DK155466B - Varmegenvindingsanlaeg - Google Patents

Description

i

DK 155466 B

Opfindelsen angår et anlæg til varmegenvinding i en bygning, og som omfatter en af en kompressor drevet varmepumpe, hvis fordamper tjener til at optage varme fra den luft, der afkastes fra bygningen, og hvis konden-5 sator er anbragt i en beholder, samt en således indrettet varmecirkulationskreds, at den kan føre varme fra beholderen tilbage til bygningen via mindst ét væskecirkulationselement.

Et sådant anlæg kendes fra FR-A 2 412 791, som beskriver 10 et system, som omfatter en væskebeholder, hvori varmepum pens kondensator er placeret, samt en særskilt varmtvands-brugsbeholder, som med ledninger er forbundet med væskebeholderen. Varme overføres fra væskebeholderen dels til bygningen via væskecirkulationselementer, f.eks. radiato-15 rer, dels til vandet i varmtvands-brugsbeholderen. På grund af de to forskellige vandbeholdere er dette system temmelig kompliceret, og det er også vanskeligt at styre varmeoverføringen på en sådan måde, at der gives forret til varmtvandsforbruget, når der temporært bruges store 20 mængder varmt vand.

Formålet med opfindelsen er at anvise et anlæg af den indledningsvis nævnte art, som er således indrettet, at ovennævnte problem er løst, og som er i stand til styret at kunne fordele den genvundne varme samtidigt 25 med, at varmepumpen arbejder med maksimal effektivitet.

Dette opnås, idet anlægget ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

Der anvendes således kun én beholder, dvs. en varmtbrugs-vandsbeholder, og en væskecirkulationskreds tjener til 30 at opsamle varme i nærheden af varmepumpens kondensator i beholderens nedre del og overføre denne varme til bygningen via et eller flere væskecirkulationselementer, f.eks. radiatorer, hvorved væskecirkulationskredsen er indrettet til at arbejde på en sådan måde i afhængig- 2

DK 15S466 B

hed af vandtemperaturen i denne nedre beholderdel, at der bibeholdes en lav temperatur i denne og en højere i beholderens øvre del. Herved holdes kondenserings-temperaturen på et relativt lavt niveau, hvorved varme-5 pumpen opnår en høj effektivitet, l/armen overføres primært til varmtvandsforbruget, medens der kun tilføres overskydende varme til bygningen via væskecirkulationselementerne (f.eks. radiatorer).

Fra DE-A-2 714 618 kendes en varmtbrugsvandsbeholder,

10 som i sin nedre del har en varmepumpekondensator. I

dette tilfælde overføres varmen imidlertid fra et køleanlæg til varmtvandsforbruget, medens overskydende varme afledes ved at blæse luft langs beholdervæggens yderside.

Der sigtes ikke mod nogen form for varmegenvinding i 15 bygningen, og under normale forhold kan al varmen anvendes til varmtvandsforbruget. Formålet med at blæse luft langs beholdervæggens yderside tjener mere til at undgå overhedning af beholderen og sikre køleanlæggets korrekte drift. I modsætning hertil tjener anlægget ifølge opfin-20 delsen til via varmtvandsbeholderen at genvinde varme fra den afkastede luft og føre denne varme tilbage til bygningen, hvorved der opnås en betydelig besparelse for såvel installationen som driftsomkostningernes vedkommende .

25 Yderligere fordelagtige egenskaber og forskellige udførelsesformer for anlægget ifølge opfindelsen fremgår af underkravene og nedenstående detaljerede beskrivelse, hvor opfindelsen forklares under henvisning til tegningen, hvor 30 fig. 1-3 belyser opfindelsens baggrund, fig. 4 viser skematisk en første udførelsesform for varmegenvindingsanlægget ifølge opfindelsen, og

DK 155466 B

3 fig. 5-7 viser henholdsvis en anden, en tredje og en fjerde udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen.

Fig. 1 viser skematisk et tidligere kendt anlæg, som omfatter en varmepumpe 1 og en beholder 2 til varmt 5 brugsvand. Varmepumpen overfører varme fra en varmekilde, nemlig afkastningsluften fra en bygning, til vandet 1 beholderen 2. Til dette formål udsuges afkastningsluften (pilen PI, temperatur f.eks. 22 °C) ved hjælp af ventilatoren 3 forbi varmepumpens fordamper 4 (pilen P2), således 10 at den udgående luft (pilen P3) forlader anlægget med en væsentligt lavere temperatur, f.eks. 5 °C. Ved hjælp af en kompressor 5 pumpes det varmebærende medium til den i varmtvands-beholderen 2's nedre del beliggende kondensator 6, hvor der afgives varme til det omgivende 15 vand. Fra kondensatoren 6 returneres det varmebærende medium via en drøvleventil 7 til fordamperen 4.

