FI128896B - Maalämpölämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä - Google Patents

Maalämpölämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä Download PDF

Info

Publication number
FI128896B
FI128896B FI20195881A FI20195881A FI128896B FI 128896 B FI128896 B FI 128896B FI 20195881 A FI20195881 A FI 20195881A FI 20195881 A FI20195881 A FI 20195881A FI 128896 B FI128896 B FI 128896B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
heat
circuit
supply air
heating system
exhaust air
Prior art date
Application number
FI20195881A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20195881A1 (fi
Inventor
Antti Hartman
Original Assignee
Hoegforsgst 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 Hoegforsgst Oy filed Critical Hoegforsgst Oy
Priority to FI20195881A priority Critical patent/FI128896B/fi
Priority to EP20201272.0A priority patent/EP3809050A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI20195881A1 publication Critical patent/FI20195881A1/fi
Publication of FI128896B publication Critical patent/FI128896B/fi

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D12/00—Other central heating systems
    • F24D12/02—Other central heating systems having more than one heat source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0257—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps air heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0257—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps air heating system
    • F24D11/0278—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps air heating system with recuperation of waste energy
    • F24D11/0285—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps air heating system with recuperation of waste energy contained in exhausted air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
    • F24D15/04—Other domestic- or space-heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1039—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1084—Arrangement or mounting of control or safety devices for air heating systems
    • F24D19/1087—Arrangement or mounting of control or safety devices for air heating systems system using a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D5/00—Hot-air central heating systems; Exhaust gas central heating systems
    • F24D5/12—Hot-air central heating systems; Exhaust gas central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
    • F24F12/001—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
    • F24F12/002—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an intermediate heat-transfer fluid
    • F24F12/003—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an intermediate heat-transfer fluid using a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/11—Geothermal energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F24D2200/123—Compression type heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F24D2200/31—Air conditioning systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/06—Several compression cycles arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40—Geothermal heat-pumps
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/12—Hot water central heating systems using heat pumps
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/13—Hot air central heating systems using heat pumps
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat 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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

Keksinnön kohteena on hybridilämmitysjärjestelmä, johon kuuluu - maalämpöpiiri (50, 52, 54) primäärilämmönlähteenä - lämpöpumppu (30), jossa lämmönkeruupiiri (302) ja lämmönluovutuspiiri (304) korkeammassa lämpötilassa - tuloilmakoje (10) lämmitys-/jäähdytystoiminnolla liitettävissä valitulle lämpöpumpun puolelle toimimaan valinnaisesti tuloilman lämmittämiseksi tai jäähdyttämiseksi, ja se on kytketty suoraan keruupiiriin (302) ja epäsuorasti lämmönsiirtimen välityksellä lämmönluovutuspiiriin (304), - poistoilmakoje (20) lämmöntalteenotolla, ja • maalämpöpiiri (50, 52, 54) on kytketty lämpöpumpun keruupiiriin (302), • poistoilmakoje (20) on kytketty lämpöpumpun keruupiiriin (302), ja • tuloilmakoje (10) on kytketty valinnaisesti lämpöpumpun lämmönluovutuspiiriin (304) tai lämmönkeruupiiriin (302) - tuloilmakoje (10) ja/tai poistoilmakoje (20) on korkeahyötysuhteinen (50 – 95 %) lämmönsiirrin, - valitussa moodissa tuloilmakojeen (10) poistovirtaus on sovitettu esilämmitettäväksi suoraan maalämpöpiirillä (50, 52, 54) ja/tai poistoilmakojeella (20), ja - lämpöpumppu (30) on monikerroksinen käsittäen kaksi tai useampia yksiköitä, jotka on sovitettu toimimaan sarjassa yhdessä tai pienempinä ryhminä.

