FI123786B - Menetelmä ja laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi - Google Patents

Menetelmä ja laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI123786B
FI123786B FI20125455A FI20125455A FI123786B FI 123786 B FI123786 B FI 123786B FI 20125455 A FI20125455 A FI 20125455A FI 20125455 A FI20125455 A FI 20125455A FI 123786 B FI123786 B FI 123786B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
heat
heating
solar
propylene glycol
temperature
Prior art date
Application number
FI20125455A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20125455A7 (fi
Inventor
Tero Lehtinen
Original Assignee
Datasteel Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Datasteel Oy filed Critical Datasteel Oy
Priority to FI20125455A priority Critical patent/FI123786B/fi
Priority to EP13397509.4A priority patent/EP2657619B1/en
Publication of FI20125455A7 publication Critical patent/FI20125455A7/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI123786B publication Critical patent/FI123786B/fi

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/62Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • F24F11/63Electronic processing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/30Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/005Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system with recuperation of waste heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0221Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0235Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system with recuperation of waste energy
    • F24D11/0242Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system with recuperation of waste energy contained in exhausted air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0015Domestic hot-water supply systems using solar energy
    • F24D17/0021Domestic hot-water supply systems using solar energy with accumulation of the heated water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0036Domestic hot-water supply systems with combination of different kinds of heating means
    • F24D17/0042Domestic hot-water supply systems with combination of different kinds of heating means recuperated waste heat and solar energy
    • F24D17/0047Domestic hot-water supply systems with combination of different kinds of heating means recuperated waste heat and solar energy with accumulation of the heated water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F24D19/1057Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1075Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1078Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses a heat pump and solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • F24D3/005Hot-water central heating systems combined with solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • F24D3/18Hot-water central heating systems using heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/30Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/46Improving electric energy efficiency or saving
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/62Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/70Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F24F11/84Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers using valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/20Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/204Temperature of the air before heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/20Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/254Room temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/20Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/258Outdoor temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/30Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/375Control of heat pumps
    • F24H15/38Control of compressors of heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/40Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/414Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/06Solid fuel fired boiler
    • F24D2200/065Wood fired boilers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12Heat pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/14Solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16Waste heat
    • F24D2200/31Air conditioning systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/12Hot water central heating systems using heat pumps
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Description

Menetelmä ja laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitetta talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihto-5 järjestelmän ohjaamiseksi, johon järjestelmään kuuluu lämmitys- ja ilmanvaihtolaite, joka käsittää samassa kotelossa olevan lämpöpumpun, vastavirtaperiaatteella toimivan lämmönvaihtokennon, ja ainakin yhden tuloilman lämmityspatterin, sekä aurinkoke-räimet, pääenergiavaraaja ja esilämmitysvaraava, lämpöakku ja järjestelmän ohjaus-keskus.
10
Aikaisemmin aurinkoa on hyödynnetty syöttämällä auringon lämmittämää propeeni-glykoliseosta energiavaraajan aurinkokierukkaan, jolla on lämmitetty energiavaraajaa aina, kun aurinkokeräimistä on ollut saatavissa n. +7 °C energiavaraajan lämpötilaa lämpimämpää propeeniglykoliseosta. Yleensä aurinkokeräimistä saatavan propeeni-15 glykoliseoksen tulee olla vähintään +50 - +60 °C, että sitä kannattaa energiavaraajaan syöttää, koska käyttöveden lämpötilan on oltava noin 60°C. Noin kuuma minimilämpötila aiheuttaa sen, että esim. Suomessa hyödyntämiseen käytettävä aika on melko lyhyt, koska noin lämmintä propeeniglykoliseosta saadaan vain tietty aika päivästä ja vuodesta 20 .
Toinen tapa hyödyntää aurinkoenergiaa talon lämmityksessä on ollut maalämpöpum-pun keruunesteen kierrättäminen aurinkokeräimien kautta, jolloin keruunesteen lämpötila saadaan kohoamaan, ennen kuin sitä käytetään hyödyksi maalämpöpumpussa.
£2 Tässä tapauksessa maalämpöpumpun keruunesteenä joudutaan käyttämään propeeni- δ ^ 25 glykolia, joka kestää paremmin aurinkokeräinten kuumuutta, mutta kylmässä maapii- σ> S5 rissä tämä neste ei ole hyötysuhteeltaan niin hyvä, kuin maalämpöpumpuissa normaa- listi käytettävä etyleeniglykoli.
X
cc
CL
Kolmas tapa hyödyntää auringon energiaa on muuttaa se suoraan sähköksi, joka on 30 kuitenkin perustamiskuluiltaan melko kallis verrattuna saavutettuun tuottoon.
δ c\j
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on eri uusiutuvien energioiden hyödyntäminen tehokkaammin hyvällä hyötysuhteella. Pääperiaate on siirtää hyötykäyttöön uusiutuvia 2 energioita mahdollisimman paljon pelkän kiertovesipumpun ottoteholla, joka on keskimäärin 20 - 70 W/h.
Tähän tavoitteeseen päästään keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnus-5 omaista, että aurinkoenergiaa hyödynnetään neljällä eri tavalla: kun aurinkokeräimissä kiertävä propeeniglykoli on saavuttanut +8°C:n lämpötilan, sen lämpö siirretään ohjauskeskuksen lämmönvaihtimella etyleenigly-koliin, joka puolestaan kierrätetään lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteen tul oil m a-kanavassa olevan esilämmityspatterin kautta lämmittäen ulkoa tulevan tuloil-10 man kun aurinkokeräimistä tulevan propeeniglykolin lämpötila on noin +30°C, ohjauskeskus ohjaa propeeniglykolin kiertämään esilämmitysvaraajassa olevan aurinkokierukan läpi luovuttamaan lämpönsä, jonka varaajan lämpötilaa pidetään lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteen avulla alueella noin +25 - +30 °C.ssa; 15 - kun aurinkokeräimistä tulevan propeeniglykolin lämpötila on yli 60 °C, ohja uskeskus ohjaa sen päävaraajassa olevan aurinkokierukan läpi josta se johdetaan edelleen esilämmitys varaajan aurinkokierukan kautta luovuttamaan lisää lämpöä ennen sen palauttamista aurinkokeräimiin, kun molemmat varaajat ovat saavuttaneet +80°C:n lämpötilan, ohjauskeskus 20 ohjaa aurinkokennoista tulevan propeeniglykolin lämmönvaihtimensa kautta luovuttamaan lämpöä etyleeniglykoliseokseen joka on järjestetty kiertämään talon hyvin eristetyn perustuksen alle järjestetyn, maalämmön keruuputkista muodostetun lämpöakun kautta kaksinkertaisella nopeudella propeeniglykolin virtausnopeuteen nähden, jolloin samalla estetään kiehuminen ja vaurioitumi-co o 25 nen aurinkokeräimissä, ja lämpöakussa auringon energia otetaan talteen, josta o) kyseinen lämpö ohjataan talvikauden pakkasilla tuloilman lämmittämiseen i >- kierrättämällä propeeniglykoli lämpöakun ja lämmitys-ilmanvaihtolaitteessa x olevan esilämmityspatterin kautta.
