BE1030824B1

BE1030824B1 - Thermische en vermogensmodule voor een logistiek gebouw

Info

Publication number: BE1030824B1
Application number: BE20225685A
Authority: BE
Inventors: Kris Vanrenterghem
Original assignee: Koutermolen nv
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2024-03-26
Also published as: EP4333237A1; BE1030824A1

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verplaatsbare, in een container ondergebrachte thermische en vermogensmodule voor een logistiek gebouw, omvattende een vermogensgedeelte en een thermisch gedeelte, waarbij het vermogensgedeelte kan worden aangesloten op hernieuwbare energiebronnen, zoals zonnepanelen, en de energie wordt opgeslagen in ten minste één batterij in het vermogensgedeelte, die de opgeslagen energie beschikbaar stelt voor gebruik door een gebouw en door het thermische gedeelte van de module, waarbij het thermische gedeelte een warmtepompsysteem en een bufferwaterreservoir omvat dat koelmiddel kan leveren aan een airconditioningsnetwerk en water aan een waternetwerk.

Description

1 BE2022/5685

THERMISCHE EN VERMOGENSMODULE VOOR EEN LOGISTIEK GEBOUW

TECHNISCH DOMEIN

De onderhavige uitvinding betreft een samenstelling voor de opslag en distributie van energie. Meer in het bijzonder betreft de uitvinding een samenstelling voor de opslag en distributie van elektrische en thermische energie.

STAND DER TECHNIEK

Een dergelijke inrichting/samenstelling volgens de preambule is ook gekend uit

CN214841747U (D1). D1 beschrijft verder een multi-energie gecombineerd zonne- energie en aardwarmtepompsysteem dat een fotovoltaïsche fotothermische geïntegreerde module omvat die via pijpleidingen verbonden is met een watertank en een platenwarmtewisselaar, en de platenwarmtewisselaar is respectievelijk verbonden met een woonwatertank en eindapparatuur van een airconditioningsruimte. De aardwarmtepompunit is via pijpleidingen verbonden met respectievelijk de bodemwarmtewisselaar en de woonwatertank; de fotovoltaïsche en foto-thermische geïntegreerde module is achtereenvolgens verbonden met de — opslagbatterij, de omvormer en het openbare elektriciteitsnet, en de opslagbatterij is verder verbonden met de windgenerator.

Ook gekend is het warmwatervoorzieningssysteem van het opslagtype uit

WO2020225905A1 (D2). Dit opslagsysteem voor warm water wordt zo geïnstalleerd dat het stroom krijgt van een elektriciteitsnet en een stroomopwekkingsapparaat dat is aangesloten op het elektriciteitsnet en dat stroom opwekt door gebruik te maken van hernieuwbare energie. Het opslagsysteem voor warm water omvat een opslagtank voor warm water, een verwarmingsapparaat dat water verwarmt door stroom te verbruiken, en een bedieningsinrichting dat een verwarmingsoperatie regelt om het water in de opslagtank voor warm water te verwarmen met het verwarmingsapparaat. De bedieningsinrichting kan tijdens het verwarmingsproces een beoogde temperatuur voor de afgifte van warm water wijzigen in ten minste twee temperaturen: een maximumtemperatuur voor de afgifte van warm water die de maximumtemperatuur is binnen de beoogde temperaturen voor de afgifte van warm water die kan worden ingesteld, en een lage temperatuur voor de afgifte van warm water die een lagere temperatuur is dan de maximumtemperatuur voor de afgifte van warm water. De bedieningsinrichting voert de verwarmingsoperatie uit

2 BE2022/5685 met gebruikmaking van overtollig vermogen met de maximumtemperatuur van het warme water die is ingesteld als de beoogde temperatuur van het warme water tijdens outputbeperkingen waarin de verkoop van overtollig vermogen, verkregen door het gebruikte elektrische vermogen af te trekken van het door het stroomopwekkingsapparaat opgewekte vermogen, wordt beperkt.

De in D1 en D2 beschreven systemen zijn niet geschikt om snel te worden ingezet, aangezien de installatie ervan afhankelijk is van een aanzienlijk aantal aanpassingen aan de voorzieningen die bedoeld zijn om deze systemen te ontvangen. Dergelijke systemen zijn met name niet geschikt voor logistieke voorzieningen waar verspilling van opslagruimte idealiter tot een minimum wordt beperkt.

De onderhavige uitvinding beoogt ten minste één van de bovengenoemde nadelen op te lossen. De uitvinding beoogt een modulaire samenstelling die thermische regeling en vermogen combineert en die gemakkelijk en snel kan worden ingezet en, indien nodig, vervangen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding en de uitvoeringen daarvan dienen om een oplossing te bieden voor een of meer van de bovengenoemde nadelen. Te dien einde heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een thermische en vermogensmodule voor een logistiek gebouw volgens conclusie 1. De uitvinding kan elektrische stroom, thermische regeling en water voorzien uit slechts een enkele module ter grootte van een container. Het vervoersgemak van deze configuratie maakt een snelle inzet en ingebruikname van één of meerdere modules mogelijk, om te voldoen aan de specifieke behoeften van een logistieke voorziening.

