NL1035438C2 - Luchtbehandelsysteem. - Google Patents

Description

LUCHTBEHANDELSYSTEEM

De onderhavige uitvinding betreft een luchtbehandelsysteem in een gebouw met afzonderlijke ruimtes, 5 omvattende: een invoer voor het in het gebouw invoeren van buitenlucht; een uitvoer voor het uitstoten van lucht uit het gebouw; en luchtbehandelelementen in de ruimtes, via welke de buitenlucht in de afzonderlijke ruimtes binnenkomt.

Dergelijke systemen zijn algemeen bekend, zoals ook aan de 10 hand van figuur 1 is weergegeven.

Het is bekend en gebruikelijk, zoals in figuur 1 is weergegeven, om een gewenste temperatuur in verschillende ruimtes 1, 2 van een gebouw te bewerkstelligen door verse lucht 4, welke in een gebouw wordt ingevoerd, en de lucht, 15 welke reeds in de ruimten aanwezig is, te verwarmen en/of te koelen. In moderne gebouwen is er dan ook veelal sprake van zowel een of meerdere centrale luchtbehandelingskasten 3, waarin aangezogen verse buitenlucht 4 centraal wordt gekoeld of verwarmd, en als decentrale units 5, 6 weergegeven 20 luchtbehandelelementen in de afzonderlijke ruimtes 1, 2, waarbij de lucht per ruimte 1, 2 kan worden nagekoeld, zoals in ruimte 1 in figuur 1, en/of worden na-verwarmd, zoals in ruimte 2 in figuur 1. De ruimte 1 bevat veel warmtebronnen, zoals de verlichting 7 en computers 8, en veel instraling van 25 de zon 9 door ramen 10 heen. Dientengevolge moet de eerste ruimte 1 worden gekoeld middels de decentrale unit 5. Daarentegen bevat ruimte 2 weinig warmtebronnen, in het bijzonder geen computers 8, en er staat geen zon 9 op, maar er stroomt warmte weg door de gevel en de ramen 10 van ruimte 30 2 heen. De decentrale unit 6 dient hier voor verwarming van de lucht, die de ruimte 2 in wordt gevoerd.

In een veel voorkomende situatie wordt verse buitenlucht (bijv. 5°) aangezogen in de luchtbehandelingskast 3. De lucht 1035438 2 wordt middels een systeem 11 van warmteterugwinning door de uit het gebouw afgezogen warme retourlucht opgewarmd tot bijv. 16,5°. Door de motorwarmte van de toegepaste ventilator 12 wordt de lucht verder opgewarmd tot ca. 18°. Deze verse 5 aanvoerlucht van ca. 18° wordt ingeblazen in de ruimtes 1, 2.

In de eerste ruimte 1 stroomt warmte als gevolg van diverse omstandigheden, zoals: instraling van zonnewarmte 9 via de ramen 10, de warmteproductie door verlichting 7, de warmteproductie van apparatuur (o.a. computers 8) en mensen 10 (niet getoond). Voor ruimte 2 met minder warmtebronnen en geen direct zonlicht overheerst warmteverlies als gevolg van transmissie door de ramen 10 in de gevel heen, alsmede mogelijk ook andere invloeden.

Omdat de bovengenoemde warmtestromen verschillen per 15 ruimte 1, 2, is het volgens de bekende techniek noodzakelijk om de lucht in de diverse ruimten na te koelen, danwel te verwarmen middels de decentrale units 5, 6, welke aan te merken zijn als luchtbehandelelementen.

Zo zal in ruimte 1 met veel instraling en warmteproductie 20 de lucht moeten worden nagekoeld, terwijl in ruimte 2 met weinig interne warmteproductie en zonder instraling de lucht zal moeten worden naverwarmd. Hierdoor is in veel gevallen sprake van een gelijktijdige vraag naar koude en warmte in het gebouw.

25 Het nadeel van een aldus vormgegeven, bekend systeem is dat het energiegebruik onnodig hoog is. Dat heeft diverse oorzaken, waaronder het gegeven dat de aan het gebouw toegevoerde lucht eerst wordt opgewarmd met onder meer de warmteterugwinning in de luchtbehandelingskast en daarna moet 30 worden afgekoeld in de diverse ruimten met een hoge warmtebelasting, hetgeen onnodige koelenergie kost, bijvoorbeeld in het geval van de eerste ruimte 1 in figuur 1. Ook kan dit resulteren uit de omstandigheid, dat de aan het 3 gebouw toegevoerde lucht met de warmteterugwinning 11 in de luchtbehandelingskast 3 slechts beperkt wordt opgewarmd, ofwel het warmteterugwinrendement wordt beperkt om een te hoge inblaastemperatuur en een hieruit resulterende, te hoge 5 koudevraag voor het nakoelen in de ruimten, in het bijzonder ruimte 1, te voorkomen. Als gevolg moet wel in ruimte 2, waar een lage warmtebelasting en een hoger warmteverlies voorkomen, extra verwarmingsenergie worden toegevoerd via het luchtbehandelelement 6 in die ruimte 2.

10 De bovengenoemde verschillende situaties treden veelal in of voor afzonderlijke ruimtes 1, 2 in het gebouw, zodat gelijktijdig warmte geproduceerd dient te worden door een verwarmingsysteem, bijvoorbeeld een met de aanduiding CV in figuur 1 aangeduide ketel, om de lucht voor ruimte 2 in 15 figuur 1 te verwarmen, en tevens koude geproduceerd moet worden door een koude-opwekker, bijvoorbeeld een met de aanduiding GKW in figuur 1 aangeduide koelmachine, om de lucht bedoeld voor ruimte 1 te koelen.

