Патент на изобретение №2300055

(54) СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к системе отопления помещения с подогреваемым полом. Технический результат: улучшение температурного контроля в помещении. Система отопления помещения с подогреваемым полом содержит систему подогрева пола и комнатный термостат, оснащенный датчиком микроклимата помещения и связанный с регулирующим блоком системы подогрева пола. Комнатный термостат имеет датчик температуры поверхности, определяющий температуру поверхности пола на расстоянии от него. Комнатный термостат оснащен блоком выбора минимального/максимального значения температуры поверхности. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к системе отопления помещения с подогреваемым полом, содержащей систему подогрева пола и комнатный термостат, который оснащен датчиком микроклимата помещения и связан с регулирующим блоком системы подогрева пола.

Подобная система отопления помещения описана, например, в брошюре компании Данфосс А/С “Wireless regulation for floor heating” (No.VD.78.К3.02 январь 2002). Комнатный термостат измеряет температуру в помещении и на основании ее величины управляет системой подогрева пола, вследствие чего температура воздуха в помещении сохраняется по существу постоянной.

Возможны различные варианты выполнения системы подогрева пола. Широко известны, например, системы подогрева пола с использованием теплоносителя, в частности горячей воды. В этом случае регулирующий блок управляет потоком протекающего через пол теплоносителя, причем пол действует в качестве теплообменника, передающего тепло от теплоносителя к воздуху помещения.

Согласно другому возможному варианту система подогрева пола работает на электроэнергии. Для этого в пол вводят резистивный нагревательный элемент. Регулирующее устройство управляет протекающим через резистивный нагревательный элемент током. В этом случае пол также передает воздуху помещения повышенную температуру, создаваемую протекающим через нагревательный элемент током.

Для многих людей обогрев помещений посредством пола является очень комфортным. Однако системе подогрева пола присущи проблемы, не свойственные радиаторам. В частности, при контроле температуры пола важно учитывать тип напольного покрытия. Например, при использовании деревянного пола необходимо ограничивать максимальное значение температуры, чтобы не допустить усыхания дерева, а следовательно – повреждения пола. С другой стороны, при покрытии пола керамической плиткой, камнем или плитами желательно поддерживать температуру пола выше некоторого минимального уровня, чтобы ногам пользователя не было холодно.

Чтобы определить температуру пола, в него встраивают температурный датчик. Во многих случаях для этого используют специальные полости, например, в виде трубки, в которые можно поместить указанный температурный датчик. Однако такое размещение создает некоторые проблемы с регулировкой. Из-за характерной для пола инерции изменения температуры происходит задержка в измерениях, приводящая к запоздалой регулировке и перерегулированию. Кроме того, местоположение температурного датчика в полу следует выбирать очень расчетливо, так как последующее оснащение и убранство помещения может повлиять на измерение температуры. Например, если непосредственно над температурным датчиком расположить шкаф, то этот шкаф будет отражать тепло обратно в пол, влияя на процесс измерения температуры пола.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является улучшение температурного контроля в помещении.

Поставленная задача решена для упомянутой во введении системы отопления за счет того, что комнатный термостат оснащен датчиком температуры поверхности, определяющим температуру поверхности пола на расстоянии от него.

Указанный датчик температуры поверхности представляет собой “дистанционный датчик”, который можно размещать на некотором расстоянии от пола. Это позволяет устранить практически все проблемы, сопутствующие размещению температурного датчика в полу. Кроме того, комнатный термостат объединен с датчиком температуры поверхности с получением компактного элемента. Этот элемент если и больше традиционного комнатного термостата, то совсем незначительно, поэтому для пользователя такое изменение размера практически незаметно. Кроме того, в изобретении упрощена связь между регулирующим блоком и датчиками, т.е. датчиком микроклимата помещения и датчиком температуры поверхности. При расположении этих двух датчиков один за другим достаточно одиночного канала передачи к регулирующему блоку. Местоположение комнатного термостата выбирают с учетом следующих двух факторов. Во-первых, комнатный термостат должен определять температуру воздуха в помещении, а во-вторых, – температуру поверхности пола. Это дает больше возможностей при оснащении помещения, так как конструктивные замеры для позиционирования датчика температуры поверхности требуют значительно меньших усилий, чем встраивание температурного датчика в пол.

В предпочтительном случае датчик температуры поверхности представляет собой инфракрасный датчик. Инфракрасный датчик позволяет довольно точно определить температуру поверхности пола, в том числе с некоторого расстояния. Такой инфракрасный датчик известен, например, из патентного документа DE 29716166. Однако в указанном патентном документе не предполагается контролировать температуру закрытого помещения, как это происходит в случае настоящего изобретения.

