NL2026247B1 - Een modulair warmtepompsysteem voor het ontvangen en verwarmen van een waterstroom, voor een woningcomplex en een warmtepompmodule - Google Patents

Abstract

Een modulair warmtepompsystem voor het ontvangen en verwarmen van een waterstroom, zoals voor een centrale verwarming, voor een woningcomplex, zoals een flatgebouw omvattende een veelheid. warmtepompmodules waarbij elke warmtepompmodule van de veelheid warmtepompmodules een verwerkingseenheid voor het aansturen van de warmtepompmodule. De veelheid warmtepompmodules zijn fluïdisch verbonden en communicatief achtereenvolgens met elkaar verbonden om de waterstroom automatisch onderling te verdelen, zoals gelijkmatig te verdelen. Het systeem is zo ingericht dat het besturen van het systeem als geheel via de verwerkingseenheid van elk van de modules van de veelheid warmtepomp modules apart regelbaar is.

Description

Een modulair warmtepompsysteem voor het ontvangen en verwarmen van een waterstroom, voor een woningcomplex en een warmtepompmodule De onderhavige uitvinding betreft een warmtepompsysteem en een module van een dergelijk systeem voor het verwarmen van een waterstroom, voor een woningcomplex en een warmtepompmodule.

Warmtepompen voor de verwarming van water voor de centrale verwarming van woningen zijn reeds bekend uit US 3,959,986 A.

Hier wordt een warmtepompsysteem voor een ruimteverwarming van een woning middels warm water, gebruikmakend van de buitenlucht als warmtebron beschreven.

Dit systeem bestaat uit een luchtkoeler die werkt als een expansiekoeler, een compressor, een condensator, een warmwateropslagvat en kamerradiatoren die de het warme water aangeleverd krijgen uit het opslagvat.

Dit systeem is tweeledig.

Het kan koelen, maar ook verwarmen.

De expansiekoeler kan het water in het opslagvat koelen als het buiten warm is.

De installatie kan echter ook het water in het voorraadvat verwarmen, en dat met warmte, die door de luchtkoeler aan de buitenlucht wordt onttrokken.

Het water wordt voor het verwarmen gecirculeerd langs de condensator zodat de warmte door de condensator aan het water afgestaan kan worden.

Echter, dergelijke installaties hebben over het algemeen een laag vermogen waardoor deze niet inzetbaar zijn voor wooncomplexen zoals flatgebouwen.

Als een systeem na installatie niet voldoende capaciteit blijkt te leveren dan is het vermogen van het systeem verder ook niet meer te verhogen.

Als een van de onderdelen van het systeem stuk gaat dan is het gehele systeem niet meer instaat om te verwarmen of te koelen.

De onderhavige uitvinding tracht ten minste een van de bovengenoemde nadelen te ondervangen of ten minste een alternatief te bieden.

Derhalve voorziet de onderhavige uitvinding in een eerste aspect van een modulair warmtepompsystem voor het ontvangen en verwarmen van een waterstroom, zoals voor een centrale verwarming, voor een woningcomplex, zoals een flatgebouw: — een veelheid warmtepompmodules waarbij elke

- 2 = warmtepompmodule van de veelheid warmtepompmodules een verwerkingseenheid (4) voor het aansturen van de warmtepompmodule omvat, waarbij de veelheid warmtepompmodules (3.1, 3.2) fluidisch verbonden zijn en communicatief achtereenvolgens met elkaar verbonden zijn om de waterstroom automatisch onderling te verdelen, zoals gelijkmatig te verdelen, waarbij het systeem zo is ingericht dat het besturen van het systeem als geheel via de verwerkingseenheid van elk van de modules van de veelheid warmtepomp modules (3.1, 3.2) apart regelbaar is.

Een voordeel is dat de modulaire aard van het systeem bij een defect niet noodzakelijk geheel uitvalt. Verder kan het systeem uitgebreid worden mocht de vraag naar energie toenemen of hoger blijken dan het systeem initieel aan kon. Iedere module is in feite een op zichzelf staande warmtepomp die samenwerkt met andere op zichzelf staande warmtepompen.

Optioneel omvat elke warmtepompmodule van de veelheid warntepompmodules een eerste verwarmingscircuit en een tweede verwarmingscircuit. Het tweede verwarmingscircuit is middels een cascade wisselaar verbonden met het eerste verwarmingscircuit. Het systeem is verder schakelbaar uitgevoerd tussen het verwarmen van de waterstroom middels enkel het eerste circuit, en de combinatie van het eerste en het tweede circuit. Hierdoor is het systeem instaat om hogere watertemperaturen te bereiken of om onder koudere buitenluchtomstandigheden warmte te onttrekken van de buitenlucht.

Optioneel omvat het eerste verwarmingscircuit een eerste compressor. Het tweede verwarmingscircuit omvat een tweede compressor. De eerste en tweede compressor zijn elk apart of gezamenlijk binnen in een geluidwerende omhulling geplaatst. Op deze manier kan het systeem binnen een woongebied geplaatst zijn zonder geluidsoverlast.

Optioneel is de omhulling ingericht voor het van boven aanvoeren van lucht middels een ventilator en het van onder afvoeren van lucht. Dit heeft als voordeel dat de compressoren gekoeld worden zonder terwijl het geluid van de ventilatoren naar de vloer wordt afgewend.

- 3 = optioneel zijn het eerste en het tweede circuit ten minste deels verschaft binnen een gemeenschappelijke warmtewisselaar. Het eerste en het tweede circuit hebben elk een koeldeel, waarbij de gemeenschappelijke warmtewisselaar is ingericht om een simultane ontdooiing van de koeldelen uit te voerendoor de aanvoer van persgas. Het voordeel hiervan is dat enige sublimatie van omgevingsvocht op de koeldelen gelijktijdig verwijderd kan worden. Persgas zal worden begrepen als de betreffende koudemiddelen van de circuits welke koudemiddelen in gasvorm ter interne condensatie worden aangevoerd aan de warmtewisselaar.

