DK152309B - Fremgangsmaade til overfoering af varme mellem afgangsluft og tilgangsluft i et ventilationsanlaeg. - Google Patents

Description

DK 152309B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til overføring af varme mellem afgangs luft og tilgangsluft i et ventilationsanlæg ved udnyttelse af et varmepumpeanlæg, hvis fordamper og kondensator gennem en væskeformet varmehærer står i forbindelse med varmevekslere i ventilationsanlæggets afgangs- og tilgangskanaler.

I luftbehahdlingsanlæg er det almindeligt, at man om sommeren køler og om vinteren opvarmer den luft, som udefra tilføres et lokale.

Denne køling og opvarmning af udeluften udgør ofte en betydelig del af hele energiforbruget i bygningen. I den senere tid har man derfor forsøgt at genvinde en del af den tilførte energi, som ellers for en stor del bortføres med den udgående luft. Især i kolde klimazoner anbringes derfor næsten altid en eller anden art varmegenvindings-aggregat i afgangsluftstrømmen.

Den foreliggende opfindelse angår nærmere betegnet en fremgangsmåde til køling og opvarmning af udeluft, som i forhold til hidtil kendte metoder giver en betydelig formindskelse af energiforbruget gennem året. Samtidig bliver installationsomkostningeme kraftigt reduceret i forhold til andre energibesparende køle- og varmesystemer. Det ud fra et økonomisk synspunkt fordelagtige forhold, at både installations- og driftsomkostningerne formindskes, opnås desuden på en simpel måde ved, at man udnytter en speciel kombination af konventionelle komponenter og apparater.

Også i tidligere kendte køle- og varmesystemer er der gjort forsøg med kombinering af de indgående komponenter. Af hensyn til de høje installationsomkostninger og de store trykfald i til- og afgangslufstrømmene er det nemlig uhensigtsmæssigt at udnytte separate køleaggregater, luft-opvarmere og varmegenvindingsaggregater. De eneste varmegenvindingsaggregater, som egner sig til kombination med et køleaggregat, er de såkaldte væskekoblede varmegenvindingsaggregater, eftersom disse ligesom køleaggregaterne arbejder med varmevekslere i form af lamelbatterier eller lignende. Det sker derfor, at man ved sommertid ved køling udnytter de lamelbatterier, som ved vintertide indgår i varmegenvin-dingsaggregatet. Imidlertid kan fordelene ved et kombineret system først udnyttes fuldt ud, hvis kølemaskinen om vinteren arbejder som varmepumpe.

2 DK 152309B

Dette opnås ved en fremgangsmåde af den i krav l's indledning angivne art med de i den kendetegnende del af krav 1 angivne foranstaltninger .

I et køle- og varmegenvindingssystem, som arbejder efter fremgangsmåden ifølge opfindelsen, indgår et kombineret varmepumpe-varmegen-vindingssystem, som kan kobles til køling om sommeren og til opvarmning om vinteren. Det fremgår heraf, at installationsomkostningerne kan holdes lave, idet de samme komponenter kan anvendes til flere opgaver. Til lave driftsomkostninger bidrager, som allerede påpeget, det faktum, at trykfaldet på tilførsels- og afgangssiden bliver forholdsvis lave, eftersom de samme varmevekslere udnyttes til såvel køling, opvarmning samt varmegenvinding.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, som viser et køle- og varmegenvindingssystem til udnyttelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og hvor fig.l viser systemets kobling, fig.2 systemets tilslutning til et luftbehandlings anlæg ved opvarmning og fig.3 systemets tilslutning til et luftbehandlings anlæg ved køling.

