PL229365B1 - Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze-woda - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy układu wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze - woda, zawierającego spiralny grzewczy elektryczny kabel, charakteryzującego się tym, że mocowany jest do wewnętrznej powierzchni wlotowej rury (6) powietrza pompy cieplnej (7) powietrze - woda pod warstwą termicznej izolacji (8) i ma postać rusztowania (2), wykonanego ze stalowego drutu o średnicy nie większej niż 3 mm, na którym osadzony jest spiralnie grzewczy elektryczny kabel (3) zakończony wtyczką (5), przy czym średnica rusztowania (2) i grzewczego kabla (3) na wlocie powietrza dolotowego do wlotowej rury (6) jest mniejsza niż średnica rusztowania (2) i grzewczego kabla (3) na połączeniu wlotowej rury (6) z pompą cieplną (7).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze-woda, mający zastosowanie zwłaszcza w domowych instalacjach PC - pomp ciepła, a także w instalacjach PV-PC - układów fotowoltaicznych połączonych z pompami ciepła.

Z opisu ochronnego CN204063550 znane jest urządzenie do usuwania pyłu gorącym powietrzem, zawierające spiralny element do podgrzewania powietrza umieszczony w kanale powietrznym pomiędzy komorą grzewczą i zewnętrzną tuleją.

Z opisu ochronnego CN203163236 znane jest urządzenie do podgrzewania gazu składające się z obudowy, elementów grzejnych w postaci spiralnych żeber oraz warstwy izolacji cieplnej.

Także z opisu patentowego CN102206820 znane jest urządzenie do podgrzewania gazu składające się z obudowy, rury wlotu powietrza, rury wylotu powietrza, warstwy izolacji cieplnej oraz spiralnego elementu grzejnego, którego końce połączone są z linią elektryczną.

Z opisu patentowego GB633284 znany jest elektryczny podgrzewacz, który wyposażony jest w biegnący pionowo zwinięty drut oporowy zamontowany na ramie zwężającej się od dolnej do górnej części podgrzewcza. Podziałka zwojów zwiększa się od dolnej do górnej części, zmniejszając nierównomierne nagrzewanie drutu oporowego. Rama jest przymocowana do górnej obudowy i może swobodnie poruszać się w kierunku wzdłużnym ze względu na rozszerzenie w dolnej części obudowy.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego 350693 znany jest zespół do zmiany temperatury powietrza podczas wentylacji budynków, mający zastosowanie do wstępnego podgrzewania lub schładzania powietrza przy wentylowaniu budynków w okresie zimowym, charakteryzujący się tym, że stanowi go usytuowany pod ziemią, korzystnie poniżej strefy zamarzania wymiennik ciepła, będący rurą, wewnątrz której spiralnie osadzona jest rura mająca wlot powyżej poziomu gruntu i wylot w postaci rury usytuowanej centralnie wewnątrz spirali, połączonej z elementem nawiewowym budynku.

Celem wynalazku jest zapewnienie utrzymania temperatury dolotowego powietrza do pompy cieplnej powietrze-woda oraz zapewnienie dostarczenia do pompy cieplnej powietrze-woda powietrza o odpowiedniej temperaturze w przypadku chłodnej pory roku czy też wychładzania pomieszczeń, konieczne dla sprawnej pracy pompy cieplnej powietrze-woda.

Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze-woda zawierający spiralny grzewczy elektryczny kabel charakteryzuje się według wynalazku tym, że mocowany jest do wewnętrznej powierzchni wlotowej rury powietrza pompy cieplnej powietrze-woda pod warstwą termicznej izolacji i ma postać rusztowania wykonanego ze stalowego drutu o średnicy nie większej niż 3 mm, na którym osadzony jest spiralnie grzewczy elektryczny kabel zakończony wtyczką, przy czym średnica rusztowania i grzewczego kabla na wlocie powietrza dolotowego do wlotowej rury jest mniejsza niż średnica rusztowania i grzewczego kabla na połączeniu wlotowej rury z pompą cieplną.

Korzystnie układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza mocowany jest do wewnętrznej powierzchni wlotowej rury aluminiową samoprzylepną taśmą. Korzystnie grzewczy elektryczny kabel wyposażony jest w ekran ochronny wykonany z termoplastiku.

Korzystnie średnica wlotowej rury wynosi od 150 do 200 mm, a jej długość od 500 do 1000 mm.

Korzystnie średnica rusztowania i grzewczego kabla na wlocie powietrza do wlotowej rury wynosi od 80 do 120 mm, a średnica rusztowania i grzewczego kabla na połączeniu wlotowej rury z pompą cieplną wynosi od 110 do 180 mm.

Korzystnie promień gięcia grzewczego kabla wynosi nie mniej niż 25 mm.

Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pozwala na podniesienie współczynnika efektywności energetycznej pompy ciepła oraz zwiększenie zakresu działania pompy ciepła powietrzewoda poprzez obniżenie minimalnej temperatury otoczenia, w której pompa ciepła pracuje efektywnie.