Voorkeursuitvoeringen van de inrichting zijn weergegeven in een van de conclusies 2 toten met 12. Een specifieke voorkeursuitvoering betreft een uitvinding volgens conclusie 8. In deze voorkeursuitvoering loopt een koelmiddelomloopcircuit rechtstreeks door de binnenkant van het buffervat, waardoor het koelmiddel sneller kan condenseren. Op die manier is het niet nodig om water uit het buffervat door een koelmiddel/water-warmtewisselaar te pompen, waardoor het energieverbruik van het systeem verder daalt.

3 BE2022/5685

Een tweede aspect van de uitvinding wordt beschreven in conclusie 13. Deze bewering beschrijft een methode om de module volgens het eerste aspect van de uitvinding te gebruiken. Deze methode maakt een efficiënter gebruik van de beschikbare elektrische energie mogelijk door gebruik te maken van een buffervat als middel om energie op te slaan.

BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

De volgende beschrijving van de figuren van specifieke uitvoeringen van de uitvinding is louter exemplarisch van aard en is niet bedoeld om de huidige leer, de toepassing of het gebruik ervan te beperken. In de tekeningen wijzen overeenkomstige referentiecijfers op soortgelijke of overeenkomstige onderdelen en kenmerken.

Figuur 1 toont schematisch een diagram van een uitvoering van de module volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont schematisch een leiding- en instrumentatiediagram van een uitvoeringsvorm van een thermisch gedeelte van de module volgens de uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding betreft een thermische en vermogensmodule voor een logistiek gebouw. De onderhavige uitvinding kan elektrische stroom, thermische regeling en water leveren vanuit slechts een enkele module ter grootte van een container. Dankzij het transportgemak van deze configuratie kunnen één of meerdere modules snel worden ingezet en in gebruik worden genomen om te voldoen aan de specifieke behoeften van een logistieke voorziening.

Tenzij anders gedefinieerd, hebben alle termen die bij de bekendmaking van de uitvinding worden gebruikt, met inbegrip van technische en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals die algemeen wordt begrepen door iemand met gewone kennis van het vak waartoe deze uitvinding behoort. Als verdere leidraad zijn termdefinities opgenomen om de leer van de onderhavige uitvinding beter te begrijpen.

In deze overeenkomst hebben de volgende termen de volgende betekenis:

4 BE2022/5685

Met "een", "de" en "het" worden zowel enkelvoud als meervoud bedoeld, tenzij uit de context duidelijk anders blijkt. Bij wijze van voorbeeld verwijst "een compartiment" naar één of meer dan één compartimenten. "Omvatten", "comprisingomvattend", en "omvat" en "bestaande uit" zoals hierin gebruikt, zijn synoniem met "inhouden", "inhoudend", "houdt in" of "bevatten", "bevattend", "bevat" en zijn inclusieve of open termen die de aanwezigheid van het volgende, bijvoorbeeld component, specificeren en de aanwezigheid van bijkomende, niet genoemde componenten, kenmerken, elementen, leden, stappen, die in de stand der techniek bekend zijn of daarin worden vermeld, niet uitsluiten of voorkomen.

Voorts worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt om onderscheid te maken tussen soortgelijke elementen en niet noodzakelijkerwijs om een opeenvolgende of chronologische volgorde te beschrijven, tenzij anders aangegeven. Men dient te begrijpen dat de aldus gebruikte termen onder passende omstandigheden uitwisselbaar zijn en dat de hierin beschreven uitvindingen in andere dan de hierin beschreven of geïllustreerde volgorde kunnen worden toegepast.

De vermelding van numerieke bereiken door eindpunten houdt alle getallen en breuken in die binnen dat bereik vallen, alsmede de vermelde eindpunten.

Terwijl de termen "één of meer" of "ten minste één", zoals één of meer of ten minste één lid (leden) van een groep leden, op zich duidelijk zijn, omvat de term door middel van verdere voorbeelden inter alia een verwijzing naar één van de genoemde leden, of naar twee of meer van de genoemde leden, zoals bijvoorbeeld eelk van 23, >4, 25, 26 of 27 enz. van de genoemde leden, en tot alle genoemde leden.

Tenzij anders gedefinieerd, hebben alle termen die bij de bekendmaking van de uitvinding worden gebruikt, met inbegrip van technische en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals die algemeen wordt begrepen door iemand met gewone kennis van het vak waartoe deze uitvinding behoort. Als verdere leidraad zijn definities van de in de beschrijving gebruikte termen opgenomen om de leer van de onderhavige uitvinding beter te begrijpen. De hierin gebruikte termen of definities worden uitsluitend verstrekt om te helpen bij het begrijpen van de uitvinding.

Wanneer doorheen deze specificatie wordt verwezen naar "één uitvoeringsvorm" of "een uitvoeringsvorm" betekent dit dat een bepaalde eigenschap, structuur of kenmerk die in verband met de uitvoeringsvorm wordt beschreven in ten minste één uitvoeringsvorm van deze uitvinding is opgenomen. De uitdrukkingen "in één vorm" 5 of "in een vorm" op verschillende plaatsen in deze specificatie verwijzen dus niet noodzakelijk naar dezelfde vorm, maar kunnen dat wel zijn. Voorts kunnen de bijzondere kenmerken, structuren of eigenschappen op elke geschikte wijze worden gecombineerd, zoals een deskundige in deze bekendmaking kan zien, in een of meer uitvoeringsvormen. Hoewel sommige hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige kenmerken wel, maar andere niet in andere uitvoeringsvormen omvatten, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld om binnen het toepassingsgebied van de uitvinding te vallen, en vormen zij verschillende uitvoeringsvormen, zoals de vakman zal begrijpen. Zo kan in de volgende beweringen elk van de geclaimde uitvoeringsvormen in elke willekeurige combinatie worden gebruikt.

