СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ Российский патент 2018 года по МПК F24D11/00 

Изобретение относится к системе управления температурой, в частности для частного домохозяйства или общественного здания.

Из уровня техники известны солнечные установки для подготовки горячей воды, причем нагретая одним или несколькими солнечными коллекторами вода посредством змеевика теплообменника используется для нагрева или догрева запаса воды в резервуаре для горячей воды. Этот резервуар может быть связан, например, с системой центрального отопления, чтобы, по потребности, распределять в данной квартире через децентрализованные радиаторы накопленное тепло.

Например, у Volger, Karl „Haustechnik" на стр. 743 приведены примеры различных вариантов так называемых солнечных систем отопления: на рис. 743.1 изображена установка, используемая, в первую очередь, для подготовки горячей воды, а на рис. 743.3 - солнцепоглощающая крыша с тепловым насосом для обогрева помещений.

Недостаток подобных устройств состоит в том, что такие солнечные отопительные установки сравнительно сложны и могут использоваться только в целях обогрева, в крайнем случае еще для подготовки горячей воды, тогда как иногда, а именно, в частности, в очень жаркие дни, напротив, имеется потребность в охлаждении, которой такая солнечная отопительная установка, разумеется, отвечать не может.

Правда, для этой цели известны установки кондиционирования, которые монтируются дополнительно к системе отопления. Есть кондиционеры небольшой мощности, при монтаже которых дополнительно к имеющимся теплопроводам в доме необходимо прокладывать трубо- или шлангопроводы для таких кондиционеров, а именно между одним или несколькими внутренними приборами и по меньшей мере одним внешним прибором, или кондиционеры большой мощности, которые требуют циркуляции воздуха в помещениях, причем вытяжной воздух из соответствующих помещений либо фильтруется и подвергается циркуляции, либо заменяется свежим приточным воздухом, который, при необходимости, с использованием полученного из вытяжного воздуха отходящего тепла необходимо предварительно нагреть. Подобные установки кондиционирования крайне сложны и совершенно нерентабельны, поскольку они в большинстве случаев находятся в эксплуатации лишь несколько недель в году.

Из недостатков описанного уровня техники следует лежащая в основе изобретения задача создания системы управления температурой, которая была бы способна в рамках частного домохозяйства или общественного здания не только обогревать, но и, по потребности, заботиться также об охлаждении без необходимости приобретения и монтажа для этого сложной установки кондиционирования.

Эта задача решается согласно родовой системе управления температурой посредством аккумулятора тепла и аккумулятора холода, которые в целях нагрева и охлаждения соответствующего резервуара соединены или выполнены с возможностью соединения по меньшей мере с одним расположенным на открытом воздухе солнечным коллектором или теплообменником. При этом аккумулятор тепла может быть выполнен предпочтительно в виде резервуара для горячей воды, а аккумулятор холода - в виде резервуара для холодной воды.

Следовательно, в отличие от обычных систем отопления, нет только одного аккумулятора тепла или резервуара для горячей воды, а есть дополнительно еще аккумулятор холода или резервуар для холодной воды, так что для каждого случая применения в любое время в распоряжении имеется нужная температура, в частности, даже в жаркие дни возможно охлаждение. За счет того, что для хранения среды с двумя разными температурными уровнями используются два отделенных друг от друга резервуара, они независимо друг от друга имеются в любое время в распоряжении для разных применений.

Оказалось оптимальным, что резервуары для горячей и холодной воды в целях нагрева или охлаждения соответствующего резервуара присоединены или выполнены с возможностью присоединения на выбор к одному или нескольким общим солнечным коллекторам и/или теплообменникам. Таким образом, создана возможность поглощения энергии из окружающего пространства и ее отдачи в окружающее пространство. В то время как обычные солнечные коллекторы оптимизированы, в первую очередь, на то, чтобы улавливать как можно больше солнечного излучения и преобразовывать его в полезное тепло, теплообменники обеспечивают также непосредственный энергообмен с окружающей средой, в частности воздухом или водой. Для расположения теплообменников существуют несколько возможностей: они могут быть, с одной стороны, интегрированы в солнечные коллекторы или реализованы в виде отдельных от них теплообменников. Интеграцию с солнечным коллектором можно было бы осуществлять на выбор непосредственно, т.е. за счет выполнения солнечного коллектора без изоляции, а также косвенно, т.е. за счет совместного расположения змеевиков солнечного коллектора и теплообменника на общей раме. В последнем случае змеевик теплообменника можно было бы расположить на обратной стороне змеевика солнечного коллектора и включить их параллельно или присоединить селективно, т.е. отдельно друг от друга, чтобы можно было удовлетворить соответствующим требованиям и окружающим условиям.

Далее существует возможность использования воздушных теплообменников, которые устанавливаются на открытом воздухе и обдуваются только воздухом. С другой стороны, из можно было бы выполнить также для обмена тепла с почвой или грунтовыми водами; особенно эффективной возможностью является их интеграция в подземную цистерну, где возможен первичный теплообмен с содержимым цистерны.

