GR1010083B - Μεθοδος λειτουργιας και ελεγχου συστηματος θερμανσης με ηλεκτρικα σωματα και διαταξη για την εφαρμογη της - Google Patents

Abstract

Η εφεύρεση αναφέρεται σε μία μέθοδο λειτουργίας και ελέγχου συστήματος θέρμανσης που επιτρέπει τοπικό, αλλά και απομακρυσμένο έλεγχο. Η εφεύρεση αφορά επίσης μία εγκατάσταση για την εφαρμογή αυτής της μεθόδου, η οποία αφορά σύστημα αποτελούμενο από ελεγκτή (2) και ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα (1). Η επικοινωνία ελεγκτή (2) - σωμάτων (1) γίνεται μέσω ραδιοσυχνοτήτων (LoRa), η επικοινωνία ελεγκτή (2) - χρήστη γίνεται μέσω ασύρματου internet (Wi-Fi) μέσω rooter (49) και cloud server (50) με έξυπνη συσκευή (51), στην οποία είναι εγκατεστημένη σχετική εφαρμογή (application), με δυνατότητα σύνδεσης σε Internet Of Things (IoT). Το κάθε θερμαντικό σώμα (1) μετράει τις θερμοκρασίες εισόδου αέρα, εξόδου αέρα και χώρου, υγρασία και CU2. Ο ελεγκτής (2) ανιχνεύει υγρασία και θερμοκρασία. Ανάλογα με τις τιμές και τη συσχέτιση των θερμοκρασιών, δίνεται μέσω triac (18) εντολή αυξομείωσης της ισχύος των σωμάτων (1) μέσω ενεργοποίησης ή απενεργοποίησης των ηλεκτρικών αντιστάσεων (14) σε κάθε σώμα. Υπάρχει δε και προστασία υπερθέρμανσης, όπως και αντιπαγετική προστασία και έναρξη λειτουργίας λόγω υγρασίας. Γίνεται διάγνωση βλαβών ενώ προγραμματίζονται σενάρια λειτουργίας μέσω της εφαρμογής (application) σε έξυπνη συσκευή, ρυθμίζοντας π.χ. την θερμοκρασία εισόδου του αέρα, τον αριθμό των ζωνών, τα θερμαντικά σώματα ανά ζώνη, τον χρόνο λειτουργίας κάθε σώματος κ.λ.π.

Description

ΜΕΘΟΔΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ

ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΩΜΑΤΑ

ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ

Η εφεύρεση αναφέρεται σε μία μέθοδο λειτουργίας και ελέγχου συστήματος θέρμανσης και ειδικότερα σε μία μέθοδο ελέγχου συστήματος θέρμανσης που επιτρέπει τόσο τοπικό έλεγχο, αλλά και απομακρυσμένο έλεγχο. Η εφεύρεση αφορά επίσης μία εγκατάσταση για την εφαρμογή αυτής της μεθόδου.

Τα έγγραφα ΕΡ0007080Α1 και FR289853A1 περιγράφουν μία μέθοδο και διάταξη κατανομής της ηλεκτρικής ισχύος σε ηλεκτρικές συσκευές και θερμαντικά σώματα αντίστοιχα, απλώς κυκλικά σε συγκεκριμένες χρονοθυρίδες. Και στις δύο παραπάνω μεθόδους προκύπτει το μειονέκτημα ότι δεν υπάρχει κάποιου είδους αυτοματισμός παρόμοιος με αυτόν της παρούσας εφεύρεσης, η οποία εξειδικεύεται σε σύστημα θέρμανσης, γίνεται δε ανίχνευση διαφόρων θερμοκρασιών με χρήση αισθητήρων, επικοινωνία με LoRa, Wi-Fi, ΙοΤ και άλλα χαρακτηριστικά. Διαφέρουν δηλαδή κατά πολύ με την παρούσα εφεύρεση.

