CZ31728U1 - Zařízení k rekuperaci tepla z odpadních vod stavebních objektů - Google Patents

Description

Technické řešení se týká zařízení k rekuperaci tepla z odpadních vod stavebních objektů, jako jsou např. rodinné domy, hotely, penziony, školy, domovy mládeže, důchodců apod., které řeší zpětné získávání tepla z teplých odpadních vod odtékajících bez využití do kanalizačních řadů.

Dosavadní stav techniky

V současné době není známa rekuperační jednotka s vysokou účinností, která by využívala tepelnou energie z odpadních vod celých objektů, které komplexně řeší zpětné získávání tepla z teplých odpadních vod. Znečištěná teplá užitková voda např. z van, sprch, umyvadel, automatických praček, myček nádobí tak zpravidla odtéká bez využití do kanalizačních řadů.

Jsou známé rekuperační jednotky, které např. využívají ohřátý vzduch jako předehřev čerstvého vzduchu. Jiné rekuperační jednotky se např. používají ve strojovnách chladicího zařízení, kde je možné využívat teplo z chladicích agregátů například pro ohřev teplé užitkové vody.

V oblasti rekuperaci tepla z odpadních vod stavebních objektů jsou známé pouze malé výměníky, které se umisťují na jeden konkrétní odpad ve sprchových jednotkách, které předehřívají vodu k odběru.

Je známo i technické řešení, chráněné užitným vzorem CZ 23676 U (PUV 2011-25325), jehož hlavní nevýhoda je spatřována v nižší účinnosti, neboť toto zařízení má malou teplosměnnou plochu.

Dále je známa rekuperační jednotka, chráněná užitným vzorem CZ 18301 U (PUV 2007-19499), která řeší využití nízko energetického odpadního tepla ze strojoven, pekáren a podobných zařízení, zpravidla pro ohřev užitkové vody.

Hlavní nevýhoda stávajících řešení je spatřována v tom, že znečištěná teplá užitková voda odtéká bez jakéhokoli využití tepelné energie do kanalizačních řadů. U instalovaných lokálních výměníků je nevýhoda spatřována v jejich malé účinnosti a složitější instalaci. Tyto výměníky pracují pouze kontinuálně - při odběru teplé vody, která současně odtéká do odpadu.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje zařízení k rekuperaci tepla z teplých odpadních vod stavebních objektů, tvořené rekuperační jednotkou s výměníkem, víkem a čistícím hrdlem, kde k rekuperační jednotce je jednak na vstupu připojen vtok odpadního potrubí odpadní znečištěné teplé vody a jednak přívodní potrubí studené čisté vody, přičemž rekuperační jednotka je na výstupu opatřena odtokem ochlazené teplé užitkové odpadní vody a zpětným odtokovým potrubím předehřáté čisté vody, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že rekuperační jednotka je tvořená vnější nádobou a vnitřní nádobou s tepelnou izolací, a že výměník, který je tvořený dvojitou paralelně spojenou nerezovou vlnovcovou trubkou, je uložen v rekuperační jednotce souose se středovou osou rekuperační jednotky, přičemž ve středu rekuperační jednotky je dále umístěno odtokové potrubí odpadní užitkové vody napojené na svém výstupu na odtok.

Hlavní výhoda tohoto technického řešení je spatřována ve zpětném využití odpadní tepelné energie, která vzniká při ohřevu vody ze zdrojů teplé užitkové vody v objektech, jako jsou např. rodinné domy, hotely, penziony, školy, domovy mládeže, důchodců s vysokou účinností, neboť

- 1 CZ 31728 U1 toto zařízení, podle tohoto technického řešení, má velkou teplosměnnou plochu tvořenou dvojitým vinutím, kdy dvojité vinutí je tvořeno vlnovcovitou nerezovou trubkou, což má vysokou teplosměnnou plochu.

K vysoké účinnosti přispívá i umístění sací roury do vertikální osy rekuperační jednotky. Umístění sací roury zajistí rovnoměrné horizontální odčerpávání zchlazené odpadní teplé užitkové vody ze spodní části rekuperační jednotky, čímž je dosaženo zvýšení účinnosti rekuperační jednotky.

