CZ17018U1 - Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody - Google Patents
Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody Download PDFInfo
- Publication number
- CZ17018U1 CZ17018U1 CZ200617796U CZ200617796U CZ17018U1 CZ 17018 U1 CZ17018 U1 CZ 17018U1 CZ 200617796 U CZ200617796 U CZ 200617796U CZ 200617796 U CZ200617796 U CZ 200617796U CZ 17018 U1 CZ17018 U1 CZ 17018U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- solar
- energy
- collector unit
- heat
- heat pump
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract description 2
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 abstract 3
- 239000012267 brine Substances 0.000 abstract 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
- F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
- F24D11/0221—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/30—Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/40—Geothermal heat-pumps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/12—Hot water central heating systems using heat pumps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Central Heating Systems (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Description
Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody
Oblast techniky
Technické řešení se týká zařízení sloužícího k vytápění objektů a k ohřevu teplé užitkové vody TUV - s použitím zařízení pro sběr sluneční energie, akumulátoru tepla a tepelného čerpadla typu země - voda.
Dosavadní stav techniky
Známá zařízení pro vytápění objektů a přípravu TUV, která používají sběrná sluneční zařízení, tak zvané solární kolektory, jsou koncipována jako zařízení, která zajišťují přímo či prostřednictvím výměníku tepla, použitelného pro topení, ohřev TUV či spolupracují se sběrnou stranou tepelného čerpadla typu země - voda sdílením teplonosného média kolektorové strany - zemních jímačů nízkopotenciálového tepla. U většiny tepelných čerpadel je však aplikace sdíleného média kolektorů se solárním zařízením těžko použitelná - kolektory musí být plněny nemrznoucí směsí odpovídající požadovaným vlastnostem typu tepelného čerpadla. Většinou je oběh primárního okruhu v ustáleném stavu na teplotě okolo 0 °C, avšak nízkotlaká část okruhu kompresoru po expanzi pracuje s teplotou okolo -25 °C. Na druhé straně je pro sdílení okruhů potřebné použití směšovacích ventilů a regulační řídicí elektroniky a záložních zdrojů, které mohou snižovat energetický přínos a vlastní účinnost takových systémů.
Podstata technického řešení
Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody, obsahujícím tepelné čerpadlo typu země - voda se zemní kolektorovou jednotkou a solární kolektorovou jednotku s nuceným oběhem teplonosného média, propojené s akumulátorem energie přes primární výměník, přičemž do vybíjecího - sekundárního obvodu akumulátoru energie je vřazen sekundární výměník energie, jehož vstupní strana je napojena na výstupní potrubí zemní kolektorové jednotky a výstupní potrubí je připojeno ke vstupu primární strany tepelného čerpadla a ochlazený výstup primární strany tepelného čerpadla je připojen ke vstupu zemní kolektorové jednotky, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že solární kolektorová jednotka je opatřena teplotním čidlem a akumulátor energie je opatřen dalším teplotním čidlem, které jsou přes ovládací prvek, např. komparátor, připojeny k oběhovému čerpadlu solárního okruhu. Na výstupu ze sekundárního výměníku energie je ve výhodném pro30 vedení zařazen regulační element pro zajištění omezení teploty vstupního teplonosného média podle daných parametrů tepelného čerpadla. Kolektorová jednotka je s výhodou tvořena neotočnou částí, která je umístěna v ohnisku otočného fokusujícího zrcadla, opatřeného pohonem pro nastavení polohy vzhledem ke slunci pro dosažení maxima zisku energie slunečního záření.
Stacionární neotočná část může být ve tvaru maloplošného sběrače, tvořeného teplovodním va35 kuovým kolektorem pro sběr tepla, nebo může být tvořena fotovoltaickým složeným článkem, uzpůsobeným k získávání elektřiny z fokusovaného slunečního záření z otočného fokusujícího zrcadla.
