BE1023991A1 - Koelen of verwarmen van gebouwen met grote inertie - Google Patents

Abstract

(57) Een systeem (100), voor het afkoelen of opwarmen van een gebouw. Het systeem (100) omvat een mengbuffer (120), minstens twee accumulatoren (110) een verwarmings- en/of koelingsinstallatie (140) en een regeleenheid (170). De uitgang van de accumulatoren (110) is aangesloten op de mengbuffer (120), de uitgang van de mengbuffer (120) is aangesloten op de verwarmings- en/of koelingsinstallatie (140) en de uitgang van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie (140) is rechtstreeks of onrechtstreeks aangesloten op de accumulatoren (110). De regeleenheid (170) is aangepast om de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer (120) te meten en om de vloeistof op te warmen en/of af te koelen zodat de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer binnen een vooraf ingestelde eerste referentietemperatuur en een vooraf ingestelde tweede referentietemperatuur blijft.

Description

Koelen of verwarmen van gebouwen met grote inertie. Toepassingsgebied van de uitvinding

Deze uitvinding heeft in het algemeen betrekking op verwarmingssystemen. De uitvinding betreft een alternatieve uitvoering van een verwarmingssysteem en een methode om dit systeem aan te sturen.

Achtergrond van de uitvinding

VerwarmingsinstaNaties die gebruik maken van accumulatoren worden heden ten dage gebruikt om energie te besparen in de verwarming van nieuwe gebouwen. Een voorbeeld hiervan is betonkernactivering. Bij betonkernactivering wordt de massa van bepaalde betonlagen in een ruimte in een gebouw opgewarmd of afgekoeld. Door de calorische inertie van deze massa behoudt deze massa over langere tijd zijn temperatuur, ook bij wisselende buitentemperaturen.

In vergelijkingen met vroegere systemen zoals bijvoorbeeld radiatoren of convectoren die aan de muur bevestigd worden hebben systemen met accumulatoren waarbij een grote massa verwarmd/afgekoeld wordt (zoals bijvoorbeeld in het geval van betonkernactivering) een grote calorische inertie. Deze nieuwe accumulatoren vragen dan ook nieuwe manieren om aangestuurd te worden en nieuwe manieren om geïntegreerd te worden in een verwarmingssysteem.

Er is bijgevolg ruimte voor meer efficiënte verwarmingssystemen en voor een meer efficiënte aansturing ervan wanneer gebruik gemaakt wordt van accumulatoren zoals bijvoorbeeld accumuleerbare betonnen platen.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een doelstelling van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om een verbeterd verwarmingssysteem te voorzien. Het is tevens een doelstelling van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om een methode te voorzien om dit verwarmingssysteem aan te sturen.

De bovengenoemde doelstelling wordt verwezenlijkt door een apparaat, inrichting en/of methode volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

In een eerste aspect voorziet de huidige uitvinding in een systeem voor het afkoelen of opwarmen van een gebouw. Het systeem omvat een mengbuffer, minstens twee accumulatoren, een verwarmings- en/of koelingsinstallatie en een regeleenheid. De uitgang van de accumulatoren is aangesloten op de mengbuffer, de uitgang van de mengbuffer is aangesloten op de verwarmings- en/of koelingsinstallatie, en de uitgang van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie is rechtstreeks of onrechtstreeks aangesloten op de accumulatoren. De regeleenheid is aangepast om de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer te meten en om de vloeistof op te warmen en/of af te koelen zodat de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer tussen een vooraf ingestelde eerste referentietemperatuur en een vooraf ingestelde tweede referentietemperatuur blijft.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de temperatuur in de mengbuffer tussen een vooraf ingestelde eerste temperatuur en een vooraf ingestelde tweede temperatuur gehouden wordt. Hierdoor geven de accumulatoren (bijvoorbeeld accumuleerbare betonnen platen) een homogene warmte af doorheen het ganse gebouw. Doordat de verschillende accumulatoren op een zelfde temperatuur gehouden worden is het bijvoorbeeld mogelijk dat de ene accumulator warmte opneemt uit een bepaalde ruimte in het gebouw terwijl de andere accumulator deze warmte terug afgeeft in een andere ruimte. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn in de zomer wanneer de ene ruimte aan de zuidzijde van het gebouw gelegen is terwijl de andere ruimte aan de noordzijde van het gebouw gelegen is. Door deze warmte uitwisseling tussen ruimtes en door de regeleenheid, die de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer tussen een eerste en een tweede referentietemperatuur houdt, is er geen extra airco nodig om bepaalde ruimtes te koelen en kan toch een constante temperatuur in het gebouw gerealiseerd worden. Het medium waardoor de energie kan verdeeld worden is de vloeistof in de accumulatoren; de mengbuffer zorgt voor de herverdeling doordat hierin de vloeistof van de verschillende accumulatoren met elkaar vermengd wordt. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de vloeistof komende van de verschillende accumulatoren wordt vermengd in de mengbuffer. Dit laat een uitwisseling van warmte toe tussen verschillende ruimtes in het gebouw. Door deze uitwisseling is het energieverbruik van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie lager. Bijvoorbeeld kan de af te koelen eerste kamer het energieverbruik van de op te warmen tweede kamer compenseren. Systemen volgens de huidige uitvinding zijn uitermate geschikt voor accumulatoren met een groot volume. Dergelijke accumulatoren zijn bijvoorbeeld accumuleerbare betonnen platen. Hoe groter het volume van de accumulatoren, hoe groter de stabiliteit van het systeem. De stabiliteit kan ook vergroot worden door het volume van de vloeistof in de accumulatoren te vergroten. Dit kan bijvoorbeeld door het volume van de mengbuffer te vergroten. Door een grotere mengbuffer te gebruiken zal ook de menging van de vloeistof komende van de accumulatoren in de mengbuffer beter zijn. Doordat in systemen volgens de huidige uitvinding de temperatuur in de mengbuffer en dus ook in de verschillende accumulatoren constant gehouden wordt en doordat de accumulatoren en de vloeistof in het systeem een groot volume innemen kan worden vermeden dat de verwarmings- en/of koelingsinstallatie geregeld aan en af slaat. Het is bijvoorbeeld mogelijk dat de verwarmings- en/of koelingsinstallatie gedurende meer dan 60 min of zelfs meer dan 120 min continu draait vooraleer de vloeistof in de mengbuffer terug op de gewenste temperatuur is gebracht. Dit is interessant voor warmtepompen die het met meest efficiënt werken op vollast. Het systeem zal dus meer opereren tussen vollast en 0%. Wanneer op temperatuur, kan het zijn, afhankelijk van de warmtevraag, dat het systeem tussen 30 min en 60 min non-actief is vooraleer de verwarmings- en/of koelingsinstallatie terug aanslaat. Het is hierbij een voordeel dat naarmate de accumulatoren groter zijn ook deze periode zal verlengen.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding omvat het systeem een regelklep, waarbij een eerste ingang van de regelklep is aangesloten op de uitgang van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie, waarbij een tweede ingang van de regelklep is aangesloten op de uitgang van de mengbuffer en waarbij de uitgang van de regelklep rechtstreeks of onrechtstreeks is aangesloten op de accumulatoren, en waarbij de regeleenheid is aangepast om de regelklep te regelen in een eerste stand waarbij water van de eerste ingang van de regelklep naar de uitgang van de regelklep vloeit of in een tweede stand waarbij water van een tweede ingang van de regelklep naar de uitgang van de regelklep vloeit.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat door de regelklep die aangestuurd wordt door de regeleenheid, het systeem in 2 modes kan werken.

