SK284751B6

SK284751B6 - Energetické zariadenie budov

Info

Publication number: SK284751B6
Application number: SK290-98A
Authority: SK
Inventors: Edmond D. Kreck�
Original assignee: Edmond D. Kreck�
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2005-11-03
Also published as: DE59605627D1; DE19533475A1; WO1997010474A1; EP0850388B1; DE19533475B4; AU7128696A; EP0850388A1; CA2231638A1; CZ293436B6; ATE194868T1; CZ72398A3; PL325516A1; US6220339B1; PL183921B1; CA2231638C; SK29098A3

Abstract

Energetické zariadenie budov, využívajúce solárne absorbéry, výmenníky tepla a zásobníky tepla, zahŕňajúce solárny absorbér, ktorý je tvorený hadicami alebo rúrkovými vedeniami (7, 8), ktoré sú položené medzi strešnou krytinou a pod ňou umiestnenou izolačnou vrstvou (6). Solárny absorbér je rozdelený najmenej na dve zóny, z ktorých každá má vlastný obeh kvapaliny hadicami alebo rúrkami. Pod budovou je umiestnený zásobník tepla s pevnou látkou na privádzanie alebo odvádzanie tepla položenými hadicami alebo rúrkami. Zásobník tepla s pevnou látkou je rozdelený najmenej na dve zóny, a to centrálnu zónu a strednú / vonkajšiu zónu, z ktorých každá má vlastný obeh kvapaliny hadicami alebo rúrkami. Pri ukladaní tepla sa privádza kvapalina termicky riadenými ventilmi (9, 10) z obehu kvapaliny každej zóny solárneho absorbéra primárne do obehu kvapaliny centrálnej zóny zásobníka tepla a sekundárne do obehu kvapaliny strednej / vonkajšej zóny zásobníka tepla, keď teplota kvapaliny z obehu príslušnej zóny je vyššia najmenej o hodnotu v rozsahu od 2 do 8 °C, výhodne o 4 °C, než teplota príslušnej zóny zásobníka s pevnou látkou. Pri odvádzaní tepla sa čerpá kvapalina cez termicky riadené ventily (29a, 29b, 29c) primárne zo strednej / vonkajšej zóny zásobníka tepla a sekundárne z obehu kvapaliny centrálnej zóny zásobníka tepla do vykurovacieho zariadenia budovy.

Description

Vynález sa týka energetického zariadenia budov.

Doterajší stav techniky

Solárne energetické zariadenia sú už dlho známe a stále častejšie zavádzané s ohľadom na úsporu energie. Hlavne sa pritom využíva teplo vyrábané priamo, zo slnečného žiarenia, v solárnych absorbéroch, na ohrievanie alebo predohrievanie úžitkovej vody, ako aj vo vykurovacích zariadeniach. Je tiež už známe, že tepelná energia, ktorá sa nepotrebuje ihneď, sa najprv akumuluje tým, žc sa napríklad ohrieva voda v tanku. Neskoršie sa môže pomocou výmenníkov tepla tepelná energia zo zásobníka opäť odobrať.

Pri energetickej bilancii budovy má, okrem prívodu energie vo forme solárnej energie alebo energie vznikajúcej spaľovaním, rozhodujúci vplyv tiež tepelná izolácia. Tu sa dosiahol podstatný pokrok využitím tepelnoizolačných materiálov v oblasti vonkajších stien a strechy.

Z DE-A-33 12 329 je známe energetické zariadenie pre budovy, využívajúce solárne absorbéry, výmenníky tepla a zásobníky tepla. Pod budovou je usporiadaný zásobník tepla z pevnej látky, do ktorého sa môže energia privádzať alebo z neho odoberať. Zásobník tepla z pevnej látky je rozdelený medzi najmenej dve zóny, a to jednu centrálnu a jednu strednú / vonkajšiu, každú s vlastným obehom kvapaliny. Prevádzka zásobníka tepla prebieha tak, že sa primáme alebo prednostne zapojí základný alebo dôležitejší kvapalinový obeh centrálnej zóny zásobníka tepla, temperovaný na vyššiu teplotu. Neuvádzajú sa však žiadne odkazy na to, ako sú vytvorené solárne absorbéry. Ďalej sa neuvádzajú, pokiaľ ide o prevádzku, zásobníka tepla, žiadne rozdielové hodnoty teplôt príslušnej zóny zásobníka tepla.

Cieľom vynálezu je zlepšiť tepelnú bilanciu na nákladovo priaznivý stav.

