CZ2013575A3 - Způsob regulace elektrického vytápění a zařízení k provedení tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob regulace elektrického vytápění za pomoci topných fólií (61) ke snížení odběru elektrické energie spočívající v rozdělení instalované plochy topných fólií na topné okruhy (6) a v řízeném přepínání těchto topných okruhů (6) ze sériového zapojení na paralelní, přičemž přepínání topných okruhů (6) je řízeno řídící jednotkou (1) spojenou datovým kabelem (2) s alespoň jednou výkonovou jednotkou (3) obsahující procesor (31) a alespoň jeden výkonový polovodičový spínač (32), každé dva navzájem spolu sousedící topné okruhy (6) vždy odebírají stejný proud, přičemž paralelně je současně zapojen vždy jen jeden topný okruh (6), a to do okamžiku, dokud je druhý okruh (6) vyřazen, přičemž do okamžiku, než má být druhý okruh (6) zapojen paralelně, tj. na plný výkon, je aktuálně tento okruh (6) zapojen do série, tj. na poloviční výkon. Dále je navrženo zařízení k provádění výše uvedeného způsobu.

Description

Způsob regulace elektrického vytápěni a zářizeni k provedeni tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu regulace elektrického vytápění, kde jako zdroj tepla jsou použity infračervené topné fólie, a dále se týká zařízeni k provedení tohoto způsobu regulace. Vynález spada do oblasti vytápění obecné a jeho cílem je zejména úspora elektrické energie a optimalizace topné soustavy.

Dosavadní stav techniky

Vytápění prostřednictvím infračervených fólií lze bezpochyby označit za moderní způsob vytápění s mnoha pozitivními vlastnostmi pro jeho uživatele a pro montážní firmy z hlediska možnosti využití suché instalace topné fólie jako podlahového topení. Největším nedostatkem tohoto způsobu vytápěni však ge vysoký výkon fólie 220W-240W na 1 m², což způsobuje velmi vysokou spotřebu elektrické energie a v neposlední řadě 1 značné omezeni týkající se velikosti instalované plochy folii, neboť dosud ge pro tento způsob vytápěni jedinou možnosti regulace za použiti termostatu. Termostat jak známo udržuje teplotu ve sledovaném objektu primárně pomocí senzoru teploty fólie. Po dosazeni požadované teploty vypne termostat elektrický přívod ke zdroji tepla a při poklesu teploty naopak přívod elektrické energie k tomuto zdroji zapne.

Velkou nevýhodou takové regulace je skutečnost, že v principu jde o neustálé zapínání a vypínáni napájení celého zdroje tepla, v tomto případě infračervených topných folii.

S ohledem na skutečnost, že infračervené fólie představují relativně výkon, bývaj i obvykle až do 240 W na 1 m2 topné plochy, a fólie propojeny paralelně, dochází při takovém vysoký zároveň regulace v momentu mohou aktivovat na spínání k velkým proudovým nárazům, způsobu které dproudovou ochranu v elektrické síti objektu již při menší rozloze instalovaných fólií. V neposlední radě je i spotřeba elektrické energie velmi vysoká, neboť dochází současně ke spínání celé instalované plochy fólií. Nakonec s ohledem na proudové dimenzování běžných elektrických instalaci v objektech je použití infračervených fólií s regulaci termostatem do vysoké míry omezeno, když toto omezení se týká velikosti instalované plochy fólií.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je způsob regulace elektrického vytápění, kde jako zdroj tepla topné soustavy jsou použity infračervené topné fólie, a dále se tento vynález týká zařízení k provedení tohoto způsobu regulace. Způsob regulace dle tohoto vynálezu spočívá v rozdělení instalované plochy infračervených fólií na tzv. okruhy. Jeden okruh představuje pás fólie, kde podmínkou zapojení do okruhů je, že každé dva okruhy vedle sebe,např. první s druhým, musí odebírat naprosto stejný proud. Třetí, a čtvrtý okruh musí též odebírat vzájemně stejný proud, nicmene může být odlišný než na prvním a druhém okruhu. Vše musí být zapojeno s ohledem na typ výkonové jednotky, neboli dále , tez „workeru, protože každý má jinou proudovou kapacitu zapojeni na jeden okruh. Délka je omezena proudovou zatížitelnosti výkonové jednotky, která je součástí zařízení - regulačního systému - dle tohoto vynálezu. V průmyslovém provedení obsahují infračervené fólie v závislosti na typu fólie jeden nebo dva takové okruhy, představující vždy jeden položený pás fólie v místnosti.