In een eerste mode (opwarmen of afkoelen) vloeit de vloeistof van de eerste ingang van de regelklep naar de uitgang van de regelklep. In deze mode kan er door de verwarmings- en/of koelingsinstallatie warmte toegevoerd of onttrokken worden aan de vloeistof komende van de mengbuffer totdat een gewenste temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer bereikt is. Deze temperatuur kan bijvoorbeeld gemeten worden aan de uitgang van de mengbuffer.

In een tweede mode (stabilisatie) vloeit de vloeistof van de tweede ingang van de regelklep naar de uitgang van de regelklep. De verwarmings- en/of koelingsinstallatie is in deze mode losgekoppeld. In deze mode wordt de vloeistof rondgepompt doorheen de accumulatoren en de mengbuffer. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de verwarmings- en/of koelingsinstallatie in deze mode gebypassed is. Op die manier kan het debiet van de rondgepompte vloeistof nog vergroot worden. Hierdoor kan de herverdeling van warmte tussen de verschillende accumulatoren vergroot worden. Deze mode kan aangehouden worden zolang de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer tussen een vooraf ingestelde eerste referentietemperatuur en een vooraf ingestelde tweede referentietemperatuur ligt.

Het heen en weer schakelen tussen beide modes is een aspect van deze uitvinding en in het licht van deze uitvinding wordt hiernaar gerefereerd als wobbelen. Het is een voordeel van dit wobbelen dat een homogene temperatuur over de verschillende accumulatoren heen kan bereikt worden.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding omvat het systeem een warmtebuffer, waarbij de warmtebuffer zich tussen verwarmings- en/of koelingsinstallatie en de accumulatoren bevindt. In het geval er een regelklep aanwezig is bevindt de warmtebuffer zich tussen de regelklep en de accumulatoren. Bij het opwarmen/afkoelen van de vloeistof kan dan bijvoorbeeld zolang opgewarmd/afgekoeld worden tot een gewenste temperatuur in de warmtebuffer bereikt is.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de warmtebuffer zorgt voor een stabiele en uniforme temperatuur aan de ingang van de accumulatoren. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de warmtebuffer een capaciteit vormt voor de opslag van warmte of koude waaruit de accumulatoren kunnen aftappen. Deze capaciteit is veel groter dan in het geval enkel de accumulatoren zouden aanwezig zijn. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat energie kan opgeslagen worden in de warmtebuffer waarna deze kan verbruikt worden door de accumulatoren aangesloten op de warmtebuffer.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding is de mengbuffer en/of de warmtebuffer een verticaal opgesteld buffervat dat is uitgestrekt over tenminste twee verdiepingen van het gebouw.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de mengbuffer en/of warmtebuffer toegankelijk is op verschillende plaatsen in het gebouw. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de benodigde grondoppervlakte van de mengbuffer en/of warmtebuffer verkleind wordt, bij een gelijk blijvend volume, door de hoogte ervan te vergroten tot meer dan twee verdiepen hoog.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding strekt de mengbuffer en/of de warmtebuffer zich uit over meerdere verdiepen, bijvoorbeeld over de ganse hoogte van het gebouw.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat op elke verdieping vloeistof kan afgetakt worden uit de mengbuffer en /of warmtebuffer. Dit kan bijvoorbeeld door buizen te lassen op het mengbuffer en/of warmtebuffer. Deze buizen vormen de verbinding tussen de mengbuffer en/of warmtebuffer en de accumulatoren.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding is de mengbuffer en/of warmtebuffer over de gehele lengte thermisch geïsoleerd.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat er minder warmte/koude verlies is via de wanden van de mengbuffer en/of warmtebuffer.