Met de uitvinding is beoogd de nadelen van de bekende 20 systemen te verhelpen. Hiertoe is een systeem verschaft dat zich van de bekende techniek onderscheidt door een warmtewisselaar in de invoer 4 voor het uit de buitenlucht winnen van koude; en transportmiddelen, welke zijn verbonden met de warmtewisselaar en voeren naar de 25 luchtbehandelelementen in de ruimtes voor het aldaar ten minste verschaffen van koeling.

Met de uitvinding is het beoogd om het energiegebruik voor het opwarmen en koelen van de lucht voor de verschillende ruimtes in een gebouw te minimaliseren. Dit 30 wordt bewerkstelligd door een nieuwe wijze van het (terug)winnen en verdelen van warmte en koude over het gebouw.

4

Hiertoe wordt gebruik gemaakt van het direct winnen van koude uit de buitenlucht. In een specifieke uitvoeringsvorm wordt een water lucht-water warmtewisselaar toegepast om de koude te winnen en beschikbaar te maken voor koeling van de 5 naar de ruimtes vloeiende lucht, waarbij gekoeld water door de leidingen kan worden getransporteerd naar de luchtbehandelelementen.

Het is hierbij een doel om gelijktijdig de lucht in de invoer maximaal voor te verwarmen. Eventueel kan het gunstig 10 zijn om daarbij ook maximaal de warmte uit de lucht in de uitvoer terug te winnen. Beide doelen kunnen bij wijze van voorbeeld met behulp van een bijvoorbeeld als luchtbehandelingskast voorgegeven warmte-overdrachtssysteem worden bereikt. De luchtbehandelingskast kan daarbij in 15 verbinding staan met de invoer en met de uitvoer om warmte aan de lucht in de uitvoer te onttrekken aan toe te voegen aan de lucht in de invoer.

Het centrale doel van de uitvinding is dan het gebruik van de als hierboven genoemde gewonnen koude voor het naar 20 een lagere temperatuur koelen van alleen de lucht bestemd voor die verschillende ruimtes in het gebouw met een hoge warmtelast.

Als resultaat van de uitvinding is de warmtebehoefte voor het in de centrale luchtbehandelingskast naverwarmen van de 25 voor alle ruimtes bestemde lucht sterk verminderd of geheel geëlimineerd. De benodigde koude voor het koelen met de decentraal in de ruimte(s) aanwezige luchtbehandelelementen wordt "gratis" geproduceerd of eigenlijk gewonnen uit koude(re) buitenlucht.

30 Aldus is de onderhavige uitvinding gebaseerd op een geheel nieuw concept, om gelijktijdig zo veel mogelijk warmte "gratis" terug te winnen en tevens zoveel mogelijk "gratis" koude te winnen en de aldus beschikbaar gekomen koude en 5 warmte naar behoefte te verdelen over de ruimyes. Met "gratis"wordt in dit verband bedoeld dat er voor (terug)winning geen energie-opwekkers hoeven te worden benut, zoals ketels en koelmachines, waarbij het enige 5 energieverbruik toe te schrijven is aan pompen en ventilatoren. Voor de ruimtes met een lage(re) warmtebelasting hoeft dan geen of weinig koeling te worden toegepast.

In een uitvoeringsvorm met een lucht-warmte wisselaar 10 voor het winnen van koude en een warmte-overdrachtssysteem is het voor het bereiken van een hoog rendement van het winnen van koude gunstig als de lucht-water warmtewisselaar is geplaatst in de stroom lucht in de invoer voorafgaand aan het warmte-overdrachtssysteem.

15 In een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding kan echter ook worden afgezien van een warmte-overdrachtssysteem, bijvoorbeeld bij toepassing van de uitvinding in een warmer klimaat.

In een uitvoeringsvorm mét een warmte-overdrachtssysteem 20 kan deze onder inwerking van een besturing zijn gesteld, en dan is die besturing bij voorkeur ingericht om de temperatuur van de het gebouw in stromende lucht zo ver mogelijk op te voeren en de uit te stoten lucht daartoe zo ver mogelijk af te koelen.

25 Het systeem volgens de uitvinding is op diverse wijzen uit te breiden, zoals wel blijkt uit de hieronder in samenhang met de tekeningen beschreven uitvoeringsvormen, welke bij wijze van voorbeeld en niet als limitatieve uitvoeringsvormen worden gepresenteerd, waarbij in de diverse 30 uitvoeringsvormen gelijke of gelijksoortige componenten, elementen en aspecten zijn aangeduid met telkens dezelfde referentienummers, en waarin:

Figuur 1 een systeem volgens de bekende techniek toont; 6

Figuur 2 een uitvoeringsvorm van de uitvinding toont;

Figuur 3 een t.o.v. figuur 2 met een koude-opslag uitgebreide uitvoeringsvorm toont;

Figuur 4, 5, 6 en 7 een met figuur 3 overeenkomende 5 uitvoeringsvorm tonen met daarin een lange termijn koude-opslag;

Figuur 8 een uitvoeringsvorm als die van figuur 3 toont, met daarbij een aanvullende koeling;

Figuur 9 een uitvoeringsvorm toont met extra 10 warmtewinning uit de lucht in de uitvoer;

Figuur 10 een verdere uitvoeringsvorm toont;

Figuur 11 een uitvoeringsvorm met een warmtepomp toont;

Figuur 12 een uitvoeringsvorm toont met meer dan één luchtbehandelkast of warmte-overdrachtssysteem; 15 Figuur 13 een uitvoeringsvorm toont zonder warmteterugwinning uit de lucht in de uitvoer; en

Figuur 14 een uitvoeringsvorm toont om de voor regelsystemen geldende principes weer te geven.