Солнечный коллектор (коллекторы) и/или теплообменник (теплообменники) должен (должны) быть способны к максимально интенсивному теплообмену с окружающим пространством, в частности без какой-либо изоляции. Это не является само собой разумеющимся именно в случае солнечных коллекторов, поскольку они для бесперебойной работы зимой иногда термоизолированы.

Чтобы отданное или поглощенное тепло как можно полнее передавать к аккумуляторам-резервуарам, согласно изобретению далее предусмотрено, что трубопроводы между солнечным коллектором (коллекторами) и/или теплообменником (теплообменниками), с одной стороны, и резервуарами для горячей воды и/или резервуарами для холодной воды, с другой стороны, термоизолированы.

Трубопроводы между солнечным коллектором (коллекторами) и/или теплообменником (теплообменниками), с одной стороны, и резервуарами для горячей воды и/или резервуарами для холодной воды, с другой стороны, должны быть термически замкнуты в контур, в котором циркулирует теплопередающая среда, преимущественно жидкая, в частности вода. Таким образом, возможна непрерывная теплопередача.

В рамках изобретения в контуре для теплопередающей среды расположен по меньшей мере один насос и/или по меньшей мере один компрессор. Он гарантирует определенную циркуляцию теплопередающей среды.

Изобретение можно модифицировать таким образом, что в контуре для передающей среды расположен по меньшей мере один расширительный клапан. За счет него в дополнение к компрессору создана структура теплового насоса, т.е. за счет того, что вверх по потоку перед теплообменником расположен компрессор, а вниз по потоку за теплообменником - расширительный клапан, можно поднять давление и, тем самым, прежде всего, также температурный уровень на данном теплообменнике, что инициирует его теплоотдачу.

Если же, наоборот, расширительный клапан расположен вверх по потоку перед теплообменником, а компрессор - вниз по потоку за ним, то в зоне данного теплообменника давление и, тем самым, температурный уровень понижаются, вызывая там теплопоглощение.

Трубопроводы от солнечных коллекторов или теплообменников и к ним должны быть выполнены в виде напорных трубопроводов, чтобы на них, в частности в рамках структуры теплового насоса, можно было оказать давление, вызвав теплоотдачу на солнечных коллекторах или теплообменниках.

По той же причине также сам (сами) солнечный коллектор (коллекторы) и/или теплообменник (теплообменники) должен (должны) быть выполнены выдерживающими давление, например избыточное давление до 5 атм или выше, преимущественно избыточное давление до 10 атм или выше, в частности избыточное давление до 20 атм или выше.

Для минимально возможной теплопотери, согласно изобретению, рекомендовано, что резервуар для горячей воды и/или резервуар для холодной воды выполнен/выполнены для минимально возможного теплообмена с окружающим пространством, в частности снабжен/снабжены интенсивной термоизоляцией. Эта термоизоляция должна быть рассчитана настолько хорошей, чтобы однажды достигнутый температурный уровень можно было поддерживать приблизительно стабильным в течение нескольких часов, в частности, по меньшей мере, примерно 12 часов, т.е. чтобы он отличался, например, всего на 1-5°С: ΔТ≤5°С на Δt≥12 часов, по меньшей мере, если от данного резервуара не отбирается или к нему не подается тепло. Этого можно достичь, например, за счет теплоизоляции так называемыми вакуумными изоляционными панелями, причем пористая сердцевина обернута воздухонепроницаемой оболочкой, например из алюминиевой фольги или высокобарьерной пленки, которая после воздухонепроницаемой сварки вакуумирована. Внутри вакуумированных пор теплопередача не происходит ни за счет конвекции, ни за счет теплопроводности.

Другие преимущества возникают за счет того, что резервуар для холодной воды расположен под землей, в частности в виде цистерны. В таком случае резервуар находится в непосредственном контакте с более глубокими слоями грунта, которые зимой не подвержены морозу, а летом не нагреваются выше примерно 10-15°С, т.е. заметно холоднее, чем летняя жара. За счет этого, с одной стороны, становится излишней термоизоляция такого аккумулятора холода, а с другой стороны, можно даже воспрепятствовать интенсивному термическому контакту с окружающим грунтом и нагреву содержимого резервуара выше упомянутых 10-15°С, даже если в особенно теплые летние ночи прохлада отсутствует, и поэтому предложенные солнечные коллекторы или воздушные теплообменники не создают достаточного охлаждения.

Резервуар для горячей воды и/или резервуар для холодной воды должен (должны) быть снабжен (снабжены) уравнительным клапаном, чтобы вследствие температурных изменений не могло возникнуть чрезмерное давление. С другой стороны, можно было бы также не наполнять его(их) полностью, так чтобы оставшийся воздушный или газовый пузырь мог, при необходимости, расширяться. Возможны также ресиверы.

С другой стороны, может быть предпочтительным, если резервуар для горячей воды и/или резервуар для холодной воды оборудован/оборудованы подпитывающим устройством и/или регулированием уровня. Это позволяет, с одной стороны, гарантировать, что теплообменники всегда будут полностью погружены в данном резервуаре, а с другой стороны, внутри резервуара всегда остается возможный желательный воздушный пузырь.

Далее может быть предусмотрено, что резервуар для горячей воды и/или резервуар для холодной воды оборудован/оборудованы регулированием температуры. Этим преследуется цель поддержания максимально постоянным заданного или задаваемого температурного уровня внутри соответствующего резервуара.