Λογω συντομίας, παρακάτω, ο όρος 'ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα' θα εκφράζεται με τον όρο 'σώμα'. Υπάρχει ήδη διαθέσιμη μία μεγάλη ποικιλία συστημάτων θέρμανσης με σώματα. Η πλειοψηφία των συστημάτων αυτών σήμερα αποτελείται από μεμονωμένα σώματα, τα οποία είτε λαδιού, είτε θερμοπομποί, είτε θερμοσυσσωρευτές, τα οποία ελέγχονται μεμονωμένα. Κάποια από αυτά δεν ανιχνεύουν καν τη θερμοκρασία του χώρου. Υπάρχουν βέβαια και συστήματα με θερμοστάτη χώρου ο οποίος παρέχει κάποιου είδους τοπικό ή κεντρικό έλεγχο. Ο θερμοστάτης δύναται να είναι αναλογικός ή ψηφιακός, μηχανικός ή ηλεκτρονικός, απλός ή να διαθέτει προγράμματα ή να είναι 'έξυπνος'. Και πάλι, ο έλεγχος εναπόκειται στην καλή λειτουργία του θερμοστάτη, ο οποίος συνήθως έχει και το μεγαλύτερο κόστος. Τα σώματα που κυκλοφορούν στην αγορά, είναι κυρίως χαλύβδινα, φυσικής συναγωγής, χαμηλής αντοχής σε διάβρωση, μεγάλου βάρους, μεγάλης θερμοχωρητικότητας, με αποτέλεσμα να αργούν να φτάσουν την επιθυμητή θερμοκρασία, χαμηλότερης απόδοσης και κάνουν συνήθως πολύ θόρυβο λόγω συστολών-διαστολών. Υπάρχουν επίσης και σώματα εξαναγκασμένης συναγωγής ή σώματα κατασκευασμένα από αλουμίνιο, τα οποία όμως επίσης μειονεκτούν σε σχέση με το σύστημα της παρούσας εφεύρεσης, διότι λειτουργούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και αργούν να επιτύχουν την επιθυμητή θερμοκρασία χώρου. Άλλη κατηγορία σωμάτων που κυκλοφορούν στην αγορά είναι αυτά που περιέχουν διαθερμικό έλαιο, το οποίο θερμαίνεται, είναι μεν υψηλής απόδοσης αλλά πολύ υψηλού κόστους. Κυκλοφορούν και κάποια συστήματα με σώματα με σωλήνες λαδιού κάπως χαμηλότερου κόστους, οι οποίοι όμως δεν είναι καθόλου αξιόπιστοι. Στα ανωτέρω συστήματα προκαλούνται διαρροές λαδιού και κατά συνέπεια δυσάρεστες οσμές. Επιπρόσθετα, αυτή καθαυτή η κεντρική θέρμανση καθιστά δύσκολη τη ρύθμιση διαφορετικών θερμοκρασιών σε διαφορετικούς χώρους και για συγκεκριμένους χρόνους μέσα στο εικοσιτετράωρο. Υπάρχουν βέβαια και πιο σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής θέρμανσης τα οποία περιλαμβάνουν θερμοστάτη με ασύρματη επικοινωνία με τα σώματα, που ο έλεγχος να γίνεται μέσω εφαρμογής σε κινητό τηλέφωνο, τα οποία όμως εφαρμόζουν διαφορετικές μεθόδους λειτουργίας και ελέγχου από αυτήν την παρούσας εφεύρεσης και επίσης και η διάταξη για την εφαρμογή της μεθόδου είναι διαφορετική. Τα μειονεκτήματα των συστημάτων αυτών είναι ότι έχουν υψηλό κόστος, λειτουργούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, με αποτέλεσμα να καθυστερεί να επιτευχθεί η επιθυμητή θερμοκρασία, το μέγεθος σωμάτων είναι αρκετά μεγαλύτερο, δε φιλτράρουν τον εισερχόμενο αέρα και έχουν χαμηλότερη απόδοση και κατά συνέπεια υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας.

Επίσης δεν είναι εφικτή η λειτουργία συστημάτων με πολύ μεγάλο αριθμό σωμάτων ή/και με μεγάλη ή πολύ μεγάλη απόσταση των θερμαντικών σωμάτων με τον θερμοστάτη/ελεγκτή.

Ο σκοπός της παρούσας εφεύρεσης είναι να απαλείψει τα προαναφερθέντα μειονεκτήματα προσφέροντας μία μέθοδο ελέγχου συστήματος θέρμανσης με ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα που θα επιτρέψει στο χρήστη να λαμβάνει το επιθυμητό αποτέλεσμα θέρμανσης. Αυτός ο σκοπός επιτυγχάνεται με μία μέθοδο, η οποία διακρίνεται για τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα που έχουν απαριθμηθεί στις αξιώσεις 1-5, καθώς και από μία εγκατάσταση όπως αυτή που αξιώνεται στις αιώσεις 6-10. Αλλα πλεονεκτήματα της παρούσας εφεύρεσης, εκτός του ότι ειτυγχάνεται υψηλή απόδοση, άρα είναι δυνατόν τα σώματα να κατασκευαστούν σε διαστάσεις μικρότερες διαστάσεις από αυτές των σωμάτων εμπορίου, είναι μικρότερου βάρους, διότι διαθέτει εναλλάκτη θερμότητας κατασκευασμένο εξ ολοκήρου αλουμίνιο ή κράμα αλουμινίου ή χαλκό ή άλλο ελαφρύ μέταλλο, είναι υψηλής ποιότητας κατασκευής, πολύ ανθεκτικό σε διάβρωση δεδομένου οι εξωτερικές επιφάνειες είναι βαμμένες με ηλεκτροστατική βαφή. Επίσης λόγω των μεγάλων θερμοκρασιών διαθέτει μόνωση εσωτερικά της εμπρόσθιας επιφάνειας. Επίσης διαθέτει μόνωση εσωτερικά στις πλαϊνές καθώς και στην οπίσθια επιφάνεια. Επιπρόσθετα προσφέρει μεγάλη ευκολία στη βιομηχανική κατασκευή του, δεδομένου ότι η συναρμολόγησή του είναι πολύ εύκολη και η παραγωγή του επιδεκτική αυτοματοποιημένων τεχνικών παραγωγής (χρήση ρομποτικών μηχανημάτων), γεγονός που μειώνει το κόστος κατασκευής. Η τοποθέτηση φίλτρου στην εισαγωγή αέρα βοηθάει σε περίπτωση αλλεργιών. Όλα τα παραπάνω πλεονεκτήματα καθιστούν το σύστημα θέρμανσης της παρούσας εφεύρεσης και πιο ποιοτικό και πιο ανταγωγιστικό σε σχέση με τα υπόλοιπα συστήματα θέρμανσης με ηλεκτρικά σώματα που κυκλοφορούν στην αγορά. Επίσης η ισχύς στα θερμαντικά σώματα αυομειώνεται ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη, όπως στη λειτουργία ινβέρτερ.