Det varme vand aftappes via en foroven på beholderen 2 anbragt tilslutning 8, medens der føres koldt vand til beholderen via en forneden anbragt tilslutning 9.

20 En temperaturmåler 10 styrer varmepumpens kompressor 5 således, at vandtemperaturen i beholderen 2 holdes på det ønskede niveau, f.eks. 55 °C.

Det er umiddelbart indlysende, at der på denne måde kun kan overføres varme fra afkastningsluften til varmt-25 vandskredsen i det omfang, der tappes varmt vand fra beholderen 2 (under forudsætning af, at beholderen er så vel isoleret, at varmetabet til omgivelserne er uden betydning). En nærliggende måde til at løse dette problem og herved kontinuerligt kunne tilbageføre varme fra 30 afkastningsluften til bygningen er, som vist i fig.

3, at bringe det varme vand til at cirkulere fra beholderens 2 afgangstilslutning 8 via en vandradiator 11 til tilgangstilslutningen 9 ved hjælp af en cirkulationspumpe 4

DK 155466 B

12. Af hensyn til overskueligheden er forskellige af varmepumpens 1 dele udeladt i fig. 3. Dog er kondensatoren 6 i beholderen 2 vist. I recirkulationskredsen findes der desuden en kontraventil 13 til at forhindre, at 5 det kolde vand strømmer tilbage gennem radiatoren 11, såfremt pumpen 12 af en eller anden grund ikke arbejder.

Ved hjælp af den i fig. 3 viste udførelsesform opnås den fordel, at varmepumpen 1 kan arbejde kontinuerligt.

Et tilbageværende problem er imidlertid, at varmepumpens 10 virkningsgrad ikke er tilfredsstillende.

Ved hjælp af anlægget ifølge opfindelsen kan varmepumpens virkningsgrad forbedres væsentligt og herved yderligere reducere det totale energiforbrug i den bygning, hvori anlægget er installeret.

15 Varmepumpens virkningsgrad er stærkt afhængig af temperaturforskellen mellem kondensatoren 6 og fordamperen 4. Funktionssammenhænget mellem virkningsgraden £ og kondenseringstemperaturen T (ved en given temperatur i fordampen 4) er vist i fig. 2. I ovennævnte tilfælde 20 er virkningsgraden eksempelvis 2, medens den kan fordobles, dvs. op til ca. 4, hvis kondensatoren 6 kan bringes til at arbejde ved en temperatur på ca. 10 °C. Selv en mindre temperatursænkning kan imidlertid medføre en betydelig forbedring, idet funktionssammenhænget 25 i det væsentlige er lineært.

Det har i denne forbindelse vist sig, at der kan opnås en lagdeling i varmtvandsbeholderen, således at der opstår en nedre zone med relativt koldt vand, f.eks. 30 °C og,en øvre zone med relativt·varmt vand, f.eks.ca. 55 °C.

30 Herved kan varmepumpens virkningsgrad holdes på over 3, som for et typisk enfamiliehus vedkommende svarer til en energibesparelse på ca. 40?ό under forudsætning af, at 5

DK 155 46 CB

varmtvandsforbruget og den varme, som tilføres af væskecirkulationskredsen (via f.eks. en vandradiator eller et lufttilførselsaggregat) sammenlagt udgør ca. 60?ό af det totale varmeenergiforbrug.

5 En første udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen er vist i fig. 4, som er forsynet med samme henvisningsbetegnelser som i fig. 3 for de deles vedkommende, som er ens i begge figurer. Anlægget ifølge opfindelsen adskiller sig dog væsentligt fra det i fig. 3 viste 10 anlæg, idet begge vandcirkulationskredsens 11, 12 tilslutninger er placeret i varmebeholderens 2 nedre del i nærheden af varmepumpens kondensator 6. Fremløbstil-slutningen 14 er således placeret i nærheden af og lidt under kondensatorens 6 overkant, medens returløbstilslut-15 ningen, som er forbundet med tilgangstilslutningen 9 til koldt vand, er placeret i nærheden af og lidt under kondensatorens 6 underkant. Systemet styres endvidere af to temperatur følere, nemlig en første temperaturføler 10, som svarer til føleren 10 i det i fig. 1 viste anlæg, 20 og som tjener til at sikre, at varmepumpen arbejder, sålænge vandtemperaturen ved føleren 10 er mindre end den ønskede varmtvands-temperatur, eksempelvis 40-60 °C, især ca. 55 °C, samt en anden temperatur føler 15, som tjener til at sikre, at pumpen 12 arbejder, og at v 25 vandet i cirkulationskredsen med radiatoren 11 cirkulerer sålænge, som vandtemperaturen ved denne føler 15 overstiger en forud bestemt temperatur på eksempelvis 20-50 °C, især ca. 40 °C.

