CZ17018U1

CZ17018U1 - Apparatus for heating objects and service water

Info

Publication number: CZ17018U1
Application number: CZ200617796U
Authority: CZ
Inventors: Vojtík@Zdeněk
Original assignee: Vojta K Zdenaoek
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2006-11-27
Also published as: WO2007137529A3; WO2007137529A2; EP2032906A2

Abstract

A device for heating buildings and domestic hot water, consisting of brine/water heat pump (5) with ground collector unit (4) and solar collector unit (1) with forced ventilation of the heat-transfer medium, connected to energy storage cell (2) by means of exchanger (6), with secondary energy exchanger (3) inset in the discharge - secondary circuit of energy storage cell (2), with the secondary exchanger's inlet side connected to the outlet pipe of ground collector unit (4) and its outlet pipe connected to the inlet of the primary side of heat pump (5) and the cooled outlet of the primary side of heat pump (5) connected to the inlet of ground collector unit (4). Solar collector unit (1) fitted with a temperature sensor and energy storage cell (2) fitted with another temperature sensor, the sensors being connected to the circulation pump of the solar circuit by means of a control element.

Description

Zařízení k vytápění objektů a ohřevu teplé užitkové vodyEquipment for heating buildings and hot water

Oblast technikyTechnical field

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.The technical solution relates to a device used for heating buildings and for the heating of domestic hot water - using a solar energy collection device, a heat accumulator and a ground-water heat pump.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

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.Known systems for building heating and hot water preparation using solar collectors, so-called solar collectors, are designed to provide, directly or through a heat exchanger, usable for heating, DHW heating or cooperate with the collector side of a ground-water heat pump by sharing the heat transfer medium of the collector side - ground heat sinks of low potential heat. However, for most heat pumps the application of shared collector medium with solar equipment is difficult to use - the collectors must be filled with antifreeze corresponding to the required characteristics of the heat pump type. Typically, the primary circuit circulates at a steady state temperature of about 0 ° C, but the low-pressure portion of the compressor circuit after expansion operates at a temperature of about -25 ° C. On the other hand, mixing valves and control electronics and back-up sources are needed to share circuits, which can reduce the energy benefits and intrinsic efficiency of such systems.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

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.The above drawbacks are largely overcome by a facility for heating buildings and domestic hot water, comprising a ground-to-water heat pump with a ground collector unit and a solar collector unit with forced circulation of the heat transfer medium connected to the energy storage via a primary exchanger. - a secondary energy storage device is fitted with a secondary energy exchanger whose inlet side is connected to the outlet pipe of the ground collector unit and the outlet pipe is connected to the inlet of the primary side of the heat pump and the cooled outlet of the primary side of the heat pump is connected to the inlet of the ground collector unit. technical solution. Its essence is that the solar collector unit is provided with a temperature sensor and the energy accumulator is provided with an additional temperature sensor, which are connected to a solar circuit circulation pump via a control element, eg a comparator. At the outlet of the secondary energy exchanger, a control element is provided in the preferred conduit for providing a temperature limitation of the input heat transfer medium according to the heat pump parameters. The collector unit is preferably formed by a non-rotatable portion which is located at the focus of the rotating focusing mirror provided with a drive for positioning relative to the sun to maximize the solar energy gain.

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.The stationary non-rotatable portion may be in the form of a small-area collector formed by a hot water heat collector for heat collection, or it may be a photovoltaic composite cell adapted to extract electricity from focused solar radiation from a rotating focusing mirror.

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.The advantage of this solution is the use of renewable energy sources for the purpose of heating and hot water (DHW) for apartments, houses, residential buildings, civic amenities and social care facilities and facilities providing accommodation services, possibly in the municipal sphere of education and health care , in the non-profit sector for special purpose facilities. The solution makes it possible to ensure a substantial reduction in the operating costs of these devices. Generally, it is possible to lay down certain rules for the use of renewable energy sources in order to capture a comprehensive evaluation of the sum of investment costs of acquisition, the difficulty of securing resources, the depletion of resources themselves, the necessity of solving support programs, for example in securing biomass for combustion.

-1 CZ 17018 Ul-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.By comparing all aspects and considering the year-round provision of the required standards of heating and hot water preparation, the most progressive use of the Earth's geothermal energy comes from the earth's geoenergy sinks - low-potential circulating water - from which energy is pumped off by the heat pump. While this method has high investment requirements, it also significantly reduces the operating costs of any location where this method of generating energy for heating and DHW is used, so that the return on such a solution is highly progressive, especially since the use is year-round.