Výhodou tohoto řešení je využití obnovitelných zdrojů energie pro účely vytápění a ohřevu teplé užitkové vody (dále jen TUV) pro byty, rodinné domy, obytné budovy, objekty občanské vyba40 venosti a sociální péče a zařízení poskytující ubytovací služby, eventuálně v komunální sféře školství a zdravotnictví, v neziskovém sektoru pro účelová zařízení. Řešení umožňuje zajistit podstatné zlevnění provozních nákladů těchto zařízení. Obecně lze pro využití obnovitelných zdrojů energie stanovit určitá pravidla, aby bylo podchyceno komplexní vyhodnocení sumy investičních nákladů pořízení, dále náročnost zajištění zdrojů, vyčerpatelnost zdrojů samotných, nutnost vyřešení podpůrných programů, například při zajišťování biomasy pro spalování zejména z hlediska požadovaných parametrů dřevní hmoty.
-1 CZ 17018 Ul
Z porovnání všech hledisek a s uvažováním celoročního zajištění požadovaných standardů vytápění a přípravy TUV vychází nej progresivněji využití geotermální energie Země ze zemních jímačů geoenergie - nízkopotenciálové oběhové vody - ze které se odčerpává energie pomocí tepelného čerpadla. Tato metoda má sice vysoké investiční nároky při pořízení, avšak v dalším skýtá podstatné snížení provozních nákladů každého místa, kde se tento způsob získávání energie pro vytápění a přípravu TUV použije, takže návratnost takového řešení je vysoce progresivní, zejména proto, že využití je celoroční.
Druhý způsob, který je často zdůrazňován, je získávání sluneční energie za účelem vytápění a přípravy TUV. Zde je nutné vzít v úvahu dosti podstatné omezení využitelnosti, které vyplývá z fyziologie slunečního záření. V období letních měsíců bývá k dispozici cca 3 až 3,3 kWh /m2/ den. Nejnižší hodnota cca 0,27 kWh /m2/ den odpovídá období prosince až ledna, kdy je největší potřeba vytápění, nemluvě o přípravě TUV.
Z technického hlediska - pokud nebude vyřešena ekonomicky dostupná akumulace velkého přebytku energie v letních měsících a její využití v období nedostatku v zimních měsících - systém vytápění s použitím solárních zařízení nelze dnes s únosnými investičními nároky uspokojivě řešit. Vzhledem ke skutečnosti, že v zimních měsících standardní solární systém v návrhu na přípravu TUV pro letní měsíce není schopen zajistit dostatečně vysokou teplotu TUV v bojleru, ale je schopen jímat sluneční energii v nízkoúrovňové oblasti teplot do 25 až 30 °C, je zde cesta, jak takovou nízkoúrovňovou energii využít pro vytápění a přípravu TUV a tím podpořit celkový stav využití přírodních zdrojů energie za rozumných investičních nákladů tak, aby byla zajištěna dostatečně krátká návratnost vynaložených prostředků a zároveň se zvýšila celoroční využitelnost solárních systémů.
Navržené řešení využívá vlastnost tepelných čerpadel - nebo obecněji Camotova cyklu - kde účinnost, vyjádřena tzv. topným faktorem „k“ je závislá na teplotním zdvihu - cyklu. V praxi to znamená, že stroj - tepelné čerpadlo - za podmínek snižujícího se rozdílu mezi teplotou teplonosného média na straně zdrojové či primární, v porovnání s teplonosným médiem strany spotřebiče neboli sekundární, má vyšší topný faktor. Neboli - stroj za stejných podmínek dodávané energie je schopen vyprodukovat větší množství energie při snížení rozdílu teplot médií primáru a sekundářů, protože vzroste účinnost přenosu. Jestliže se podaří zvýšit teplotu primáru při ponechá30 ní teploty sekundářů, dojde ke zvýšení topného faktoru tepelného čerpadla.