In een eerste aspect voorziet de uitvinding in een thermische en vermogensmodule voor een logistiek gebouw, omvattende: a. Een energiesectie omvattende een transformator die loskoppelbaar is van het externe back-up elektriciteitsnet, een omvormer die verbonden is met zonnepanelen en/of windturbines en ten minste één batterij, waarbij de batterijen verder verbonden zijn met de uitgang van de transformator, een regelaar die het laden/ontladen van de ten minste één batterij regelt, en een stopcontact dat verbonden is met de ten minste één batterij, waarbij het stopcontact loskoppelbaar is van het elektriciteitsnet van het logistieke gebouw; b. Een thermisch gedeelte omvattende een warmtepompsysteem met een compressor die in staat is een koelmiddel te comprimeren, waarbij de compressor is uitgerust met een elektrisch verwarmingselement, waarbij het thermische gedeelte verder een koelmiddelleiding omvat, een omschakelinrichting voor de koelmiddelstroom, een regelaar die in staat is ten minste de omschakelinrichting en ten minste één warmtewisselaar voor buiten te regelen, waarbij het warmtepompsysteem verder een eerste en een tweede koppelingspoort omvat, waarbij deze eerste en tweede koppelingspoort loskoppelbaar zijn van ten minste een deel van een binnenkoelmiddelnetwerk en een koelmiddelcircuit vormen, waarbij het warmtepompsysteem elektrisch verbonden is met ten minste één batterij van

6 BE2022/5685 het vermogensdeel, waarbij het thermische deel verder een bufferwaterreservoir omvat, dat ten minste een inlaat heeft die loskoppelbaar is van een waterbron, en een uitlaat die loskoppelbaar is van het waternetwerk van het logistieke gebouw.

Het thermische gedeelte en het vermogensgedeelte van de module bevinden zich in ten minste één industriële container. Door alle elementen van de module in ten minste één container onder te brengen, wordt het vervoer en de inzet van de modules aanzienlijk vergemakkelijkt. Bovendien wordt de inbedrijfstelling en het gebruik van de module vergemakkelijkt, aangezien geen enkel element van de module in het logistieke gebouw hoeft te worden geïnstalleerd en er slechts een beperkt aantal elektrische, koelmiddel- en wateraansluitingen nodig zijn om de module in werking te stellen.

In dit verband verwijst de term warmtepomp naar een inrichting dat warmte overdraagt van een kouder naar een warmer gebied door middel van mechanische energie en een warmtedragend medium dat water, koelvloeistof of iets dergelijks kan zijn. De door deze dragers getransporteerde warmte wordt overgebracht door middel van warmtewisselaars die geconfigureerd zijn om ten minste één van deze dragers te ontvangen.

In een andere uitvoeringsvorm zitten het thermische gedeelte en het vermogensgedeelte in één enkele container, waarbij het vermogensgedeelte en het thermische gedeelte van de module door een tussenschot zijn gescheiden. Hierdoor kunnen alle elementen van de module in één enkele container worden ondergebracht, zodat slechts één voertuig nodig is om één module te vervoeren. Het tussenschot houdt de elementen van het vermogensgedeelte waterdicht, bij voorkeur luchtdicht, gescheiden van elk element van het thermische gedeelte van de module, terwijl toch een elektrische verbinding tussen beide zijden mogelijk blijft, bij voorkeur door middel van ten minste één elektrische kabel. In een andere uitvoeringsvorm bevindt het thermische gedeelte zich in een afzonderlijke houder, waarbij de warmtepomp van het thermische gedeelte losgekoppeld is van ten minste één batterij van de houder van het vermogensgedeelte. Dit biedt het voordeel dat de energieopslagcapaciteit van de module zo nodig kan worden uitgebreid. In beide uitvoeringen is de waterdichte, bij voorkeur luchtdichte scheiding van het vermogensgedeelte en het thermische gedeelte van de module noodzakelijk om schade aan de module in geval van koelmiddel- en/of waterlekkage te voorkomen.

7 BE2022/5685

De ten minste één warmtewisselaar van het warmtepompsysteem is gemonteerd op het buitenoppervlak van het vat dat het warmtepompsysteem omsluit. Bij voorkeur wordt de ten minste één warmtewisselaar op de bovenkant van de container geplaatst. Op die manier kan de module omvattende container gemakkelijker worden vervoerd. Bovendien wordt door de plaatsing van de warmtewisselaar op de bovenkant van de container de koeling van de warmtewisselaar efficiënter, omdat de lucht in de buurt van de warmtewisselaar opwarmt en door de lagere dichtheid van de warme lucht stijgende luchtstromen veroorzaakt. Deze stijgende luchtstromen creëren een convectie-effect op het oppervlak van de ten minste één warmtewisselaar.