V klasickém zapojení dle Obr. 1, tj . při regulaci jsou všechny tyto okruhy propojeny paralelné a elektrickým kabelem ke zdroji napájení.

termostatem, jsou spojeny

Naproti tomu u zapojeni představeného tímto vynálezem dva okruhy zapojeny do série a spojeny s výkonovou třemi kabely dle následujícího schématu na Obr. 2, kabel je napojen na začátek prvního okruhu, druhý jsou vždy jednotkou kde první kabel je

napojen na střední výstup, který je definován spojením konce prvního a začátkem druhého okruhu, a třetí kabel je napojen na konec druhého okruhu.

Výše popsané zapojeni platí pro všechny následující okruhy v místnosti až do počtu 6 okruhů na jednu výkonovou jednotku.

Způsob regulace elektrického vytápění za pomoci topných fólií ke snížení odběru elektrické energie se vyznačuje tím, ze spočívá v řízeném přepínání topných okruhů, kde každý je tvořen topnou fólií, ze sériového zapojení na paralelní, přičemž přepínání topných okruhů je řízeno řídící jednotkou spojenou datovým kabelem s alespoň jednou výkonovou jednotkou obsahující procesor a alespoň jeden výkonový polovodičový spínač, přičemž paralelně je současně zapojen vždy jen jeden topný okruh, a to do okamžiku, dokud je druhý okruh vyřazen, přičemž do okamžiku, než má být druhý okruh zapojen paralelně, tj. na plný výkon, je aktuálně tento okruh zapojen do série, tj . na poloviční výkon, přičemž přepínání okruhů ze sériového zapojení na paralelní se děje v řádu desítek milisekund. Toto opatření eliminuje proudové nárazy, protože dochází vždy k následujícímu pozvolnému nárůstu výkonu, kdy nejprve dojde k zapojení okruhu k odběru energie a tedy k nárůstu z nulového až na poloviční výkon, a pote teprve k přechodu z polovičního výkonu až na plný výkon folie. Pravé takovéto zapojení má za následek, že fólie nikdy uplne nevychladne, protože toto přepínání se děje v řádu desítek milisekund. Takové zapojení zároveň chrání polovodičové spínače před nadměrným proudovým nárazem a do značné míry eliminuje jejich prohřívání.

Jelikož je způsobem dle tohoto vynálezu současně zapojen na plný výkon pouze jeden okruh a na poloviční výkon také jeden okruh, odběr elektrické energie se trvale rovná odběru jeden a půl okruhu, což např. při počtu šesti instalovaných okruhů představuje v závislosti na chování konkrétního uživatele úsporu

-4elektrické energie až 75%, což odpovídá poklesu příkonu oproti současnému stavu o zhruba 60%.

Zařízeni k prováděni výše uvedeného způsobu zahrnuje alespoň jednu výkonovou jednotku označovanou též jako tzv. „worker , přičemž výkonová jednotka je řízena procesorem. Procesor řídí aktuálně vhodné spínání a rozpínání výkonových polovodičových spínačů, tzv. „triak, které jsou obsaženy ve výkonové jednotce a jsou dostatečně dimenzovány s ohledem na proudový odběr řízeného okruhu a potažmo celé topné soustavy ^— viz Obr. 3 a 4. Zařízení obsahuje alespoň dva okruhy, kde každý je tvořen pásem topné fólie. Celý proces přepínání probíhá dostatečně rychle v řádu desítek milisekund s ohledem na strukturu a vyzařovací setrvačnost topných fólií tak, aby nebyla negativně ovlivněna funkčnost a zamýšlené určení topných fólií. Procesor dále okamžitě reaguje na aktuální vývoj teploty v místnosti pomocí termomodulu, který je výhodně součástí výkonové jednotky a také na zvolený topný režim, který byl nastaven na řídicí jednotce dle tohoto vynálezu.