Běžné systémy Čerpání energie z přírody (tzv. obnovitelných zdrojů) využívají například zemních půdních kolektorů anebo hlubinných jímačů geotermální energie. Tyto dnes nejběžnější způsoby odebírání energie Země pro účely vytápění občanských budov a bytových jednotek mají jisté výhody proti jiným, například solárním kolektorům, protože nejsou závislé na počasí ani na roční době. Solární kolektory, na druhé straně, mají vysloveně sezónní charakter a dodávají nejvíce využitelné energie v době, kdy je pro vytápění objektů nepoužitelná. A naopak, v období největší potřeby vytápění - v měsících podzimu, zimy a jara - je sluneční energie nevyužitelná, protože teplonosné médium nedosahuje patřičné teploty použitelné v otopovém systému vytápění. Vyplývá to jak ze zkrácení doby denního svitu, tak z poklesu vnější okolní teploty vzduchu a ze snížení účinnosti solárních kolektorů vlivem tepelných ztrát jímané energie, jakož i poklesu dráhy Slunce.
Solární systém pro běžné použití pro přípravu TUV v letním období produkuje energii zužitkovávanou v bivalentním respektive trivalentním bojleru. Koncepčně se jedná o bojler, napájený ze solárních kolektorů a pokud není k dispozici teplo ze solárních kolektorů, dotápí se bivalentním respektive druhým z trivalentního zdroje, což je většinou ponorný elektrický odporový článek vnořený do bojleru a ovládaný řídicím systémem.
Podle tohoto technického řešení - namísto elektrického dotopu nedohřáté vody v bojleru, která by pro použití měla mít minimálně 39 °C, se „nedostatečně ohřátá“ voda 38 °C a méně - použije k dohřátí vstupní - primární vody pro tepelné čerpadlo ze zemního jímače. Prostřednictvím zvý50 šeného topného faktoru tepelného čerpadla - dosažením menšího teplotního zdvihu Camotova cyklu se za podstatně nižších energetických nároků vyrobí TUV ve vlastním bojleru tepelného
-2CZ 17018 Ul čerpadla. Energie ze solárního bojleru nebo variantně z účelově instalovaného zásobníku pro sběr solární energie se odčerpává pomocí doplňkového sekundárního výměníku speciální konstrukce a s přizpůsobenou teplosměnnou plochou, kde jednou větví výměníku nuceným oběhem proudí zdrojová nemrznoucí směs z výstupu zemního jímače, druhou větví proudí ohřátá voda ze zásobníku nebo z bojleru, který je napojen na solární kolektory. Takto dohřátá primární nemrznoucí směs slouží jako zdrojové teplonosné médium do tepelného čerpadla. Doplňkový výměník musí mít konstrukci splňující požadavek práce v samotížném režimu cirkulace vody. Čerpání energie se samočinně zastaví po vyrovnání teplot obou médií a tepelné čerpadlo pak zase pracuje s energií dodávanou pouze zemním kolektorem až do nového doplnění solární energií. Tímto způsobem se využije každého teplotního spádu, který se vytvoří solární energií a který se zhodnotí v tepelném čerpadle s násobkem daným topným faktorem k = f (T2 - T0 - kde T| je teplota vody primární strany, Ti je teplota otopové strany, - který je funkcí teplotního zdvihu a dále se využije i nízkopotenciálové teplo, získávané během neslunečných dní letního a celého topného období, kdy využitelná solární energie klesá až na méně než 10 % její letní hodnoty, přesto však dokáže vylepšit topný faktor tepelného čerpadla.
Připojením solárního zařízení pro jímání sluneční energie prostřednictvím vhodného výměníku tepla do akumulátoru tepla se vytvoří podmínky pro jímání energie slunečního svitu primárním okruhem tepelného čerpadla, které je uzpůsobené tak, že energie ze solárního zařízení připojeného k akumulátoru tepla se prostřednictvím prvního výměníku ukládá v akumulátoru, přičemž je proces akumulace energie ovládán nuceným oběhem řízeným čidlem teploty výstupního média ze solárního zařízení v závislosti na této teplotě, a uloženou energii odebírá prostřednictvím sekundárního výměníku do primární sběrné smyčky tepelného čerpadla, které má vlastní oběhové čerpadlo.