In de uitvoeringsvorm van figuur 2 is een lucht-water 20 warmtewisselaar 13 geplaatst in de invoer van aangezogen buitenlucht, als aanvulling op de in figuur 1 getoonde bekende configuratie. De verse buitenlucht, met een temperatuur van bijv. 5°, wordt aangezogen in de luchtbehandelingskast 3. De lucht stroomt over de lucht-water 25 warmtewisselaar en wordt hierdoor voorverwarmd, bijv. tot een temperatuur van 13°. Tegelijk wordt het water, dat door deze lucht-water warmtewisselaar 13 als deel van een koelinstallatie GKW stroomt, afgekoeld van bijv. 18° naar 10°. De voorverwarmde lucht wordt middels een systeem van 30 warmteterugwinning met het warmte-overdrachtssysteem 11, door de uit het gebouw afgezogen warme lucht, die door de uitvoer stroomt, opgewarmd tot bijv. 23°. Door de motorwarmte van de toegepaste ventilator 12 wordt de lucht verder opgewarmd tot 7 ca. 24,5°. Deze verse aanvoerlucht van ca. 24,5° wordt ingeblazen in de ruimte 1 en 2.

Doordat de verse lucht met een hogere temperatuur de ruimtes 1, 2 in stroomt dan bij een conventionele installatie 5 (24,5° i.p.v. 18°) is er minder of geen energie nodig om deze via de invoer 4 in de ruimtes 1, 2 ingebrachte lucht op te warmen. Doordat de temperatuur van deze lucht uit de invoer veelal hoger is dan de gewenste ruimtetemperatuur (24,5° t.o.v. 22°) draagt de lucht uit de invoer 4 zelfs bij aan het 10 verwarmen van de ruimte, zonder dat hiervoor extra CV-warmte uit bijv. een ketel CV dient te worden toegevoerd.

Door de hogere temperatuur van de verse lucht uit de invoer 4 neemt de koelbehoefte in de ruimtes 1, 2 echter wel toe. De hiervoor benodigde koude wordt aangevoerd middels het 15 gekoeld water systeem (GKW). Het water in het GKW systeem wordt afgekoeld in de lucht-water warmtewisselaar 13, welke in de stroom van aangezogen lucht in de luchtbehandelingskast 3 is geplaatst.

Door de uitvinding in de aldus vormgegeven 20 uitvoeringsvorm wordt de benodigde verwarmingsenergie voor het naverwarmen van lucht in de ruimten verminderd of geheel voorkomen en wordt de benodigde koude-energie voor het nakoelen van de lucht in de ruimte 1, 2 met behulp van de luchtbehandelelementen 5, 6, zonder inzet van een 25 koelmachine, "gratis" gewonnen uit de via de invoer 4 aangezogen buitenlucht.

In de uitvoeringsvorm van figuur 3 is een opslagsysteem 14 toegevoegd voor tijdelijke opslag van koude uit de via de invoer 4 aangezogen lucht. Ook kan hier warmte worden 30 opgeslagen die dan afkomstig kan zijn uit het koelen met de decentrale luchtbehandelingselementen 5 van de ruimte 1. De hoeveelheid koude, die benodigd is voor de nakoeling tbv de ruimtes 1, 2, en de bij de lucht-water warmtewisselaar 13 in 8 te vangen koude zijn niet altijd gelijk en kunnen gedurende de dag variëren. Om deze onbalans op te vangen kan een opslagsysteem 14 worden toegepast, zoals in figuur 3 is getoond. In deze situatie kan een opslag 14 worden toegevoegd 5 om een overschot aan de met de lucht-water wisselaar 13 gewonnen koude en de bij het koelen van de lucht voor de ruimtes 1, 2 vrijgekomen warmte tijdelijk op te slaan en op een later tijdstip te benutten. Als de opslag kortstonduig van aard kan of mag zijn, kan een (niet getoonde) watertank 10 of -reservoir worden benut.

In figuur 4 is een uitvoeringsvorm van de uitvinding getoond, waarin een lange(re) termijn opslag 15 is verwezenlijkt. Het opslagsysteem 15 heeft de volgende configuratie: 15 In de optimale uitvoeringsvorm wordt de opslag 15 gerealiseerd m.b.v. twee (of meerdere) bronnen 16, 17, welke zijn gevormd in waterbevattende of watervoerende bodemlagen, zoals in figuur 4 is getoond.

Tussen de bronnen 16, 17 wordt grondwater heen en weer 20 gepompt. Middels een warmtewisselaar 18 wordt warmte uitgewisseld met water van het koelsysteem van het gebouw, waarvan ook de lucht-water warmtewisselaar 13 deel uitmaakt.