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.The second method, which is often emphasized, is to obtain solar energy for heating and DHW production. Here, it is necessary to take into account quite substantial limitations of usability, which results from the physiology of solar radiation. In the summer months it is available approximately 3 to 3.3 kWh / m ² / day. The lowest value of about 0.27 kWh / m ² / day corresponds to the period of December to January, when there is the greatest need for heating, not to mention the preparation of hot water.

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.From a technical point of view - unless economically available accumulation of large energy surplus in the summer months and its utilization during the winter shortage is not resolved - the solar heating system cannot be satisfactorily solved today with a reasonable investment demand. Given the fact that in the winter months the standard solar system in the design for DHW preparation for the summer months is not able to ensure a sufficiently high DHW temperature in the boiler, but is able to collect solar energy in the low-temperature range up to 25-30 ° C, how to use such low-level energy for heating and hot water production and thus support the overall state of use of natural energy sources at reasonable investment costs so as to ensure a sufficiently short return on the resources and at the same time increase the year-to-year usability of solar systems.

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.The proposed solution uses the property of heat pumps - or more generally the Camot cycle - where the efficiency, expressed by the so-called heating factor "k" is dependent on the temperature stroke - of the cycle. In practice, this means that the machine - the heat pump - has a higher heating factor under the conditions of a decreasing difference between the temperature of the heat transfer medium on the source or primary side, compared to the heat transfer medium on the appliance side or secondary. Or, under the same power supply conditions, the machine is able to produce more energy while reducing the temperature difference between the primary and secondary media, as the transfer efficiency will increase. If the primary temperature is raised while maintaining the secondary temperature, the heat pump's heat factor will increase.

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.Common systems Pumping of energy from nature (so-called renewable sources) uses, for example, ground soil collectors or deep geothermal energy collectors. These most common ways of consuming Earth's energy today for the purpose of heating community buildings and residential units have certain advantages over other, for example solar collectors, because they are not weather or season dependent. Solar collectors, on the other hand, have an explicitly seasonal character and supply the most usable energy at a time when it is unusable to heat buildings. Conversely, in times of greatest heating demand - in the months of autumn, winter and spring - solar energy is unusable because the heat transfer medium does not reach the appropriate temperature applicable to the heating system. This is due to both a reduction in daylight and a decrease in the external ambient air temperature and a decrease in the efficiency of the solar collectors due to heat loss of the energy collected as well as a decrease in the Sun's orbit.

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.A solar system for normal use for DHW production in summer produces energy utilized in a bivalent or trivalent boiler. Conceptually, it is a boiler powered by solar collectors and if there is no heat from solar collectors, it heats the bivalent or the other from a trivalent source, which is usually a submersible electric resistance element embedded in the boiler and controlled by the control system.

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 tepelnéhoAccording to this technical solution - instead of electrically heating the unheated water in the boiler, which should be at least 39 ° C for use, "under-heated" water of 38 ° C or less - is used to reheat the inlet - primary water for the heat pump from the ground collector. Thanks to the increased heat factor of the heat pump - by achieving a lower thermal stroke of the Camot cycle, DHW is produced in its own heat boiler at substantially lower energy requirements

-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.-2GB 17018 Ul pumps. The energy from the solar boiler or, alternatively, from the purpose-built solar energy storage tank is pumped out by means of an additional secondary heat exchanger of special design and adapted heat exchange surface, where from a boiler that is connected to solar collectors. The primary antifreeze thus heated serves as a source heat transfer medium for the heat pump. The additional heat exchanger must be designed to work in gravity mode of water circulation. The pumping of energy stops automatically when the temperatures of both media are equalized and the heat pump then works with the energy supplied only by the ground collector until the new solar energy is replenished. In this way, any temperature gradient generated by solar energy and utilized in a heat pump with a multiple given by the heating factor k = f (T ₂ - T0 - where T 1 is the primary side water temperature, Ti is the heating side temperature, which is a function of the thermal stroke and further utilizes the low-potential heat generated during the sunless days of summer and the whole heating season, when the usable solar energy decreases to less than 10% of its summer value, yet can improve the heat pump's heat factor.