In deze context moet de term convectie-effect of convectieve warmteoverdracht worden opgevat als de overdracht van warmte tussen een oppervlak door stromen van bewegend gas of vloeistof. Bij vrije convectie beweegt lucht of water weg van het verwarmde oppervlak terwijl de warme lucht of het water opstijgt en wordt vervangen door koelere lucht.

In een verdere uitvoering omvat het thermische gedeelte van de module ten minste één koelmiddel/water-warmtewisselaar en een pomp, waarbij de inlaat van de pomp in verbinding staat met een uitlaat op of nabij de bodem van het buffervat en de uitlaat van de pomp in verbinding staat met de inlaat van de waterzijde van de warmtewisselaar, de uitlaat van de waterzijde van genoemde warmtewisselaar in vloeistofverbinding staat met een inlaat dichtbij de bovenkant van het buffervat met een inlaat in vloeistofverbinding met de uitlaat van een pomp, waarbij de koelmiddelzijde van de ten minste één warmtewisselaar in serie met elke buitenwarmtewisselaar wordt aangesloten op het koelmiddelcircuit van de warmtepomp. Het gebruik van een koelmiddel/water-warmtewisselaar in verbinding met het water in het buffervat biedt het voordeel dat de temperatuur van het koelmiddel kan worden verhoogd, terwijl ten minste een deel van de warmte wordt overgedragen aan het water in het buffervat. Hierdoor kan warmte die anders verloren zou gaan aan de omgeving worden gebruikt om het water in het buffervat te verwarmen. Door koud water van de bodem van de tank te nemen, is de watertoevoer naar de pomp gewaarborgd zolang er water in de tank is. Bij voorkeur is het reservoir voorzien van een waterpeilsensor, die communiceert met de regelaar van het warmtepompsysteem om de waterpomp te besturen, waarbij de pomp bij een laag waterpeil wordt uitgeschakeld, zodat cavitatie van de pomp wordt voorkomen. Bij voorkeur is op of nabij ten minste één van de warmtewisselaars een

8 BE2022/5685 temperatuursensor aangebracht, die in verbinding staat met de regelaar van het warmtepompsysteem. De regelaar is bij voorkeur zo ingesteld dat de frequentie van de compressor wordt verlaagd bij een laag waterpeil en/of een te hoge temperatuur bij een van de warmtewisselaars. Zo wordt schade aan het warmtepompsysteem voorkomen. In deze uitvoering wordt water dat van de warmtewisselaar naar het buffervat terugkeert via een inlaat of dichtbij de bovenkant van dit vat teruggevoerd.

Op die manier wordt, wanneer de tank vol is, een warme waterlaag gevormd op het bovenste gedeelte van de tank, waardoor een gelaagde waterkolom ontstaat. Bij voorkeur kan water voor consumptie binnen de logistieke voorziening uit de tank worden getapt via een aantal uitlaten, die zich elk op een andere hoogte bevinden.

Hierdoor kunnen verschillende waterlagen worden bereikt, waarbij elke laag een andere temperatuur heeft. Stratificatie van de waterkolom van de tank zorgt er ook voor dat het naar de pomp gerichte water altijd het koudste water in de tank is. Bij voorkeur is het buffervat uitgerust met ten minste één temperatuursensor, waarvan de sensor in contact staat met de regelaar van het warmtepompsysteem, die zodanig is ingesteld dat het pompen van water uit het reservoir stopt wanneer de watertemperatuur in het reservoir 60°C, bij voorkeur 55°C, 50°C, 45°C en bij voorkeur 40°C bereikt. Op die manier kan het water veilig worden gebruikt voor de sprinklerinstallaties van het logistieke bedrijf. Bovendien kan, door de temperatuur van het water in de buffertank te beperken, gebruik worden gemaakt van kunststof leidingen en/of tankmateriaal.

Wanneer koelmiddelhoudende elementen en/of leidingen in contact komen met waterhoudende elementen en leidingen kan lekkage van koelmiddelzijde naar waterzijde optreden. Sommige van de tegenwoordig algemeen gebruikte koelmiddelen zijn ontvlambaar en/of giftig. Bij voorkeur is het door de warmtepomp gebruikte koelmiddel onbrandbaar en bij voorkeur niet giftig. Op die manier kan, zelfs als er koelmiddel in het water in het buffervat lekt, dit water toch veilig worden gebruikt voor bestrijdingssystemen, verwarmingssystemen, stoomsystemen en huishoudelijk gebruik. Bij voorkeur wordt het warme water dat de koelmiddel/water- warmtewisselaar verlaat alleen aan of nabij de bovenkant van de tank ingevoerd.

Op die manier kan koelmiddel dat in het buffervat lekt, sneller naar het wateroppervlak drijven, waar het kan blijven. Bij voorkeur is de bovenkant van de buffertank voorzien van een afsluitbare uitlaatklep, zodat eventueel in het water gelekt koudemiddel kan worden afgevoerd.

9 BE2022/5685

In een andere uitvoeringsvorm is ten minste één van de ten minste één buiten gemonteerde warmtewisselaars een koelmiddel/water-warmtewisselaar. Bij voorkeur is de buiten gemonteerde koel-/waterwarmtewisselaar verder uitgerust met een ventilator. Hierdoor kan de overtollige warmte beter worden afgevoerd.