Přehled obrázků na výkresech
Technické řešení bude podrobněji popsáno na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení a na obr. 2 schéma konstrukce sekundárního výměníku tepla. Na obr. 3 je uveden graf závislosti topného faktoru k = f (T2 - Ti) a na obr. 4 je uveden graf průběhu průměrné denní energie, jímatelné z 1 m2 plochy solárního zařízení v běžném roce na obr. 5 je znázorněna kolektorová jednotka v nárysu a na obr. 6 v půdo30 rysu.
Příklady provedení technického řešení
Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody, obsahuje tepelné čerpadlo 5 typu země - voda se zemní kolektorovou jednotkou 4 a solární kolektorovou jednotku 1 s nuceným oběhem teplonosného média, které jsou propojeny s akumulátorem 2 energie přes výměník 6. Do vybíje35 čího - sekundárního obvodu akumulátoru 2 energie je vřazen sekundární výměník 3 energie, jehož vstupní strana je napojena na výstupní potrubí zemní kolektorové jednotky 4 a výstupní potrubí je připojeno ke vstupu primární strany tepelného čerpadla 5, přičemž ochlazený výstup primární strany tepelného čerpadla 5 je připojen ke vstupu zemní kolektorové jednotky 4. Solární kolektorová jednotka i je opatřena teplotním čidlem a akumulátor 2 energie je opatřen dalším teplotním čidlem, která jsou přes ovládací prvek připojena k oběhovému čerpadlu solárního okruhu. Na výstupu ze sekundárního výměníku 3 energie je zařazen regulační element pro zajištění omezení teploty vstupního teplonosného média podle daných parametrů tepelného čerpadla 5.
Solární kolektorová jednotka i s nuceným oběhem teplonosného média nabíjí vhodný akumulá45 tor 2 prostřednictvím vhodně konstruovaného výměníku 6 teplem, získaným od slunečního svitu. Malá bateriová diferenciální elektronická aparatura vyhodnocuje prostřednictvím dvou kontaktních čidel teploty stav nabíjející soustavy. Při vzniku kladného rozdílu mezi teplotami čidla č. 1, umístěného v solární kolektorové jednotce i a čidla č. 2, umístěného v akumulátoru 2 elektronická jednotka jednoduchým relé spustí oběhové čerpadlo solárního okruhu a zahájí se nabíjení
-3 CZ 17018 Ul akumulátoru 2 až do vyrovnání teplot obou čidel (s hysterezí + - 2 °C). V praxi to znamená, že nedochází k vybíjení akumulátoru 2 v noci a v intervalech, kdy solární zařízení neposkytuje užitnou energii.
Výstupem z akumulátoru 2, který slouží k odběru nízkopotenciálové energie využitelné jen tepelným čerpadlem 5 například v rozsahu 0 až 35 °C, je účelově konstruovaný teplovodní sekundární výměník 3, který splňuje dvě základní podmínky. Vybíjení akumulované energie z akumulátoru 2 se nastartuje samotížným mechanizmem při započetí odběru tepla - například při spuštění kompresoru tepelného čerpadla 5, při kterém se automaticky zapíná i oběhové čerpadlo okruhu zemních kolektorových jednotek 4 pro tepelné čerpadlo 5. A za druhé se vybíjení energie ío samočinně zastaví v okamžiku vyrovnání teploty médií obou okruhů sekundárního výměníku 3, prakticky při dosažení teploty +4 °C, kdy voda v akumulátoru 2 dosáhne největší hustoty a cirkulace média samotížným systémem ustane. Může nastat opačný směr cirkulace, pokud by dále docházelo k chladnutí média ze zemní kolektorové jednotky 4. Tato cirkulace však může zamezit zamrzání teplosměnné plochy sekundárního výměníku 3 a není na závadu, pokud nastane.
