PL219637B1

PL219637B1 - Installation of domestic water with solar panel

Info

Publication number: PL219637B1
Application number: PL398454A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Płaska; Wojciech Płaska
Original assignee: Lubelska Polt; Univ Przyrodniczy W Lublinie
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2015-06-30
Also published as: PL398454A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do podgrzewania wody użytkowej z panelem solarnym.The subject of the invention is an installation for heating utility water with a solar panel.

Znana jest z opisu patentowego US 5823177 instalacja do bezpośredniego podgrzewania wody użytkowej dla gospodarstwa domowego, w której wykorzystuje się jako źródło ciepła panele solarne. Idea wynalazku polega na zastosowaniu dwóch zbiorników, z których jeden wykorzystywany jest do przechowywania zimnej wody a drugi zbiornik izolowany termicznie służy do gromadzenia podgrzanej wody w podgrzewaczu solarnym. Woda zimna ze zbiornika górnego z zimną wodą przepływa przez panel solarny, skąd już podgrzana rurą przepływa do dolnego zbiornika na wodę podgrzaną. Zbiorniki górny i dolny połączone są ze sobą rurą powietrzną, której króćce umieszczone są w górnych pokrywach zbiorników górnego i dolnego. Zbiornik górny napełniany jest wodą co powoduje otwarcie zaworu regulacyjnego po osiągnięciu pewnej objętości w zbiorniku i przepływ wody przez kolektor solarny. Nagrzana woda spływa rurą odprowadzającą do izolowanego zbiornika dolnego, w którym ustala się poziom wody i ciśnienia, co powoduje wypływ ciepłej wody użytkowej do odbiorników. Ponadto instalacja zawiera urządzenia do odpowietrzania instalacji.A system for direct heating of domestic water, which uses solar panels as a heat source, is known from US Patent No. 5,823,177. The idea of the invention consists in the use of two tanks, one of which is used to store cold water and the other thermally insulated tank is used to store heated water in a solar heater. Cold water from the upper reservoir with cold water flows through the solar panel, from where the already heated pipe flows to the lower heated water reservoir. The upper and lower tanks are connected with each other by an air pipe, the stub pipes of which are placed in the upper covers of the upper and lower tanks. The upper tank is filled with water, which causes the control valve to open after reaching a certain volume in the tank and water flow through the solar collector. The heated water flows down the drain pipe to the insulated bottom tank, where the water level and pressure are set, which causes the outflow of domestic hot water to the receivers. In addition, the installation includes devices for venting the installation.

W alternatywnym rozwiązaniu przedstawionym w tym samym patencie przedstawiono instalację do podgrzewania wody użytkowej, w której zastosowano izolowany zbiornik, w którym utworzono dwie strefy dolną na wodę zimną z instalacji wodociągowej. Pomiędzy strefami znajduje się tłok z zaworem nad którym znajduje się strefa ciepłej wody. Działanie instalacji jest podobne do wcześniej opisanej z tą różnicą, że nie istnieje tutaj poduszka powietrzna. Woda z instalacji wodociągowej napełnia zbiornik podnosząc tłok i wpływa jednocześnie poprzez zawór rurą do panelu solarnego, gdzie ulega podgrzaniu i spływa do zbiornika po drugiej stronie tłoka. Po wyrównaniu się ciśnień w zbiorniku po obu stronach tłoka woda podgrzana może być użyta i wypływa do instalacji domowej poprzez króciec umieszczony w górnej pokrywie zbiornika. W sytuacji, gdy pobór wody ciepłej jest duży lub gdy źródło ciepła jest słabe tłok w zbiorniku osiąga swoje maksymalne górne położenie co powoduje otwarcie zaworu umieszczonego w tłoku powodując tym samym przepływ wody zimnej do instalacji.In an alternative embodiment presented in the same patent, a utility water heating installation is provided in which an insulated tank is used, in which two lower zones are created for cold water from the water supply. Between the zones there is a piston with a valve above which there is a hot water zone. The operation of the installation is similar to the one described above, except that there is no airbag. Water from the plumbing system fills the tank lifting the piston and flows through the valve through the pipe to the solar panel, where it is heated and flows into the tank on the other side of the piston. After the pressure in the tank is equalized on both sides of the piston, the heated water can be used and flows out to the domestic installation through a connector located in the upper cover of the tank. In a situation where hot water consumption is large or when the heat source is weak, the piston in the tank reaches its maximum upper position, which opens the valve located in the piston, thus causing cold water to flow to the installation.

