DK158402B - Fremgangsmaade og apparat til drift af et varmeanlaeg - Google Patents

Description

DK 158402 B

Den foreliggende opfindelse vedrører en fremgangsmåde til drift af et varmeabsorptionssystem i et varmeanlæg, der arbejder med luftcirkulation, og med en varmepumpe til luftcirkulation, en varmeveksler fra en luft-gasblanding til luft, en varmekedel, der drives af fossilt 5 brændsel, og en blæser.

Konventionelle varmeanlæg af den her omhandlede art til opvarmning af lokaler eller bygninger og til fremstilling af varmt vand, som kan aftappes, har, således som det er velkendt, flere ulemper som følge af det forhold, at en betydelig del af den tilførte energi går tabt i 10 form af varmetab med røggasser, som undslipper gennem skorstenen. For at forbedre varmeøkonomien er man begyndt at benytte varmepumper, der øger varme fra lave temperaturer til et højere temperaturniveau. Den mest almindelige varmekilde har i denne forbindelse vist sig at være luft, både udendørs luft og indendørs luft. Ved brug af udendørs luft 15 opstår der den ulempe, at varmepumpens effektivitet falder drastisk ved lave temperaturer, såsom temperaturer under fx -5°C, ved hvilken temperatur der også opstår problemer i forbindelse med frostdannelse på aggregatet. I forbindelse med varmepumper, der drives med udendørs luft, skal der derfor tilvejebringes en anden varmekilde, såsom en 20 oliefyret kedel eller en elektrisk kedel, der drives under den koldeste årstid.

Returluften er som varmekilde kun kommercielt udnyttelig i sådanne anlæg, hvor en stor del af luften sædvanligvis ventileres, men recirkuleres via varmepumpen, når der benyttes en sådan.

25 Ved brug af udendørs luft som varmekilde er der gjort forsøg på at opfylde varmebehovet alene ved hjælp af en varmepumpe, men de foranstaltninger, der skal foretages i denne forbindelse til at sikre driften af varmepumpen ved lave udendørs temperaturer, resulterer i, at varmepumpens konstruktion bliver kompliceret, så at pumpen bliver 30 bekostelig både i henseende til installation og vedligeholdelse. Der findes fx varmepumper, der arbejder i flere trin til forøgelse af temperaturen i luften i hvert trin.

Den foreliggende opfindelse har til formål at tilvejebringe en fremgangsmåde af den indledningsvise angivne art, ved hvilken fremgangs- 2

DK 158402 B

måde de ovennævnte ulemper, som er forbundet med de hidtil kendte løsninger, elimineres, og hvor der opnås en ekstraordinær driftsøkonomi, samtidig med at anlæggets funktion og høje effektivitet sikres ved alle udendørs temperaturer, herunder også ved fald i udendørs-5 temperaturen til temperaturer under de temperaturer, ved hvilke der i konventionelle varmepumper opstår problemer som følge af frostdannelse på aggregatet.

Dette til grund for opfindelsen liggende formål opnås ved en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, hvilken fremgangsmåde 10 er ejendommelig ved, at en delstrøm af den i varmeanlægget anvendte luft ledes til varmeveksleren til varmeveksling med udefra kommende luft og med en returstrøm af cirkulationsluft, hvorved den luftstrøm, som tilføres varmepumpen, fordamper som varmeafgivelsesmedium, bringes til at passere gennem varmeveksleren og i denne tilføres ny var-15 meenergi, og at den luftstrøm i systemet, som passerer gennem varmepumpen, holdes større end strømmen af udløbsluft eller strømmen af den blanding af frisk luft og gas, som udblæses eller udsuges fra varmeanlægget gennem varmeveksleren.