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.By connecting a solar heat collecting device via a suitable heat exchanger to the heat accumulator, conditions for collecting the sunshine energy through the primary circuit of the heat pump are created which are adapted so that the energy from the solar heat recovery device is stored in the accumulator via the first heat exchanger. the energy storage process is controlled by a forced circulation controlled by a temperature sensor of the output medium of the solar device in dependence on this temperature, and it takes the stored energy through a secondary heat exchanger into a primary heat pump collection loop having its own circulation pump.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

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.The technical solution will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows the wiring diagram and Fig. 2 shows the construction of the secondary heat exchanger. Fig. 3 shows a graph of the dependence of the heating factor k = f (T ₂ - Ti) and Fig. 4 shows a graph of the average daily energy flow, collected from 1 m ² of solar system area in the current year. 6 in front view and in FIG.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solution

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.The plant for heating buildings and hot water, comprises a ground-water heat pump 5 with a ground collector unit 4 and a solar collector unit 1 with forced circulation of the heat transfer medium, which are connected to an energy accumulator 2 via a heat exchanger 6. a secondary energy exchanger 3 is connected to the energy storage circuit 2, the inlet side of which is connected to the outlet pipe of the ground collector unit 4 and the outlet pipe is connected to the inlet of the primary side of the heat pump 5, The solar collector unit 1 is provided with a temperature sensor, and the energy accumulator 2 is provided with an additional temperature sensor, which are connected via a control element to a solar circuit circulation pump. At the output of the secondary energy exchanger 3, a control element is provided to ensure the temperature limitation of the input heat transfer medium according to the given parameters of the heat pump 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 nabíjeníThe solar collector unit 1 with forced circulation of the heat transfer medium charges a suitable accumulator 2 by means of a suitably designed heat exchanger 6 with heat obtained from sunlight. The small battery differential electronic device evaluates the status of the charging system via two contact temperature sensors. When there is a positive temperature difference between sensor 1 in solar collector unit 1 and sensor 2 in battery 2, the electronic unit starts the solar circuit pump with a simple relay and starts charging

-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.UL accumulator 2 until the temperature of both sensors is equalized (hysteresis + - 2 ° C). In practice, this means that the battery 2 does not discharge at night and at intervals when the solar system does not provide usable energy.

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.The output of the accumulator 2, which serves for the consumption of low-potential energy usable only by the heat pump 5, for example in the range of 0 to 35 ° C, is a purposefully designed hot-water secondary exchanger 3 that fulfills two basic conditions. Discharging the accumulated energy from the accumulator 2 is started by the gravity mechanism when heat is started - for example when the heat pump compressor 5 is started, which also starts the circulation pump of the ground collector units 4 for the heat pump 5. when the temperature of the media of both circuits of the secondary exchanger 3 is equalized, practically when the temperature of +4 ° C is reached, when the water in the accumulator 2 reaches the highest density and the circulation of the medium ceases by gravity system. There may be the opposite direction of circulation if the medium continues to cool from the ground collector unit 4. However, this circulation may prevent the heat exchanger surface of the secondary exchanger 3 from freezing and is not a malfunction if it occurs.

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.The condition of the gravity mechanism of pumping accumulated heat from accumulator 2 is sufficient height of secondary heat exchanger 3 and sufficient active cross-section of hydraulic circuit of secondary heat exchanger 3 - sides connected to accumulator 2. The outlet side of secondary heat exchanger 3 must have as much heat exchange surface as possible The heat transfer surface can be increased by connecting the fins along the entire length of the secondary heat exchanger 3. It is a so-called wire heat exchanger whose various constructions are known from the technical practice. The geometrical parameters of the secondary exchanger 3 depend on the value of the transmitted energy.

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.In order to avoid a situation that may occur during the summer period and there is a risk of exceeding the maximum permitted primary water temperature to the heat pump 5 so that the heat pump 5 can be activated and periodically decommissioned, Two options. Activate the circulation pump of the ground collector units 4 for continuous operation, which ensures the removal of excess solar energy in the period when the heat pump 5 only provides DHW, regeneration of the ground collector units 4 for use in the subsequent heating period and the heat pump 5 for pool water heating , which will bring additional effects in operating efficiency and return on investment.

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.It should be borne in mind that these conditions will only be individually solved by knowing the design parameters of the solar unit 1, the capacity of the accumulator 2 and the performance parameters of the heat pump 5, especially its collector unit and soil transmission parameters in the area of collectors and deep energy collectors.

