpadlem (3) zařazeným v obtokovém vedení (28) hlavního čerpadla (2).ŕ

Description

Dosavadní stav techniky

Zařízení k vytápění, která využívají sluneční energii v kombinaci s hlavním zdrojem tepla, kterým je nejčastěji plynový či elektrický kotel, jsou řízena na základě teploty ve vytápěném prostoru. Podle požadované teploty, která je nastavena na snímači teploty ve vytápěném prostoru, je řízeno jak zapínání a vypínání hlavního zdroje tepla, tak připojování či odpojování sluneční kolektorové jednotky. Uvedená nastavená teplota rozhoduje tedy o podílu využití sluneční kolektorové jednotky pro vytápění, protože při dosažení této teploty se sluneční kolektorová jednotka automaticky přepojí na vedlejší spotřebič tepla, kterými jsou např. zásobník užitkové vody, bazén atd. Obecně ale platí, že vyšších energetických a tím i finančních úspor se dosahuje při využití sluneční kolektorové jednotky pro vytápění, než při využití pro vedlejší spotřebiče tepla. Z toho vyplývá hlavní nedostatek známých zařízení, spočívající v tom, že v důsledku nastavené teploty, která představuje teplotu odpovídající požadavkům konkrétních osob, sluneční kolektorové jednotky předávají často teplo tam, kde je to z hlediska energetických a finančních úspor méně výhodné.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je zvýšení podílu využití tepla ze sluneční kolektorové jednotky pro vytápění.

Tohoto cíle se dosahuje u zařízení k vytápění, které má hlavní zdroj tepla a sluneční kolektorovou jednotku, tvořenou alespoň jedním kolektorem, s přiřazenou řídicí jednotkou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na řídicí jednotku je připojen první snímač teploty ve vytápěném prostoru s nastavenou teplotou, která je vyšší než teplota nastavená na druhém snímači teploty ve vytápěném prostoru, přičemž druhý snímač je přiřazen hlavnímu zdroji tepla.

Pro přesné a spolehlivé ovládání je řídicí jednotka spojena s prvním trojcestným ventilem, na který je napojeno výstupní vedení sluneční kolektorové jednotky, spojovací vedení ke zpětnému vedení od vytápěcích těles a přiváděči vedení k vedlejšímu spotřebiči tepla. Dále je řídicí jednotka spojena s druhým trojcestným ventilem, který je vřazen do zpětného vedení od vytápěcích těles a na kteiý je napojeno přívodní vedení sluneční kolektorové jednotky, přičemž spojovací vedení, ve kterém je uspořádán zpětný ventil, ústí do zpětného vedení mezi druhým trojcestným ventilem a hlavním zdrojem tepla.

Pro zajištění funkce i při výpadku elektrického proudu je řídicí jednotce přiřazen náhradní elektrický zdroj, který je výhodně tvořen fotovoltaickým článkem. Náhradní elektrický zdroj je přes řídicí jednotku spojen s náhradním čerpadlem zařazeným v obtokovém vedení hlavního čerpadla.

Oba snímače teploty ve vytápěném prostoru mohou být sdruženy do jednoho celku.

Zařízení k vytápění podle vynálezu maximálně upřednostňuje využití sluneční kolektorové jednotky pro vytápění před využitím pro vedlejší spotřebiče tepla. To vede k dalším energetickým i finančním úsporám a rychlejší návratnosti pořizovacích nákladů. Zařízení pracuje zcela automaticky, jeho funkce je zajištěna i při výpadku elektrického proudu ze sítě.

-1 CZ 294250 B6

Přehled obrázku na výkrese

Příklad zařízení k vytápění podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkrese, kde jediný obr. 1 představuje schéma tohoto zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Sluneční kolektorová jednotka J, tvořená alespoň jedním kolektorem, je svým výstupním vedením 27 napojena na první trojcestný ventil 15. V přívodním vedení 26 sluneční kolektorové jednotky 1 je mezi dvěma uzavíratelnými ventily 7 uspořádán filtr 6, hlavní čerpadlo 2, zpětná klapka 4 a teploměr 5. Přívodní vedení 26 je opatřeno obtokovým vedením 28, které obchází uzavíratelné ventily 7 se všemi uvedenými mezi nimi uspořádanými prvky, tj. filtr 6, hlavní čerpadlo 2, zpětnou klapku 4 a teploměr 5. V obtokovém vedení 28 je opět mezi dvěma uzavíratelnými ventily 7 uspořádán filtr 6, náhradní čerpadlo 3, zpětná klapka 4 a teploměr 5.