В рамках такого регулирования температуры на исполнительный орган в виде насоса или компрессора может воздействовать регулятор, чтобы влиять на количество или скорость внутри контура и, таким образом, управлять или регулировать подводимое или отводимое тепло. Предпочтительно для такого регулирования привлекается контур между данным резервуаром и солнечным коллектором или внешним теплообменником.

Для теплообмена резервуар для горячей воды и/или резервуар для холодной воды должен содержать нагревательный или охлаждающий змеевик, по которому циркулирует направляемая в контуре теплопередающая среда.

Хотя питающие контуры обоих резервуаров могут быть отделены друг от друга, так что там могут циркулировать совершенно разные среды (т.е., например, вода с антифризом в контуре резервуара для холодной воды, масло в контуре резервуара для горячей воды) это не считается предпочтительным, поскольку возможности выборочного присоединения к тем же солнечным коллекторам или теплообменникам значительно способствует использование единой теплопередающей среды. Изобретение рекомендует для этого воду или масло, возможно с дополнительными добавками, например антифризом. Также за счет этого, при необходимости, возможна непосредственная связь между обоими резервуарами, которая ниже поясняется более подробно.

Предложенный резервуар для горячей воды должен содержать нагревательный змеевик, расположенный в его нижней части. Оттуда нагретая аккумулирующая жидкость поднимается внутри резервуара вверх, где непосредственно через другое присоединение можно отобрать ее или через теплообменник аккумулированное в ней тепло.

С другой стороны, резервуар для холодной воды должен быть снабжен охлаждающим змеевиком, расположенным в его верхней части. Оттуда охлажденная аккумулирующая жидкость опускается внутри резервуара вниз и скапливается там, т.е. предпочтительно в нижней части, где возможен ввод тепла через вторичные теплообменники или отбор холодной жидкости.

Согласно изобретению направление подачи насоса или компрессора направлено к резервуару для горячей воды. Если такое подающее устройство расположено вверх по потоку перед резервуаром для горячей воды, а расширительный клапан, напротив, - вниз по потоку за резервуаром для горячей воды, то там температура поднимается, что вызывает теплоотдачу аккумулирующей жидкости резервуара для горячей воды.

Согласно другому конструкционному предписанию направление подачи насоса или компрессора направлено от резервуара для холодной воды. Если такое подающее устройство расположено вниз по потоку за резервуаром для холодной воды, а расширительный клапан, напротив, - вверх по потоку перед резервуаром для холодной воды, то там температура внутри его охлаждающего змеевика опускается, вызывая теплопоглощение аккумулирующей жидкостью резервуара для холодной воды.

Один режим (дневной) отличается тем, что теплопередача происходит от одного или нескольких солнечных коллекторов и/или теплообменников к резервуару для горячей воды.

В рамках другого режима (ночного) теплопередача происходит, напротив, от резервуара для холодной воды к одному или нескольким солнечным коллекторам и/или теплообменникам.

Кроме того, может быть также предусмотрен смешанный режим, причем теплопередача происходит непосредственно от резервуара для холодной воды к резервуару для горячей воды.

К резервуару для горячей воды могут быть присоединены один или несколько радиаторов, в частности через расположенный в нем змеевик теплообменника, по которому циркулирует преимущественно жидкая теплопередающая среда, распределяя тепло от резервуара для горячей воды на один или несколько радиаторов.

С другой стороны, возможно также присоединить к резервуару для горячей воды один или несколько потребителей горячей воды либо непосредственно, либо через расположенный в нем змеевик теплообменника, по которому циркулирует преимущественно жидкая теплопередающая среда, распределяя тепло от резервуара для горячей воды по одному или нескольким потребителям, таким как теплый душ, кран отбора горячей воды в кухне и т.д.

С другой стороны, также к резервуару для холодной воды могут быть присоединены один или несколько радиаторов, в частности через расположенный в нем охлаждающий змеевик теплообменника, по которому циркулирует преимущественно жидкая теплопередающая среда, передавая поглощенное радиаторами тепло в резервуар для холодной воды. Таким образом, даже в теплые или жаркие дни можно поддерживать в помещениях приятный микроклимат.

Наконец, согласно изобретению к резервуару для холодной воды присоединены один или несколько потребителей холодной воды либо непосредственно, чтобы направить охлажденную аккумулирующей жидкостью в виде холодной воды к потребителю, например холодному душу, либо косвенно через расположенный в резервуаре для холодной воды змеевик теплообменника, по которому циркулирует преимущественно жидкая теплопередающая среда, направляя тепло от одного или нескольких потребителей холодной воды, например от холодного душа, к резервуару для холодной воды.

Другие признаки, подробности, преимущества и действия на основе изобретения приведены в нижеследующем описании предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых изображают:

- фиг. 1: первый вариант осуществления изобретения в схематичном виде;

- фиг. 2: второй вариант осуществления изобретения в соответствующем фиг. 1 виде;

- фиг. 3: третий второй вариант осуществления изобретения в соответствующем фиг. 1 виде.

Основополагающий принцип изобретения приведен на фиг. 1, на которой схематично изображена часть домашнего сантехнического оборудования, а именно система 1 управления температурой.

