FI61755C

FI61755C - ANLAEGGNING FOER OEVERFOERING AV VAERMEENERGI FRAON FRAONLUFTEN I EN BYGGNAD TILL UPPVAERMNINGSCIRKULATIONSVATTNET

Info

Publication number: FI61755C
Application number: FI812760A
Authority: FI
Inventors: Taisto Nieminen; Terho Oksanen; Seppo Priha
Original assignee: Asko Upo Oy
Priority date: 1981-09-07
Filing date: 1981-09-07
Publication date: 1982-09-10
Also published as: FI61755B

Description

1 617551 61755

Laitteisto lämpöenergian siirtämiseksi rakennuksen poisto-ilmasta lämmityskiertoveteen Tämän keksinnön kohteena on laitteisto lämpöenergian 5 siirtämiseksi rakennuksen poistoilmasta lämmityskiertoveteen, jossa rakennuksessa on lämmitysvesikiertopiiri, poistoilma-kanava ja korvausilmakanava, jolloin laitteistoon kuuluu lämpöpumppupiiri, joka koostuu kylmäainetta kierrättävästä laitteesta, kuten kompressorista, poistoilmakanavan yhteyteen 10 sovitetusta höyrystimestä ja lauhduttimesta ja lauhduttimen yhteyteen sovitettu lämmönsiirrin, jonka kautta lämmityskier-tovesi on sovitettu kulkemaan.FIELD OF THE INVENTION and a heat exchanger adapted from the condenser and connected to the condenser, through which the heating circulating water is adapted to pass.

Ennestään tunnetaan laitteistoja, joissa poistoilman lämpöenergiaa siirretään lämpöpumppupiirin avulla lämpimään 15 käyttöveteen, koska poistoilmasta saatava lämpöenergiamäärä kattaa yleensä lämpimän käyttöveden vaatiman energiatarpeen. Mahdollista ylimäärälämpöä on näissä tapauksissa joskus siirretty lämmityskiertoveteen. Suomalaisen patentin n:o 57017 mukaisessa ratkaisussa siirretään poistoilman sisältämää 20 lämpöenergiaa lämpöpumpun avulla käyttöveteen ja/tai rakennuksen kiertoilmaan.Installations are already known in which the heat energy of the exhaust air is transferred to the hot domestic water by means of a heat pump circuit, since the amount of thermal energy obtained from the exhaust air generally covers the energy demand required by the hot domestic water. In these cases, any excess heat has sometimes been transferred to the heating circuit. In the solution according to Finnish patent no. 57017, the heat energy contained in the exhaust air is transferred to the domestic water and / or the circulating air of the building by means of a heat pump.

Käytännössä on osoittautunut, että mikään poistoilmasta lämpöä ottava lämpöpumppu eli poistoilmalämpöpumppu ei yksinään pysty selviytymään rakennuksen lämmityksestä ja lämpi-25 män käyttöveden valmistuksesta ainakaan talvikautena. Jos lämpöpumppu lämmittää pelkästään käyttövettä, joutuu se talvi-aikanakin luovuttamaan lauhdutuslämpöä yhtä korkeassa lämpötilassa kuin kesäaikanakin, eikä voida käyttää mitenkään hyväksi talviaikana esiintyviä alhaisempia lämpötiloja. Jos 30 poistoilmalämpöpumppu lämmittää käyttövettä sekä ylimäärä-lämmöllä lämmityskiertovettä, voidaan lämmityskiertoveden lämmityksen osalta käyttää hyväksi hieman alhaisempia lämpötiloja, joita esiintyy lämmityskiertovesiverkoston paluupii-rissä, jos lämpöpumpun lauhdutusteho ohjataan em. paluuveteen. 35 Jos poistoilmalämpöpumppu lämmittää käyttövettä ja/tai rakennuksen kiertoilmaa ei em. epäkohtia ole, mutta tämänkaltainen laite sopii vain ilmalämmitystaloihin.In practice, it has been shown that no heat pump that absorbs heat from the exhaust air, i.e. the exhaust air heat pump alone, can cope with heating the building and producing hot water, at least during the winter season. If the heat pump only heats the hot water, it will have to give off condensing heat at the same high temperature in winter as in summer, and the lower temperatures in winter cannot be used in any way. If the exhaust air heat pump 30 heats the hot water as well as the heating circulating water with additional heat, slightly lower temperatures that occur in the return circuit of the heating circulating water network can be used for heating the circulating water network if the condensing capacity of the heat pump is directed to the said return water. 35 If the extract air heat pump heats the hot water and / or the recirculated air in the building, there are no disadvantages, but this type of device is only suitable for air heating houses.