Description

MAALÄMPÖLÄMMITYSTÄ KÄYTTÄVÄ HYBRIDILÄMMITYSJÄRJESTELMÄ Keksinnön kohteena on maalämpölämmitystä käyttävä hybridiläm- mitysjärjestelmä, johon kuuluu o maalämpöpiiri primäärilämmönlähteenä o lämpöpumppu, jossa lämmönkeruupiiri ja lämmönluovutus- piiri korkeammassa lämpötilassa o tuloilmakoje lämmitys-/jäähdytystoiminnolla liitettä- vissä valitulle lämpöpumpun puolelle toimimaan valinnai- sesti tuloilman lämmittämiseksi tai jäähdyttämiseksi, o poistoilmakoje lämmöntalteenotolla, ja e maalämpöpiiri on kytketty lämpöpumpun keruupiiriin, e poistoilmakoje on kytketty lämpöpumpun keruupii- riin, ja e tuloilmakoje on kytketty valinnaisesti lämpöpumpun lämmön luovutuspiiriin tai lämmönkeruupiiriin. US-patenttijulkaisussa 2018/0336775 esitellään eräs maalämpö- lämmitystä käyttävä lämpöpumppujärjestelmä. Esitetyssä jär- jestelmässä lämpöpumpun keruupiiriin on kytketty useita eri primäärilämmön lähteitä. Lämpönielut, kuten tuloilmakoje, on kytketty lämpöpumpun lämmönluovutuspiiriin sekä epäsuorasti O lämmönsiirtimen välityksellä lämpöpumpun keruupiiriin. Lämmi- N tysjärjestelmään kuuluu lisäksi ohjausyksikkö, jolla voidaan © valita lämmönlähteet ja -nielut ympäröivien olosuhteiden ja J lämmöntarpeen mukaisesti. Esitetyllä järjestelmällä ei kui- E 25 tenkaan päästä korkeaan lämpöhyötysuhteeseen ja vuositasolla = järjestelmän hyöty jää pieneksi energiankäytön kannalta.
LO N
Tyypillisesti tuloilman ristivirtalämmönsiirtimessä lämmittä- vän menoveden lämpötila on 70 — 60 °C ja se jäähtyy 30 °C:hen, kun ulkolämpötila on 25 °C. Samalla tuloilma lämpenee 20 C:hen.
Tämän keksinnön tarkoituksena on toteuttaa rakennuksen läm- mittäminen ja jäähdyttäminen pienemmällä primäärienergian määrällä, jolloin lämpöpumpun tehoa voidaan pienentää, mikä on energiataloudellisesti tehokkaampaa. Tämän keksinnön tun- nusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta
1.
Keksinnön mukaiseen hybridilämmitysjärjestelmään kuuluu maa- lämpöpiiri primäärilämmönlähteenä, lämpöpumppu, tuloilmakoje lämmitys-/jäähdytystoiminnolla liitettävissä valitulle lämpö- pumpun puolelle toimimaan valinnaisesti tuloilman lämmittä- miseksi tai jäähdyttämiseksi, poistoilmakoje lämmöntalteen- otolla. Kyseisessä järjestelmässä maalämpöpiiri on kytketty lämpöpumpun keruupiiriin, poistoilmakoje on kytketty lämpö- pumpun keruupiiriin, ja tuloilmakoje on kytketty valinnai- sesti lämpöpumpun lämmönluovutuspiiriin tai lämmönkeruupii- riin.
Keksinnön mukaisessa lämmitysjärjestelmässä tuloilmakoje on = kytketty suoraan keruupiiriin ja epäsuorasti lämmönsiirtimen 5 välityksellä lämmönluovutuspiiriin, jolloin primäärilämmön- 3 lähteiden tuottama lämpö saadaan siirrettyä hyvin tehokkaasti z 25 tuloilmakojeelle.
a 0 Tuloilmakoje ja/tai poistoilmakoje on korkeahyötysuhteinen LO (50 — 95 %) lämmönsiirrin, esimerkiksi monikerroksinen