Předložené technické řešení systémově rozděluje odpadní vody v objektu na dvě samostatné kanalizační větve, kdy jedna kanalizační větev odvádí z objektu teplou užitkovou odpadní vodu s malým znečištěním a druhá kanalizační větev odvádí studené, silně znečištěné odpadní vody. Odpadní teplá užitková voda z objektu je svedena do vnitřní nádoby rekuperační jednotky, kdy rekuperační jednotka může být umístěna uvnitř nebo vně objektu. Ve vnitřní nádobě rekuperační jednotky dojde k předání tepelné energie z odpadní teplé užitkové vody nosnému mediu - pitné vodě, která protéká výměníkem umístěným ve vnitřní nádobě rekuperační jednotky a následně dopravuje získanou tepelnou energii zpět do objektu. Vychlazená odpadní teplá užitková voda pokračuje z rekuperační jednotky do venkovní odpadní kanalizace.

Pro správnou funkci je výhodné, ž e víko je uspořádáno na vnější nádobě a na vnitřní nádobě, přičemž čistící hrdlo je umístěno ve středové ose rekuperační jednotky.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na kterých znázorňuje obr. 1 schematický řez rekuperační jednotkou a obr. 2 s dvojitým vynutím s nerezovou vlnovcovitou trubkou.

Příklady uskutečnění technického řešení

Zařízení k rekuperaci tepla z teplých odpadních vod stavebních objektů, podle obr. 1 a 2, tvořeného rekuperační jednotkou s výměníkem 5, víkem 3 a čistícím hrdlem 4. K rekuperační jednotce je jednak na vstupu připojen vtok 7 odpadního potrubí odpadní znečištěné teplé vody a jednak přívodní potrubí 10 studené čisté vody. Ve středu rekuperační jednotky je dále umístěno odtokové potrubí odpadní užitkové vody napojené na svém výstupu na odtok 8.

Rekuperační jednotka je tvořená vnější nádobou 1 a vnitřní nádobou 2 s tepelnou izolací 6. Rekuperační jednotka je ve svém středu osazena výměníkem 5 tvořeným dvojitou paralelně spojenou nerezovou vlnovcovou trubkou 12 a 13, přičemž odtok ochlazené teplé užitkové odpadní vody je umístěn vertikálně ve středu rekuperační jednotky.

Předložené technické řešení rozděluje odpadní vody v objektu na dvě samostatné kanalizační větve, kdy jedna kanalizační větev odvádí teplou užitkovou vodu do rekuperační jednotky a druhá kanalizační větev odvádí znečištěnou odpadní studenou vodu ze zdrojů znečištěné studené vody potrubím znečištěné studené vody do kanalizace. Do kanalizace je současně přivedena i ochlazená odpadní teplá užitková voda z rekuperační jednotky odtokem 8 ochlazené odpadní teplé užitkové vody patrné na obr. 1.

Zařízení k rekuperaci tepla z odpadních vod stavebních objektů je tvořeno rekuperační jednotkou s výměníkem 5, který je tvořen z nerezových vlnovcových trubek 12 a 13. Dvojité vinutí zapojené paralelně a použití nerezových vlnovcových trubek 12 a 13 zvyšuje účinnou teplosměnnou plochu o 48 % oproti jednoduchému vinutí z hladkých nerezových trubek, na celkovou teplosměnnou plochu 7,8 m². Tímto provedením se zvýšila účinnost rekuperační jednotky o 14 %. Dále je rekuperační jednotka tvořena víkem 3 a nejméně jedním čisticím hrdlem 4, které je z důvodu efektivnějšího čištění kalů ode dna odtokového potrubí sání ochlazené odpadní teplé užitkové vody umístěno v ose rekuperační jednotky. K rekuperační

-2CZ 31728 U1 jednotce je jednak na vstupu připojen nejméně jeden vtok 7 odpadního potrubí odpadní teplé užitkové vody z objektu a jednak přívodní potrubí 10 studené čisté vody, a na výstupu je rekuperační jednotka opatřena zpětným odtokovým potrubím 9 předehřáté studené čisté vody a odtokovým potrubím s odtokem 8 ochlazené teplé užitkové vody z objektu. Rekuperační jednotka je tvořena vnější nádobou 1, s výhodou zhotovenou z plastu, vnitřní nádobou 2 s výhodou zhotovenou z plastu a víkem 3 vnější nádobě 1 a vnitřní nádoby 2, kde mezi vnitřní nádobou 2 a vnější nádobou 1 je umístěna tepelná izolace 6, tvořená např. pěnovým polyuretanem. Vtok 7 odpadního potrubí odpadní teplé užitkové vody z objektu, vtékající do rekuperační jednotky je v rekuperační jednotce umístěn výše než odtok 8 ochlazené odpadní teplé užitkové vody.