In een tweede aspect voorziet de huidige uitvinding in een werkwijze voor het afkoelen/verwarmen van een gebouw waarin verschillende accumulatoren aanwezig zijn waarvan de uitgang is aangesloten op een mengbuffer, die op zijn beurt is aangesloten op een verwarmings- en/of koelingsinstallatie die dan weer rechtstreeks of onrechtstreeks is aangesloten op de ingang van de accumulatoren de methode omvattend: - het meten van de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer, - het opwarmen of afkoelen van de vloeistof zodat de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer binnen een vooraf ingestelde eerste referentietemperatuur en een vooraf ingestelde tweede referentietemperatuur blijft.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de temperatuur in de mengbuffer gebruikt wordt als parameter voor de controle van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie. Deze temperatuur is een uitmiddeling van de temperaturen van het retourwater van de verschillende accumulatoren. In plaats van alle accumulatoren apart aan te sturen moet in deze uitvinding alleen de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer geregeld worden. Doordat de temperatuur in de verschillende accumulatoren niet apart wordt geregeld is er bijgevolg ook geen wisselende debietvraag door de accumulatoren in de verwarmingsinstallatie. De pompen die gebruikt worden om de vloeistof rond te pompen doorheen de mengbuffer (en eventueel bijkomend de warmtebuffer) en doorheen de accumulatoren kunnen dus aan een optimaal rendement werken gebaseerd op het gevraagde constante debiet. Bovendien zijn de dynamische vereisten, qua warmte-aanvoer en toevoer, minder groot indien er geen aparte temperatuurregeling is tussen de verschillende ruimtes.

In uitvoeringsvormen van het tweede aspect voorziet de huidige uitvinding in een werkwijze waarbij de ruimtes van het gebouw op een constante temperatuur gehouden worden.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de warmte-/koudevraag gespreid is over de tijd. Door het gebouw continu op een zelfde temperatuur te houden zijn geen abrupte warmtevragen/koudevragen nodig die wel nodig zijn wanneer het gebouw bijvoorbeeld 10 graden moet worden opgewarmd/afgekoeld. Hierdoor kan het temperatuurverschil tussen de temperatuur in de warmtebuffer en de te verwarmen/af te koelen ruimtes laag gehouden worden. Door dit kleine temperatuurverschil kan de vloeistof in de warmtebuffer tegelijkertijd dienen voor het afkoelen van de ene ruimte (bv. aan de zuidzijde) als voor het opwarmen van de andere ruimte (bv. aan de noordzijde). Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat de accumulatoren (e.g. de accumuleerbare betonnen platen), en bijgevolg ook de ruimtes die moeten afgekoeld/verwarmd worden, een nagenoeg constante temperatuur hebben. In het geval van accumuleerbare betonen platen is het een voordeel van de nagenoeg constante temperatuur dat de temperatuur hierdoor homogeen verdeeld is over de volle accumuleerbare betonnen plaat. Het continu op temperatuur houden van de verschillende ruimtes in het gebouw resulteert in een beter rendement dan het volledig laten afkoelen en opnieuw opwarmen van het gebouw of omgekeerd.

Specifieke en voorkeursdragende aspecten van de uitvinding zijn opgenomen in de aangehechte onafhankelijke en afhankelijke conclusies. Kenmerken van de afhankelijke conclusies kunnen worden gecombineerd met kenmerken van de onafhankelijke conclusies en met kenmerken van andere afhankelijke conclusies zoals aangewezen en niet enkel zoals uitdrukkelijk in de conclusies naar voor gebracht.

Bovenstaande en andere aspecten van de uitvinding zullen duidelijk worden uit en verhelderd worden met verwijzing naar de hiernavolgende beschreven uitvoeringsvorm(en).

Korte beschrijving van de figuren FIG. 1 is een schematische voorstelling van een verwarmingssysteem dat een regeleenheid en een mengbuffer omvat in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding. FIG. 2 is een grafiek waarin verschillende temperaturen voor het verwarmingssysteem, in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding, over de periode van ongeveer 10 maanden uitgezet zijn. FIG. 3 toont het aangeleverde vermogen en het vermogenverbruik over de periode van een jaar van een verwarmingssysteem in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding. FIG. 4 is een grafiek waarin verschillende temperaturen voor het verwarmingssysteem, in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding, over de periode van ongeveer 24 uur uitgezet zijn. FIG. 5 is een uitvergroting van een deel van een grafiek zoals in FIG. 4.

De figuren zijn enkel schematisch en niet limiterend. In de figuren kunnen de afmetingen van sommige onderdelen overdreven en niet op schaal zijn voorgesteld voor illustratieve doeleinden.

Referentienummers in de conclusies mogen niet worden geïnterpreteerd om de beschermingsomvang te beperken. In de verschillende figuren verwijzen dezelfde referentienummers naar dezelfde of gelijkaardige elementen.

Gedetailleerde beschrijving van illustratieve uitvoeringsvormen

De huidige uitvinding zal beschreven worden met betrekking tot bijzondere uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, echter de uitvinding wordt daartoe niet beperkt maar is enkel beperkt door de conclusies. De beschreven tekeningen zijn slechts schematisch en niet beperkend. In de tekeningen kunnen voor illustratieve doeleinden de afmetingen van sommige elementen vergroot en niet op schaal getekend zijn. De afmetingen en de relatieve afmetingen komen soms niet overeen met de actuele praktische uitvoering van de uitvinding.

Verder worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt voor het onderscheiden van gelijkaardige elementen en niet noodzakelijk voor het beschrijven van een volgorde, noch in de tijd, noch spatiaal, noch in rangorde of op enige andere wijze. Het dient te worden begrepen dat de termen op die manier gebruikt onder geschikte omstandigheden verwisselbaar zijn en dat de uitvoeringsvormen van de uitvinding hierin beschreven geschikt zijn om in andere volgorde te werken dan hierin beschreven of weergegeven.