Podstata vynálezu

Vytýčený cieľ sa dosahuje energetickým zariadením pre budovy využívajúce solárne absorbéry, výmenníky tepla a zásobníky tepla, podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že pozostáva zo solárneho absorbéra, ktorý je tvorený hadicami alebo rúrkami, ktoré sú položené medzi strešnou krytinou a pod ňou usporiadanou izolačnou vrstvou. Solárny absorbér je rozdelený najmenej na dve zóny, z ktorých každá má vlastný obeh kvapaliny hadicami alebo rúrkami. Pod budovou je umiestnený zásobník tepla s pevnou látkou na privádzanie alebo odvádzanie tepla položenými hadicami alebo rúrkami. Zásobník tepla s pevnou látkou je rozdelený najmenej na dve zóny, a to centrálnu zónu a strednú / vonkajšiu zónu, z ktorých každá má vlastný obeh kvapaliny hadicami alebo rúrkami. Pri hromadení tepla sa privádza kvapalina termicky riadenými ventilmi z obehu kvapaliny každej zóny solárneho absorbéra, primárne do obehu kvapaliny centrálnej zóny zásobníka tepla a sekundárne do obehu kvapaliny strednej / vonkajšej zóny zásobníka tepla, keď teplota kvapaliny z obehu príslušnej zóny je vyššia najmenej o hodnotu v rozsahu od 2 do 8 °C, najvhodnejšie o 4 °C ako teplota príslušnej zóny zásobníka s pevnou látkou a pri odvádzaní tepla sa čerpá kvapalina cez termicky riadené ventily primáme zo zóny zásobníka tepla a sekundárne z obehu kvapaliny centrálnej zóny zásobníka tepla do vykurovacieho zariadenia budovy.

Výhody vynálezu spočívajú v tom, že solárny absorbér je nákladovo podstatne priaznivejší ako známe solárne absorbéry, ktoré sa montujú v tvare dosiek na strechu. Pri kladení hadíc alebo rúrok medzi strešnú krytinu, ktorá sa obvykle skladá zo škridiel, a izolačnú vrstvu nie sú potrebné, okrem hadíc alebo rúrok, ďalšie dodatočné konštrukčné diely. Okrem toho sa nijako neporuší vonkajší vzhľad.

Rozdelenie solárneho absorbéra na najmenej dve zóny, každú s vlastným obehom kvapaliny zabezpečuje, aby nevznikala stredná teplota miešania na výstupe solárneho absorbéra, ale aby kvapaliny ohriate v absorbéri mohli byť využité oddelene podľa svojej príslušnej teploty. Kvapalina s vyššou teplotou môže napríklad ďalej zásobovať teplom zásobník tepla tiež ešte potom, keď stredná miešacia teplota sa nachádza pod teplotou zásobníka tepla.

Zásobník tepla z pevnej látky je tiež rozdelený najmenej na dve zóny. Pritom má centrálna zóna vyššiu teplotu. Zóny s nižšou teplotou môžu podľa toho byť tiež ešte ďalej nabíjané kvapalinami absorbéra, keď je ich teplota nižšia ako teplota centrálnej zóny. Tým sa dajú dosiahnuť veľmi dobré energetické bilancie. Vynález ďalej opisuje presnejšie prevádzku, riadenú snímačom teploty. Podobne to platí pre význaky pre prevádzku, pri ktorej sa tepelná energia na vykurovanie odoberá zásobníkovým zónam.

Ďalšie výhodné uskutočnenia vynálezu sú predmetom vedľajších nárokov. Tak napríklad, solárny absorbér sa môže rozdeliť na tri zóny, ktoré sú priradené rozdielne orientovaným úsekom strechy. Tým možno docieliť ešte lepšie rozdelenie medzi rozdielnymi teplotnými zónami, ktoré závisí od rozdielnej geografickej orientácie úsekov strechy.

Hadice alebo rúrky solárneho absorbéra môžu byť výhodne kladené do meandrovitých žliabkov alebo drážok izolačnej vrstvy. Tak sú spoľahlivo umiestnené bez toho, aby sa dodatočne zvyšovala hrúbka izolačnej vrstvy alebo strešnej krytiny.

Vonkajšia zóna zásobníka tepla z pevnej látky sa rozširuje výhodným spôsobom lievikovito smerom nadol, pričom úseky ležiace vnútri pôdorysu budovy sú zakryté tepelnoizolačnou vrstvou. Týmto spôsobom sa dá využiť vo väčšom rozsahu tepelná energia, vystupujúca z vnútra zeme. Dokonca aj v zime, pri teplotách pod bodom mrazu, je zemina v dôsledku vystupujúcej energie podstatne teplejšia. Napríklad stredná teplota v hĺbke 2 m pri voľnom povrchu sa pohybuje asi od +7 až +9 °C. Pod budovou dosahuje teplota v tejto hĺbke najmenej asi +14 až +16 °C. Rovnaký efekt na využitie zemného tepla sa naskytuje napríklad pri pokrytí rastlinstvom. Zabraňuje sa tak tomu, aby sa vystupujúca teplota ihneď zase neuvoľnila. Tým možno dosiahnuť zabezpečenie proti mrazu.

Zásobník tepla z pevnej látky môže byť výhodne rozdelený na tri zóny, totiž centrálnu zónu, strednú zónu, ktorá obklopuje centrálnu zónu a vonkajšiu zónu , ktorá obklopuje strednú zónu. Tým možno docieliť ešte jemnejšie odstupňovanie teplotných úrovní jednotlivých zón zásobníka.

Vonkajšia zóna zásobníka tepla s pevnou látkou môže byť obklopená ešte aj periférnou zásobníkovou zónou. To umožní získať ďalšie zemné teplo. Hlavne ale môže byť periférny zásobník využitý tiež na to, aby sa v budove dosiahlo v lete, pomocou studenej kvapaliny, ochladenie.