Εκτός του ότι η μέθοδος λειτουργίας και ελέγχου συστήματος θέρμανσης, η οποία περιλαμβάνει διαχωρισμό των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων σε ομάδες και λειτουργία τους σε κύκλους συγκεκριμένου χρόνου η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι η αμφίδρομη επικοινωνία ελεγκτή (2) - ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων (1) γίνεται μέσω ραδιοσυχνοτήτων, η αμφίδρομη επικοινωνία ελεγκτή (2) - χρήστη γίνεται μέσω αύρματου internet (Wi-Fi) μέσω rooter (49) και cloud server (50) με έξυπνη συσκευή (51), στην οποία είναι εγκατεστημένη σχετική εφαρμογή (application), με σύνδεση σε Internet Of Things (ΙοΤ), είναι εξαιρετικά φιλική προς τον χρήστη, η μέθοδος περιλαμβάνει δε τις ακόλουθες ενέργειες σε συνδυασμό:

- ανίχνευση θερμοκρασίας χώρου (εισόδου αέρα στα θερμαντικά σώματα) - ανίχνευση θερμοκρασίας εξόδου αέρα στα θερμαντικά σώματα

- ορισμός επιθυμητής θερμοκρασίας χώρου

- ανάλογα με τις ανωτέρω τιμές και τη συσχέτισή τους, δίνεται εντολή αυξομείωσης της ισχύος των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων (1) μέσω ενεργοποίησης ή απενεργοποίησης των αντιστάσεων (14) σε κάθε ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα. Αν δε η θερμοκρασία του σώματος ξεπεράσει κάποιο όριο, η λειτουργία διακόπτεται αυτόματα (προστασία από υπερθέρμανση).

- γίνεται διάγνωση βλαβών (μέσω της ανωτέρω εφαρμογής)

- προγραμματίζονται σενάρια λειτουργίας μέσω της εφαρμογής (application) στο κινητό τηλέφωνο ή σε άλλη έξυπνη συσκευή, π.χ. τάμπλετ, ρυθμίζοντας π.χ την θερμοκρασία εισόδου του αέρα, τον αριθμό των ομάδων, τα θερμαντικά σώματα ανά ομάδα, τον χρόνο λειτουργίας κάθε σώματος κ.λ.π. και επιπλέον η διαχείριση των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων δύναται να γίνεται συνολικά, δηλαδή δύναται να δοθεί ηλεκτρική ισχύς σε όλα ταυτόχρονα (εάν είναι από 1 μέχρι 4). Επιπρόσθετα όταν η υγρασία ενός χώρου ανιχνεύεται από το αισθητήριο υγρασίας κάποιου εκ των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων (π.χ. στο μπάνιο), οπότε στην περίπτωση αυτή, το ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα του συγκεκριμένου χώρου μπορεί να ρυθμιστεί και να εκκινήσει αυτόματα για όσο διάστημα οριστεί από τον χρήστη. Υπάρχει δε η συνατότητα ρύθμισης από τον χρήστη της θερμοκρασία εξόδου του αέρα στο σώμα, στους 43°C, που είναι η μέγιστη θερμοκρασία για τη μη καύση της σκόνης. Τέλος, η λειτουργία των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων διαθέτει και λειτουργίες προστασίας, όπως αντιπαγετική προστασία, εάν η θερμοκρασία πέσει κάτω από ένα επίπεδο, π.χ. 5°C, η εγκατάσταση μπαίνει σε λειτουργία. Ενδεικτικά δεδομένα που μπορούμε να δούμε στην εφαρμογή, στο κινητό μας τηλέφωνο, είναι όλοι οι χώροι στους οποίους υπάρχουν θερμαντικά σώματα, καθώς και ο κεντρικός ελεγκτής του συστήματος, οι ενδείξεις θερμοκρασίας, υγρασίας, διοξειδίου του άνθρακα. Μπορούμε να εκκινήσουμε ή να σταματήσουμε τη λειτουργία κάποιου σώματος, να δούμε τις ώρες λειτουργίας, την κατανάλωση ενέργειας, τυχόν σφάλματα, να επιλέξουμε κάποιο σενάριο ή να κάνουμε δικά μας σενάρια λειτουργίας.

Η Εγκατάσταση, η οποία περιλαμβάνει μέσα για την εφαρμογή της μεθόδου αποτελείται από ελεγκτή, ο οποίος, εκτός των άλλων, φέρει πλακέτα LoRa, μικροελεγκτή με ενσωματωμένο Wi-Fi, αισθητήριο θερμοκρασίας, αισθητήριο υγρασίας, οθόνη, και τρία πλήκτρα, ενώ στην εγκατάσταση συμπεριλαμβάνεται ένα ή περισσότερα ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα, καθένα εκ των οποίων φέρει αισθητήρες θερμοκρασίας εισόδου και εξόδου του αέρα, υγρασίας, εναλλάκτη θερμότητας, κατασκευασμένο από παράλληλες μεταλλικές πλάκες, πλακέτα LoRa , μικροελεγκτή , φίλτρο εισερχόμενου αέρα, οθόνη και χειριστήρια μείωσης, έναρξης- παύσης, αύξησης καθώς και 4 triac καθένα απ τα οποία ενεργοποιεί τις αντιστάσεις για την αυξομείωση της ισχύος του σώματος. Επιπλέον η εμπρόσθια-πάνω μετώπη κάθε σώματος φέρει προαιρετικά εσωτερικά μόνωση. Επιπρόσετα το ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα φέρει προαιρετικά αισθητήρα διοξειδίου του άνθρακα και επίσης βεντιλατέρ, κάτω από τις αντιστάσεις, ενώ η λειτουργία τόσο των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων όσο και του ελεγκτή γίνεται προαιρετικά χειροκίνητα και όχι απομακρυσμένα.