Na první trojcestný ventil 15 je dále napojeno přiváděči vedení 31 k vedlejšímu spotřebiči tepla, který je v tomto případě představován sekcí ohřevu užitkové vody, a spojovací vedení 35, které vyúsťuje do zpětného vedení 30 od vytápěcích těles 23 k hlavnímu zdroji 21 tepla a ve kterém je uspořádán zpětný ventil 20. Od hlavního zdroje 21 tepla vede k vytápěcím tělesům 23 vývodní vedení 29. Vyústění spojovacího vedení 35 do zpětného vedení 30 se nachází v místě mezi druhým troj čestným ventilem 19. který je zapojen ve zpětném vedení 30 a připojen na přívodní vedení 26 sluneční kolektorové jednotky 1, a hlavním zdrojem 21 tepla. Vytápěcí tělesa 23 jsou opatřena termostatickými ventily 24.

Sekce ohřevu užitkové vody obsahuje předřazený zásobník 16 napojený na přívod 32 užitkové vody a zásobník 17 s elektrickým ohřevem opatřený odběrem 34 ohřáté užitkové vody. Zásobníky 16 a 17 jsou spojeny přepouštěcím vedením 33 užitkové vody. Přiváděči vedení 31 je před každým zásobníkem 16 a 17 opatřeno uzavíratelným ventilem 7.

Přívodní vedení 26 sluneční kolektorové jednotky 1 je před začátkem obtokového vedení 28 opatřeno odbočkou s tlakoměrem 10 a expanzní nádrží 8 s pojistným ventilem 9. Totéž je uspořádáno i u zpětného vedení 30 v místě před druhým trojcestným ventilem 19.

Ve výstupním vedení 27 sluneční kolektorové jednotky 1 je v nejvyšším místě uspořádán odvzdušňovací ventil 11 a dále je ve výstupním vedení 27 uspořádán mezi dvěma uzavíratelnými ventily 7 teploměr 5.

Ovládací části hlavního čerpadla 2, náhradního čerpadla 3, druhého troj čestného ventilu 19 a prvního trojcestného ventilu 15 jsou připojeny na řídicí jednotku 13, na kterou je připojen také náhradní elektrický zdroj 14, např. fotovoltaický článek. Řídicí jednotka 13 je dále spojena se snímačem 12 teploty na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1, snímačem 25 teploty ve zpětném vedení 30 od vytápěcích těles 23, snímačem 18 teploty užitkové vody v předřazeném zásobníku 16 a prvním snímačem 36 teploty vzduchu ve vytápěném prostoru. Druhý snímač 22 teploty vzduchu ve vytápěném prostoru je spojen s ovládací částí hlavního zdroje 21 tepla. Na druhém snímači 22 je nastavena teplota T2, která je nižší, než teplota TI nastavená na prvním snímači 36. Nižší teplota T2 bude ve vytápěném prostoru vždy udržována a její nastavení se volí dle konkrétních požadavků a zvyklostí osob. Teplota TI představuje teplotu, která je ve vytápěném prostoru pro osoby ještě snesitelná. Z těchto hledisek mohou být teploty TI a T2 nastaveny např. na 23 °C a 21 °C. Samozřejmě dle požadavků a zvyklostí osob je možno nastavit i jiné hodnoty. Vždy však platí, že teplota TI bude vyšší než teplota T2.

Je-li teplota ve vytápěném prostoru nižší než teplota TI nastavená na prvním snímači 36, porovná řídicí jednotka 13 teplotu na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1 snímanou

