EA016524B1 - Система обогрева - Google Patents

Abstract

В изобретении описана система обогрева, содержащая по меньшей мере одно термочувствительное устройство в форме беспроводного транспондера. В предпочтительном варианте осуществления термочувствительное устройство представляет собой RFID-транспондер, который может иметь форму в основном плоской накладки. В предпочтительном варианте осуществления упомянутое по меньшей мере одно термочувствительное устройство выполнено с возможностью осуществления беспроводной связи по меньшей мере с одним коммуникационным узлом ретрансляции. При работе конкретное или каждое термочувствительное устройство может посылать конкретному или каждому узлу ретрансляции информацию с указанием температуры, измеренной датчиком, и в предпочтительном варианте уникальный идентификатор, однозначно определяющий соответствующий датчик температуры.

Description

Настоящее изобретение относится к системам обогрева (отопления) и, в частности, к системам многозонного обогрева.

Уровень техники

Действующие государственные законодательства в области строительства способствуют возрастанию роли инноваций и обеспечения эффективности систем обогрева для удовлетворения нынешних и будущих потребностей и ожиданий.

Стандартная бытовая система обычно содержит один компонент замкнутого контура, управляющий подачей энергии в жилые помещения. Двухпозиционный (Вкл./Выкл.) термостат устанавливается в каком-либо месте внутри жилых помещений, обычно в холле или гостиной. По достижении заданного значения температуры термостат отключает подогрев. Обычный электромеханический термостат обладает внутренним гистерезисом регулирования, при котором падение температуры в помещении, превышающее величину гистерезиса (как правило, 0,5°С), приводит к новому включению системы обогрева при условии, что функционирует таймер превышения предельного значения.

В последние годы в радиаторных системах получили распространение терморегулирующие вентили (ТРВ), обеспечивающие улучшение характеристик и эффективности системы благодаря реализации в помещениях локальных контуров регулирования с определенной степенью обратной связи без задействования возможностей регулирования, предоставляемых самим термостатом.

Кроме того, действующее законодательство может предполагать наличие дополнительных зон термостатического регулирования пропорционально общей площади обогреваемых помещений.

Появление систем обогрева, расположенных под полом, привело к росту использования многозонного термостатического регулирования. Как правило, подача в каждый отдельный трубный контур осуществляется из распределительного коллектора, а поток обеспечивается двигателем или насосом с постоянной скоростью, который, в свою очередь, соединен с двухпозиционным термостатом. Как и в случае радиаторных систем, механическое устройство управления просто открывает или закрывает нерегулируемый канал подачи энергии в соответствующий управляемый контур.

Всем двухпозиционным термостатам присущ значительный гистерезис, вследствие чего регулирование температуры представляет собой колебание возле заданного температурного значения. Амплитуда колебания обычно превышает 2°С, учитывая гистерезис устройства, ожидаемую тепловую динамику и запаздывание, выражающееся в эффектах недолета и перелета после каждого случая переключения.

Цифровые электронные технологии могут обеспечить усовершенствованную форму терморегулирования с обратной связью посредством передачи измеренного значения и предоставления возможности вывода величины ошибки или смещения вместо простого включения или выключения системы обогрева. Если это предусмотрено в системе, то появляется возможность улучшить регулирование температуры посредством варьирования подачи энергии, регулируя газовый водонагреватель или температуру потока с помощью смесительного вентиля с электроприводом. Этот тип дискретной обратной связи может, как правило, уменьшить тепловые колебания примерно до ±0,25°С.

Применение усовершенствованной технологии цифрового регулирования к многозонным системам является технически осуществимым, но сложным и дорогостоящим, если использовать обычные методики. Можно рассмотреть ряд возможностей, включающих несколько вентилей с электроприводом и связанные с ними термоизмерительные устройства. Для обеспечения необходимой связи каждому измерительному устройству требуется физическое соединение с источником питания и/или линиями передачи данных. При использовании беспроводных технологий возникает проблема питания приемопередатчиков или транспондеров, особенно в отношении размещения и замены батарей. Подобные беспроводные технологии раскрыты в И8 6508407.

