DE2554975A1

DE2554975A1 - Solar energy collector for domestic hot water - is controlled by temperature difference between absorber and water

Info

Publication number: DE2554975A1
Application number: DE19752554975
Authority: DE
Inventors: Gerhard Stoll
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-12-06
Filing date: 1975-12-06
Publication date: 1977-06-16

Abstract

Domestic hot water is stored and heated in a calorifier (2). There is a heating coil inside the calorifier through which primary water circulates. This water is heated in a solar energy heater (1) placed on the building roof and is circulated through the heater and calorifier coil by a pump (3). The pump is in the return between the calorifier and the solar heater. A differential temperature detector (4) is built integrally with the heater (1) on the water inlet side to it. The detector is placed between the absorbing surface and the water coming from the calorifier and controls the pump through an electronic switching circuit (5,6) so that the pump is off when the water temperature is higher than that of the absorber.

Description

"Verfahren zu temperaturgesteuerten Warmwasserbereitung"Procedure for temperature-controlled water heating

durch Sonnenenergie" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur temperaturgesteuerten Warmwasserbereitung durch Sonnenenergie und liegt auf dem Gebiet der Regelungs- und Steuerungstechnik.by solar energy "The invention relates to a method for temperature-controlled hot water preparation using solar energy and is on the field of regulation and control technology.

Um Sonnenenergie wirtschaftlich zu nutzen ist es bekannt, Sonnenkollektoren einzusetzen. Hier wird in einem schwarzen, von Flüssigkeit durchströmten Absorber die Sonnenenergie zur Erwärmung des Nutzwassers eingefangen. Die Absorber oder Kollektoren können. z. B. in die Dächer von Wohnhäusern eingebaut werden. Die eingefangene Sonnenenergie wird über Wärmetauscher auf das Brauchwasser übertragen. Es ist bekannt, aut diese Art die Strahlungsenergie der Sonne zur Heißwasserbereitung in Haushalten, zur Beheizung von Privatschwimmbädern und Duschanlagen und neuerdings sogar für Freischwimmbäder zu benutzen.In order to use solar energy economically, it is known to use solar panels to use. Here is a black absorber through which liquid flows the solar energy captured to heat the domestic water. The absorbers or collectors can. z. B. can be installed in the roofs of residential buildings. The captured solar energy is transferred to the domestic water via heat exchangers. It is known aut this Kind of the radiant energy of the sun for hot water preparation in households, for heating of private swimming pools and shower systems and recently even for outdoor swimming pools to use.

Eine einfache, vorwiegend in südlichen Ländern verwendete Art, die Sonnenenergie zur Warmwasseraufbereitung zu verwenden, besteht in der Anordnung eines mit Wasser gefüllten Behälters auf dem Dach. Das gesamte im Behälter enthaltene Masser wird durch die Sonnenenergie erwärmt und bei. Bedarf abgenommen.A simple type, mainly used in southern countries, the Using solar energy for water heating consists in the arrangement a container filled with water on the roof. All contained in the container Masser is heated by solar energy and at. As required.

Nachteilig ist hierbei, daß bei Dunkelheit oder bewölktem Himmel der vorher erwärmte Behälter seine gespeicherte Wärme wieder abstrahlt.The disadvantage here is that in the dark or cloudy sky the previously heated container emits its stored heat again.

Die elektrische Anschaltung für eine einfache Heißwasseraufbereitung durch Sonnenenergie erfolgt derart, daß bei einer erreichten Temperatur ein auf absolute Temperatur ansprechender Schalter anspricht und eine Umwälzpumpe in Betrieb setzt.The electrical connection for simple hot water preparation by solar energy takes place in such a way that when a temperature is reached a absolute temperature responsive switch responds and a circulation pump in operation puts.

Die Umwälzpumpe läßt das Wasser durch den Sonnenkollektor und einen Speicher mit Wärmetauscher zirkulieren. Durch den Wärmetauscher fließt das erwärmte nasser und ermoglicht dadurch eine Abgabe der Wärme an das Brauchwasser, das den Wärmetauscher umgibt. In dem Speicher wird das erwärmte Brauchwasser gespsicllert und bei Bedarf abgegeben.The circulation pump lets the water through the solar panel and one Circulate storage tank with heat exchanger. The heated material flows through the heat exchanger wetter and thus enables the heat to be transferred to the domestic water that the Surrounds heat exchanger. The heated domestic water is frozen in the storage tank and given if necessary.