Et yderligere formål med opfindelsen er at tilvejebringe et varmean-20 læg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og ved brug af hvilket varmeanlæg det til grund for opfindelsen liggende formål opnås. Opfindelsen vedrører således mere specielt et varmeanlæg med en varmekedel til forbrænding af olie, gas eller andet fossilt brændsel, en luftvarmepumpe til tilførsel af varme til et vand- eller 25 luftførende varmeanlæg, en krydsstrømsvarmeveksler til varmeveksling mellem tilført frisk luft og returluft fra varmeanlægget og luft, der udsuges fra samme, samt en blæser, der udsuger de afkølede gasser fra varmeanlægget, hvilket anlæg i overensstemmelse med opfindelsen er ejendommeligt ved, at det har en tilførselskanal til varmeveksleren 30 og indløbsåbninger til udblæsningsluft fra anlægget og røggasser fra varmekedlen, hvilken kanal er forbundet til varmeveksleren på den side, der er modsat blæseren.

I underkravene er angivet fordelagtige og foretrukne udførelsesformer for fremgangsmåden og varmeanlægget ifølge opfindelsen.

3

DK 158402 B

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 skematisk viser et tværsnit gennem et varmeanlæg ifølge opfindelsen og 5 fig. 2 et principdiagram for en varmepumpe, der udgør en del af det i fig. 1 viste varmeanlæg.

I det i fig. 1 viste varmeanlæg angiver henvisningsbetegnelsen 1 en brænder til olie eller gas, hvilken brænder er anbragt i en vandbærende kedel 2, til hvilken der er forbundet en tank eller et rum 13 10 til frembringelse af varmt vand. Kedlen 2 og tanken 13 er placeret på en understøtning 11. Med et mellemrum over kedlen 2 og tanken 13, hvilket mellemrum udgør en luftkanal 3, er der placeret en varmeveksler 4 af krydsstrømstypen og en varmepumpe 5 til luftcirkulation.

Over varmeveksleren 4 er placeret et udstødningskammer 6, der er 15 udstyret med en sugeblæser 7, som er forbundet til et udstødningsrør 9 til henholdsvis forbrugt luft eller røggasser, således som det vil blive beskrevet mere detaljeret nedenfor. Henvisningsbetegnelsen 8 angiver et rum indeholdende styreudstyr til varmekedlen. Hele varmeanlægget er placeret i et lukket kedelrum 10.

20 Til varmeveksleren 4 er forbundet et indsugningskammer 12, der fører ind udefra, til frisk luft samt en indløbsåbning 14 til retur luft fra kedelrummet 10, hvilken returluft cirkulerer i anlægget via varmeveksleren 4 og varmepumpen 5, således som det vil blive forklaret nedenfor. Varmepumpen 5 har en udstødningsåbning 15 til blanding af frisk 25 luft og returluft, der cirkulerer efter passage gennem varmepumpen. Henvisningsbetegnelsen 16 angiver en indsugningsåbning til tilførsel af luft fra kedelrummet 10 til luftkanalen 3. I luftkanalen 3 fører også en udstødningskanal 17 til røggasser fra varmekedlen 2.

Til styring af varmeanlæggets funktion er der placeret flere følere, 30 der på ikke nærmere angiven måden er forbundet til det i rummet 8 placerede styreudstyr. Varmekedlen 2 har således en temperaturføler TCl, friskluftsindløbet 12 har en temperaturføler TC2, og kedelrummet 10 har en temperaturføler TC3. En føler PD 1, der reagerer på tryk, og en føler TC X, der reagerer på temperaturen, er placeret i ud- 35 stødningskammeret 6. Brænderen 1 eller varmekedlen 2 startes og

DK 158402B

4 standses via et styrerels, der er angivet med henvisningsbetegnelsen AY.