Optioneel omvat het systeem ten minste een temperatuur sensor voor het meten van de buitentemperatuur. Deze sensor kan bijvoorbeeld communicatief gekoppeld zijn met een module van het veelvoud modules, in het bijzonder met de verwerkingseenheid daarvan. Het systeem is verder ingericht om op basis van de gemeten buitentemperatuur te schakelen tussen het verwarmen van de waterstroom middels enkel het eerste circuit, en de combinatie van het eerste en het tweede circuit. Een voordeel is dat het systeem energie-efficiënt is ingericht om zonder tussenkomst van een operator bij een lage buitentemperatuur over te schakelen op een tweetrapsverwarming, en bij een hoge buitentemperatuur op een eentrapsverwarming.

Bij voorkeur omvatten het eerste circuit en het tweede circuit elk een onderling verschillend op kamertemperatuur licht ontvlambaar koudemiddel, zoals respectievelijk propaan en isobutaan, en waarbij het systeem is uitgevoerd met een omkasting omvattende opstaande wanden en een doortocht labyrint, waarbij verse lucht langs een onderzijde of een opening van de opstaande wanden aanvoerbaar is. Hierdoor is het mogelijk om een brandbaar koudemiddel in een woonomgeving op een veilige manier in te zetten. Door het labyrint blijft het geluid namelijk gedempt terwijl een goede luchtverversing kan plaatsvinden waardoor het brandrisico laag is. Eventueel zijn de opstaande wanden van de omkasting ook geluidsabsorberend zijn.

Optioneel is elke module van de van de veelheid warmtepompmodules ook individueel omkast, waarbij de

- 4 - individuele omkasting is uitgevoerd met ten minste een andere ventilator, en waarbij de ten minste ene andere ventilator is uitgevoerd met ten minste een toedekkingsklep, en waarbij de ten minste ene toedekkingsklep is ingericht om de ten minste ene andere ventilator toe te dekken tijdens de simultane ontdooiing van de koeldelen uit te voeren. Een voordeel is dat ontdooiing van ijsafzetting op de koeldelen zo versnelt kan plaatsvinden.

Optioneel zijn elektrische componenten, zoals de verwerkingseenheid van elke module van de veelheid warmtepompmodules, in een elektrisch isolerend materiaal ingegoten. Dit voorkomt dat eventuele elektrische componenten een ontstekingsbron kunnen vormen voor de koudemiddelen bij lekkage.

Optioneel is het systeem ingericht om een defect van en/of onderhoud aan een module van de veelheid warmtepompmodules te herkennen en om op basis van het herkende defect van en/of onderhoud aan de betreffende module waarin het defect is herkent uit te schakelen en de waterstroom te herverdelen over de andere modules de veelheid warmtepompmodules. Een voordeel is dat het systeem kan blijven functioneren ondanks het defect.

Optioneel omvat elke module van de veelheid warmtepompmodules een aanvoerleiding voor het aanvoeren van de waterstroom en welke aanvoerleiding koppelaar is uitgevoerd met een aanvoerleiding van ten minste een andere module van de veelheid warmtepompmodules, en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules is ingericht om water af te nemen van de eigen aanvoerleiding. Alternatief of aanvullend op het voorgaande kan elke module van de veelheid warmtepompmodules een afvoerleiding omvatten voor het afvoeren van de waterstroom en welke afvoerleiding koppelaar is uitgevoerd met een afvoerleiding van ten minste een andere module van de veelheid warmtepompmodules, en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules is ingericht om water af te voeren via de eigen afvoerleiding. Een voordeel is dat elke module aankoppelbaar is zonder dat deze aangesloten hoeven worden op reeds uitgevoerde verdeelstukken. Door de onderlinge verbinding tussen aan en/of afvoerleidingen is het systeem

— 5 = direct uitbreidbaar. Een eindmodule in een koppelsequentie van de veelheid modules zal dan bijvoorbeeld van blind flensen voorzien kunnen worden voor het afdichten van de aanvoer en/f afvoerleiding daarvan.

Optioneel omvat elke module van de veelheid warmtepompmodules een flowmeter welke communicatief verbonden is met de verwerkingseenheid van de module voor het meten van een waterdebiet geassocieerd met de module en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules een regelklep omvat om middels de verwerkingseenheid het waterdebiet geassocieerd met de warmtepomp te regelen, en waarbij het systeem zo is ingericht dat de modules onderling de gemeten waarden communiceren voor het gelijkmatig verdelen van de waterstroom. Een voordeel is dat op deze manier het systeem decentraal geregeld is en dus niet afhankelijk is van slechts een opzichzelfstaande verwerkingseenheid. De flowmeter kan ingericht zijn om het waterdebiet te meten die module afneemt aanvoerleiding, en de regelklep kan uitgevoerd zijn in de aanvoerleiding of in een vertakkingsleiding van de aanvoerleiding voor afnemen van water van de waterstroom door de module ter verwarming.

Optioneel zijn de modules elk ingericht om een nominale capaciteit van 150-350 kW te leveren, bij voorkeur 200-300 kW, zoals 250 kW.

Volgens een tweede aspect van de uitvinding kan een warmtepompmodule van de veelheid warmtepompmodules zoals beschreven volgens een eerste aspect van de uitvinding genomen worden. Dergelijke module is dan in plaats van gekoppeld, uitgevoerd voor een dergelijke koppeling.

Hierin is aldus beschreven een warmtepomp (systeem) dat 1-2 traps functioneerd op basis van natuurlijke koudemiddelen, zoal propaan en isobuthaan, waarbij het systeem is opgesteld in een woningomgeving met modulariteit door de koppeling van meerdere units. De warmtepomp is opgebouwd als cascade systeem welke automatisch de hydraulische waterflow verdeeld over het aantal opgestelde units. Door flow meting per unit te communiceren met de totaal aanwezige units zal de installatie de totaal aangeleverde flow gelijkmatig verdelen over het aantal opgestelde units. De units communiceren met elkaar op

- 6 — moment van verbinding van de onderlinge stekker communicatie.

