NL2004089C2 - Systeem voor het winnen van warmte uit buitenlucht. - Google Patents

Description

SYSTEEM VOOR HET WINNEN VAN WARMTE UIT BUITENLUCHT

De onderhavige uitvinding betreft een systeem voor het winnen of onttrekken van warmte uit buitenlucht, 5 bijvoorbeeld met of in de vorm van een warmtepomp. Het systeem is van het in de aanhef van de enkele onafhankelijke conclusie gedefinieerde soort. Het onderwerp van de onderhavige uitvinding is een systeem, dat het bijvoorbeeld voor warmtepompen - werkend met (buiten)lucht als warmte (of 10 koude) bron - mogelijk maakt, om de voor het omzetten van warmte (of koude) benodigde thermische energie, te verschaffen. Dergelijke warmtepompen halen warmte (of koude) uit (bij voorkeur) buitenlucht, en zet deze om in bruikbare warmte (of koude) voor de gebruiker, voor het verwarmen (of 15 koelen) van ruimten en/of van warm tapwater.

Dergelijke systemen zijn algemeen bekend, en vertonen als gezamenlijk nadeel, dat er steeds voldoende buitenlucht geforceerd door een warmtewisselaar (veelal een verdamper) moet worden gepompt, om de voor het warmteopwerkingsproces 20 benodigde warmte voor dit verdampergedeelte van de warmtepomp te kunnen afvangen. Hiertoe wordt een ventilator toegepast, welke geluidsoverlast veroorzaakt.

Een opstelling van een dergelijke bekende verdamper met ventilator wordt om deze redenen vaak buiten een gebouw of 25 ruimte geplaatst. De plaatsing van een dergelijk systeem buiten een gebouw of ruimte, doet vrijwel altijd afbreuk aan de esthetica of meer in het algemeen het aangezicht van dit gebouw of deze ruimte. Bovendien is de geluidsoverlast dan wel naar buiten het gebouw of de ruimte gebracht, maar 30 daardoor kan de omgeving hiervan dus nog wel hinder ondervinden.

Met de uitvinding is beoogd de toepassing te kunnen vermijden van een conventioneel vereiste, zware en 2 geluidsoverlast veroorzakende ventilator voor luchtverplaatsing. Niet wordt uitgesloten dat een kleine, stillere ventilator desgewenst kan worden toegepast. Hiertoe onderscheidt de uitvinding zich van de bekende systemen, 5 doordat het kanaal een staande stijgbuis, een staande daalbuis en een verbindingsbuis tussen de stijgbuis en de daalbuis omvat; en dat de warmtewisselaar samenhangt met de daalbuis.

Aldus is de benodigde luchtdoorvoer door het kanaal 10 heen geheel of ten minste voor een aanzienlijk deel te verschaffen op basis van de werking van de warmtewisselaar, wanneer deze is geplaatst in de daalbuis, immers; koude lucht heeft de neiging te willen dalen om zo de luchtstroom neerwaarts door de daalbuis te stuwen. Daardoor kan 15 toepassing van een grote zware geluidsoverlast genererende ventilator worden vermeden. Het kanaal van het systeem kan binnen het gebouw worden geplaatst, of daar zelfs een integraal onderdeel van uitmaken, of langs de gevel aan de buitenzijde zijn aangebracht, zonder aanstootgevend geluid 20 of esthetische bezwaren op te roepen. Het kanaal kan zich over verscheidene verdiepingen van een gebouw uitstrekken, of in verticale lengte zijn beperkt tot de in een technische ruimte beschikbare hoogte. Daarbij kan een gepaste middenweg worden gekozen tussen de werkzaamheid en het rendement van 25 het systeem, ten opzichte van de belasting die het aanbrengen of verschaffen van een dergelijk kanaal heeft op de esthetische overwegingen, en of dat kanaal dan ook buiten de gevel kan worden aangebracht. Het kanaal kan zich deels binnen en deels buiten het gebouw of de ruimte uitstrekken. 30 Als aanvulling op of als alternatief voor dit soort mogelijkheden binnen het kader van de uitvinding volgens de definitie daarvan in de enkele onafhankelijke conclusie, 3 betreffen de afhankelijke conclusies nog verdere geprefereerde uitvoeringsvormen.

Zo kan een systeem volgens de uitvinding verder de eigenschap vertonen, dat een verwarming is verschaft, welke 5 in hoofdzaak samenhangt met de stijgbuis. Aldus kan de werkzaamheid worden verhoogd om de luchtdoorvoer in het kanaal nog verder te bevorderen. Immers; warme lucht heeft de neiging te willen stijgen om de luchtstroom opwaarts door de stijgbuis te stuwen.