Da tilslutningerne 14 og 9 er placeret i området omkring 30 kondensatoren 6, kan der i denne holdes en fordelagtig lav kondenseringstemperatur, som medfører, at varmepumpens virkningsgrad bliver forbedret, således som det tidligere er forklaret. Returløbsrørtilslutningen 9 er endvidere over sin munding forsynet med en afledningsplade, som 35 sikrer, at det indstrømmende vand ikke strømmer opad,

DK 155466 B

6 men kun sideværts i beholderen. Der kan således i beholderens nedre del opretholdes en zone 11 med relativ lav temperatur, medens der i beholderens øvre del kan bibeholdes en zone Z2 med varmere vand (som har en lavere 5 massetæthed). Varmepumpen kan som følge af denne tempera turfordeling i beholderen 2 opnå en forbedret virkningsgrad, samtidigt med at temperaturen af det varme vand fra varmtvandsafgangstilslutningen 8 opretholdes.

En anden udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen 10 er vist i fig. 5, hvor modsvarende dele er forsynet med samme henvisningsbetegnelser som i fig. 1, 3 og 4. I dette tilfælde findes der ligeledes en vandcirkulationskreds, som via tilslutningerne 9 og 14 står i varme-overførende forbindelse med vandet i nærheden af varme-15 pumpens kondensator 6. I stedet for en radiator omfatter cirkulationskredsen et lufttilførselsaggregat med en varmtvandsvarmeflade 16, f.eks. en ribberørskonvektor, og en ventilator 17, som bringer luften, der skal tilføres bygningen, til at passere varmefladen 16, således at 20 luften forvarmes til i hver fald 15-20 °C (afhængigt af udeluftens temperatur), inden den blæses ind i bygningen. I fig. 5 er den tilførte luftstrøm skematisk angivet med pilene P4 og P5. Foroven i beholderen 2, dvs. den øvre zone Z2, er der anbragt et elektrisk sup-25 pieringsvarmeelement 18. Dette element styres af en nærliggende tredje temperaturføler 19, som indkobler elementet 18, når vandtemperaturen i zonen Z2 falder lidt under den ønskede varmtvandstemperatur, eksempelvis til en temperatur mellem 40 og 90 °C, især ca. 65 °C.

30 Temperaturføleren 10, som styrer varmepumpens 1 kompressor, er i dette tilfælde beliggende i en grænsezone Z3 mellem den øvre og den nedre zone, henholdsvis Z2 og Zl. Tilsvarende som ved den forangående udførelsesform arbejder varmepumpen, så længe vandtemperaturen ved 35 føleren 10 ikke overstiger den ønskede temperatur for

DK 155466 B

7 det varme brugsvand, nemlig en temperatur på mellem 40 og 60 °C, især ca. 55 °C.

Føleren 15 kan i dette tilfælde med fordel styre ventilatoren 17 (i stedet for pumpen 12, som kan arbejde kontinu-5 erligt), således at den tilførte luft indblæses, så længe den målte vandtemperatur og dermed tilnærmelsesvis temperaturen i ribberørskonvektoren 16 ikke synker ned under 5-15 °C, især ca. 10 °C.

Også ved denne udførelsesform er det således muligt 10 at lade kondensatoren 6 arbejde ved en lavere kondenseringstemperatur, hvorved varmepumpens virkningsgrad, som tidligere beskrevet, bliver større.

Den i fig. 6 viste udførelsesform fungerer i hovedsagen på samme måde som den i fig. 5 viste udførelsesform.

15 Den eneste forskel består i, at der i vandcirkulationskredsen mellem pumpen 12 og ribberørskonvektoren 16 er indskudt en vandradiator 11 (jvf. fig. 4). I dette tilfælde overføres overskudsvarmen fra beholderen 2 til såvel den luft (P4-P5), som tilføres bygningen, 20 som til luften i denne (via radiatoren).

En yderligere modifikation af opfindelsen er skematisk vist i fig. 7, hvor enhederne 20 og 21 tilsammen svarer til den i fig. 5 -viste udførelsesform. Vandcirkulationskredsen fra fremløbsrørtilslutningen 14 til returløbsrør-25 tilslutningen 9 i den nedre del af beholderen 2 omfatter således et lufttilførselsaggregat 21. Imidlertid er denne cirkulationskreds også forsynet med en varmevekslerspiral 23, som er placeret forneden i centralvarmeaggregatet 22. Dette aggregat omfatter en centralvarmebeholder 24 og en 30 med denne forbundet ekspansionsbeholder 25. I centralvarme-beholderen 24 er der foruden varmevekslerspiralen 23 anbragt mindst ét elektrisk varmeelement 26 til opvarmning

DK 155466 B

8 af vandet efter behov. Ved hjælp af en pumpe 28 bringes vandet til at cirkulere i bygningen fra en øvre fremløbs-tilslutning 27 gennem et kredsløb, som omfatter radiatorer 29, 29' osv. (med hver sin termostatventil 30, 30', 5 osv.) og tilbage til en returløbsrørtilslutning 31.