На крыше дома находятся один или несколько солнечных коллекторов 2, каждый по меньшей мере с одним притоком 3 и по меньшей мере одним стоком 4. Кроме того, видны расположенные внутри коллекторов приточная 5 и сточная 6 шины, соединенные между собой соответственно несколькими параллельными подъемными трубопроводами 7. Несколько солнечных коллекторов 2 соединены между собой таким образом, что их приточные шины 5 соединены между собой, с одной стороны, а сточные шины 6 - с другой стороны, так что, в целом, т.е. за счет всех солнечных коллекторов, образуется одна общая приточная и одна общая сточная шины, причем все подъемные трубопроводы 7 включены параллельно.

Как это обычно принято в солнечных установках для подготовки горячей воды, подъемные трубопроводы 7 обтекаются снизу вверх, поскольку нагретая в них среда поднимается вверх.

Солнечные коллекторы 2 необязательно должны быть термоизолированы от окружающего пространства. Они могут, например, содержать металлическую плиту, которая может быть почернена и с которой в термическом контакте находятся подъемные трубопроводы 7.

Как это принято в солнечном отоплении, солнечные коллекторы 2 связаны с аккумулятором 8 тепла, который выполнен обычно в виде резервуара для горячей воды. Преимущественно в его нижней части находится теплообменник 9, преимущественно в виде змеевика. Теплообменник 9 посредством прямого 10 и обратного 11 трубопроводов соединен с совокупностью солнечных коллекторов 2, в результате чего образуется контур для теплопередающей среды. Чтобы поддерживать ее течение, предусмотрен насос 12 или компрессор.

Циркулирующая в контуре теплопередающая среда преимущественно жидкая, в частности, ею является вода. Она может быть смешана с антифризом, так что ее допустимый температурный диапазон простирается также на наружные температуры ниже 0°С, и/или она может находиться под давлением, так что она сама тогда остается жидкой, когда она, например, при выходе из строя циркуляционного насоса нагревается до температур выше 100°С.

Контур может прерываться клапанами 13, 14.

Аккумулятор 8 тепла преимущественно термоизолирован, например посредством вакуумных изоляционных панелей, и может быть снабжен выравниванием давления, например редукционным клапаном в атмосферу. Также может быть предусмотрено регулирование уровня, как и измерение температуры в одном или нескольких местах аккумулятора 8 тепла.

В верхней части аккумулятора 8 тепла находится второй змеевик в качестве второго теплообменника 15. Оба его присоединения 16, 17 через трубопроводы 18, 19 и запорные устройства 20, 21 соединены с распределительными шинами 22, 23, между которыми присоединены один или несколько, преимущественно все радиаторы 24 данного домохозяйства. С помощью термостатов (не показаны) можно управлять радиаторами 24 индивидуально в соответствии с данной потребностью в отоплении.

Не показано, что с помощью аккумулятора 8 тепла можно также нагревать или отводить воду, например на кухню или в ванную.

Далее аккумулятор 8 тепла может быть снабжен дополнительным нагревом, например в виде газовой, мазутной горелки и т.п.

Описанные выше компоненты оборудования подходят только для обогрева помещений в данном домохозяйстве, а также, при необходимости, для получения горячей воды. Охлаждение с помощью описанных выше компонентов так же мало предусмотрено, как и ночной режим, поскольку ночью солнце не светит и, следовательно, аккумулятор 8 тепла не может быть догрет солнечными коллекторами 2. Если же аккумулятор 8 тепла достаточно велик, например имеет вместимость 1000 л или более, преимущественно 2000 л или более, в частности 4000 л или более, оптимально термоизолирован и в течение дня был нагрет до температуры, например, 50°С или выше, преимущественно до 60°С или выше, то он может поддерживать свою температуру в течение ночи или режим обогрева до следующего утра. Обычные солнечные коллекторы 2 ночью неактивны.

Предложенное оборудование включает в себя дополнительно аккумулятор 25 холода, предпочтительно также в виде бака или резервуара для воды, причем находящаяся в нем, служащая теплоаккумулирующей средой вода смешана преимущественно с антифризом, с тем чтобы она даже при температурах ниже 0°С оставалась еще в жидком агрегатном состоянии. Аккумулятор 25 холода может иметь, в основном, такую же конструкцию, что и аккумулятор 8 тепла, т.е., например, термоизоляцию, выравнивание давления или перелив, подпитывающее устройство, изменение уровня и, при необходимости, один или несколько датчиков для определения температуры внутри резервуара.

В верхней части аккумулятора 25 холода расположен теплообменник 26 в виде змеевика и т.п., присоединения 27, 28 которого через клапаны 29, 30 или другие запорные устройства соединены с прямым 10 и обратным 11 трубопроводами, в результате чего после закрывания клапанов 13, 14 и открывания клапанов 29, 30 контур замыкается не теплообменником 9 в аккумуляторе 8 тепла, а теплообменником 26 в аккумуляторе 25 холода. Теплопередающая среда может тогда поддерживаться в нем в движении дополнительным насосом 31 или компрессором.

Таким образом, возможен так называемый ночной режим, реализуемый следующим образом.

