NL2008562C2 - Werkwijze voor het bereiden van warm tapwater en gecombineerd systeem voor klimaatbeheersing en tapwatervoorziening. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het bereiden van warm tapwater en gecombineerd systeem voor klimaatbeheersing en tapwatervoorziening

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor 5 het bereiden van warm tapwater, omvattende het aanvoeren van tapwater uit een waterleidingnet, en het naar een tapwater-verwarmingsinrichting leiden en daarin verwarmen van het aangevoerde tapwater. Een dergelijke werkwijze is algemeen bekend.

Met het groeien van het bewustzijn van de noodzaak van het 10 spaarzaam omgaan met schaarse middelen, zoals energie en brandstof, komen steeds meer apparaten op de markt om op een zuinige wijze om te gaan met energie. Een van de manieren om dit te doen is bijvoorbeeld het terugwinnen van ongebruikte warmte door te voorkomen dat deze ongebruikte warmte verloren gaat via afvoerput of rookgaskanaal.

15 De onderhavige uitvinding heeft tot doel om op een vergelijkbare wijze ongebruikte warmte op een nuttige wijze in te zetten bij het opwarmen van tapwater.

Bij de werkwijze als hiervoor beschreven wordt dit doel volgens de onderhavige uitvinding bereikt door het voorverwarmen van het aangevoerde 2 0 tapwater voordat dit de tapwater-verwarmingsinrichting bereikt, door gebruikmaking van restwarmte die vrijkomt bij het verwarmen of koelen van een ruimte.

De uitvinding maakt gebruik van het feit dat tapwater in de meeste landen een temperatuur heeft die lager is dan de omgevingstemperatuur, omdat 2 5 het tapwater meestal wordt aangevoerd door middel van ondergrondse leidingen.

De temperatuur van tapwater ligt meestal tussen 7 °C en 15 °C. Daarnaast maakt de uitvinding gebruik van het feit dat bij het verwarmen of koelen van een ruimte veelal een hoeveelheid restwarmte overblijft of vrijkomt. Door het tapwater, alvorens het in een tapwater-verwarmingsinrichting zoals een geiser of boiler 3 0 wordt verwarmd, voor te verwarmen met behulp van deze restwarmte, is minder energie nodig voor het verwarmen in de geiser of boiler.

Bij voorkeur wordt voor het verwarmen of koelen van de ruimte gebruikgemaakt van een warmte-overdrachtsmedium dat door of langs de ruimte 2 geleid wordt, en wordt het tapwater voorverwarmd door dit in warmtewisselend contact te brengen met het warmte-overdrachtsmedium. Zo kan de restwarmte op efficiënte wijze worden overgedragen aan het tapwater.

Wanneer het warmte-overdrachtsmedium de ruimte koelt door 5 daaraan warmte te ontrekken, kan dit medium het tapwater voorverwarmen door althans een deel van de onttrokken warmte daaraan af te geven. Door het koelen van een ruimte te combineren met het (voor)verwarmen van tapwater hoeft nagenoeg geen energie van buiten toegevoerd te worden.

Anderzijds kan, wanneer het warmte-overdrachtsmedium in een 10 verwarmingsinrichting wordt verwarmd en vervolgens de ruimte verwarmt door althans een deel van de in de verwarmingsinrichting opgenomen warmte daaraan af te geven, dit medium dan het tapwater voorverwarmen door althans een deel van de resterende warmte daaraan af te geven.

In dat geval kan het warmte-overdrachtsmedium na het verwarmen 15 van de ruimte naar keuze teruggeleid worden naar de verwarmingsinrichting of in warmtewisselend contact gebracht worden met het tapwater. Zo wordt het medium uitsluitend als voorverwarming gebruikt wanneer er daadwerkelijk warm tapwater afgenomen wordt.