Het dient opgemerkt te worden dat de term "omvat", zoals gebruikt in de conclusies, niet als beperkt tot de erna beschreven middelen dient geïnterpreteerd te worden; deze term sluit geen andere elementen of stappen uit. Hij is zodoende te interpreteren als het specificeren van de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, waarden, stappen of componenten waarnaar verwezen wordt, maar sluit de aanwezigheid of toevoeging van één of meerdere andere kenmerken, waarden, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uit. Dus, de omvang van de uitdrukking "een inrichting omvattende middelen A en B" dient niet beperkt te worden tot inrichtingen die slechts uit componenten A en B bestaan. Het betekent dat met betrekking tot de huidige uitvinding, A en B de enige relevante componenten van de inrichting zijn.

Verwijzing doorheen deze specificatie naar "één uitvoeringsvorm" of "een uitvoeringsvorm" betekent dat een specifiek kenmerk, structuur of karakteristiek beschreven in verband met de uitvoeringsvorm is opgenomen in ten minste één uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Dus, het voorkomen van de uitdrukkingen "in één uitvoeringsvorm" of "in een uitvoeringsvorm" op diverse plaatsen doorheen deze specificatie hoeft niet noodzakelijk telkens naar dezelfde uitvoeringsvorm te refereren, maar kan dit wel doen. Voorts, de specifieke kenmerken, structuren of karakteristieken kunnen gecombineerd worden op eender welke geschikte manier, zoals duidelijk zou zijn voor een gemiddelde vakman op basis van deze bekendmaking, in één of meerdere uitvoeringsvormen.

Vergelijkbaar dient het geapprecieerd te worden dat in de beschrijving van voorbeeldmatige uitvoeringsvormen van de uitvinding verscheidene kenmerken van de uitvinding soms samen gegroepeerd worden in één enkele uitvoeringsvorm, figuur of beschrijving daarvan met als doel het stroomlijnen van de openbaarmaking en het helpen in het begrijpen van één of meerdere van de verscheidene inventieve aspecten. Deze werkwijze van openbaarmaking dient hoe dan ook niet geïnterpreteerd te worden als een weerspiegeling van een intentie dat de uitvinding meer kenmerken vereist dan expliciet vernoemd in iedere conclusie. Eerder, zoals de volgende conclusies weerspiegelen, liggen inventieve aspecten in minder dan alle kenmerken van één enkele voorafgaande openbaar gemaakte uitvoeringsvorm. Dus, de conclusies volgend op de gedetailleerde beschrijving zijn hierbij expliciet opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, met iedere op zichzelf staande conclusie als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.

Voorts, terwijl sommige hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige, maar niet andere, in andere uitvoeringsvormen inbegrepen kenmerken bevatten, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld als gelegen binnen de reikwijdte van de uitvinding, en vormen deze verschillende uitvoeringsvormen, zoals zou begrepen worden door de vakman. Bijvoorbeeld, in de volgende conclusies kunnen eender welke van de beschreven uitvoeringsvormen gebruikt worden in eender welke combinatie.

In de hier voorziene beschrijving worden talrijke specifieke details naar voren gebracht. Het is hoe dan ook te begrijpen dat uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen uitgevoerd worden zonder deze specifieke details. In andere gevallen zijn welgekende werkwijzen, structuren en technieken niet in detail getoond om deze beschrijving helder te houden.

Waar in uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding gesproken wordt over "accumulatoren" worden verwarmings-/koelingselementen bedoeld die een grote massa behelzen. Dit kunnen bijvoorbeeld accumuleerbare betonnen platen zijn. In het geval van accumuleerbare betonnen platen, zijn deze bij voorkeur 30 cm dik of zelfs dikker. Bij voorkeur bestaat meer dan 5%, of zelfs ongeveer 15% van het bouwvolume uit accumuleerbare betonnen platen. Accumuleerbare betonnen platen worden gebruikt bij gebouwen die opgewarmd/afgekoeld worden door middel van betonkernactivering. Bij betonkernactivering wordt de massa van het gebouw aangewend om het gebouw te verwarmen. Hiervoor worden leidingen aangebracht in de vloerplaten (en plafonds) en eventueel ook in de muren van het gebouw. Dit resulteert in de accumuleerbare betonnen platen. Het water in de buizen van de accumuleerbare betonnen platen wordt, afhankelijk van de vereisten, gekoeld of opgewarmd. Hierdoor kan de ruimte omgeven door de accumuleerbare betonnen platen respectievelijk worden gekoeld of opgewarmd.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding worden de uitgangen van de accumulatoren aangesloten op een mengbuffer. Eventueel kan het ook zijn dat de ingangen van de accumulatoren aangesloten op een warmtebuffer. Deze laatste is niet noodzakelijk aanwezig. Waar in uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding over een buffervat gesproken wordt kan dit zowel een mengbuffer als een warmtebuffer zijn.