Nachteilig ist hierbei, daß die maximal mögliche Energieausbeute des Sonnenkollektors nicht genutzt werden kann.The disadvantage here is that the maximum possible energy yield of the Solar collector cannot be used.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, mit geringem auf und einen hohen Energieanteil aus der Sonneneinstrahlung zu gewilden und gleichzeitig ein möglichst; hohes Temperaturniveau zu erreichen.It is therefore an object of the invention to have a low on and a high To exploit the energy share from the sun's rays and at the same time as much as possible; to achieve a high temperature level.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Temperaturdifferenz innerhalb eines Meßwertgebers gemessen und zur Steuerung einer Umwälzpumpe verwendet wird. In Ausgestaltung liegt der Meßwertgeber in der Rücklaufleitung des Sonnenkollektors und bildet mit diesem eine Baueinheit. Weitere Ausgestaltungen sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.According to the invention this is achieved in that the temperature difference measured within a transducer and used to control a circulation pump will. In one embodiment, the transducer is located in the return line of the solar collector and forms a structural unit with it. Further refinements can be found in the subclaims evident.

Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen in der hohen Energieausbeute und der hohen erreichbaren Endtemperatur.Advantages of the method according to the invention are the high energy yield and the high final temperature that can be achieved.

Durch das billige und einfache Verfahren wird viel Brauchwasser mit relativ hoher Temperatur erzielt.Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ersichtlich.The cheap and simple process means that a lot of service water is used relatively high temperature. Further advantages can be found in the description of the Embodiment can be seen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the method according to the invention is shown below explained in more detail with reference to the drawing.

Ein Sonnenkollektor 1 besteht aus einer schwarzen Metallfläche, die mit einer Rohrschlange belegt ist und auf der Rückseite mit einem Isolator gegen Wärmeverluste geschützt ist. Auf der Vorderseite ist der Sonnenkollektor durch eine Glasplatte gegen Konvektionsverluste geschützt. Von dem Sonnenkollektor 1 führt eine Rohrleitung in den Speicher 2. Der Speicher hat Anschlüsse für kalten Zufluß und warmen Abfluß. In dem Speicher ist ein Wärmetauscher angeordnet. In den Speicher 2 wird das durch den Sonnenkollektor erwärmte und von dem Wärmetauscher abgegebene Brauchwasser gesammelt und bei Bedarf abgegeben.A solar collector 1 consists of a black metal surface that is covered with a pipe coil and on the back with an insulator against Heat loss is protected. On the front is the solar panel through a Glass plate protected against convection losses. From the solar collector 1 leads a pipe into storage tank 2. The storage tank has connections for cold inflow and warm drain. A heat exchanger is arranged in the memory. In the memory 2 is that heated by the solar collector and given off by the heat exchanger Process water collected and given off when required.

Der Gesamtkreislauf setzt sich neben dem Sonnenkollektor 1 und dem Speicher 2 aus einer Pumpe 3 und einem Meßwertgeber 4 zusammen. Von dem Speicher 2 führt die Rohrleitung über die Pumpe 3, den Meßwertgeber 4 wieder auf den Sonnenkollektor 1 zurück. Die Pumpe sorgt für die Strömung innerhalb des Systems.The overall cycle continues next to the solar collector 1 and the Memory 2 from a pump 3 and a transducer 4 together. From the store 2 leads the pipeline via the pump 3, the transducer 4 back to the solar collector 1 back. The pump provides the flow within the system.

Der Meßwertgeber 4 hat einen ähnlichen Aufbau wie der Sonnenkollektor 1. Er mißt die Temperaturdifferenz zwischen einer der Sonnenstrahlung ausgesetzten Vergleichsfläche und dem gespeicherten Wasser. Dies geschieht derart, daß zwischen der Vergleichsfläche und einem im Wasserkreislauf liegenden Vergleichkörper ein Thermoelement angeordnet ist. Der Vergleichskörper, der s.B. als wasserdurchflossenes Rohr ausgefUhrt ist, aus geführt ist, liefert ein Abbild der thermischen Verhältnisse des Speichers. Die vom Thermoelement abgegebene Spannung dient als Steuerspannung für einen Verstärker 5. Hinter dem Verstärker ist ein Schwellwertschalter 6 angeordnet, der bei einer bestimmten einstellbaren Temperaturdifferenz zwischen der schwarzen Metallvergleichsfläche und der Rohrschlange die Pumpe 3 einschaltet.The transducer 4 has a structure similar to that of the solar collector 1. It measures the temperature difference between one exposed to solar radiation Comparison area and the stored water. This is done in such a way that between the comparison area and a comparison body lying in the water cycle Thermocouple is arranged. The comparison body, which s.B. as water flowing through it Pipe is carried out, is carried out, provides an image of the thermal conditions of memory. The voltage delivered by the thermocouple serves as the control voltage for an amplifier 5. A threshold switch 6 is arranged behind the amplifier, the one at a certain adjustable temperature difference between the black Metal reference surface and the coil switches on the pump 3.