Проблемы, описанные выше, нуждаются в разрешении.

Сущность изобретения

В соответствии с вышесказанным в качестве первого объекта изобретения предлагается система обогрева, содержащая по меньшей мере одно термочувствительное устройство в форме беспроводного транспондера, в предпочтительном варианте - транспондера радиочастотной идентификации, т. е. так называемого РЕГО-транспондера (от английского Рабю Егссщспсу ИеибДсабои Беу1се - устройство радиочастотной идентификации). Причем упомянутое по меньшей мере одно термочувствительное устройство выполнено с возможностью осуществления беспроводной связи по меньшей мере с одним коммуникационным узлом ретрансляции, выполненным с возможностью связи с контроллером через проводную линию, где контроллер выполнен с возможностью управления работой одного или нескольких устройств регулирования в зависимости от информации, получаемой от коммуникационного(ых) узла(ов), и конкретное или каждое устройство регулирования способно управлять работой одного или нескольких излучателей.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения упомянутое термочувствительное устройство имеет форму в основном плоской накладки.

При работе конкретное или каждое термочувствительное устройство посылает конкретному или каждому узлу ретрансляции информацию с указанием температуры, измеренной датчиком, и в предпоч

- 1 016524 тительном варианте уникальный идентификатор, однозначно определяющий соответствующий датчик температуры.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения упомянутый по меньшей мере один узел ретрансляции включен в состав штепсельного модуля, который подходящим образом монтируется на/в стене, полу или потолке в помещении или строительной конструкции. В предпочтительном варианте штепсельный модуль может соединяться с источником электроэнергии, в частности с электрической сетью. В зависимости от подходящего варианта осуществления штепсельный модуль содержит электрическую штепсельную розетку, и/или антенный разъем, и/или разъем для подключения компьютера. Как правило, штепсельный модуль включает розеточную (приборную) панель, а узел ретрансляции может быть встроен в эту панель либо установлен на ее обратной стороне.

В предпочтительном варианте контроллер устанавливается для осуществления управления работой одного или нескольких устройств регулирования в зависимости от информации, получаемой от узла(ов), причем конкретное или каждое устройство регулирования управляет работой одного или нескольких излучателей. В предпочтительном варианте конкретное или каждое устройство регулирования представляет собой или включает регулирующий клапан пропорционального действия или аналогичное устройство, например насос или иное устройство с возможностью регулирования потока, например насос с регулируемой скоростью.

Система обогрева в предпочтительном варианте осуществления имеет несколько контуров обогрева, каждый из которых содержит по меньшей мере один излучатель и связан по меньшей мере с одним из упомянутых устройств регулирования и по меньшей мере с одним из упомянутых термочувствительных устройств, причем контроллер управляет упомянутым по меньшей мере одним устройством регулирования в зависимости от разницы между сравниваемыми значениями температуры, измеренной термочувствительным(и) устройством(ами), и заданной температуры. Это позволяет реализовать многозонную систему обогрева с возможностью раздельного и эффективного регулирования температуры в каждой зоне.

Прочие особенности и преимущества изобретения станут очевидными для специалистов в данной области после ознакомления с нижеследующим описанием конкретного варианта осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Ниже описывается один из примеров осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено:

фиг. 1 - схематическое изображение системы обогрева в варианте реализации первого объекта изобретения, фиг. 2 - схематическое изображение части системы обогрева, пригодной для использования в системе обогрева, изображенной на фиг. 1.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 ссылочным номером 10 обозначена система обогрева в варианте осуществления первого объекта изобретения. Система 10 содержит емкость 12 для среды-теплоносителя, обычно воды или другой жидкости. Емкость 12 может состоять из одного или нескольких баков или других накопителей. С емкостью 12 связано одно или несколько устройств обогрева, или источников энергии, предназначенных для обогрева среды. Устройства обогрева в типичном варианте осуществления содержат котел 14, например обычный котел, работающий на мазуте или газе. С емкостью 12 могут быть также связаны дополнительные котлы и/или один или несколько возобновляемых источников энергии (не показаны), например солнечная энергосистема.