In een eerste aspect voorziet de huidige uitvinding in een systeem 100 voor het afkoelen of opwarmen van een gebouw. Het systeem 100 omvat minstens twee accumulatoren 110, een mengbuffer 120, een verwarmings- en/of koelingsinstallatie 140 en een regeleenheid 170. Eventueel is er ook een regelklep aanwezig met aan de ingangszijdes de verwarmings- en/of koelingsinstallatie en de mengbuffer en aan de uitgangszijde de accumulatoren (rechtstreeks of onrechtstreeks aangesloten). Deze regelklep 150 kan worden aangestuurd door de regeleenheid 170. Een mogelijke configuratie van een dergelijk systeem 100 wordt getoond in FIG. 1. De uitgangen van de accumulatoren 110 zijn aangesloten aan de mengbuffer 120. De uitgang van de mengbuffer is aangesloten met een verwarmings- en/of afkoelingsinstallatie 140. In FIG. 1 is de verwarmings- en/of afkoelingsinstallatie verbonden met een regelklep 150, die op zijn beurt verbonden is met een warmtebuffer 130. De warmtebuffer 130 is dan weer aangesloten met de ingang van de accumulatoren. De regeleenheid 170 is aangepast om de regelklep 150 te regelen in een eerste stand waarbij vloeistof van de eerste ingang van de regelklep 150 naar de uitgang van de regelklep 150 vloeit of in een tweede stand waarbij vloeistof van een tweede ingang van de regelklep 150 naar de uitgang van de regelklep 150 vloeit.

In de eerste stand (mode 1 - opwarmen of afkoelen), wordt de vloeistof komende van de mengbuffer opgewarmd of afgekoeld. In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding omvat de regeleenheid een PID regelaar die de regelklep en de verwarmings- en/of koelingsinstallatie aanstuurt zodat in de warmtebuffer een gewenste temperatuur bereikt wordt. Naarmate het volume van deze warmtebuffer groter is zal de PID regeling eenvoudiger worden.

Wanneer de gewenste temperatuur bereikt is kan de regeleenheid (bv. de PID regelaar in de regeleenheid) de regelklep in een tweede stand (mode 2 - stabilisatie) zetten. In deze mode is de verwarmings- en/of koelingsinstallatie afgekoppeld van de warmtebuffer en de mengbuffer. De vloeistof in het systeem wordt rond gepompt, op een gepaste snelheid, bij voorkeur op maximale snelheid, en een energie-overdracht vindt plaats tussen warmere en koudere ruimtes. Op die manier worden alle ruimtes in het gebouw op een gelijke temperatuur gebracht.

In uitvoerginsvormen van de huidige uitvinding is het ook mogelijk dat de regeleenheid de regelklep zo aanstuurt dat de vloeistof in de uitgang een mengverhouding van de vloeistof van de eerste en de tweede ingang is. De verwarmings- en/of afkoelingsinstallatie 140 kan bijvoorbeeld een warmtepomp zijn. In het voorbeeld getoond in FIG. 1 volstaat één pomp 160 om de vloeistof rond te pompen doorheen het systeem 100. In de configuratie van FIG. 1 is de verwarmings-en/of koelingsinstallatie een warmtepomp. Andere verwarmings- en/of koelingsinstallaties zijn echter ook mogelijk en de uitgang ervan kan rechtstreeks of onrechtstreeks verbonden zijn met de ingang van accumulatoren 110.

De mengbuffer 120 en/of de warmtebuffer 130 kunnen bijvoorbeeld verticale stalen buizen zijn. De buffervaten kunnen een lengte hebben die overeenkomt met de hoogte van ongeveer het ganse gebouw, bijvoorbeeld minstens 50% van de hoogte, of minstens 70% van de hoogte, of minstens 80% van de hoogte. In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding worden de mengbuffer 120 en/of de warmtebuffer 130 bij voorkeur aan de buitenzijde geïsoleerd met een geschikt isolatiemateriaal (bv. met polyurethaan) en hebben ze een binnendiameter gelegen tussen 200 mm en 400 mm, bij voorkeur tussen 300 mm en 500 mm. Doordat, in uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding, de mengbuffer 120 en/of de warmtebuffer 130 op elke verdieping aanwezig zijn kan er op eenvoudige wijze van worden afgetakt met aanvoer- en afvoerbuizen die de mengbuffer 120 en/of de warmtebuffer 130 verbinden met de accumulatoren 110. Een voorbeeld hiervan is getoond in FIG. 1. In uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding zijn deze accumulatoren 110, accumuleerbare betonnen platen 110. Dit kunnen bijvoorbeeld vloerelementen of wanden, zijn.

De aanvoer- en afvoerbuizen naar de accumulatoren 130 kunnen op elke geschikte wijze met de mengbuffer 120 en/of de warmtebuffer 130 verbinding maken; ze kunnen bijvoorbeeld aan de buffervaten 120, 130 gelast zijn. Bovendien is de druk op elke plaats in de buffervaten 120,130 even groot (bv. 1 à 2 bar net zoals in een conventioneel verwarmingssysteem met klassieke radiatoren of vloerverwarming). In het geval van een warmtebuffer aan de ene zijde en een mengbuffer aan de andere zijde van de accumulator betekent dit dat het drukverschil tussen ingang en uitgang van een accumulator hetzelfde is voor de verschillende accumulatoren. Hierdoor zal er dus door elke buis naar de accumulatoren 110 (bv. accumuleerbare betonnen platen) een zelfde debiet stromen. Het is bijgevolg een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding dat er geen ventielen zoals bijvoorbeeld wurgventielen nodig zijn om het debiet bij te regelen. Door het grote volume van de warmtebuffer 130 en/of de mengbuffer 120 heeft de pomp die water naar de warmtebuffer 130 stuurt een minimale tegendruk resulterend in een betere efficiëntie.

In uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding kan de verwarmings- en/of koelingsinstallatie 140 een warmtepomp zijn die water verwarmt tot bijvoorbeeld tussen 40°C en 50°C, bijvoorbeeld 45°C, voor het verwarmen van het water in de warmtebuffer 130 of water afkoelt tot bijvoorbeeld tussen 5°C en 12°C, bijvoorbeeld 7°C voor het afkoelen van het water in de warmtebuffer 130. Door de temperatuur van de warmtebuffer 130 substantieel stabiel te houden, (bv. binnen een marge van 0.1 °C), wordt er voor gezorgd dat ook de temperatuur van de accumuleerbare betonnen platen 110 stabiel blijft en dat de temperatuur in de mengbuffer binnen een vooraf ingestelde eerste referentietemperatuur en een vooraf ingestelde tweede referentietemperatuur blijft.