2 61755 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan laitteisto, jonka avulla poistoilmasta saadaan talteen entistä suurempi lämpöenergiamäärä siirrettäväksi lämmitystarkoituksiin. Keksinnön mukaiselle ratkaisulle on tunnusomaista, että korvausilma-5 kanavan yhteyteen on sovitettu kaksi lämmönsiirrintä, joista toinen on sovitettu lämpöpumppupiirin kylmäaineen virtaussuun-nassa katsottuna lauhduttimen jälkeen ja toinen on sovitettu lämmitysvesikiertopiiriin lämmönjakolaitteiden jälkeen ja ennen lauhduttimen yhteyteen sovitettua lämmönsiirrintä. Kor-10 vausilmakanavan yhteyteen sovitettujen lämmönsiirtimien ansiosta jäähtyvät sekä lämpöpumppupiirin kylmäaine että läiji— mityspattereiden paluuvesi enemmän kuin vastaavissa tunnetuissa laitteistoissa, minkä ansiosta lämpöpumppupiirin läm-mönsiirtoteho paranee. Samalla voidaan rakennukseen johdet-15 tava korvausilma lämmittää tai esilämmittää sopivaan lämpötilaan.It is an object of the present invention to provide an apparatus by means of which an even greater amount of thermal energy is recovered from the exhaust air for transfer for heating purposes. The solution according to the invention is characterized in that two heat exchangers are arranged in connection with the replacement air duct 5, one of which is arranged in the refrigerant flow direction of the heat pump circuit after the condenser and the other is arranged in the heating water circuit after the heat transfer equipment Thanks to the heat exchangers arranged in connection with the air-duct, the return water of both the heat pump circuit and the return water of the heating coils cools more than in the corresponding known equipment, which improves the heat transfer efficiency of the heat pump circuit. At the same time, the replacement air leading to the building can be heated or preheated to a suitable temperature.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan lämpöpumppupiirin lämmönsiirrin sijaitsee korvausilmakanavassa ennen lämmitys-kiertovesipiirin lämmönsiirrintä korvausilman virtaussuunnassa 20 katsottuna. Lämpöpumppupiirin kylmäaineen lämpötila laskee tällöin mahdollisimman paljon, mikä lisää höyrystymistehoa ja parantaa lämmön talteenottoa.According to an embodiment of the invention, the heat exchanger of the heat pump circuit is located in the replacement air duct before the heat exchanger of the heating circulating water circuit as seen in the flow direction 20 of the replacement air. The temperature of the refrigerant in the heat pump circuit then drops as much as possible, which increases the evaporation efficiency and improves heat recovery.

Laitteiston rakenteen yksinkertaistamiseksi lämpöpumppupiirin lämmönsiirrin ja lämmityskiertovesipiirin lämmönsiirrin 25 on edullisesti rakennettu yhteen yhdeksi kokonaisuudeksi.In order to simplify the structure of the apparatus, the heat exchanger 25 of the heat pump circuit and the heat exchanger 25 of the heating circulating water circuit are preferably built together as one unit.

Keksinnön mukaisen laitteiston yhtä edullista suoritusmuotoa selitetään seuraavassa tarkemmin oheiseen piirustukseen viitaten, jossa on kaavamaisesti esitetty keksinnön mukaisen laitteiston periaatetta.One preferred embodiment of the apparatus according to the invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which schematically shows the principle of the apparatus according to the invention.

30 Piirustuksessa esitetty laitteisto on tarkoitettu käy tettäväksi rakennuksessa, jota lämmitetään lämmityspattereissa virtaavan kiertoveden avulla. Rakennuksesta poistetaan koneellisesti huoneilmaa ja siihen syötetään koneellisesti raikasta ulkoilmaa, ns. korvausilmaa. Laitteiston teho on suurimmil-35 laan talvella, jolloin myös lämmitystarve on suurin.30 The apparatus shown in the drawing is intended for use in a building which is heated by circulating water flowing in radiators. Room air is mechanically removed from the building and fresh outdoor air, so-called make-up air. The power of the equipment is highest in winter, when the heating demand is also greatest.