Det i fig. 1 viste varmeanlsg arbejder på følgende måde. Varmeanlægget har en luftstrøm, der cirkulerer gennem varmepumpen 5 og 5 hidrører fra frisk luft, der indføres via friskluftsindløbet 12, samt en retur luftstrøm, der via indløbsåbningen 14 og sammen med den friske luft føres til varmeveksleren 4 og fra denne til varmepumpen 5’s fordamper som varmeafgivende medium. I den viste udførelsesform, hvor varmepumpen er af en type, der opvarmer vand i et vandførende 10 varmeanlæg, blæses cirkulationsluften ud fra varmeveksleren 5 via udstødnings- eller udblæsningsåbningen 15 til det lukkede rum 10, der i det foreliggende tilfælde udgøres af et kedelrum, i hvilket varmeanlægget er placeret. Man skal imidlertid forstå, at rummet 10 kan være et større lokale, i hvilket varmeanlægget er placeret, idet den 15 luft, som udblæses ved 15, derefter udgør varmemediet til lokalet.

Det er også tænkeligt, at udblæsningsåbningen 15 fra varmepumpen 5 er forbundet til et varmeanlæg, der arbejder med indblæsning af varm luft i de riam, som skal opvarmes, idet udblæsningsåbningen 15 i dette tilfælde tilfører luft til anlægget. Dette medfører naturligvis, at 20 returluften fra ventilationsanlægget føres tilbage til rummet 10, i hvilket varmeanlægget er placeret. I den viste udførelsesform, hvor varmepumpen 5 tjener til opvarmning af cirkulationsvandet, således som det er nævnt ovenfor, blæses luften således ud fra udblæsnings-åbningen 15 i rummet 10. Fra rummet 10 føres en delluftstrøm gennem 25 indsugningsåbningen 16 og gaskanalen 3 til varmeveksleren 4, der er af krydsstrømstypen, dvs. har to helt lukkede systemer af kanaler, der indbyrdes adskilt strækker sig i retninger vinkelret på hinanden.

Efter passage gennem varmeveksleren 4 afgives denne delluftstrøm, der via åbningen 16 er indført fra rummet 10, i atmosfæren via udblæs-30 ningsrøret 9, der er placeret i toppen. Under sin passage gennem varmeveksleren 4 forvarmer denne delluftstrøm blandingen af frisk luft, der indføres i kanalen 12, og returluft fra kedelrummet 10 og indført via indb læsningsåbningen 14 i varmeveksleren 4. Den luftstrøm, som cirkulerer gennem varmepumpen, skal være større end den 35 luftmængde, som afgives via udblæsningsrøret 9, så at der frembringes et større tryk ved kedelrummet 10 eller i det tilsvarende rum end i udstødningskammeret 6 i varmeanlægget. De beskrevne driftsbetingelser

DK 158402 B

5 under drift af varmeanlægget eksisterer, hvis cirkulationsvarmepumpen i første række udelukkende tilvejebringer energiforsyningen til varmeanlægget. Når det bliver nødvendigt at forøge energiindholdet i cirkulationsluftstrømmen gennem varmeveksleren 4 til varmepumpen 5, 5 fx i varme og fugtige årstider, når varmepumpen alene sørger for energitilførsel til varmeanlægget, startes sugeblæseren 7, hvilket forøger gennemstrømningen gennem varmeveksleren 4 af såvel udblæsningsluft som tilført luft, der har en højere entalpiværdi. I den kolde årstid, eller når udetemperaturen er lav, hvilket registreres 10 af temperaturfølerne, som vil blive beskrevet mere detaljeret nedenfor, startes brænderen 1 til varmekedlen 2 desuden, og røggasser fra varmekedlen 2 afgives via udstødningsroret 17 til kanalen 3, hvor røggasserne blandes med udblæsningsluften fra åbningen 16, hvorved energiindholdet i luftstrømmen fra varmeveksleren 4 til varmepumpen 5 15 forøges yderligere.