В то время как ночью клапаны 13, 14 закрыты, а теплообменник 8 тепла работает чисто в аккумулирующем режиме, клапаны 29, 30 открываются, в результате чего аккумулятор 25 холода сообщается с солнечными коллекторами 2. Последние не изолированы или могут быть даже выполнены в качестве теплообменников, которые обменивают тепло, например, с окружающим воздухом.

Если ночью наружная температура понизилась, например до 10°С или ниже, включается насос 31, и теплопередающая среда циркулирует внутри контура 10, 11 между теплообменником 26 и солнечными коллекторами 2. При этом среда, преимущественно вода, соответственно охлаждается в солнечных коллекторах 2 или внешних теплообменниках и при обратном течении и поступлении в теплообменник 26 аккумулятора 25 холода отбирает у последнего энергию, которая, в свою очередь, отдается в солнечные коллекторы 2 или внешние теплообменники. Таким образом, аккумулятор 25 холода затем охлаждается, во всяком случае, до наружной температуры в окружающем солнечные коллекторы 2 пространстве. Если утром наружная температура снова повышается, клапаны 29, 30 снова закрываются, и аккумулятор 25 холода переходит в аккумулирующий режим, тогда как за счет открывания клапанов 13, 14 аккумулятор 8 тепла подключается к солнечным коллекторам 2. Рекомендуется в течение определенного переходного времени не включать насосы 12, 31 до тех пор, пока температура теплопередающей среды внутри солнечных коллекторов 2 не достигнет температурного уровня в подключенном аккумуляторе 8 тепла или аккумуляторе 25 холода. Следовательно, есть, собственно говоря, четыре режима, а именно дополнительно к дневному и ночному режимам еще утренний и вечерний режимы, причем, правда, могут быть открыты определенные клапаны 13, 14, 29, 30, однако еще не активированы насосы 12, 31, чтобы избежать соответственно охлаждения аккумулятора 8 тепла и нагрева аккумулятора 25 холода.

Также в аккумуляторе 25 холода есть второй теплообменник 32, преимущественно также в виде змеевика, в частности в нижней части аккумулятора 25 холода. Как и аккумулятор 8 тепла, также аккумулятор 25 холода должен иметь форму вертикальной, приблизительно цилиндрической емкости. Оба присоединения 33, 34 второго теплообменника 32 в аккумуляторе 25 холода через трубопроводы 35, 36 и запорные устройства 37, 38 соединены с обеими распределительными шинами 22, 23 отопления, между которыми подключены один или несколько, преимущественно все радиаторы 24 данного домохозяйства.

С помощью термостатов (не показаны) можно индивидуально управлять расходом через радиаторы 24 в соответствии с данной потребностью в охлаждении. Поскольку теплопередающая среда в контуре 22, 23, 33, 34, 35, 36 находится на низком температурном уровне, например 10°С или ниже, радиаторы используют не для обогрева помещений, а для их охлаждения, т.е. они поглощают тепло и отводят его к аккумулятору 25 холода, температура которого при этом постепенно повышается.

Если же аккумулятор 25 холода достаточно велик, например имеет вместимость 1000 л или более, преимущественно 2000 л или более, в частности 4000 л или более, оптимально термоизолирован и ночью остыл до температуры, например, 10°С или ниже, преимущественно до 5°С или ниже, то он может поддерживать свою температуру в течение дня или режим охлаждения в течение дна и, в частности, в течение второй половины дня.

Не показано, что от аккумулятора 25 холода можно также отводить холодную воду, например на кухню или в ванную.

Вариант 1' на фиг. 2 имеет по сравнению с вариантом на фиг. 1 несколько, однако, функционально особенно предпочтительных изменений.

Изменения касаются исключительно контура через солнечные коллекторы 2'. При этом внутри этого контура используется теплопередающая среда, которая при низком давлении испаряется, подавая тепло, а после сжатия до более высокого давления снова конденсируется, отдавая тепло. Таким образом, возможна работа по типу теплового насоса.

Для этой цели вместо насосов 12, 31 используются компрессоры 12', 31'; по другую сторону соответствующего теплообменника 9', 26' дополнительно используется дроссель или расширительный клапан 39, 40.

Если клапаны 29', 30' закрыты, а клапаны 13', 14' открыты, то теплопередающая среда сжимается компрессором 12' и конденсируется в действующем в качестве конденсатора теплообменнике 9', отдавая тепло. Среда испытывает в клапане 39 уменьшение давления, и расширившаяся среда испаряется, наконец, в функционирующих в таком случае в качестве испарителей солнечных коллекторах 2', поглощая тепло. Преимущество этого устройства состоит в том, что теплопередача происходит в течение дня снаружи внутрь даже тогда, когда наружные температуры сравнительно низкие.