Door de koppeling is het mogelijk te kiezen om 1 unit te plaatsen of op elk moment te kiezen om meerdere units bij te koppelen en zal de verdeling van flow van de units automatisch in werking worden gesteld.

Modulariteit is hierdoor heel erg sterk.

Door plaatsing van de units achter elkaar kan gemakkelijk worden uitgebreid.

In de unit loopt een centrale toevoer en retour buis waar intern op de unit de afname en toevoer van de warmtepomp wordt gerealiseerd.

Door een elektronisch aangestuurde regelklep op basis van gemeten flow wordt dan de flow geregeld over de warmtepomp.

Bij de units wordt standaard een koppelbuis meegeleverd voor de waterzijdige koppeling en een communicatie kabel welke middels stekkers wordt verbonden.

Dit wordt hier ook wel genoemd, plug & play. onderstaand de gele belijning de doorkoppeling van de le unit naar de 2e unit.

Bij de laatste unit worden dan blind flensen geplaatst als er geen verdere doorkoppeling plaats vindt.

De eenheid is zodanig plug & Play uitgevoerd dat er voor de installateur enkel een voeding(stroom) op de unit dient te worden aangesloten en een toevoer en retour leiding op de flensen dient te worden aangebracht.

Door de stekker koppeling voor meerdere units is de installatie plug & Play voor de installateur mogelijk met dit soort grote warmtepompen op deze schaal.

In deze units is tevens een giga joule meting geplaatst voor de totaal afgegeven warmte te meten en op het visualisatie systeem SIMSERPC weer te geven.

Het visualisatie systeem is bij elke warmtepomp unit geïntegreerd waardoor bij meerdere units het mogelijk is om op elke warmtepomp een totaal overzicht van de gehele opstelling te monitoren.

Elke unit is elektrisch en besturing technisch als decentraal uitgevoerd voor bedrijfszekerheid per unit te garanderen.

Door de onderlinge communicatie met de units word data gedeeld en zullen de units door de in Siemens geprogrammeerde PLC software van elke unit gaan besturen op basis van temperatuur.

Een dergelijke centrale aansturing vervalt hierdoor waardoor op elke moment de bedrijfszekerheid hoog blijft.

In de Programmable logic controller (PLC) software is zo geprogrammeerd dat er door de onderlinge communicatie en het

- 7 = delen van onderlinge data, zoals klepstanden en gemeten vloeistofdebieten, per warmtepomp unit, ook wel module, bekend is hoeveel units er in totaal opgesteld en gekoppeld zijn. Dit wordt dan dus per unit bepaald waardoor ook de flow metingen per unit worden gedeeld middels data verkeer waardoor de units elke voor zich de totale flow van alle units samen bij elkaar optellen en deze delen door het aantal opgestelde gekoppelde units. Hiermee wordt dan per unit berekend om voor elke unit de zelfde {flow te laten stromen waardoor gelijkmatige belasting van de opgestelde units wordt verdeeld.

Indien er tijdens onderhoud werkzaamheden of storing een unit niet meer actief mee kan doen zal dit automatisch worden gecommuniceerd naar de overige units waardoor de flow wordt verdeeld over de op dat moment actieve units.

De warmtepompkoeler welke in deze unit is opgenomen die ervoor zorgt dat omgevingslucht wordt omgezet in uiteindelijk warm cv-water van maximaal 85 graden is speciaal ontworpen om met een z’n goed mogelijke prestatie een zo laag mogelijk geluidsproductie te bereiken. Het ontwerp is van een traditioneel koeler blok omgezet naar een v-bank principe met speciaal ingebouwde ontdooikap en geluidsabsorberende omkasting. Door de constructie van de speciale koeler opgenomen in de warmtepomp unit is het mogelijk met een zeer laag geluidsvermogen een zo'n hoog mogelijke prestatie te behalen. De ventilatoren kunnen door het extreem grote oppervlak op een zeer kleine footprint met een zeer laag toerental draaien. In de warmtepomp unit is overtollige warmte die wordt weggeblazen uit de unit voor veiligheid van componenten i.v.m. warmte in de unit en voor extra veiligheid i.v.m. brandbare koudemiddelen en een redelijk gesloten ruimte, wordt deze warme lucht hergebruikt op de koeler om rendement te verbeteren. De koeler is voorzien van speciale uitblaas deksels die tijdens ontdooi cyclus dicht gaan en tijdens winter condities in stilstand ijsvrij worden gehouden om bij sneeuwval en vochtige weersomstandige rondom het vriespunt geen opstart problemen te verkrijgen.

De warmtepomp unit is opgebouwd in het koude technische gedeelte (stuk waar zich koudemiddel bevindt, dus brandbaar koudemiddel) uit een volledig door geluid reducerende

- 8 — materiaal gesloten omkasting.

De compressoren welke de grootste geluidsbron vormen zijn voorzien van een speciaal ontworpen geluidsdoos voorzien van extra luchtkoeling welke boven in de geluidsdoos wordt ingeblazen met koele lucht welke uit de warmtepomp koeler wordt afgevoerd om vervolgens beneden de compressor weer wordt afgevoerd in de gesloten warmtepomp unit.

Deze warme lucht wordt dan uiteindelijk met overdruk van een ventilatie voorziening met afval warmte van het schakelpaneel afgevoerd richting de warmtepomp koeler om deze weer te optimaliseren.

Rondom de totale opstelling van de warmtepomp of meerdere warmtepompen is een speciale geluidswand opstelling voorzien met speciale aanzuig mogelijkheid om de warmtepompkoeler te voorzien van voldoende lucht zonder dat er geluid naar buiten de opstellingswand gaat.

De opstellingswand is zo geconstrueerd dat natuurlijke doortocht ten allen tijde mogelijk is om verversing in de opstelling te borgen bij een eventueel minimale lekkage van het brandbare koudemiddel. (bij pijltjes in schets de doortocht gaten aangegeven voor de natuurlijke doortocht) In de figuren wordt inzichtelijk gemaakt hoe lucht aanzuiging middels een labyrint mogelijk is zonder geluidshinder ontdooi principe is op basis van een warmtewisselaar met 2 circuits waardoor in 1 trap kan worden ontdooit.