Согласно предпочтительному варианту изобретения комнатный термостат соединен с регулирующим блоком беспроводным образом. Благодаря этому отпадает необходимость в прокладывании проводов для обеспечения связи между комнатным термостатом и регулирующим блоком, поскольку беспроводная связь осуществляется посредством электромагнитных волн, например радиоволн или света. Таким образом обеспечивается большая гибкость размещения комнатного термостата в помещении, заключающаяся в возможности очень быстрой адаптации к изменениям оснащения и убранства комнаты. Необходимо только, чтобы температурный датчик “видел” пол, т.е. мог выполнять дистанционное измерение.

Предпочтительно, чтобы комнатный термостат предоставлял датчику температуры поверхности приоритет в отношении воздействия на регулирующий блок. Другими словами, влияние датчика температуры поверхности на регулирующий блок выше, чем влияние датчика комнатного термостата. Это сделано для того, чтобы температура пола имела решающее значение для воздействия на регулирующий блок.

В предпочтительном случае комнатный термостат оснащен блоком выбора минимального/максимального значения температуры поверхности. Вследствие этого обеспечивается возможность ограничения температуры либо минимальным, либо максимальным значением. Например, если пол имеет деревянную поверхность, максимальное значение температуры желательно установить на уровне 25°С. Если, допустим, комнатная температура должна быть 26°С, а для пола установлена температура 25°С, то система подогрева пола будет подавать тепло до тех пор, пока температура пола не достигнет 25°С. Если комнатная температура ниже указанного значения, например только 24°С (в частности, из-за открытого окна), а температура пола достигла своего максимального предела, то подача тепла осуществляться не будет. Если минимальное значение температуры кафельного пола в ванной комнате задано в 27°С (чтобы ногам не было холодно) и при этом комнатная температура установлена на более низком уровне, например 23°С, то выключение системы подогрева пола произойдет только, когда температура пола составит по меньшей мере 27°С. Это справедливо также при превышении комнатной температурой желательного значения, например, из-за солнечного света в помещении.

В предпочтительном случае комнатный термостат установлен на высоте от 1,2 до 1,8 м от пола. На этой высоте комнатный термостат способен достаточно точно определять, во-первых, температуру воздуха в помещении, и, во-вторых, температуру поверхности пола, обеспечивая требуемую надежность контроля температуры в помещении.

Предпочтительно, чтобы расстояние от комнатного термостата до стены не превышало 0,3 м. Это позволяет обеспечить очень слабое взаимодействие с предметами обстановки помещения.

Предпочтительно, чтобы комнатный термостат определял температуру поверхности через временные интервалы. В частности, в случае беспроводного соединения комнатного термостата с регулирующим блоком нежелательно использовать провода для подвода энергии к комнатному термостату. Поэтому питание комнатного термостата осуществляют с помощью батарей. Срок их службы должен быть как можно более длительным. Если определение температуры поверхности пола происходит не постоянно, то потребление электрической энергии для этого процесса также будет непостоянным. Интервалы, через которые происходит определение температуры поверхности, могут быть предварительно зафиксированными. Однако право их выбора также может быть предоставлено пользователю. Наконец, возможно задавать эти интервалы посредством генератора случайных чисел.

Согласно предпочтительному варианту изобретения комнатный термостат сообщает значения температуры поверхности регулирующему блоку, только если изменение температуры поверхности превысит заранее заданную величину. При передаче данных от комнатного термостата к регулирующему блоку происходит относительно высокое потребление электроэнергии. Поэтому такую передачу следует осуществлять только при необходимости. Это должно происходить только при таком изменении температуры поверхности, при котором для поддержания или восстановления требуемого режима необходимо вмешательство регулирующего блока.

Предпочтительно, чтобы комнатный термостат передавал значения температуры поверхности на регулирующий блок только в случае изменения среднего значения температуры поверхности более чем на заранее заданную величину в течение заранее заданного промежутка времени. Например, за 15-30-минутный период времени можно произвести четыре измерения. Только при повышении или понижении среднего значения это изменение передается в регулирующий блок. Таким образом, кратковременные воздействия, например, вызванные солнечным излучением или присутствующими в помещении людьми или животными, будут проходить без дополнительного потребления энергии.

Далее изобретение описано более подробно на примере предпочтительного варианта его осуществления, приведенного со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схему отопительной системы для нескольких помещений;

фиг.2 изображает схему системы отопления помещения.

На фиг.1 изображена схема отопительной системы 1 для трех помещений 2, 3, 4, каждое из которых оснащено системой 5-7 подогрева пола. В данном случае каждая система 5-7 подогрева пола выполнена в виде обогревательного трубопровода, который представляет собой изогнутую трубу, заделанную в штукатурку 8 пола 9 (см. фиг.2). По этим отопительным системам 5-7 циркулирует теплоноситель, например горячая вода.