N ristivirtalämmönsiirrin vastavirtaan kytkettynä, jolloin esi- merkiksi tuloilmakoje jäähdyttää lämmönsiirtonesteen hyvin tehokkaasti, mikä mahdollistaa tuloilmakojeen kytkemisen suo- raan keruupiiriin.
Valitussa moodissa tuloilmakojeen poistovirtaus on sovitettu esilämmitettäväksi suoraan maalämpöpiirillä ja/tai poistoil- makojeella, jolloin saavutetaan erittäin energiatehokas ra- kennusten lämmitys.
Lämpöpumppu on monikerroksinen käsittäen kaksi tai useampia yksiköitä, jotka on sovitettu toimimaan sarjassa yhdessä tai pienempinä ryhminä, jolloin voidaan säästää energiaa käyttä- mällä vain lämpöpumppuja, joita olosuhteiden mukaisesti tar- vitaan. Lämpöpumpun lämmönkeruupiiri on edullisesti muodostettu pää- virtauspiiriksi, johon liittyy tulo- ja/tai poistoilman läm- mönvaihtimen lämmönlähdepiirejä ryöstövirtauksella. Tällainen kytkentä antaa suuren joustavuuden lämmön tuomiseksi poisto- virtaukseen matalammassa lämpötilassa toimivasta piiristä. Erityisesti tuloilmakojeen poistovirtausta voidaan lämmittää joko maalämpökaivolla tai poistoilmakojeella. > Valitussa moodissa poistoilmakoje voi olla kytkettävissä läm- N mönluovutuspiiriin luovuttamaan lämpöä poistoilmaan epäsuo- = rasti lämmönsiirtimen välityksellä. Tämä kytkentä mahdollis- = taa jäähdytyksen tuottamisen myös silloin, kun varsinaista E: 25 lämmönkulutusta ei ole. © x Tuloilman ja/tai poistoilman lämmöntalteenottoyksiköt voivat 2 olla 2-6 kerroksisia, edullisesti 3-4 kerroksisia,
ristivirtalämmönsiirtimiä sarjaan ja vastavirtaan kytkettynä, jolloin aikaansaadaan väliaineen kertautunut lämpötilan nousu ja poistoilman kertautunut jäähtymä. Maalämpöpiiri on edullisesti maalämpökaivo. Tämä on todettu kustannustehokkaimmaksi vaihtoehdoksi. Edullisesti kaskadikytketyt lämpöpumppuyksiköt on ainakin toiselta puolen (höyrystin- tai lauhdutinpuoli) kytketty kiertopiiriinsä ns. ryöstökytkennällä eli varustettu höyrys- tin-/lauhdutinpuolen pumpullaan kierrättämään väliainetta yh- teisestä linjasta. Tällä kytkentätekniikalla lämpöpumppujen käyttö on joustavaa ja päästään hyvällä hyötysuhteella alhai- siin osakuormatehoihin. Lämpöpumppuja on käytössä osakuor- milla yksi tai useampi kuormituksen mukaan. Lämpöpumppuja voi olla 2 — 6, edullisimmin 3 - 5. Usean ter- — modynaamisesti sarjaan kytketyn lämpöpumpun merkitys on siinä, että kukin niistä toimii pienellä lämpökertoimella. Silloin niiden hyötysuhde on erinomainen. Edullisesti tuloilmakojeen ja/tai poistoilmakojeen piiriä lämmittävä lämmönsiirrin on kytketty ryöstökytkennällä lämpö- pumpun lämmönluovutuspiiriin. Tällä kytkentätekniikalla tu- 2 loilmakojeen ja/tai poistoilmakojeen käyttö on joustavaa ja a päästään hyvällä hyötysuhteella alhaisiin osakuormatehoihin. 3 Lämpöpumppujen lämmönkeruupiiri, tuloilmakojeen piiri ja E poistoilmakojeen piiri voivat olla samassa nestepiirissä, — 25 edullisesti aglykolipiirissä mahdollistaen huomattavasti alle 3 nolla °C lämpötilatasot valituissa vaiheissa.
R