10 Zo kan een systeem met een verwarming volgens de uitvinding verder de eigenschap vertonen, dat de stijgbuis en de daalhuis zich beide in hoofdzaak opwaarts uitstrekken vanaf de verbindingsbuis, en de verwarming in hoofdzaak samenhangt met ten minste één van de stijgbuis en de 15 verbindingsbuis. In een andere uitvoeringsvorm, al dan niet met een verwarming, kan een systeem volgens de uitvinding de eigenschap vertonen, dat de stijgbuis en de daalhuis zich beide in hoofdzaak neerwaarts uitstrekken vanaf de verbindingsbuis, en de warmtewisselaar in hoofdzaak 20 samenhangt met ten minste één van de daalhuis en de verbindingsbuis. In dusdanige uitvoeringsvormen kan óf de warmtewisselaar, óf de verwarming (indien aanwezig) al in de verbindingsbuis aanvangen in te werken op de luchtstroom, die daarna doorstroomt naar de andere van de daalhuis en de 25 stijgbuis. Zodanig is de verbindingsbuis te beschouwen als een keerpunt in de stroomrichting van de luchtstroom door de daalhuis en de stijgbuis heen, en kan de invloed van ten minste de warmtewisselaar, en - indien aanwezig - ook van de verwarming al bij of in dat keerpunt een invloed beginnen te 30 hebben op de stroom om deze op te voeren.

In een andere uitvoeringsvorm, al dan niet met een verwarming, kan een systeem volgens de uitvinding de eigenschap vertonen, dat een warmtepomp is aangesloten op de 4 warmtewisselaar. Aldus kan voor de warmtepomp een geluidsarme of zelfs geluidsvrije thermische aanvoer worden gerealiseerd voor de warmtepomp om daarmee de functie daarvan te kunnen verwezenlijken.

5 In een andere uitvoeringsvorm, al dan niet met een verwarming, kan een systeem volgens de uitvinding de eigenschap vertonen, dat een opslagvat samenhangt met de warmtewisselaar en de warmtepomp. Aldus kan een buffervoorraad worden aangelegd, om bijvoorbeeld een 10 centraal verwarmingssysteem of een vloerverwarming mee te voeden, ook als het systeem volgens de uitvinding tijdelijk niet of minder goed functioneert

In een andere uitvoeringsvorm met een verwarming kan een systeem volgens de uitvinding de eigenschap vertonen, 15 dat de verwarming samenhangt met ten minste een aanzienlijk deel van een lengte van de stijgbuis. Aldus kan de temperatuur van de luchtstroom over de gehele lengte van de stijgbuis worden opgevoerd om daarmee ook de stijgsnelheid van de luchtstroom door de stijgbuis op te voeren en het 20 rendement van het systeem verder te verhogen. Bij voorkeur kan het daarbij zijn, dat de verwarming samenhangt met nagenoeg geheel de lengte van de stijgbuis. Aldus kan een optimalisatie worden verwezenlijkt in het opvoeren van de stroomsnelheid van de luchtstroom door de stijgbuis, mits 25 dat energetisch verantwoord is, gezien het door de verwarming verbruikte vermogen en de herkomst daarvan.

In een andere uitvoeringsvorm, al dan niet met een verwarming, kan een systeem volgens de uitvinding de eigenschap vertonen, dat de warmtewisselaar samenhangt met 30 ten minste een aanzienlijk deel van een lengte van de daalbuis. Hierbij gelden soortgelijke overwegingen met betrekking tot het opvoeren van de daalsnelheid van de luchtstroom door de daalbuis heen, als hierboven voor de 5 verwarming bij de stijgbuis. Ook dan kan het de voorkeur verdienen, als de warmtewisselaar samenhangt met nagenoeg geheel de lengte van de daalbuis, om de snelheid te optimaliseren.

5 In een andere uitvoeringsvorm, al dan niet met een verwarming, kan een systeem volgens de uitvinding de eigenschap vertonen, dat de verwarming ten minste één van de elementen of componenten is uit de groep, welke omvat: brandstofcellen, elektrische verwarmingselementen, etcetera. 10 Dergelijke emissie-vrije verwarmingen verdienen de voorkeur.

Daarbij kan het de voorkeur verdienen met een als brandstofcel vormgegeven verwarming, als een gascontainer is verschaft voor het bevatten van een buffer voorraad aan door de brandstofcel benodigd gas. Aldus kan doorgaand 15 functioneren worden gewaarborgd, zelfs als gastoevoer (tijdelijk) wordt onderbroken.