Znany jest z opisu patentowego WO2010/092311 system dystrybucji wody do instalacji domowej, w którym źródłem ciepła jest instalacja solarna, kocioł grzewczy lub pompa ciepła. W rozwiązaniu tym zastosowano zbiornik na ciepłą wodę z poduszką powietrzną, którego górna pokrywa ma króciec powietrzny połączony rurą ze zbiornikiem ciśnieniowym poprzez zawory. Powietrze w zbiorniku ciśnieniowym uzupełniane jest przez sprężarkę. Działanie systemu polega na tym, że ciepła woda napływa do zbiornika na ciepłą wodę i wypełnia go do momentu osiągnięcia określonego ciśnienia poduszki powietrznej. Następnie woda przepływa do instalacji odbiorczej poprzez pompę umieszczoną na króćcu wylotowym. Nie wykorzystana woda ciepła jest zawracana do zbiornika ciepłej wody poprzez króciec umieszczony w dnie zbiornika. Ponadto ubytki powietrza w zbiorniku na ciepłą wodę uzupełniane są ze zbiornika ciśnieniowego poprzez system zaworów sterowanych sterownikiem.Known from WO2010 / 092311 is a water distribution system for a domestic installation in which the heat source is a solar installation, a heating boiler or a heat pump. In this solution, a hot water tank with an air cushion was used, the top cover of which has an air connector connected to the pressure tank by valves. The air in the pressure tank is supplemented by the compressor. The way the system works is that hot water flows into the hot water tank and fills it until the specified air cushion pressure is reached. Then the water flows to the receiving installation through a pump located on the outlet stub. Unused hot water is returned to the hot water tank through a stub pipe at the bottom of the tank. In addition, air losses in the hot water tank are supplemented from the pressure tank through a system of valves controlled by the controller.

W opisie tym przedstawiono również rozwiązania przedstawiające system dystrybucji gorącej wody pod ciśnieniem ze znanego stanu techniki, w których woda przechowywana w wieży ciśnień zasila zbiornik wody stale wypełniony. Zbiornik ten posiada ogrzewanie za pomocą znanego urządzenia, a zimna woda jest podawana od dna zbiornika, ciepła woda jest pobierana z góry, zgodnie z zasadą stratyfikacji termicznej. Zbiornik jest zasilany zimną wodą pod ciśnieniem, zwykle co najmniej 400 kPa. Pompa zapewnia dystrybucję ciepłej wody do sieci odbiorczej. W takim systemie, mieszanina ciepłej i zimnej wody w zbiorniku powoduje straty cieplne, stratyfikacja termiczna wewnątrz zbiornika ciepłej wody jest wysoce niewystarczająca, czasami nawet może zniknąć, gdy duże ilości ciepłej wody są usuwane ze zbiornika.This description also describes solutions representing a prior art pressurized hot water distribution system in which water stored in a water tower feeds a continuously filled water tank. The tank is heated by a known device, and cold water is fed from the bottom of the tank, warm water is taken from above according to the principle of thermal stratification. The tank is fed with pressurized cold water, usually at least 400 kPa. The pump distributes hot water to the receiving network. In such a system, the mixture of hot and cold water in the tank causes heat loss, thermal stratification inside the hot water tank is highly insufficient, sometimes it may even disappear when large amounts of hot water are removed from the tank.

Drugi system dystrybucji gorącej wody pod ciśnieniem znany ze stanu techniki, przedstawia zbiornik ciepłej wody pod ciśnieniem atmosferycznym, który jest częściowo wypełniony powietrzem. W takim systemie, pompa dozująca jest umieszczona poniżej zbiornika ciepłej wody. W systemie tym, pompa zużywa bardzo istotną ilość energii, rzędu 2:3 kJ/kg wody w obiegu.The second pressurized hot water distribution system known in the art shows an atmospheric hot water tank that is partially filled with air. In such a system, the dosing pump is placed below the hot water tank. In this system, the pump consumes a very significant amount of energy, on the order of 2: 3 kJ / kg of circulating water.

Istotą instalacji do podgrzewania wody użytkowej z panelem solarnym, składającej się z co najmniej jednego panelu solarnego , którego wężownica umieszczona jest w zbiorniku na ciepłą wodę oraz zestawu rur i zaworów doprowadzających i odprowadzających wodę do instalacji domowej, jest to, że składa się z izolowanego cieplnie zbiornika, wewnątrz którego umieszczona jest wężownica panelu solarnego, który ma wewnątrz umieszczoną przeponę związaną na trwale ze ścianą boczną zbiornika i z którą trwale związana jest dennica o wymiarach zewnętrznych nieco mniejszych niż otwór wewnętrzny zbiornika, do której przylega sprężyna naciskowa połączona poprzezThe essence of the utility water heating installation with a solar panel, consisting of at least one solar panel, the coil of which is placed in the hot water tank, and a set of pipes and valves supplying and discharging water to the domestic installation, is that it consists of a heat-insulated of the tank, inside which the solar panel coil is placed, which has a diaphragm inside permanently connected to the side wall of the tank and to which the bottom is permanently connected, with external dimensions slightly smaller than the internal opening of the tank, to which a pressure spring is attached, connected by