Solange die Sonne auf den Kollektor 1 scheint, ist die schwarze Metallvergleichsfläche des Meßwertgebers 4 immer wärmer als das Wasser des Kreislaufs. Die dadurch eingeschaltete Pumpe gibt die Wärme an den Speicher 2 ab. Diese Temperaturdifferenz innerhalb des MeßwertGebers ist ein Zeichen für die Energieüberführung von der Sonne auf den Speicher.As long as the sun is shining on collector 1, the black metal reference surface is of the transducer 4 is always warmer than the water of the circuit. The thereby switched on The pump transfers the heat to storage tank 2. This temperature difference within of the measured value transmitter is a symbol for the transfer of energy from the sun to the Storage.

Bei aufziehenden Wolken wird sich die Vergleichsfläche abkühlen und ein den veränderten Strahlungsverhältnissen des Himmels entsprechendes neues Temperaturniveau annehmen.When the clouds move in, the comparison area will cool down and a new temperature level corresponding to the changed radiation conditions in the sky accept.

Wenn die Strahlungsleistung der Sonne bzw. des himmels und damit die Temperatur der Vergleichsfläche soweit absinkt, daß keine Energieüberführung in den Speicher mehr möglich ist oder sogar eine Umkehr des Energleflusses vom Kollektor zum Himmel auftritt, schaltet die Pumpe 3 die Wasserumwälzung ab und ein möglicher Energieverlust kann nur noch durch die Wärmeabstrahlung des Sonnenkollektors 1 erfolgen Diese möglicherweise verlorengehende Wärmemenge ist also gleich der im Sonnenkollektor gespeicherten Wärmemenge.If the radiant power of the sun or the sky and thus the The temperature of the comparison surface drops so far that no energy transfer to the storage is more possible or even a reversal of the energy flow from the collector occurs to the sky, the pump 3 switches off the water circulation and a possible Energy can only be lost through the heat radiation of the solar collector 1 This amount of heat that may be lost is therefore the same as that in the solar collector stored amount of heat.

Um die Verluste auf den kleinstmöglichen Wert zu begrenzen, muß die durch den mechanischen Aufbau und dabei insbesondere die durch den Wasserinhalt bestimmte Wärmekapazität des Kollektors so klein sein, daß jeweils die gesamt aufgenommene Energie möglichst schnell und vollständig an den Speicher weitergegeben wird.In order to limit the losses to the smallest possible value, the due to the mechanical structure and in particular due to the water content certain heat capacity of the collector be so small that each of the total absorbed Energy is passed on to the storage system as quickly and completely as possible.

Vom Meßwertgeber ist zu fordern, daß er möglichst trägheitslos die jeweiligen Strahlungsbedingungen erfaßt, in Beziehung zur bereits gespeicherten Energie setzt und somit die Umwälzpumpe sofort einschaltet, wenn eine Energleaufw nahme möglich ist und wieder abschaltet, wenn ein Energieverlust droht.It is to be demanded from the transducer that it respective radiation conditions detected, in relation to the already stored Energy sets and thus the circulation pump switches on immediately when energy is expended and switches off again if there is a risk of energy loss.

Eine Wärmeabstrahlung der Rohrleitung und des Spachers kann durch hochwertige Isolierung fast gänzlich unterbunden werden.A heat radiation of the pipeline and the speaker can through high-quality insulation can be prevented almost entirely.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden der Meßwertgeber, bestehend aus der schwarzen Metallvergleichsfläche, dem Vergleichskörper und dem Thermoelement, eine Baueinheit mit dem Sonnenkollektor.In an advantageous embodiment of the method according to the invention form the transducer, consisting of the black metal reference surface, the Reference block and the thermocouple, one unit with the solar collector.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. A method for temperature-controlled water heating characterized by solar energy that the temperature difference within a transducer is measured and used to control a circulating pump.

2. The method according to claim 1, characterized in that the transducer lies in the return line of a solar collector and with this a structural unit forms.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the The transducer is constructed in such a way that its output signal is almost inertial to that of the irradiated Solar energy follows.

4. The method according to claim 2, characterized in that in the solar collector is stored in a small proportion of the absorbed solar energy.