In een andere uitvoeringsvorm is het schakelapparaat geconfigureerd om te kunnen schakelen tussen verwarmingsmodus en koelmodus door middel van een vierwegklep, waarvan de eerste poort in vloeibare verbinding staat met de uitlaat van de compressor; in de verwarmingsmodus wordt het hogedruk-/ hogetemperatuurkoelmiddel via een tweede poort van de vierwegklep naar de eerste koppelingspoort geleid door ten minste één koelmiddelleiding, bij koeling wordt het hogedruk-/ hogetemperatuurkoelmiddel via een derde poort van de vierwegklep via ten minste één koelmiddelleiding naar de warmtewisselaars buiten geleid, waarna het koelmiddel via ten minste één koelmiddelleiding en via ten minste één klep naar de tweede koppelingspoort wordt geleid. Bij voorkeur omvat het koelmiddelcircuit van het warmtepompsysteem een bypass-circuit dat parallel loopt aan de koelmiddelleiding tussen de buitenwarmtewisselaars en de tweede aansluitpoort; dit bypass-circuit bevindt zich ten minste gedeeltelijk in het buffervat. Het voordeel van deze omloopleiding is dat de buffertank kan worden gebruikt om het koelmiddel te koelen zonder dat water door een warmtewisselaar moet worden gepompt, waardoor het energieverbruik van de thermische sectie wordt verminderd. Eventueel kan nog steeds water naar de ten minste één koelmiddel/water-warmtewisselaar worden gepompt terwijl het koelmiddel door het bypass-circuit stroomt.

In een andere uitvoering is een eerste driewegklep aan het eerste uiteinde van het bypasscircuit geplaatst, en een tweede driewegklep aan het tweede uiteinde van het bypasscircuit. Het voordeel van deze kleppen is dat het koelmiddel door het bypass- circuit kan worden geleid of dat hetzelfde koelmiddel rechtstreeks van de ene driewegklep naar de andere wordt geleid. Bij voorkeur worden beide driewegkleppen aangestuurd door de regelaar van de warmtepomp. Bij voorkeur schakelt de regelaar de driewegkleppen zodanig dat het koelmiddel rechtstreeks van de ene driewegklep naar de andere wordt geleid wanneer de watertemperatuur in het reservoir 60°C, bij voorkeur 55°C, 50°C, 45°C, en bij voorkeur 40°C bereikt.

Voorts heeft het gedeelte van het bypasscircuit in het buffervat de vorm van een spoel. In een andere of verdere uitvoering is het spoelvormige gedeelte van het bypasscircuit een cilindrische spoel en/of een platte spoel. Bij voorkeur wordt het

10 BE2022/5685 spoelvormige gedeelte van de omloopleiding parallel aan de wanden van het buffervat geplaatst. Op die manier wordt het oppervlak van de koelmiddelleidingen die in contact komen met het water van het buffervat vergroot, waardoor de warmteoverdracht van het koelmiddel naar het water wordt verbeterd.

Een tweede aspect van de uitvinding biedt een werkwijze voor het gebruik van de module volgens het eerste aspect van de uitvinding in een gebouw dat is uitgerust met een waterleidingnet met waterradiatoren en een koelmiddelnet met ten minste één binnenunit, waarbij het waterleidingnet vloeibaar verbonden is met het buffervat, waarbij de werkwijze de stappen omvat van: a. het instellen van een gewenste binnentemperatuur; b. het instellen van een modusovergangstemperatuur, onder welke temperatuur het thermische gedeelte van de module in de verwarmingsmodus wordt gezet, en boven welke temperatuur het thermische gedeelte van de module in de koelmodus wordt gezet; c. het meten van buitentemperatuur; d. het analyseren van de temperatuurverwachting voor de buitentemperatuur; e. het meten van de binnentemperatuur; f. het vergelijken van de gemeten binnentemperatuur met de ingestelde binnentemperatuur; g. het meten van de watertemperatuur in de buffertank; met het kenmerk dat de gemeten buitentemperatuur en/of de voorspelde buitentemperatuur voor ten minste 15 uur in de komende 48 uur worden vergeleken met de overgangstemperatuur van de modus om de thermische sectie in de koelmodus of in de verwarmingsmodus te zetten, waarbij de gekozen modus wordt uitgevoerd door water uit het buffervat door de waterradiatoren binnenshuis te laten stromen of door koelmiddel door het koelcircuit van het gebouw te laten stromen.

De temperatuurvoorspellingen kunnen worden verstrekt door beschikbare meteorologische diensten. Bij voorkeur worden de temperatuurvoorspellingen gegenereerd op basis van informatie van meerdere meteorologische diensten. Het gebruik van het water uit het buffervat biedt het voordeel dat energie die anders aan de omgeving verloren zou gaan, kan worden gebruikt. Hierdoor hoeft de warmtepomp minder te worden gebruikt voor verwarming/koeling, waardoor het elektriciteitsverbruik van de thermische sectie daalt en de efficiëntie ervan toeneemt.