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.Solar energy F is transferred to the accumulator 2 by means of a heat transfer medium in the solar collector 1 and is stored there. Irrespective of this, stored energy is pumped from the secondary heat exchanger 3, which warms the heat transfer medium from the geothermal receiver and after warming enters the heat pump 5 where the collected energy is converted into hot water usable for heating or domestic hot water, from the accumulator 2 until it reaches the same temperature with the medium of the ground collector unit 4 - ie practically 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.The process of discharging the energy accumulated in the accumulator 2 of energy from the solar collector unit J automatically stops when a thermodynamic equilibrium is established in the transfer heat exchange surface of the secondary heat exchanger 3 by equalizing the temperature of the heat transfer medium in the circuit of the ground collector unit 4 with the heat transfer medium used in the accumulator.

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.The energy obtained from the solar system is used all year round to produce heat and domestic hot water, whereby the energy yield is transformed by the heat pump coefficient 5 until the heat transfer medium temperature of the accumulator 2 is equal to the heat transfer medium temperature of the ground collector unit 4. or hot water.

Na obr. 3 je uveden graf závislosti topného faktoru k = f (T₂ - TJ.Figure 3 is a graph of the heating factor k = f (T ₂ - TJ).

-4CZ 17018 Ul-4GB 17018 Ul

Na obr. 4 je pro informaci uveden graf průběhu průměrné denní energie, jímatelné z 1 m² plochy solárního zařízení v běžném roce.Fig. 4 shows, for information, a graph of the average daily energy output, which can be taken from 1 m ² of solar system area in the current year.

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.The collector unit 4 is formed by a non-rotatable part 7, which is located in the focus of the rotating focusing mirror 8, provided with a drive for positioning with respect to the sun to achieve maximum solar energy gain. The stationary non-rotatable part 7 is in the form of a small-area collector formed by a hot-water vacuum heat collector.

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.In another embodiment, the stationary non-rotatable portion 7 is comprised of a photovoltaic composite cell adapted to extract electricity from the focused solar radiation from the rotating focusing mirror 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.The flux of sunlight impinges on the focusing surface of the rotating mirror 8, in the focus of which is a stationary small-area collector in the form of, for example, one long vacuum collector tube, or in a photovoltaic collector adapted to collect energy from the focusing mirror. The rotating focusing mirror 8 is positioned according to the position of the sun by means of a hydraulic rotation system, where the necessary energy for the rotation is generated by ether-filled hydraulics similar to greenhouse ventilation systems. The rotatable focusing mirror 8 is of a lightweight design and thus allows the use of the device independently of the power supply.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

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.Provided that a clear investment plan is presented, the equipment according to the technical solution can be conceived both for use in family houses and residential buildings, as well as for industrial use, for heating buildings for industrial use.

Claims

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),Apparatus for heating buildings and hot water, comprising a ground-water heat pump (5) with a ground collector unit (4) and a solar collector unit (1) with forced circulation of a heat transfer medium connected to an energy accumulator (2) via exchanger (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 opatřena25, wherein a secondary energy exchanger (3) is connected to the discharge-secondary circuit of the energy storage device (2), the inlet side of which is connected to the outlet pipe of the ground collector unit (4) and the outlet pipe connected to the inlet of the primary side of the heat pump (5); the cooled outlet of the primary side of the heat pump (5) is connected to the inlet of the ground collector unit (4), characterized in that the solar collector unit (1) is provided with

30 teplotním čidlem a akumulátor (2) energie je opatřen dalším teplotním čidlem, která jsou přes ovládací prvek připojena k oběhovému čerpadlu solárního okruhu.30, and the energy accumulator (2) is provided with an additional temperature sensor, which is connected via a control element to a solar circuit circulation pump.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na výstupu ze sekundárního výměníku (Device according to claim 1, characterized in that at the outlet of the secondary exchanger (

3) energie je zařazen regulační element pro zajištění omezení teploty vstupního teplonosného média podle daných parametrů tepelného čerpadla (5).3) a control element is included to ensure that the temperature of the input heat transfer medium is limited according to the heat pump parameters (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.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the collector unit (4) is formed by a non-rotatable part (7) which is located in the focus of the rotating focusing mirror (8) provided with a drive for positioning relative to the sun to reach solar energy gain maxima.

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že stacionární neotočná část (7) jeDevice according to claim 3, characterized in that the stationary non-rotatable part (7) is

40 ve tvaru maloplošného sběrače, tvořeného teplovodním vakuovým kolektorem pro sběr tepla.40 in the form of a small-area collector formed by a hot-water vacuum collector for heat collection.

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).Device according to claim 3, characterized in that the stationary non-rotatable part (7) is formed by a photovoltaic composite cell adapted to obtain electricity from the focused solar radiation from the rotating focusing mirror (8).