CL
LO
j<+ 30 Keksinnön mukaisella menetelmällä järjestelmän ohjauskeskus ohjaa auringosta saa- ^ tavan energian aina lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän siihen yksikköön missä au- cvj rinkokeräimistä tulevan propeeniglykolin lämpöä pystyy parhaiten hyödyntämään.
3 Järjestelmään kuuluvassa lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteessa lämpöpumpun höyrystin kerää ensin talosta poistuvasta lämpimästä ilmasta lämpöä talteen, joka lämpöpumpun lauhduttimen yhteydessä olevan lämmönvaihtimen kautta siirretään jäijestelmän läm-pövaraajiin, ja höyrystimen jälkeisen jäteilman lämpötila on tällöin keskimäärin alu-5 eella +2 - +5°C ja johdetaan vastavirtaperiaatteella toimivan lämmönvaihtokennon läpi, ja ulkoa tuleva tuloilma johdetaan lämmityskaudella lämmönvaihtokennon ohi, jos ulkoilma on höyrystimen jälkeistä jäteilmaa lämpimämpi ja lämmönvaihtokennon läpi kun ulkoilma on höyrystimen jälkeistä jäteilmaa kylmempi, ja hellejaksolla ulkoa tuleva tuloilma viilennetään johtamalla sen lämmönvaihtokennon kautta.
10
Auringon lämpöä voidaan tarpeen mukaan ohjata tuloilman kautta talon lämmitykseen lämmittämällä tuloilmaa välillä +8 - +35 C astetta.
Ohjain vertaa ulkolämpötilaa, sisälämpötilaa sekä esilämmitysvaraajaa ja määrittää, 15 koska on oikea hetki kääntää auringosta saatava lämpöenergia menemään esilämmi-tysvaraajaan. Esilämmitysvaraajaan ohjataan yleensä jo noin +30 asteinen aurinko-lämpö. Kahden varaajan tarkoitus on nimenomaan se, että esilämmitysvaraaja pidetään lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteella vain n. +25 - +30 asteisena. Tällöin esilämmi-tysvaraajassa on ’’tilaa” auringon lämmölle tai esim. vesitakan lämmölle, eli kumpaa-20 kin voidaan hyödyntää paremmalla hyötysuhteella.
Sinä aikana vuodesta, kun ulkoilman lämpötila on yli -2°C, laitteen logiikka sammuttaa lämpöpumpun kompressorin kun pääenergiavaraajan lämpötila on tarvittavassa +55 - +60°C :ssa, jolloin pelkästään lämmönvaihtokennon avulla ulkoa tuleva tuloilma
CO
o 25 lämpiää tarvittavalle tasolle eli noin 18°C;seen ilman lämpöpumpun sähköenergian σ> kulutusta, o i x Keksinnön mukaisessa järjestelmässä talon vesikiertoinen lattialämmitys ja lämmin käyttövesi ottavat lämpöenergiansa järjestelmän energiavaraajista, jotka vuodenajasta 30 riippuen saavat lämpöenergiansa lämpöpumpun lämmönvaihtimesta ja/tai aurinko-
C\J
£ kennoista ja mahdollisesti vesikierrolla esilämmitysvaraajaan kytketystä vesitakasta.
CM
Lattialämmitys ottaa energiansa ensisijaisesti esilämmitysvaraajasta ja lämpimän käyttöveden saamiseksi vesijohtovesi johdetaan ensin esilämmitys varaajassa olevan käyt 4 töveden esilämmityskierukan läpi ja sen jälkeen päävaraajassa olevan käyttö-vesikierukan läpi.
Energiavaraajien pohjaosasta lauhduttimen lämmönvaihtimeen palaava kiertovesi joh-5 detaan automaattitermostaatin ohjaamana tarvittaessa ainakin osittain laitteen tuloil-makanavassa olevan jälkilämmityspatterin kautta, niin, että tuloilma on ilmanvaihdon suositusten mukaisesti noin 3°C huoneilmaa viileämpi..
Tul oi lm an viilentämiseksi hellejaksolla, jolloin lämpöpumpun kompressori on pysäh-10 dyksissä, tuloilmakanavassa olevaan esilämmityspatteriin johdetaan etyleeniglykolia järjestelmään etyleeniglykolipiiriin liitettävästä maapiiristä ohjauskeskuksen ohjaamana.
Keksinnön mukaiselle laitteelle talon lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaami-15 seksi on tunnusomaista, että ohjauskeskus on: - kiertovesipumpulla varustetun propeeniglykolipiirin välityksellä kytketty aurinkoke-r äimiin; - kiertovesipumpulla ja elektromagneettisilla 3-tieventtiileillä varustetun etyleenigly-kolipiirin välityksellä lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteen tuloilmakanavassa olevaan 20 esilämmityspatteriin, joka etyleeniglykolipiiri on saatettavissa lämmönvaihtoyhteyteen propeeniglykolipiirin kanssa ohjauskeskuksen lämmönvaihtimen avulla elektronisen ohjaimen ohjaamana kun auringosta saatava lämpö on noin +7°C korkeampi kuin tu-loilman lämpötila; - propeeniglykolipiirin välityksellä esilämmitysvaraajassa olevaan aurinkokierukkaan, co o 25 joka propeeniglykolipiiri on elektronisen ohjaimen ohjaaman kiertovesipumpun ja o) elektromagneettisen 3-tieventtiilin ja termisen 3-tieventtiilin kautta kytkettävissä au- i
>- rinkokeräimien propeeniglykolipiiriin, kun auringosta saatava lämpö on noin +7°C
x korkeampi kuin esilämmitysvaraajan lämpötila;
CL
- propeeniglykolipiirin välityksellä päävaraajassa olevaan aurinkokierukkaan ja siitä ^ 30 esilämmitysvaraajassa olevaan aurinkokierukkaan, joka propeeniglykolipiiri on elekt- ^ ronisen ohjaimen ohjaaman kiertovesipumpun ja elektromagneettisen 3-tieventtiilin ja cvj termisen 3-tieventtiilin kautta kytkettävissä aurinkokeräimien propeeniglykolipiiriin, kun auringosta saatava lämpö ylittää +60°C; ja 5 . etyleeniglykolipiirin välityksellä talon alla olevaan lämpöakkuun, joka etyleenigly-kolipiiri on yhdistetty ohjauskeskuksen lämmönvaihtimeen (V) elektronisen ohjaimen ohjaaman kiertovesipumpun ja elektroniset 3-tieventtiilit käsittävän piirin etyleeniglykolipiirin kautta, kun auringosta saatava lämpö ylittää +80°C, jolloin kiertovesi-5 pumppu on saatettu pyörimään ainakin kaksinkertaisella nopeudella aurinkokennojen propeeniglykolipiiriin kuuluvan kiertovesipumpun nopeuteen nähden.