Als aanvulling of als alternatief kan dan het systeem dan verder omvatten een elektrolyse-eenheid voor het aan de brandstofcel verschaffen van daardoor benodigd waterstof-20 en/of zuurstofgas. Aldus kan lokaal worden voorzien in de behoeften van de brandstofcel.

In een andere uitvoeringsvorm, al dan niet met een verwarming, kan een systeem volgens de uitvinding de eigenschap vertonen van een zonnecollector voor het uit 25 zonne-energie genereren van door het systeem benodigd elektrisch vermogen. Dit vermogen kan worden aangewend voor (een selectie van) componenten van het systeem of aanhangende elementen / componenten, zoals de warmtepomp, de verwarming, de elektrolyse-eenheid, etcetera.

30 In een andere uitvoeringsvorm, al dan niet met een verwarming, kan een systeem volgens de uitvinding de eigenschap vertonen van een op de aanvoer en de afvoer aangesloten warmtewisselaar voor warmteterugwinning uit 6 afvoerlucht. Aldus is het mogelijk gemaakt om warmte terug te winnen uit de luchtstroom die het systeem aan de afvoer verlaat, en aldus het rendement van het systeem verder te verhogen.

5 Hieronder zal bij wijze van voorbeeld, en niet van limitatie, een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding worden beschreven onder verwijzing naar de bijbehorende figuren, waarin dezelfde of gelijksoortige onderdelen, componenten en aspecten zijn aangeduid met de zelfde 10 referentienummers, en waarin:

Figuur IA een schematisch overzicht toont van een systeem volgens de uitvinding;

Figuur 1B een alternatief toont voor een deel van het systeem in figuur IA; en 15 Figuur 1C een alternatief toont voor een ander deel van het systeem in figuur IA dan figuur 1B.

Het idee voor deze uitvinding betreft een systeem 1, die het voor warmtepompen 2 - werkend met lucht, bij voorkeur buitenlucht, als warmte (of koude) bron - mogelijk 20 maakt om de voor het omzetten van warmte (of koude) benodigde thermische energie, op een uiterst stille wijze, d.w.z. zonder zware luidruchtige ventilatoren, te verwezenlijken.

Dit type warmtepompen 2 haalt warmte (of koude) uit 25 (bij voorkeur) buitenlucht via een aanvoer 3, en zet deze om in bruikbare warmte (of koude) voor de gebruiker, voor het verwarmen (of koelen) van ruimten via aanvoerleiding 5 en retourleiding 6 en/of van warm tapwater.

Een probleem bij dit type warmtepompen 2 is, dat er 30 steeds voldoende buitenlucht geforceerd door een warmtewisselaar (verdamper) 7 moet stromen, om de voor het warmteopwerkingsproces benodigde warmte voor de warmtewisselaar 7 van de warmtepomp 2 te kunnen afvangen.

7

Meestal werd hiertoe voorheen een ventilator toegepast, welke geluidsoverlast veroorzaakt.

Met de beoogde uitvinding is een ventilator voor luchtverplaatsing overbodig (een kleine, stillere ventilator 5 kan desgewenst wel worden toegepast).

Het systeem volgens de uitvinding in de in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm omvat een stijgbuis 8, een verbindingsbuis 9 en een daalbuis 10, die te zamen een kaneel vormen. De stijgbuis 8 en de daalbuis 10 strekken 10 zich in verticale richting uit over een zo groot mogelijke hoogte (meestal begrensd door de beschikbare hoogte in een (technische) ruimte, waarin het systeem is opgesteld. Het systeem kan ook in, tegen of buiten een gevel van een gebouw zijn aangebracht en zo niet in hoogte beperkt zijn tot de 15 beschikbare ruimte in een technische ruimte.

In de daalbuis 10, die een koeldeel van het kanaal vormt, wordt lucht afgekoeld door de in, aan of om deze buis gemonteerde warmtewisselaar 7 van de warmtepomp 2 om een verdamperdeel daarvan te vormen. Daardoor wordt een 20 luchtcirculatie (luchtstroom in neerwaartse richting) door de daalbuis 8 op gang gebracht. De warmtewisselaar 7 van de warmtepomp 2 kan zich over het gehele lengte van de daalbuis 8 van het kanaal uitstrekken.

Wanneer het kanaal uit esthetische overweging in een 25 gebouw of ruimte is gemonteerd, bevinden de aanvoer 3 en de afvoer 4 zich in de buitengevel 11, bij voorkeur dicht bij elkaar geplaatst in eenzelfde gevelvlak, zodat luchtdrukverschillen door bijvoorbeeld wind worden geminimaliseerd.