Software řídící jednotky je výhodně vytvořen tak, že obsahuje alespoň jeden režim, kdy je odebíraný proud v rozmezí 40-45-Ó objemu odebíraného proudu oproti normálnímu stavu. Software měří každých 90 vteřin teplotu místnosti a na základě tohoto dojde v případě poklesu teploty pod určenou hodnotu ke spuštění vytápění. Tento postup byl optimalizován vzhledem ke skutečnosti, že při snížení výkonu fólií např. u udržovacích teplotních režimů k temperování místnosti, kdy je teplota místnosti skutečně nízká, dochází k velice pomalému nárůstu teploty. Softwarové vybavení tohoto zařízení tedy umožňuje k odstranění výše popsaného problému konstantní odběr proudu v rozmezí 40-45% objemu odebíraného proudu oproti normálnímu stavu.

Výkonové jednotky, též označované jako „workery, jsou ovládaný řídící jednotkou výhodně opatřenou alfanumerickým displejem a

-5dotykovými senzory, jenž v kombinaci s přehledným a jednoduchým uživatelským prostředím zajišťuje maximální komfort a snadnost ovládáni tohoto zařízeni. Součásti řídicí jednotky je výhodně také GSM modul, který umožňuje ovládání topné soustavy dálkově prostřednictvím mobilního zařízeni, např. mobilního telefonu. Řídicí jednotka je dimenzována na obsluhováni až 8 výkonových jednotek, které představují jednotlivé topné zóny. Tímto způsobem je tedy možné získat unikátní možnost ovládáni pomoci jednoho zařízení vytápěné plochy v rozsahu 800 m2 topné fólie, což odpovídá vytápěné ploše 960m2.

Tímto vynálezem je rovněž navrženo použití výkonové jednotky pro velkoplošné vytápění. Jde zejména o možnost vyhříváni venkovních ploch např. fotbalových hřišť, jako ochranu proti ledu či sněhové pokrývce. U velkoplošného vytápěni je zapojen velký počet výkonových jednotek v závislosti na vytápěné ploše. Je snímána přímo teplota topné fólie a na základe požadované teploty je regulována činnost výkonové jednotka. Oproti standardnímu snímání teploty okolí tak postačí snímat pouze teplotu topné fólie.

Výše navržený způsob a zařízení umožňují instalaci mnohem větších ploch infračervených fólii, než které lze docílit za použití termostatu s ohledem na možnosti běžných elektrických rozvodů. Dále přináší výrazné snížení provozních nákladů na vytápění. V kombinaci s řídící jednotkou je pomocí tohoto způsobu regulace elektrického vytápění za použití infračervených topných fólií docíleno maximálního možného komfortu ovládání vytápění a navržený topný systém je téměř bezúdržbový.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje stávající schéma paralelního zapojení topných fólii;

Obr. 2 znázorňuje schéma zapojení dvou topných okruhů k výkonové jednotce dle tohoto vynálezu;

-6- .:..·..· ·..· : .:,

Obr. 3 znázorňuje schéma zapojení šesti topných okruhů k výkonové jednotce dle tohoto vynálezu;

Obr. 4 znázorňuje schéma zařízení obsahujícího řídící jednotku propojenou datovým kabelem k výkonové jednotce obsahující procesor a výkonové polovodičové spínače, které jsou pomocí elektrických vodičů spojeny s šesti topnými okruhy z topných fólii zapojených způsobem dle tohoto vynálezu.

Příklady provedeni vynálezu

Příklad 1

Zařízeni podle tohoto přikladu na Obr. 4 obsahuje řídicí jednotku 1 propojenou datovým kabelem 2_ s výkonovou jednotkou 2 obsahující procesor 31 pro řízeni spínáni a rozpínáni výkonových polovodičových spínačů 32, které jsou dimenzovány s ohledem na proudový odběr řízeného okruhu a topné soustavy, přičemž výkonová jednotka 3 je elektrickými vodiči 5 spojena s okruhy ý tvořenými topnými fóliemi 61, a to tak, že jeden topný okruh 6 představuje pás topné fólie 61, kde podmínkou zapojení do okruhů 6 je, že každé dva okruhy 6 umístěné vedle sebe odebírají naprosto stejný proud. Topné fólie 61 jsou k výkonové jednotce _3 zapojeny tak, že je umožněno jak sériové tak i paralelní zapojení jednoho topného okruhů 6^. K přívodu elektrické energie do zařízení slouží napájecí kabel 4 zapojený do výkonové jednotky 3^.