I det i fig. 1 viste køle- og varmesystem består køleanlægget af en kompressor 1, en kondensator 2, en ekspansionsventil 3 og en fordamper 4. Sammen med rør 5 og 6 danner disse komponenter en primærkreds, gennem hvilken et kølemedium cirkulerer. Kondensatoren 2 og fordamperen 4 er udformet som væskevarmevekslere, og ved hjælp af pumper 7 og 8 pumpes f.eks. en vand-glyc o Iblanding rundt i den sekundærkreds, som dannes af kondensatoren 2, et lufttilførselsbatteri 9, fordamperen 4 og et luftafgangsbatteri 10 samt rør 11,12,13 og 14. Systemet udnyttes om vinteren samtidigt som varmepumpe og varmegenvindingsaggregat, idet ventiler 15 og 16 er åbne, medens ventiler 17 og 18 er lukkede. Ved denne driftsform opvarmes lufttilførselsstrømmen 19, medens luftafgangs-strømmen 20 afkøles, lufttilførselsstrømmen opvarmes både ved hjælp af den gennem varmegenvinding overførte effekt i sekundærkredsen og den tilskudseffekt, som fremkommer ved, at kølemaskinen arbejder som varmepumpe. Som følge heraf opvarmes tilførselsluften mere end ved en ren varmepumpedrift, eller hvis der kun udnyttes varmegenvinding, som det ses nedenfor. Det bør bemærkes, at kølemaskinen ikke behøver at blive startet under de overgangsperioder, hvor kun en begrænset opvarmningseffekt er nødver :" ; 3

DK 152309B

Det kombinerede køle- og varmesystems kobling om sommeren fremgår også af fig. 1, idet det forudsættes, at ventilerne 17 og 18 er åbne, medens ventilerne 15 og 16 er lukkede, lufttilførselsstrømmen 19 køles derved, at vand-gly.coiblandingen af pumpen 7 pumpes rundt i dens sekundærkreds, som dannes af fordamperen 4, rørene 12 og 22 samt lufttilførselsbatteriet 9. På tilsvarende måde bortføres varme med luftafgangs strømmen 20 ved, at vand-glycoiblandingen pumpes rundt ved hjælp af pumpen 8 i den sekundærkreds, som dannes af kondensatoren 2, rørene 13og 21 samt luftafgangsbatteriet 10.

Køle- og varmegenvindingssystemets indkobling i et luftbehandlings-anlæg fremgår af fig. 2 og 3. I fig. 2 er vist et eksempel på, hvorledes systemet kan indkobles ved vintertid til et lokale 23. luften tilføres lokalet ved hjælp af lufttilførselsventilatoren 27 og bortføres ved hjælp af luftafgangsventilatoren 26. Kun køle- og varmesystemets lufttilførselsbatteri 9 og luftafgangsbatteri 10 er her indtegnet. Som tidligere betegner 19 lufttilførselsstrømmen og 20 luftafgangsstrømmen. Disse luftstrømme kan direkte tillades at passere ind i lokalet henholdsvis ud af lokalet, men det kan i mange tilfælde være formålstjenligt at udnytte en vis mængde gennem lokalet recirkuleret luft. Den recirkulerede luftstrøm 24 kan her være større eller mindre end lufttilførselsstrømmen 19 og luftafgangsstrømmen 20. Lufttilførselsstrømmen 19 udgøres i reglen af udeluft, som før eller efter varmeveksleren kan behandles yderligere, f.eks. renses, fugtes eller affugtes. I fig. 3 er vist den tilsvarende kobling ved køling om sommeren. Også i dette tilfælde kan en vis mængde luft recirkuleres, hvilket i så fald sædvanligvis sker før lufttilførselsbatteriet 9.

Hvis luftafgangsstrømmen fra lokalet giver utilstrækkelig køleeffekt, kan luftstrømmen gennem luftafgangsbatteriet 10 øges ved, at også en udeluftstrøm 25 passerer dette batteri. Ligeledes er det almindeligt, at kun udeluft udnyttes i stedet for afgangsluften i de tilfælde, hvor udeluftens temperatur er lavere end afgangsluftens temperatur.