30 Op een zelfde manier als bij of in de daalbuis 8 kan het luchtcirculatie proces in de stijgbuis 10 van het kanaal nog extra worden gestimuleerd, door - hiervoor in volgorde 8 geplaatst vóór het afkoelingsdeel - lucht te verwarmen met een verwarming 12.

De open uiteinden van het kanaal, dat de vorm heeft van een U-vormige buis, vormen de aanvoer 3 en de afvoer 4, en 5 zijn direct verbonden met de buitenlucht.

Een verwarming 12 in de stijgbuis 8 van het kanaal zijn gevormd door kan bestaan uit een brandstofcel 12. De warmte die vrijkomt tijdens de reactie tussen zuurstof en waterstof, wordt hierbij direct afgegeven in het 10 luchtkanaal.

In de plaats van een brandstofcel 13 kunnen ook andere verwarmingen worden gebruik, zoals een elektrisch verwarmingselement 16, zoals in figuur 1B is weergegeven. In feite is een willekeurige verwarming voor het opwekken van 15 warmte geschikt voor dit doel, maar opgemerkt wordt dat uitvoeringsvormen, die bijdragen aan een lage emissie, de voorkeur verdienen.

Ook is het mogelijk om meer dan één verwarming 12 in de stijgbuis van het kanaal aan te brengen (van eenzelfde, of 20 verschillende typen). Ook hier kan de gehele lengte van het stijgdeel van het kanaal worden benut voor het aanbrengen van verwarmingen 12.

Het verwarmen van de lucht in de stijgbuis 8 van het kanaal doet de luchtstroom opstijgen. Nieuwe koelere 25 buitenlucht wordt hierdoor van buiten aangezogen via de aanvoer 3.

Van een luchtstroom in het kanaal kan sprake zijn doordat voorbij het hoogste punt, dat is gevormd door de verbindingsbuis 9, in de daalbuis 10 van het kanaal een door 30 de warmtewisselaar 7, welke met de warmtepomp 2 samenhangt, veroorzaakte tegengestelde actie plaatsvindt.

In de daalbuis 10 van het kanaal is de warmtewisselaar 7 in de vorm van een verdamper voor de warmtepomp 2 9 aangebracht. De eerder in de stijgbuis 8 opgewarmde lucht wordt in de daalbuis 10 afgekoeld tot een lagere temperatuur dan die van de buitenlucht.

De in figuur IA getoonde brandstofcel 13 wordt van 5 waterstof resp. zuurstof voorzien door een elektrolyse- eenheid 14. In deze elektrolyse-eenheid 14 bevindt zich een waterige geleidende oplossing (zout of zuur). De benodigde elektriciteit voor de elektrolyse is bij voorkeur afkomstig van een Photo-Voltaïsch (PV) zonnepaneel 15. Het is mogelijk 10 om een gasvoorraad aan te leggen, waardoor de brandstofcel 13 kan worden gevoed op tijden, dat er geen zonlicht beschikbaar is. Daartoe kan een (niet getoond) buffervat worden benut.

Er kan ook sprake zijn van een directe voeding van een 15 PV-zonnepaneel 15 naar de elektrische verwarming 16 in figuur 1B in, op of aan de stijgbuis 8 van het kanaal. De door het zonnepaneel 15 opgewekte elektriciteit is beschikbaar voor de warmtepomp 2 of andere delen van het systeem, maar kan ook worden afgestaan het de GRID (openbaar 2 0 net) .

In een andere uitvoeringsvorm kan de buitenlucht eerst nog worden opgewarmd in een warmtewisselaar, zoals deze wordt toegepast bij een warmteterugwinningsysteem voor ventilatielucht. In figuur 1C is deze uitvoeringsvorm 25 weergegeven.

