CZ4323U1 - Zařízení k vytápění objektů a ohřevu I užitkové vody - Google Patents

Description

Technické řešení se týká zařízení k vytápění objektů a ohřevu užitkové vody s použitím sluneční kolektorové jednotky, zemní kolektorové jednotky a tepelného čerpadla.

Dosavadní stav t echnik v

Známá zařízení používající k vytápění objektů a ohřevu užitkové vody sluneční kolektorovou jednotku a tepelné čerpadlo ve spojení se zemní kolektorovou jednotkou mají oba okruhy, t.j. okruh sluneční kolektorové jednotky a okruh tepelného čerpadla se “ zemní kolektorovou jednotkou, odděleny. Vazba mezi těmito okruhy je pouze prostřednictvím tepelných výměníků, protože uvedené okruhy při své činnosti pracují se značně rozdílnými průtočnými množstvími - tepelné čerpadlo se značně vysokými průtočnými množstvími, sluneční kolektorová jednotka naopak s nízkými.

Nevýhoda těchto známých zařízení vyplývá právě z použití tepelných výměníků, které vždy představují určitou ztrátu energie To je snížena účinnost těchto zařízení.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody v podstatné míře odstraňuje zařízení k vytápění objektů a ohřevu užitkové vody se sluneční kolektorovou jednotkou, zemní kolektorovou jednotkou a tepelným čerpadlem podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sluneční kolektorová jednotka je svým výstupním vedením, ve kterém je uspořádán první regulační ventil, napojena na dodávací vedení od zemní kolektorové jednotky k tepelnému čerpadlu a ve vratném vedení od tepelného čerpadla k zemní kolektorové jednotce je uspořádán trojčestný směšovací ventil, na který je napojeno přívodní vedení sluneční kolektorové jednotky. Na výstupní vedení sluneční kolektorové jednotky je před prvním regulačním ventilem napojeno přiváděči vedení k zásobníku užitkové vody, přičemž v přiváděcím vedení je uspořádán druhý regulační ventil. Do přívodního vedení sluneční kolektorové jednotky ústí v místě před oběhovým čerpadlem sluneční kolektorové jednotky odváděči vedení od zásobníku užitkové vody. První regulační ventil, druhý regulační ventil, trojčestný směšovací ventil, tepelné čerpadlo a oběhové čerpadlo jsou svými ovládacími částmi napojeny na řídicí elektronickou jednotku. Na řídicí elektronickou jednotku je napojen náhradní elektrický zdroj a svou ovládací částí náhradní čerpadlo sluneční kolektorové jednotky, které je uspořádáno v obtoku oběhového čerpadla sluneční kolektorové jednotky. Náhradní elektrický zdroj je výhodně tvořen fotovoltaickým článkem. Na řídicí elektronickou jednotku je dále napojen snímač teploty na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky, snímač teploty užitkové vody v zásobníku, snímač teploty ve zpětném vedení od vytápěcích těles a snímač teploty ve vratném vedení od tepelného čerpadla. Přes ovládací část tepelného čerpadla jsou na řídicí elektronickou jednotku napojeny ovládací části oběhového čerpadla topení a čerpadla zemní kolektorové jednotky.

-1CZ 4323 U

Zařízení k vytápění objektů a ohřevu užitkové vody podle technického řešení dosahuje oproti známým řešením vyšší účinnosti minimalizováním tepelných ztrát. Zařízení pracuje zcela automaticky, včetně přechodů mezi jednotlivými režimy. Je zajištěna jeho plná funkčnost i při výpadku elektrického proudu ze sítě, včetně automatického přepnutí na náhradní elektrický zdroj a na sít po obnovení dodávky elektrického proudu. Zařízení upřednostňuje topení před ohřevem užitkové vody, protože tehdy 'je z finančního hlediska nejrychlejší návratnost.

Přehled obrázků na výkrese

Příklad zařízení podle technického řešení je ve schématu r zapojení znázorněn na připojeném výkresu.