Rôznymi miskovitými zásobníkovými zónami, obklopujúcimi centrálnu zónu, ale pokiaľ je možné, otvorenými smerom nadol, s príslušne nižšou teplotou, sa dosiahne to, že centrálna zóna je lepšie izolovaná a stráca menej tepla, pretože stredná zóna, ktorá ju obklopuje, je menej studená ako zemina. To isté platí, analogicky, pre vonkajšiu zásobníkovú zónu. Postranný odtok tepla zo zásobníka sa ďalekosiahlo kompenzuje lievikovitou podobou vonkajšej zá sobníkovej zóny. Okrem toho je rozdelením zásobníka do niekoľkých zón možné ešte využiť aj najmenšie solárne teplo s nižšou teplotou tak, že sa kvapalina vedie zo zón solárnych absorbérov vonkajšou alebo periférnou zónou zásobníka z pevnej látky. Tým sa môže solárna energia využiť tiež v zime, ešte pri teplotách absorbéra medzi 8 a 15 °C „nabíjaním“ periférnej zóny zásobníka. Týmto spôsobom sa môže „ochranný plášť“ okolo centrálnej zásobníkovej zóny zlepšiť ohrievaním. Napospol sa tým umožní premostiť obávanú energetickú dieru konvenčnej solárnej vykurovacej techniky v mesiacoch december až marec.

Najmenej časť alebo tiež všetky vonkajšie steny sú účelne, jednotlivo vybavene, kvapalinou pretekaným, hadicovým alebo rúrkovým systémom na prenos tepla zo steny do kvapaliny alebo opačne, pričom sa môžu hadicové alebo rúrkové systémy zaraďovať do obehu kvapalinovým čerpadlom. Týmto spôsobom môže dochádzať k výmene tepla medzi slnečnou a medzi zatienenou vonkajšou stenou. Také „severne južné vyrovnávanie“ môže podstatnou mierou zlepšiť tepelnú pohodu budovy, keď sa v lete odovzdáva teplo z horúcej južnej steny na studenú severnú stenu. To vedie tiež v zime k rovnomernejšiemu rozdeleniu tepla v budove. Účelne môžu byť vonkajšie steny budovy na vonkajšej strane dodatočne vybavené transparentnou vrstvou alebo obložením, zvyšujúcim absorpciu, aby sa dosiahol väčší výťažok energie. Taká dodatočná tepelná izolácia sa označuje tiež ako „TWD“.

V ďalšom uskutočnení vynálezu sa okrem toho predpokladá, že hadicové alebo rúrkové systémy vonkajších stien budovy budú spojené s kvapalinovými obehmi zón zásobníka s pevnou látkou cez termicky riadené ventily. Potom sa môže hromadiť energia odovzdaná v lete žiarením a okrem toho sa môže studená kvapalina, hlavne z periférneho zásobníka, privádzať na ochladenie hadicového alebo rúrkového systému vo vonkajších stenách. V zime sa môžu rúrkové systémy vonkajších stien budovy výhodne využívať ako vykurovacie zariadenie. Okrem toho sa dá v zime dodatočne získať tepelná energia, hlavne v prípade pokrytia alebo obloženia materiálom, zvyšujúcim absorpciu (TWD).

Hadicové alebo rúrkové systémy vo vonkajších stenách budov umožňujú veľa zodpovedajúcich klimatizačných režimov a kompenzačných funkcií a označujú sa tiež ako systémy klimatizácie a kompenzácie vonkajších stien (AAK - Systém). K funkciám patrí objasnené severne južné vyrovnanie klimatizácie v letných mesiacoch odvádzaním prebytkovej solárnej energie, kompenzácia transmisných tepelných strát v zimných mesiacoch temperovaním prostredníctvom naakumulovanej energie a vykurovania v stenách. Takže sa môže účelne položiť do dlážkovej podlahy prstencové potrubie a viesť k vonkajším stenám jednotlivých priestorov lúčovité potrubie. Termostatické ventily v týchto lúčovitých potrubiach dovoľujú individuálnu reguláciu teploty jednotlivo v každom priestore. Také veľkoplošné vykurovanie bolo známe už v rímskej dobe ako hypokaustické vykurovanie a slúžilo na vykurovanie víl a kúpeľov. Tento systém tiež umožňuje temperovanie pamiatkovo chránených stavieb pri súčasnom termickom vysušovaní muriva. Zásobníky s pevnou látkou sa dajú najlepšie umiestniť v pivnici takejto budovy. Solárne absorbéry sa môžu dodatočne zamontovať bez vonkajšieho poškodenia budovy pri opravách strechy. Prípadne sa ale môže solárny absorbér zostaviť tiež mimo budovy alebo prípadne vyjsť aj bez absorbéra.

AKK systém môže zabrániť v ohrozených oblastiach stavebných dielov udržovaním sucha a ochrany pred kondenzáciou v oblastiach so stúpajúcou vlhkosťou, prípadne v miestach dotyku stavebných dielov so zemou, tiež problé mom s bodom topenia. Konečne sa môže napojiť na okruhy AKK systému pre extrémne podmienky počasia alebo pre nezakalkulovateľné zvyklosti použitia s nedostatočnou energetickou disciplínou, tiež núdzové a dodatočné vykurovanie s malým výkonom (málo kW).