Аналогичным образом обстоит дело с ночным режимом, причем тогда клапаны 13', 14' закрыты, а клапаны 29', 30' открыты. Компрессор 31' встроен наоборот, как компрессор 12', т.е. воздействует сжимающим образом на протекающую к солнечным коллекторам 2' среду, которая конденсируется в функционирующих в таком случае в качестве конденсаторов солнечных коллекторах 2', отдавая при этом тепло. Протекающая дальше среда испытывает, наконец, в клапане 40 уменьшение давления, и расширившаяся среда испаряется затем в функционирующем в качестве испарителя теплообменнике 26', поглощая тепло. Преимущество этого устройства состоит в том, что теплопередача происходит ночью изнутри наружу даже тогда, когда наружные температуры сравнительно высокие, т.е. теплой летней ночью. При этом даже при наружных температурах, например 15°С или выше, можно охладить аккумулятор 25' холода до 5°С или ниже; при использовании антифриза возможны даже температуры внутри аккумулятора 25' холода ниже 0°С.

На фиг. 3 изображен усовершенствованный вариант системы 1'' управления температурой, которая основана на устройстве из фиг. 2 и функционирует, следовательно, по принципу теплового насоса. При этом, однако, предусмотрен, в целом, только один тепловой насос 41 с компрессором 42, конденсационным резервуаром 43, расширительным клапаном 44 и испарительным резервуаром 45, которые соединены между собой в контур именно в таком порядке.

В конденсационном резервуаре 43 расположен теплообменник 46, например в виде змеевика, который через клапаны 13'', 14'' соединяется с теплообменником 9'' внутри аккумулятора 8'' тепла.

Аналогичным образом испарительный резервуар 45 содержит теплообменник 47, например в виде змеевика, который через клапаны 29'', 30'' соединяется с теплообменником 26'' внутри аккумулятора 25'' холода.

Прямые 10 и обратные 11 трубопроводы от солнечных коллекторов 2'' выборочно соединяются с теплообменником 46 в конденсационном резервуаре 43 или через клапаны 50, 51 - с теплообменником 47 в испарительном резервуаре 45.

При этом в зависимости от управления клапанами 13'', 14'', 29'', 30'', 48, 49, 50, 51 возможны различные режимы.

В обычном дневном режиме клапаны 13'', 14'', 50, 51 открыты, а другие клапаны закрыты - аккумулятор 8'' тепла заряжается через солнечные коллекторы 2''. Компрессор 41 и/или другие циркуляционные насосы включены чисто в дневном режиме, а в подготовительном утреннем режиме они еще выключены.

В описанном выше ночном режиме клапаны 29'', 30'', 48, 49 открыты, а другие клапаны закрыты - аккумулятор 25'' холода охлаждается через солнечные коллекторы 2'' или внешние теплообменники. Компрессор 41 и/или другие циркуляционные насосы включены чисто в ночном режиме, а в подготовительном вечернем режиме они еще выключены.

Помимо этого, система 1'' допускает еще один, так сказать, пятый режим. Он отличается тем, что клапаны 13'', 14'', 29'', 30'' открыты, а другие клапаны 48-51 закрыты. Оба аккумулятора, т.е. аккумулятор 8'' тепла и аккумулятор 25'' холода, через тепловой насос 41 соединены непосредственно между собой, т.е. аккумулятор 8'' тепла нагревается, а аккумулятор 25'' холода одновременно охлаждается.

Этот смешанный режим часто рекомендуется тогда, когда один аккумулятор еще неполностью заряжен, а одновременно другой уже частично разряжен. Это часто происходит в случае изменения метеоусловий, т.е., например, тогда, когда за холодным днем следует теплая ночь, так что из-за работающего отопления аккумулятор тепла не смог достаточно зарядиться, а одновременно вечером аккумулятор холода недостаточно быстро охлаждается.

Преимущество такого смешанного режима состоит в том, что не происходит никакого теплообмена с атмосферой, а вместо этого можно полностью использовать всю мощность теплового насоса.