Příklad provedení technického řešení

Sluneční kolektorová jednotka 1, tvořená alespoň jedním kolektorem, je svým výstupním vedením 25, ve kterém je vřazen první regulační ventil 10, napojena na dodávací vedení 30 od zemní kolektorové jednotky 14 k tepelnému čerpadlu 16. Zemní kolektorovou jednotkou 14 jsou míněny kolektory uspořádané jak pod povrchem země, tak pod hladinou vodních ploch. Přívodní vedení 24 sluneční kolektorové jednotky 1 je napojeno na trojcestný směšovací ventil 9 vřazený ve vratném vedení 31 od tepelného čerpadla 16 k zemní kolektorové jednotce 14. V přívodním vedení 24 sluneční kolektorové jednotky 1 je mezi dvěma uzavírátelnými ventily 5 uspořádáno oběhové čerpadlo 2 sluneční kolektorové jednotky 1 a zpětná klapka 4. Přívodní vedení 24 sluneční kolektorové jednotky 1 je dále opatřeno obtokem, který obchází uzavíratelné ventily 5 s mezi nimi uspořádanými prvky 2 a 4. V obtoku je opět mezi dvěma uzavíratelnými ventily 5 uspořádáno náhradní čerpadlo 3 sluneční kolektorové jednotky 1 a zpětná klapka 4.

Na výstupní vedení 25 sluneční kolektorové jednotky 1 je před prvním regulačním ventilem 10 napojeno přiváděči vedení 26 k zásobníku 8 užitkové vody. V přiváděčům vedení 26 je uspořádán druhý regulační ventil 11. Odváděči vedení 27 od zásobníku 8. užitkové vody ústí do přívodního vedení 24 sluneční kolektorové jednotky 1, a to v místě před oběžným čerpadlem 2 sluneční kolektorové jednotky 1. Zásobník 8 užitkové vody je na své přiváděči _a vedení 26 a odváděči vedení 27 připojen přes uzavíratelné ventily 5. Přívodní vedení 24 sluneční kolektorové jednotky 1 je před místem, ve kterém do něho ústí odváděči vedení 27. opatřeno f odbočkou, která přes pojistný ventil 7 vede dó expanzní nádrže 6.

Na tepelné čerpadlo 16 je napojeno přívodní vedení 28 k vytápěcím tělesům 18, která jsou opatřena regulačními ventily 19.

V přívodním vedení 28 k vytápěcím tělesům 18 je uspořádáno oběhové čerpadlo 17 topení. Zpětné vedení 29 od vytápěcích těles 18 k tepelnému čerpadlu 16 je opatřeno odbočkou, která přes pojistný ventil 7 vede do expanzní nádrže 6. V dodávacím vedení 30 od zemní kolektorové jednotky 14 k tepelnému čerpadlu 16 je uspořádáno čerpadlo 15 zemní kolektorové jednotky 14.. Tepelné čerpadlo 16, oběhové čerpadlo 17 topení a čerpadlo 15 zemní kolektorové jednotky 14 jsou do systému zapojena přes uzavíratelné ventily £. Všechny v popisu uvedené uzavíratelné ventily 5 slouží k tomu, že při opravách spojených s demontáží např. tepelného čerpadla 16

-2CZ 4323 U vřazeného mezi nimi není nutno vypouštět teplonosnou kapalinu z celého systému. Teplonosnou kapalinou je nemrznoucí směs a je společná pro celý systém.

Ovládací části trojcestného směšovacího ventilu 10, druhého regulačního ventilu 11, prvního regulačního ventilu 10, tepelného čerpadla 16 a oběhového čerpadla 2 sluneční kolektorové jednotky 1 jsou napojeny na řídicí elektronickou jednotku 12. Na ni je napojen i náhradní elektrický zdroj 13., např. fotovoltaický článek, a ovládací část náhradního čerpadla 2· Přes ovládací část tepelného čerpadla 16 jsou na řídicí elektronickou jednotku 12 napojeny i ovládací části oběhového čerpadla 17 topení a čerpadla zemní kolektorové jednotky 14.