De uitvinding heeft ook betrekking op een gecombineerd systeem 2 0 voor klimaatbeheersing en tapwatervoorziening, omvattende ten minste één in een ruimte waarvan het klimaat beheerst moet worden aangebracht ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan, een op een waterleidingnet aangesloten toevoerleiding voor tapwater, en een met de toevoerleiding verbonden inrichting voor het verwarmen van het tapwater. Ook een dergelijk systeem is algemeen 25 bekend.

De uitvinding heeft nu tot doel een dergelijk systeem zodanig te ontwikkelen, dat dit geschikt is om de hiervoor beschreven werkwijze toe te passen. Volgens de uitvinding wordt het systeem daartoe gekenmerkt door een tussen de tapwater-toevoerleiding en de tapwater-verwarmingsinrichting 3 0 geplaatste inrichting voor het voorverwarmen van het tapwater, welke voorverwarmingsinrichting verbonden is met het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan. Zo kan restwarmte van het ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan worden toegevoerd aan het tapwater, om 3 dit voor te verwarmen. Nadat het tapwater in de voorverwarmingsinrichting is voorverwarmd kan het vervolgens in de tapwater-verwarmingsinrichting worden verwarmd tot de uiteindelijke, gewenste taptemperatuur.

In een voorkeursuitvoering van het systeem omvat de 5 voorverwarmingsinrichting ten minste één warmtewisselaar, die met het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan opgenomen is in een kringloop van leidingen, waarin verder ten minste één pomp opgenomen is om een warmte-overdrachtsmedium door de leidingen te doen circuleren. Zo kan de restwarmte op efficiënte wijze worden overgedragen aan het tapwater.

10 Wanneer het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan een ruimtekoelingsorgaan is, waarin het warmte-overdrachtsmedium warmte onttrekt aan de te koelen ruimte, kan het tapwater worden voorverwarmd door de onttrokken warmte, waardoor niet of nauwelijks energie van buiten toegevoerd hoeft te worden.

15 Bij een andere uitvoering van het systeem volgens de uitvinding is het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan een ruimteverwarmingsorgaan, en omvat het systeem verder ten minste één met het ruimteverwarmingsorgaan verbonden inrichting voor het verwarmen van het warmte-overdrachtsmedium. Indien het ruimteverwarmingsorgaan in gebruik is, 2 0 omdat de buitentemperatuur lager is dan gevraagde temperatuur in de ruimte, dan levert het voorverwarmen van het tapwater met restwarmte van de ruimteverwarming nog steeds een besparing van energie op, zij het relatief geringer, omdat de verwarmingsinrichting voor de ruimteverwarming in het algemeen een hoger rendement zal hebben dan de tapwater- 25 verwarmingsinrichting. Daarnaast biedt in dat geval het systeem volgens de uitvinding de mogelijkheid van warmer tapwater zonder gebruik te hoeven maken van een zwaarder type geiser of boiler.

Net als de voorverwarmingsinrichting kunnen ook het ten minste ene ruimteverwarmingsorgaan en de ten minste ene verwarmingsinrichting zijn 3 0 opgenomen in een kringloop van leidingen, waarin verder ten minste één pomp opgenomen is om het warmte-overdrachtsmedium door de leidingen te doen circuleren.

4

Een constructief eenvoudig systeem wordt dan verkregen, wanneer de ten minste ene warmtewisselaar van de voorverwarmingsinrichting, het ten minste ene ruimteverwarmingsorgaan en de ten minste ene verwarmingsinrichting tezamen met de ten minste ene pomp opgenomen zijn in 5 een gecombineerde kringloop van leidingen.

Anderzijds is het ook denkbaar dat de kringloop met daarin de ten minste ene warmtewisselaar van de voorverwarmingsinrichting door middel van bestuurbare kleppen gescheiden is van de kringloop met de ten minste ene verwarmingsinrichting. De kleppen kunnen daarbij geïntegreerd zijn in een 10 meerwegklep. Zo kunnen de onderdelen van het systeem afzonderlijk voor hun betreffende functie geoptimaliseerd zijn, en slechts met elkaar verbonden worden wanneer het tapwater voorverwarmd moet worden.