Lämpöpumppujen lämmönluovutuspiiri voi olla oleellisesti ve- sikiertoinen. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä voidaan käyttää matalaa tulolämpötilatasoa.
5 Matala tulolämpötila yhdessä neste/ilma-lämmönsiirtimien kor- kean hyötysuhteen kanssa mahdollistaa tuloilmalämmönvaihtimen paluuvirran esilämmittämisen suoraan sekundäärisillä eli ma- talalämpöisillä lämmönlähteillä kuten maalämpökaivolla ja/tai poistoilmalämmönvaihtimen avulla.
Poistoilmalämmönvaihtimen korkean hyötysuhteen vaikutus on samantapainen. Järjestelmän matalalämpöisiä lähteitä voidaan hyödyntää tehokkaasti.
Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaa- malla oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piir- roksiin, joissa Kuva 1 esittää keksinnön mukaisen hybridilämmitysjärjestel- män kokonaiskytkennän, Kuva 2 esittää keksinnön mukaisessa hybridilämmitysjärjes- o telmässä käytettävän moodin, jossa rakennuksen jääh- > 20 dytys toteutetaan lämpöpumpuilla loppukesällä,
O 3 Kuva 3 esittää keksinnön mukaisessa hybridilämmitysjärjes- T telmässä käytettävän moodin, jossa rakennuksen jääh-
I T dytys toteutetaan maalämpökaivosta alkukesällä, 3 O Kuva 4 esittää keksinnön mukaisessa hybridilämmitysjärjes- > 25 telmässä käytettävän moodin, jossa poistoilman lämpö otetaan talteen ja tuloilmaa lämmitetään lämpöpum- pulla lämmityskauden alussa, Kuva 5 esittää keksinnön mukaisessa hybridilämmitysjärjes- telmässä käytettävän moodin, jossa tuloilmaa lämmi- tetään poistoilman lämmöllä sekä maalämmöllä sydän- talvella, Kuva 6 esittää osan keksinnön mukaisessa hybridilämmitys- järjestelmässä käytettävästä moodista, jossa tuloil- maa esilämmitetään poistoilman lämmöntalteenotolla.
Kuvassa 1 on esitetty eräs keksinnön mukaisen hybridilämmi- tysjärjestelmän kokonaiskytkentä. Sinänsä tunnettuna osana on lämpöpumppupiiri 30 käsittäen kompressorin, kuristimen, höy- rystimen 34 ja lauhduttimen 36a kytkettynä hyödyntämään höy- rystimellä valittua ulkoista lämmönlähdettä sekä luovuttamaan lämpöä höyrystimellään 34. Lauhduttimella 36b voidaan hyödyn- tää tulistetun väliaineen lämpömäärää, mutta se ei ole tämän keksinnön kannalta oleellista. Lämpöpumppu on tässä kolmen termodynaamisesti sarjaan kytketyn lämpöpumpun (LP1, LP2, LP3) muodostama kokonaisuus käsittäen lämmön keruupiirin 302 ja lämmön luovutuspiirin 304 korkeammassa lämpötilassa. Kun- kin lämpöpumpun LP1, LP2 ja LP3 lauhdutin 36a on kytketty = lämmönluovutuspiiriin ryöstökytkennällä 362 ja höyrystin 34 5 on kytketty lämmönkeruupiiriin ryöstökytkennällä 342. Lämmön 3 luovutuspiirillä 304 on oma pumppunsa 32 ja keruupiirillä 302 > 25 on oma pumppu 38. Järjestelmässä voidaan hyödyntää sellaisia- , kin moodeja, joissa lämpöpumppu ei ole toiminnassa.
2
O N
Lämmönlähteenä tässä toimiva maalämpökaivo 50 on kytketty lämpöpumpun keruupiiriin. Maalämmön käyttöä ohjataan pumpun 52 avulla ja virtausta säädetään kolmitiesäätöventtiilillä
54.