Järjestelmän esilämmitysvaraajan tilavuus on noin kaksinkertainen päävaraajan tilavuuteen nähden, jolloin esilämmitysvaraaja pystyy vastaanottamaan vielä enemmän 10 aurinkokeräimistä tai esimerkiksi vesitakasta tulevaa ylimääräistä lämpöä, joka vesi-takka voi latausryhmällä varustetun vesikierron avulla olla liitettynä esilämmitysva-raajaan.
Järjestelmän lämpöakkuun johtava etyleeniglykolipiiri on myös yhdistetty maapiiriin, 15 joka 3-tieventtiilien ohjaamana on saatettavissa yhteyteen lämmitys- ja ilmanvaihto-laitteen tuloilmakanavassa olevan esilämmityspatterin kanssa, kun elektronisen ohjaimen mittaama ulkolämpötila on suurempi kuin sisälämpötila.
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisiin piirustuksiin viita-20 ten, joissa kuv. 1 esittää kaaviokuvana esimerkkiä keksinnön mukaisesta hybridi lämmitys-ja ilmanvaihtojärjestelmästä, kuv. 2 esittää kaaviokuvaa järjestelmään kuuluvasta ohjauskeskuksesta, kuv. 3 esittää suurennettua kaaviokuvaa järjestelmän lämmitys- ja ilmanvaihto-co δ 25 laitteesta kuvion 1 mukaisessa suunnassa ia c\j δ kuv. 4 esittää kuvion 3 lämmitys- ja ilmanvaihtolaitetta vasemmalta.
i x Kuviossa 1 esitettyyn lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmään kuuluu lämmitys- ja il-
CL
manvaihtolaite 2, joka käsittää samassa kotelossa olevan lämpöpumpun, vastavirtape-m 30 riaatteella toimivan lämmönvaihtokennon 37, tuloilman esilämmityspatterin 8 ja jälki- ^ lämmityspatterin 7 ja lämpöpumpun lauhduttimessa olevan lämmönvaihtimen 6, joka cvj laite pystyy hyödyntämään suoraan eri energialähteitä. Lisäksi järjestelmään kuuluu aurinkokeräimet 3, pääenergiavaraaja 14 ja esilämmitysvaraaja 15, joka on tilavuudel 6 taan noin puolet isompi kuin pääenergiavaraaja 14, maalämmön keruupiirin 5 ja talon pohjaperustuksiin maalämmön keruuputkella rakennettu lämpöakku 4. Järjestelmään kuuluu myös esilämmitysvaraajaan 15 latausryhmällä varustetulla vesikierrolla liitetty, puuta tai pellettejä polttava vesi takka 19.
5 Lämmitys- ja ilmanvaihtolaite ottaa talon sisältä poistuvasta ns. jäteilmasta mahdollisimman paljon lämpöenergiaa talteen, siirtäen talteen otetun energian kokonaan ve-denlämmönvaihtimella 6 pääenergiavaraajaan 14. Kun energiavaraajasta 14 takaisin lämmönvaihtimelle 6 palaavan veden lämpötila ylittää yli +55°C, terminen venttiili 11 10 avautuu sen verran, että päävaraajasta 14 suoraan lämmönvaihtimelle 6 palaava vesi säilyttää lämpötilan +55°C. Yli +55 asteinen vesi ohjautuu lämmittämään esilämmi-tysvaraajaa 15. Kun esilämmitysvaraajan 15 alaosa on +27 asteinen, elektromagneettinen venttiili 24 sulkee kierron päävaraajasta 14 esilämmitysvaraajaan 15. Tällä tavoin esilämmitysvaraajassa 15 säilyy sellainen lämpötila, joka on hyödyksi esilämmit-15 tämään lämmintä käyttövettä, ennen kuin se menee päävaraajaan 14. Esilämmitysva-raaja 15 lämmittää tai esilämmittää myös aina lattiakierron 18 vettä tilanteen mukaan.
Lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteessa 2 ei ole lainkaan sähkövastuksia. Päävaraajan 14 sähkövastus 34 on säädetty lämpöpumpun 2 tuottamaa lämpöä muutaman asteen vii- 20 leämmäksi, siten sähkövastus 34 menee päälle vasta, mikäli lämpöpumpun 2 tuottama teho ei riitä. Esilämmitysvaraajan 15 sähkövastus 35 on säädetty vain noin +24°C:seen, joten esilämmitysvaraajaakin 15 lämmittää ensisijaisesti aurinkokeräimet 3, toissijaisesti vesitakka 19, kolmantena vasta lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteen 2 lämpöpumppu ja viimeisenä vasta sähkövastus 35 ja sekin vain tuohon +24°C:seen co o 25 asti. Tällä järjestelyllä esilämmitysvaraajassa 15 on varaustilaa aurinkokeräimien 3 ja
CM
ch vesitakan 19 tuottamalle lämpöenergialle. Kahden varaajan lämpöenergiakapasiteetti T- riittää myös suurimman osan vuodesta lämmittämään taloa yön yli ns. puskurivaras- x tallaan, jonka jälkeen taas voidaan varaajat ladata päivän aikana joko aurinkoenergiat-
CL
la tai vesitakalla. Näin menetellen lämpöpumpun 2 pienikin ottoteho, noin 0,55 kwh m 30 säästetään päivittäin ja sähkön säästö maksimoituu.