PL 219 637 B1 trzpień z zespołem napędowym, na którego obwód sterujący wprowadzony jest sygnał ze sterownika przetwarzający sygnały z czujnika temperatury wody w zbiorniku i z czujnika temperatury czynnika wychodzącego z panelu solarnego, przy czym zbiornik zasilany jest z instalacji wodociągowej poprzez zawór.A mandrel with a drive unit, on the control circuit of which a signal from the controller is introduced, which processes signals from the water temperature sensor in the tank and from the temperature sensor of the medium coming out of the solar panel, the tank being supplied from the water supply through a valve.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest znaczące polepszenie funkcjonowania instalacji w okresach niedoboru mocy dostarczanej przez panel solarny, co w znanych rozwiązaniach o stałej masie wody nie występuje i jego brak prowadzi do obniżenia lub nadmiernego niekontrolowanego przez użytkownika zmian temperatury wody. Zbyt niska nie akceptowalna przez użytkownika temperatura podgrzewanej wody, mimo praktycznie znaczącej dla istotnie mniejszej masy wody sprawia, że użytkownicy są zmuszeni do wyłączenia i zaprzestania wykorzystywania znanych, tradycyjnych urządzeń podgrzewających wodę. Tej wady nie posiada zastrzegane rozwiązanie i opisany sposób działania umożliwia: bardziej efektywne wykorzystanie urządzenia w okresach niedoboru mocy, co ma miejsce w okresach wiosennych i jesiennych, podniesienie jakości procesu podgrzewania wody przez zapewnienie stabilizacji jej temperatury.The advantageous effect of the invention is a significant improvement in the operation of the installation during periods of power shortage provided by the solar panel, which in the known solutions with constant water mass does not occur and its absence leads to a reduction or excessive water temperature changes that are uncontrolled by the user. Too low, unacceptable by the user temperature of the heated water, despite the fact that the mass of water is practically significant for a significantly lower mass, causes that users are forced to turn off and stop using the known, traditional water heating devices. The claimed solution does not have this disadvantage and the described method of operation enables: more effective use of the device in periods of power shortage, which takes place in spring and autumn periods, improvement of the quality of the water heating process by ensuring its temperature stabilization.

Instalacja została przedstawiona w przykładzie wykonania na schematycznym rysunku.The installation is shown in the embodiment in the schematic drawing.

Instalacja służy do podgrzewania wody dla potrzeb użytkowych, w którym energia cieplna dostarczana jest przez wężownicę 10a panelu 10 solarnego. Instalacja jest wykonana w postaci zamkniętego zbiornika 1 ciśnieniowego, do którego doprowadzana jest woda z instalacji 11 wodociągowej poprzez zawór Z1 i przewód 12 rurowy. Podgrzana w zbiorniku 1 woda WC dostarczana jest do instalacji domowej przez przewód 13 rurowy.The installation serves to heat water for utility purposes, in which heat energy is supplied by the coil 10a of the solar panel. The installation is made in the form of a closed pressure vessel 1 to which water is supplied from the water supply system 11 through the valve Z1 and the conduit 12. The toilet water heated in tank 1 is supplied to the domestic installation through a 13-pipe line.

Instalacja do podgrzewania wody użytkowej WC zbudowana jest w postaci zamkniętego zbiornika 1 ciśnieniowego, w którym zastosowano sztywną dennicę 3 zawieszoną na przeponie 2. Dennica 3 może się przemieszczać do dołu lub do góry osiągając skrajne dolne położenie k1 określone przez czujnik wbudowany w dennicę 3 współpracującą z zewnętrznym liniałem 15 lub górne położenie k2 określone przez czujnik 14. Do przemieszczania dennicy 3 służy zespół 6 napędzający korzystnie elektryczny serwonapęd. Dennica 3 połączona jest z trzpieniem 5 zespołu 6 napędzającego w postaci serwonapędu za pomocą sprężyny naciskowej 4.The installation for heating domestic hot water is built in the form of a closed pressure tank 1, in which a rigid bottom 3 suspended on the diaphragm 2 is used. The bottom 3 can move downwards or upwards reaching the bottom extreme position k1 defined by a sensor built into the bottom 3 cooperating with with an external ruler 15 or the upper position k2 determined by the sensor 14. The bottom plate 3 is moved by means of a device 6 driving, preferably an electric actuator. The bottom 3 is connected to the pin 5 of the driving unit 6 in the form of a servo drive by means of a compression spring 4.