Lämpöpumppupiiri hyödyntää tässä poistoilmaa koneikon 20 avulla. Poistoilman lämmöntalteenottoyksikkö, jossa on sekä lämmitys- että jäähdytystoiminto, on tässä kolmikerroksinen käsittäen lämmönsiirtimet 201, 202 ja 203 sarjaan ja vasta- virtaan kytkettyinä, puhaltimen 208 ja ilmansuodattimen 209.
Lämmönsiirtimiin 201, 202, ja 203 tuleva väliaine on kytketty lämmönsiirtimeen 361 putkella 204 ja poistuva väliaine put- kella 205. Väliaineen kiertoa poistoilman lämmöntalteenotto- yksikössä ohjataan pumpulla 206 ja kolmitiesäätöventtiilillä
207. Poistoilman lämmöntalteenotto voidaan kytkeä valinnai- sesti lämpöpumpun keruupiiriin tai epäsuorasti lämmönsiir- toyksikön 36 välityksellä lämmönluovutuspiiriin. Kuvaan 1 on piirretty yksinkertaisuuden vuoksi yksi poistoilmakoje, mutta kojeita voi olla myös useampia. Esimerkiksi kerrostalon kun- kin rapun yhteydessä on poistoilmalämmönvaihdin, jotka kytke- tään rinnakkain. Kaikki erillään olevat poistot saadaan näin hyödynnettyä.
o Tuloilmakoje 10 on tässä myös kolmikerroksinen käsittäen läm- > mönsiirtimet 101, 102 ja 103 sarjaan ja vastavirtaan kytket- © tyinä. Lämmönsiirtimiin 101, 102, ja 103 tuleva väliaine on 3 25 kytketty lämmönsiirtimeen 351 putkella 104 ja poistuva väli- E aine putkella 105. Väliaineen kiertoa ohjataan pumpulla 106 — ja kolmitiesäätöventtiilillä 107. Tuloilmakoje on kytkettä- & vissä valitulle lämpöpumpun puolelle toimimaan valinnaisesti 2 tuloilman lämmittämiseksi tai jäähdyttämiseksi. Tuloilmakoje on kytketty suoraan keruupiiriin ryöstökytkennällä ja epäsuo- rasti lämmönsiirtimen välityksellä lämmönluovutuspiiriin. Tu- loilmakojeita voi olla yksi tai useampia rinnan kytkettyinä. Lämpöpumpun lämmönluovutuspiiriin voidaan kytkeä myös esimer- kiksi radiaattoreita tai oviverhopuhaltimia tai muita lämmi- tys-/jäähdytyslaitteita, jotka on jätetty pois kuvista, koska ne eivät ole tämän keksinnön kannalta oleellisia. Kuvissa on esitetty konvektori 40 käsittäen lämmönluovuttimen 402, kon- vektoripiirin pumpun 404, kolmitiesäätöventtiilin 406 sekä lämmönsiirtimen 408, jolla voidaan tarvittaessa tuoda konvek- torille lisälämpöä lämmönluovutuspiiristä 304. Järjestelmään kuuluu lisäksi ohjausyksikkö, jolla valittu kytkentä (esimerkiksi lämmityskausimoodit: alkukesä, loppu- kesä, lämmityskauden alku, sydäntalvi) voidaan ottaa käyttöön ympäröivien olosuhteiden ja lämmitys-/jäähdytystarpeen mukai- sesti. Järjestelmä toimii hyvin pienellä määrällä venttii- lejä, ja useimmat moodit voidaan valita käynnistämällä/sam- muttamalla pumppuja. Kuvassa 2 on esitetty kytkentä, jota voidaan edullisesti käyttää rakennuksen jäähdytykseen loppukesällä. Tällöin ra- kennuksen jäähdytys on edullista toteuttaa lämpöpumpuilla S maalämpökaivon ollessa jo lämmennyt. Tuloilmakoje 10 ja kon- O vektoripiiri 40 on kytketty ryöstökytkennällä lämpöpumpun 30 3 keruupiiriin keräämään lämpöä rakennuksen sisäilmasta, jol- > 25 loin pumput 106 ja 404 ovat päällä. Poistoilmakoje 20 on kyt- , ketty epäsuorasti lämmönsiirtoyksikön 36 välityksellä lämpö- % pumpun lämmönluovutuspiiriin luovuttamaan lämpöä 2