Způsob regulace dle tohoto vynálezu spočívá v řízeném přepínání okruhů 6 ze sériového zapojení na paralelní s podmínkou, že paralelně je současně zapojen vždy jen jeden okruh 6, a to do okamžiku, dokud je druhý okruh 6 vyřazen. Do okamžiku, než má být druhý okruh zapojen paralelně, tj . na plný výkon, je aktuálně tento okruh zapojen do série, tj . na poloviční výkon. Toto opatření eliminuje proudové nárazy, protože dochází vždy k následujícímu pozvolnému nárůstu výkonu, kdy nejprve dojde zapojení okruhu 6 k odběru energie a tedy k nárůstu z nulového

-7- ·..· :

až na poloviční výkon, a poté teprve k přechodu z polovičního výkonu až na plný výkon fólie 61. Právě takovéto zapojení má za důsledek, že topná fólie 61 nikdy úplně nevychladne, protože toto přepínání okruhů 6 ze sériového zapojení na paralelní se děje v řádu desítek milisekund. Takové zapojení zároveň chrání výkonové polovodičové spínače 32 před nadměrným proudovým nárazem a do značné míry eliminuje jejich prohřívání.

Jelikož je způsobem dle tohoto vynálezu současně zapojen na plný výkon pouze jeden okruh 6 a na poloviční výkon také jeden okruh

6, odběr elektrické energie se trvale rovná odběru jeden a půl okruhu 6, což při počtu šesti instalovaných okruhů dle tohoto příkladu představuje úsporu elektrické energie až 75%.

Příklad 2

Vše co je v příkladu 1, přičemž zařízení obsahuje namísto jedné dvě výkonové jednotky 3, které jsou navzájem propojeny datovým kabelem 2 právě tak, že využívají vzájemného střídání se v topení. Znamená to, že dvě výkonové jednotky se v momentě pokynu od řídicí jednotky chovají tak, že se navzájem střídají a současně je odebírán proud tak, jako kdyby topila jedna výkonová jednotka.

Příklad 3

Vše co je v příkladech 1 a 2, přičemž namísto jedné nebo dvou výkonových jednotek 3, které jsou propojeny vzájemně datovým kabelem 2 s cílem jejich samostatného ovládání a pro kontrolu regulace provozu topení, obsahuje zařízení 8 výkonových jednotek 3 dle tohoto příkladu. Řídící jednotka 1 je opatřena alfanumerickým displejem a dotykovými senzory.

Příklad 4

Vše co je v příkladech 1,2,3 a dále. Je navrženo využití výkonových jednotek dle tohoto vynálezu jako tzv. „zonove regulace do bytových i nebytových prostor. Zónovou regulaci se myslí, že výkonová jednotka 3 je instalována v každé místnosti

-8nebo místnostech, kde je výhodné mít nastavený individuální teplotní režim. Součástí řídící jednotky 1 je GSM modul, který umožňuje ovládání topné soustavy dálkově prostřednictvím mobilního zařízení.

Příklad 5

Vše co je v příkladech 1,2,3,4 a dále. Je navrženo použití výkonové jednotky 3 pro velkoplošné vytápění. Jde zejména o možnost vyhřívání venkovních ploch např. fotbalových hřišť, jako ochranu proti ledu či sněhové pokrývce. U velkoplošného vytápění je zapojen velký počet výkonových jednotek 3 v závislosti na vytápěné ploše. Je snímána přímo teplota topné fólie 61 a na základě požadované teploty je regulována činnost výkonové jednotka 3. Oproti standardnímu snímání teploty okolí tak postačí snímat pouze teplotu topné fólie.

Průmyslová využitelnost

Vynález je průmyslově využitelný zejména v oblasti ohřevu prostor budov, včetně domácností, kancelářských a průmyslových objektů a jiných prostor, kde je žádoucí regulace vnitřní teploty nebo je požadována regulace teploty topné fólie.