Přívodní potrubí 10 studené čisté vody je vedeno přes vodoměmou šachtu a je osazeno průtokoměrem a čidlem na snímání teploty. Zpětné odtokové potrubí 9 předehřáté čisté vody je osazeno čidlem na snímání teploty s výhodou elektrického odporového snímání. Přívodní potrubí 10 studené čisté vody a zpětné odtokové potrubí 9 předehřáté čisté vody je osazeno sdruženým digitálním měřidlem.

Odtokové potrubí odpadní užitkové vody napojené na svém výstupu na odtok 8 a potrubí znečištěné studené vody jsou zaústěny do revizní kanalizační šachty.

Právě umístění odtokové potrubí do vertikální osy rekuperační jednotky zajišťuje rovnoměrné horizontální odčerpávání ochlazené odpadní teplé užitkové vody ze spodní části rekuperační jednotky, čímž bylo dosaženo zvýšení účinnosti rekuperační jednotky o 4 % oproti umístění sací roury vertikálně u stěny vnitřní nádoby 2.

Odpadní teplá užitková voda je vtokem 7 odpadního potrubí pro odpadní teplou užitkovou vodu napojena na rekuperační jednotku, kde dojde k předání tepla nosnému médiu a takto ochlazená odpadní teplá užitková voda pokračuje z rekuperační jednotky prostřednictvím odtokového potrubí do odtoku 8 ochlazené odpadní teplé užitkové vody. Předehřátá čistá voda je dopravena do akumulačních zdrojů teplé užitkové vody, např. do bojlerů, zásobníků teplé vody ohřívané plynem apod., kde je následně rozvedena potrubím pro čistou teplou vodu po objektu, a/nebo je předehřátá čistá voda dopravena přímo do dalších zdrojů teplé užitkové vody např. praček, myček nádobí, sprch, van umyvadel apod. v objektu.

Ve vnitřní nádobě 2 a vnější nádobě 1 je umístěn výměník 5, který je tvořen z nerezových vlnovcových trubek 12 a 13. Vnitřní nádoba 2 slouží současně jako zásobník odpadní teplé užitkové vody o objemu, který je přizpůsoben velikosti a provozu objektu.Průtok studené čisté vody je tlakový, v závislosti na odběru teplé užitkové vody v objektu. Odpadní teplá užitková voda volně vtéká do rekuperační jednotky v horní části vnitřní nádoby vtokem 7 odpadního potrubí. Odtok 8 ochlazené odpadní teplé užitkové vody je též umístěn v horní části vnitřní nádoby, avšak níže oproti vtoku 7 odpadního potrubí pro ochlazenou odpadní teplou užitkovou vodu, kdy výškový rozdíl mezi vtokem 7 odpadního potrubí odpadní teplé užitkové vody a odtokem 8 ochlazené odpadní teplé užitkové vody zajišťuje proudění kapaliny na základě sifonového efektu.

Odtok 8 ochlazené odpadní teplé užitkové vody je ve vnitřní nádobě 2 napojen na odtokové potrubí, které ústí ve spodní - studené vrstvě zásobníku rekuperační jednotky. Na základě principu spojených nádob odtéká odtokem 8 ochlazená odpadní teplá užitková voda, která je nasávána prostřednictvím odtokového potrubí ve spodní části vnitřní nádoby 2 rekuperační jednotky. Rekuperační jednotka je integrována do kanalizačního odpadu tak, aby celková funkce tohoto odpadního systému byla samotížná, bez nároku na jakékoliv čerpadlo.

Průtokem studené čisté vody výměníkem 5 umístěným v rekuperační jednotce, dochází k ochlazování odpadní teplé užitkové vody a tím teplotnímu rozvrstvení odpadní teplé užitkové vody ve vnitřní nádobě 2 rekuperační jednotky a to tak, že v horní vrstvě je voda teplá (například

-3 CZ 31728 U1

46,1 °C) u dna této vnitřní nádoby 2 je voda ochlazená (například jen 19,8 °C). Při vtoku další odpadní teplé užitkové vody do vnitřní nádoby 2 rekuperační jednotky dojde k odtoku této ochlazené odpadní teplé užitkové vody ze spodní vrstvy vnitřní nádoby 2 rekuperační jednotky, na základě sifonového efektu a funkce spojených nádob. Přicházející teplá odpadní užitková voda do rekuperační jednotky zůstane v horní části vnitřní nádoby 2 rekuperační jednotky, připravená k předání tepelné energie při zahájení odběru čisté studené vody v objektu.