Podmínkou pro vznik samotížného mechanizmu čerpání akumulovaného tepla z akumulátoru 2 je dostatečná výška sekundárního výměníku 3 a dostatečný aktivní průřez hydraulického okruhu sekundárního výměníku 3 - strany napojené na akumulátor 2. Výstupní strana sekundárního výměníku 3 musí mít co největší teplosměnnou plochu, aby došlo k co nejlepšímu přestupu tepla do okruhu k tepelnému čerpadlu 5. Teplosměnnou plochu lze zvýšit připojením lamel po celé délce sekundárního výměníku 3. Jedná se o tak zvaný drátový výměník, jehož různé konstrukce jsou z technické praxe známy. Geometrické parametry sekundárního výměníku 3 závisí na hodnotě přenášené energie.
Pro zamezení stavu, který může nastat v letním období a hrozilo by nebezpečí překročení maximálně povolené teploty vstupní primární vody do tepelného čerpadla 5 tak, že by mohlo dojít k aktivaci ochrany tepelného čerpadla 5 a jeho periodickému vyřazování z provozu, lze v těchto letních měsících použít dvě varianty. Aktivovat oběhové čerpadlo okruhu zemních kolektorových jednotek 4 pro stálý provoz, který zajistí odvod přebytku sluneční energie v období, kdy tepelné čerpadlo 5 zajišťuje jen přípravu TUV, regeneraci zemních kolektorových jednotek 4 pro využití v následném topném období a využití tepelného čerpadlo 5 pro ohřev bazénové vody, což přinese další efekty v hospodárnosti provozu a návratnosti investic.
Nutno vzít v úvahu, že tyto stavy budou individuálně řešitelné pouze při znalosti konstrukčních parametrů solární jednotky 1, kapacity akumulátoru 2 a výkonových parametrů tepelného čerpadla 5, zejména jeho kolektorové jednotky a přenosových parametrů zeminy v oblasti pokládání kolektorů a hlubinných jímačů energie.
Solární energie F se prostřednictvím teplonosného média v solárním kolektoru J_ přenáší do akumulátoru 2 a zde se ukládá. Nezávisle na tom je ze sekundárního výměníku 3 čerpána uložená energie, která otepluje teplonosné médium z geotermálního jímače a po oteplení vstupuje do tepelného čerpadla 5, kde se nasbíraná energie přemění na teplou vodu použitelnou k vytápění nebo přípravu teplé užitkové vody, přičemž je možné odčerpávat teplo z akumulátoru 2 až do dosažení shodné teploty s médiem zemní kolektorové jednotky 4 - tj. prakticky 0 °C.
Proces vybíjení energie nahromaděné v akumulátoru 2 energie ze solární kolektorové jednotky J se samočinně zastaví při ustavení termodynamické rovnováhy v předávací teplosměnné ploše sekundárního výměníku 3 energie vlivem vyrovnání teploty teplonosného média v obvodu zemní kolektorové jednotky 4 s teplotou teplonosného média použitého v akumulátoru 2 energie.
Energie získávaná ze solárního zařízení se využívá celoročně pro přípravu tepla a teplé užitkové vody, přičemž se energetický výtěžek transformuje prostřednictvím topného faktoru tepelného čerpadla 5 až do vyrovnání úrovně teploty teplonosného média akumulátoru 2 s teplotou teplonosného média zemní kolektorové jednotky 4 v rozsahu nepoužitelném pro potřeby vytápění ani přípravu teplé vody.
Na obr. 3 je uveden graf závislosti topného faktoru k = f (T2 - TJ.
-4CZ 17018 Ul
Na obr. 4 je pro informaci uveden graf průběhu průměrné denní energie, jímatelné z 1 m2 plochy solárního zařízení v běžném roce.