Η μέθοδος της παρούσας εφεύρεσης ορίζει σενάρια λειτουργίας όπως παρακάτω, από τα οποία ο χρήστης μπορεί να επιλέξει όμως μπορεί να ορίσει και δικά του σενάρια λειτουργίας, μέσω εφαρμογής (application) στο κινητό του τηλέφωνο ή σε άλλα η έξυπνη συσκευή, π.χ. τάμπλετ, ρυθμίζοντας π.χ την θερμοκρασία εισόδου του αέρα, τον αριθμό των ζωνών, τα θερμαντικά σώματα ανά ζώνη, τον χρόνο λειτουργίας κάθε σώματος κ.λ.π. Παρακάτω αναφέρεται ένα παράδειγμα με 8 σώματα, αλλά σε πραγματικές εφαρμογές, ο αριθμός μπορεί να είναι και πολύ μεγαλύτερος, αλλάζοντας ταυτόχρονα οι αριθμοί που αναφέρονται κατωτέρω. Για λόγους κατανόησης διευκρινίζεται ότι η θερμοκρασία εξόδου αέρα μετριέται με αισθητήριο θερμοκρασίας στον εναλλάκτη θερμότητας που βρίσκεται στο επάνω μέρος του σώματος, ενώ ως θερμοκρασία χώρου νοείται η θερμοκρασία εισόδου αέρα στο θερμαντικό σώμα, η οποία γίνεται στο κάτω μέρος του σώματος. Τα στάνταρντ σενάρια είναι τα παρακάτω:

Σενάριο Βασικό (basic): Τα σώματα μοιράζονται σε 2 ομάδες των 4 σωμάτων. Δίνεται εντολή να λειτουργήσουν ταυτόχρονα ένα σώμα από κάθε ομάδα για χρόνο t με ενεργοποιημένες αντιστάσεις 2kW ανά σώμα κύκλος λειτουργίας). Λειτουργούν δηλαδή ταυτόχρονα ένα σώμα από κάθε ομάδα. Στο στάδιο αυτό, ολοκληρώνονται 4 κύκλοι λειτουργίας, σε συνολικό χρόνο 4t. Αν π.χ. ο χρόνος t οριστεί 3s, τότε ο συνολικός χρόνος είναι 41=3*4=12s. Οι τέσσερις κύκλοι εξακολουθούν να επαναλαμβάνονται έως η θερμοκρασία εξόδου αέρα κάποιου σώματος να φτάσει 100°C. Τότε, ενώ το σώμα αυτό λειτουργούσε με αντίσταση 2kW , συνεχίζει τη λειτουργία του μόνο με μία αντίσταση 1 kW. Αν η θερμοκρασία ανέβει κι άλλο, και φτάσει τους 102°C, η λειτουργία του συγκεκριμένου σώματος σταματάει εντελώς. Ο κύκλος λειτουργίας των 4 σωμάτων, συνεχίζεται, με το ρολόι να μετράει και στο σώμα που δε λειτουργεί. Ομοίως συμβαίνει και στα υπόλοιπα σώματα. Αν η θερμοκρασία στο συγκεκριμένο σώμα πέσει στους 98°C, ενεργοποιείται και πάλι η αντίσταση 1 kW. Αν τυχόν πέσει κι άλλο η θερμοκρασία, στους 95°C, τότε ενεργοποιείται και δεύτερη αντίσταση, οπότε λειτουργεί και πάλι με 2 kW. Ομοίως συμβαίνει και στα υπόλοιπα σώματα. Σε όποιο επιτευχθεί η θερμοκρασία, η ισχύς του μειώνεται, σταματάει εντελώς ή αυξάνεται. Η ισχύς δηλαδή, αυξομειώνεται ανάλογα με τις ανάγκες, όπως στη λειτουργία ινβέρτερ.

Σενάριο οικονομικό (economy): Είπαμε προηγουμένως ότι η κάθε ομάδα των 4 σωμάτων, λειτουργεί με 2kW , δηλαδή συνολικά 4kW στο σύνολο των 8 σωμάτων. Όταν η θερμοκρασία εξόδου αέρα φτάσει τους 80°C (σε περίπου 7 λεπτά), το σύστημα διατηρεί τη θερμοκρασία εξόδου αέρα σταθερή στους 75°C, το σύστημα λειτουργεί τότε με αντίσταση σώματος lkW.

Εξυπνο Σενάριο (smart):

Στάδιο 1: Τίθεται σε λειτουργία όταν η διαφορά επιθυμητής θερμοκρασίας και θερμοκρασίας χώρου είναι έως και 2°C έως η θερμοκρασία εξόδου αέρα φτάσει τους 70°C.

Στάδιο 2: Τίθεται σε λειτουργία όταν η διαφορά επιθυμητής θερμοκρασίας και θερμοκρασίας χώρου είναι από 3 έως 4°C έως η θερμοκρασία εξόδου αέρα φτάσει τους 80°C.

Στάδιο 3: Τίθεται σε λειτουργία όταν η διαφορά επιθυμητής θερμοκρασίας και θερμοκρασίας χώρου είναι από 5 έως 6°C. Στην ομάδα αυτή, το σύστημα της παρούσας εφεύρεσης δουλεύει ενεργοποιώντας αντιστάσεις των σωμάτων 2kW έως η θερμοκρασία εξόδου αέρα που μετράται στο αισθητήριο θερμοκρασίας φτάσει τους 100°C.

Στάδιο 4 (ταxείας θέρμανσης): Τίθεται σε λειτουργία όταν η διαφορά επιθυμητής θερμοκρασίας και θερμοκρασίας χώρου είναι μεγαλύτερη ή ίση των 7°C. Στην ομάδα αυτή, το σύστημα της παρούσας εφεύρεσης δουλεύει ενεργοποιώντας αντιστάσεις των σωμάτων 3kW έως η θερμοκρασία εξόδου αέρα φτάσει τους 120°C.

