PL219618B1

PL219618B1 - Installation of domestic water with solar panel

Info

Publication number: PL219618B1
Application number: PL398455A
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: PL398455A1

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, składająca 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 dwóch zbiorników ciśnieniowych, pierwszego i drugiego wypełnionych wodą i powietrzem, przy czym w pierwszym zbiorniku umieszczona jest wężownica panelu solarnego, zaś strefy powietrza zbiorników, pierwszego i drugiego, połączone są ze sobą przewodem rurowym z dławicą a strefy wodne zbiorników, pierwszego i drugiego połączone są przewodem rurowym z zaworem, naPL 219 618 B1 tomiast zbiornik drugi połączony jest z instalacją wodociągową poprzez równolegle połączone zawory, zawór z kryzą i zawór przepływowy przewodem rurowym.The 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 two tanks pressure, the first and the second filled with water and air, the first tank has a solar panel coil, and the air zones of the first and second tanks are connected with each other by a pipe with a gland, and the water zones of the first and second tanks are connected by a pipe with a valve, while the second tank is connected to the water supply system through parallel connected valves, a valve with an orifice and a flow valve with a pipeline.

W zbiornikach, pierwszym i drugim umieszczone są membrany rozdzielające strefy powietrza i wody.In the first and second tanks there are membranes separating the air and water zones.

W zbiorniku pierwszym znajduje się detektor położenia poziomu wody współpracujący z liniałem pomiarowym.In the first tank there is a water level detector cooperating with a measuring ruler.

Ponadto w zbiorniku pierwszym w strefie wody umieszczony jest termometr zaś w rurze wyjściowej z panelu solarnego umieszczony jest drugi termometr.Moreover, in the first tank, in the water zone, there is a thermometer, and in the outlet pipe from the solar panel, a second thermometer.

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 do podgrzewania wody użytkowej z panelem solarnym przedstawiona jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat instalacji ze zbiornikami z poduszkami powietrznymi, a fig. 2 - schemat instalacji ze zbiornikami, w których woda i powietrze rozdzielone są membranami.The installation for heating domestic hot water with a solar panel is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a diagram of an installation with air cushion tanks, and Fig. 2 - a diagram of an installation with tanks where water and air are separated by membranes.