Seznam vztahových značek:

- řídicí jednotka

- datový kabel

- výkonová jednotka

- procesor

- výkonový polovodičový spínač

- napájecí kabel

- elektrický vodič

- topný okruh

- topná fólie

Claims (12)

1. //o ·..· : PATENTOVÉ NÁROKY I>|/ 2^2 '

   1. Způsob regulace elektrického vytápěni za pomoci topných fólií (61) ke sníženi odběru elektrické energie, vyznačující se tím, že spočívá v řízeném přepínání topných okruhů (6), kde každý je tvořen topnou fólií (6), ze sériového zapojení na paralelní, přičemž přepínání topných okruhů (6) je řízeno řídící jednotkou (1) spojenou datovým kabelem (2) s alespoň jednou výkonovou jednotkou (3) obsahující procesor (31) a alespoň jeden výkonový polovodičový spínač (32), každé dva navzájem spolu sousedící topné okruhy (6) vždy odebírají stejný proud, přičemž paralelně je současně zapojen vždy jen jeden topný okruh (6), a to do okamžiku, dokud je druhý okruh (6) vyřazen, přičemž do okamžiku, než má být druhý okruh (6) zapojen paralelně, tj . na plný výkon, je aktuálně tento okruh (6) zapojen do série, tj. na poloviční výkon.
2. 2. Způsob regulace elektrického vytápění podle nároku 1, vyznačující se tím, že proces přepínání probíhá v řádu desítek milisekund s ohledem na strukturu a vyzařovací setrvačnost topných fólií (61).
3. 3. Způsob regulace elektrického vytápění podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň dvě výkonové jednotky (3) , které jsou navzájem propojeny datovým kabelem (2), jsou řídící jednotkou (1) přepínány tak, že dochází ke spuštění topení vždy právě v jedné z těchto výkonových jednotek (3) tak, že využívají vzájemného střídání se v topení.
4. 4. Způsob regulace elektrického vytápění podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektrický proud odebíraný zařízením k provedení tohoto způsobu se pohybuje v rozmezí 40 až 45% objemu odebíraného proudu oproti normálnímu stavu, přičemž software řídicí jednotky (1) měří v požadovaném intervalu okolní teplotu a na základě získané informace o teplotě je v případe poklesu teploty pod určenou hodnotu spuštěno vytápění.

   fl ·..· : .:.
5. 5. Zařízeni k regulaci elektrického vytápěni za pomoci topných fólii (61) ke sníženi odběru elektrické energie, vyznačující se Ητη_f že zahrnuje řídící jednotku (1) propojenou datovým kabelem (2) s alespoň jednou výkonovou jednotkou (3) obsahující procesor (31) pro řízení spínání a rozpínání výkonových polovodičových spínačů (32), které jsou dimenzovány s ohledem na proudový odběr řízeného topného okruhu (6) a topné soustavy, přičemž výkonová jednotka (3) je elektrickými vodiči (5) spojena s topnými okruhy (6) tvořenými topnými fóliemi (61), a to tak, že jeden topný okruh (6) představuje pás topné fólie (61), topné fólie (61) jsou k výkonové jednotce (3) zapojeny tak, že je umožněno jak sériové tak i paralelní zapojení každého topného okruhů (6), a dále je k přívodu elektrické energie do zařízení použit napájecí kabel (4) zapojený do výkonové jednotky (3).
6. 6. Zařízení k regulaci elektrického vytápění podle nároku 5, vyznačující se tím, že výkonové jednotky jsou navzájem propojené datovým kabelem (2) .
7. 7. Zařízení k regulaci elektrického vytápění podle některého z nároků 5 až 6, vyznačující se tím, že řídící jednotka (1) obsahuje GSM modul, který umožňuje ovládání topné soustavy dálkově prostřednictvím mobilního zařízení.
8. 8. Zařízení k regulaci elektrického vytápění podle některého z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že řídící jednotka (1) je opatřena alfanumerickým displejem a dotykovými senzory.
9. 9. Zařízení k regulaci elektrického vytápění podle některého z nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že velikost topné fólie (61) je až 800 m2, což odpovídá vytápěné ploše 960 m2.
10. 10. Zařízení k regulaci elektrického vytápění podle některého z nároků 5 až 9, vyznačující se tím, že výkonová jednotka (3) obsahuje termomodul pro detekci aktuálního vývoje teploty v místnosti.
11. 11. Použití zařízení podle některého z nároků 5 až 10 k ohřevu interiéru budov a/nebo k regulaci teploty topné fólie ve venkovních prostorách.
12. 12. Použiti zařízeni podle nároku 11 k ohřevu fotbalových hřišť a jiných zatravněných a zpevněných ploch v exteriéru.