Systemen 100 volgens de huidige uitvinding worden bij voorkeur geplaatst in gebouwen met een goede isolatie. De isolatie in de muren kan bijvoorbeeld gemaakt zijn van polyurethaan en een dikte hebben van 15 cm of meer. De glaspartijen kunnen bijvoorbeeld bestaan uit driedubbel glas en/of glas waarvan de U-waarde 0,8 is of minder. Deze gebouwen in combinatie met een systeem 100, in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding, hebben bijvoorbeeld een gemeten verbruik dat lager is dan 100 Kwh per m2 per jaar, koeling en verwarming gecumuleerd. De isolatie heeft bijvoorbeeld een berekende EPC waarde van 50 Kwh/m2 of minder.

In een tweede aspect voorziet de uitvinding in een methode voor het afkoelen/verwarmen van een gebouw waarin verschillende accumulatoren aanwezig zijn waarvan de uitgang is aangesloten op een mengbuffer, die op zijn beurt is aangesloten op een verwarmings- en/of koelingsinstallatie die dan weer is aangesloten op de ingang van de accumulatoren. De methode omvat een stap waarin de temperatuur van de vloeistof (bv. water) in de mengbuffer wordt gemeten. In een volgende stap wordt de vloeistof komende van de mengbuffer opgewarmd of afgekoeld zodat de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer binnen een vooraf ingestelde eerste referentietemperatuur en een vooraf ingestelde tweede referentietemperatuur blijft.

De temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer kan bijvoorbeeld binnen deze referentietemperaturen gehouden worden door de temperatuur van de vloeistof in een warmtebuffer, die is aangesloten voor de accumulatoren, binnen bepaalde grenswaarden te houden en bij te warmen of af te koelen indien nodig.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding is het temperatuurverschil tussen de temperatuur van de vloeistof aan de ingang van de accumulatoren (bv. de temperatuur van de vloeistof in de warmtebuffer) en de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer slechts enkele graden, bijvoorbeeld minder dan 5°C, bijvoorbeeld niet meer dan 3°C. De temperatuur van de vloeistof in de accumulatoren verschilt bij voorkeur slechts enkele graden (bv. 2°C) met de gewenste temperatuur van de verschillende ruimtes. Ruimtes die te warm zijn (bv. ruimtes aan de zuidzijde verwarmd door zonlicht) zullen warmte afgeven aan de accumulatoren 110, terwijl andere ruimtes warmte zullen opnemen uit de accumulatoren 110. Deze warmte wordt opgenomen van/afgegeven aan de vloeistof die door de accumulatoren 110 stroomt, en de vloeistof komende van de verschillende accumulatoren 110 wordt nadien vermengd in de mengbuffer 120. Door de gemeenschappelijke mengbuffer 120 is er met andere woorden een uitwisseling van warmte tussen de verschillende ruimtes. Dit energieverschil (afkoelen eerste ruimte, verwarmen tweede ruimte) moet niet gegenereerd worden door de verwarmings- en/of koelingsinstallatie 140.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding is het temperatuurverschil tussen de vooraf ingestelde eerste temperatuur en de vooraf ingestelde tweede temperatuur kleiner dan 8°C, bij voorkeur kleiner dan 5°C, bij voorkeur kleiner dan 5°C, of zelfs kleiner dan 3°C. In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding is de temperatuur van de vloeistof in het buffervat gelegen tussen 21,5°C (de eerste vooraf ingestelde temperatuur) en 22,5 °C (de tweede vooraf ingestelde temperatuur). Deze temperatuur kan gevarieerd worden afhankelijk van het seizoen (kouder in de zomer, warmer in de winter).

De vloeistof komende van de accumulatoren komt samen in de mengbuffer 120 en de uiteindelijke temperatuur in de mengbuffer 120 is een gemiddelde van de temperaturen van de vloeistoffen aan de uitgang van de verschillende accumulatoren 110. Om te vermijden dat de verwarmingsinstallatie continu aanslaat, is de gewenste temperatuur in de mengbuffer gedefinieerd tussen een eerste referentietemperatuur en een tweede referentietemperatuur. In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding wordt de gewenste temperatuur van het de mengbuffer 120 en de aansturing van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie 140 door middel van de regeleenheid 170 bepaald door een (lineaire) combinatie van verschillende parameters. Deze kunnen bijvoorbeeld zijn: de gemiddelde buitentemperatuur van de vorige dag, de verwachte buitentemperatuur van vandaag, de verwachte buitentemperatuur van morgen, de verwachte buitentemperatuur van overmorgen.

In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding wordt een gewogen gemiddelde genomen van deze parameters, met geschikt gekozen wegingsparameters, om de gewenste temperatuur van de mengbuffer 120 te berekenen (bv. 40% voor de buitentemperatuur van gisteren, 30% voor de verwachtte temperatuur van vandaag, 20% voor de verwachtte temperatuur van morgen, 10% voor de verwachtte temperatuur van overmorgen; in dit voorbeeld wordt de temperatuur uitgedrukt in °C). Het is daarbij een voordeel dat reeds rekening gehouden wordt met de verwachte buitentemperatuur van overmorgen bij het berekenen van de gewenste temperatuur van de mengbuffer 120 zodat rekening kan gehouden worden met de dynamiek van het systeem 100 bij het berekenen de gewenste temperatuur van de mengbuffer 120. In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding kunnen op bepaalde momenten (bv. wanneer de warmtevraag groot is) bijkomende radiatoren ingeschakeld worden (bv. luchtventilatie). Hierdoor wordt het dynamisch bereik van het systeem 100 vergroot.