Het aldus gevormde systeem kan in diverse bedrijfstoestanden functioneren. Zo is in het winterbedrijf 25 de opslag van koude het hoofdzakelijke doel. Op die momenten, dat de warmtestroom naar de lucht-water warmtewisselaar 13 groter is dan de vrijkomende warmte bij de koeling in de ruimtes 1, 2, is er sprake van een tekort aan warmte en een overschot aan koude, zoals in figuur 5 is getoond. In deze 30 situatie wordt water uit de warme bron 17 onttrokken, door de warmtewisselaar 18 gepompt en geïnjecteerd in de koude bron 16. In de warmtewisselaar wordt het bronwater afgekoeld 9 (bijv. van 17 naar 11 graden), terwijl tegelijk het GKW water wordt opgewarmd (bijv. van 10 naar 16 graden).

Door de warmte die vanuit de warme bron 17 wordt geleverd is het mogelijk de lucht in de invoer 4 maximaal "gratis" op 5 te warmen, waardoor zo min mogelijk of geen additionele verwarmingsenergie m.b.v. bijv. een ketel behoeft te worden geproduceerd.

In het winterbedrijf kan ook opslag van warmte gewenst zijn. Op momenten dat de warmtestroom naar de lucht-water 10 warmtewisselaar 13 kleiner is dan de vrijkomende warmte bij de koeling in de ruimten 1, 2, is er sprake van een overschot aan warmte en een tekort aan koude, zoals in figuur 6 is getoond. In deze situatie wordt water uit de koude bron 16 onttrokken, door de warmtewisselaar 18 gepompt en 15 geïnjecteerd in de warme bron 17. In de warmtewisselaar 18 wordt het bronwater opgewarmd (bijv. van 11 naar 17 graden), terwijl tegelijkertijd het GKW water wordt afgekoeld (bijv. van 18 naar 12 graden).

In het zomerbedrijf, kan het hoofdzakelijke doel de 20 opslag van warmte en levering van koude zijn. Tijdens zomerbedrijf dient er warmte te worden geleverd aan zowel een lucht-water warmtewisselaar 13 en aan de decentrale koelunits ofwel de luchtbehandelelementen 5, 6 in de ruimtes 1, 2. Op dit moment is er sprake van een overschot aan warmte en een 25 tekort aan koude, zoals in figuur 7 is getoond. In deze situatie wordt water uit de koude bron 16 onttrokken, door de warmtewisselaar 18 gepompt en geïnjecteerd in de warme bron 17. In de warmtewisselaar wordt het bronwater opgewarmd (bijv. van 11 naar 17 graden), terwijl tegelijk het GKW water 30 wordt afgekoeld (bijv. van 18 naar 12 graden) in de lucht-water warmtewisselaar 13.

De koude wordt in de lucht-water warmtewisselaar 13 gebruikt om de verse aanvoerlucht af te koelen (bijv. van 25 10 naar 16 graden) en te ontvochtigen. Het koude water wordt tevens gebruikt om decentraal in de ruimten de ruimtelucht na te koelen met behulp van de luchtbehandelelementen 5, 6. Effectief is dan geen warmteterugwinning WTW benodigd, zodat 5 van het warmte-overdrachtssysteem 11 in deze figuur slechts schematisch de contour in streeplijnen is weergegeven. Tevens is het mogelijk voor het koelen van de centrale toevoerlucht tijdens zomerbedrijf gebruik te maken van een (niet getoonde) extra lucht-water warmtewisselaar welke is geplaatst na het 10 warmteoverdrachtsysteem 11, zodat dit overdrachtsysteem in de zomer kan worden gebruikt voor het terugwinnen van koude uit de retourlucht, terwijl er nakoeling van de toevoerlucht plaats vind middels de extra warmtewisselaar.

Lange termijn opslag met bodemwisselaars is volgens de 15 uitvinding ook mogelijk. Daarbij kan, in plaats van bronnen voor het opslaan van koude en warmte, ook gebruik worden gemaakt van speciale warmtewisselaars welke warmte uitwisselen met de bodem.

Als voorbeeld van een uitvoeringsvorm met korte termijn 20 opslag kan worden gewezen op de mogelijkheid om een of meerdere vaten (niet getoond) te benutten met daarin een medium dat in staat is warmte (en koude) op te slaan. In een typisch geval bestaat dit medium dan uit water. De opslag wordt bij voorkeur zo uitgevoerd, dat vermenging van koud en 25 warm water in het vat wordt tegengegaan, of dat twee of meer vaten worden toegepast op analoge wijze als getoond in figuren 4-7.

Als alternatief kan ook worden gekozen voor een of meerdere faseveranderende media. Door de faseverandering kan 30 de opslagcapaciteit van koude en warmte in een op vaten gebaseerde uitvoeringsvorm worden verhoogd.

11

De korte termijn opslag dient in een typisch geval voor het opslaan van een warmteoverschot, danwel een koudeoverschot gedurende enkele uren tot enkele dagen.

In een verdere uitvoeringsvorm is een extra koeler 19 5 verschaft t.b.v. vrije koeling, zoals in figuur 8 is getoond. Indien de hoeveelheid koude, die benodigd is om de lucht in de ruimtes 1, 2 na te koelen, veel hoger is dan de hoeveelheid koude die door de lucht-water warmtewisselaar 13 wordt geproduceerd, kan een extra lucht-water warmtewisselaar 10 19 worden toegevoegd, welke kan worden geplaatst in de buitenlucht, zoals in figuur 8 is getoond.

Bij een voldoende lage buitentemperatuur produceert de toegevoegde lucht-water warmtewisselaar 19, bijvoorbeeld een droge koeler of een natte koeltoren, koude t.b.v. de 15 nakoeling in de ruimtes 1, 2.