Емкость 12 связана с тепловой нагрузкой 16, состоящей из одного или нескольких теплоизлучателей 18 (фиг. 2), например радиаторов или обогревателей, расположенных под полом. Тепловая нагрузка 16 в типичном варианте осуществления включает один или несколько контуров обогрева, каждый из которых питает один или несколько излучателей 18.

Блок управления 20 предусмотрен для управления работой системы 10, в частности работой источников энергии и насосов, клапанов, электродвигателей или других регулируемых устройств, являющихся частью системы 10 или связанных с нею. В иллюстрируемом варианте осуществления контроллер 20 связан с котлом 14 с целью осуществления обмена параметрическими данными между этими двумя устройствами и обеспечения работы встроенной системы управления. Кроме того, контроллер 20 связан с тепловой нагрузкой 16 или, более конкретно, с какими-либо регулируемыми устройствами (например, насосами 22, показанными на фиг. 2), соединенными с тепловой нагрузкой 16, для управления работой излучателей 18. Контроллер 20 может быть также связан, обычным образом, с термостатом 24. Связь между контроллером 20 и различными другими компонентами системы 10 может осуществляться любым общеупотребительным способом, подходящим для передачи требуемых сигналов, в частности с помощью непосредственного подсоединения, хотя может быть использована и беспроводная связь. Контроллер 20 в типичном варианте осуществления представляет собой соответствующим образом запрограммированный микропроцессор/микроконтроллер либо программируемый процессор или контроллер.

Поток среды-теплоносителя в системе 10 может быть обеспечен с помощью любых подходящих общеупотребительных средств, в типичном варианте осуществления - труб или жидкостных каналов,

- 2 016524 схематически показанных стрелками на фиг. 1 и 2 (если не указано иное).

Система 10 предназначена, в частности, для использования в качестве многозонной системы обогрева, в которой подогрев различных зон может регулироваться независимым образом в соответствии с потребностью для конкретной зоны. Зона может состоять, например, из одного помещения, нескольких помещений, одного или нескольких этажей многоэтажного здания либо из иным образом определенной области в пределах здания(й), обслуживаемой системой 10. Для этого система 10 также включает по меньшей мере одно, но в типичном варианте осуществления несколько термочувствительных устройств (датчиков температуры) 26. Например, для каждой зоны может быть предусмотрено соответствующее термочувствительное устройство 26.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения каждое термочувствительное устройство 26 содержит транспондер (приемопередатчик), способный передавать - в ответ на полученный сигнал запроса - сигнал, несущий информацию с указанием измеренной температуры. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления переданный сигнал содержит уникальный идентификатор, определяющий устройство 26. В предпочтительном варианте осуществления реализована возможность передачи и приема устройством 26 таких сигналов посредством беспроводного канала связи. Для этого устройство 26 снабжено беспроводным приемопередающим устройством (не показано), в типичном варианте осуществления содержащим интегральную схему, связанную с антенной. Устройство 26 также включает устройство хранения уникального идентификатора и процессор (не показан), в типичном варианте осуществления имеющий форму интегральной схемы и предназначенный для управления работой устройства 26, которое может быть объединено (или нет) с приемопередающим устройством.

В предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, в частности, что термочувствительное устройство 26 имеет, в основном, плоскую форму и может быть выполнено, например, в виде накладки (куска пластыря). Это позволяет незаметным образом встроить устройство 26 в здание. Например, устройство 26 можно прикрепить к внутренней стене и закрасить его либо закрыть обоями. В этих случаях антенна в предпочтительном варианте осуществления является плоской и выполнена в виде, например, плоской рамочной антенны. Существуют компактные термочувствительные устройства заводского изготовления (например, МютосЫр ТС77), представляющие собой полностью интегрируемые кремниевые схемы, рассчитанные на связь с центральным процессором на основе протокола последовательной передачи данных. Такие устройства могут быть интегрированы в монолитную структуру типа кристалла кремния либо в предпочтительном варианте выполнены на обычной кремниевой подложке как периферийная интегральная схема по отношению к схеме центрального процессора.

Система 10 содержит дополнительно один или несколько коммуникационных узлов ретрансляции (промежуточный узел приема и передачи сигналов) 30. Каждый узел ретрансляции 30 содержит устройства приема и передачи сигналов между узлом 30 и контроллером 20, а также между узлом 20 и по меньшей мере одним термочувствительным устройством 26.

В предпочтительном варианте осуществления узлы 30 рассчитаны на беспроводную связь с конкретным или каждым сопряженным датчиком температуры 26. С этой целью каждый узел 30 имеет приемопередающую схему (не показана), связанную с антенной 32. Кроме того, узел 30 включает процессор (не показан), в типичном варианте осуществления имеющий форму интегральной схемы и предназначенный для управления работой узла 30, который может быть объединен (или нет) с приемопередающим устройством.

При работе узел 30 связывается с конкретным или каждым датчиком температуры 26, сопряженным с ним, для определения температуры, измеренной датчиком 26. Уникальный идентификатор, генерируемый датчиком 26, позволяет узлу 30 установить, от какого из датчиков 26 исходит данное значение измерения.

В предпочтительном варианте осуществления узел 30 и датчик 26 объединены в КНЭконфигурацию, в которой датчик 26 содержит КНЭ-метку, или транспондер. По получении сигнала запроса от узла 30 датчик 26 передает измеренное им значение температуры и уникальный идентификатор узлу 30. Особое преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что датчику 26 не требуется внутренний источник энергии, поскольку он получает энергию от принятого сигнала запроса.

В альтернативном варианте осуществления возможна конфигурация датчика 26, при которой он периодически или даже непрерывно передает свои данные узлу, причем в этом случае датчику не требуется приемник. Здесь, однако, датчику 26 потребовался бы внутренний или внешний источник питания, что считается нежелательным. В еще одном альтернативном варианте осуществления датчики 26 могут связываться с узлами и/или контроллером 20 посредством проводов, хотя это нежелательно с точки зрения необходимости их прокладывания в здании.

Связь узлов 30 и контроллера 20 может осуществляться через проводные линии. Каждый узел 30 может содержать источник электроэнергии, например батарею, либо иметь возможность подключения к батарее или к электрической сети.

В предпочтительном варианте осуществления каждый узел 30 включен в состав штепсельного модуля, подобного тем, что обычно монтируются в стене, полу или потолке помещения, например штепсельной розетке, антенному разъему или разъему для подключения компьютера (не показаны). Как пра

- 3 016524 вило, такой штепсельный модуль включает розеточную панель, которая монтируется в/на стене, полу или потолке помещения и обычно бывает выполнена из пластика. За розеточной панелью располагаются различные электрические и/или механические компоненты, зависящие от типа штепсельного модуля. Как правило, штепсельные модули обеспечивают подключение к электропитанию, обычно сетевому, т.е. являются подсоединенными к источнику питания или по меньшей мере обеспечивают это соединение либо могут быть быстро приспособлены для обеспечения подсоединения к источнику тока. В наиболее предпочтительном варианте узел 30 монтируется на обратной стороне розеточной панели.

Благодаря встраиванию одного или нескольких узлов 30 в штепсельный модуль достигается ряд преимуществ. Во-первых, монтаж узла 30 не требует дополнительных работ, поскольку он устанавливается в штепсельном модуле, который уже имеется в помещении. Во-вторых, имеется возможность подключения узла 30 к источнику электропитания (обычно к электрической сети), к которому подсоединен штепсельный модуль. В-третьих, проводная связь между узлом 30 и контроллером 20 может быть обеспечена по линиям электрической сети, т. е. через провода, по которым осуществляется электроснабжение.