Dla potrzeb sterowania mierzone są: temperatura Tk czynnika grzewczego panelu 10 solarnego z pomocą termometru 9, temperatura Tw podgrzewanej w zbiorniku 1 wody za pomocą czujnika 8 oraz położenia górne k2 i dolne k1 dennicy 3, z których sygnały podawane są na sterownik 7. Funkcjonowanie zbiornika 1 ciepłej wody użytkowej WC może rozpocząć się, gdy temperatura Tk czynnika grzewczego panelu 10 solarnego jest znacznie wyższa od minimalnej wartości zadanej przez użytkownika temperatury Tomin podgrzewanej wody Tk>>Tomin. Zazwyczaj w takim przypadku ruchoma dennica 3 znajduje się w skrajnym, dolnym położeniu k1 a objętość podgrzanej wody posiada wartość minimalną o masie Mw_min. Początkowa temperatura Tw jest równa temperaturze Tz wody zasilającej i jest mniejsza od temperatury zadanej Tomin:Tw=Tz<Tomin. Opisany stan uruchamia podgrzewający panel 10 solarny i w wyniku dostarczonej przez wężownicę 10a energii cieplnej temperatura Tw podgrzewanej wody WC wzrasta. Jeżeli temperatura wody Tw osiągnie wartość zadaną Tw=To_min, a temperatura Tk przekracza o ATk wartość To_min, a kolejna wartość temperatury To1>To_min zadanej, wynosi To1=To_min + ATo i ATk>ATo, to stosownie do wybranej przez użytkownika opcji układ sterowania powoduje: zmiany wartości zadanej To jaką ma aktualnie osiągnąć podgrzewana woda na wartość: To=To1>Tomiin i wówczas poprzednia objętość wody podgrzewana jest do ustawionej zadanej wartości temperatury To1 aż do osiągnięcia stanu Tw=To1. Działanie takie może być powtarzane aż do stanu, gdy wartość zadana To osiągnie możliwą do uzyskania wartość zadaną To=Tomax.For control purposes, the following are measured: temperature Tk of the heating medium of the solar panel 10 with the help of the thermometer 9, temperature Tw of the water heated in the tank 1 by the sensor 8 and the upper k2 and lower k1 positions of the bottom 3, the signals from which are sent to the controller 7. Tank operation 1 of the domestic hot water WC can start when the temperature Tk of the solar panel 10 heating medium is significantly higher than the minimum value set by the user of the temperature Tomin of heated water Tk >> Tomin. Usually, in such a case, the movable bottom 3 is in the lower extreme position k1 and the volume of heated water has a minimum value of Mw _min . The initial temperature Tw is equal to the temperature Tz of the supply water and is lower than the set temperature Tomin: Tw = Tz <Tomin. The described state activates the heating solar panel 10 and as a result of the thermal energy supplied by the coil 10a, the temperature T1 of the heated water WC increases. If the water temperature Tw reaches the set value Tw = To _min , and the temperature Tk exceeds the value of To _min by ATk, and the next temperature value To1> To _{min of the} set temperature is To1 = To _min + ATo and ATk> ATo, then according to the user selected of the option, the control system causes: changes of the set value To which the heated water is to achieve to the value: To = To1> Tomiin and then the previous volume of water is heated to the set temperature setpoint To1 until the state Tw = To1 is reached. This operation may be repeated until the setpoint To reaches the achievable setpoint To = Tomax.

Claims

Installation for domestic hot water heating with a solar panel, consisting of at least one solar panel, the coil of which is placed in the hot water tank, and a set of pipes and valves supplying and discharging water to the domestic installation, characterized by the fact that it consists of a heat-insulated tank (1), inside which the coil (10a) of the solar panel (10) is placed, which has a diaphragm (2) inside, permanently connected to the side wall of the tank (1) and with which the bottom head (3) with slightly smaller external dimensions is permanently attached than the inner opening of the tank (1), to which the spring (4) rests na4

The pressure plate is connected through a spindle (5) with a servo drive (6), on the control circuit of which a signal is introduced from the controller (7) processing signals from the sensor (8) of water (WC) temperature in the tank (1) and from the sensor ( 9) temperature Tk of the medium coming out of the solar panel (10), where the tank (1) is supplied from the water supply system (11) through the valve (Z1).