Kolektorová jednotka 4 je tvořena neotočnou částí 7, která je umístěna v ohnisku otočného fokusujícího zrcadla 8, opatřeného pohonem pro nastavení polohy vzhledem ke slunci pro dosažení maxima zisku energie slunečního záření. Stacionární neotočná část 7 je ve tvaru maloplošného sběrače, tvořeného teplovodním vakuovým kolektorem pro sběr tepla.
V dalším provedení je stacionární neotočná část 7 je tvořena fotovoltaickým složeným článkem, uzpůsobeným k získávání elektřiny z fokusovaného slunečního záření z otočného fokusujícího zrcadla 8.
ío Tok slunečního záření dopadá na fokusační plochu otočného zrcadla 8, v jehož ohnisku je umístěn stacionární maloplošný sběrač v provedení například jedné dlouhé trubice vakuového kolektoru, nebo v provedení fotovoltaického sběrače, uzpůsobeného ke sběru energie z fokusačního zrcadla. Otočné fokusační zrcadlo 8 se polohuje podle polohy slunce pomocí hydraulického systému natáčení, kde potřebnou energii pro natáčení vytváří éterem plněná hydraulika, obdobná větracím systémům skleníků. Otočné fokusační zrcadlo 8 je odlehčené konstrukce a tím dovoluje použití tohoto zařízení bez závislosti na napájení elektrickým proudem.
Průmyslová využitelnost
Zařízení podle technického řešení lze za předpokladu předložení jasného investičního záměru koncipovat jak pro využití v rodinných domech a bytových zástavbách, tak i pro využití v prů20 myslu, na vytápění objektů pro průmyslové využití.
Claims (5)
1. Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody, obsahující tepelné čerpadlo (5) typu země - voda se zemní kolektorovou jednotkou (4) a solární kolektorovou jednotku (1) s nuceným oběhem teplonosného média, propojené s akumulátorem (2) energie přes výměník (6),
25 přičemž do vybíjecího - sekundárního obvodu akumulátoru (2) energie je vřazen sekundární výměník (3) energie, jehož vstupní strana je napojena na výstupní potrubí zemní kolektorové jednotky (4) a výstupní potrubí je připojeno ke vstupu primární strany tepelného čerpadla (5) a ochlazený výstup primární strany tepelného čerpadla (5) je připojen ke vstupu zemní kolektorové jednotky (4), vyznačující se tím, že solární kolektorová jednotka (1) je opatřena
30 teplotním čidlem a akumulátor (2) energie je opatřen dalším teplotním čidlem, která jsou přes ovládací prvek připojena k oběhovému čerpadlu solárního okruhu.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na výstupu ze sekundárního výměníku (
3) energie je zařazen regulační element pro zajištění omezení teploty vstupního teplonosného média podle daných parametrů tepelného čerpadla (5).
35 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kolektorová jednotka (4) je tvořena neotočnou částí (7), která je umístěna v ohnisku otočného fokusujícího zrcadla (8), opatřeného pohonem pro nastavení polohy vzhledem ke slunci pro dosažení maxima zisku energie slunečního záření.
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že stacionární neotočná část (7) je
40 ve tvaru maloplošného sběrače, tvořeného teplovodním vakuovým kolektorem pro sběr tepla.
5. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že stacionární neotočná část (7) je tvořena fotovoltaickým složeným článkem, uzpůsobeným k získávání elektřiny z fokusovaného slunečního záření z otočného fokusujícího zrcadla (8).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ200617796U CZ17018U1 (cs) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody |
| PCT/CZ2007/000043 WO2007137529A2 (en) | 2006-06-01 | 2007-05-30 | Device for heating buildings and domestic hot water |
| EP07721832A EP2032906A2 (en) | 2006-06-01 | 2007-05-30 | Device for heating buildings and domestic hot water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ200617796U CZ17018U1 (cs) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ17018U1 true CZ17018U1 (cs) | 2006-11-27 |
Family
ID=37684175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ200617796U CZ17018U1 (cs) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2032906A2 (cs) |
| CZ (1) | CZ17018U1 (cs) |
| WO (1) | WO2007137529A2 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110554617B (zh) * | 2019-09-09 | 2022-12-20 | 南京工业大学 | 一种自动控制实验教学装置及方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2952541C2 (de) * | 1979-12-28 | 1987-01-15 | Chemowerk GmbH Fabrik für Behälter und Transportgeräte, 7056 Weinstadt | Heizvorrichtung zur Ausnutzung von Erdwärme mittels einer Wärmepumpe |
| FR2505990B1 (fr) * | 1981-05-14 | 1986-03-28 | Calories Geothermiques Solaire | Systeme de chauffage pour locaux, notamment pour locaux d'habitation |
| DE19714679A1 (de) * | 1997-04-01 | 1998-10-08 | Peschke Christoph Dr Ing | Klimaanlage mit geregelter Kopplung von Solarkollektoren und Wärmepumpen |
-
2006
- 2006-06-01 CZ CZ200617796U patent/CZ17018U1/cs not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-05-30 WO PCT/CZ2007/000043 patent/WO2007137529A2/en not_active Ceased
- 2007-05-30 EP EP07721832A patent/EP2032906A2/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007137529A3 (en) | 2008-01-17 |
| WO2007137529A2 (en) | 2007-12-06 |
| EP2032906A2 (en) | 2009-03-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dannemand et al. | Performance of a demonstration solar PVT assisted heat pump system with cold buffer storage and domestic hot water storage tanks | |
| CN101556082B (zh) | 太阳能蓄热地源热泵供热水系统 | |
| RU2350847C1 (ru) | Система автономного теплоснабжения потребителей с использованием низкопотенциального источника тепла и электроснабжения от возобновляемых источников энергии | |
| EP1906109A1 (en) | Method for producing hot water utilizing combined heat resources of solar energy and heat pump in the manner of heating water at multiple stages and accumulating energy and a device especially for carrying out the method | |
| US20130081394A1 (en) | Solar power system and method therefor | |
| EP3111485B1 (en) | A hybrid supplemental solar energy collection and dissipation system with one or more heat pumps | |
| CN104864449A (zh) | 一种具有太阳能、低谷电加热蓄能的热水供热装置及应用 | |
| CN115200077A (zh) | 一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置及其控制方法 | |
| CN106451724A (zh) | 太阳能与单井循环热泵调温、供电、供热水系统及方法 | |
| CN209960601U (zh) | 一种太阳能与地源热泵综合供热系统 | |
| CN201973771U (zh) | 太阳能-地源热泵采暖及供热水装置 | |
| Sibbitt et al. | Measured and simulated performance of a high solar fraction district heating system with seasonal storage | |
| CN1847744A (zh) | 太阳能反季节蓄热采暖蓄冷降温技术 | |
| JP6184243B2 (ja) | 太陽熱エネルギー発電装置 | |
| CN210004497U (zh) | 一种可再生能源多能互补供热系统 | |
| Sarbu et al. | Solar water and space heating systems | |
| RU35386U1 (ru) | Система автономного энергоснабжения жилых и производственных помещений | |
| RU124949U1 (ru) | Система теплоснабжения и холодоснабжения зданий | |
| CZ17018U1 (cs) | Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody | |
| CN109405045A (zh) | 一种农业设施自供暖系统及方法 | |
| RU2746434C1 (ru) | Система автономного энергоснабжения жилого дома | |
| CN211551774U (zh) | 蓄热式太阳能取暖系统 | |
| CN219976568U (zh) | 一种太阳能pvt热泵跨季储能冷热电专用换热机组 | |
| WO2021137841A1 (ru) | Способ солнечного отопления системы теплообеспечения | |
| CZ12633U1 (cs) | Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vody |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20061127 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20100513 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20130601 |