-2CZ 294250 B6 snímačem 12 s teplotou vedení 30 od vytápěcích těles 23. Pokud je teplota ve výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1 vyšší, řídicí jednotka 13 přestaví první trojcestný ventil 15 do polohy, v níž je propojeno výstupní vedení 27 se spojovacím vedením 35 a odpojeno přiváděči vedení 31 k sekci ohřevu užitkové vody. Zároveň řídicí jednotka 13 přestaví druhý trojcestný ventil 19 do polohy, kdy je přerušeno zpětné vedení 30 a propojena jeho oddělená část s přívodním vedením 26 sluneční kolektorové jednotky 1 a dále uvede do činnosti hlavní čerpadlo 2. Teplonosné médium ohřáté ve sluneční kolektorové jednotce 1 postupuje výstupním vedením 27, přes první trojcestný ventil 15 do spojovacího vedení 35, dále přes zpětný ventil 20, hlavní zdroj 21 tepla a jeho vývodním vedením 29 do vytápěcích těles 23. Z nich se vrací zpětným vedením 30, přes druhý trojcestný ventil 19 do přívodního vedení 26 a přes hlavní čerpadlo 2 zpět do sluneční kolektorové jednotky 1, kde se opět ohřívá. Je-li teplota ve vytápěném prostoru nižší i než teplota T2 nastavená na druhém snímači 22, může být v činnosti i hlavní zdroj 21 tepla. Při dosažení teploty T2 vydá druhé čidlo 22 signál pro vypnutí hlavního zdroje 21 tepla.

Je-li teplota ve vytápěném prostoru mezi hodnotami TI a T2 a není-li splněna podmínka, že teplota na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1 je vyšší než teplota ve zpětném vedení 30 od vytápěcích těles 23, nastává klidový stav. Sluneční kolektorová jednotka 1 je odpojena, hlavní čerpadlo 2 je vypnuto. Vypnut je i hlavní zdroj 21 tepla, protože teplota ve vytápěném prostoru ještě neklesla pod teplotu T2 nastavenou na druhém snímači 22.

Dosáhne-li teplota ve vytápěném prostoru teploty TI nastavené na prvním snímači 36, řídicí jednotka 13 porovná rozdíl teploty na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1 a teploty užitkové vody v předřazeném zásobníku 16 a je-li tento rozdíl dostatečný, např. již 5 °C, přestaví první trojcestný ventil 15 do polohy, ve které propojuje výstupní vedení 27 s přiváděcím vedením 31 k sekci ohřevu užitkové vody a uzavírá spojení výstupního vedení 27 se spojovacím vedením 35. Teplonosné médium ohřáté ve sluneční kolektorové jednotce 1 je vedeno výstupním vedením 27, přes první trojcestný ventil 15 do přiváděcího vedení 31 a podle polohy uzavíratelných ventilů 7 prochází buď oběma, nebo jedním ze zásobníku 16, 17 užitkové vody, kterou ohřívá. Výhodné je, když je otevřen průchod pouze předřazeným zásobníkem 16, z něhož je předehřátá užitková voda při odběru převáděna přepouštěcím vedením 33 do zásobníku 17 s elektrickým ohřevem, kde je případně dohřátá na požadovanou teplotu. Teplonosné médium po průchodu předřazeným zásobníkem 16 pokračuje přívodním vedením 26, přes hlavní čerpadlo 2 zpět do sluneční kolektorové jednotky 1, kde se opět ohřeje.

Není-li teplota na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1 dostatečná ani pro vytápění, ani pro ohřev užitkové vody, např. ve dnech bez slunečního svitu, řídicí jednotka 13 uzavře prostřednictvím prvního troj čestného ventilu 15 spojení výstupního vedení 27 jak se spojovacím vedením 35, tak s přiváděcím vedením 31, vypne hlavní čerpadlo 2 a přestaví druhý trojcestný ventil 19 do polohy propojení obou částí zpětného vedení 30 a uzavření vstupu do přívodního vedení 26. Vytápění potom zajišťuje pouze hlavní zdroj 21 tepla řízený druhým snímačem 22 teploty vzduchu ve vytápěném prostoru a užitková voda je ohřívána jenom v zásobníku 17 s elektrickým ohřevem. Při tomto režimu zabraňuje zpětný ventil 20 nežádoucímu průtoku teplonosného média spojovacím vedením 35 směrem k prvnímu troj čestnému ventilu 15.

V případě výpadku elektrického proudu ze sítě řídicí jednotka 13 okamžitě propojí náhradní elektrický zdroj 14, který je přes řídicí jednotku 13 spojen s náhradním čerpadlem 3. Při obnovení dodávky elektrického proudu zase okamžitě náhradní elektrický zdroj 14 odpojí. Tím je zajištěno, že celé zařízení zůstává i při výpadku elektrického proudu ze sítě plně funkční.

Přepojování mezi jednotlivými popsanými režimy, ve kterých zařízení k vytápění objektů a ohřevu užitkové vody pracuje, ovládá řídicí jednotka 13 zcela automaticky podle okamžitých podmínek.