Daartoe is het systeem dan bij voorkeur voorzien van een besturingsinrichting die verbonden is met de bestuurbare kleppen en met de 15 pompen van de beide kringlopen. Zo kan de werking van de pompen worden afgestemd op de stand van de kleppen en daarmee samenhangend de functie van het systeem. Zo kan worden voorkomen dat de pomp van de ruimteverwarming gaat draaien terwijl het systeem zich in de voorverwarmtoestand bevindt, aangezien in deze toestand de circulatiekring van de ruimteverwarming 20 onderbroken (geblokkeerd) is. Op deze wijze wordt schade aan de pomp en/of de kleppen voorkomen.

De verwarmingsinrichting van de ruimteverwarming kan bijvoorbeeld een CV-ketel of een warmtepomp omvatten.

Het ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan kan een 2 5 vloeistofradiator omvatten, maar ook een luchtverhitter of luchtkoeler is denkbaar.

Daarnaast kan het ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan een in een vloer, wand of plafond van de te verwarmen of te koelen ruimte opgenomen, meanderende leiding omvatten.

Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een 3 0 voorverwarmingsinrichting voor gebruik in een systeem als hiervoor beschreven.

Verdere voordelen en uitvoeringsvormen worden navolgend besproken aan de hand van de bijgevoegde figuren, waarin overeenkomstige 5 onderdelen zijn aangeduid met verwijzingscijfers die met 100 verhoogd zijn, en waarin:

Figuur ï een gecombineerd systeem voor klimaatbeheersing en tapwatervoorziening toont volgens een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige 5 uitvinding, en

Figuur 2 een alternatieve uitvoeringsvorm toont van het systeem volgens de uitvinding.

Een gecombineerd systeem 20 voor klimaatbeheersing en tapwatervoorziening omvat in het getoonde voorbeeld een 10 ruimteverwarmingsinrichting in de vorm van een CV-ketel 50 (figuur 1). Daarin is een pomp 56 opgenomen, die een warmte-overdrachtsmedium, in dit geval CV-water doet circuleren door een leidingenstelsel. Het CV-water wordt opgewarmd in een warmtewisselaar 52, waar een leiding 65 doorheen loopt met CV-water. In een schematisch weergegeven brander 54 wordt aardgas verbrand. De warmte van de 15 vlam en de rookgassen van de brander 54 verwarmen de warmtewisselaar 52 en daarmee het door de leiding 65 stromende CV-water. Via een afvoer 67 van de CV-ketel wordt het opgewarmde CV-water door een leiding 81 naar een aanvoer 83 van een ruimteverwarmingsorgaan 70 geleid. In dit ruimteverwarmingsorgaan 70, hier in de vorm van een radiator, staat het CV-water warmte af aan de omgeving 20 om daarmee een ruimte R te verwarmen waarin de radiator 70 geplaatst is. Het afgekoelde CV-water verlaat de radiator 70 via een afvoer 85 en wordt door een retourleiding 87 naar de aanvoer 63 van de CV-ketel 50 geleid om daar door de pomp 56 weer rondgepompt te worden voor een volgende circulatie door de CV-kring.

25 Het systeem 20 omvat verder een inrichting 30, bijvoorbeeld een geiser, voor het verwarmen van tapwater dat via een toevoer 21 afkomstig is van een waterleidingnet. Dat tapwater wordt via een aanvoer 43 de geiser 30 ingeleid. Daar loopt het door een leiding 45 in een warmtewisselaar 32. De warmtewisselaar 32 wordt verwarmd door een vlam en warme rookgassen van een (schematisch 3 0 weergegeven) brander 34. Het door de leiding 45 stromende water wordt in de warmtewisselaar 32 verwarmd tot een typische temperatuur van bijvoorbeeld 6o°C. Het hete tapwater verlaat de geiser 30 via een afvoer 44 en wordt door een gebruiker afgenomen bij kraan 49.