Man vil af beskrivelsen ovenfor forstå, at kombinationen af varmekedlen 2, varmeveksleren 4 og varmepumpen 5 resulterer i et anlæg, i hvilket varmepumpen 5 altid arbejder under favorable betingelser. Når temperaturen ved TC1 falder til under en forudbestemt indstillet 20 værdi, starter varmepumpen, og når udetemperaturen ved TC2 overstiger den indstillede forudbestemte værdi, startes sugeblæseren for at forøge energiindholdet i den luft, der strømmer til varmepumpen. Når temperaturerne ved TCI, TC2 og TC3 samtidigt ligger under de for alle følerne indstillede værdier, starter sugeblæseren, og når det parti-25 elle vakuum ved PD1 i udblæsningskammeret 6 ligger under den indstillede forudbestemte værdi, aktiveres brænderen 1 i varmekedlen 2 via styrerelæet AY. Når temperaturen i kedelrummet 10 ved TC 3 overstiger den indstillede værdi, standser brænderen 1, og sugeblæseren 7 og varmepumpen 5 bruger den i kedelrummet akkumulerede varme, og 30 starter igen, når temperaturen er faldet til under den forudbestemte værdi. Når temperaturen i vandstrømmen ved TC 1 overstiger den indstillede værdi, standses brænderen og sugeblæseren, men varmepumpen fortsætter med at arbejde, indtil der er nået en lidt højere temperatur ved TC 1, og når temperaturen falder, bliver brænderen og suge-35 pumpen igen aktiveret. Den ved TC X i udblæsningskammeret placerede temperaturføler forhindrer, at brænderen aktiveres, når temperaturen

DK 158402B

6 er højere end den indstillede værdi. Varmepumpen 5's cirkulationspumpe arbejder kontinuerligt.

Da varmepumpen 5 til cirkulationsluften, sugeblæseren 7 og varmeked-len 2 hver startes efter tur, den ene efter den anden, nar energi-5 kravet stiger, opnås de mest favorable driftsbetingelser for anlægget. I forbindelse med en vandbærende eller vandførende varmekedel 2 og en varmepumpe 5 med opvarmning ved hjælp af vand er det hensigtsmæssigt, at vandsystemerne til kedlen 2 og pumpen 5 er forbundet i serie for at opnå en højere temperatur i det udgående vand fra var-10 meanlægget. Forbrændingsluften til varmekedlen 2's brænder 1, hvilken luft består af rumluft, kondensationstørres også af varmepumpen 5's cirkulationsluft, af hvilken grund der ikke optræder nogen kondensation på kolde kanalflader. Al kondensation af fugt, der findes i den friske luft, som indføres gennem indsugningen 12, frembringes i 15 varmepumpen 5's fordampningssektion, hvor det rene kondensat ionsvand kan opsamles og fjernes.

Den varmepumpe, som udgør en del af anlægget, kan være af konventionel type, fx som den i fig. 2 viste. Fra fordamperen 30 strømmer arbejdsmediet via en varmeveksler 31 til en kompressor 22, der har en 20 pressostat 21 via en kontraventil 32 til en koaksialkondensator 24 til varmeveksling med vand i et vandførende anlæg med indløbs- og udløbsforbindelser 27. Fra kondensatoren 24 strømmer arbejdsmediet via en modtager 25 og et filter 26 tilbage til varmeveksleren 31 og via en termostatventil 28 til fordamperen 30. Henvisningsbetegnelsen 25 29 angiver en ventilator, der er placeret i fordampningsenheden. En forgreningsledning 33, der fører til fordamperen 30, styres af en solenoideventil 23. I et varmeanlæg, der arbejder med opvarmet luft, vil kondensatorenheden 24 naturligvis have en form svarende hertil.

Dampen, der genereres i forbrændingsprocessen bringes til at k-on-30 densere i varmeveksleren og afgiver sin kondensationsenergi til cirkulationsluftstrømmen. Det sure kondensat med en pH-værdi på ca. 2,5 tappes af via et neutralisationssystem og ledes bort, hvorved der opnås en surhed med en pH-værdi på ca. 6.