Подача теплоносителя к системам 5-7 подогрева пола происходит через соединенный с ними впускной штуцер. Управление потоком теплоносителя, протекающим через системы 5-7 подогрева пола, осуществляет управляющий модуль 11, соединенный с системами 5-7 подогрева пола. Управляющий модуль 11 каждой системы 5-7 подогрева пола имеет управляемый клапан 12-14. В зависимости от степени открытия клапанов 12-14 по системам 5-7 подогрева пола протекает большее или меньшее количество теплоносителя.

Действие управляющего модуля 11 регулируется устройством 15 управления. Это устройство 15 соединено с зональным регулятором 16, с помощью которого посредством элементов 17а, 17b настройки можно задавать некоторые параметры, относящиеся к работе всей системы 1.

Каждое помещение 2-4 оснащено комнатным термостатом 18-20, связанным с устройством 15 управления посредством беспроводного соединения 21-23, которое помимо выполнения прочих функций направляет к устройству 15 управления данные о комнатной температуре, т.е. температуре воздуха в помещении. Требуемую температуру воздуха устанавливают для каждого помещения 2-4 при помощи задающего устройства 24-26. Зональный регулятор 16 используется для программирования устройства 15 управления.

На фиг.2 показано, что каждый комнатный термостат помимо задающего устройства 24 оснащен датчиком 27 микроклимата помещения, с помощью которого можно определить температуру воздуха в помещении. Дополнительно каждый комнатный термостат имеет датчик 28 температуры поверхности, с помощью которого можно определить температуру поверхности 29 пола 9. Датчик 28 температуры поверхности представляет собой, например, инфракрасный датчик, принимающий излучаемое поверхностью 29 тепло. Для этого нужно только, чтобы датчик 28 температуры поверхности мог “видеть” поверхность 29, т.е. необходима связь, например, посредством излучения.

Условие измерения температуры пола 9 непосредственно на его поверхности 29 позволяет корректировать подогрев пола более оперативно. Например, когда на поверхность 29 попадает солнечный свет, ее температура повышается. Такое повышение можно скорректировать путем изменения подачи теплоносителя к системам 5-7 подогрева пола. Это применимо также для случая попадания воды на пол, например, когда человек выходит из ванны или душа. Прежде приходилось бы ждать высыхания воды, приводящего к охлаждению пола, а затем это изменение температуры должно было дойти до вмонтированного датчика. Согласно предложенному техническому решению датчик 28 температуры поверхности немедленно обнаруживает воду, что делает возможным быстрое реагирование.

Следует принимать во внимание, что предпочтительная величина температура поверхности 29 пола 9, кроме прочих факторов, зависит от типа покрытия 31, образующего поверхность пола 9.

Если покрытие 31 выполнено из дерева, то во избежание усыхания деревянного пола желательно не превышать предварительно заданную температуру. Например, температура на поверхности 29 в этом случае не должна превышать 29°С.

Однако если покрытие 31 образовано кафелем или плитами, то желательно установить некоторую минимальную температуру, например 25°С или 27°С, чтобы ногам пользователя не было холодно при ходьбе по поверхности 29 пола 9.

Таким образом, комнатный термостат должен оценивать сигналы не только от датчика 27 микроклимата помещения, но и от датчика 28 температуры поверхности. Пользователь должен решить, выбрать ли заданное минимальное или заданное максимальное значение температуры поверхности. Как сказано ранее, максимальное значение, которое не должно быть превышено, задают, например, для деревянных полов, в то время как для кафельных полов устанавливают минимальную температуру.

Стало возможным обеспечить обработку выходных сигналов датчика 28 температуры поверхности с более высоким приоритетом по отношению к выходным сигналам датчика 27 микроклимата помещения. Это может быть задано уже в комнатном термостате 18, который будет отдавать предпочтение передаче на зональный регулятор 16 сигналов, исходящих от датчика 28 температуры поверхности. Однако данный приоритет может быть установлен в зональном регуляторе 16 или даже в устройстве 15 управления. Вместе с устройством 15 управления и управляющим модулем 11 зональный регулятор 16 образует регулирующее устройство, влияющее на подогрев пола.

Вкратце, указанный приоритет можно пояснить следующим образом. Если покрытие 31 выполнено из дерева, желательная температура в помещении установлена на уровне 26°С, а максимальная температура пола на уровне 25°С, то система 5 подогрева пола сообщает тепло до тех пор, пока температура пола не достигнет 25°С. Это определяется с помощью датчика 28 температуры поверхности. Если температура в помещении падает до 24°С (например, из-за открытого окна), дополнительное тепло поступать не будет, поскольку ограничение накладывает температура пола 9.