6

Tot zover komt het gecombineerd systeem 20 voor klimaatbeheersing en tapwatervoorziening in hoofdzaak overeen met soortgelijke systemen uit de stand der techniek.

De in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm van de onderhavige 5 uitvinding onderscheidt zich van de stand der techniek doordat tussen de tapwater-toevoer 21 en de tapwater-verwarmingsinrichting 30 een voorverwarmingsinrichting 10 is opgenomen, die is verbonden met het ruimteverwarmingsorgaan (de radiator) 70. De voorverwarmingsinrichting 10 omvat een warmtewisselaar 12, waarin een leiding 95 is gevormd voor het CV-10 water, alsmede een leiding 25 voor tapwater dat afkomstig is van het waterleidingnet. Verder omvat de voorverwarmingsinrichting 10 een pomp 16 waarmee het CV-water door de leiding 95 gepompt kan worden, naar een afvoer 93 die aansluit op de leiding 67 van de CV-kring. De pomp 16 van de voorverwarmingsinrichting 10 is, net als een bestuurbare meerwegklep 18 en de 15 CV-pomp 56, bestuurbaar verbonden met een besturingsinrichting 15.

De afvoer 85 van de radiator 70 voert het CV-water naar de bestuurbare driewegklep 18. Door deze bestuurbare driewegklep 18 kan het CV-water in de voorverwarmingsinrichting 10 worden geleid. Indien de voorverwarmingsinrichting 10 niet werkzaam is, wordt het water verder geleid via 20 de retourleiding 87 naar de aanvoer 63 van de CV-ketel om de normale weg door de CV-kring te volgen. Zodra er echter warm tapwater gevraagd wordt, en gecontroleerd is dat de pomp 56 van de CV-ketel 50 niet actief is, schakelt de besturingsinrichting 15 het systeem over van circulatie door de hiervoor beschreven CV-kringloop naar circulatie door een voorverwarmings-kringloop.

25 Door de controle vooraf op de werking van de CV-pomp 56 wordt voorkomen dat deze pomp 56 tegen een gesloten driewegklep 18 aan staat te draaien. Deze voorverwarming-kringloop wordt gevormd door de warmtewisselaar 12 met daarin de CV-waterleiding 95, de afvoer 93 van de voorverwarmingsinrichting 10, de CV-leiding 81, de aanvoer 83 van de radiator 70, de radiator 70, de afvoer 85 van de 3 0 radiator 70, de retourleiding, de driewegklep 18 en de pomp 16 van de voorverwarmingsinrichting 10.

Wordt er tapwater gevraagd, dan wordt de driewegklep 18 door de besturingsinrichting 15 omgezet van de CV-kringloop naar de voorverwarmings- 7 kringloop. Vervolgens wordt de pomp 16 gestart om het CV-water in de voorverwarmingskring te circuleren. Het CV-water in de radiator 70 bevindt zich op kamertemperatuur. Dit relatief warme water wordt via de afvoer 85 van de radiator 70 naar de driewegklep 18 geleid, en vandaar via de aanvoer 99 van 5 warmtewisselaar 12 naar de leiding 95 in de warmtewisselaar 12. In de warmtewisselaar 12 staat het CV-water warmte af aan tapwater dat door de andere leiding 25 van de warmtewisselaar 12 stroomt. Het tapwater dat afkomstig is van het waterleidingnet, zoals aangegeven door pijl 21 komt via een aanvoer 23 de voorverwarmingsinrichting 10 binnen met een temperatuur van typisch ongeveer 10 io°C. Door de druk van het waterleidingnet wordt het tapwater door de leiding 25 in de warmtewisselaar 12 gestuwd, waar het wordt opgewarmd door het CV-water. Het opgewarmde tapwater verlaat de voorverwarmingsinrichting 10 via afvoer 27 met een temperatuur die typisch tussen de 15 en 25°C ligt. Vervolgens wordt het voorverwarmde tapwater in de geiser 30 verder verwarmd tot een typische 15 temperatuur van bijvoorbeeld 6o°C. Doordat het tapwater met behulp van de restwarmte in het CV-water dus al 5 tot 150 in temperatuur verhoogd is, hoeft de geiser 30 het tapwater minder ver te verwarmen, waardoor het energieverbruik van de geiser 30 lager kan zijn.