Je možné přestavit řídicí jednotku 13 i na režim chlazení užitkové vody v zásobnících 16, 17. Při tomto režimu je prvním troj čestným ventilem 15 propojeno výstupní vedení 27 s přiváděcím

-3 CZ 294250 B6 vedením 31 i tehdy, když teplota na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1 je nižší než teplota užitkové vody v předřazeném zásobníku 16. Tento režim je vhodné nastavit při déletrvající nepřítomnosti, kdy není odebírána užitková voda, zejména v letních měsících.

Princip činnosti zařízení k vytápění je tedy takový, že sluneční kolektorová jednotka 1 vytápí vytápěný prostor na teplotu TI ve vytápěném prostoru, která je vyšší než teplota T2, na kterou vytápí hlavní zdroj 21 tepla. Tím je zvýšen podíl tepla získaného ve sluneční kolektorové jednotce 1 na vytápění. Prakticky to znamená, že pokud svítí slunce, je vytápěný prostor vytápěn na vyšší teplotu TI. Zapnutí hlavního zdroje 21 tepla ale nastává až po poklesu teploty ve vytápěném prostoru na teplotu T2, která je nižší než teplota TI.

Jako nejvýhodnější hlavní zdroj 21 teplaje u zařízení podle vynálezu použitelný elektrický nebo plynový kotel, které jsou snadno regulovatelné.

Termostatické ventily 24 u jednotlivých vytápěcích těles 23 zajišťují rychlejší nárůst teploty v chladnějších místnostech objektu, např. umístěných na severní straně.

Vedlejší spotřebič tepla nemusí být představován pouze popsanou sekcí ohřevu užitkové vody, ale např. sekcí pro ohřev vody v bazénu či pro jiný účel.

Trojcestnými ventily 15 a 19 mohou být jejich běžná provedení - s otočným přestavovacím členem či s posuvným šoupátkem nebo jiná z hlediska funkce ekvivalentní provedení.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle vynálezu je určeno především pro využití v menších objektech, zejména rodinných domcích. Při příslušném dimenzování je možné využít ho i ve větších objektech, např. v činžovních domech, hotelích, rekreačních objektech apod.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení k vytápění, které má hlavní zdroj (20) tepla a sluneční kolektorovou jednotku (1), tvořenou alespoň jedním kolektorem, s přiřazenou řídicí jednotkou (13), vyznačující se tím, že na řídicí jednotku (13) je připojen první snímač (36) teploty ve vytápěném prostoru s nastavenou teplotou (TI), která je vyšší než teplota (T2) nastavená na druhém snímači (22) teploty ve vytápěném prostoru, přičemž druhý snímač (22) je přiřazen hlavnímu zdroji (21) tepla.
2. Zařízení k vytápění podle nároku 1,vyznačující se tím, že řídicí jednotka (13) je spojena s prvním trojcestným ventilem (15), na který je napojeno výstupní vedení (27) sluneční kolektorové jednotky (1), spojovací vedení (35) ke zpětnému vedení (30) od vytápěcích těles (23) a přiváděči vedení (31) k vedlejšímu spotřebiči tepla.
3. Zařízení k vytápění podle nároku 2, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (13) je spojena s prvním trojcestným ventilem (19), který je vřazen do zpětného vedení (30) od vytápěcích těles (23) a na který je napojeno přívodní vedení (26) sluneční kolektorové jednotky (1), přičemž spojovací vedení (35), ve kterém je uspořádán zpětný ventil (20), ústí do zpětného vedení (30) mezi druhým trojcestným ventilem (19) a hlavním zdrojem (21) tepla.
4. Zařízení k vytápění podle nároku 1,vyznačující se tím, že řídicí jednotce (13) je přiřazen náhradní elektrický zdroj (14).

-4CZ 294250 B6
5. Zařízení kvytápění podle nároku 4, vyznačující se tím, že náhradní elektrický zdroj (14) je tvořen fotovoltaickým článkem.

5
6. Zařízení podle nároku 4 nebo 5,vyznačující se tím, že náhradní elektrický zdroj (14) je přes řídicí jednotku (13) spojen s náhradním čerpadlem (3) zařazeným v obtokovém vedení (28) hlavního čerpadla (2).
7. Zařízení kvytápění podle nároku 1, vyznačující se tím, že snímače (36, 22) 10 teploty ve vytápěném prostoru jsou sdruženy do jednoho celku.