Ο ελεγκτής αποτελείται από μετασχηματιστή, πλακέτα LoRa, μικροελεγκτή τύπου esp32 με ενσωματωμένο Wi-Fi και Bluetooth, αισθητήριο θερμοκρασίας και αισθητήριο υγρασίας και επικοινωνεί ασύρματα με τα θερμαντικά σώματα μέσω LoRa, αλλά και μέσω ασύρματου internet (Wi-Fi) συνδέεται με rooter στέλνοντας τα δεδομένα σε cloud server και από κει σε κάποια έξυπνη συσκευή, όπως για παράδειγμα κινητό τηλέφωνο ή τάμπλετ, στην οποία είναι εγκατεστημένη εφαρμογή για το χειρισμό λειτουργίας και τον έλεγχο του συστήματος θέρμανσης με σώματα, στο οποίο εφαρμόζεται η μέθοδος της παρούσας εφεύρεσης. Οι επικοινωνίες είναι αμφίδρομες. Ο ελεγκτής δίνει εντολή στον μικροελεγκτή του κάθε σώματος να μπει σε λειτουργία. Ο χειρισμός του ελεγκτή μπορεί να γίνει είτε χειροκίνητα, είτε απομακρυσμένα από κάποιον υπολογιστή ή έξυπνο κινητό τηλέφωνο, στέλνοντας σήμα μέσω ίντερνετ στον ελεγκτή .

Ο μικροελεγκτής του κάθε σώματος, δίνει εντολή μέσω των κυκλωμάτων της ηλεκτρονικής πλακέτας να οπλίσει το triac και να τεθεί σε λειτουργία η αντίσταση. Το πόσα kW θα τεθούν σε λειτουργία εξαρτάται απο το σενάριο που εχει επιλεγεί. Εάν δεν εχει επιλεγεί κανένα σενάριο, τότε το σώμα εκκινεί με το βασικό (default). Ο ελεγκτής δίνει εντολή έναρξης και παύσης στα σώματα. Ο μικροελεγκτής δίνει εντολή για προκαθορισμένο χρόνο λειτουργίας (ενδεικτικά 3 δευτερόλεπτα, ο χρόνος όμως μπορεί να μεγαλώσει έως κάποια λεπτά της ώρας ανάλογα με τις ανάγκες του χώρου και μετά από δοκιμές) και μετά να κλείνει αυτόματα. Αυτό επαναλαμβάνεται συνεχώς σε όλα τα σώματα που είναι ενεργά. Ο μικροελεγκτής επιστρέφει συνεχώς πακέτα δεδομένων στον ελεγκτή, κάθε φορά που υπάρχει αλλαγή στα δεδομένα. Με τη σειρά του ο ελεγκτή μεταφέρει τα δεδομένα στο μέσω internet σε κάποιο σέρβερ.

Όταν ενα ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα τίθεται σε λειτουργία και λειτουργεί στην βασική ζώνη που είναι 2 ομάδες των 4 σωμάτων των 4 κύκλων των 2kW, τότε ενεργοποιούνται τα triac 2kW και μπαίνει σε λειτουργία η μια ηλεκτρική αντίσταση. Πάντα τίθεται σε λειτουργία η επάνω αντίσταση, αυτή που είναι και ποιο κοντά στα μέταλλα. Όταν η θερμοκρασία εξόδου αέρα φτάσει στους 100°C, τότε ο μικροελεγκτής δίνει εντολή να κλείσει η αντίσταση lkW και να λειτουργεί μόνο με την αντίσταση lkW. Σε αυτή τη φάση η θερμοκρασία παραμένει σχεδόν σταθερή. Αν όμως η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει, τότε θα κλείσει εντελώς η αντίσταση. Εαν αντιθέτως πέσει η θερμοκρασία κάτω από τους 98°C, θα τεθεί πάλι σε λειτουργία, πρώτα η αντίσταση των lkW. Αν αυτό δεν είναι αρκετό και η θερμοκρασία συνεχίζει να πέφτει, μόλις πέσει στους 95°C, τότε θα τεθεί σε λειτουργία ακόμη μία αντίσταση του 1 kW. Παρόμοια διαδικασία ακολουθείται και για τις άλλες ζώνες.

Σε μία παραλλαγή ο χρήστης ρυθμίζει τη θερμοκρασία εξόδου του αέρα στο σώμα στους 43°C, που είναι η μέγιστη θερμοκρασία για τη μη καύση της σκόνης. Λόγω του φίλτρου για τον εισερχόμενο αέρα, το σώμα της παρούσας εφεύρεσης, μπορεί να λειτουργήσει και σε υψηλότερες θερμοκρασίες, εάν όμως ο χρήστης το επιθυμεί, μπορεί να ρυθμίσει τη θερμοκρασία χαμηλότερα.

Σε μία παραλλαγή ο χρήστης επιλέγει να λειτουργήσει τα σώματα με εξαναγκασμένη κυκλοφορία του αέρα. Λόγω της μετάδοσης θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή, ο χώρος θερμαίνεται γρηγορότερα, λόγω όμως της γρηγορότερης απαγωγής της θερμότητας στον εναλλάκτη θερμότητας, οι θερμοκρασίες του αέρα στο θερμαντικό σώμα είναι χαμηλότερες, της τάξης 40-60°C.

Εάν επιθυμεί ο χρήστης μπορεί να κλειδώσει το θερμαντικό σώμα, το οποίο διαθέτει ηλεκτρονική κλειδαριά για τα παιδιά.

Υπάρχει επίσης αντιπαγετική προστασία. Εάν η θερμοκρασία πέσει κάτω από ένα επίπεδο, π.χ. 5°C, το σύστημα μπαίνει σε λειτουργία.

Επιπρόσθετα υπάρχει αυτόματο πολλαπλό κλείσιμο του συστήματος για λόγους ασφαλείας, π.χ. σε περίπτωση υπερθέρμανσης. Υπάρχει προκαθορισμένη θερμοκρασία κλεισίματος.

Οι θερμοκρασίες του συστήματος γενικά διατηρούνται σε ένα εύρος 0.8°C Υπάρχει η δυνατότητα ανάλογα με το αν είναι αυξημένη η ένδειξη υγρασίας ενός χώρου, π.χ. μπάνιο, το σώμα μπορεί να ρυθμιστεί και να εκκινήσει αυτόματα στο χώρο εκείνο για όσο διάστημα οριστεί από τον χρήστη.