11 BE2022/5685

In een andere uitvoeringsvorm wordt water uit het buffervat door de binnenradiatoren geleid als de temperatuur van dit water ten minste 15 °C, bij voorkeur 20 °C, en bij voorkeur 25 °C boven de gemeten binnentemperatuur ligt wanneer de verwarming is ingeschakeld, of als de temperatuur van het water uit het buffervat ten minste 15 °C, bij voorkeur 20 °C, en bij voorkeur 25 °C onder de gemeten binnentemperatuur ligt. Bij voorkeur wordt de warmtepomp alleen gestart als de temperatuur van het water in het buffervat minder dan 15°C hoger is dan de gemeten binnentemperatuur bij verwarming of als de temperatuur van het water uit het buffervat minder dan 15°C lager is dan de gemeten binnentemperatuur bij koeling. Bij voorkeur wordt de temperatuur van het water in het buffervat elke 30 minuten gemeten en vergeleken met de huidige binnentemperatuur, bij voorkeur elke 25 minuten, 20 minuten, 15 minuten, 10 minuten en bij voorkeur elke 5 minuten. Op die manier kan de in het buffervat opgeslagen energie nauwkeurig worden gecontroleerd. Dit is bijzonder voordelig omdat het schade en/of een verminderde werking van het systeem voorkomt wanneer de buitentemperatuur onder het vriespunt ligt en schade aan de module kan veroorzaken als bijvoorbeeld het water in het buffervat mag bevriezen.

Het is echter duidelijk dat de uitvinding niet tot deze toepassing beperkt is. De werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast in allerlei faciliteiten en niet alleen in logistieke gebouwen.

De uitvinding wordt verder beschreven door de volgende niet-limitatieve voorbeelden die de uitvinding verder illustreren, en die niet bedoeld zijn om de reikwijdte van de uitvinding te beperken en ook niet zo mogen worden geïnterpreteerd.

BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

Om de eigenschappen van de uitvinding beter te illustreren wordt hieronder, bij wijze van voorbeeld en zonder enige beperking van andere mogelijke toepassingen, een beschrijving gegeven van een aantal voorkeurstoepassingen van de thermische en vermogensmodule voor een logistiek gebouw op basis van de uitvinding, waarin:

FIG. 1 schematisch een schema toont van een uitvoering van de module (1) volgens de uitvinding. De figuur toont een vermogensdeel (2) en een thermisch deel (3). Het vermogensdeel (2) omvat een batterij (4) die verbonden is met een transformator

12 BE2022/5685 (5), waarbij de transformator (5) in los te koppelen verbinding staat met een back- up stroomnet (6) en met een set zonnepanelen (7) waarvoor hij als omvormer fungeert. De batterij is verder verbonden met een warmtepompsysteem (8), een waterpomp (9) en een stopcontact (10) dat door middel van een verbindingskabel (11) op het logistieke gebouw kan worden aangesloten. Een controller (12) is verbonden met de batterij (4) en het stopcontact (10). De warmtepomp (8) is weergegeven met twee koelmiddelverbindingen (14,15) naar een niet weergegeven bypass-circuit (22) dat door een buffervat (13) loopt. Een waterleiding (16) verbindt de waterpomp (9) met de warmtepomp (8). Een retourleiding (17) verbindt de warmtepomp (8) met de bovenkant van het buffervat (13). Een eerste koelmiddelaansluitpoort (18) en een tweede koelmiddelaansluitpoort (19) worden getoond die het warmtepompsysteem (8) verlaten, welke poorten (18, 19) los te koppelen zijn van het airconditioningsysteem van een gebouw. Het buffervat (13) is verder uitgerust met een waterinlaat (21) voor aansluiting op een waterbron, en een wateruitlaat (20) voor aansluiting op een gebouw.

FIG. 2 schematisch een leiding- en instrumentatiediagram toont van een uitvoeringsvorm van een thermische sectie (3) van de module (1) volgens de uitvinding, welke thermische sectie (3) vrij verbonden is met een binnenunit (23).

De binnenunit (23) omvat een warmtewisselaar (24) en een expansieventiel (25).

Het warmtepompsysteem (8) omvat een compressor (26) die is aangesloten op een eerste poort van een vierwegklep (27), welke vierwegklep (27) wordt aangestuurd door een warmtepompregelaar om te wisselen tussen de verwarmingsmodus en de koelmodus. In deze verwarmingsmodus wordt gecomprimeerd koelmiddel eerst van de vierwegklep (27) naar de eerste koelmiddelaansluitpoort (18) en naar de binnenunit (23) gestuurd, waarna het koelmiddel via de tweede koelmiddelaansluitpoort (19) naar het warmtepompsysteem (8) wordt teruggevoerd. In de koelmodus stuurt de vierwegklep (27) het samengeperste koelmiddel naar de buitenwarmtewisselaar (28). Deze buitenwarmtewisselaar (28) is uitgerust met een ventilator (29); deze warmtewisselaar (28) is serieel verbonden met de koelmiddelzijde (33) van een koelmiddel/water-warmtewisselaar (30), die eveneens is uitgerust met een ventilator (32). De waterzijde (32) van de koelmiddel/water-warmtewisselaar (30) is aan één uiteinde vloeibaar verbonden met een pomp (9) die water uit het buffervat (13) moet pompen, en aan het tweede uiteinde is de koelmiddel/water-warmtewisselaar (30) vloeibaar verbonden met het buffervat (13). Het buffervat (13) is verder uitgerust met een waterinlaat (21) die kan worden aangesloten op een waterbron en een wateruitlaat (20) die kan worden