Voor de regeling van de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer 120 in functie van de gemeten temperatuur van de mengbuffer en eventueel in functie van andere gemeten temperaturen zoals de buitentemperatuur kan een geschikte regeling, bijvoorbeeld een PID regeling, aangewend worden. In het voorbeeld van FIG. 2 worden verschillende opgemeten temperaturen (in °C) over de tijdspanne van een jaar getoond. Curve 210 toont de temperatuur van de vloeistof in de warmtebuffer 130. Curve 220 toont de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer 120. Curve 230 toont de primaire temperatuur of de geothermische temperatuur van de omgeving. Curve 240 toont de geselecteerde buitentemperatuur en curve 250 toont de buitentemperatuur. Curve 230 is de temperatuur van de grond die opgewarmd of afgekoeld is door de warmtepomp, 250 is de reële gemeten buitentemperatuur en 240 is de afgevlakte of gewogen buitentemperatuur door een algoritme van de verschillende dagen te nemen. Curves 210 en 220 tonen het constante verloop van de temperatuur van de vloeistof in de warmtebuffer 130 en de vloeistof in de mengbuffer 120 en het geringe temperatuurverschil tussen beide (rond de 2°C). Doordat het gebouw continu op een constante temperatuur gehouden wordt en door de goede isolatie van het gebouw volstaat een klein temperatuurverschil (bv. tussen 2°C en 5°C) tussen kamertemperatuur en temperatuur van de accumulatoren 110 om het gebouw op te warmen/af te koelen. Door het geringe temperatuurverschil tussen de kamertemperatuur en de temperatuur van de accumulatoren kan de vloeistof in de accumulatoren in één ruimte gebruikt worden om deze ruimte af te koelen, en in de ander ruimte om deze ruimte op te warmen. FIG. 3 toont een voorbeeld van het energieverbruik en het geleverde vermogen van een systeem 100 aangedreven door een warmtepomp 140. De warmtepomp zorgt daarbij voor de opwarming of afkoeling van de vloeistof in de warmtebuffer 130. Het geleverde vermogen in de zomer en in de winter, evenals het elektrisch verbruik, worden in deze figuur getoond. Het elektrisch verbruik wordt aangegeven door de curve 310. Op de horizontale as worden tijdstippen aangegeven (1 januari, 1 april, 1 juli, 1 oktober) en de verticale as is uitgedrukt in kWh. In zone A wordt warmte afgegeven aan het gebouw, in zone B wordt het gebouw actief gekoeld en in zone C wordt het gebouw rechtstreeks gekoeld waarbij koude uit de grond wordt gehaald door middel van het primair circuit van de warmtepomp zonder dat hiervoor gebruik gemaakt wordt van de compressor van de warmtepomp. In dit voorbeeld wordt gedurende de winter (zone A) door de warmtepomp een totaal vermogen van 158.910 kWh geleverd. Gedurende de zomer (zone B) wordt een totaal vermogen van 163.210 kWh geleverd. In de tussenperiode (zone C) wordt er een vermogen van 17.400 kWh aan "free cooling" geleverd (geen compressor nodig). "Free cooling" betekent dat het water afgekoeld wordt door doorheen het primair circuit te stromen. Het enige verbruik komt dan van de pompen die nodig zijn om het water te circuleren doorheen het gebouw en doorheen het primair circuit. In dit voorbeeld is de totale verwarmde/afgekoelde oppervlakte 4500m2.

Een typisch temperatuurpatroon over de periode van 24 uur wordt getoond in FIG. 4 en FIG. 5. Curve 410 toont de temperatuur van de vloeistof in de warmtebuffer 130. De pieken van curve 410 tonen de momenten waarop de vloeistof komende van de mengbuffer 120 opgewarmd wordt. Curve 420 toont de uitgemiddelde temperatuur in de mengbuffer 120 in functie van de tijd. Curve 430 toont de primaire temperatuur, curve 450 toont de buitentemperatuur 450 en curve 440 toont de geselecteerde buitentemperatuur. Curve 460 toont de toestand van het systeem 100. Deze toestand kan bijvoorbeeld: gedeactiveerd, zomerstand, "free cooling", of "free heating" zijn. FIG. 5 toont een uitvergroting van een deel van FIG. 4. Op deze figuur is het schommelend verloop van de temperatuur van de vloeistof in de warmtebuffer 130 goed te zien. Deze schommeling heeft een amplitude gelegen tussen 0,1 °C en 4 °C, bij voorkeur gelegen tussen 0,1 °C en 0,5 °C, en een periode groter dan 5 min of liever nog groter dan 10 min, of liever nog groter dan 30 min, of liever nog groter dan 60 min. Door het vergroten van het volume van de warmtebuffer en/of de mengbuffer, kan ook de lengte van deze periode vergroot worden.

Een methode volgens uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding omvat het aansturen van een regelklep waarvan een eerste ingang is aangesloten op de uitgang van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie, waarvan een tweede ingang van de regelklep is aangesloten op de uitgang van de mengbuffer en waarvan de uitgang van de regelklep rechtstreeks of onrechtstreeks is aangesloten op de accumulatoren, waarbij de regelklep zo wordt aangestuurd dat indien de vloeistof moet afgekoeld/opgewarmd wordt de eerste ingang van de regelklep is doorverbonden met de uitgang van de regelklep en indien geen opwarming/afkoeling nodig is, de tweede ingang van de regelklep is doorverbonden met de uitgang van de regelklep.

