NL1040279C2 - De huisventilatieketel, een integratie van huisventilator en combi verwarmingsketel. - Google Patents

Description

De Huisventilatieketel, een integratie van huisventilator en combi verwarmingsketel Achtergrond:

De behoefte en noodzaak zuiniger met energie om te gaan, heeft ertoe geleidt, dat woningen steeds beter worden geïsoleerd. Echter leidt het beter isoleren ertoe, dat niet alleen de warmte in de woning beter wordt vastgehouden, maar ook wordt de lucht binnenshuis minder makkelijk ververst. Beter isoleren maakt daarom actievere ventilatie uit gezondheidsredenen noodzakelijk. Ook zal door betere isolatie zichtbaar worden, dat veel warmte verloren gaat, doordat noodzakelijke ventilatielucht en rookgassen het huis onnodig warm verlaten. Thans wordt in een hoog rendementsketel de lucht van buiten aangevoerd; ook dat is strikt genomen energetisch minder gunstig, omdat verse lucht beter gebruikt kan worden voor de ventilatie van het huis, zodat in zijn totaliteit minder lucht in het huis hoeft te worden verwarmd. De verliezen die ontstaan met het afvoeren van warme ventilatie lucht zijn inmiddels in DE 3103549 van Mirta, Gabriele, die een warmte pomp oplossing voorstelt. Een verdere uitwerking van een warmte pomp oplossing is beschreven in DE19614913A1, ten behoeve van het verwarmen van CV water, in DE2020060054893, ten behoeven van leidingwater en in EP2253892, ten behoeve van beiden, waarvan de eerste commerciële systemen die de warmte uit ventilatie lucht met behulp van warmtepompen terugwinnen thans op de markt beschikbaar zijn. Het gaat daarbij onder andere om de "Ecolution Combi" van de firma Inventum, de "Fighter" van de firma Nibe, "Ventiline Ventilatie warmtepomp" van de firma Nefit.

Huidige toestellen worden echter als afzonderlijke apparaten naast een bestaande of nieuwe HR ketel geplaatst. De energetisch en ruimtelijke gunstige integratie ontbreekt daarbij.

Overigens ontstaat door de integratie van beide apparaten een nieuw apparaat welk het karakter heeft van een open systeem. Dit wordt in beginsel als nadelig ervaren, omdat risico's van koolmonoxide emissies in een gesloten systeem beter kunnen worden beperkt. Doch zal een modern geïntegreerd systeem, welke voldoende met passende ventielen is uitgerust, eveneens voorkomen, dat onwenselijke rookgas emissies binnenshuis kunnen optreden. Een ander argument is, dat bij inefficiënte verbranding of inefficiënte warmteoverdracht, veel ballast lucht moet worden aangevoerd, waardoor onnodig veel moet worden geventileerd. Voor moderne ketels is dit echter eveneens geen probleem. Daarmee vervallen argumenten van de mindere geschiktheid van open systemen en is de weg geopend voor het toepassen van hier beschreven apparatuur.

Figuren:

Figuur 1: geeft schematisch op hoofdlijnen de uitgebreidste variant van de huisventilatieketel weer, waarin de meest relevante onderdelen zijn opgenomen.

Figuur 2: geeft schematisch de meest eenvoudigste variant weer, die mogelijk is om tot een huisventilatiesysteem te komen

Figuur 3: geeft schematisch een variant weer waarbij rookgas en ventilatielucht ondanks in het zelfde apparaat samengevoegd toch gescheiden worden afgevoerd.

Beschrijving:

In de meest eenvoudige variant (21), weergegeven in figuur 2, wordt de warmte uit de rookgassen (4, 19) in de huisventilatieketel, die ontstaan door de verbranding van gas (17) in een oven (1) en naar verwarming van CV-water (13 [ingaand], 14 [uitgaand]) en leidingwater (15 [koud water in], 16 [warm water uit]) in een voor combiketels gangbare warmtewissellaar (2), met een warmtepomp (8) teruggewonnen. Deze warmte kan vervolgens worden gebruikt voor het voorverwarmen van het te verwarmen leidingwater en/of CV water (5,6). De koeltemperatuur wordt afgesteld op de gewenste uitlaat temperatuur of het maximum opnemend vermogen van de verkregen warmte. Zodra het maximaal hergebruik van de warmte is bereikt, dan zal de lucht niet verder worden afgekoeld. Verder gebruikt de huisventilatieketel de ventilatielucht (20) als verbrandingslucht, waardoor voor deze ketel (1) niet apart lucht van buiten hoeft te worden aangezogen, die vervolgens eerst moet worden verwarmt. Voordeel van deze opzet is, dat warmte uit de rookgassen optimaal wordt gebruikt, terwijl tegelijkertijd ook de warmte uit de ventilatielucht wordt gebruikt, daar geen verse lucht hoeft te worden aangezogen. De ventilator wordt geregeld door: a) de behoefte om te beschikken over verbrandingslucht, b) de luchtvochtigheid van de aangevoerde lucht, c) de kooldioxide gehalte in de lucht, en d) door instelling van de gebruiker via een draadloze RF verbinding of een perilex verbinding.