Het CV-water dat (een deel van) zijn warmte in de warmtewisselaar 20 12 heeft afgestaan verlaat via afvoer 93 de voorverwarmingsinrichting 10. Via een T-stuk 94 wordt het CV-water door de leiding 81 naar de aanvoer 83 van de radiator 70 geleid, waarmee de kringloop weer voltooid is.

Bij een alternatieve uitvoeringsvorm van het systeem 120 volgens de uitvinding (figuur 2) is er geen sprake van verwarming van de ruimte R, maar 2 5 wordt deze juist gekoeld. Daartoe is in de ruimte R een koelingsorgaan 170 aangebracht, dat warmte aan de ruimte R onttrekt, bijvoorbeeld door verdamping van een warmte-overdrachtsmedium. Deze onttrokken warmte kan wederom gebruikt worden om tapwater voor te verwarmen. In het getoonde voorbeeld wordt dit bereikt door het warmte-overdrachtsmedium rechtstreeks van het 3 0 koelingsorgaan 170 door een afvoer 185 naar een warmtewisselaar 112 van een voorverwarmingsinrichting 110 te leiden. Nadat het medium in de warmtewisselaar 112 zijn warmte heeft afgegeven aan het tapwater, wordt dit door een pomp 156 via een leiding 181 weer naar het koelingsorgaan 170 geleid.

8

De uitvoeringsvormen die hier zijn beschreven en in de figuren zijn getoond zijn slechts voorbeelden en dienen uitsluitend ter illustratie van de uitvinding. Het zal echter duidelijk zijn dat velerlei aanpassingen en toevoegingen mogelijk zijn binnen het kader van de uitvinding. Zo is het mogelijk kenmerken 5 van de verschillende uitvoeringsvormen te combineren tot verdere uitvoeringsvormen binnen de uitvinding. Bijvoorbeeld zouden de afzonderlijke pompen in de eerste uitvoeringsvorm vervangen kunnen worden door een enkele pomp in een leidingdeel tussen het ruimteverwarmingsorgaan en de voorverwarmingsinrichting. In plaats van de getoonde CV-ketel zou ook een 10 andere verwarmingsinrichting denkbaar zijn, bijvoorbeeld een warmtepomp.

Verder zou de uitvoeringsvorm met het koelingsorgaan voorzien kunnen worden van een bestuurbare klep, om de warmte naar keuze over te dragen aan het tapwater of anderszins te gebruiken, af te voeren of op te slaan. De tapwaterverwarming zou in plaats van een geiser ook een boiler kunnen zijn. Ook 15 zouden de tapwaterverwarming en de ruimteverwarming geïntegreerd kunnen zijn in een zogeheten combiketel. De gevraagde bescherming wordt dan ook alleen beperkt door de navolgende conclusies.

Claims (19)

1. Werkwijze voor het bereiden van warm tapwater, omvattende: het aanvoeren van tapwater uit een waterleidingnet, en 5 het naar een tapwater-verwarmingsinrichting leiden en daarin verwarmen van het aangevoerde tapwater, gekenmerkt door: het voorverwarmen van het aangevoerde tapwater voordat dit de tapwater-verwarmingsinrichting bereikt, door gebruikmaking van restwarmte die 10 vrijkomt bij het verwarmen of koelen van een ruimte.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor het verwarmen of koelen van de ruimte gebruikgemaakt wordt van een warmte-overdrachtsmedium dat door of langs de ruimte geleid wordt, en het tapwater 15 wordt voorverwarmd door dit in warmtewisselend contact te brengen met het war mte-over drachts medium.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het warmte-overdrachtsmedium de ruimte koelt door daaraan warmte te ontrekken, 20 en het tapwater voorverwarmt door althans een deel van de onttrokken warmte daaraan af te geven.

4. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het warmte-overdrachtsmedium in een verwarmingsinrichting wordt verwarmd, 25 vervolgens de ruimte verwarmt door althans een deel van de in de verwarmingsinrichting opgenomen warmte daaraan af te geven, en dan het tapwater voorverwarmt door althans een deel van de resterende warmte daaraan af te geven.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het warmte-overdrachtsmedium na het verwarmen van de ruimte naar keuze teruggeleid wordt naar de verwarmingsinrichting of in warmtewisselend contact gebracht wordt met het tapwater.

6. Gecombineerd systeem voor klimaatbeheersing en tapwatervoorziening, omvattende: ten minste één in een ruimte waarvan het klimaat beheerst moet 5 worden aangebracht ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan, een op een waterleidingnet aangesloten toevoerleiding voor tapwater, en een met de toevoerleiding verbonden inrichting voor het verwarmen van het tapwater, 10 gekenmerkt door een tussen de tapwater-toevoerleiding en de tapwater-verwarmingsinrichting geplaatste inrichting voor het voorverwarmen van het tapwater, welke voorverwarmingsinrichting verbonden is met het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan.

7. Systeem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de voorverwarmingsinrichting ten minste één warmtewisselaar omvat, die met het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan opgenomen is in een kringloop van leidingen, waarin verder ten minste één pomp opgenomen is om een warmte-overdrachtsmedium door de leidingen te doen circuleren. 20

8. Systeem volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan een ruimtekoelingsorgaan is, waarin het warmte-overdrachtsmedium warmte onttrekt aan de te koelen ruimte.

9. Systeem volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan een ruimteverwarmingsorgaan is, en het systeem verder ten minste één met het ruimteverwarmingsorgaan verbonden inrichting voor het verwarmen van het warmte-overdrachtsmedium omvat.

10. Systeem volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het ten minste ene ruimteverwarmingsorgaan en de ten minste ene verwarmingsinrichting zijn opgenomen in een kringloop van leidingen, waarin 30 verder ten minste één pomp opgenomen is om het warmte-overdrachtsmedium door de leidingen te doen circuleren.

11. Systeem volgens conclusies 7 en 10, met het kenmerk, dat de 5 ten minste ene warmtewisselaar van de voorverwarmingsinrichting, het ten minste ene ruimteverwarmingsorgaan en de ten minste ene verwarmingsinrichting tezamen met de ten minste ene pomp opgenomen zijn in een gecombineerde kringloop van leidingen.

12. Systeem volgens conclusies 7 en 10, met het kenmerk, dat de kringloop met daarin de ten minste ene warmtewisselaar van de voorverwarmingsinrichting door middel van bestuurbare kleppen gescheiden is van de kringloop met de ten minste ene verwarmingsinrichting.

13. Systeem volgens conclusie 12, gekenmerkt door een besturingsinrichting die verbonden is met de bestuurbare kleppen en met de pompen van de beide kringlopen.

14. Systeem volgens één der conclusies 9-13, met het kenmerk, dat 20 de ten minste ene verwarmingsinrichting een CV-ketel omvat.

15. Systeem volgens één der conclusies 9-14, met het kenmerk, dat de ten minste ene verwarmingsinrichting een warmtepomp omvat.

16. Systeem volgens één der conclusies 6-15, met het kenmerk, dat het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan een vloeistofradiator omvat.

17. Systeem volgens één der conclusies 6-16, met het kenmerk, dat 3. het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan een luchtverhitter of luchtkoeler omvat.

18. Systeem volgens één der conclusies 6-17, met het kenmerk, dat het ten minste ene ruimteverwarmings- of -koelingsorgaan een in een vloer, wand of plafond van de te verwarmen of te koelen ruimte opgenomen, meanderende leiding omvat. 5

19. Voorverwarmingsinrichting, kennelijk bedoeld voor gebruik in een systeem volgens één der conclusies 6-18.