Piirustuksessa on esitetty keksinnön mukaisen laitteiston lämpöpumppupiiri, joka muodostuu kompressorista 1, 3 61755 lauhduttimesta 2, kylmäainevaraajasta 3, alijäähdytyslämmön-vaihtimesta 4, paisuntaventtiilistä 5 ja höyrystimestä 6. Höyrystin 6 sijaitsee rakennuksen poistoilmakanavassa 7, jossa poistoilma virtaa puhaltimen 8 vaikutuksesta. Lämmitys-5 kiertovesipiirissä on pumppu 13, joka kierrättää lämmitys-vettä lämmönvaihtimen 25 kautta, joka on kytketty lauhdut-timeen 2. Lämmönvaihtimen 25 jälkeen seuraa jälkilämmitys-patteri 15 ja putkilinja 16, joka on yhteydessä varaaja-säiliöön 12. Tässä säiliössä on sähköläramityselementti 17 10 sekä lämmönsiirtimen kierukka 18 lämpimän käyttöveden valmistamiseksi. Varaajasäiliöstä 12 lähtee putkilinja 19 läm-mönjakolaittesiin 20, joiden jälkeen seuraa putkilinja 21 sekä kiertovesipumput 22 ja 23. Näiden pumppujen välistä lähtee putkilinja 14, joka päättyy lämmönsiirtimeen 11, joka 15 on puolestaan yhteydessä pumppuun 13. Lämmönsiirrin 11 sijat-see korvausilmakanavassa 9, jossa virtausta pitää yllä puhallin 10.The drawing shows a heat pump circuit of the apparatus according to the invention, consisting of a compressor 1, 3 61755 condenser 2, a refrigerant accumulator 3, a subcooling heat exchanger 4, an expansion valve 5 and an evaporator 6. The evaporator 6 is located in the exhaust air of the building The heating-5 circulating water circuit has a pump 13 which circulates heating water through a heat exchanger 25 connected to a condenser 2. After the heat exchanger 25 follows a post-heating coil 15 and a pipeline 16 which communicates with a storage tank 12. This tank has an electrically heating element 17 10 and a heat exchanger coil 18 for producing hot water. From the accumulator tank 12, the pipeline 19 leaves for the heat distributors 20, followed by the pipeline 21 and the circulating water pumps 22 and 23. Between these pumps there is a pipeline 14 terminating in a heat exchanger 11, which in turn 15 is connected to a pump 13. The heat exchanger 11 is located in the flow is maintained by the fan 10.

Laitteiston ollessa toiminnassa kompressori 1, jonka käyntiä ohjataan varaajasäiliössä 12 olevan veden lämpötilan 20 mukaan, kierrättää kylmäainetta lämpöpumppupiirissä. Höyrystimessä 6 höyrystynyt kylmäaine virtaa tällöin lauhduttimeen 2, jossa se lämmönsiirtimen 25 välityksellä luovuttaa lämpöä lämmityskiertovedelle. Lauhtunut kylmäaine virtaa tämän jälkeen lämmönsiirtimeen 4, jossa siihen kohdistuu alijäähdytys 25 kylmän korvausilman vaikutuksesta. Lämmönsiirtimestä 4 kylmä-aine, jolla on nyt hyvin alhainen lämpötila, virtaa takaisin höyrystimeen 6.When the equipment is running, the compressor 1, the operation of which is controlled according to the temperature 20 of the water in the storage tank 12, circulates the refrigerant in the heat pump circuit. The refrigerant evaporated in the evaporator 6 then flows to the condenser 2, where it transfers heat to the heating circulating water via the heat exchanger 25. The condensed refrigerant then flows to the heat exchanger 4, where it is subjected to subcooling 25 by the action of cold replacement air. From the heat exchanger 4, the refrigerant, which now has a very low temperature, flows back to the evaporator 6.

Lämmityskiertovesi, joka on lämmennyt lämmönsiirti-messä 25, jossa kylmäaine on luovuttanut sille lämpöä, vir-30 taa jälkilämmityspatterin 15 kautta, jossa sen lämpötilaa mahdollisesti vielä nostetaan sähkön avulla, ja edelleen put-kilinjaa 16 pitkin varaajasäiliöön 12. Varaajasäiliöstä vesi siirtyy lämmönjakolaitteisiin 20, kuten 1ämmityspattereihin, ja niistä jäähtyneenä putkilinjoja 21 ja 14 pitkin lämmön-35 siirtimeen 11. Täällä lämmityskiertoveden lämpötila laskee edelleen kanavassa 9 virtaavan kylmän korvausilman vaikutuksesta. Saapuessaan jälleen lämmönsiirtimeen 25 lämmityskiertovesi on siten kylmempää kuin putkilinjassa 21 ja sen lauh- 4 61755 duttimesta 2 vastaanottama lämpöenergiamäärä on siten suurempi kuin jos lämmönsiirrintä 11 ei olisi. Samalla korvaus-ilma lämpenee. Lämmönsiirtimellä 4 on vastaava tehtävä läm-pöpumppupiirissä, jossa kylmäaineen alijäähdytys lisää höy-5 rystymistehoa ja parantaa lämmön talteenottoa.The heating circulating water heated in the heat exchanger 25, where the refrigerant has transferred heat to it, flows through the post-heating coil 15, where its temperature is possibly further raised by electricity, and further along the pipeline 16 to the storage tank 12. Water is transferred from the storage tank to as in the heating coils, and when cooled along the pipelines 21 and 14 to the heat exchanger 11. Here, the temperature of the heating circulating water continues to decrease due to the cold replacement air flowing in the duct 9. Upon re-entering the heat exchanger 25, the heating circulating water is thus colder than in the pipeline 21 and the amount of thermal energy it receives from the condenser 2 is thus greater than if there were no heat exchanger 11. At the same time, the compensation air heats up. The heat exchanger 4 has a similar function in a heat pump circuit, where the subcooling of the refrigerant increases the heat-recovery efficiency of the steam-5 and improves the heat recovery.