CM
δ
CNJ
Kesähelteellä lämpöpumpun tuloilman ohjauksen säätöpelti 36 ohjaa tul oi lm an läm-mönvaihtokennon 37 kautta, jolloin liian lämmin ulkoilma viilenee höyrystimen 38 7 jälkeisellä jäteilmalla. Viilennystä ja säätöpeltiä 36 ohjaa lämpöpumpun 2 säätölogiik-ka 39 huoneiston sisälämpötila-anturin 29 ja ulkolämpötila-anturin 31 tiedoilla. Myös helteellä, viilennystoiminnon aikana lämpöpumpun talteen ottama energia menee kokonaan päävaraajaan 14. Kun päävaraaja 14 on täynnä, n. +56 - +60°C:nen ja esiläm-5 mitysvaraaja 15 n. +27°C:nen, sammuu lämpöpumpun kompressori 41. Tällöin ohjauskeskus 1 antaa käskyn kiertovesipumpulle Y sekä elektromagneettiselle venttiilille 16 aloittaa viilennys maapiiriä 5 hyväksikäyttäen. Tällöin talon viilennykseen kuluu vain kiertovesipumpun Y kuluttama sähkö, joka on vain 1/10 osa lämpöpumpun otto-tehosta, vaikka sekin on pieni. Viilennykseen käytetään lämpöpumppua vain silloin, 10 jos tarvitaan energiavaraajan lämmittämistä. Muulloin viilennys tapahtuu vain kierto-vesipumpun Y ottoteholla.
Lämmityskaudella tuloilman ohjauspelti 36 ohjaa aina tuloilman lämmönvaihtoken-non 37 kautta, mikäli ulkoilma on höyrystimen 38 jälkeistä jäteilmaa viileämpää. Jos 15 esimerkiksi höyrystimen 38 jälkeisen jäteilman lämpötilan on +5 °C ja ulkoilman -1 °C, tuloilma lämpenee lämmönvaihtokennossa 37 lähes 4 astetta. Toisessa esimerkissä oletetaan, että on keskitalvi (joulukuu), joten auringosta ei saada lämpöä esilämmitys-patteriin 8. Lämpötilat edellisen esimerkin mukaiset, jäteilman ollessa +5 °C ja ulkoilman ollessa -25 °C. Tuloilma lämpenee lämmönvaihtokennossa 37 noin 22 astetta, 20 joten tuloilma on enää n. -3 °C, ennen kuin se menee lämpöakkupiirin 4 lämmittämäl-le esilämmityspatterille 8, jossa tuloilma parhaimmillaan voi lämmetä jopa +14 °C:seen, jolloin jälkilämmityspatterille tarvitaan varaajasta enää vain +5 °C energiaa. Esimerkkitapauksessa huoneilman ollessa + 21°C, jäteilma viilenee höyrystimessä 38 ja lämmönvaihtokennossa 37 yhteensä 35°C, jolloin jäteilma on -14°C. Poistoilmasta o 25 saadaan lämpöenergiaa talteen seuraavasti. Talteen otettu ΔΤ 35 °C kerrotaan poistu- g van ilman määrällä n. 70 1/s (keskimäärin nykyään normitalossa) ja vielä poistuvan i- ilman keskimääräisellä ilmantiheyskertoimella 1,2 = 35 x 70 x 1,2 = 2940 W/h. Vas- x taavasti tuloilman lämmittämiseen vaaditaan esimerkin tilanteessa energiavaraajasta 5
CL
astetta. Koska talo pitää hieman olla alipaineinen (-70/+65 1/s), laskukaava menee näin ^ 30 = 5 x 65 x 1,2 = 390 W/h. Ilmanvaihdon nettohyöty on siis 2940 - 390 = 2550 W/h., c\j δ c\j
Vertailu sellaiseen poistoilmalämpöpumppuun, jossa ei ole lämmönvaihtokennoa, sen jäteilma jälkimmäisen esimerkin uiko- ja sisälämpötiloilla on keskimäärin 0 °C, joi- 8 loin jäteilmasta saatava hyöty 21 astetta = 21x 70 x 1,2 = 1764 W/h. Vastaavasti tu-loilman lämmitys suositeltuun +18 °C:seen vaatii energiaa 43 °C astetta (ulkol. -25 ja sisäänpuhallus +18 °C) = 43 x 65 x 1,2 = 3354 W/h eli lähes kymmenen kertaa enemmän, kuin mitä esillä olevan keksinnön mukainen järjestelmä vaatii tuossa tilan-5 teessä tuloilman lämmitykseen. Vaikka tuloilma lämpenisi esilämmityspatterissa 8 vain keskimäärin +5-+10 asteiseksi, esim. +7 asteiseksi. Energian kulutus varaajasta olisi silloin 18-7= 11 C x 65 x 1,2 =858 W/h. Se on noin neljä kertaa vähemmän, jos verrataan vastaavan kokoiseen poistoilmalämpöpumppuun = 3354 W/h.
10 Mikäli tuloilman lämmitykseen on saatavissa aurinkokeräimistä enemmän lämpöä kuin lämpöakusta, silloin esilämmityspatteriin 8 johdetaan auringon lämpöä ja jälki-lämmityspatterille 7 ei tarvita lainkaan energiaa energiavaraajasta 14. Eli talvellakin hyödynnetään lämpöenergioita aina kiertovesipumpuilla Y ja R, kun se vain on mahdollista.
15
Lisävarusteena mahdollisesti hankittava vesitakka 19 sisältää oman latausryhmän. Vesitakka 19 lämmittää esilämmitysvaraajaa 15, koska se on viileämpi, kuin pääläm-mitysvaraaja 14. Tällä tavalla myös vesitakasta 19 saadaan enemmän hyötyä paremman hyötysuhteen ja varaajan 15 suuremman varauskapasiteetin ansiosta. Mikäli vesi-20 takka 19 tai aurinkokeräimet 3 lämmittävät esilämmitysvaraajan 15 lämpimämmäksi, kuin mitä lattialämmitys 18 vaatii, silloin nelitieventtiili 10 ohjaa energian lattialäm-mitykseen 18 pelkästään esilämmitysvaraajasta 15. Eli silloin talo lämpenee vain joko aurinkoenergialla 3 tai vesitakalla 19. =uusiutuvilla energioilla.
co o 25 Kun auringosta on saatavissa yli +60 asteista energiaa, se ohjataan kuumempaan pää- g varaajaan 14, josta keruuneste jatkaa esilämmitysvaraajaan 15 viileten siellä lisää.
Tällöin saadaan taas aurinkokeräimistä 3 parempi hyötysuhde. Aurinkokeräimien an-x netaan lämmittää molemmat varaajat 14, 15 maksimissaan +80 asteiseksi, jonka jäi- keen aurinkokeräinjärjestelmän 3 kiehuminen estetään kierrättämällä kuumaa pro-30 peeniglykolinestettä lämpöakun 4 keruupiiriin lämmönvaihtimen V kautta siten, että ^ lämpöakkupiirin 4 etyleeniglykolinestettä kierrätetään tuplanopeudella aurinkopiiriin C\l propeeniglykolinesteen nopeuteen t nähden. Tällä saavutetaan se, että lämpöakun 4 piiriin ei mene liian lämmintä nestettä ja lämpöakkupiirin putkistovaurioilta säästy- 9 tään. Lämmön siirtäminen talon alle lämpöakkuun 4 säilöö tavallaan kesän lämpöä talven varalle. Ensimmäisten pakkasten saavuttua tätä lämpöä sitten vedetään tuloil-man lämmitykseen esilämmityspatterille 8. Esilämmityspatterille 8 saatava lämpö-energia lämpöakusta 4 on talon ilmanvaihdon määrästä ja ulkoilmasta riippuen n. 1 -5 5 kWh.