Instalacja do podgrzewania ciepłej wody użytkowej składa się z dwóch podobnych ciśnieniowych zbiorników A i B. W zbiorniku A zainstalowana jest wężownica 4 podgrzewająca wodę WC energią cieplną dostarczaną od panelu solarnego 5. W dolnej części zbiornika B pod membraną M2 znajduje się woda zimna WZ, doprowadzona za pomocą przewodów rurowych 7a i 7b z sieci wodociągowej 7 przez sterowane zawory Z1 i Z3. Zbiorniki A i B są połączone przewodem 2 z wbudowanym sterowanym zaworem Z2, który umożliwia przepływ wody zimnej WZ ze zbiornika B do zbiornika A. Górne części zbiorników A i B są połączone przewodem 6 umożliwiającym przepływ powietrza 1 i 3 pomiędzy zbiornikami A i B. Na przewodzie 6 znajduje się zwężka 6a tłumiąca przepływ powietrza. Ciśnienie powietrza 1 i 3 może być równe lub mniejsze od ciśnienia wody zasilającej w instalacji wodociągowej 7. Dla potrzeb sterowania mierzone są: temperatura Tw wody ciepłej WC przez termometr 10 umieszczony w zbiorniku A oraz temperatura Tk czynnika grzewczego mierzona przez termometr 11 umieszczony w przewodzie wylotowym panelu solarnego 5 oraz położenia poziomu wody dolne k1 i górne k2 w zbiorniku A z podgrzaną wodą WC. Dolne położenie ki poziomu wody w zbiorniku A określa minimalną objętość podgrzanej wody WC, a położenie k2 określa maksymalną objętość wody WC. Jeżeli temperatura Tk czynnika grzewczego panelu 5 solarnego jest odpowiednio wyższa od zadanej przez użytkownika minimalnej wartości temperatury TWo_min podgrzewanej wody (Tk>>TWo_min) a poziom wody w zbiorniku A znajduje się między położeniami ki i k2, to włącza się system podgrzewania ciepłej wody użytecznej. W chwili włączenia systemu standardowo poziom wody w zbiorniku A, powinien znajdować się w położeniu dolnym ki. Po osiągnięciu lub pewnym przekroczeniu przez wodę ciepłą WC zadanej temperatury Tw>>TWo_min, przy założeniu, że Tk>>Tw, po pewnym opóźnieniu otwiera zawór Z1 z kryzą. W chwili pobrania wody ciepłej WC ze zbiornika A przez przewód 13 układ sterujący otwiera zawór Z2. Zawór Z3 jest zamknięty. Ten stan umożliwia przepływ przewodem 2 przez zawór Z2 wody zimnej WZ ze zbiornika B do zbiornika A oraz dopływ przewodem 7b przez zawór Z1 z kryzą wody z instalacji 7 wodociągowej.The installation for heating domestic hot water consists of two similar pressure tanks A and B. A coil 4 is installed in the tank A, which heats the WC water with thermal energy supplied from the solar panel 5. In the lower part of the B tank under the M2 membrane there is cold water WZ, supplied by means of pipelines 7a and 7b from the water supply network 7 through the controlled valves Z1 and Z3. The tanks A and B are connected by a conduit 2 with the built-in controlled valve Z2, which allows the flow of cold water WZ from the tank B to the tank A. The upper parts of the tanks A and B are connected by a conduit 6 allowing the flow of air 1 and 3 between the tanks A and B. in the line 6 there is an orifice 6a which suppresses the air flow. Air pressure 1 and 3 can be equal to or lower than the supply water pressure in the water supply system 7. For control purposes, the following are measured: temperature Tw of hot water WC by a thermometer 10 located in the tank A and temperature Tk of the heating medium measured by thermometer 11 placed in the outlet conduit solar panel 5 and the position of the water level: lower k1 and upper k2 in the tank A with heated toilet water. The lower position k and the water level in the tank A determines the minimum volume of heated water in the toilet, and the position k2 determines the maximum volume of water in the toilet. If the temperature Tk of the heating medium of the solar panel 5 is correspondingly higher than the minimum temperature value Tk _{min of the} heated water set by the user (Tk >> TWo _min ) and the water level in the tank A is between the positions ki and k2, the hot water heating system is activated useful. When the system is turned on, the standard water level in the tank A should be in the down position ki. After the hot water WC has reached or exceeded the set temperature Tw >> TWo _min , assuming that Tk >> Tw, after some delay, it opens the valve Z1 with an orifice. When hot water is drawn from the toilet from the tank A through the conduit 13, the control system opens the valve Z2. Valve Z3 is closed. This state allows cold water flow WZ through the line 2 through the valve Z2 from the tank B to the tank A and the inlet through the line 7b through the valve Z1 with a water orifice from the water mains.

W zbiornikach A i B mogą być zainstalowane membrany M1 i M2 dla rozdzielenia wody 3a i 3b od powietrza 1 i 3.In tanks A and B, membranes M1 and M2 can be installed to separate water 3a and 3b from air 1 and 3.

Claims

1. 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 two pressure vessels, fill the first (A) and second (B) 4

With water (3a) and (3b) and air (1) and (3), the first tank (A) has a coil (4) of the solar panel (5), and the air zones (3) of the tanks , the first (A) and the second (B) are connected by a pipe (6) with the gland (6a) and the water zones (3a) and (3b) of the first (A) and second (B) tanks are connected by a pipe (2) with the valve (Z2), while the second tank (B) is connected with the water supply system (7) through parallel connected valves, the valve (Z1) with an orifice and the flow valve (Z3) with a pipeline (13).

2. Installation according to p. The method of claim 1, characterized in that the first (A) and second (B) tanks are provided with membranes (M1) and (M2) separating the zones of air (1) and (3) and water (3a) and (3b).

3. Installation according to p. A water level position detector (8) cooperating with a measuring ruler (9) is provided in the first tank (A).

4. Installation according to p. A thermometer (10) is located in the tank (A) in the water zone (3a), and a second thermometer (12) is located in the outlet pipe (11) from the solar panel (5).