De warmte van het cv-water wordt dan gebruikt om middels 1 trap in de koeler persgas te pompen om te ontdooien.

Hierdoor kan de 2e trap stop staan tijdens ontdooien wat een aanzienlijke geluidsbron vermindering is.

Tijdens ontdooien zullen de kleppen op de ventilatoren dicht vallen en zal de speciale ontdooi kap ervoor zorgen dat de warmte die in de koeler wordt gepompt ook in de koeler blijft om het ontdooi proces zo snel mogelijk te laten verlopen en niet afhankelijk te zijn van windinvloeden door de op dat moment mogelijke weersomstandigheden.

Door de toepassing van de warmtewisselaar met 2 circuits is de automatische overschakeling van 1 trap naar 2 trap mede mogelijk.

Door de keuze die automatisch wordt berekend in de geprogrammeerde PLC software op basis van buiten temperatuur zal het cv-water worden verwarmd naar een gewenste water

- 9 — temperatuur. Afhankelijk van deze temperatuur zal de warmtepomp in 1 trap of 2trap gaan draaien. Bij een relatief lage cv-water temperatuur en een buitentemperatuur boven de 0 graden kan de installatie in 1 trap het water verwarmen tot +5bgraden. Indien er een winter situatie ontstaat met de behoefte van warmer water boven de 55 graden zal de installatie automatisch overschakelen naar 2 traps systeem. In 2 taps draait de le trap(propaan-systeem) middels een cascade wisselaar naar de 2e trap (isobuthaan-systeem) en wordt door de 2e trap vervolgens het cv-water verwarmd. Brandveiligheid van de unit is extra geborgd door alle mogelijke ontstekingsbronnen te elimineren door toepassing van ex apparatuur en ingieten van elektrische componenten. Doordat er detectie met afzuiging is toegepast is in een stilstand de veiligheid geborgd. Tijdens bedrijf er in de installatie een continue luchtstroming waardoor een eventuele lekkage meteen wordt afgevoerd naar de koeler en verdunning van het mengsel meteen plaats vindt.

Wat we nu gaan plaatsen is een warmtepomp die in de basis gelijkwaardig is qua techniek om te verwarmen echter is de techniek nu dusdanig verbeterd/aangepast om het in woonwijk te kunnen plaatsen.

De schakeling/besturing is geheel aangepast op warmte behoefte van een flatgebouw, en de buitenkoeler welke de warmte uit de lucht haalt is volledig opnieuw ontworpen om bij een minimale opstelling toch de volledige capaciteit uit de omgeving te halen met het geluid van de machine toch binnen de normen. Ook het ontdooi principe van de luchtkoeler is geheel koeltechnisch anders opgebouwd.

De installatie is tevens geschikt om als 1 traps of 2 traps te functioneren waardoor tijdens de zomer een lage cv-water temperatuur kan worden gegenereerd met de beste energetische prestatie.

De machine is met een extra geluid reducerende machine omkasting opgebouwd en doordat er brandbaar koudemiddel wordt toegepast een unicum door het redelijk dicht bouwen van de machine. Bij brandbaar koudemiddel zou het koudemiddel wat zou kunnen lekken zich kunnen ophopen waardoor er explosie gevaar kan ontstaan. Deze voorzieningen van opbouw zorgen ervoor dat

— 10 = de machine toch veilig is opgebouwd.

De totale opstellingsunit, dat wil zeggen het gehele systeem, is dusdanig op te stellen bij een flatgebouw dat samen met de geluids reducerende middelen op de erfgrens ten hoogste 35dba zal bereiken.

Het concept is opgebouwd uit een unit welke een nominale capaciteit heeft van ca. 250kw en is in cascade opstelling op te stellen om flatgebouwen te voorzien van benodigde warmte behoefte. Unit is momenteel geschikt om te koppelen tot bijvoorbeeld 4 units waardoor we een verwarmingscapaciteit kunnen leveren van 1000kw. Er staan in Nederland maar een paar flats waar deze warmtebehoefte van 1000kw aanwezig is en de rest zijn lager en gemiddeld 500kW. Elke unit is voorzien van een eigen hydraulische module en een speciale regeling om de verdeling van waterflow automatisch op elkaar af te stemmen. Het wordt gebouwd als een echte plug & play opstelling waardoor installateurs de unit enkel hoeven te voorzien van een voedingskabel en waterzijdig hoeven te voorzien van een toevoer en retour leiding. (eigenlijk dus gewoon aansluiten op de bestaande cv-installatie en klaar) Ook dit maakt voor installateurs in het veld de opschaling van dergelijke opstellingen mogelijk. Dit is wel degelijk anders dan de geleverde machine bij de kuikenbroederij. Daar was het een echt maatwerk product welke nauwelijks is op te schalen en zijn ook de koelers die uit de buitenlucht de warmte onttrekken separaat opgesteld van de machine.

De huidige warmte pomp is opgebouwd uit 1 totaal unit waarin zich alle componenten bevinden om als een plug & play unit te beschouwen.

Door deze opzet van machine is de mogelijkheid om de volledige woningbouw, met name flatgebouwen en een centrale warmte voorziening vrij simpel gasloos te maken.

Er staan in Nederland zo'n 30.000 objecten waar deze opstellingen kunnen worden verwezenlijkt.

Een opstelling binnen een woning omgeving met natuurlijke koudemiddelen (brandbare koudemiddelen) is ook erg uniek. Alles wat nu wordt geplaatst is een synthetisch koudemiddel. Een standaard warmtepomp opstelling op een flat in plaats van allemaal lossen warmtepomp units zorgt ook voor een betere

- 11 - energie stroom voor de energie leverancier.

Denk hierbij aan minder stroom pieken omdat de verwarming centraal wordt geregeld.

Dit concept plug & play zorgt er ook voor dat wanneer een flat na bijvoorbeeld 10 jaar wordt gesloopt de warmtepomp opstelling kan worden verplaatst naar een nieuwe locatie.

De uitvinding wordt hierin verder beschreven in referentie naar de figuren.