Uutta, lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteessa on toimintatapa, jolla on saatu yhdistettyä vastavirtaperiaatteeseen perustuva lämmönvaihtokenno 37 toimimaan aina oikeaan aikaan yhdessä lämpöpumpun sekä esilämmitys- 8 jajälkilämmityspatterien 7 kanssa. 10 Lämpöpumpun höyrystin 38 kerää ensin talosta poistuvasta (yleensä n. +22 C astetta) lämpimästä ilmasta lämpöä talteen, jonka jälkeen jäteilma on keskimäärin +2 - +5 C asteista. Lämmityskaudella ulkoa tuleva raitisilma ohittaa lämmönvaihtokennon 37, mikäli ulkoilma on höyrystimen jälkeistä jäteilmaa lämpimänpää, ja menee kennon 37 kautta, kun ulkoilma on höyrystimen jälkeistä jäteilmaa kylmenpää, jolloin jäteilma 15 lämmittää ulkoa tulevaa pakkasilmaa. Joten lämmönvaihtokennoa käytetään aina, kun sen avulla voidaan joko lämmittää tai viilentää huoneistoon tulevaa ulkoilmaa, kulloisenkin tarpeen mukaan. Lämmityskaudella lämmitetään ja hellejaksolla viilennetään tuloilmaa. Yli puoli vuotta vuodesta, keväästä syksyyn on paljon sellaista aikaa, jolloin ulkoilma on -2 - +16 °C asteista ja lämpöpumppu lämmittää energiavaraajan tar-20 vittavaan +55 - +60 °C asteeseen. Tällöin laitteen säätölogiikan 39 kannattaa sammuttaa lämpöpumpun kompressori 41, jolloin hyvällä hyötysuhteella varustettu lämmönvaihtokenno 37 pystyy lämmittämään tuloilman tarvittavalle tasolle ilman sähköenergian kulutusta. Koska nykyisin 90 % taloista on varustettu vesikiertoisella lattialäm- mityksellä 18, kaikki lämpöenergia talon lämmitykseen ja lämmin käyttövesi tehdään co o 25 energiavaraajien 14, 15 kautta. Siksi lämmityslaitteen kompressoria 41 ei tarvitse pitää g käynnissä, jos energiavaraaja 14 on täynnä. Mikäli varaajaan 14, 15 tulee myös jon- kun muun energian, esim. auringon 3, vesitakan 19 ansiosta täyteen, +55 - +60 °C x asteeseen, kompressori 41 sammuu ja sähköenergiaa ei kulu. Järjestelmään kuuluvissa energiavaraajissa 14, 15 ei ole legionellabakteeri vaaraa, koska lämmin käyttövesi 30 tehdään kampakuparikierukoilla 22, 23, ja tällöin seisovaa lämmintä vettä ei käytän-^ nössä ole. Kun lämpöpumpun kompressori 41 on sammuksissa, ulkoa tuleva -2-+16
CM
°C raitisilma lämpiää ilman sähkönkulutusta pelkällä lämmönvaihtokennolla 37 tu-loilmalle suositeltuun lämpötilaan, keskimäärin +18 - +19 C. Kesän hellejakson aika- 10 na, lämmönvaihtokenno kuivaaja viilentää tarvittaessa ulkoa tulevaa ilmaa yli 10 °C asteella. Joten laitteessa on myös viilennysmahdollisuus, eikä sitä tarvitse tehdä kyl-mäainejärjestelmää rasittavilla, painesysäyksiä aiheuttavilla nelitieventtiileillä, joiden käyttö vaatii myös turhia kompressorin 41 pysäytyksiä. Em. syystä lämpöpumpun 5 koneikko saadaan myös mahdollisimman varmatoimiseksi ja pitkäikäiseksi.
Lämpöpumpun hyötysuhde on sitä parempi, mitä viileämpää vettä lämpöpumpun lauhdutin saa. Siksi tuloilman jälkilämmitys tapahtuu energiavaraajan 14, 15 alaosasta palautuvalla viileämmällä vedellä. Varaajan 14, 15 alaosa on siksi viileämpää, koska 10 alaosaan palautuu lattiaverkoston 18 paluuvesi. Talvella paluuvesi on noin +30 - +35 asteista. Sen sekoituttua varaajan 14, 15 alaosan veteen, sekoittunut noin +40 asteinen vesi palaa lämmönvaihtimelle 6 ja jos tuloilman jälkilämmitystarvetta on, osa paluu vedestä ohjautuu automaattitermostaatin ohjaamana jälkilämmityspatterille 7, jossa paluuvesi osaltaan viilenee vielä lisää. Tällöin lämpöpumpun veteen lauhduttimelle 15 palautuu mahdollisimman viileä vesi ja lämpöpumpun hyötysuhde kasvaa.
Em. automaattitermostaatilla voidaan ohjata automaattisesti jälkilämmityspatterille 7 vain se määrä lämmintä vettä, että tuloilma on ilmanvaihdon suositusten mukaisesti noin 3 astetta huoneilmaa viileämpää. Tällä tavalla saadaan koko huoneen ilmamäärä 20 vaihdettua, koska tuloilma virtaa myös huoneessa alaspäin. Paremman ilmanvaihdon lisäksi huoneilman suhteellinen kosteus pysyy myös parempana. Tämä on tärkeää terveellisen huoneilman saamiseksi myös talvilämmityskaudella, jolloin huoneilma pyrkii usein kuivamaan liikaa, joka taas voi aiheuttaa hengitystie-elimien sairauksia.
Uudessa järjestelmässä tuloilman lämpötila voidaan säätää mieleisekseen ja pysymään co 0 25 1-2 asteen tarkkuudella stabiilina. Markkinoilla olevissa laitteissa, joiden tuloilman
CM
g lämmitys hoidetaan pelkästään lämpöpumpun kuumakaasulla toimivalla lauhduttimel- -r- la, tuloilman lämpötilaa ei voida säätää halutuksi lainkaan. Niissä tuloilman lämpötila 1 voi vaihdella todella rajusti. Ulkoilman ollessa keväällä esim. +5 C, tuloilman lämpö-
CL
tila voi vaihdella +5 ja +40 välillä.