Množství odpadní teplé užitkové vody ve vnitřní nádobě 2. rekuperační jednotky vyrovnává nekontinuální provoz dodávky odpadní teplé užitkové vody a odběru předehřáté pitné vody.

Pro sledování docílených úspor zrekuperace odpadní teplé užitkové vody je instalováno měřicí zařízení - sdružené digitální měřidlo, které ukazuje množství rekuperované odpadní teplé užitkové vody v m³ a výši získané úspory v GJ nebo kWh z údajů čidla na snímání teploty. Měřením lze monitorovat okamžité hodnoty a taktéž historii od počátku provozu zařízení.

V objektu, který je napojen na rekuperační jednotku je nutné, po dohodě s uživatelem objektu, zajistit též rozvod čisté studené vody k určeným místům odběrů (například kuchyň, koupelnasprcha, umyvadlo atp.), aby v celém objektu netekla pouze předehřátá čistá voda.

Dalším možným provedením jsou kombinace napojení a umístění rekuperační jednotky do kanalizačního systému a odpadového hospodářství.

Dispoziční řešení objektu umožňuje, že rekuperační jednotka je umístěna uvnitř objektu a odtok 8 ochlazené odpadní teplé užitkové vody vycházející z rekuperační jednotky je napojen na potrubí znečištěné studené vody uvnitř objektu. Společně jsou odvedeny do odpadní kanalizace.

Rekuperační jednotka umístěná vně a napojena na více objektů zajišťuje stejnou funkci, tj. získávání odpadního tepla z těchto objektů a jeho vrácení zpět do těchto objektů, umístěných v jednom areálu. Velikost rekuperační jednotky a vnitřní nádoby 2 je dimenzována podle množství odpadní teplé užitkové vody z objektů napojených na rekuperační jednotku. Současně je adekvátně zvětšena teplosměnná plocha výměníku 5. Odtok 8 ochlazené odpadní teplé užitkové vody z rekuperační jednotky je spojen s potrubím znečištěné studené vody z jednotlivých objektů a společně jsou odvedeny do odpadní kanalizace.

Konstrukční distanční plastový nosič 14, patrný na obr. 2 je umístěn vně vinutí nerezové vlnovcové trubky 12 a 13, a to vertikálně po 120° obvodu. Konstrukční, distanční plastový nosič 14 zajišťuje distanční odstup nerezových vlnovcových trubek 12 a 13 jak ve vertikální, tak i v horizontální poloze.

Průmyslová využitelnost

Zařízení k rekuperaci tepla z odpadních vod stavebních objektů je průmyslově využitelné v rodinných domech, hotelech, penzionech, školách, domovech mládeže, domovech důchodců apod.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (2)

1. Zařízení k rekuperaci tepla z teplých odpadních vod stavebních objektů, tvořené rekuperační jednotkou s výměníkem (5), víkem (3) a čistícím hrdlem (4), kde k rekuperační jednotce je jednak na vstupu připojen vtok (7) odpadního potrubí odpadní znečištěné teplé vody a jednak přívodní potrubí (10) studené čisté vody, přičemž rekuperační jednotka je na výstupu opatřena odtokem (8) ochlazené teplé užitkové odpadní vody a zpětným odtokovým potrubím (9)

-4CZ 31728 U1 předehřáté čisté vody, v y z n a č u j í c í se tím, že rekuperační jednotka je tvořená vnější nádobou (1) a vnitřní nádobou (2) s tepelnou izolací (6), a že výměník (5), který je tvořený dvojitou paralelně spojenou nerezovou vlnovcovou trubkou (12, 13), je uložen v rekuperační jednotce souose se středovou osou rekuperační jednotky, přičemž ve středu rekuperační jednotky

5 je dále umístěno odtokové potrubí odpadní užitkové vody napojené na svém výstupu na odtok (8).

2. Zařízení k rekuperaci tepla podle nároku 1,vyznačující se tím, že víko (3) je uspořádáno na vnější nádobě (1) a na vnitřní nádobě (2), přičemž čistící hrdlo (4) je umístěno ve ío středové ose rekuperační jednotky.