In een methode volgens uitvoeringsvormen van de huidig uitvinding wordt de toevoer van energie met warm of koud water gestopt wanneer de gewenste temperatuur in de mengbuffer bereikt is (de maximum of minimum referentietemperatuur naargelang verwarmen/koelen).

Hierna wordt overgeschakeld naar mode 2 in dewelke vloeistof rondgepompt wordt doorheen de mengbuffer, accumulatoren en eventueel ook de warmtebuffer (maar niet doorheen de verwarmings- en/of koelingsinstallatie die gebypassed is). Dit zal er toe leiden dat de accumulatoren een homogene temperatuur krijgen en de temperatuur in de mengbuffer geleidelijk daalt (of stijgt wanneer het gebouw gekoeld wordt) tot de minimum referentie temperatuur (of tot de maximum referentietemperatuur indien het gebouw gekoeld wordt). Gedurende deze periode worden de pompen op een zo groot mogelijk en efficiënt debiet geregeld zodat er een goede transfert van energie kan gebeuren van de ene ruimte naar de andere ruimte. Dit resulteert in een wobbel effect waarbij de beton temperatuur schommelt tussen een minimum en maximum temperatuur.

De verschillende aspecten kunnen eenvoudig met elkaar worden gecombineerd, en de combinaties corresponderen aldus eveneens met uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding.

Claims (9)

1. Conclusies

   1. - Een systeem (100), voor het afkoelen of opwarmen van een gebouw, het systeem (100) omvattend, een mengbuffer (120), minstens twee accumulatoren (110) een verwarmings- en/of koelingsinstaNatie (140) en een regeleenheid (170), waarbij de uitgang van de accumulatoren (110) is aangesloten op de mengbuffer (120), de uitgang van de mengbuffer (120) is aangesloten op de verwarmings- en/of koelingsinstallatie (140), de uitgang van de verwarmings-en/of koelingsinstallatie (140) rechtstreeks of onrechtstreeks is aangesloten op de accumulatoren (110), en waarbij de regeleenheid (170) is aangepast om de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer (120) te meten en om de vloeistof op te warmen en/of af te koelen zodat de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer tussen een vooraf ingestelde eerste referentietemperatuur en een vooraf ingestelde tweede referentietemperatuur.
2. 2. - Een systeem (100) overeenkomstig conclusie 1, het systeem omvattend een regelklep (150), waarbij een eerste ingang van de regelklep (150) is aangesloten op de uitgang van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie (140), waarbij een tweede ingang van de regelklep (150) is aangesloten op de uitgang van de mengbuffer (120) en waarbij de uitgang van de regelklep (150) rechtstreeks of onrechtstreeks is aangesloten op de accumulatoren (110), en waarbij de regeleenheid (170) is aangepast om de regelklep (150) te regelen in een eerste stand waarbij vloeistof van de eerste ingang van de regelklep (150) naar de uitgang van de regelklep (150) vloeit of in een tweede stand waarbij vloeistof van een tweede ingang van de regelklep (150) naar de uitgang van de regelklep (150) vloeit.
3. 3. - Een systeem (100) overeenkomstig één van de voorgaande conclusies, omvattend een warmtebuffer (130), waarbij de warmtebuffer (130) zich tussen de verwarmings- en/of koelingsinstallatie (140) en de accumulatoren (110) bevindt en waarbij de warmtebuffer zich tussen de regelklep (150) en de accumulatoren (110) bevindt indien er een regelklep (150) aanwezig is.
4. 4. - Een systeem (100) overeenkomstig één van de voorgaande conclusies, waarbij de mengbuffer (120) en/of de warmtebuffer (130) een verticaal opgesteld buffervat is, dat is uitgestrekt over tenminste twee verdiepingen van het gebouw.
5. 5. - Een systeem (100) overeenkomstig conclusie 4, waarbij de mengbuffer (120) en/of de warmtebuffer (130) zich uitstrekt over de ganse hoogte van het gebouw.
6. 6. - Een systeem (100) overeenkomstig één van de voorgaande conclusies, waarbij de mengbuffer (120) en/of warmtebuffer (130) over de gehele lengte thermisch geïsoleerd is.
7. 7. - Een methode voor het afkoelen/verwarmen van een gebouw waarin verschillende accumulatoren aanwezig zijn waarvan de uitgang is aangesloten op een mengbuffer, die op zijn beurt is aangesloten op een verwarmings- en/of koelingsinstallatie die dan weer rechtstreeks of onrechtstreeks is aangesloten op de ingang van de accumulatoren, de methode omvattend: - het meten van de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer, - het opwarmen of afkoelen van de vloeistof zodat de temperatuur van de vloeistof in de mengbuffer tussen een vooraf ingestelde eerste referentietemperatuur en een vooraf ingestelde tweede referentietemperatuur blijft.
8. 8. - Een methode voor het afkoelen/verwarmen van een gebouw, overeenkomstig methode 7, de methode omvattend het aansturen van een regelklep waarvan een eerste ingang is aangesloten op de uitgang van de verwarmings- en/of koelingsinstallatie, waarvan een tweede ingang van de regelklep is aangesloten op de uitgang van de mengbuffer en waarvan de uitgang van de regelklep rechtstreeks of onrechtstreeks is aangesloten op de accumulatoren, waarbij de regelklep zo wordt aangestuurd dat indien de vloeistof moet afgekoeld/opgewarmd wordt de eerste ingang van de regelklep is doorverbonden met de uitgang van de regelklep en indien geen opwarming/afkoeling nodig is, de tweede ingang van de regelklep is doorverbonden met de uitgang van de regelklep.
9. 9.- Een methode voor het afkoelen/verwarmen van een gebouw, overeenkomstig één van de voorgaande methodes 7 of 8, waarbij de ruimtes van het gebouw op een constante temperatuur gehouden worden.