Wynalazek został przedstawiony w przykładach wykonania, nie ograniczających jego zakresu, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze-woda; fig. 2 przedstawia układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza zamocowany do pompy cieplnej powietrze-woda działający w instalacji PC, fig. 3 przedstawia układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza zamocowany do pompy cieplnej powietrze-woda, działający w instalacji PV-PC.

Przedstawiony na fig. 1 układ 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze-woda składa się z rusztowania 2 wykonanego ze stalowego drutu o średnicy 1 mm, na którym osadzony jest spiralnie za pomocą kleju termicznego dwużyłowy elektryczny kabel 3 zakończony odcinkiem zimnego kabla 4 i wtyczką 5 do podłączenia zasilania.

PL 229 365 Β1

Zwoje spiralnego grzewczego kabla 3 mają regularny skok co 50 mm. Grzewczy elektryczny kabel 3 wyposażony jest w ekran ochronny wykonany z termoplastiku o grubości 2 mm. Średnica grzewczego elektrycznego kabla 3 wynosi 2 mm, a jego długość na rusztowaniu 2 wynosi 4000 mm.

Promień gięcia grzewczego elektrycznego kabla 3 wynosi 25 mm.

Przedstawiony na fig. 2 układ 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze-woda, zamocowany jest we wlotowej rurze 6 powietrza pompy cieplnej 7 powietrze-woda wykonanej z tworzywa sztucznego. Rusztowanie 2 układu 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza zamocowane jest aluminiową samoprzylepną taśmą do wewnętrznej powierzchni wlotowej rury 6 pod warstwą termicznej izolacji 8. Średnica wlotowej rury 6 wynosi 150 mm, a jej długość 500 mm.

Średnica rusztowania 2 i grzewczego kabla 3 na wlocie powietrza do wlotowej rury 6 wynosi 105 mm, a średnica rusztowania 2 i grzewczego kabla 3 na połączeniu wlotowej rury 6 z pompą cieplną 7 wynosi 130 mm.

Grzewczy elektryczny kabel 3 zasilany jest ze źródła energii pompy cieplnej 7, tj. z sieci elektroenergetycznej 230 V AC.

Układ pracuje w instalacji PC, składającej się z wewnętrznej pompy cieplnej 7 powietrze-woda ze zbiornikiem buforowym 9 na ciepłą wodę użytkową. Po włączeniu wtyczki 5 do źródła zasilania o napięciu 230 V AC temperatura elektrycznego grzewczego kabla 3 wynosi 50°C. Powietrze o temperaturze 23°C zasysane do wlotowej rury 6 pompy cieplnej 7 przepływa przez układ 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza. Temperatura powietrza na wlocie dolotowego powietrza do wlotowej rury 6 i jednocześnie na wejściu układu 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej 7 powietrze-woda wynosi 23°C, a na wyjściu układu 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza i jednocześnie na połączeniu wlotowej rury 6 z pompą cieplną 7 wynosi 25°C. Pompa cieplna 7 odbiera energię z przepływającego powietrza i przekazuje ją z wykorzystaniem własnego układu grzewczego do zbiornika buforowego 9 ciepłej wody użytkowej.

Zastosowanie układu 1 wstępnego podgrzania powietrza, a co za tym idzie zmiana temperatury powietrza wlotowego do pompy cieplnej 7 powoduje zmniejszenie zużycia energii elektrycznej zużywanej przez sprężarkę układu chłodniczego pompy ciepła. Współczynnik efektywności energetycznej pompy cieplnej 7, definiowany jako ilość energii cieplnej wyprodukowanej przez pompę cieplną do ilości energii elektrycznej zużytej przez pompę cieplną, dla wygrzania zbiornika buforowego 9 od temperatury wody 20°C do 50°Ć wynosi odpowiednio: dla instalacji bez zastosowania układu 1 wstępnego podgrzania powietrza średnio 2,1, natomiast korzystnie z zastosowaniem układu 1 wstępnego podgrzania powietrza według wynalazku 3,97.