Figuur 1 toont een modulair warmtepompsystem 1 voor het ontvangen en verwarmen van een waterstroom.

Een dergelijke waterstroom wordt met een aanvoerpomp (niet weergegeven, maar gebruikelijk) aangevoerd worden aan het systeem 1. Eventueel is de aanvoerpomp onderdeel van het systeem.

De waterstroom kan meer specifiek vanaf een centrale wateropslagtank (niet weergegeven, maar gebruikelijk) voor de centrale verwarming van een wooncomplex 2, in dit voorbeeld een flatgebouw worden aangevoerd.

Het systeem kan ook separaat van dit voorbeeld direct naast het wooncomplex 2 geplaatst zijn.

Het systeem heeft een veelheid warmtepompmodules 3.1, 3.2. In dit voorbeeld omvat de veelheid warmtepompmodules een eerste warmtepompmodule 3.1 en een tweede warmtepompmodule 3.2. Elke warmtepompmodule, dus de eerste en tweede warmtepompmodule, van de veelheid warmtepompmodules is uitgevoerd een verwerkingseenheid (niet weergegeven, maar gebruikelijk), zoals een computer, eventueel met een visual display en/of human interface, voor het aansturen van de warmtepompmodule.

De veelheid warmtepompmodules 3.1, 3.2 zijn fluidisch en communicatief achtereenvolgens met elkaar verbonden zijn om de waterstroom automatisch onderling te verdelen, zoals gelijkmatig te verdelen.

In dit voorbeeld ontvangt de eerste module 3.1 de waterstroom en neemt een deel daarvan af voor de verwarming daarvan.

De rest van de waterstroom wordt doorgezet naar de tweede module 3.2 welke het resterende deel van de waterstroom afneemt voor de verwarming daarvan.

De systemen zijn communicatief opgesteld om de verdeling van de waterstroom over de modules gelijkmatig te maken.

Hiertoe is elke module dan ook ingericht met een {flowmeter (niet weergegeven, maar gebruikelijk) voor het meten van de afgenomen waterstroom ter verwarming en een regelklep {niet

- 12 — weergegeven, maar gebruikelijk) welke instelbaar is middels de verwerkingseenheid voor het afstemmen van de afgenomen waterstroom. De verwerkingseenheden van de modules zijn communicatief verbonden zodat het de regelkleppen van de modules zo afgestemd zijn dat ongeveer dezelfde vloeistofstroom wordt gemeten door de flowmeters van de modules. Het systeem is verder ook zo ingericht dat het besturen van het systeem als geheel via de verwerkingseenheid van elk van de modules van de veelheid warmtepomp modules apart regelbaar is. De verwerkingseenheden van de modules vormen middels de communicatieve verbinding als het ware een overkoepelende verwerkingseenheid. De besturing is daarmee dus ook modulair. Elke warmtepompmodule 3.1, 3.2 van de veelheid warmtepompmodules heeft in dit voorbeeld een eerste verwarmingscircuit (niet weergegeven, maar gebruikelijk) en een tweede verwarmingscircuit (niet weergegeven, maar gebruikelijk) waarbij het tweede verwarmingscircuit middels een cascade wisselaar (niet weergegeven, maar gebruikelijk) verbonden is met het eerste verwarmingscircuit. Het systeem is schakelbaar uitgevoerd tussen het verwarmen van de waterstroom, dat wil zeggen iedere door de modules afgenomen waterstroom van de oorspronkelijke waterstroom, middels enkel het eerste circuit, en de combinatie van het eerste en het tweede circuit.

Figuur 1 en 2 tonen verder dat elke module van de veelheid warmtepompmodules individueel omkast is. Dat wil zeggen dat ze elk in een eigen behuizing 10, ook wel omkasting, geplaatst zijn. De individuele omkasting is uitgevoerd met ten minste een ventilator 12, in dit voorbeeld drie ventilatoren.

De ten minste ene ventilator 12 is meer in detail zichtbaar in Figuur 3 waar ook getoond wordt dat elke ventilator 12 is uitgevoerd met een toedekkingsklep 14. De toedekkingsklep heeft een eerste en tweede dekvleugel, zoals een halve-cirkel deksels, die elk andere helften aan dezelfde zijde van de ventilator afdekken. Toedekkingsklep is in Figuur 3 open, en kan bijvoorbeeld door een luchtstroom opengehouden worden, maar kan dichtvallen wanneer de ventilator geen luchtstroom of een onvoldoende grote luchtstroom genereerd. De toedekkingsklep is ingericht om de ten minste ene andere

- 13 = ventilator toe te dekken tijdens de simultane ontdooiing van bijvoorbeeld koeldelen uit te voeren.

Deze delen koelen de lucht, en onttrekken dus warmte aan de lucht.

Deze koeldelen worden hierin verder verderop beschreven.

Tijdens het afnemen van warmte van de buitenlucht kan ijs zich verzamelen op de koeldelen en opbouw van ijs kan het functioneren hinderen.

De klep kan bij een ontdooiing bijvoorbeeld dichtvallen doordat de ventilator 12 uitgeschakeld wordt.

De ten minste ene ventilator kan daarbij bestuurd worden door de verwerkingseenheid van de betreffende module.

Het eerste en het tweede circuit zijn in dit voorbeeld, ten minste, deels verschaft binnen een gemeenschappelijke warmtewisselaar.

Dat wil zeggen, de koeldelen 16.1, 16.2 van het eerste en het tweede circuit zijn uitgevoerd binnen een gemeenschappelijke warmtewisselaar 18. Figuur 3 toont een V-bank van de module, waarbij V-bank betekend dat de warmtewisselaar zowel aan een eerste zijde als een tweede zijde onder een hoek met een vloer gericht staat.

Het eerste en het tweede circuit hebben elk een koeldeel 16.1, 16.2, waarbij de gemeenschappelijke warmtewisselaar is ingericht om een simultane ontdooiing van de koeldelen uit te voeren, eventueel middels een ontdooikap voor de aanvoer van persgas.

Persgas is in dit geval simpelweg het eerste en/of tweede koudemiddel in gasvorm.