Tiež sa môže napojiť výmenník tepla na úžitkovú vodu ako obtok a výhodne cez termicky riadené ventily na tú zónu solárneho absorbéra, ktorá má najvyššiu teplotu. Týmto spôsobom sa môže dosiahnuť ohriatie alebo predohriatie úžitkovej vody na viac než 40 °C. Zásobník tepla s pevnou látkou obsahuje kvôli nižším nákladom a vysokému špecifickému teplu účelne, ako zásobníkový materiál, štrkovú alebo kremennú výplň s hrúbkou najmenej 60 cm. Dodatočne sa môžu do centrálnej oblasti zásobníka s pevnou látkou uložiť oceľové nosníky, autokocky (kockovité dohromady zlisované staré autá) a podobný materiál, s pokiaľ možno najväčším špecifickým teplom. Súčasne tým možno likvidovať odpad, čo bude dokonca ešte zaplatené.

Zásobník tepla sám osebe alebo hlavne jeho centrálna oblasť, sa môže izolovať od zeme vrstvou tepelnej izolácie. Tým sa zabráni úniku energie zo zón zásobníka tepla, ktoré majú vyššiu teplotu než pôda pod nimi. Vo vonkajšej zóne a hlavne v periférnej zóne môže byť oproti tomu tepelná izolácia neúčelná, keď teplo, vychádzajúce z vnútra zeme, prichádza s vyššou teplotou než má príslušná zóna zásobníka. Ako kvapalina pre všetky zóny sa používa voda alebo protimrazový prostriedok obvyklého druhu.

V jednotlivých zónach solárneho absorbéra zásobníka tepla s pevnou látkou a vykurovania v budovách, ktoré je účelne položené do podlahy, alebo vonkajších stien, sú pripadne potrebné cirkulačné čerpadlá, ktoré tu nie sú v jednotlivostiach opísané, pretože odborník môže ich nasadenie, v príslušnom jednotlivom prípade, posúdiť s prehľadom a bez ťažkosti.

Moderné budovy bývajú tak dobre utesnené, že je nevyhnutné ich periodicky vetrať. Tým ale vznikajú tepelné straty, prípadne v lete nežiaduci dodatočný prísun tepla. Ďalšie uskutočnenie vynálezu predpokladá, že na výmenu vzduchu sa pamätá otvormi, hlavne v okenných rámoch, v ktorých sú výmenníky tepla napojené na hadicové alebo rúrkové systémy stien budovy, usporiadané s lamelami, pretekanými kvapalinou. Potom sa môže v zime vzduch, prúdiaci dovnútra, pri spätnom získavaní energie, predohrievať od výmenníka tepla a v lete možno dosiahnuť požadované ochladenie dovnútra prúdiaceho vzduchu.

V inom riešení problému vetrania sa počíta s tým, že sú vytvorené dva kanály, a to vonkajší zemný kanál, usporiadaný okolo periférnej zásobníkovej zóny, a vnútorný nasávací kanál, prechádzajúci zásobníkom s pevnou látkou. Potom môže byť v letnej prevádzke nasávaný vonkajším kanálom ochladený vzduch a v zimnej prevádzke vnútorným kanálom predohriaty vzduch s následným zavádzaním do budovy.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude ďalej bližšie ozrejmený s odkazmi na výkresy, na ktorých jednotlivé obrázky predstavujú: obr. 1 schému budovy so zariadením podľa vynálezu, obr. 2 obmenu príkladu uskutočnenia podľa obr. 1, obr. 3 schému variantu budovy podľa obr. 1, obr. 4 čiastočný perspektívny pohľad na vonkajšiu stenu budovy s vonkajšou izolačnou vrstvou, obr. 5 čiastočný schematický perspektívny pohľad na vonkajšiu stenu budovy s vnútornou izolačnou vrstvou.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Vonkajšie steny 1, 2 domu sú postavené betónovaním do debnenia a vybavené izolačnou vrstvou la, 2a, ktorá má napríklad hrúbku najmenej 25 cm a jc tvorená tvrdou polystyrénovou penou. Podlažná doska 3 domu je tiež odliata z betónu a vybavená izolačnou vrstvou 3a. Od podlažnej dosky 3 a vonkajších stien 1,2 sa tiahne tepelnoizolačná vrstva 4. Na výkrese sú také izolačné vrstvy 4 zobrazené iba na dvoch znázornených stranách 1, 2. Predná a zadná stena domu je ale vytvorená rovnako.

Šikmé izolačné vrstvy 4 tvoria spolu s podlažnou doskou 3 priestor pre zásobník tepla s pevnou látkou, ktorý obsahuje napríklad štrkovité alebo kremenné lôžka (jednotlivo neznázomené) s prídavnými zásobníkovými telieskami, ktoré budú ešte presnejšie opísané v ďalšom texte.