Перечень ссылочных позиций

1 - система управления температурой

2 - солнечный коллектор

3 - приток

4 - сток

5 - приточная шина

6 - сточная шина

7 - подъемный трубопровод

8 - аккумулятор тепла

9 - теплообменник

10 - прямой трубопровод

11 - обратный трубопровод

12 - насос, компрессор

13 - клапан

14 - клапан

15 - теплообменник

16 - присоединение

17 - присоединение

18 - трубопровод

19 - трубопровод

20 - запорное устройство

21 - запорное устройство

22 - распределительная шина

23 - распределительная шина

24 - радиатор

25 - аккумулятор холода

26 - теплообменник

27 - присоединение

28 - присоединение

29 - клапан

30 - клапан

31 - насос, компрессор

32 - теплообменник

33 - присоединение

34 - присоединение

35 - трубопровод

36 - трубопровод

37 - запорное устройство

38 - запорное устройство

39 - расширительный клапан

40 - расширительный клапан

41 - тепловой насос

42 - компрессор

43 - конденсационный резервуар

44 - расширительный клапан

45 - испарительный резервуар

46 - теплообменник

47 - теплообменник

48 - клапан

49 - клапан

50 - клапан

51 - клапан

Изобретение относится к системе управления температурой, в частности для частного домохозяйства или общественного здания. Система (1; 1’; 1’’) управления температурой для частного домохозяйства или общественного здания включает в себя выполненный предпочтительно в виде резервуара для горячей воды аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла и выполненный предпочтительно в виде резервуара для холодной воды аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода, которые для нагрева или охлаждения соответствующего резервуара (8, 25) соединены или выполнены с возможностью соединения по меньшей мере с одним расположенным на открытом воздухе солнечным коллектором (2) или теплообменником. Причем аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла или резервуар для горячей воды и/или аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода или резервуар для холодной воды содержат нагревательный или охлаждающий змеевик (9, 26; 9’, 26’; 9’’, 26’’), по которому циркулирует направляемая в контуре теплопередающая среда, при этом она содержит клапаны (13, 14; 29, 30; 13’, 14’; 29’, 30’; 13’’, 14’’; 29’’, 30’’), после установки которых контур по меньшей мере одного солнечного коллектора (2) или теплообменника для теплопередающей среды замыкается различно на выбор, а именно: при дневном режиме контур замыкается через нагревательный змеевик (9; 9’; 9’’) в аккумуляторе (8; 8’; 8’’) тепла или резервуаре для горячей воды, так что теплопередача происходит от одного или нескольких солнечных коллекторов (2; 2’; 2’’) и/или теплообменника к аккумулятору (8; 8’; 8’’) тепла или резервуару для горячей воды, и при ночном режиме контур по меньшей мере одного солнечного коллектора (2; 2’; 2’’) замыкается через охлаждающий змеевик (26; 26’; 26’’) в аккумуляторе (25; 25’; 25’’) холода или резервуаре для холодной воды, так что теплопередача происходит от аккумулятора (25; 25’; 25’’) холода или резервуара для холодной воды к одному или нескольким солнечным коллекторам (2; 2’; 2’’) и/или теплообменникам, причем теплопередающая среда циркулирует внутри контура между по меньшей мере одним солнечным коллектором (2; 2’; 2’’) и охлаждающим змеевиком (26; 26’; 26’’) в аккумуляторе (25; 25’; 25’’) холода или резервуаре для холодной воды. 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система (1; 1’; 1’’) управления температурой для частного домохозяйства или общественного здания, включающая в себя выполненный предпочтительно в виде резервуара для горячей воды аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла и выполненный предпочтительно в виде резервуара для холодной воды аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода, которые для нагрева или охлаждения соответствующего резервуара (8, 25) соединены или выполнены с возможностью соединения по меньшей мере с одним расположенным на открытом воздухе солнечным коллектором (2) или теплообменником, причем аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла или резервуар для горячей воды и/или аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода или резервуар для холодной воды содержат нагревательный или охлаждающий змеевик (9, 26; 9’, 26’; 9’’, 26’’), по которому циркулирует направляемая в контуре теплопередающая среда, отличающаяся тем, что она содержит клапаны (13, 14; 29, 30; 13’, 14’; 29’, 30’; 13’’, 14’’; 29’’, 30’’), после установки которых контур по меньшей мере одного солнечного коллектора (2) или теплообменника для теплопередающей среды замыкается различно на выбор, а именно:

а) при дневном режиме контур замыкается через нагревательный змеевик (9; 9’; 9’’) в аккумуляторе (8; 8’; 8’’) тепла или резервуаре для горячей воды, так что теплопередача происходит от одного или нескольких солнечных коллекторов (2; 2’; 2’’) и/или теплообменника к аккумулятору (8; 8’; 8’’) тепла или резервуару для горячей воды, и

б) при ночном режиме контур по меньшей мере одного солнечного коллектора (2; 2’; 2’’) замыкается через охлаждающий змеевик (26; 26’; 26’’) в аккумуляторе (25; 25’; 25’’) холода или резервуаре для холодной воды, так что теплопередача происходит от аккумулятора (25; 25’; 25’’) холода или резервуара для холодной воды к одному или нескольким солнечным коллекторам (2; 2’; 2’’) и/или теплообменникам, причем теплопередающая среда циркулирует внутри контура между по меньшей мере одним солнечным коллектором (2; 2’; 2’’) и охлаждающим змеевиком (26; 26’; 26’’) в аккумуляторе (25; 25’; 25’’) холода или резервуаре для холодной воды.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что резервуар для холодной воды расположен под землей, в частности в виде цистерны.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что солнечный коллектор/коллекторы (2; 2’; 2’’) и/или теплообменник/теплообменники выполнен/выполнены для максимального теплообмена с окружающим пространством, в частности без какой-либо изоляции.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что трубопроводы (10, 11; 10’,11’; 10’’, 11’’) между солнечным коллектором/коллекторами (2; 2’; 2’’) и/или теплообменником/теплообменниками, с одной стороны, и аккумулятором (8; 8’; 8’’) тепла или резервуаром для горячей воды и/или аккумулятором (25; 25’; 25’’) холода или резервуаром для холодной воды, с другой стороны, термоизолированы.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что трубопроводы (10, 11; 10’,11’; 10’’, 11’’) между солнечным коллектором/коллекторами (2; 2’; 2’’) и/или теплообменником/теплообменниками, с одной стороны, и аккумулятором (8; 8’; 8’’) тепла или резервуаром для горячей воды и/или аккумулятором (25; 25’; 25’’) холода или резервуаром для холодной воды, с другой стороны, замкнуты в контур, в котором циркулирует теплопередающая среда, преимущественно жидкая теплопередающая среда, в частности вода.

6. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что в контуре для теплопередающей среды расположен по меньшей мере один насос (12, 31; 12’, 31’; 12’’, 31’’) и/или по меньшей мере один компрессор.

7. Система по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что в контуре для теплопередающей среды расположен по меньшей мере один расширительный клапан (39, 40).

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что солнечный коллектор/коллекторы (2; 2’; 2’’) и/или теплообменник/теплообменники выполнены выдерживающими давление, например избыточное давление до 5 атм или выше, преимущественно избыточное давление до 10 атм или выше, в частности избыточное давление до 20 атм или выше.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла или резервуар для горячей воды и/или аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода или резервуар для холодной воды выполнен/выполнены для минимально возможного теплообмена с окружающим пространством, в частности снабжен/снабжены интенсивной термоизоляцией.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла или резервуар для горячей воды и/или аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода или резервуар для холодной воды снабжен/снабжены клапаном для выравнивания давления.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла или резервуар для горячей воды и/или аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода или резервуар для холодной воды оборудован/оборудованы подпитывающим устройством и/или регулированием уровня.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла или резервуар для горячей воды и/или аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода или резервуар для холодной воды оборудован/оборудованы регулированием температуры.

13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что регулирование температуры воздействует на насос (12, 31) или компрессор в качестве исполнительного органа.

14. Система по любому из пп. 1-5, 9-13, отличающаяся тем, что аккумулятор (8; 8’; 8’’) тепла или резервуар для горячей воды содержит нагревательный змеевик (9, 9’, 9’’), расположенный в его нижней части.

15. Система по любому из пп. 1-5, 9-13, отличающаяся тем, что аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода или резервуар для холодной воды содержит нагревательный змеевик (26; 26’; 26’’), расположенный в его нижней части.

16. Система по любому из пп. 1-5, 9-13, отличающаяся тем, что направление подачи насоса (12, 31; 12’; 31’; 12’’, 31’’) или компрессора направлено к аккумулятору (8; 8’; 8’’) тепла или резервуару для горячей воды.

17. Система по любому из пп. 1-5, 9-13, отличающаяся тем, что направление подачи насоса (12, 31; 12’, 31’; 12’’, 31’’) или компрессора направлено от аккумулятора (25; 25’; 25’’) холода или резервуара для горячей воды.

18. Система по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрен тепловой насос (41), входы и выходы которого выполнены с возможностью соединения на выбор с нагревательным змеевиком (9’’) в аккумуляторе (8’’) тепла или в резервуаре для горячей воды и/или с охлаждающим змеевиком (26’’) в аккумуляторе (25’’) холода или резервуаре для холодной воды и/или с прямыми и обратными трубопроводами (10’’, 11’’) к солнечному коллектору/коллекторам (2; 2’; 2’’) и от него/них.

19. Система по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрен смешанный режим, причем теплопередача происходит непосредственно от аккумулятора (25; 25’; 25’’) холода или резервуара для холодной воды к аккумулятору (8; 8’; 8’’) тепла или резервуару для горячей воды.

20. Система по п.1, отличающаяся тем, что к аккумулятору (8; 8’; 8’’) тепла или резервуару для горячей воды присоединены один или несколько радиаторов (24; 24’; 24’’), в частности через расположенный в аккумуляторе (8; 8’; 8’’) тепла или резервуаре для горячей воды змеевик (15; 15’; 15’’) теплообменника, по которому циркулирует преимущественно жидкая теплопередающая среда для распределения тепла от аккумулятора (8; 8’; 8’’) тепла или резервуара для горячей воды на один или несколько радиаторов (24; 24’; 24’’).

21. Система по п.1, отличающаяся тем, что к аккумулятору (25; 25’; 25’’) холода или к резервуару для холодной воды присоединены один или несколько радиаторов (24; 24’; 24’’), в частности через расположенный в аккумуляторе (25; 25’; 25’’) холода или резервуаре для холодной воды змеевик (32; 32’; 32’’) теплообменника, по которому циркулирует преимущественно жидкая теплопередающая среда для передачи поглощенного радиаторами (24; 24’; 24’’) тепла в аккумулятор (25; 25’; 25’’) холода или резервуар для холодной воды.

22. Система по п.1, отличающаяся тем, что к аккумулятору (8; 8’; 8’’) тепла или резервуару для горячей воды присоединены один или несколько потребителей горячей воды, в частности через расположенный в аккумуляторе (8; 8’; 8’’) тепла или в резервуаре для горячей воды змеевик теплообменника, по которому циркулирует преимущественно жидкая теплопередающая среда для распределения тепла от аккумулятора (8; 8’; 8’’) тепла или от резервуара для горячей воды на один или несколько потребителей горячей воды, например на теплый душ.

23. Система по п.1, отличающаяся тем, что к аккумулятору (25; 25’; 25’’) холода или к резервуару для холодной воды присоединены один или несколько потребителей холодной воды, в частности через расположенный в аккумуляторе (25; 25’; 25’’) холода или резервуаре для холодной воды змеевик теплообменника, по которому циркулирует преимущественно жидкая теплопередающая среда для передачи тепла от одного или нескольких потребителей холодной воды, например от холодного душа, к аккумулятору (25; 25’; 25’’) холода или резервуару для холодной воды.