Verder is het mogelijke om extra warmte winnen uit de via de afvoer uit te stoten lucht. Indien de hoeveelheid warmte die op jaarbasis wordt opgeslagen in het opslagsysteem (veelal een bronnensysteem) veel kleiner is dan de 20 hoeveelheid warmte die aan het opslagsysteem 14, 15 wordt onttrokken, dient additionele warmte te worden opgeslagen om het opslagsysteem op langere termijn in balans te krijgen, zoals in figuur 9 is getoond. Hiertoe kan een extra lucht-water warmtewisselaar 20 worden toegevoegd, welke kan 25 worden geplaatst in de afvoer voor retourlucht. Doordat deze lucht in de zomer niet wordt benut voor directe warmteterugwinning, is het mogelijk de lucht met de extra lucht-water warmtewisselaar 20 af te koelen en de vrijkomende warmte op te slaan in het opslagsysteem.

30 Het koude water kan eerst door een lucht-water warmtewisselaar 21 stromen, welke is geplaatst in de invoer voor buitenlucht om op deze wijze deze ingevoerde lucht af te koelen. Vervolgens stroomt het water door de lucht-water 12 warmtewisselaar 20 in de retourlucht, waardoor dit water verder wordt opgewarmd en er meer warmte uit de lucht wordt gewonnen.

Indien de buitentemperatuur dermate laag is dat de via de 5 invoer 4 aangevoerde lucht niet behoefd te worden gekoeld, kan het water uitsluitend over de lucht-water warmtewisselaar 20 in de retourlucht worden geleid, waardoor warmte wordt gewonnen voor het opslagsysteem 15, zonder dat de aanvoerlucht in de invoer 4 wordt gekoeld.

10 In nog een verdere uitvoeringsvorm is voorzien in het gebruik van de lucht-water warmtewisselaar 13 voor voorverwarming en koeling. Het is niet noodzakelijk een separate lucht-water warmtewisselaar 21 te plaatsen voor het koelen van de verse aanvoerlucht in de zomer. De lucht-water 15 warmtewisselaar 13, welke is geplaatste voor de warmteterugwinning, en welke in de winter wordt benut voor het voorverwarmen van de ventilatielucht, kan in de zomer worden benut voor het koelen van de verse aanvoerlucht, zoals in figuur 10 is getoond. In de in figuur 10 getoonde 20 configuratie kan de warmteterugwinning tijdens zeer hoge buitentemperaturen echter niet worden gebruikt voor het terugwinnen van de koude uit de retourlucht.

In weer een andere uitvoeringsvorm, zoals die in figuur 11 is getoond, is een warmtepomp 22 toegevoegd. Een 25 warmtepomp 22 kan zodanig aan het systeem worden toegevoegd, dat de verdamperzijde van de warmtepomp 22 is gekoppeld aan het GKW systeem, zoals in figuur 11 is getoond. Hierbij produceert de warmtepomp 22 een deel van de koude, welke geleverd wordt aan de decentrale koelunits ofwel de 30 luchtbehandelelementen 5, 6 in de diverse ruimtes 1, 2.

De aan de condensorzijde van de warmtepomp 22 vrijgekomen warmte kan nuttig worden benut, bijvoorbeeld voor het leveren van warmte aan het CV systeem, welk dient om de lucht in 13 ruimtes 2 met een lage warmteproductie en een hoog warmteverlies na te verwarmen.

De niet nuttig te gebruiken warmte kan naar de buitenlucht worden afgevoerd middels een lucht-water 5 warmtewisselaar 23 in de buitenlucht, zoals een droge koeler of natte koeltoren.

Niet direct nuttig te gebruiken warmte kan echter ook worden afgevoerd middels een lucht-water warmtewisselaar 24 in de stroom van retourlucht in de luchtbehandelkast 3.

10 De lucht-water warmtewisselaar 24 kan zowel voor als achter de warmteterugwinning 11 in de afvoer voor de retourlucht worden geplaatst. Tevens kan die worden geplaatst in een separate sectie waarover een deelstroom van de retourlucht kan worden geleid.

15 Volgens de uitvinding is een combinatie van meerdere luchtbehandelingskasten 3 mogelijk, zoals ook in figuur 12 is getoond. Wanneer meerdere luchtbehandelingskasten 3 in een gebouw worden toegepast, is het mogelijk om energiestromen tussen de kasten uit te wisselen.

20 In een typisch geval wordt de in figuur 12 hoger gelegen kast 3 toegepast voor het conditioneren van de lucht in een bouwdeel met een hogere warmtelast, zoals een automatiseringsafdeling, en wordt een andere, in figuur 12 onder gelegen kast 3 benut voor het conditioneren van de 25 lucht in een ruimte met een lage warmtelast.

Bij het bouwdeel met de hoge interne warmtelast kan warmte uit de lucht worden gewonnen door het koelen van de toevoerlucht en/of het koelen van de retourlucht. Dit systeem kan ook worden toegepast met meer dan twee 30 luchtbehandelingskasten 3. Eventueel is zelfs de gecombineerde toepassing van telkens één luchtbehandelingskast per ruimte 1, 2 mogelijk.

14

Verder is een uitvoeringsvorm mogelijk zonder directe warmteterugwinning 11 uit de retourlucht, zoals in figuur 13 is getoond. In gebouwen met een beperkte ruimte voor luchtkanalen en in landen met een minder koud klimaat wordt 5 veelal geen warmteterugwinning 11 in de luchtbehandelingskast toegepast. De lucht-water warmtewisselaar 13, welke is geplaatst in de invoer voor aangezogen buitenlucht, kan dan worden gebruikt voor het voorverwarmen van de aangezogen buitenlucht en daarmee zorgen voor een energiebesparing.