Ενδεικτικά δεδομένα που μπορούμε να δούμε στην εφαρμογή, στο κινητό μας τηλέφωνο, είναι όλοι οι χώροι στους οποίους υπάρχουν θερμαντικά σώματα, καθώς και ο κεντρικός ελεγκτής του συστήματος, οι ενδείξεις θερμοκρασίας, υγρασίας, διοξειδίου του άνθρακα. Μπορούμε να εκκινήσουμε ή να σταματήσουμε τη λειτουργία κάποιου σώματος, να δούμε τις ώρες λειτουργίας, την κατανάλωση ενέργειας, τυχόν σφάλματα, να επιλέξουμε κάποιο σενάριο ή να κάνουμε δικά μας σενάρια λειτουργίας (π.χ. πολλές ομάδες των 2 σωμάτων στις οποίες τα 2 σώματα να λειτουργούν εναλλάξ). Η μέθοδος καθώς και το σύστημα, είναι συμβατά με έξυπνο σπίτι, καθώς παρέχεται η δυνατότητα λειτουργίας και μέσω ΙοΤ, τύπου alexa, με κατάλληλες φωνητικές εντολές με κατάλληλη παραμετροποίηση.

Το σχήμα 1 παρουσιάζει μια προοπτική όψη του συστήματος θέρμανσης με ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα και κεντρικό ελεγκτή της παρούσας εφεύρεσης τοποθετημένο σε χώρους κατοικίας.

Το σχήμα 2 δείχνει μια προοπτική μη συναρμολογημένη όψη ενός εκ των σωμάτων, στην οποία όψη φαίνονται τα διάφορα εξαρτήματα που τον αποτελούν, αλλά χωρίς επιμέρους λεπτομέρειες και απομακρυσμένα το ένα από το άλλο.

Το σχήμα 3 δείχνει μία προοπτική, μη συναρμολογημένη όψη του ελεγκτή του συστήματος θέρμανσης, στην οποία όψη φαίνονται τα διάφορα εξαρτήματα που τον αποτελούν, αλλά χωρίς επιμέρους λεπτομέρειες και απομακρυσμένα το ένα από το άλλο.

Το σχήμα 4 δείχνει μία προοπτική όψη της βάσης στήριξης που προσαρμόζεται στην οπίσθια πλευρά του σώματος, για τη στήριξή του στην τοιχοποιεία.

Το σχήμα 5α δείχνει μία λεπτομέρεια του σώματος και πιο συγκεκριμένα, μία προοπτική όψη του εναλλάκτη θερμότητας που βρίσκεται στο άνω μέρος του εσωτερικού θαλάμου του σώματος με τις βάσεις στήριξής του που βιδώνονται στο σώμα.

Το σχήμα 5β δείχνει μία προοπτική όψη εναλλακτικής κατασκευής του εναλλάκτη θερμότητας με τις αντίστοιχες βάσεις στήριξής του στο σώμα.

Το σχήμα 6 δείχνει συνοπτικά την ασύρματη επικοινωνία των σωμάτων με τον ελεγκτή και με την εφαρμογή που χρησιμοποιεί ο τελικός χρήστης.

Το σχήμα 7 δείχνει ένα διάγραμμα της μεθόδου λειτουργίας του συστήματος θέρμανσης με ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα και κεντρικό ελεγκτή της παρούσας εφεύρεσης.

Ένας τρόπος εφαρμογής της εγκατάστασης για την εφαρμογή της μεθόδου λειτουργίας και ελέγχου συστήματος θέρμανσης της παρούσας εφεύρεσης περιγράφεται με αναφορά στα σχέδια.

Το σχήμα 1 παρουσιάζει μια προοπτική όψη του συστήματος θέρμανσης με σώματα (1) και ελεγκτή (2) της παρούσας εφεύρεσης τοποθετημένο σε χώρους κατοικίας, όπου φαίνονται τα σώματα (1) και ο κεντρικός ελεγκτής (2).

Το σχήμα 2 δείχνει μια προοπτική μη συναρμολογημένη όψη ενός εκ των σωμάτων, όπου φαίνεται η εμπρόσθια-πάνω μετώπη (3), η οποία φέρει ορθογωνική οπή (4) και άνωθεν διάτρητο κάλυμμα (5), η οπίσθια-κάτω μετώπη (6), που φέρει το κάτωθεν διάτρητο κάλυμμα (7) και οπίσθια διάτρηση (8). Τα στοιχεία (3) και (6) είναι κατασκευασμένα από διαμορφωμένη μεταλλική λαμαρίνα. Στην τετραγωνική οπή (4) τοποθετείται πλακέτα (9) με οθόνη με ενδείξεις (10) και χειριστήρια τύπου κομβίου (11) μείωση, (12), άνοιγμα-κλείσιμο (13) αύξηση. Τοποθετούνται επίσης 4 αντιστάσεις (14) ανά ζεύγη (1+1 kW κάθε ζεύγος) .