Strecha domu obsahuje na obvyklom spodku 5, napríklad z drevených krokví a eventuálne z dosiek, tepelnoizolačnú vrstvu 6 s hrúbkou asi 18 cm z rovnakého materiálu ako izolačné vrstvy la, 2a vonkajších stien 1, 2. Na hornej strane tepelnoizolačnej vrstvy sú meandrovito položené rúrkové vedenia 7, 8 (polypropylénové rúrky 20 x 2) v žliabkoch alebo drážkach izolačnej vrstvy 6, pod strešnou krytinou (neznázomené) pokiaľ možno z čiernych škridiel. Rúrkové vedenia 7, 8 tvoria na oboch znázornených stranách domu oddelené obehy kvapaliny, ktoré sú napojené cez termicky riadené ventily 9, 10 na spoločné kolektory 11, 12 na teplú, prípadne studenú stranu systémov rúrkových vedení. Ventily 9, 10 sú tu ale pre zjednodušenie znázornené, ako tiež iné ventily, ako krížik na príslušnom potrubí.

Od kolektorov 11, 12 vedú rúrkové vedenia 13, 14 k ďalším kolektorom 15,16, ktoré môžu byť združené tiež s kolektormi 11,12 spoločne do zväzku.

Na čo možno najúplnejšie využitie solárnej energie, môžu ako alternatíva (neznázomená), byť privedené obehy jednotlivých solárnych zón, ale tiež jednotlivých kolektorov, vo forme krátkych kusov rúrok. Pritom vyúsťujú obehy, napríklad na čelných stenách kolektorov, takže kvapalina v obehu trvalo obieha, prípadne ich prečerpáva. Od obvodu kolektorov, v blízkosti koncov, vedú dve rúrky alebo hadice k ďalším kolektorom 15, 16, pričom do jednej z rúrok alebo hadíc je vložený termicky riadený ventil. Potom môže byť po otvorení príslušného ventilu kvapalina (jej väčší diel) dodaná do účelnej zóny zásobníka.

Obr. 2 zobrazuje ďalšiu alternatívu prepojenia medzi zónami solárnych absorbérov I, II a III. Pritom môžu napríklad zóny I a II zodpovedať okruhom kvapaliny s rúrkovými vedeniami 7, 8 podľa obr. 1. Zóna III je poskytnutá k dispozícii dodatočne. Prívody 35, 36 a 37 zón I, II, prípadne III, sú združené do spoločného potrubia 38 a vedú cez cirkulačné čerpadlo 39 z jednej strany ku kolektoru 40 a okrem toho k výstupným potrubiam 41, 42 príp. 43 centrálnej zóny zásobníka C s pevnou látkou, ktorá zodpovedá obehu s rúrkovým vedením 21 z obr. 1, ako aj úsekom A, B, ktoré zodpovedajú obehom s rúrkovým vedením 24, príp. 23 na obr. 1. Prívody zásobníkových zón A, B, C sú spojené cez termicky riadené ventily 44, 45, príp. 46 s kolektorom. Na doplnenie obehov sú výstupné potrubia 47, 48 a 49 zón I, II, príp. III absorbérov napojené cez termicky riadené ventily 50, 51 a 52 na spoločné potrubie 53, ktoré vedie do kolektora 40. Okrem toho je k dispozícii potrubie 54 medzi vstupom čerpadla 39 a kolektorom 40. Toto potrubie obsahuje ďalší termicky riadený ventil 55.

Je účelné, keď termicky riadené ventily 50, 51 a 52 sú riadené cez teplotný snímač a relé. Ako ventily 44, 45, 46 sa oproti tomu použijú termostatické, ručne nastaviteľné ventily.

Na vysvetlenie rôznych prevádzkových stavov sa vychádza napríklad z toho, že zóny zásobníkov s pevnou látkou majú tieto teploty: vonkajšia zásobníková zóna A = + 16 °C až 24 °C, stredná zásobníková zóna B = + 25 °C až 34 °C, centrálna zásobníková zóna C = + 35 °C a vyššiu. Periférna zásobníková zóna má teplotu medzi + 7 a + 15 °C.

Príklad 1

Vonkajšia teplota: - 4 °C

Zóny strešných absorbérov : maximálne + 8 °C

Ventily 50, 51, 52, 55 zostávajú uzavreté, cirkulačné čerpadlo 39 je vypnuté. Potom nemôže byť teda odovzdávané do zásobníka s pevnou látkou žiadne teplo, pretože maximálna teplota kvapaliny zo zón solárneho absorbéra leží ešte pod teplotou zóny A zásobníka s pevnou látkou s najnižšou teplotou.

Príklad 2 Vonkajšia teplota : + 6 °C Zóna I solárneho absorbéra : + 26 °C Zóny II a III solárneho absorbéra: + 12 °C

Ventily 44, 45, 46, 55 sa otvoria, cirkulačné čerpadlo 39 je zapnuté. Ventil 44 sa otvára, keď teplota zóny A zásobníka leží aspoň 2 °C pod teplotou kvapaliny v kolektore 40.

Príklad 3

Vonkajšia teplota : + 36 °C Teplota zón I, II, III strešného solárneho absorbéra : + 64 °C až + 75 °C

Ventily 50, 51, 52 a 55 a ventil 46, ktorý vedie k centrálnej zóne C zásobníka, sa otvoria. Potom sa centrálna zóna C zásobníka nabije pomerne vysokou teplotou kvapaliny zo solárneho absorbéra.