LO
10 ->A 30
LO
>- Viilennys maapiirillä 5 tapahtuu siten, että elektroninen ohjain AI mittaa sisälämpöti-
CNJ
laa anturilla 29, vertaa sitä ulkolämpötila-anturin 31 arvoon ja antaa käskyn elektromagneettisille venttiileille 16 ja X ohjata etyleeniglykolineste maapiirin (5) kautta, 11 samanaikaisesti antaen käskyn elektromagneettiselle venttiilille W suunnata kyseinen neste esilämmityspatterille 8 viilentämään tuloilmaa.
Ohjainkeskuksen 1 elektroninen ohjain AI mittaa aurinkokeräimien 3 lämpöanturin 5 28 lämpötilaa lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteen 2 tuloilmakanavassa olevan lämpöan turin 32 lämpötilaan. Mikäli aurinkolämpöä on saatavissa auringosta +7 astetta enemmän kuin mitä on tuloilman lämpötila anturin 32 mittaamana, ohjain AI käynnistää kiertovesipumput R ja Y sekä käyttää elektromagneettiset venttiilit X ja W siten, että maapiirin neste kiertää vain esilämmityspatterin 8 kautta ohittaen maa- ja lämpö-10 akkupiirin 4, 5. Kun aurinkokeräimistä 3 saatava lämpö ei vielä riitä lämmittämään esilämmitysvaraajaa 15, hyödynnetään +8 - +30 asteista lämpöä tuloilman lämmitykseen siirtäen lämpö lämmönvaihtimen V avulla lämpöakkupiirin 4 keruunesteeseen ja sen mukana esilämmityspatterille 8 lämmittämään tuloilmaa. Ohjain AI mittaa lämpötiloja kahden minuutin välein. Jos lämpöanturin 28 lämpötila on vain +2 astetta läm-15 pimämpää, kuin anturin 32 lämpötila, ohjain AI sammuttaa kiertovesipumput R ja Y.
Kun kiertovesipumput R ja Y ovat käynnissä, ohjain AI mittaa anturin 28 lämpöä ja kun se ylittää +7 asteella esilämmitysvaraajan 15 lämpötilan, silloin auringosta saatava lämpö on n. +30 - +60 asteista. Tuo lämpö on esilämmityspatterille 8 ohjattavaa 20 lämpöä lämpimämpää, mutta ei vielä pääenergiavaraajaan 14 riittävän kuumaa, se ohjataan esilämmitysvaraajaan 15 elektromagneettisen venttiilin S ohjaamana. Aurinko energia tällöin lämmittää sekä lattialämmitystä 18 että lämmintä käyttövettä käyttö vesikiemkassa 23.
co δ 25 Kun auringosta saatava lämpö ylittää +60 astetta, se siirretään suoraan päävaraajaan
CM
g 14 elektromagneettisen venttiilin S ja termisen venttiilin T kautta, josta loppulämpö kierrätetään esilämmitysvaraajaan 15 ja sieltä takaisin aurinkokeräimille 3. x
X
CL
Ohjainkeskuksen elektronin ohjain AI vertaa aurinkokeräinten anturin 28 lämpötilaa 30 esilämmitysvaraajan anturin 27 lämpötilaan. Mikäli molemmat ovat yli +80 astetta, ^ auringosta saatava lämpö siirretään talon alla olevaan lämpöakkuun 4 elektromagneet-
CM
tisen venttiilin S kautta lämmönvaihtimelle V kiertovesipumpulla R. Tällöin kierto-vesipumppua Y pyöritetään kaksinkertaisella nopeudella kiertovesipumppuun R näh- 12 den, jolloin maapiiriin 5 menevä neste on noin 50 astetta viileämpää, kuin aurinkoke-räimistä 3 lämmönvaihtimelle V tuleva neste. Tällä nesteiden virtausnopeuden erolla suojellaan liian lämpimän nesteen ajamista lämpöakkuun 4. Mikäli lämpöanturilla 46 mitattu lämpöakkupiiriin menevän nesteen lämpötila saavuttaa 70 % putkiston mak-5 simi lämpötilasta, sammutetaan kiertovesipumput R ja Y putkiston suojelutoimenpiteenä.
Päivän painuessa iltaan em. koko prosessi menee päinvastaisessa järjestyksessä auringon lämmön tuottamisen osalta pois.
10
Kun auringon energiaa hyödynnetään edellä mainituilla neljällä eri tavalla, auringosta saatava hyöty talon ja käyttöveden lämmittämiseen 2-3 kertaistuu vuoden aikajaksolla mitattuna.
co δ c\j σ> o
X
IX
Q.
m m m
CvJ
δ cu

Claims (11)

13
1. Menetelmä talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi, johon järjestelmään kuuluu lämmitys- ja ilmanvaihtolaite (2), joka käsittää samassa 5 kotelossa olevan lämpöpumpun, vastavirtaperiaatteella toimivan lämmönvaihtokennon (37), ja ainakin yhden tuloilman lämmityspatterin (7, 8), sekä aurinkokeräimet (3), pääenergiavaraaja (14) ja esilämmitysvaraava (15), lämpöakku (4) ja järjestelmän ohjauskeskus (1), tunnettu siitä, että aurinkoenergiaa hyödynnetään neljällä eri tavalla: 10. kun aurinkokeräimissä (3) kiertävä propeeniglykoli on saavuttanut +8°C:n lämpötilan, sen lämpö siirretään ohjauskeskuksen (1) lämmönvaihtimella (V) etyleeniglykoliin, joka puolestaan kierrätetään lämmitys- ja ilmanvaihtolait-teen (2) tuloilmakanavassa olevan esilämmityspatterin (8) kautta lämmittäen ulkoa tulevan tuloilman; 15. kun aurinkokeräimistä (3) tulevan propeeniglykolin lämpötila on noin +30°C, ohjauskeskus (1) ohjaa propeeniglykolin kiertämään esilämmitysvaraajassa (15) olevan aurinkokierukan (20) läpi luovuttamaan lämpönsä, jonka varaajan (15) lämpötilaa pidetään lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteen (2) avulla alueella noin +25 - +30 °C.ssa; 20. kun aurinkokeräimistä (3) tulevan propeeniglykolin lämpötila on yli 60 °C, oh jauskeskus (1) ohjaa sen päävaraajassa (14) olevan aurinkokierukan (21) läpi josta se johdetaan edelleen esilämmitysvaraajan (15) aurinkokierukan (20) kautta luovuttamaan lisää lämpöä ennen sen palauttamista aurinkokeräimiin (3), co 25. kun molemmat varaajat (14, 15) ovat saavuttaneet +80°C:n lämpötilan, ohja- c\j σ> uskeskus (1) ohjaa aurinkokennoista (3) tulevan propeeniglykolin lämmön- o i T- vaihtimensa (V) kautta luovuttamaan lämpöä etyleeniglykoliseokseen joka on x järjestetty kiertämään talon hyvin eristetyn perustuksen alle järjestetyn, maa- CL lämmön keruuputkista muodostetun lämpöakun (4) kautta kaksinkertaisella 30 nopeudella propeeniglykolin virtausnopeuteen nähden, jolloin samalla esteri tään kiehuminen ja vaurioituminen aurinkokeräimissä, ja lämpöakussa aurin- ^ gon energia otetaan talteen, josta kyseinen lämpö ohjataan talvikauden pakka- 14 silla tuloilman lämmittämiseen kierrättämällä propeeniglykoli lämpöakun (4) ja lämmitys-ilmanvaihtolaitteessa (2) olevan esilämmityspatterin (8) kautta.