N poistoilmaan. Tällöin pumput 206 ja 362 ovat päällä ja väli- aineen virtaamaa säädetään kolmitiesäätöventtiilillä 363. Kuvassa 3 on esitetty kytkentä, jossa viileää maalämpökaivoa käytetään rakennuksen jäähdyttämiseen alkukesän aikana. Tässä kytkennässä kaikki lämpöpumput ovat pois päältä ja lämpöä siirretään suoraan huoneilmasta maalämpökaivoon 50 keruupii- rin välityksellä. Tuloilmakoje 10 ja konvektorit 40 on kyt- ketty ryöstökytkennällä lämpöpumpun keruupiiriin pumppujen 106 ja 404 ollessa päällä. Väliainetta pumpataan maalämpökai- voon pumpulla 52 ja virtaamaa säädetään kolmitiesäätöventtii- 1i1llä 54. Kuvassa 4 on esitetty kytkentä, jota käytetään rakennuksen lämmitykseen syksyllä lämmityskauden alussa ulkoilman lämpö- tilan ollessa 0-15 °C. Tällöin lämmönlähteenä hyödynnetään poistoilman lämmöntalteenottoa ja tuloilmaa lämmitetään läm- pöpumpulla. Maalämpökaivoon 50 kesällä varastoitunutta lämpöä säästetään vielä tässä vaiheessa sydäntalvea varten, jolloin lämmityksen tarve on suurinta. Tässä kytkennässä tuloilmakoje 10 on kytketty lämpöpumpun lämmön luovutuspiiriin epäsuorasti lämmönsiirtoyksikön 35 välityksellä ja poistoilmakoje 20 on kytketty suoraan lämpöpumpun lämmön keruupiiriin ryöstökyt- o kennällä. Tuloilmakojeen pumput 106 ja 352 ovat päällä ja vä- > liaineen virtaamaa säädetään kolmitiesäätöventtiilillä 353.
O 3 Kuvassa 5 on esitetty lämmitysjärjestelmässä käytettävä kyt- > 25 kentä sydäntalvella, jolloin lämmitysenergian tarve on suu- , rinta. Kuvan 5 mukaisessa kytkennässä maalämpökaivo 50 on 3 kytketty lämmönlähteenä lämpöpumpun keruupiiriin. Tulo- ja 2 poistoilmakojeet on kytketty keruupiiriin ryöstökytkennällä
N siten, että tuloilmaa lämmitetään ja poistoilmaa jäähdyte- tään. Lisäksi tuloilmakojeelle 10 tuodaan lämpöä lämpöpumpun lämmönluovutuspiiristä epäsuorasti lämmönsiirtoyksikön 35 vä- lityksellä.
Kuvassa 6 on esitetty sydäntalvella käytettävästä kytkennästä erotettuna tuloilman esilämmittäminen poistoilman lämmöntal- teenotolla. Tulo- ja poistoilmakojeiden lämmöntalteenottoyk- siköt on kytketty suoraan toisiinsa saman väliainepiirin vä- lityksellä.
Monikerroksisen tuloilmalämmönsiirtimen menoveden (glykolin) lämpötila voi olla niinkin alhainen kuin 30 *C ja se jäähtyy —8 *C:hen, kun ulkolämpötila on -25 °C. Samalla tuloilma läm- penee 20 °C:hen. Lämmönsiirtimen hyötysuhdetta kuvaava astei- suus on siten max (|30 °C — 20 oc| = 10 °C; | (-25 PC) — (- 8°C)| = 17 °C) eli 17 °C. Niinpä tuloilmakojeen 10 ja/tai poistoilmakojeen 20 asteisuus -25 °C tuloilmalla ja 30 °C menovedellä on alueella 10 - 30 °C, edullisesti 15 — 12 °C. Tällöin tuloilmakoje 10 on sovitettu toimimaan matalalla me- noveden lämpötilalla, 25 — 45 °C, edullisesti 28 — 37 °C. o
O N
O +
I a a © 00
O O O N