V zimnej prevádzke je okrem toho možnosť otvoriť krátkodobo čerpadlo a ventily 50, 51, 52 a 55 cez reléové spínacie okruhy a iba v intervaloch.

Vo vonkajších stenách 1, 2 sú položené meandrovito ďalšie systémy 17, resp. 18 rúrkových vedení, ktoré sú napojené na kolektory 19, 20. Tieto prípoje sú znázornené iba pre systém 12 rúrkového vedenia. Systém 18 rúrkového vedenia vedie však rovnakým spôsobom ku kolektorom 19, 20. Tento spôsob umožňuje severne južnú výmenu tepla prečerpaním teplejšej kvapaliny na jednej strane ku studenšej kvapaline na druhej strane a naopak. Okrem toho sa môže ale, ako bude ešte vysvetlené, teplá voda zo systémov 17, 18 rúrkových vedení privádzať do zásobníka s pevnou látkou, prípadne studená voda na ochladenie, čerpať do systémov 17,18 rúrkových vedení.

Zásobník s pevnou látkou je celkovo rozdelený na štyri zóny s rôznym teplotným rozsahom. Centrálna zóna, ktorá je definovaná meandrovito rúrkovými vedeniami 21, zapustenými do materiálu zásobníka s pevnou látkou, tvoriacimi uzavretý obeh, má v štrkovom, prípadne kremennom lôžku s ochrannou vrstvou dodatkové kovové zväzky, ktorými tiež prechádzajú rúrkovité vedenia, alebo sú nimi obklopené. Tým má centrálna zóna s rúrkovým vedením 21, 22, ktorá má najväčšiu zásobníkovú teplotu, tiež zvýšenú tepelnú kapacitu. Zapustenie rúrkových vedení 21 sa uskutočňuje účelne s medzivrstvou alebo ochrannou vrstvou (neznázomené) z betónu alebo podobného materiálu.

Zásobník s pevnou látkou má strednú zónu, položenú blízko centrálnej zóny s rúrkovým vedením 21, 22, definovanú obehom kvapaliny s meandrovito prebiehajúcimi rúr kami 23 a vonkajšiu zónu, ktorá obklopuje strednú zónu s rúrkovým vedením 23 a je definovaná obehom kvapaliny s meandrovito prebiehajúcimi rúrkovými vedeniami 24. Rúrky 23, 24 sú pritom zapustené do štrkového, prípadne kremenného lôžka s ochrannou vrstvou. Pod centrálnou zónou s rúrkovým vedením 21, 22 je umiestnená tepelnoizolačná vrstva, ktorá zabraňuje tepelným stratám z pomerne teplej centrálnej zóny s rúrkovým vedením 21, 22 smerom nadol.

Vonkajšia zóna zásobníka s rúrkovým vedením 24 je obklopená periférnou zónou zásobníka s kvapalinovým systémom z meandrovito položených rúrok 26. Periférna zóna s rúrkami 26 odoberá rovnako ako ďalšia zóna zásobníka s pevnou látkou zemné teplo (geotermickú energiu), ktorá je symbolizovaná šípkami 27. Hlavne periférna zóna s rúrkami 26 môže ale byť využitá tiež v lete, aby privádzala studenú kvapalinu do rúrkových systémov 17, 18 vonkajších stien na ochladenie budovy.

Podľa obr. 1 sa uskutočňujú rozdelenia ohriatych kvapalín, prichádzajúcich zo solárnych absorbérov cez rúrkové vedenia 7, 8 do jednotlivých zásobníkových zón pomocou kolektorov 15,16. Pritom sú do rúrkových vedení 21a, 23a, 24a, ktoré privádzajú kvapaliny do zásobníkových zón s rúrkovým vedením 22, prípadne 23, prípadne 24, usporiadané príslušné termicky riadené ventily 28a, b, c. Keď je napríklad teplota kvapaliny, dodávaná od solárneho absorbéra, vysoká a leží napr. medzi 25 a 35 °C, je kvapalina privádzaná cez ventil 28c do centrálneho zásobníka s obehom kvapaliny s rúrkovým vedením 21. Keď teplota kvapaliny leží napr. medzi 15 a 24 °C, potom sa akumuluje teplo v strednej zásobníkovej zóne s rúrkovým vedením 23. Konečne sa teplá kvapalina privádza do vonkajšej zásobníkovej zóny s rúrkovým vedením 24, vtedy, keď teplota leží napríklad medzi 7 a 14 °C.

Cez kolektory 19, 20 sa môže teplo zo zásobníkových zón s rúrkovým vedením 21, 23, 24, 26 privádzať cez ventily 29a, b, c, d do kvapalinového systému 17 vonkajšej steny na vykurovanie budovy. Ventily 29a, b, c, d sú tiež termicky riadené, takže systémy 17, 18 sú napájané vždy príslušnou kvapalinou požadovanej teploty. Existuje tiež možnosť privádzať v lete na ochladzovanie studenú kvapalinu z periférneho zásobníka 26 do systémov 17, 18, cez ventil 29d.