Przedstawiony na fig. 3 układ 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze-woda, zamocowany we wlotowej rurze 6 powietrza pompy cieplnej 7 powietrze-woda wykonanej z tworzywa sztucznego aluminiową samoprzylepną taśmą do wewnętrznej powierzchni wlotowej rury 6 pod warstwą termicznej izolacji 8 - o parametrach układu i wlotowej rury opisanych w przykładzie 1 i 2 - pracuje w instalacji PV-PC, składającej się z wewnętrznej pompy cieplnej 7 powietrze-woda ze zbiornikiem buforowym 9 na ciepłą wodę użytkową oraz instalacji fotowoltaicznej 10 zawierającej osiem paneli fotowoltaicznych 11 połączonych szeregowo oraz inwerter 12. Po włączeniu wtyczki 5 połączonej z odcinkiem zimnego kabla 4 do źródła zasilania o napięciu 230 V AC temperatura elektrycznego grzewczego kabla 3 wynosi 50°C. Powietrze o temperaturze 23°C zasysane do wlotowej rury 6 pompy cieplnej 7 przepływa przez układ 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza. Temperatura powietrza na wlocie dolotowego powietrza do wlotowej rury 6 i jednocześnie na wejściu układu 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej 7 powietrze-woda wynosi 23°C, a na wyjściu układu 1 wstępnego podgrzania dolotowego powietrza i jednocześnie na połączeniu wlotowej rury 6 z pompą cieplną 7 wynosi 25°C. Pompa cieplna 7 odbiera energię z przepływającego powietrza i przekazuje ją z wykorzystaniem własnego układu grzewczego do zbiornika buforowego 9 ciepłej wody użytkowej. Zastosowanie układu 1 wstępnego podgrzania powietrza, a co za tym idzie zmiana temperatury powietrza wlotowego do pompy cieplnej 7 powoduje zmniejszenie zużycia energii elektrycznej zużywanej przez sprężarkę układu chłodniczego pompy cieplnej 7. Instalacja fotowoltaiczna 10 złożona z paneli fotowoltaicznych 11 oraz inwertera 12 produkuje energię elektryczną wykorzystywaną przez pompę cieplną oraz elektryczny grzewczy kabel 3 układu 1 wstępnego podgrzania powietrza. Współczynnik efektywności energetycznej pompy ciepła, definiowany jaklo ilość energii cieplnej wyprodukowanej przez pompę cieplną do ilości energii elektrycznej zużytej przez pompę cieplną pobranej z sieci elektroenergetycznej, wzrasta wraz ze wzrostem mocy i produktywności instalacji fotowoltaicznej. W przypadku dopasowania mocy instalacji fotowoltaicznej 10 do mocy pobieranej przez pompę cieplną 7

PL 229 365 Β1 i elektryczny grzewczy kabel 3 łącznie instalacja PV-PC produkuje ciepło wyłącznie z wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego nie pobierając energii z sieci. W przypadku zbyt niskiej mocy instalacji fotowoltaicznej 10 do zasilenia pełnego układu instalacji PV-PC promieniowanie słoneczne przekształcone z wykorzystaniem instalacji fotowoltaicznej 10 na energię elektryczną zasila elektryczny grzewczy kabel 3 układu 1 wstępnego podgrzania powietrza w taki sposób, iż nie pobiera on energii z sieci zasilającej elektroenergetycznej.

Współczynnik efektywności energetycznej COP przy działaniu instalacji grzewczej bez układu wstępnego podgrzania powietrza dolotowego wynosi średnio 2,093, a z układem wstępnego podgrzania powietrza dolotowego średnio 3,973 - co pokazuje poniższa tabela.

Oceniana wielkość Liczba pomiarów N Wartość średnia xD= ΣχΙΙΝ Odchylenie	COP bez układu wstępnego podgrzania powietrza dolotowego 51 2,093 1,050	COP z układem wstępnego podgrzania powietrza dolotowego 13 3,937 1,745
standardowe s= Σ(χΏ-χί)21Ν-1
Współczynnik zmienności v= sxD	0,499	0,443
Współczynnik zmienności % v= sxD100%	49,883	44,316
Odchylenie standardowe średniej sxD=s/N^uA Niepewność standardowa typu A	0,146	0,484

Zastrzeżenia patentowe

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza pompy cieplnej powietrze-woda zawierający spiralny grzewczy elektryczny kabel, znamienny tym, że mocowany jest do wewnętrznej powierzchni wlotowej rury (6) powietrza pompy cieplnej (7) powietrze-woda pod warstwą termicznej izolacji (8) i ma postać rusztowania (2) wykonanego ze stalowego drutu o średnicy nie większej niż 3 mm, na którym osadzony jest spiralnie grzewczy elektryczny kabel (3) zakończony wtyczką (5), przy czym średnica rusztowania (2) i grzewczego kabla (3) na wlocie powietrza dolotowego do wlotowej rury (6) jest mniejsza niż średnica rusztowania (2) i grzewczego kabla (3) na połączeniu wlotowej rury (6) z pompą cieplną (7).
2. 2. Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza wg zastrz. 1, znamienny tym, że mocowany jest do wewnętrznej powierzchni wlotowej rury (6) aluminiową samoprzylepną taśmą.
3. 3. Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza wg zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że grzewczy elektryczny kabel (3) wyposażony jest w ekran ochronny wykonany z termoplastiku.
4. 4. Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza wg któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że średnica wlotowej rury (6) wynosi od 150 do 200 mm, a jej długość od 500 do 1000 mm.
5. 5. Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza wg któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że średnica rusztowania (2) i grzewczego kabla (3) na wlocie powietrza do wlotowej rury (6) wynosi od 80 do 120 mm.

   PL 229 365 Β1
6. 6. Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza wg któregokolwiek z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że średnica rusztowania (2) i grzewczego kabla (3) na połączeniu wlotowej rury (6) z pompą cieplną (7) wynosi od 110 do 180 mm.
7. 7. Układ wstępnego podgrzania dolotowego powietrza wg któregokolwiek z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że promień gięcia grzewczego kabla (3) wynosi nie mniej niż 25 mm.