Claims (13)

Patenttivaatimukset
1. Hybridilämmitysjärjestelmä, johon kuuluu o maalämpöpiiri (50, 52, 54) primäärilämmönlähteenä o lämpöpumppu (30), jossa lämmönkeruupiiri (302) ja läm- mönluovutuspiiri (304) korkeammassa lämpötilassa o tuloilmakoje (10) lämmitys-/jäähdytystoiminnolla lii- tettävissä valitulle lämpöpumpun puolelle toimimaan valinnaisesti tuloilman lämmittämiseksi tai jäähdyttä- miseksi, o poistoilmakoje (20) lämmöntalteenotolla, ja e maalämpöpiiri (50, 52, 54) on kytketty lämpöpumpun keruupiiriin (302), e poistoilmakoje (20) on kytketty lämpöpumpun keruu- piiriin (302), ja e tuloilmakoje (10) on kytketty valinnaisesti lämpö- pumpun lämmönluovutuspiiriin (304) tai lämmönkeruu- piiriin (302) tunnettu siitä, että o tuloilmakoje (10) on kytketty suoraan keruupiiriin (302) ja epäsuorasti lämmönsiirtimen välityksellä läm- mönluovutuspiiriin (304), o tuloilmakoje (10) ja/tai poistoilmakoje (20) on kor- = keahyötysuhteinen (50 — 95 %) lämmönsiirrin, esimer- 5 kiksi monikerroksinen ristivirtalämmönsiirrin, 3 25 o valitussa moodissa tuloilmakojeen (10) poistovirtaus > on sovitettu esilämmitettäväksi suoraan maalämpöpii- E rillä (50, 52, 54) ja/tai poistoilmakojeella (20), ja 2
O
N o lämpöpumppu (30) on monikerroksinen käsittäen kaksi tai useampia yksiköitä, jotka on sovitettu toimimaan sarjassa yhdessä tai pienempinä ryhminä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hybridilämmitysjärjes- telmä tunnettu siitä, että lämpöpumpun (30) lämmönkeruu- piiri (302) on muodostettu päävirtauspiiriksi, johon liittyy tulo- ja/tai poistoilman lämmönvaihtimen lämmön- lähdepiirejä ryöstövirtauksella.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen hybridilämmitysjär- jestelmä tunnettu siitä, että valitussa moodissa pois- toilmakoje on kytkettävissä lämmönluovutuspiiriin luo- vuttamaan lämpöä poistoilmaan epäsuorasti lämmönsiirti- men välityksellä.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 3 mukainen hybridilämmi- tysjärjestelmä tunnettu siitä, että tuloilman (10) ja/tai poistoilman lämmöntalteenottoyksiköt (20) ovat 2 — 6 kerroksisia, edullisesti 3 — 4 kerroksisia, risti- virtalämmönsiirtimiä sarjaan ja vastavirtaan kytkettynä.
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 4 mukainen hybridilämmi- = tysjärjestelmä tunnettu siitä, että maalämpöpiiri (50, 5 25 52, 54) on maalämpökaivo (50). 3 >
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen hybridilämmi- a tysjärjestelmä, tunnettu siitä, että kaskadikytketyt % lämpöpumppuyksiköt on ainakin toiselta puolen (höyrys- 3 30 tin- tai lauhdutinpuoli) kytketty kiertopiiriinsä ns.
O
N ryöstökytkennällä eli varustettu höyrystin-/lauhdutin- puolen pumpullaan kierrättämään väliainetta yhteisestä linjasta.
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 6 mukainen hybridilämmi- tysjärjestelmä, tunnettu siitä, että lämpöpumppuja on 2 — 6, edullisimmin 3 — 5.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 7 mukainen hybridilämmi- tysjärjestelmä, tunnettu siitä, että tuloilmakojeen (10) ja/tai poistoilmakojeen (20) piiriä lämmittävä lämmön- siirrin (351, 361) on kytketty ryöstökytkennällä lämpö- pumpun lämmönluovutuspiiriin (304).
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen hybridilämmi- tysjärjestelmä, tunnettu siitä, että lämpöpumppujen (30) lämmönkeruupiiri (302), tuloilmakojeen (10) piiri ja poistoilmakojeen (20) piiri ovat samassa nestepiirissä, edullisesti glykolipiirissä mahdollistaen huomattavasti alle nolla °C lämpötilatasot valituissa vaiheissa.
10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 9 mukainen hybridilämmi- tysjärjestelmä, tunnettu siitä, että lämpöpumppujen = (30) lämmönluovutuspiiri (304) on oleellisesti vesi- 5 25 kiertoinen. 3 >
11. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 9 mukainen hybridilämmi- E tysjärjestelmä, tunnettu siitä, että tuloilmakojeen % (10) ja/tai poistoilmakojeen (20) asteisuus -25 °C tu- 3 30 loilmalla ja 30 °C menovedellä on 10 — 30 °C,
O
N edullisesti 15 — 25 °C.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen hybridilämmitysjärjes- telmä tunnettu siitä, että tuloilmakoje (10) on sovi- tettu toimimaan matalalla menoveden lämpötilalla, 25 - 45 °C, edullisesti 28 — 37 °C.
13. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 12 mukainen hybridiläm- mitysjärjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu lisäksi pumppuja ja/tai venttiileitä käyttävä ohjausyksikkö, jolla valittu kytkentä voidaan ottaa käyttöön ympäröivien olosuhteiden ja lämmitys-/jäähdy- tystarpeen mukaisesti. o
O
N
O +
I a a © 00
O
O
O
N
FI20195881A 2019-10-14 2019-10-14 Maalämpölämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä FI128896B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20195881A FI128896B (fi) 2019-10-14 2019-10-14 Maalämpölämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä
EP20201272.0A EP3809050A1 (en) 2019-10-14 2020-10-12 Hybrid heating system using geothermal heat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20195881A FI128896B (fi) 2019-10-14 2019-10-14 Maalämpölämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20195881A1 FI20195881A1 (fi) 2021-02-26
FI128896B true FI128896B (fi) 2021-02-26