Dat wil zeggen, middels het eerste circuit en/of het tweede circuit kan men het koudemiddel van het betreffende circuit laten condenseren op de gemeenschappelijke warmtewisselaar.

Wanneer men het gasvormige koudemiddel laat condenseren ontdooit het deel van de koeler dat in verbinding staat met de buitenlucht.

De koeler wordt zo tijdelijk een condensor.

Eventueel kan in de zomer met omgevingslucht tevens middels een aanvoer van omgevingslucht ontdooid worden.

Het systeem is uitgevoerd met een verdere omkasting 20 welke zichtbaar is in Figuur 4. Deze omkasting 20 heeft opstaande wanden 22 en een doortocht labyrint 24, waarbij verse lucht langs een onderzijde of een opening van de opstaande wanden 22 aanvoerbaar is, Deze omkasting functioneert als een additionele beveiliging omdat het eerste circuit en het tweede circuit elk met een onderling verschillend op kamertemperatuur licht ontvlambaar koudemiddel

- 14 — uitgevoerd zijn. In dit voorbeeld respectievelijk propaan en isobutaan. De opstaande wanden kunnen van een geluidsaborberend zijn, dat wil zeggen ook los van dit voorbeeld, van een materiaal gemaakt en/of een geluidsabsorberend intern profiel omvatten. Het labyrint bestaat in dit voorbeeld uit een opstaande binnenwand 22.1 met een eerste passage 23.1 en een opstaande buitenwand 22.2 met een tweede passage 23.1, en waarbij de eerste en de tweede passage niet op dezelfde hoogte in de respectievelijke opstaande wanden zit. Figuur 5 toont de opstaande wanden 22 zonder de modules. Figuur 6 toont de opstaande wanden 22 samen met de modules 3.1, 3.2 en een dakdeel 26. Enige elektrische componenten, zoals de verwerkingseenheid van elke module van de veelheid warmtepompmodules, in een elektrisch isolerend materiaal zijn ingegoten om te voorkomen dat er elektrische ontsteking kan plaatsvinden van koude middelen bij een lekkage.

Een eerste verwarmingscircuit is uitgevoerd met een eerste compressor (niet weergegeven, maar gebruikelijk) en het tweede verwarmingscircuit is uitgevoerd met een tweede compressor (niet weergegeven, maar gebruikelijk). De eerste en tweede compressor zijn elk apart of gezamenlijk binnen in een geluidwerende omhulling 30 geplaatst. Deze omhulling 30, welke wederom een soort van omkasting is, is zichtbaar in Figuur 7. Optioneel is deze omkasting De betreffende omhulling is ingericht voor het van boven aanvoeren van lucht middels een ventilator en het van onder afvoeren van lucht. Met de witte pijl 50 is weergegeven hoe de luchtstroming in de omhulling 30, ook wel geluidsdoos, wordt ingeblazen en onderin de geluidsdoos er weer uit wordt geblazen). De omhulling 30 is in Figuur 7 in ge-explodeerde vorm, in twee delen in tegenovergestelde richtingen lateraal verschoven weergegeven. De omhulling 30 heeft een inlaat aan een bovenzijde voor het aanzuigen van lucht. Aan de onderzijde is de omhulling voorzien van openingen, zoals openingen in een vloerdeel van de omhulling, voor het doorlaten van lucht daardoor. Het systeem omvat verder ten minste een temperatuur sensor (niet weergegeven, maar gebruikelijk) voor het meten van de buitentemperatuur. Dat wil zeggen de temperatuur buiten het

- 15 = systeem. Het systeem is ingericht om op basis van de gemeten buitentemperatuur te schakelen tussen het verwarmen van de waterstroom middels enkel het eerste circuit, en de combinatie van het eerste en het tweede circuit. De temperatuur sensor is in dit voorbeeld communicatief verbonden met een verwerkingseenheid van een van de modules. Het systeem is verder ingericht om een defect van en/of onderhoud aan een module van de veelheid warmtepompmodules te herkennen en om op basis van het herkende defect van en/of onderhoud aan de betreffende module waarin het defect is herkent uit te schakelen en de waterstroom te herverdelen over de andere modules de veelheid warmtepompmodules. Wanneer tijdens gebruik de flowsensor van een module defect raakt dan is het systeem ingericht om de geassocieerde regelklep te dichten en de waterstroom te herverdelen over de andere modules welke het defect niet vertonen. Eventueel heeft elke module van de veelheid modules een sensor voor het detecteren van een lekkage, zoals een sensor die de drukval van water over module meet. Wanneer gemeten waarde van de drukval buiten een voorafbepaald bereik komt dan een met dergelijke sensor communicatief opgestelde verwerkingseenheid beslissen om de module af te sluiten van de waterstroom door de regelklep te dichten.

Figuur 8 toont dat de water toevoer en afvoer centraal geregeld is per module. Dat wil zeggen elke module van de veelheid warmtepompmodules een aanvoerleiding 40 omvat voor het aanvoeren van de waterstroom en welke aanvoerleiding koppelaar is uitgevoerd met een aanvoerleiding van ten minste een andere module van de veelheid warmtepompmodules, en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules is ingericht om water af te nemen van de eigen aanvoerleiding en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules een afvoerleiding 42 omvat voor het afvoeren van de waterstroom en welke afvoerleiding koppelaar is uitgevoerd met een afvoerleiding van ten minste een andere module van de veelheid warmtepompmodules, en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules is ingericht om water af te voeren via de eigen afvoerleiding. Op deze manier is het systeem modulair uit te breiden zonder dat er een extra verdeelstuk nodig is

_ 1 6 _ voor aanvoer of afvoer.

De modules kunnen dus via aanvoer en afvoer aan elkaar gekoppeld worden.

Figuur 8 toont verder een schakelpaneel 60 voor de bediening van de module, via de verwerkingseenheid, een cv-geedelte 70, dat wil zeggen een gedeelte waar water op aan en afgevoerd wordt vanuit de module, een koeltechnische gedeelte 80 en de warmtepompkoeler 90. Elke module van de warmtepompmodules heeft een nominale capaciteit van 250 kW in dit voorbeeld.