Řídicí elektronická jednotka 12 je dále spojena se snímačem 20 teploty na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1, snímačem 21 teploty užitkové vody v zásobníku 8, snímačem 22 teploty ve zpětném vedení 29 od vytápěcích těles 18 k tepelnému čerpadlu a snímačem 23 teploty ve vratném vedení 31 od tepelného čerpadla 16 k zemní kolektorové jednotce 14.

V případě, že není potřeba topit, např. v letních měsících, řídicí elektronická jednotka 12 uzavře první regulační ventil 10 a přestaví trojčestný směšovací ventil 9 do polohy, v níž uzavírá spojení přívodního vedení 24 sluneční kolektorové jednotky 1 s vratným vedením 31 od tepelného čerpadla 16 k zemní kolektorové jednotce 14. Tepelné čerpadlo .16, oběhové čerpadlo 17 topení a čerpadlo 15 zemní kolektorové jednotky 14 nejsou v činnosti. Otevřen je druhý regulační ventil 11 a v případě dostatečného rozdílu teplot na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky 1 a teploty užitkové vody v zásobníku 2 vyďá řídicí elektronická jednotka 12 signál pro činnost oběhového čerpadla 2 sluneční kolektorové jednotky 1. V ní ohřátá teplonosná kapalina postupuje výstupním vedení 25, přiváděcím vedením 26 do zásobníku 8 užitkové vody, kterou ohřívá, a ochlazená se odváděcím vedením 27 a přívodním vedením 24 vrací do sluneční kolektorové jednotky 1, v níž se opět ohřeje.

V případě, že je potřeba topit a není k dispozici sluneční energie, např. v zimě v noci, nebo je-li zataženo, jsou trojcestný směšovací ventil 9. a první regulační ventil 10 ve stejné poloze jako v prvně popsaném případu. Oběhové čerpadlo 2 sluneční kolektorové jednotky 1 není v činnosti. Řídicí elektronická jednotka 12 vydá signál pro činnost tepelného čerpadla 16 a tím i pro činnost oběhového čerpadla 17 topení a čerpadla 15 zemní kolektorové jednotky 14. Teplonosná kapalina proudí ze zemní kolektorové jednotky 14 dodávacím vedením 30 k tepelnému čerpadlu 16 a dále přívodním vedením 28 k vytápěcím tělesům 18. V nich se teplonosná kapalina ochladí a vrací se zpětným vedením 29. k tepelnému čerpadlu 16 a dále vratným vedením 31 do zemní kolektorové jednotky 14, v níž se opět ohřeje. V tomto režimu pracuje tepelné čerpadlo 16 s topným faktorem rovným 3.

Oba výše popsané režimy mohou probíhat současně. To znamená, že sluneční kolektorová jednotka 1 je v činností pouze pro ohřev užitkové vody a tepelné čerpadlo 16 pouze pro vytápění.

-3CZ 4323 U

V případě, že je potřeba topit a k dispozici je slabá sluneční energie, řídicí elektronická jednotka 12 na základě teplotních rozměrů uzavře druhý regulační ventil 11, čímž se odpojí zásobník 8. užitkové vody, dále plně otevře první regulační ventil 10 a trojcestný směšovací ventil 9 přestaví do polohy, v níž část teplonosné kapaliny jde do přívodního vedení 24 sluneční kolektorové jednotky 1 a část do zemní kolektorové jednotky 14. Teplota teplonosné kapaliny po smíšení její části ohřáté ve sluneční kolektorové jednotce 1 a přicházející výstupním vedením 25 s částí ohřáté a přicházející ze zemní kolektorové jednotky 14 je nižší než je dovolená maximální teplota na vstupu do tepelného čerpadla 16. V tomto režimu pracuje tepelné čerpadlo 16 s topným faktorem kolem 4.