Een ander voordeel ontstaat, doordat slechts één apparaat met een rookgaskanaal (19) hoeft te worden geïnstalleerd. Daarnaast volstaat één ventilator (7) in plaats van twee, te weten de huisventilator en de inwendige ventilator van de combi ketel. Het condensaat (18) kan centraal worden afgevangen. Een nog verder voordeel is de lagere installatiekosten van een huisventilatieketel ten opzichte van een HR ketel gecombineerd met een ventilatiewarmtepomp, er hoeft immers niet twee naar slechts één apparaat worden aangesloten.

Een verder uitwerking van dit apparaat (21) weergeven in figuur 3, ontstaat indien ook de warmte uit de resterende ventilatielucht (20,23) met behulp van een tweede warmtepomp (24) wordt teruggewonnen, waarbij de verkregen warmte eveneens wordt gebruikt voor het voorverwarmen het leidingwater en/of het CV water (25,26). Daar deze lucht voornamelijk wordt afgezogen, als er geen directe warmtevraag is, zal dit ertoe leiden, indien de warmte toegevoegd wordt aan het CV water, dat de CV pomp (9) gedurende de ventilatie op een laag niveau circuleert, en indien de warmte wordt toegevoegd aan het leidingwater, dat een aparte warm water voorraadvat (11) nodig is om de vrijkomende warmte te bufferen. Het additioneel circuleren van het CV water vereist geen aanpassingen aan de apparatuur. Wel zal de installatie overeenkomstig moeten zijn geprogrammeerd. Het gebruik van een additioneel buffervat voor het opslaan van warm leidingwater vereist wel een aanpassing (10,11, 12), echter is het denkbaar, ter besparing van ruimte in de huisventilatie ketel, dat dit buffervat apart en buiten de huisventilatieketel wordt geplaatst, en worden aangesloten op het hiervoor ingericht circulatie circuit (12), welke door een aparte circulatiepomp (11) wordt aangedreven. Het spreekt voor zich dat het hierbij moet gaan om een goed geïsoleerd vat waarbij ook de toe- en afvoerleidingen goed zijn geïsoleerd. Het plaatsten van het warmwater buffervat buiten het apparaat (21) maakt het mogelijk om de grote van dit vat aan te passen aan de gewenste buffercapaciteit, de installatie desgewenst te integreren met zonnecollectoren, het apparaat (21) zelf zo compact mogelijk te houden en om afhankelijk van het ruimteaanbod de gebruiker te laten kiezen voor een liggend of een staand buffervat. Daarnaast zal in deze variant het relatief warmere rookgas (19) apart en thermisch gescheiden van de gekoelde ventilatielucht (22) worden afgevoerd.

In een verdere geïntegreerde variant, zoals in figuur 1 weergeven, wordt de ventilatielucht welke gebruikt wordt voor de verbranding door middel van een warmtewisselaar (3) voorverwarmd met de rookgassen die de warmtewisselaar (2) ten behoeve van het verwarmen van het leidingwater (13,14) en/of CV water (15,16) verlaten. Hierdoor zal minder gas gebruikt worden om dezelfde hoeveelheid warmte te produceren.

In een verdere integratie, zoals ook in figuur 1 weergegeven worden de warmte pomp (8) voor het koelen van het rookgas en de ventilatiepomp voor het koelen van de resterende ventilatielucht (4) samengevoegd tot een enkele warmtepomp, waarbij ook de rookgassen en de ventilatielucht worden samengevoegd en welke gassen de installatie via een enkel kanaal verlaten (19). Door slechts een warmtepomp te gebruiken in plaats van twee wordt het apparaat kleineren compacter. Wel zal de complexheid van de regeling toenemen.

In een andere variant kan de warmtepomp, zoals eveneens weergegeven in figuur 1, die de ventilatielucht koelt zodanig geschakeld of uitgebreid worden, dat deze het CV water, naast het verwarmen ook kan koelen. Op deze manier is het mogelijk om in de zomermaanden met dezelfde installatie ook voor een lichte mate van koeling te zorgen. Hiervoor is het noodzakelijk dat de warmtewisselaar van de warmtepomp van het CV water (5) gescheiden is van de warmtewisselaar van het leidingwater (6) van diezelfde warmtepomp (8). In deze schakeling zal afhankelijk wat op dat moment energetisch gunstiger is de uit het CV water (5) vrijkomende warmte worden toegevoegd aan de warmwater voorraad (6) en/of de spuien ventilatielucht (4). Door het toevoegen van de functie om het CV water te koelen, kan hetzelfde apparaat meer comfort bieden, hetgeen de extra investering van dit energiezuinige apparaat verder zou beargumenteren.