При работе каждый узел 30 связывается с конкретным или каждым датчиком 26, с которым он сопряжен и в предпочтительном варианте осуществления находится рядом, с целью сбора информации, относящейся к температуре, измеряемой каждым датчиком 26. Затем узлы 30 ретранслируют эту информацию контроллеру 20. Эта информация позволяет контроллеру 20 осуществлять регулирование работы системы обогрева 10 в соответствии с измеренными температурами. Очевидно, в частности, что ретранслированная информация позволяет системе 10 работать как многозонная система обогрева, где каждой зоне соответствует по меньшей мере один температурный датчик 26. В одном варианте осуществления каждому излучателю 18 соответствует по меньшей мере один температурный датчик 26, что позволяет контроллеру 20 индивидуально регулировать работу каждого излучателя 18 в соответствии с температурой, измеренной конкретным или каждым датчиком 26. В таком варианте осуществления между зонами и излучателями 18 может иметь место соотношение один к одному, т.е. один излучатель на зону и наоборот, либо каждой зоне может быть сопоставлено количество излучателей более одного.

Способность контроллера 20 управлять работой системы 10 зависит от находящихся под его управлением регулируемых компонентов, например клапанов, электродвигателей, насосов и т.д. В предпочтительных вариантах осуществления система 10 содержит соответствующие устройства для управления работой каждой зоны. В предпочтительном варианте осуществления эти устройства представляют собой насос с регулируемой скоростью или регулирующий клапан пропорционального действия.

На фиг. 2 показана предпочтительная конфигурация тепловой нагрузки 16, подходящая для использования с системой 10. Подающая и обратная линии трубопровода, в предпочтительном варианте - подающий 40 и обратный 42 коллекторы связаны с емкостью 12 и осуществляют вывод из этой емкости 12 и подачу в нее среды-теплоносителя. На фиг. 2 показан(а) только один главный подающий/обратный контур/коллектор, хотя очевидно, что может быть предусмотрено большее количество. Вообще говоря, к емкости 12 можно подключить несколько коллекторов посредством как глухого, так и интегрированного в емкость и/или удаленного соединения с подающей и обратной трубами подходящего диаметра и, если необходимо, с электрическим/электронным подключением.

Коллекторы 40, 42 связаны по меньшей мере с одним или, как правило, с несколькими контурами 44, каждый из которых содержит по меньшей мере один соответствующий излучатель 18. Каждый контур 44 обеспечивает циркуляцию потока жидкости от выхода подающей линии 46 емкости 12 до входа обратной линии 48 емкости 12. Каждый контур 44 содержит устройство (или связан с ним) для регулирования потока жидкости-теплоносителя к соответствующему(им) излучателю(ям) 18. В иллюстрируемом варианте осуществления устройство регулирования представляет собой соответствующий насос 22 для каждого контура 44. Каждый насос 22 может располагаться, например, в месте отвода потока из коллектора 40 к соответствующему контуру 44. В преимущественном варианте осуществления при работе каждого насоса 22 предусмотрена возможность регулирования потока жидкости-теплоносителя, подаваемой к соответствующему (им) излучателю(ям) 18. Для этого насос 22 может содержать регулирующий клапан пропорционального действия или иное устройство пропорционального регулирования. В альтернативном варианте осуществления (не показан на чертеже) насосы могут быть заменены соответствующим регулирующим клапаном пропорционального действия или иным устройством пропорционального регулирования, и в этом случае в основном подающем/обратном контуре может быть предусмотрен единственный насос для нагнетания среды-теплоносителя.