10 De verse buitenlucht van bijv. 10 graden wordt aangezogen in de luchtbehandelingskast 3. De lucht stroomt over de lucht-water warmtewisselaar 13 en wordt hierdoor voorverwarmd (bijv. naar 15 graden). Tegelijk wordt het water, dat door deze lucht-water warmtewisselaar 13 stroomt afgekoeld van 15 bijv. 18 naar 13 graden.

De voorverwarmde lucht wordt middels een verwarmingselement 25 opgewarmd tot bijv. 17 graden. Door de motorwarmte van de toegepaste ventilator 12 wordt de lucht verder opgewarmd tot ca. 18,50. Deze verse aanvoerlucht van 20 ca. 18,5 graden wordt ingeblazen in de ruimtes 1, 2. Er wordt dan een energiebesparing gerealiseerd, doordat de verse aanvoerlucht minder behoeft te worden opgewarmd en doordat de koude voor de diverse ruimtes 1, 2 niet behoeft te worden geproduceerd middels koelmachines.

25

Een beginsel voor het vormen van een regelsysteem is in figuur 14 getoond. Daarbij zijn stooklijnregelingen voor de gewenste temperaturen in de toevoerlucht aangeduid.

Om daadwerkelijk een minimaal energiegebruik te realiseren, 30 kan een regelsysteem worden toegepast, dat het gebruik van CV-warmte minimaliseert tijdens het winterbedrijf door het regelen van de energieoverdracht in de lucht-water warmtewisselaar 13 in de toevoerlucht en de energieoverdracht 15 in de warmteterugwinning 11, zodanig, dat in volgorde de volgende doelstellingen worden bereikt: - dat de vraag naar CV warmte, welke geproduceerd dient te worden door de warmtepomp of externe warmtebron (in het 5 algemeen een CV-ketel), exact nul bedraagt of in ieder geval zo laag mogelijk is; - dat de hoeveelheid geproduceerde koude in de lucht water warmtewisselaar 13 indien mogelijk overeenkomt met de hoeveelheid gevraagde koude voor het met de afzonderlijke 10 luchtbehandelelementen 5, 6 nakoelen van de lucht in de decentrale ruimtes 1, 2; - dat het eventuele overschot aan vrijgekomen koude uit de lucht-water warmtewisselaar 13 en/of warmte uit het decentrale nakoeling tijdelijk kan worden opgeslagen in een 15 eventueel toe te passen opslagsysteem, zodanig dat dit overschot op een later moment nuttig gebruikt kan worden voor het leveren van warmte aan de lucht-water warmtewisselaar 13 of koude aan de decentrale nakoeling.

- dat er eventueel additionele warmte middels een extra 20 warmtewisselaar uit de retourlucht wordt gewonnen en wordt opgeslagen in het opslagsysteem, zodanig dat op kortere of langere termijn een thermisch evenwicht in en met het opslagsysteem ontstaat, waarbij er op lange termijn geen sprake is van een overschot aan warmte of koude welke is 25 opgeslagen in het opslagsysteem.

Een relatief eenvoudige regeling om deze optimale situatie te benaderen omvat een instelling van het gewenste setpoint voor de temperatuur na de lucht-water warmtewisselaar 13 (Tvv). Verder dient bij voorkeur een 30 instelling te zijn verschaft voor het gewenste setpoint voor de temperatuur na de warmteterugwinning 11 (Twarmteterugwinning), en dient een instelling te zijn verschaft van het gewenste setpoint voor de temperatuur na de 16 warmtewinning 11 uit de retourlucht tijdens de zomer (Tuitblaas).

De voorgenoemde instellingen zijn afhankelijk van: - De buitenluchttemperatuur (Tbuiten).

5 - De bedrijfsituatie van het gebouw (nacht- en/of dagbedrijf).

- Het niveau van instraling van zonne-energie in het gebouw (Qinstraling), gebaseerd op het gemeten stralingsniveau van de zon en het tijdstip op de dag en in het jaar in combinatie 10 met gegevens over de oriëntatie van het gebouw en het glasoppervlak in de gevel.

- Het tijdstip op de dag en de dag in de week als indicator voor het in bedrijf zijn van het gebouw en, in combinatie met het opgestelde vermogen van de interne warmteproductie 15 (Qwarmteproductie), als basis voor de berekening van de intern in het gebouw geproduceerde warmte. Tevens kan een goede indicatie van de geproduceerde warmte in het gebou worden verkregen door meting van het afgenomen elektrisch vermogen van het geboud bij de elektrische aansluiting of 20 door middel van deelmetingen bij de diverse bouwdelen.

Deze parameters zijn schematisch in figuur 14 getoond. Verder is toevoeging mogelijk van modelvorming t.b.v. optimale stooklijnbepaling. Voor de warmtebalans van het gebouw en de diverse ruimten geldt de relatie: 25

Qinstraling + Qinblaas - Qretour + Qwarmteproductie -Qwarmteverlies + Qcv - Qgkw = 0

De variabelen voor Qinblaas, Qretour, Qcv en Qgkw zijn 30 direct te meten of te berekenen uit temperaturen en lucht- of water debieten.