Je-li oproti předešlému případu k dispozici dostatek sluneční energie, řídicí elektronická jednotka 12 přestaví první regulační ventil 10, druhý regulační ventil 11 a trojcestný směšovací ventil 9 do poloh, které odpovídají dovolené maximální teplotě teplonosné, kapaliny na vstupu do tepelného čerpadla 16. Tyto polohy a tím velikosti průtoků se mění dle okamžitých teplotních poměrů. Teplo získané ze sluneční kolektorové jednotky 1 je v prvé řadě využito pro vytápění a zbytek je využit pro ohřev užitkové vody v zásobníku 8. .Tepelné čerpadlo 16 pracuje v tomto režimu s topným faktorem o hodnotě 6.

V případě výpadku elektrického proudu ze sítě řídicí elektronická jednotka 12 okamžité propojí náhradní elektrický zdroj 13. Při obnovení dodávky elektrického proudu ze sítě řídicí elektronická jednotka 12 odpojí náhradní elektrický zdroj 13. Tím je dosaženo, že i při výpadku elektrického proudu ze sítě zůstává celé zařízení funkční.

Přechody mezi jednotlivými popsanými režimy, ve kterých může zařízení pracovat, zajišťuje zcela automaticky řídicí elektronická jednotka 12 podle okamžitých teplotních podmínek.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle technického řešení je určeno pro využití především v menších objektech, zejména rodinných domcích. Při příslušném dimenzování je vhodné i pro větší objekty - rekreační zařízení, hotely a pod.

Claims (6)

1. Zařízení k vytápění objektů a ohřevu užitkové vody se sluneční kolektorovou jednotkou, zemní kolektorovou jednotkou a tepelným čerpadlem, vyznačující se tím, že sluneční kolektorová jednotka (1) je svým výstupním vedením (25), ve kterém je uspořádán první regulační ventil (10), napojena na dodávací vedení (30) od zemní kolektorové jednotky (14) k tepelnému čerpadlu (16) a ve vratném vedení (31) od tepelného čerpadla (16) k zemní kolektorové jednotce (14) je uspořá-4CZ 4323 U dán trojčestný směšovací ventil (9), na který je napojeno přívodní vedení (24) sluneční kolektorové jednotky (1).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na výstupní vedení (25) sluneční kolektorové jednotky (i) je před prvním regulačním ventilem (10) napojeno přiváděči vedení (26) k zásobníku (8) užitkové vody, přičemž v přiváděcím vedení (26) je uspořádán druhý regulační ventil (11).

3. Zařízení podle nároku l, vyznačující se tím, že do přívodního vedení (24) sluneční kolektorové jednotky (1) ústí v místě před oběhovým čerpadlem (2) sluneční kolektorové jednotky (1) odváděči vedení (27) od zásobníku (8) užitkové vody.

•

4. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, * že první regulační ventil (10), druhý regulační ventil (11), trojčestný směšovací ventil (9), tepelné čerpadlo (16) a oběhové čerpadlo (2) sluneční kolektorové jednotky (1) jsou svými ovládacími částmi napojeny na řídicí elektronickou jednotku (12).

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že na řídicí elektronickou jednotku (12) je napojen náhradní elektrický zdroj (13) a svou ovládací částí náhradní čerpadlo (3) sluneční kolektorové jednotky (1), které je uspořádáno v obtoku oběhového čerpadla (2) sluneční kolektorové jednotky (1).

6. Zařízení podle nároku 5, vyzná č u jící se tím, že náhradní elektrický zdroj (13) je tvořen f o tovo1taickým článkem. 7. Zařízení podle nároku 4, vyzná č u jící se tím,

že na řídicí elektronickou jednotku (12) je napojen snímač (20) teploty na výstupu ze sluneční kolektorové jednotky (1), snímač (21) teploty užitkové vody v zásobníku (8), snímač (22) teploty ve zpětném vedení (29) od vytápěcích těles (18) a snímač (23) teploty ve vratném vedení (31) od tepelného čerpadla (16) .

^? 8. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že přes ovládací část tepelného čerpadla (16) jsou na řídicí

6- elektronickou jednotku (12) napojeny ovládací části oběhového \ čerpadla (17) topení a čerpadla (15) zemní kolektorové jednotΪ ky (14).