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitys- ja 5 ilmanvaihtolaitteen (2) lämpöpumpun höyrystin (38) kerää ensin talosta poistuvasta lämpimästä ilmasta lämpöä talteen, joka lämpöpumpun lauhduttimen yhteydessä olevan lämmönvaihtimen (6) kautta siirretään järjestelmän lämpövaraajiin (14, 15), ja höyrystimen (38) jälkeisen jäteilman lämpötila on tällöin keskimäärin alueella +2 -+5°C ja johdetaan vastavirtaperiaatteella toimivan lämmönvaihtokennon (37) läpi, ja 10 ulkoa tuleva tuloilma johdetaan lämmityskaudella lämmönvaihtokennon (37) ohi, jos ulkoilma on höyrystimen (38) jälkeistä jäteilmaa lämpimämpi ja lämmönvaihtokennon (37) läpi kun ulkoilma on höyrystimen (38) jälkeistä jäteilmaa kylmempi, ja hellejaksolla ulkoa tuleva tuloilma viilennetään johtamalla sen lämmönvaihtokennon (37) kautta.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sinä aikana kun ulkoilman lämpötila on yli -2°C, laitteen logiikka (39) sammuttaa lämpöpumpun kompressorin (41) kun pääenergiavaraajan (14) lämpötila on tarvittavassa +55 -+60°C:ssa, jolloin pelkästään lämmönvaihtokennon (37) avulla ulkoa tuleva tuloilma 20 lämpiää tarvittavalle tasolle eli noin 18°C;seen ilman sähköenergian kulutusta.
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että talon vesikiertoinen lattialämmitys (18) ja lämmin käyttövesi ottaa lämpöenergiansa järjestelmän energiavaraajista (14, 15), jotka vuodenajasta riippuen saavat lämpöener-oo o 25 giansa lämpöpumpun lämmönvaihtimesta (6) ja/tai aurinkokennoista (3) ja mahdolli- g sesti vesikierrolla esilämmitysvaraajaan (15) kytketystä vesitakasta. (19).
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpimän käyt- CC CL töveden saamiseksi vesijohtovesi johdetaan ensin esilämmitysvaraajassa (15) olevan 30 käyttöveden esilämmityskierukan (23) läpi ja siitä päävaraajassa (14) olevan käyttö-^ vesikierukan (22) läpi. CVJ 15
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että energiavaraajien (14,15) pohjaosasta lauhduttimen lämmönvaihtimeen (6) palaava kiertovesi johdetaan automaattitermostaatin ohjaamana tarvittaessa ainakin osittain laitteen (2) tuloilmakanavassa olevan jälkilämmityspatterin (7) kautta, niin, että tulo- 5 ilma on ilmanvaihdon suositusten mukaisesti noin 3°C huoneilmaa viileämpi.
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, tu-loilman viilentämi seksi hellejaksolla jolloin lämpöpumpun kompressori (41) on pysähdyksissä, tuloilmakanavassa olevaan esilämmityspatteriin (8) johdetaan etyleeni- 10 glykolia järjestelmän etyleeniglykolipiiriin liitettävästä maapiiristä (5) ohjauskeskuk sen (1) ohjaamana.
8. Laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi, johon järjestelmään kuuluu lämmitys- ja ilmanvaihtolaite (2), joka käsittää samassa kotelos- 15 sa olevan lämpöpumpun, vastavirtaperiaatteella toimivan lämmönvaihtokennon (37), sekä ainakin yhden tuloilman lämmityspatterin (7, 8), sekä aurinkokeräimet (3), pää-energiavaraaja (14) ja esilämmitysvaraava (15), lämpöakku (4) ja järjestelmän ohjaus-keskus (1), tunnettu siitä, että ohjauskeskus (1) on: - kiertovesipumpulla (R) varustetun propeeniglykolipiirin (E, G) välityksellä kytketty 20 aurinkokeräimiin (3); - kiertovesipumpulla (Y) ja elektromagneettisilla 3-tieventtiileillä (X,W) varustetun etyleeniglykolipiirin (C,A,M,D) välityksellä lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteen (2) tuloilmakanavassa olevaan esilämmityspatteriin (8), joka etyleeniglykolipiiri (C,A,M,D) on saatettavissa lämmönvaihtoyhteyteen propeeniglykolipiirin (E,G) kanssa ohjaus-co o 25 keskuksen (1) lämmönvaihtimen (V) avulla elektronisen ohjaimen (AI) ohjaamana CM eri kun auringosta saatava lämpö on noin +7°C korkeampi kuin tuloilman lämpötila; T- - propeeniglykolipiirin (I, J) välityksellä esilämmitysvaraajassa (15) olevaan aurinko- x kierukkaan (20), joka propeeniglykolipiiri (I, J) on elektronisen ohjaimen (AI) oh- jaaman kiertovesipumpun (U) ja elektromagneettisen 3-tieventtiilin (S) ja termisen 3-^ 30 tieventtiilin (T) kautta kytkettävissä aurinkokeräimien (3) propeeniglykolipiiriin ^ (E,G), kun auringosta saatava lämpö on noin +7°C korkeampi kuin esilämmitysvaraa- C\J jän (15) lämpötila; 16 - propeeniglykolipiirin (H, J) välityksellä päävaraajassa (14) olevaan aurinkokieruk-kaan (21) ja siitä esilämmitysvaraajassa (15) olevaan aurinkokierukkaan (22), joka propeeniglykolipiiri (H, J) on elektronisen ohjaimen (AI) ohjaaman kiertovesipum-pun (U) ja elektromagneettisen 3-tieventtiilin (S) ja termisen 3-tieventtiilin (T) kautta 5 kytkettävissä aurinkokeräimien (3) propeeniglykolipiiriin (E,G), kun auringosta saatava lämpö ylittää +60°C; ja . etyleeniglykolipiirin (L,Q,0) välityksellä talon alla olevaan lämpöakkuun (4), joka etyleeniglykolipiiri (L,Q,0) on yhdistetty ohjauskeskuksen (1) lämmönvaihtimeen (V) elektronisen ohjaimen (AI) ohjaaman kiertovesipumpun (Y) ja elektroniset 3-tie-10 venttiilit (W, X) käsittävän etyleeniglykolipiirin (K,L) kautta, kun auringosta saatava lämpö ylittää +80°C jolloin kiertovesipumppu (Y) on saatettu pyörimään ainakin kaksinkertaisella nopeudella aurinkokennojen (3) propeeniglykolipiiriin (E,G) kuuluvan kiertovesipumpun (R) nopeuteen nähden.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että esilämmitysvaraajan (15) tilavuus on noin kaksinkertainen päävaraajan (14) tilavuuteen nähden.