Pitná voda sa v budove privádza potrubím 30, ktoré napája spotrebiče cez odvetvené potrubie 30a. Ďalšie potrubie 30b vedie k výmenníku 31, znázornenému iba schematicky. Tento výmenník tepla sa napája teplou kvapalinou v obtoku cez termicky riadený ventil 32 z kolektora 11. Tým sa môže pretekajúca voda zohriať, prípadne predohriať na teplotu napr. 38 °C. Zapojený boiler alebo prietokový ohrievač zabezpečuje udržovanie zásoby a prípadne ďalšie ohrievanie predohriatej úžitkovej vody. Namiesto výmenníka tepla 31 môžu tiež potrubia, uložené v centrálnej zásobníkovej zóne s rúrkovým vedením 21 (neznázomené) mať formu napríklad polyetylénových rúrok. Centrálna zásobníková zóna potom pracuje ako výmenník tepla.

Všetky znázornené ventily môžu byť termostatické, ktoré sa dajú nastaviť ručne na požadované teploty, a to tiež tým spôsobom, že na počiatku nastaviteľného teplotného rozsahu sa otvoria a na konci rozsahu zase uzavrú. Existuje ale tiež možnosť všetky ventily riadiť centrálne, počítačom, podľa vopred zadaného programu cez relé a krokové motory. Tým sa dosiahne maximálna flexibilita pri najrôznejších poveternostných podmienkach a zmenách počasia.

Obr. 3 zobrazuje rez budovou, podobne ako obr. 1. Podstatné diely, vrátane strešného absorbéra, zásobníka s pevnou látkou v okruhoch v stenách, kolektorov a spojovacích rúrkových vedení, sú rovnaké. Znázornenie na obr. 3 zodpovedá ale presnejšie skutočným pomerom v budove. Hlavne je možné rozoznať, že dodatočné montážne diely potrebujú iba málo miesta a nekomplikujú podstatne stavbu budovy. Zásobník s pevnou látkou je iba schematicky znázornený s centrálnou, so strednou, vonkajšou a periférnou zónou. V praxi má centrálna zóna teplotu 38 °C a viac, stredná zóna teplotu medzi 25 a 34 °C, vonkajšia zóna teplotu medzi 15 a 24 °C a periférna zóna medzi 7 a 14 °C.

Obr. 4 zobrazuje schematicky postavenie vonkajšej steny s vonkajšou omietkou 60, vonkajšou izolačnou vrstvou 61 s hrúbkou od 10 do 25 cm, masívnej steny 62, napríklad z ľahšieho betónu a vnútrajškom budovy s obložením drevotrieskovými doskami 63, ktoré môžu byť už spôsobilé na tapetovanie. V masívnej stene 62 sú vedené rúrky alebo hadice kvapalinového systému 18, ktoré umožňujú ohrievanie alebo ochladzovanie, ako bolo už vysvetlené .

Na obr. 5 je znázornený výrez steny budovy, napríklad pamiatkovo chránenej budovy, na ktorej sa nemôže meniť vonkajšia fasáda. Jestvujúca masívna stena má pôvodnú alebo obnovenú omietku 60. Na vnútornej strane masívnej steny 62 sú položené odtokové rúrky 18b rúrkového prípadne hadicového systému 18. Potom nasleduje prípadne po vyplnení (neznázomené) medzipriestor medzi rúrkami 18b, izolačná vrstva 64, na ktorú sú položené prípadne v drážkach (neznázomené) prítokové rúrky 18a v presahu proti odtokovým rúrkam 18b. Záver tvorí obloženie 63. Prítokovými rúrkami 18a dochádza, ako stenovým vykurovaním, k ohrievaniu vnútorných priestorov a odtokové rúrky 18b umožňujú ohrievanie vonkajšej masívnej steny 62 tým spôsobom, že je možné termické vysušovanie a udržovanie sucha.

Claims

1. Energetické zariadenie budov, využívajúce solárne absorbéry, výmenníky tepla a zásobníky tepla, vyznačujúce sa tým, že zahŕňa solárny absorbér, ktorý je tvorený hadicami alebo rúrkovými vedeniami (7, 8), ktoré sú položené medzi strešnou krytinou a pod ňou umiestnenou izolačnou vrstvou (6), solárny absorbér je rozdelený najmenej na dve zóny, z ktorých každá má vlastný obeh kvapaliny hadicami alebo rúrkami, pod budovou je umiestnený zásobník tepla s pevnou látkou na privádzanie alebo odvádzanie tepla položenými hadicami alebo rúrkami, zásobník tepla s pevnou látkou je rozdelený najmenej na dve zóny, a to centrálnu zónu a strednú / vonkajšiu zónu, z ktorých každá má vlastný obeh kvapaliny hadicami alebo rúrkami, pričom pri ukladaní tepla sa privádza kvapalina termicky riadenými ventilmi (9, 10) z obehu kvapaliny každej zóny solárneho absorbéra primáme do obehu kvapaliny centrálnej zóny zásobníka tepla a sekundárne do obehu kvapaliny strednej / vonkajšej zóny zásobníka tepla, keď teplota kvapaliny z obehu príslušnej zóny je vyššia najmenej o hodnotu v rozsahu od 2 do 8 °C, výhodne o 4 °C než teplota príslušnej zóny zásobníka s pevnou látkou, pričom pri odvádzaní tepla sa čerpá kvapalina cez termicky riadené ventily (29a, 29b, 29c) primáme zo strednej/vonkajšej zóny zásobníka tepla a sekundárne z obehu kvapaliny centrálnej zóny zásobníka tepla do vykurovacieho zariadenia budovy.