Насосы 22 или иные средства регулирования могут управляться раздельно контроллером 20 в соответствии с информацией о температуре, получаемой от одного или нескольких сопряженных с ним датчиков 26. В предпочтительном варианте осуществления каждому контуру 44 соответствует своя зона обогрева, так что насосы 22 или иные средства регулирования обеспечивают индивидуальное управление каждой зоны контроллером 22.

Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления в системе 10 предусмотрена возможность функционирования соответствующей замкнутой системы обратной связи применительно к каждому контуру 44 и, следовательно, к каждой зоне, с возможностью задания требуемой температуры в каждой зоне любым удобным способом (например, вручную самим пользователем и/или автоматически контролле

- 4 016524 ром 20 в зависимости, например, от других настроек или измерений в системе, таких как настройка термостата или измерения параметров окружающей среды), причем фактическое значение температуры изменяется соответствующим(и) датчиком(ами) 26, а насос 22 или иное устройство регулирования управляется в соответствии с сигналом рассогласования, определяющим разницу между заданным и фактическим значениями. Это обеспечивает сравнительно точное, плавное регулирование температуры в зонах и, следовательно, более эффективное использование системы обогрева 10.

Изобретение не ограничивается приведенными в данном описании вариантами осуществления, в которые могут быть внесены модификации или изменения без отступления от объема и сущности изобретения.

Claims (10)

1. Система (10) обогрева, содержащая по меньшей мере одно термочувствительное устройство (26) в форме беспроводного транспондера, отличающаяся тем, что упомянутое по меньшей мере одно термочувствительное устройство (26) выполнено с возможностью осуществления беспроводной связи по меньшей мере с одним коммуникационным узлом (30) ретрансляции, выполненным с возможностью связи с контроллером (20) через проводную линию, причем контроллер (20) выполнен с возможностью управления работой одного или нескольких устройств регулирования в зависимости от информации, получаемой от коммуникационного(ых) узла(ов) (30), и конкретное или каждое устройство регулирования способно управлять работой одного или нескольких теплоизлучателей (18).

2. Система по п.1, в которой термочувствительное устройство (26) представляет собой транспондер радиочастотной идентификации.

3. Система по одному из предшествующих пунктов, в которой упомянутое по меньшей мере одно термочувствительное устройство (26) имеет форму в основном плоской накладки.

4. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой при ее работе конкретное или каждое термочувствительное устройство (26) посылает конкретному или каждому узлу (30) ретрансляции информацию с указанием температуры, измеренной термочувствительным устройством (26) и предпочтительно уникальный идентификатор, однозначно определяющий соответствующее термочувствительное устройство (26).

5. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой упомянутый по меньшей мере один узел (30) ретрансляции включен в состав штепсельного модуля, который подходящим образом монтируется на/в стене, полу или потолке в помещении или строительной конструкции.

6. Система по п.5, в которой штепсельный модуль выполнен с возможностью соединения с источником электроэнергии, в частности с электрической сетью.

7. Система по п.6, в которой штепсельный модуль содержит электрическую штепсельную розетку, и/или антенный разъем, и/или разъем для подключения компьютера.

8. Система по одному из пп.5-7, в которой штепсельный модуль включает розеточную панель, а узел ретрансляции может быть встроен в эту панель либо установлен на ее обратной стороне.

9. Система по п.8, в которой конкретное или каждое устройство регулирования представляет собой или включает устройство регулирования потока, такое как регулирующий клапан пропорционального действия или аналогичное устройство, насос (22) или иное устройство с возможностью регулирования потока, например насос с регулируемой скоростью.

10. Система по п.8 или 9, дополнительно включающая несколько контуров (44) обогрева, каждый из которых содержит по меньшей мере один излучатель (18) и связан по меньшей мере с одним из упомянутых устройств регулирования и по меньшей мере с одним из упомянутых термочувствительных устройств, причем контроллер (20) способен управлять упомянутым по меньшей мере одним устройством регулирования в зависимости от разницы между сравниваемыми значениями температуры, измеренной термочувствительным(и) устройством(ами) (26), и заданной температуры.