Det kombinerede køle- og varmesystems driftsøkonomiske fordele i forhold til konventionelle systemer fremgår af nedenstående beregningseksempel, hvis resultat er fremkommet ved hjælp af dataprogrammer.

4

DK 152309 B

Por eksemplet gælder følgende forudsætninger: 1. Afgangsluftens temperatur = 22 C.

2. Afgangsluftens relative fugtighed er så lav, at der ikke sker nogen kondensudfældning i luftafgangsbatteriet 10.

3. Kompressorens slagvolumen = 4,5 dm^ pr. kg.

4. Por samtlige varmevekslere er kP (produktet af varaeoverførings-tallet k og varmefladen P) 2,6 gange varmekapacitetstrømmen (w/°C) for luftafgangsstrømmen 20.

5. Strømmen af recirkuleret luft er dobbelt så stor som luftafgangsstrømmen 20.

6. Por den konventionelle varmepumpe er lufttilførselsstrømmen 19 tre gange så stor som luft afgangsstrømmen 20 og udgøres af en trediedel udeluft og to trediedele recirkuleret luft.

7. Por det kombinerede køle- og varmesystem er lufttilførselsstrømmen 19 lige så stor som luft af gangs strømmen 20 og udgøres udelukkende _ af udeluft (fig. 2).

Under disse forudsætninger er opvarmningseffekten ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen sammenlignet med konventionelle systemer. Beregningen er, som det fremgår af de nævnte forudsætninger, gennemført for et konventionelt væskekoblet varmegenvindingsaggregat med lige så store varmevekslere som det nye system samt for en konventionel varmepumpe også med lige så store varmevekslere som det nye system.

I nedenstående tabel vises beregningerne for nogle forskellige temperaturer mellem -30 og 0°0 for udeluften. Resultaterne i de forskellige tilfælde angives som tilførselsluftens temperatur efter lufttilførselsbatteriet og indblanding af recirkuleret luft, her angivet som slutt emperaturer.

System Sluttemperatur (°C) _-30 -29 -20 -15 -10 -5 0

Konventionelt væskekoblet varmegenvindingsaggre- 14,5 15,2 15,9 16,6 17,3 18,0 18,7 gat

Konventionel varmepumpe 10,8 12,5 14,2 15,9 17,6 19,3 21,0

Kombineret køle- og varmesystem 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0

DK 152309B

5

Som det fremgår af denne tabel, opnås ved samtlige udet emper atur er mellem -30 og 0°C den klart største temperaturforøgelse for tilførsels-luften, hvis man udnytter fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til overføring af varme mellem afgangsluft og tilgangsluft i et ventilationsanlæg ved udnyttelse af et varmepumpeanlæg/ hvis fordamper og kondensator gennem en væskeformet varmebærer står i forbindelse med varmevekslere i ventilationsanlæggets afgangs- og tilgangskanaler, kendetegnet ved, at varmevekslerne (9,10), når tilgangsluften skal opvarmes, sættes i direkte forbindelse med hinanden gennem en cirkulationskreds for den væskeformede varmebærer, idet varmepumpens fordamper (4) indkobles for at optage varme fra cirkulationskredsen ved varmebære-rens strømning fra tilgangskanalen (19) til afgangskanalen (20), og varmepumpens kondensator (2) indkobles for at afgive varme til cirkulationskredsen ved varmebærerens strømning fra afgangskanalen (20) til tilgangskanalen (19).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at varmepumpen i de perioder, hvor der ønskes køling af tilgangsluften, omkobles således, at den gennem en første cirkulationskreds for varmebæreren med sin fordamper (4) står i forbindelse med varmeveksleren (9) i tilgangskanalen (19) og gennem en anden cirkulationskreds med sin kondensator (2) står i forbindelse med varmeveksleren (10) i afgangskanalen (20).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der, når varmepumpen anvendes til køling, udnyttes en større eller mindre mængde udeluft til bortføring af varme gennem varmeveksleren i afgangskanalen (10).