17

De werkelijk optredende waarden voor Qinstraling, Qwarmteproductie en Qwarmteverlies kunnen alleen worden geschat op basis van: - Theoretisch bepaalde overdrachtscoëfficiënten en 5 bijbehorende temperatuurverschillen (Qwarmteverlies); - Verschillen in instralingsniveaus afhankelijk van het stralingsniveau van de zon en de overdrachtscoëfficiënten welke bepaald worden door glasoppervlak en oriëntatie (Qinstraling); 10 - Verschillen in warmteproductie over de tijd (Qwarmteproductie)

De temperatuurverschillen en het stralingsniveau van de zon kunnen direct worden gemeten. De overdrachtscoëfficiënten voor het warmteverlies en de instraling en de warmteproductie 15 per ruimte en afhankelijk in de tijd zijn zeer moeilijk direct te meten.

Door de bovengenoemde waarden (Qinblaas, Qretour, Qcv, Qgkw, Tbuiten, Truimte en Stralingsniveau) gedurende een langere periode te meten, kunnen de voorgenoemde 20 overdrachtscoëfficiënten en warmteproductie worden geschat afhankelijk van de bezetting van het gebouw en het tijdstip op de dag en in het jaar.

Het hierdoor ontstane energiemodel voor het gebouw kan worden gebruikt voor het optimaal instellen van de 25 stooklijnen, hetgeen hierboven is beschreven.

Verder is ook toevoeging mogelijk van temperatuurintegratie door gebruik te maken van de warmtecapaciteit van de gebouwconstructie. Door de toepassing van het in deze aanvraag omschreven systeem kan de behoefte 30 aan warmte in praktijk veelal volledig worden geëlimineerd op de momenten dat het gebouw in gebruik is en er sprake is van interne warmteproductie. Op momenten dat het gebouw niet in gebruik is, en er derhalve zeer weinig interne 18 warmteproductie is, ontstaat er behoefte aan CV warmte om het gebouw op temperatuur te houden. Deze behoefte aan CV warmte kan worden voorkomen door de combinatie van de volgende maatregelen. Men kan de lucht in het gebouw gelijk laten 5 afkoelen met de massa van het gebouw, waarbij de temperatuurdaling beperkt blijft als gevolg van de hoge warmtecapaciteit van de massa van het gebouw, door het niet of beperkt toevoeren van CV warmte op het moment dat het gebouw niet of beperkt in gebruik is. Verder is het mogelijk 10 om de gebouwmassa en de binnenlucht van het gebouw pas weer op te warmen, wanneer weer sprake is van interne warmteproductie. Er kan gebruik worden of zijn gemaakt van een instelbare, additionele verhoging van de gewenste ruimtetemperatuur (Truimte) gedurende de eerste uren in de 15 ochtend, nadat het gebouw gedurende een periode, bijvoorbeeld 's nachts of tijdens week-ends of feestdagen, buiten gebruik is geweest en de lucht in het gebouw en daarmee de gebouwmassa zijn afgekoeld. Hierdoor wordt ondanks de afgekoelde gebouwmassa (zoals vooral wanden, plafonds en 20 vloeren) het comfort in de ruimten gehandhaafd.

Op bovengenoemde wijze kan gebruik worden gemaakt van de warmtecapaciteit van het gebouw om onnodige energievraag tijdens momenten met een lage interne warmteproductie te voorkomen. Gedurende de nacht, wanneer er geen of weinig 25 interne warmteproductie en of instraling is / zijn, wordt er geen of zeer beperkt warmte toegevoerd t.b.v. naverwarming, waardoor de massa van het gebouw bijv. maximaal twee graden afkoelt. Gedurende de dag, wanneer er wel sprake is van interne warmteproductie of instraling, wordt er enigszins 30 minder warmte afgevoerd uit de ruimtes door middel van de decentrale koelunits 5, 6, waardoor de ruimtetemperatuur tijdens deze periode met een nog koude gebouwconstructie iets hoger is en het comfort voor de gebruikers ondanks de 19 enigszins afgekoelde gebouwmassa gewaarborgd blijft en waardoor deze massa weer wordt opgewarmd.

Er zijn nog vele alternatieve en aanvullende uitvoeringsvormen mogelijk, die zich zullen opdringen aan de 5 vakman na kennisneming van de voorgaande openbaarmaking van diverse uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, welke alle zijn gelegen binnen het bereik van de beschermingsomvang volgens de hierna volgende conclusies, tenzij dergelijke alternatieven en aanvullingen vallen buiten 10 de letter of de geest van die conclusies. Zo is het mogelijke allerlei componenten toe te voegen. Er kan gebruik worden gemaakt van een zonnecollector. Doordat daarbij al zeer efficiënt gebruik en hergebruik wordt gemaakt van de in het gebouw geproduceerde warmte, is er nog nauwelijks behoefte 15 aan verwarmingsenergie. Alleen wanneer het gebouw vrijwel niet meer bezet is, is er behoefte aan warmte om het gebouw gedurende de nacht zo goed mogelijk op temperatuur te houden. De hiervoor benodigde warmte kan worden geleverd m.b.v. een (niet in enige van de figuren weergegeven) zonnecollector, 20 welke overdag de vereiste warmte uit de omgeving opvangt en deze opslaat in een opslagsysteem, zodat de warmte vooral 's nachts kan worden benut voor het op temperatuur houden van het gebouw.

Er kunnen andere media dan water worden toegepast.