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til drift af et varmeabsorptionssystem i et varmeanlæg, der arbejder med luftcirkulation, med en varmepumpe (5) til luftcirkulation, en varmeveksler (4) fra en luft-gasblanding til luft, en varmekedel (2), der drives af fossilt brændsel, og en blæ-10 ser (7), kendetegnet ved, at en delstrøm af den i varmeanlægget anvendte luft ledes til varmeveksleren (4) til varmeveksling med udefra kommende luft og med en returstrøm af cirkulationsluft, hvorved den luftstrøm, som tilføres varmepumpen (5), fordamper som varme-15 afgivelsesmedium, bringes til at passere gennem varmeveksleren (4) og i denne tilføres ny varmeenergi, og at den luftstrøm i systemet, som passerer gennem varmepumpen (5), holdes større end strømmen af udløbsluft eller strømmen af den blanding af frisk luft og gas, som udblæses eller udsuges fra varmeanlægget gennem varmeveksleren (4).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at delluftstrømmen i tilfælde af et forøget energibehov udblæses eller udsuges ved hjælp af blæseren (7).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at delluftstrømmen i tilfælde af et for-25 Øget energibehov blandes med røggasserne fra varmekedlen (2).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved, at den forøgede tilførsel af energi styres ved hjælp af forudbestemte temperaturværdier i luften i systemet. 1

5. Fremgangsmåde ifølge krav 3 og 4, kendetegnet ved, at varmekedlens (2) brænder (1) kun DK 158402B 8 startes, når temperaturen i forbrugsluften 1 varmeanlægget er lavere end en forudbestemt værdi.

5 PATENTKRAV

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 3-5, kendetegnet ved, at varmekedlens (2) brænder (1) kun 5 startes, når blæseren (7) har frembragt et .forudbestemt minimalt negativt tryk mellem blæseren (7) og varmeveksleren (4).

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 2-6 i forbindelse med vandførende varmeanlæg, kendetegnet ved, at varmekedlens (2) brænder (1) kun 10 startes, når vandtemperaturen i den vandstrøm, som forlader varmeanlægget, er faldet til under en forudbestemt indstillet værdi, og/eller udetemperaturen er faldet til tinder en forudbestemt grænseværdi .

7 DK 158402 B Det er klart, at den ovenfor givne beskrivelse kun angiver en fordelagtig udførelsesform for opfindelsen, og at der kan foretages ændringer og modifikationer af opfindelsen inden for de efterfølgende kravs rammer.

8. Varmeanlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge et hvilket som 15 helst af kravene 1-7, hvilket varmeanlæg har en varmekedel (2) til forbrænding af olie, gas eller andet fossilt brændsel, en luftvarmepumpe (5) til tilførsel af varme til et vand- eller luftførende varmeanlæg, en krydsstrømsvarmeveksler (4) til varmeveksling mellem tilført frisk luft og returluft fra varmeanlægget og luft, der ud-20 suges fra samme, samt en blæser (7), der udsuger de afkølede gasser fra varmeanlægget, kendetegnet ved, at varmeanlægget yderligere har en tilførselskanal (3) til varmeveksleren og indløbsåbninger (16, 17) til udblæsningsluft fra anlægget og røggasser fra varmekedlen, hvilken 25 kanal (3) er forbundet til varmeveksleren på den side, der er modsat blæseren (7).

9. Anlæg ifølge krav 8, hvor varmekedlen (2) og varmepumpen (5) er vandbærende, kendetegnet ved, at varmekedlens (2) vandanlæg er for-30 blindet i serie med varmepumpens (5) vandanlæg til opnåelse af en højere afgiven vandtemperatur fra anlægget. DK 158402B 9

10. Anlæg ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at hver enhed, såsom varmepumpen (5), kryds strømsvarmeveksleren (4), varmekedlen (2), varmekedlens (2) brænder (1), blæseren (7) og en styreenhed (8) til anlægget er kon-5 strueret som let udskiftelige apparatmoduler, der er monteret på en fælles understøtning (11) som en integreret enhed, der er let at sætte i drift.