Na kennisneming van de voorgaande beschrijving van een mogelijke uitvoeringsvorm onder verwijzing naar de bijbehorende figuren, waartoe de uitvinding geenszins is beperkt, zullen zich vele alternatieve en aanvullende 30 uitvoeringsvormen opdringen aan de vakman, welke alle dienen te worden beschouwd als uitvoeringsvormen van de uitvinding, voor zover die varianten voldoen aan de bepalingen in de conclusies, hetzij letterlijk, dan wel doordat daarin met 10 gelijke of soortgelijke middelen dezelfde doelstellingen worden nagestreefd. Zo is in de figuren niet weergegeven dat het kanaal ook in een omgekeerde positie kan worden uitgevoerd. De aanvoer 3 en de afvoer 4 van het kanaal 5 bevinden zich dan bijvoorbeeld in een kapconstructie van een dak van een gebouw, ook hier bij voorkeur dicht bij elkaar geplaatst in eenzelfde dakvlak, zodat luchtdrukverschillen door bijvoorbeeld wind worden geminimaliseerd. De stijgbuis en de daalbuis van het kanaal zijn dan in volgorde 10 omgekeerd: in de daalbuis 10 van het kanaal wordt de buitenlucht gekoeld door de warmtewisselaar 7 van de warmtepomp 2, waardoor de luchtstroom in neerwaartse richting op gang wordt gebracht door de daalbuis 10 heen naar de 15 verbindingsbuis 9, en in de stijgbuis 8 van het kanaal wordt de eerder gekoelde lucht door een hiervoor beschreven brandstofcel 13 en/of elektrisch verwarmingselement 16 o.i.d. verwarmd, waardoor de luchtstroom in opwaartse richting door de 20 stijgbuis 8 heen wordt gestimuleerd.

Het kanaal van het systeem volgens de uitvinding kan in een gevel worden verwerkt om een grotere hoogte daarvan te verwezenlijken, dan in een technische ruimte beschikbaar is. Vanzelfsprekend kan daarmee tijdens ontwerp en bouw van een 25 gebouw rekening worden gehouden, of kan dit tijdens een verbouwing van ten minste de gevel van een bestaand gebouw worden bewerkstelligd.

Claims (15)

1. Systeem voor het onttrekken van warmte aan buitenlucht, omvattende: 5. een met buitenlucht in verbinding staande aanvoer; - een met de aanvoer verbonden warmtewisselaar; - een met de warmtewisselaar en buitenlucht in verbinding staande afvoer; - een kanaal dat de aanvoer, de warmtewisselaar en de afvoer 10 verbindt; en - een met het kanaal samenhangende stuwer voor het verschaffen van een voor de warmtewisselaar afdoende volumestroom aan buitenlucht via de aanvoer en langs of door de warmtewisselaar, 15 met het kenmerk, dat - het kanaal een staande stijgbuis, een staande daalhuis en een verbindingsbuis tussen de stijgbuis en de daalbuis omvat; en - de warmtewisselaar samenhangt met de daalbuis.

2. Systeem volgens conclusie 1, waarbij een verwarming is verschaft, welke in hoofdzaak samenhangt met de stijgbuis.

3. Systeem volgens conclusie 1 en 2, waarbij de stijgbuis en de daalbuis zich beide in hoofdzaak opwaarts 25 uitstrekken vanaf de verbindingsbuis, en de verwarming in hoofdzaak samenhangt met ten minste één van de stijgbuis en de verbindingsbuis.

4. Systeem volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij de stijgbuis en de daalbuis zich beide in hoofdzaak neerwaarts 30 uitstrekken vanaf de verbindingsbuis, en de warmtewisselaar in hoofdzaak samenhangt met ten minste één van de daalbuis en de verbindingsbuis.

5. Systeem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij een warmtepomp is aangesloten op de warmtewisselaar.

6. Systeem volgens ten minste conclusie 5, waarbij een 5 opslagvat samenhangt met de warmtewisselaar en de warmtepomp.

7. Systeem volgens ten minste conclusie 2, waarbij de verwarming samenhangt met ten minste een aanzienlijk deel van een lengte van de stijgbuis.

8. Systeem volgens conclusie 7, waarbij de verwarming samenhangt met nagenoeg geheel de lengte van de stijgbuis.

9. Systeem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de warmtewisselaar samenhangt met ten minste een aanzienlijk deel van een lengte van de daalbuis.

10. Systeem volgens conclusie 9, waarbij de warmtewisselaar samenhangt met nagenoeg geheel de lengte van de daalbuis.

11. Systeem volgens ten minste conclusie 2, waarbij de verwarming ten minste één van de elementen of componenten is 20 uit de groep, welke omvat: brandstofcellen, elektrische verwarmingselementen, of enig andere verwarming.

12. Systeem volgens conclusie 11, met een als brandstofcel vormgegeven verwarming, waarbij een gascontainer is verschaft voor het bevatten van een buffer 25 voorraad aan door de brandstofcel benodigd gas.

13. Systeem volgens conclusie 11 of 12, verder omvattende een elektrolyse-eenheid voor het aan de brandstofcel verschaffen van daardoor benodigd waterstof-en/of zuurstofgas.

14. Systeem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een zonnecollector voor het uit zonne-energie genereren van door het systeem benodigd elektrisch vermogen.

15. Systeem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een op de aanvoer en de afvoer aangesloten warmtewisselaar voor warmteterugwinning uit afvoerlucht.