Στο κάτω μέρος του σώματος (1) υπάρχει ηλεκτρονική πλακέτα (15), διαστάσεων περίπου 10x10cm που περιλαμβάνει μετασχηματιστή (16), μικροελεγκτή (17), 4 triac (18) - χρησιμοποιείται ένας για κάθε kW αντίστασης (14), πλακέτα τύπου LoRa(19) για ασύρματη μετάδοση ραδιοσυχνοτήτων τάξης μεγέθους από 433 έως 923 MHz για επικοινωνία με τον ελεγκτή (2). Η πλακέτα (15) φέρει επίσης αισθητήριο θερμοκρασίας (20) για να μετράει την θερμοκρασία εισόδου του αέρα, αισθητήριο υγρασίας (21) και αισθητήριο διοξειδίου του άνθρακα (22). Κάτω από την αντίσταση τοποθετείται προαιρετικά βεντιλατέρ (23). Χαμηλά υπάρχει επίσης κεραία ραδιοσυχνοτήτων (24). Πάνω από την αντίσταση (15) τοποθετείται εναλλάκτης θερμότητας (25), που φέρει αισθητήριο θερμοκρασίας εξόδου αέρα (26) και ο οποίος στηρίζεται στα στηρίγματα (27) και (28). Ανάλογα με το πλάτος των σωμάτων, τοποθετούνται διαφορετικού πλάτους αντιστάσεις (14) ή αντιστάσεις (14) η μία δίπλα στην άλλη και δύο βεντιλατέρ (23) το ένα δίπλα στο άλλο. Στο κάτω μέρος τοποθετείται εξωτερικά διακόπτης έναρξης- παύσης (29) και εσωτερικά προαιρετικά φίλτρο (30) εισερχόμενου αέρα.

Το σχήμα 3 δείχνει μια προοπτική μη συναρμολογημένη όψη του ελεγκτή (2), όπου φαίνονται τα επιμέρους εξαρτήματα, όπως μετασχηματιστής (31), πλακέτα LoRa (32), μικροελεγκτή τύπου esp32 (33) με ενσωματωμένο Wi-Fi και Bluetooth, αισθητήριο θερμοκρασίας (34) και αισθητήριο υγρασίας (35), πλακέτα με οθόνη (36) ενδείξεων, 3 πλήκτρα (37), (38), (39), τα οποία είναι είτε αφής, είτε διακόπτες εύκαμπτης μεμβράνης.

Το σχήμα 4 δείχνει μία προοπτική όψη της οπίσθιας πλευράς ηλεκτρικού θερμαντικού σώματος, όπου φαίνονται τα ελάσματα στήριξής του στην τοιχοποιεία. Στο σχήμα φαίνονται δύο μεταλλικά διαμορφωμένα ελάσματα (40) και (41) με οπές (42), τα οποία βιδώνονται στο θερμαντικό σώμα (1), και ένα τρίτο μεταλλικό διαμορφωμένο έλασμα, βάση (43), πάλι με οπές (44), για την στερέωσή του στην τοιχοποιεία. Η βάση (43) φέρει τερματική προεξοχή (45).

Το σχήμα 5α δείχνει σε προοπτική όψη τον εναλλάκτη θερμότητας (25) που βρίσκεται στο άνω μέρος του εσωτερικού θαλάμου (46) του ηλεκτρικού θερμαντικού σώματος (1) της παρούσας εφεύρεσης. Ο εναλλάκτης θερμότητας αποτελείται από παράλληλες μεταλλικές πλάκες (47), οι οποίες κατασκευάζονται από αλουμίνιο, αλλά δύναται να είναι και από χαλκό ή είτε από άλλο μέταλλο ή μεταλλικό κράμα, φαίνεται ότι οι πλάκες (47) του εναλλάκτη θερμότητας είναι τοποθετημένες παράλληλα με την εμπρόσθια μετώπη (3) του ηλεκτρικού θερμαντικού σώματος (1). φαίνεται επίσης το αριστερό (27) και το δεξί (28) στήριγμα του εναλλάκτη θερμότητας (25), στο καθένα από τα οποία εδράζεται ο εναλλάκτης θερμότητας (25). Μεταξύ των πλακών (47) και των στηριγμάτων (27) και (28) αντίστοιχα, τοποθετείται παρέμβυσμα (48), πλαστικό ή ελαστικό.

Στο σχήμα 5β φαίνεται μία εναλλακτική κατασκευή του εναλλάκτη θερμότητας (25), όπου οι παράλληλες μεταξύ τους πλάκες (47) είναι τοποθετημένες εγκάρσια με την εμπρόσθια μετώπη (3) του ηλεκτρικού θερμαντικού σώματος (1)·

Στο σχήμα 6 φαίνεται η ασύρματη επικοινωνία των σωμάτων (1) με τον ελεγκτή (2) και με την εφαρμογή που χρησιμοποιεί ο τελικός χρήστης επικοινωνεί ασύρματα με τα θερμαντικά σώματα μέσω LoRa, αλλά και μέσω ασύρματου internet (Wi-Fi) συνδέεται με rooter (49) στέλνοντας τα δεδομένα σε cloud server (50) και από κει σε κάποια έξυπνη συσκευή (51), όπως για παράδειγμα κινητό τηλέφωνο ή τάμπλετ, στην οποία είναι εγκατεστημένη εφαρμογή για το χειρισμό λειτουργίας και τον έλεγχο του συστήματος θέρμανσης με σώματα, στο οποίο εφαρμόζεται η μέθοδος της παρούσας εφεύρεσης.

Το σχήμα 7 δείχνει ένα διάγραμμα της μεθόδου λειτουργίας και ελέγχου του συστήματος θέρμανσης με σώματα και ελεγκτή της παρούσας εφεύρεσης. Ενδεικτικά περιγράφεται για ένα σύστημα ενός ελεγκτή (2) και 8 σωμάτων (1).