25 Hierboven zijn al fase-veranderende media genoemd.

In de plaats van een lucht-water warmtewisselaar 13 en een watersysteem voor het transporteren van de koude-energie door het gebouw heen, kan ook gebruik gemaakt worden van andere media, zoals: water met additieven, bijvoorbeeld 30 glycol, om bevriezing in de lucht-waterwisselaar bij lage buitentemperaturen te voorkomen. Binnen het kader van het gebruik van fase-veranderende media kan worden gewezen op de moglijkheid om verdampende en condenserende media te 20 benutten, zoals bijvoorbeeld NH3, R134a of C02 om de pompenergie, die benodigd is om de koude door het gebouw te transporteren, te verminderen en om de warmte-overdracht in de diverse warmtewisselaars te verbeteren. Hierbij 5 condenseert het medium in de lucht-medium warmtewisselaar in de luchtbehandelingskast 3, en verdampt het medium in de decentrale koelunits 5, 6 in de ruimtes 1, 2.

Er kan verder gebruik worden gemaakt van een additionele direct expansie warmtepomp. Wanneer een verdampend en 10 condenserend transportmedium wordt toegepast, zoals bijvoorbeeld NH3, R134a of C02 kan door gebruik van een pomp danwel compressor de druk van het medium in de lucht-medium warmtewisselaar in de luchtbehandelkast 3 hoger worden gemaakt dan de druk van het medium in de decentrale koelunits 15 5, 6 in de ruimtes 1, 2. Hierdoor kan de koeltemperatuur in de ruimtes 1, 2 enkele graden worden verlaagd, terwijl de verwarmingstemperatuur voor het voorverwarmen van de verse aanvoerlucht in de luchtbehandelkast 3 enkele graden kan worden verhoogd. Door het temperatuurverschil van slechts 20 enkele graden tussen de koelunits 5, 6 in de ruimtes 1, 2 en de voorverwarming in de luchtbehandelingskast, kan worden volstaan met een zeer klein drukverschil, waardoor er sprake is van een zeer hoog rendement en derhalve zeer laag energiegebruik van de pomp of de compressor.

25 1035438

Claims (13)

1. Luchtbehandelsysteem in een gebouw met afzonderlijke ruimtes, omvattende: 5. een invoer voor het in het gebouw invoeren van buitenlucht; - een uitvoer voor het uitstoten van lucht uit het gebouw; en - luchtbehandelelementen in de ruimtes, via welke de buitenlucht in de afzonderlijke ruimtes binnenkomt en/of lucht in de ruimtes wordt behandeld en/of lucht uit de ruimtes 10 wordt afgevoerd; - een warmtewisselaar in de invoer voor het uit de buitenlucht winnen van koude en/of het voorverwarmen van de ingevoerde buitenlucht; en - transportmiddelen, welke zijn verbonden met de 15 warmtewisselaar en voeren naar de luchtbehandelelementen in de ruimtes voor het aldaar ten minste verschaffen van koeling, waarbij de warmtewisselaar is verbonden met een koude-opslag, waarbij de koude-opslag een in een bodem onder of bij het gebouw gelegen opslag omvat voor langere termijn opslag van 20 de koude.

2. Luchtbehandelsysteem volgens conclusie 1, waarbij de opslag in de bodem een aquifer of een op ten minste twee bronnen gebaseerd grondwatersysteem omvat.

3. Luchtbehandelsysteem volgens conclusie 1 of 2, verder 25 omvattende een met de invoer en met de uitvoer verbonden warmte-overdrachtssysteem voor het onttrekken van warmte aan lucht in de uitvoer en het met de onttrokken warmte verwarmen van lucht in de invoer.

4. Luchtbehandelsysteem volgens een van de conclusies 1-3, 30 waarbij de warmtewisselaar een lucht-water warmtewisselaar is en de transportmiddelen waterleidingen omvatten.

5. Luchtbehandelsysteem volgens ten minste conclusie 3, waarbij de warmtewisselaar in de invoer in de stroomrichting van de buitenlucht is aangebracht vóór het warmte-overdrachtssysteem.

6. Luchtbehandelsysteem volgens ten minste conclusie 3, waarbij de een besturing samenhangt met ten minste het 5 warmte-overdrachtssysteem, en het warmte-overdrachtssysteem aanstuurt om de temperatuur van de buitenlucht op te voeren tot een niveau dat gelijk is aan of hoger is dan een ten behoeve ten minste één van de ruimtes gewenste waarde.

7. Luchtbehandelsysteem volgens ten minste conclusie 3, 10 verder omvattende een verdere warmtewisselaar in de uitvoer in de stroomrichting van de lucht uit het gebouw voorafgaand aan het warmte-overdrachtssysteem voor het uit de lucht uit het gebouw winnen van warmte.

8. Luchtbehandelsysteem volgens ten minste conclusies 2 en 7, 15 waarbij de verdere warmtewisselaar is aangesloten op de opslag.

9. Luchtbehandelsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een op de luchtbehandelelementen aangesloten koeling.

10. Luchtbehandelsysteem volgens conclusie 9, waarbij de koeling op eenzelfde type medium is gebaseerd als de warmtewisselaar.

11. Luchtbehandelsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een met de 25 warmtewisselaar verbonden warmtepomp.

12. Luchtbehandelsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de luchtbehandelelementen zijn ingericht voor het verwarmen van de in de ruimtes in te voeren buitenlucht.

13. Luchtbehandelsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een besturing, welke ten minste samenhangt met een warmtecapaciteit van een constructie van het gebouw, en wamtetoevoer wordt onderdrukt in periodes waarin de ruimte niet of beperkt in gebruik is.