Однако если покрытие 31 образовано кафелем, температура которого должна составлять по меньшей мере 27°С, и при этом комнатная температура установлена на уровне 23°С, то подача тепла будет прекращена только тогда, когда температура на поверхности 29 пола 9 достигнет по меньшей мере 27°С, даже если солнечное излучение или присутствие в помещении нескольких человек привело к повышению комнатной температуры выше заданных 23°С.

Комнатный термостат 18 установлен на высоте А в интервале от 1,2 до 1,8 м от пола 9. Расстояние до стены 32, на которой он закреплен, не превышает 0,3 м.

Преимущество беспроводной связи между комнатным термостатом 18 и зональным регулятором 16 заключается не только в обеспечении конструктивной гибкости отопительной системы 1. Отсутствуют проблемы, связанные с реагированием на изменения в оснащении и убранстве каждого отдельного помещения 2-4. Кроме того, такая система проста в обслуживании, так как пользователь легко может определить, имеет ли комнатный термостат 18 дефекты или нет. Обычно такая отопительная система 1 содержит несколько комнатных термостатов 18-20, причем какой-либо другой из подобных комнатных термостатов 18-20 может быть использован для определения того, что имеет дефект – конкретный комнатный термостат или вся система в целом. Например, для определения того, функционирует или нет канал передачи между комнатным термостатом 18 и устройством 15 управления, можно использовать предусмотренные в комнатном термостате 18 светоизлучающий диод и кнопку (для наглядности чертежа они не показаны). При нажатии кнопки загорается диод, и комнатный термостат 18 пытается установить связь с устройством 15 управления. Если связь между двумя этими элементами возможна, диод гаснет. Таким образом, пользователь может немедленно узнать, установлено соединение или нет.

Вследствие того что связь между комнатным термостатом 18-20 и зональным регулятором 16 является беспроводной, питание каждого комнатного термостата 18-20 осуществляется от батарей. С точки зрения обеспечения как можно более длительного срока службы батарей предпочтительно, чтобы комнатные термостаты 18-20 не выполняли измерения и передачу данных в непрерывном режиме.

Поэтому измерение температуры поверхности предполагается осуществлять через определенные интервалы времени. Эти интервалы могут быть заранее зафиксированными или же их можно устанавливать в свободном режиме. Возможно также их определение с помощью генератора случайных чисел. Если измеряемая температура поверхности 31 не подвергается большим изменениям, то данные на зональный регулятор 16 не передаются. Внезапные изменения температуры (например, из-за солнечного излучения или присутствия домашних животных), воспринимаемые датчиком температуры поверхности, могут быть легко отфильтрованы. С целью экономии электроэнергии и во избежание слишком больших колебаний в подаче тепла увеличение подачи нецелесообразно осуществлять резким образом. Напротив, предпочтительно получать усредненное значение по заранее заданному количеству измерений и передавать информацию на зональный регулятор 16, когда это усредненное значение достоверно свидетельствует об изменении температуры.

Формула изобретения

1. Система отопления помещения с подогреваемым полом, содержащая систему подогрева пола и комнатный термостат, который оснащен датчиком микроклимата помещения и связан с регулирующим блоком системы подогрева пола, отличающаяся тем, что комнатный термостат (18-20) имеет датчик (28) температуры поверхности, определяющий температуру поверхности (29) пола (9) на расстоянии от него, при этом комнатный термостат (18-20) оснащен блоком выбора минимального/максимального значения температуры поверхности.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик (28) температуры поверхности представляет собой инфракрасный датчик.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что комнатный термостат (18-20) соединен с регулирующим блоком (11, 15, 16) беспроводным образом.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что комнатный термостат (18-20) предоставляет датчику (28) температуры поверхности приоритет в отношении воздействия на регулирующий блок (11, 15, 16).

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что комнатный термостат (18-20) установлен на высоте (А) от 1,2 до 1,8 м от пола (9).

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что комнатный термостат (18-20) установлен на расстоянии (В) до стены (32), не превышающем 0,3 м.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что комнатный термостат (18-20) выполнен с возможностью определения температуры поверхности через временные интервалы.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что комнатный термостат (18-20) выполнен с возможностью сообщения значения температуры поверхности регулирующему блоку (11, 15, 16) только при превышении изменения температуры поверхности заранее заданной величины.

9. Система по любому из пп.7 и 8, отличающаяся тем, что комнатный термостат (18-20) выполнен с возможностью сообщения значения температуры поверхности регулирующему блоку (11, 15, 16) только при изменении среднего значения температуры поверхности более чем на заранее заданную величину в течение заранее заданного промежутка времени.

РИСУНКИ