Family

ID=73475846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20195881A FI128896B (fi) 2019-10-14 2019-10-14 Maalämpölämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3809050A1 (fi)
FI (1) FI128896B (fi)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2741869C (en) * 2008-10-28 2012-12-18 Trak International, Llc Methods and equipment for enabling an hvac component to be connected to and disconnected from an hvac system
SE541469C2 (en) 2015-11-20 2019-10-08 Sens Geoenergy Storage Ab Methods and systems for heat pumping
US10208988B2 (en) * 2016-05-02 2019-02-19 Lee Wa Wong Central air conditioning and heat pump system with energy efficient arrangement

Also Published As

Publication number Publication date
FI20195881A1 (fi) 2021-02-26
EP3809050A1 (en) 2021-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11371720B2 (en) Thermal energy network and methods of providing thermal energy
US5429179A (en) Gas engine driven heat pump system having integrated heat recovery and auxiliary components
KR100923962B1 (ko) 지열원을 활용한 히트펌프 시스템
US7878236B1 (en) Conserving energy in an HVAC system
US8844517B2 (en) Solar hot water and recovery system
RU2018143500A (ru) Способ управления теплопереносом между локальной охлаждающей системой и локальной нагревательной системой
US20180356130A1 (en) Cascading heat recovery using a cooling unit as a source
US9784458B2 (en) Thermal gradient fluid header for multiple heating and cooling systems
FI128896B (fi) Maalämpölämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä
FI20195024A1 (fi) Kaukolämpölämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä
KR101188258B1 (ko) 히트펌프시스템
CN110914614A (zh) 具有可控热交换器的热泵装置和热泵装置的运行方法
RU2119129C1 (ru) Способ и устройство для кондиционирования воздуха и обогрева комнатного пространства
FI20205700A1 (fi) Poistoilmalämpöpumppujärjestelmä sekä menetelmä järjestelmän ohjaamiseksi
KR20180087235A (ko) 하이브리드 증기 압축/열전기 열 전달 시스템
FI129742B (fi) Primäärilämmitystä käyttävä hybridilämmitysjärjestelmä
EP1438536B1 (en) Climate control installation
EP2800934B1 (en) High performance heat pump unit
RU2239129C1 (ru) Способ теплоснабжения
LU501801B1 (en) Energy efficient heating /cooling module
KR102363538B1 (ko) 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프
CN115962522A (zh) 温差转移热回收空调系统以及温差转移热回收调节方法
CN117812870A (zh) 冷却系统
KR20120117147A (ko) 냉온수 동시 공급 장치 및 그 제어방법
UA55178A (uk) Система опалення та гарячого водопостачання громадських і промислових будівель

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 128896

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B