10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että lämpöakkuun (4) johtava etyleeniglykolipiiri on myös yhdistetty maapiiriin (5), joka 3-tieventtiilien (16, 20 W ja X) ohjaamana on saatettavissa yhteyteen lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteen (2) tuloilmakanavassa olevan esilämmityspatterin (8) kanssa, kun elektronisen ohjaimen (AI) mittaama ulkolämpötila on suurempi kuin sisälämpötila.
11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että vesitakka co o 25 (19) on latausryhmällä varustetun vesikierron avulla liitetty esilämmitysvaraajaan CM d> (15). cp X cc CL LO LO LO CM O CM 17
FI20125455A 2012-04-26 2012-04-26 Menetelmä ja laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi FI123786B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20125455A FI123786B (fi) 2012-04-26 2012-04-26 Menetelmä ja laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi
EP13397509.4A EP2657619B1 (en) 2012-04-26 2013-04-17 Method and device for controlling a hybrid heating and ventilation system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20125455 2012-04-26
FI20125455A FI123786B (fi) 2012-04-26 2012-04-26 Menetelmä ja laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20125455A7 FI20125455A7 (fi) 2013-10-27
FI123786B true FI123786B (fi) 2013-10-31

Family

ID=48325555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20125455A FI123786B (fi) 2012-04-26 2012-04-26 Menetelmä ja laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2657619B1 (fi)
FI (1) FI123786B (fi)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107228436B (zh) * 2017-06-13 2019-06-11 武汉科技大学 一种基于太阳能和地冷的空调系统
CA3056048A1 (en) 2019-09-17 2021-03-17 Walter Wardrop Hybrid residential heater and control system therefor
CN111207434B (zh) * 2020-01-17 2021-11-16 四川省建筑设计研究院有限公司 一种太阳能耦合空气源热泵互补供暖系统及控制方法
CN112984597B (zh) * 2021-02-22 2023-02-03 河北工业大学 一种基于相变材料的夹层通风式供热系统
CN113175715B (zh) * 2021-04-30 2022-08-30 西藏宁算科技集团有限公司 数据中心蒸发冷却与余热回收机组和其控制方法及装置
EP4680899A1 (de) * 2023-03-16 2026-01-21 SAM 365 GmbH Haustechniksystem, haustechniksystemverbund und verfahren zum steuern eines haustechniksystems und/oder eines haustechniksystemverbunds

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10102041C2 (de) * 2001-01-18 2002-11-21 Sven Rose Heizanlage mit Wärmequelle, Wärmespeicher und Wärmepumpe
DE102006028521A1 (de) * 2006-06-21 2007-12-27 Iff Kollmannsberger Kg Heizanlage und Verfahren zum Betreiben einer solchen Heizanlage
DE102008036712A1 (de) * 2008-08-07 2010-02-18 Solvis Gmbh & Co. Kg Anordnung zur Bereitstellung von warmen Brauchwasser
DE102008041715A1 (de) * 2008-08-29 2010-03-04 Lüumel GmbH Heiz- und Warmwassersystem für Gebäude
DE102010017148A1 (de) * 2010-05-05 2011-11-10 Iff Kollmannsberger Kg Verfahren zum Betreiben einer Wärmegewinnungsanlage

Also Published As

Publication number Publication date
EP2657619A3 (en) 2018-04-11
EP2657619B1 (en) 2020-03-11
FI20125455A7 (fi) 2013-10-27
EP2657619A2 (en) 2013-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101255760B1 (ko) 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템
FI123786B (fi) Menetelmä ja laite talon hybridi lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän ohjaamiseksi
RU2382281C1 (ru) Система автономного теплоснабжения и холодоснабжения зданий и сооружений
KR100984704B1 (ko) 우수를 이용한 지열히트펌프시스템
EP2239513B1 (en) Hot water circulation system with a heat pump
US20110203572A1 (en) Solar heating system with overheating protection
US20100242517A1 (en) Solar Photovoltaic Closed Fluid Loop Evaporative Tower
KR20180126941A (ko) 복합 집열기 적용 하이브리드 히트펌프 시스템의 제어 시스템
CN1807995B (zh) 采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统
GB2524551A (en) Heating and cooling system for passive buildings based on heat and cold storage
KR101058908B1 (ko) 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템
Harrison The potential and challenges of solar boosted heat pumps for domestic hot water heating
FI125078B (fi) Menetelmä ja järjestely matalaenergialähteen käyttämiseksi käyttötilan ilman lämpötilan säätelemiseen
KR102507123B1 (ko) 태양광열과 공기열을 동시에 이용하는 냉난방 및 급탕 시스템 및 그의 운전 방법
JP5751599B2 (ja) 給湯冷暖房システム
JP5067958B2 (ja) 地中熱利用ヒートポンプシステム及び水熱利用ヒートポンプシステム
CN203785282U (zh) 太阳能复合多元热泵热水系统
CN104534685A (zh) 一种分体式太阳能与空气源热泵复合系统
EP2224189A2 (en) Water circulation system associated with refrigerant cycle
KR101795668B1 (ko) 신재생에너지 융복합 축열식 히트 펌프 시스템
US4616487A (en) Low energy consumption air conditioning system
CN100572973C (zh) 一种太阳能、峰谷电蓄热的热水供应与制冷复合装置
KR101301223B1 (ko) 태양열을 이용한 냉방 기능을 갖는 공조 시스템
KR20100004436A (ko) 태양열 집열장치와 이를 이용한 온수 겸용 난방시스템
KR20110017941A (ko) 혹한기에 증발압력을 조정하여 고효율에너지를 생성하는 히트펌프

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 123786

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B