13 BE2022/5685 aangesloten op het waterleidingnet van een gebouw. De thermische sectie omvat verder een eerste driewegklep (35) en een tweede driewegklep (36) die zich bevinden tussen de koelmiddel/water-warmtewisselaar (30) en de tweede koelmiddelaansluitpoort (19). De eerste driewegklep (35) maakt een vloeistofverbinding mogelijk tussen de tweede koelmiddelaansluitpoort (19) en een poort op de tweede driewegklep (36) of tussen de tweede koelmiddelaansluitpoort (19) en een eerste aansluitpunt (14) van een omloopcircuit (22). De tweede driewegklep (36) maakt een vloeistofverbinding mogelijk tussen een uiteinde van de koelmiddelzijde (33) van de koelmiddel/water-warmtewisselaar (30) en een poort op de eerste driewegklep (35) of tussen dat uiteinde van de koelmiddelzijde (33) van de koelmiddel/water-warmtewisselaar (30) en een tweede verbindingsuiteinde (15) van een omloopcircuit (22). Dit omloopcircuit (22) omvat een spoel (34) in het buffervat (13).

Aangenomen wordt dat de onderhavige uitvinding niet beperkt is tot enige eerder beschreven vorm van realisatie en dat aan het gepresenteerde voorbeeld van fabricage enkele wijzigingen kunnen worden toegevoegd zonder dat de bijgevoegde conclusies opnieuw moeten worden beoordeeld. Zo is de onderhavige uitvinding beschreven voor een logistiek gebouw, maar het is duidelijk dat de uitvinding kan worden toegepast op vele andere soorten gebouwen, bijvoorbeeld scholen of kantoorgebouwen.

Lijst van genummerde items: 1 thermische en vermogensmodule 2 vermogensdeel 3 thermisch gedeelte 4 batterij 5 transformator 6 elektriciteitsnet 7 zonnepanelen 8 warmtepompsysteem 9 waterpomp 10 stopcontact 11 verbindingskabel 12 controller 13 buffertank

14 BE2022/5685 14 eerste koelmiddelaansluiting 15 tweede koelmiddelaansluiting 16 waterleiding 17 retourleiding 18 eerste aansluiting koudemiddel 19 tweede koelmiddelaansluiting 20 watertoevoer 21 waterafvoer 22 bypass circuit 23 binnenunit 24 warmtewisselaar binnenunit 25 expansieventiel 26 compressor 27 vierwegklep 28 warmtewisselaar voor buiten 29 ventilator van de buitenwarmtewisselaar 30 koelmiddel/water-warmtewisselaar 31 ventilator van koelmiddel/water-warmtewisselaar 32 waterzijde van koelmiddel/water-warmtewisselaar 33 koelmiddelzijde van koelmiddel/water-warmtewisselaar 34 bypass circuit spoel eerste driewegsklep 36 tweede driewegsklep

Claims

15 BE2022/5685 CONCLUSIES

1. Een thermische en vermogensmodule voor een logistiek gebouw, omvattende:

a. Een energiesectie omvattende een transformator die loskoppelbaar geconnecteerd is met een externe back-up elektriciteitsnet, een omvormer die is geconfigureerd om zonnepanelen en/of windturbines aan te sluiten op ten minste één batterij, waarbij de batterijen verder zijn aangesloten op de uitgang van de transformator, een regelaar die is geconfigureerd om het laden/ontladen van de ten minste één batterij te regelen, en een stopcontact dat is aangesloten op de ten minste één batterij, waarbij het stopcontact loskoppelbaar geconnecteerd is met het elektriciteitsnet van het logistieke gebouw;

b. Een thermisch gedeelte omvattende een warmtepompsysteem met een compressor geconfigureerd voor het comprimeren van een koelmiddel, waarbij de compressor is uitgerust met een elektrisch verwarmingselement, het thermische gedeelte verder omvattende een koelmiddelleiding, een omschakelinrichting voor de koelmiddelstroom, een regelaar die geconfigureerd is voor het regelen van ten minste de omschakelinrichting en ten minste één buitenwarmtewisselaar, het warmtepompsysteem verder omvattende een eerste koppelingspoort en een tweede koppelingspoort, waarbij deze eerste en tweede koppelingspoort loskoppelbaar connecteerbaar zijn met ten minste een deel van een binnenkoelmiddelnetwerk en een koelmiddelcircuit vormen, waarbij het warmtepompsysteem elektrisch verbonden is met ten minste één batterij van het vermogensdeel, het thermische deel verder omvattende een bufferwaterreservoir, dat ten minste een inlaat heeft die loskoppelbaar connecteerbaar is met een waterbron, en een uitlaat die loskoppelbaar connecteerbaar is met het waternetwerk van het logistieke gebouw; waarbij het thermische gedeelte en het vermogensgedeelte van de module zich in ten minste één industriële container bevinden, met het kenmerk, dat het thermische gedeelte van de module verder ten minste één koelmiddel/water-warmtewisselaar en een pomp omvat, waarbij de inlaat van de pomp in vloeiende verbinding staat met een uitlaat op of nabij de bodem van het buffervat, de uitlaat van de pomp in vloeiende verbinding staat met de inlaat van de waterzijde van de warmtewisselaar, de uitlaat van

16 BE2022/5685 de waterzijde van genoemde warmtewisselaar in vloeiende verbinding staat met een inlaat dichtbij de bovenkant van het buffervat omvattende een inlaat die in vloeiende verbinding staat met de uitlaat van een pomp, waarbij de koelmiddelzijde van de ten minste één warmtewisselaar is aangesloten op het koelmiddelcircuit van de warmtepomp in serie met elke buitenwarmtewisselaar.