Daarmee komt de totale capaciteit van het systeem volgens het voorbeeld uit op 500 kW.

Dit systeem is uit te breiden middels het aankoppelen van een derde module aan de tweede module, en optioneel zelfs het aankoppelen van een vierde module aan de derde module.

De aankoppeling is dan ook consecutief.

Het systeem kan uitgebreid worden tot bijvoorbeeld 1000 kW.

Figuur 9 toont een flowdiagram van het systeem 1. Hierin zijn de eerste trap Tl en de tweede trap T2 weergegeven.

Figuur 10 toont de legenda van de elementen volgens Figuur 9. Deze elementen zijn als volgt: beveiliging expansieklep compressor regelaar intrekafsluiter 10020 opnemer stuurventiel ee mr welke condensor wisselaar in

_ 17 _ verwarm mode is en verdamper wisselaar in ontdooi mode; deze warmtewisselaar is een platen warmtewisselaar en is de scheiding tussen de isobutaan, propaan en het CV-water systemen 10013 Warmtewisselaar- | 10026 buffervat 1 cascade wisselaar platen warmte wisselaar en scheiding tussen het isobutaan en het propaan systeem Aldus toont Figuur 9 het systeem waarbij het tweede circuit een vloeistofafscheider omvat voor het afscheiden van naar vloeistof gecondenseerd koudemiddel uit een interne gasstroom binnen in het tweede circuit, en waarbij optioneel de afgescheiden vloeistof geleidelijk verdampt wordt ter aanvoer aan de compressor van het tweede circuit.

Figuur 9 toont slechts een condensor in het systeem die dubbelzijdig is uitgevoerd waardoor deze in de eerste trap, dat wil zeggen met het eerste circuit, het cv-water kan verwarmen en in de tweede trap, dat wil zeggen met het tweede circuit, het cv-water kan verwarmen.

Deze wisselaar is aan de koudetechnische zijde dubbel uitgevoerd waardoor we beide circuits kunnen koelen op dezelfde condensor.

Tijdens een ontdooiing van de condensor, omdat hier tijdens gebruik vocht uit de omgeving op sublimeert, zal de tweede trap volledig stop gezet worden en zal er met het eerste

— 18 — circuit koudegas verdampt worden op wisselaar-2 om hiermee de warmte te creëren die benodigd is om de condensor, ook wel de buitenkoeler, ook wel de v-bank, te ontdooien met persgas.

Figuur 11 toont meer in het bijzonder de inrichting van een eerste module 3.1 volgens de uitvinding. In dit voorbeeld kan met zien dat de individuele behuizing 10 is uitgevoerd met een aantal aanzuigpoorten 10.1 Voor buitenlucht. De buitenlucht wordt aangezogen middels ventilatoren 12. Deze ventilatoren klappen voor het ontdooien dicht, waardoor opstijgende warme lucht de behuizing niet stijgende kan verlaten en zo gedwongen wordt om warmte uit wisselen met de gemeenschappelijke warmtewisselaar, zoals ook in Figuur 3 aangegeven. Echter, tijdens het gebruikelijke functioneren, dus tijdens het een of twee-traps verwarmen van CV-water, zijn de ventilatoren 12 in werking. De ventilatoren 12 kunnen, ook los van dit voorbeeld, uitgevoerd zijn om ten minste een deel van de afgezogen lucht verder te leiden binnen de behuizing naar compressoren voor de koeling van de compressoren. Dit is ook zichtbaar in Figuur 12. De warmtewisselaar 18 neemt tijdens het verwarmen van CV-water warmte op uit de lucht waardoor de ventilatoren tijdens normaal gebruik, alle gebruik behalve ontdooien, de lucht koelen. Deze gekoelde lucht kan worden geleid naar de compressoren van het eerste en/of het tweede circuit. In dit voorbeeld beide. De compressoren zitten elke in hun respectievelijke geluidsdoos 30. Deze gekoelde lucht koelt dan de compressoren, maar wordt zelf weer verwarmd. De door de compressoren verwarmde lucht wordt dan in dezelfde ruimte weer afgegeven, en gebruikt om de de warmtewisselaar te verwarmen. In Figuur 13 is het zichtbaar dat de behuizing 10 is uitgevoerd met een tussenschot 10.2 zodat de gemeenschappelijke warmtewisselaar zich in een afgescheiden ruimte van de compressoren bevindt. De behuizing is verder uitgevoerd met een ventilatiekanaal 10.3 voor het afvangen van lucht op een eerste hoogte in de ruimte waarin zich de compressoren in geluidsdozen zich bevinden, en het inbrengen van lucht op een tweede hoogte in de ruimte waar de gemeenschappelijke warmtewisselaar zich bevindt, en waarbij de eerste hoogte hoger ligt dan de tweede hoogte. Op deze manier

- 19 - kan warme lucht worden afgevangen van compressoren zodat deze kan worden hergebruikt bij de warmtewisselaar.

Dit verhoogd de energetische efficiëntie van het systeem.

Figuur 14 toont dat de warme lucht onder met de aangezogen buitenlucht vermengd kan worden.

Claims (17)

— 20 — CONCLUSIES

1. Een modulair warmtepompsysteem (1) voor het ontvangen en verwarmen van een waterstroom, zoals voor een centrale verwarming, voor een woningcomplex, zoals een flatgebouw, omvattende: — een veelheid warmtepompmodules (3.1, 3.2) waarbij elke warmtepompmodule van de veelheid warmtepompmodules een verwerkingseenheid (4) voor het aansturen van de warmtepompmodule omvat, waarbij de veelheid warmtepompmodules (3.1, 3.2) fluidisch verbonden zijn en communicatief achtereenvolgens met elkaar verbonden zijn om de waterstroom automatisch onderling te verdelen, zoals gelijkmatig te verdelen, waarbij het systeem zo is ingericht dat het besturen van het systeem als geheel via de verwerkingseenheid van elk van de modules van de veelheid warmtepomp modules (3.1, 3.2) apart regelbaar is.