Claims (10)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Μέθοδος λειτουργίας και ελέγχου συστήματος θέρμανσης, η οποία περιλαμβάνει διαχωρισμό των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων σε ομάδες και λειτουργία τους σε κύκλους συγκεκριμένου χρόνου και χαρακτηρίζεται από το ότι η αμφίδρομη επικοινωνία ελεγκτή (2) - ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων (1) γίνεται μέσω ραδιοσυχνοτήτων, η αμφίδρομη επικοινωνία ελεγκτή (2) - χρήστη γίνεται μέσω ασύρματου internet (Wi-Fi) μέσω rooter (49) και cloud server (50) με έξυπνη συσκευή (51), στην οποία είναι εγκατεστημένη σχετική εφαρμογή (application), με σύνδεση σε Internet Of Things (ΙοΤ), η μέθοδος περιλαμβάνει δε τις ακόλουθες ενέργειες σε συνδυασμό:

- ανίχνευση θερμοκρασίας χώρου (εισόδου αέρα στα θερμαντικά σώματα) - ανίχνευση θερμοκρασίας εξόδου αέρα στα θερμαντικά σώματα

- ορισμός επιθυμητής θερμοκρασίας χώρου

- ανάλογα με τις ανωτέρω τιμές και τη συσχέτισή τους, δίνεται εντολή αυξομείωσης της ισχύος των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων (1) μέσω ενεργοποίησης ή απενεργοποίησης των αντιστάσεων (14) σε κάθε ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα. Αν δε η θερμοκρασία του σώματος ξεπεράσει κάποιο όριο, η λειτουργία διακόπτεται αυτόματα (προστασία από υπερθέρμανση).

- γίνεται διάγνωση βλαβών (μέσω της ανωτέρω εφαρμογής)

- προγραμματίζονται σενάρια λειτουργίας μέσω της εφαρμογής (application) στο κινητό τηλέφωνο ή σε άλλη έξυπνη συσκευή, π.χ. τάμπλετ, ρυθμίζοντας π.χ την θερμοκρασία εισόδου του αέρα, τον αριθμό των ομάδων, τα θερμαντικά σώματα ανά ομάδα, τον χρόνο λειτουργίας κάθε σώματος κ.λ.π.

2. Μέθοδος, σύμφωνα με την αξίωση 1, που χαρακτηρίζεται από το ότι η διαχείριση των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων γίνεται συνολικά, δηλαδή δύναται να δοθεί ηλεκτρική ισχύς σε όλα ταυτόχρονα (εάν είναι από 1 μέχρι 4)

3. Μέθοδος, σύμφωνα με την αξίωση 1, που χαρακτηρίζεται από το ότι η υγρασία ενός χώρου ανιχνεύεται από το αισθητήριο υγρασίας κάποιου εκ των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων (π.χ. στο μπάνιο), οπότε στην περίπτωση αυτή, το ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα του συγκεκριμένου χώρου μπορεί να ρυθμιστεί και να εκκινήσει αυτόματα για όσο διάστημα οριστεί από τον χρήστη.

4. Μέθοδος, σύμφωνα με την αξίωση 1, που χαρακτηρίζεται από το ότι ενδεικτικά δεδομένα που μπορούμε να δούμε στην εφαρμογή, στο κινητό μας τηλέφωνο, είναι όλοι οι χώροι στους οποίους υπάρχουν θερμαντικά σώματα, καθώς και ο κεντρικός ελεγκτής του συστήματος, οι ενδείξεις θερμοκρασίας, υγρασίας, διοξειδίου του άνθρακα. Μπορούμε να εκκινήσουμε ή να σταματήσουμε τη λειτουργία κάποιου σώματος, να δούμε τις ώρες λειτουργίας, την κατανάλωση ενέργειας, τυχόν σφάλματα, να επιλέξουμε κάποιο σενάριο ή να κάνουμε δικά μας σενάρια λειτουργίας.

5. Μέθοδος, σύμφωνα με την αξίωση 1, που χαρακτηρίζεται από το ότι η λειτουργία των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων διαθέτει και λειτουργίες προστασίας, όπως αντιπαγετική προστασία, εάν η θερμοκρασία πέσει κάτω από ένα επίπεδο, π.χ. 5°C, η εγκατάσταση μπαίνει σε λειτουργία.

6. Εγκατάσταση η οποία περιλαμβάνει μέσα για την εφαρμογή της μεθόδου σύμφωνα με την αξίωση 1, που χαρακτηρίζεται από το ότι αποτελείται: α) από ελεγκτή (2), ο οποίος, εκτός των άλλων, φέρει πλακέτα LoRa (32), μικροελεγκτή με ενσωματωμένο Wi-Fi (33) αισθητήριο θερμοκρασίας (34), αισθητήριο υγρασίας (35), οθόνη (36) και τρία πλήκτρα (37), (38), (39) β) από ένα ή περισσότερα ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα (1), καθένα εκ των οποίων φέρει αισθητήρες θερμοκρασίας εισόδου (20) και εξόδου (26) του αέρα, υγρασίας (21), εναλλάκτη θερμότητας (25) κατασκευασμένο από παράλληλες μεταλλικές πλάκες (47), πλακέτα LoRa (19), μικροελεγκτή (17), φίλτρο εισερχόμενου αέρα (30) , οθόνη (10) και χειριστήρια (11) μείωση, (12) έναρξη-παύση, (13) αύξηση καθώς και 4 triac (18) καθένα απ τα οποία ενεργοποιεί τις αντιστάσεις (14) για την αυξομείωση της ισχύος του σώματος.

7. Εγκατάσταση, σύμφωνα με την αξίωση 6, που χαρακτηρίζεται από το ότι η εμπρόσθια-πάνω μετώπη (3) φέρει προαιρετικά εσωτερικά μόνωση.

8. Εγκατάσταση, σύμφωνα με την αξίωση 6, που χαρακτηρίζεται από το ότι το ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα (1) φέρει αισθητήρα διοξειδίου του άνθρακα

9. Εγκατάσταση, σύμφωνα με την αξίωση 6, που χαρακτηρίζεται από το ότι το ηλεκτρικό θερμαντικό σώμα (1) φέρει προαιρετικά βεντιλατέρ (23), κάτω από τις αντιστάσεις (14)

10. Εγκατάσταση, σύμφωνα με την αξίωση 6, που χαρακτηρίζεται από το ότι η λειτουργία των ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων (1) και του ελεγκτή (2) γίνεται προαιρετικά χειροκίνητα και όχι απομακρυσμένα