2. De module volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het thermische gedeelte en het vermogensgedeelte zich in één enkele container bevinden, waarbij de container een tussenschot heeft dat het vermogensgedeelte en het thermische gedeelte van de module scheidt.

3. De module volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het thermische gedeelte zich in een afzonderlijke container bevindt, waarbij de warmtepomp van het thermische gedeelte loskoppelbaar geconnecteerd is met ten minste één batterij van ten minste één container van het vermogensgedeelte.

4. De module volgens conclusie 2 of conclusie 3, met het kenmerk dat de ten minste één warmtewisselaar van het warmtepompsysteem is gemonteerd op het buitenoppervlak van de container die het warmtepompsysteem omsluit.

5. De module volgens één der voorgaande conclusies 1-4, met het kenmerk, dat ten minste één van de ten minste één buitenwarmtewisselaars een koelmiddel/water-warmtewisselaar is.

6. De module volgens voorgaande conclusie 5, met het kenmerk, dat de buiten gemonteerde koelmiddel/water-warmtewisselaar verder is uitgerust met een ventilator.

7. De module volgens een van de voorgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de schakelinrichting is geconfigureerd om schakelen tussen verwarmingsmodus en koelmodus mogelijk te maken door middel van een vierwegklep, waarbij de eerste poort van de vierwegklep in verbinding staat met de uitlaat van de compressor, waarbij in de verwarmingsmodus een hogedruk-/hogetemperatuurkoelmiddel via een tweede poort van de vierwegklep naar de eerste koppelingspoort wordt geleid door ten minste één koelmiddelleiding, waarbij in de koelmodus het hogedruk-

17 BE2022/5685 /hogetemperatuurkoelmiddel via een derde poort van de vierwegklep via ten minste één koelmiddelleiding naar de buitenwarmtewisselaars geleid is, waarna het koelmiddel via ten minste één koelmiddelleiding en via ten minste één klep naar de tweede koppelingspoort wordt geleid.

8. De module volgens de vorige conclusie 7, met het kenmerk, dat het koelmiddelcircuit van het warmtepompsysteem een bypasscircuit omvat dat parallel loopt aan de koelmiddelleiding tussen de buitenwarmtewisselaars en de tweede aansluitpoort, waarbij dit bypasscircuit zich ten minste gedeeltelijk in het buffervat bevindt.

9. De module volgens vorige conclusie 8, met het kenmerk, dat een eerste driewegklep aan het eerste uiteinde van het bypasscircuit is geplaatst en een tweede driewegklep aan het tweede uiteinde van het bypasscircuit.

10. De module volgens een van de voorgaande conclusies 8-9, met het kenmerk, dat het gedeelte van het bypasscircuit in de buffertank de vorm heeft van een spoel.

11.De module volgens voorgaande conclusie 10, met het kenmerk, dat het spoelvormige gedeelte van het bypasscircuit een cilindrische spoel en/of een platte spoel is;

12.De module volgens de vorige conclusie 11, met het kenmerk, dat het spoelvormige gedeelte van het bypasscircuit parallel aan de wanden van het buffervat is geplaatst.

13.Een werkwijze voor het exploiteren van een module volgens conclusie 1 in een gebouw dat is uitgerust met een waterleidingnet met waterradiatoren en een koelmiddelnet met ten minste één binnenunit, waarbij het waterleidingnet vloeiend verbonden is met het buffervat, de werkwijze omvattende de stappen van:

a. het instellen van een gewenste binnentemperatuur;

b. het instellen van een overgangstemperatuur, onder welke temperatuur het thermische gedeelte van de module in de verwarmingsmodus wordt gezet, en boven welke temperatuur het thermische gedeelte van de module in de koelmodus wordt gezet;

18 BE2022/5685 c. het meten van buitentemperatuur;

d. het analyseren van de temperatuurverwachting voor de buitentemperatuur;

e. het meten van de binnentemperatuur;

f. het vergelijken van de gemeten binnentemperatuur met de ingestelde binnentemperatuur;

g. het meten van de watertemperatuur in de buffertank; met het kenmerk, dat de gemeten buitentemperatuur en/of de voorspelde buitentemperatuur voor ten minste 15 uur in de komende 48 uur worden vergeleken met de overgangstemperatuur van de modus om de thermische sectie in de koelmodus of in de verwarmingsmodus te zetten, waarbij de gekozen modus wordt uitgevoerd door water uit het buffervat door de waterradiatoren binnenshuis te laten stromen of door koelmiddel door het koelmiddelnetwerk van het gebouw te laten stromen.

14.De werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat water uit het buffervat door de binnenradiatoren wordt geleid indien de temperatuur van dit water ten minste 15°C hoger is dan de gemeten binnentemperatuur in de verwarmingsmodus of indien de temperatuur van het water uit het buffervat ten minste 15°C lager is dan de gemeten binnentemperatuur.