Som vist med punkteret streg, kan der på sædvanlig måde være indrettet en shuntforbindelse 32 i radiatorkredsløbet. Ved den viste udførelsesform findes der også en anden mulighed for at opvarme vandet i beholderen 10 24, nemlig ved hjælp af en yderligere cirkulationskreds, som via et rør 34 forløber fra radiatorkredsløbets retur-rør 33 til en varmeveksler i et ikke vist opvarmnings-aggregat, såsom en solfanger, et ildsted, en ovn, en brændeovn eller lignende, og herfra tilbage igen til 15 beholderen 24 via en afspærringsventil 35, et rør 36 og en returtilslutning 37. Det ses, at vandet i beholderen 24 kan opvarmes på tre forskellige måder, samtidigt eller hver for sig, nemlig via varmepumpen 1 og brugsvandsbeholderen 2, ved hjælp af elementet 26 eller ved 20 hjælp'af det ikke viste opvarmningsaggregat og cirkulationskredsen 33, 34, 35, 36, 37.

Også i beholderen 24 kan der opnås en opdeling i forskellige varmezoner, hvorved varmeveksleren 23 og cirkulationskredsen 33-37 tjener til at forvarme returvandet 25' fra radiatorkredsløbet, medens elementet 26 eftervarmer . vandet til den ønskede temperatur.

Opfindelsen kan modificeres på en række forskellige måder inden for de efterfølgende patentkravs rammer. Således kan eksempelvis cirkulationskredsen fra beholderen til det var-30 me brugsvand indeholde et andet medium end vand, idet der benyttes en varmeveksler i stedet for de åbne tilslutninger 9 og 14. Det væsentlige er, at varmeudvekslingen finder sted forneden i beholderen 2 i nærheden af varmepumpens kondensator 6, således at den beskrevne temperaturlagdeling

Claims (8)

1. Anlæg til varmegenvinding i en bygning, og som omfatter en af en kompressor (5) drevet varmepumpe (1), hvis 5 fordamper (4) tjener til at optage varme fra den luft (PI), der afkastes fra bygningen, og hvis kondensator (6) er anbragt i en beholder (2), samt en således indrettet varmecirkulationskreds, at den er i stand til at føre den genvundne varme fra beholderen (2) tilbage 10 til bygningen via mindst ét væskacirkulationselement (16, 11, 23), kendetegnet véd, at beholderen er en varmtbrugsvandsbeholder (2), som har en i dens nedre del (Zl) placeret koldtvandstilgangstilslutning (9) og en i dens øvre del placeret varmtvandsafgangstil-15 slutning (8), og at væskecirkulationskredsen er i varme-overførende kontakt med varmepumpens kondensator inde i beholderens (2) nedre del (Al) og er indrettet til at arbejde på en sådan måde i afhængighed af vandtemperaturen (15) i denne nedre beholderdel, at der bibeholdes 20 en lav temperatur i denne og en højere i beholderens (2) øvre del.

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at væskecirkulationskredsen er indrettet til at arbejde intermitterende med et indhold af vand og er forsynet 25 med henholdsvis en frem- og returløbsrørtilslutning (14; 9), som er placeret i området ved kondensatoren (6).

3. Anlæg ifølge krav 2, kendetegnet ved, at væskecirkulationskredsens returløbsrørtilslutning (9) er forbundet med koldtvandstilgangstilslutningen (9). DK ί 55466 B

4. Anlæg ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved, at returløbsrørtilslutningen (9) er beliggende i nærheden af kondensatorens (6) nedre del, medens frem-løbsrørtilslutningen (14) er beliggende i nærheden af 5 kondensatorens (6) øvre del.

5. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at væskecirkulationselementet omfatter et lufttilførsels-aggregat (16) og/eller en radiator (11) og/eller en varmeveksler (23) i en centralvarmebeholder (24).

6. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i niveau over kondensatoren (6) er anbragt supplerende varmeelementer (18) i beholderen (6).

7. Anlæg ifølge krav 5 med en i en centralvarmebeholder (24) anbragt varmeveksler (23), kendetegnet 15 ved, at denne er anbragt i beholderens nedre del.

8. Anlæg ifølge krav 7, kendetegnet ved, at der er anbragt elektriske varmeelementer (26) i beholderens øvre del. 1 Anlæg ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet 20 ved, at centralvarmebeholderen (24) ved hjælp af en yderligere væskecirkulationskreds (33-37) står i varme-overførende forbindelse med en solfanger eller et ildsted, såsom et åbent ildsted, en ovn, en kedel til fyring med brænde eller lignende ildsteder.