In een nog verder variant wordt in plaats van een verbrander een Stirlingmotor toegepast, welke kracht gebruikt wordt voor het aandrijven van de compressor waarbij verder restkracht gebruikt wordt voor het terugwinnen van ook stroom welke na omvorming aan het lichtnet wordt toegevoegd, waarbij tegelijkertijd de vrijkomende warmte uit de stirlingmotor gebruikt wordt voor het verwarmen, vergelijkbaar aan de warmte die vrijkomt bij de verbranding.

In een andere soortgelijke variant wordt de stroom opgewekt met een brandstofcel, waarbij de restwarmte uit deze cel gebruikt wordt voor het verwarmen, vergelijkbaar aan de warmte die vrijkomt bij de verbranding. De opgewekte stroom kan daarbij primair door de ketel zelf worden gebruikt, waarna het surplus na omvorming aan het net wordt toegevoegd.

In een verder uitgewerkte variant is het denkbaar, dat de huisventilatieketel de overdrukbeveiliging op de CV leidingwerk herbergt evenals de invoercombinatie op het koude water als ook een faciliteit om het CV leidingwerk te vullen en evt. om op druk te houden alsmede het veelal gebruikelijke automatische ontluchting. Het bij de CV leidingwerk behorende expansievat zal bij voorkeur wel buiten de ketel geplaatst. De elektronica voorziet verder in communicatie middelen, die via op een ander een scherm in de woonkamer of een netwerk met behulp van een applicatie op een computer, mobile telefoon of ander elektronisch medium informatie verstrekt over de actuele status van de ketel, de storingen en de onderhoudsbehoeften.

Duidelijk mag zijn, dat alle bovenstaande varianten het toestaan om eveneens een zonnecollector toe te passen, waarbij de warmte uit de collector in het geval dat gebruik gemaakt wordt van een warmwater buffervat (11), dit buffervat eveneens kan worden gebruikt om de warmte uit de zonnecollector op te vangen, waardoor een verdere integratie wordt bereikt.

Verder zij vermeld dat de installatie in dit document slechts op hoofdlijnen is beschreven, nadere invulling volgt uit bovenstaande beschrijving. Dit geldt bijvoorbeeld voor het regelsysteem, die ervoor moeten zorgen dat de gewenste effecten optreden. Zo zal bijvoorbeeld in de aangezogen ventilatielucht een continue monitoring van vochtgehalte en C02 gehalte moeten plaatsvinden, zodat ervoor gezorgd kan worden dat voldoende lucht wordt geventileerd. Ook is het denkbaar dat wellicht een thermokoppel aan de buitenzijde van de schoorsteen nodig is, om ervoor te zorgen dat de rookgassen die de ketel verlaten een hogere temperatuur hebben dan de buitenlucht. Verder zal op verschillende plekken in de installatie de temperatuur gemonitord moeten worden, om het apparaat energetisch zo optimaal mogelijk te laten functioneren. Al deze technieken, hoewel nog niet breed toegepast zijn in beginsel gangbaar.

Een additioneel voordeel kan worden bereikt, indien het ventilatiesysteem beschikt over afzuigpunten, welke afhankelijk van - de C02 concentratie, -het vochtgehalte of -een tijdelijke instelling van een gebruiker in de afgezogen ruimte de doorvoer van het afzuigpunt automatisch kan instellen, zodat afhankelijk van de omstandigheden de afzuiging kan worden geregeld. Indien ook afzuigpunten worden aangesloten met een actieve afzuiging, dan zal het leidingwerk verder moeten zijn uitgerust met terugslagkleppen, zodat kan worden voorkomen, dat de actief afgezogen lucht op andere afzuigpunten in het leidingwerk weer vrijkomt. Verder zal in dat geval de ventilator in de ketel ook op de voordruk moeten reageren, zodat de actief afgezogen lucht, zonder dat er drukopbouw in het leidingsysteem plaatsvind actief door de ventilator wordt afgezogen. Een extra lux uitgevoerde variant verstrekt daarbij informatie over de kwalitatieve analyses en de afgezogen debieten van elk afzonderlijk ventilatiepunt met behulp van een applicatie op een computer, een mobiele telefoon of een ander elektronisch medium via een netwerk.

Een ander additioneel voordeel kan worden bereikt indien alle radiator knoppen in het systeem door middel van een op afstand instelbaar thermostaat kunnen worden ingesteld, zodat per ruimte afzonderlijk de temperatuur kan worden met behulp van een centraal programma kan worden ingesteld, welke in de woonkamer op een display kan worden beheerd en/of met een via een netwerk met behulp vaan een applicatie op een computer, een mobile telefoon of een ander elektronisch medium.