2. Het systeem volgens claim 1, waarbij elke warmtepompmodule van de veelheid warmtepompmodules een eerste verwarmingscircuit en een tweede verwarmingscircuit omvat, waarbij het tweede verwarmingscircuit middels een cascade wisselaar verbonden is met het eerste verwarmingscircuit, en waarbij het systeem schakelbaar is uitgevoerd tussen het verwarmen van de waterstroom middels enkel het eerste circuit, en de combinatie van het eerste en het tweede circuit.

3. Het systeem volgens claim 2, waarbij het eerste verwarmingscircuit een eerste compressor omvat, en waarbij het tweede verwarmingscircuit een tweede compressor omvat, en waarbij de eerste en tweede compressor elk apart of gezamenlijk binnen in een geluidwerende omhulling is geplaatst

4. Het systeem volgens claim 3, waarbij de omhulling is ingericht voor het van boven aanvoeren van lucht middels een ventilator en het van onder afvoeren van lucht, zoals middels een opening in een bodem van de omhulling, en waarbij optioneel de omhulling is uitgevoerd om ten minste een deel van een gekoelde luchtstroom van het eerste en/of tweede verwarmingscircuit af te vangen voor de koeling van de compressor daarmee.

- 21 —

5. Het systeem volgens een der voorgaande claims 2-4, waarbij het eerste en het tweede circuit ten minste deels zijn verschaft binnen een gemeenschappelijke warmtewisselaar, en waarbij het eerste en het tweede circuit elk een koeldeel hebben, waarbij de gemeenschappelijke warmtewisselaar is ingericht om een simultane ontdooiing van de koeldelen uit te voerendoor het ter interne condensatie leiden van koudemiddel van het eerste en het tweede circuit naar de warmtewisselaar .

6. Het systeem volgens een der voorgaande claims claim 2-5, omvattende ten minste een temperatuur sensor voor het meten van de buitentemperatuur, en waarbij het systeem is ingericht om op basis van de gemeten buitentemperatuur te schakelen tussen het verwarmen van de waterstroom middels enkel het eerste circuit, en de combinatie van het eerste en het tweede circuit.

7. Het systeem volgens een der voorgaande claims 2-6, waarbij het eerste circuit en het tweede circuit elk een onderling verschillend op kamertemperatuur licht ontvlambaar koudemiddel gebruiken, zoals respectievelijk propaan en isobutaan, en waarbij het systeem is uitgevoerd met een omkasting omvattende opstaande wanden en een doortocht labyrint, waarbij verse lucht langs een onderzijde of een opening van de opstaande wanden aanvoerbaar is.

8. Het systeem volgens claim 7, waarbij ten minste opstaande wanden van de omkasting geluidsabsorberend zijn.

9. Het systeem volgens ten minste claim 5, waarbij elke module van de van de veelheid warmtepompmodules ook individueel omkast is, waarbij de individuele omkasting is uitgevoerd met ten minste een andere ventilator, en waarbij de ten minste ene andere ventilator is uitgevoerd met ten minste een toedekkingsklep, en waarbij de ten minste ene toedekkingsklep is ingericht om de ten minste ene andere ventilator toe te dekken voor het tegenhouden van door warmte opstijgende lucht tijdens de simultane ontdooiing van de koeldelen uit te voeren.

10. Het systeem volgens ten minste claims 3 en 9, waarbij elke module van de van de veelheid warmtepompmodules zodanig is ingericht dat een deel van de door warmte opstijgende lucht afkomstig is van de eerste en/of tweede

- 22 — compressor.

11. Het systeem volgens een der voorgaande claims 1- 10, waarbij elektrische componenten, zoals de verwerkingseenheid van elke module van de veelheid warmtepompmodules, in een elektrisch isolerend materiaal zijn ingegoten.

12. Het systeem volgens een der voorgaande claims 1- 11, waarbij het systeem is ingericht om een defect van en/of onderhoud aan een module van de veelheid warmtepompmodules te herkennen en om op basis van het herkende defect van en/of onderhoud aan de betreffende module waarin het defect is herkent uit te schakelen en de waterstroom te herverdelen over de andere modules de veelheid warmtepompmodules.

13. Het systeem volgens een der voorgaande claims 1- 12, waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules een aanvoerleiding omvat voor het aanvoeren van de waterstroom en welke aanvoerleiding koppelaar is uitgevoerd met een aanvoerleiding van ten minste een andere module van de veelheid warmtepompmodules, en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules is ingericht om water af te nemen van de eigen aanvoerleiding en/of waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules een afvoerleiding omvat voor het afvoeren van de waterstroom en welke afvoerleiding koppelaar is uitgevoerd met een afvoerleiding van ten minste een andere module van de veelheid warmtepompmodules, en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules is ingericht om water af te voeren via de eigen afvoerleiding.

14. Het systeem volgens een der voorgaande claims 1- 13, waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules een flowmeter (5) omvat welke communicatief verbonden is met de verwerkingseenheid (4) van de module voor het meten van een waterdebiet geassocieerd met de module en waarbij elke module van de veelheid warmtepompmodules een regelklep (7) omvat om middels de verwerkingseenheid(4) het waterdebiet geassocieerd met de warmtepomp te regelen, en waarbij het systeem zo is ingericht dat de modules onderling de gemeten waarden communiceren voor het gelijkmatig verdelen van de waterstroom.

- 23 =

15. Het systeem volgens een der voorgaande claims 1- 14, waarbij de veelheid warmtepompmodules elk een nominale capaciteit van 150-350 kW hebben, bij voorkeur 200-300 kW.

16. Het systeem volgens ten minste claim 2, waarbij het tweede circuit een vloeistofafscheider omvat voor het afscheiden van naar vloeistof gecondenseerd koudemiddel uit een interne gasstroom binnen in het tweede circuit, en waarbij optioneel de afgescheiden vloeistof geleidelijk verdampt wordt ter aanvoer aan de compressor van het tweede circuit.

17. Een warmtepompmodule van de veelheid warmtepompmodules zoals beschreven in een van de voorgaande claims 1-16.