Lämmönsiirtimet 4 ja 11 ovat edullisesti samaa rakennetta, mutta ne voivat olla myös erillisiä yksiköitä. Edellä esitetystä poiketen varaajasäiliö 12 voidaan jättää pois, jolloin lämmin käyttövesi on lämmitettävä erillisessä säi-10 liössä. Myös jälkilämmityspatteri 15 voidaan olosuhteiden niin salliessa jättää pois. Lämmityskiertovesipiiri voidaan muodostaa myös niin, että siinä on vain yksi kiertovesi-pumppu, esimerkiksi pumppu 13. Tällöin käytetään 3-tievent-tiiliä varaajasäiliön 12 alaosaan johtavien putkilinjojen 15 risteyksessä 24 ohjaamassa vesivirtoja. Vaihtoehtoisesti voidaan piiri muodostaa myös kahdella kiertovesipumpulla, esimerkiksi pumpuilla 13 ja 22. Myös tällöin voidaan käyttää 3-tie-venttiiliä varaajasäiliön 12 alaosaan johtavien putkilinjo-jen risteyksessä 24 ohjaamassa vesivirtoja. Korvausilma voi-20 daan ei-lämmityskautena ohjata lämmönsiirtimien 4 ja 11 ohitse ohituskanavalla (ei esitetty), joka on varustettu tällöin avattavalla sulkuventtiilillä. Tarvittaessa voidaan samanaikaisesti sulkea toisella venttiilillä (ei esitetty) lämmön-siirtimille menevä kanava.The heat exchangers 4 and 11 are preferably of the same construction, but they can also be separate units. Contrary to the above, the storage tank 12 can be omitted, in which case the domestic hot water must be heated in a separate tank. The reheating coil 15 can also be omitted if conditions allow. The heating circulating water circuit can also be formed with only one circulating water pump, for example pump 13. In this case, a 3-way brick is used at the junction 24 of the pipelines 15 leading to the lower part of the storage tank 12 to control the water flows. Alternatively, the circuit can also be formed by two circulating water pumps, for example pumps 13 and 22. Also in this case, a 3-way valve can be used at the junction 24 of the pipelines leading to the lower part of the storage tank 12 to control water flows. During the non-heating season, the replacement air can be passed past the heat exchangers 4 and 11 by a bypass duct (not shown), which is then equipped with an openable shut-off valve. If necessary, the duct to the heat exchangers can be closed at the same time with another valve (not shown).

Claims

61 755

An apparatus for transferring heat energy from the exhaust air of a building to a heating circulating water, the building having 5 heating circulating water circuits, an exhaust air duct (7) and a replacement air duct (9), the apparatus comprising a heat pump circuit consisting of a refrigerant recirculation device such as a compressor (1) ) and a condenser (2), and a heat exchanger (25) arranged in connection with the condenser, through which the heating circulating water is arranged to pass, characterized in that two heat exchangers (4,11) are arranged in connection with the replacement air duct (9), one of which ( 4) is arranged in the heat pump circuit in the direction of refrigerant flow after the condenser (2) and the other (11) is arranged in the heating circulating water circuit after the heat distribution devices (20) and before the heat exchanger (25) connected to the condenser.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (4) 20 of the heat pump circuit is located in the replacement air duct (9) before the heat exchanger (11) of the heating circulating water circuit as seen in the flow direction of the replacement air.

Apparatus according to Claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger 25 (4) of the heat pump circuit and the heat exchanger (11) of the heating circuit are built together as a single unit.

Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (4) of the heat pump circuit is arranged between the condenser (2) and the evaporator (6).