Claims (10)

1. Een combi-ketel welke zich kenmerkt, door het uitgerust zijn met een warmtepomp, welke warmtepomp zo is ingericht dat deze de warmte uit de rookgassen terugwint ten behoeve van het voorverwarmen van het leidingwater en/of CV-water en welke combi-ketel zich verder van bestaande ketels kenmerkt, doordat de ketel ook dient als huisventilator, doordat deze beschikt over een krachtige ventilator, welke de afgezogen lucht gebruikt wordt voor de verbranding in de ketel en welke overige afgezogen lucht die hiervoor niet kan gebruiken, naar buiten afgevoerd.

2. Een combi-ketel zoals beschreven in 1) welke zich verder kenmerkt, doordat de direct afgevoerde ventilatielucht thermisch gescheiden wordt afgevoerd van het rookgas, en welke zich verder kenmerkt door het hebben van een tweede warmtepomp welke de warmte uit de ventilatielucht terugwint en deze warmte eveneens gebruikt voor het voorverwarmen van het drink en/of CV-water, waarbij de het voorverwarmde water wordt gebufferd in een warmwater voorraadvat, welk vat separaat op de combi-ketel kan worden aangesloten.

3. Een combi-ketel zoal beschreven in 1) of 2) welke zich verder kenmerkt door het hebben van een extra warmtewissellaar welke de ventilatielucht, die gebruikt wordt voor de verbranding kan opwarmen met de restwarmte uit de rookgassen, die nog resteert nadat deze de warmtewissellaar voor het verwarmen van het CV water en/of leidingwater is gepasseerd, maar voordat deze via de warmtepomp verder wordt gekoeld.

4. Een combiketel zoals beschreven in 1) welke zich verder kenmerkt doordat de ventilatielucht met een warmtewisselaar tegen de rookgassen ten behoeve van de verbranding wordt verwarmd, waarbij het gekoelde rookgas na de warmtewissellaar wordt samengevoegd met de resterende ventilatielucht en welke gezamenlijke luchtstroom na het passeren van de warmtepomp gezamenlijk via een enkel rookgaskanaal wordt afgevoerd.

5. Een combiketel zoals beschreven in 1), 2), 3) of 4), welke zich verder kenmerkt, dat de warmtepomp of beide warmtepompen zodanig kunnen worden ingericht, dat ze in een bijzondere bedrijfsmodus, het CV water ook kunnen koelen in plaats van alleen verwarmen, waarbij de warmte wordt toegevoegd aan de af te voeren lucht, het rookgas en/of het leidingwater.

6. Een combiketel zoals beschreven in 1), 2), 3), 4) of 5), welke zich verder kenmerkt doordat een stirlingmotor wordt toegepast in plaats van een verbrander/oven, zodanig dat er kracht en/of stroom wordt opgewekt welke nuttig in de installatie kan worden gebruikt en waarvan het surplus na omvorming aan het lichtnet wordt toegevoegd.

7. Een combiketel zoals beschreven in 1), 2), 3), 4) of 5), welke zich verder kenmerkt doordat een brandstofcel wordt toegepast in plaats van een verbrander/oven, zodanig dat er stroom wordt opgewerkt, welke na mogelijk nuttig gebruik in de installatie na omvorming wordt toegevoegd aan het lichtnet.

8. Een combiketel zoals beschreven in 1), 2), 3), 4), 5), 6) of 7), waarbij het overstortventiel onderdeel uitmaakt van de installatie.

9. Een combiketel zoals beschreven in 8), waarbij de invoercombinatie onderdeel uitmaakt van de installatie en welke installatie bovendien is voorzien van een vulfunctie voor het CV water, zodanig dat deze ook de druk constant kan houden.

10. Een combiketel zoals beschreven in 1), 2), 3), 4), 5), 6), 7), 8) of 9), welke zich daardoor verder kenmerkt door te beschikken over een interface welke informatie uitwisselt over bijvoorbeeld de actuele status, het onderhoud en de storingen van het apparaat, eventueel verder aangevuld met informatie over de buiten temperatuur, de temperatuur in de verschillende ruimtes, over de ventilatie en de lucht kwaliteit op de verschillende afzuigpunten, en overige voor het systeem relevante informatie, welke informatie geschikt zijn voor het aflezen via een netwerk middels een applicatie op een computer, mobiele telefoon of een ander elektronisch medium of een apart display op een daarvoor ingericht (klok)thermosstaat in de woonkamer, en welke bovendien de mogelijkheid biedt om de instellingen van het systeem, al dan niet op afstand, te veranderen.