2. Energetické zariadenie podľa nároku 1, vyznačuj ú C e sa tým, že solárny absorbér je rozdelený najmenej na tri zóny, ktoré sú priradené rozdielne orientovaným úsekom strechy.

3. Energetické zariadenie podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že zóny solárneho ab sorbéra sú na odtokovej strane zvedené spoločne cez termicky riadené ventily (50, 51, 52) a napájajú spoločne kolektor, a na prítokovej strane sú spoločne privedené čerpadlom (39) do spojených odtokových strán centrálnej zóny zásobníka s pevnou látkou a do strednej / vonkajšej zóny zásobníka s pevnou látkou, pričom prítokové strany centrálnej zóny zásobníka s pevnou látkou a strednej / vonkajšej zóny zásobníka s pevnou látkou, vyúsťujú každá cez termicky riadený ventil (44, 45, 46) do kolektora, a medzi vstupom čerpadla (39) a kolektorom je cez termicky riadený ventil (55) vytvorené spojenie na udržovanie obehu kvapaliny.

4. Energetické zariadenie podľa nároku 1, 2 alebo 3, vyznačujúce sa tým, že hadice alebo rúrkové vedenia (7, 8) solárneho absorbéra sú uložené do meandrovito prebiehajúcich žliabkov alebo drážok izolačnej vrstvy (6).

5. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že zásobník tepla má tri zóny, a to strednú zónu, ktorá obklopuje centrálnu zónu a vonkajšiu zónu, ktorá obklopuje strednú zónu.

6. Energetické zariadenie podľa nároku 5, vy zničujúce sa tým, že vonkajšia zóna zásobníka tepla s pevnou látkou je smerom nadol lievikovito rozšírená a je pokrytá zvonku pôdorysu budovy izolačnou vrstvou (4).

7. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až

6, vyznačujúce sa tým, že vonkajšia zóna zásobníka tepla s pevnou látkou je obklopená periférnou zónou zásobníka.

8. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až

7, vyznačujúce sa tým, že aspoň časť vonkajších stien (1, 2) budovy obsahuje kvapalinou pretekané hadicové alebo rúrkové systémy.

9. Energetické zariadenie podľa nároku 8, v y z n a čujúce sa tým, že vonkajšie steny (1, 2) budovy sú vybavené na vonkajšej strane transparentnou vrstvou, zvyšujúcou absorpciu alebo transparentným obložením, zvyšujúcim absorpciu.

10. Energetické zariadenie podľa nároku 8 alebo 9, vyznačujúce sa tým, že hadicové alebo rúrkové systémy vonkajších stien (1,2) budovy sú spojené cez termicky riadené ventily (29a, 29b, 29c, 29d) s obehmi kvapaliny zásobníka tepla s pevnou látkou.

11. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 ažlO, vyznačujúce sa tým, že ďalej obsahuje výmenník (31) úžitkovej vody, ktorý je cez termicky riadené ventily (32) ako obtok prednostne napojený na tú zónu solárneho absorbéra, ktorá má najvyššiu teplotu.

12. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 11, vyznačujúce sa tým, že zásobník tepla s pevnou látkou obsahuje, ako teplo akumulujúci materiál, štrkovú alebo kremennú náplň s hrúbkou aspoň 60 cm.

13. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 12, vyznačujúce sa tým, že centrálna zóna zásobníka tepla s pevnou látkou obsahuje uložené kovové balíky, oceľové nosníky, autokocky alebo podobný materiál s veľkým špecifickým teplom.

14. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 13, vyznačujúce sa tým, že zásobník tepla s pevnou látkou a hlavne jeho centrálna zóna je na strane obrátenej k zemi izolovaná tepelnoizolačnou vrstvou.

15. Energetické zariadenie podľa nárokov 1 až 14, vyznačujúce sa tým, že ako kvapalina sa používa voda alebo mrazuvzdomý prostriedok.

16. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 ažl 5, vyznačujúce sa tým, že na vetranie má hlavne v okenných rámoch otvory, v ktorých sú usporiadané výmenníky tepla s lamelami pretekanými kvapalinami, napojené na hadicové alebo rúrkové systémy vonkajších stien (1, 2) budovy.

17. Energetické zariadenie podľa jedného z nárokov 1 ažl 5, vyznačujúce sa tým, že na vetranie budovy má vzduchové nasávacie kanály, a to jednak vonkajšie, usporiadané okolo periférnej zóny, a jednak vnútorné, prechádzajúce vnútrajškom zásobníka tepla s pevnou látkou, pričom cez viaccestný ventil je riadene nasávaný a vháňaný do budovy v letnej prevádzke ochladený vzduch vonkajším kanálom a v zimnej prevádzke predohriaty vzduch vnútorným kanálom.