NO140079B - Varmeanlegg omfattende en brenselfyrt varmekjele, en varmepumpe og en radiatorkrets - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører et varmeanlegg omfattende en konvensjonell brenselfyrt varmekjele med en radiatorvannkrets og med en fortrinnsvis frittliggende varmtvannsbereder for tappevann og en til anlegget tilkoblet varmepumpe, hvor en shuntledning er anordnet parallelt med varmekjelen, idet den gjennom en shuntventil er tilkoblet radiatorvannkretsens stigeledning. For oppvar-ming av lokaler og vannoppvarming er det tidligere kjent å benytte varmepumper og, ved lave utendørstemperaturer, noen tilleggsvarmekilder. Som tilleggsvarmekilder har man i noen enkelte tilfelle benyttet konvensjonelle oljefyrte kjeler.

Det har imidlertid vist seg at kombinasjonen av varmepumpe og seriekoblet oljekjele fører med seg ufordelaktige regu-leringstekniske forhold og dette kan være årsak til at man hit-til som oftest har valgt å benytte elektrisk varme eller fjernvarme som komplement til varmepumpen til tross for at disse ener-giformer er kostbare og er ufordelaktige sett fra kraftprodusen-tens og distributørens synspunkt.

For en varmepumpe gjelder det at den under forutsetning av konstant kondenseringstemperatur for kjølemediet har en med synkende ytterlufttemperatur sterkt avtagende varmeproduksjons-evne, dvs. kvotienten mellom avgitt og tilført energi. Dessuten øker naturligvis varmebehovet for en bolig med synkende utetem-peratur. Dessuten gjelder det at det er uøkonomisk å dimensjo-nere en varmepumpe slik at den skal tilveiebringe det totale varmebehov i en bolig på årets kaldeste dag. Normalt dekker man omtrent 30-40% av varmebehovet med varmepumpen for siden å dekke ytterligere varmebehov med noen andre varmekilder. Om man da benytter fjernvarme eller elektrisk varme som tilleggsvarmekilde, vil disse føre til et lavt"effektforbruk ved høye ytterlufttemperaturer og høyt effektforbruk ved lave ytterlufttemperaturer. Dette tatt sammen med andre medfølgende virkninger blir meget ufordelaktig fra produksjonssynspunkt, da mange store energi-produksjonsanlegg bare vanskelig kan greie å avgi effekt i sam-svar med økende behov, såsom ved lave utendørstemperaturer.

En hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et varmeanlegg hvis oppbygning fører til så fordelaktige regulerings-tekniske forhold at spesielle tilpasninger mellom varmepumpe og brenselkjele kan unngås og slik at enkle reguleringsinnretninger kan benyttes for styring av varmefordelingen mellom pumpen og kjelen når varmepumpens kapasitet ikke strekker til for å til-fredsstille boligens varmebehov. En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et varmeanlegg hvor man under ekstreme værforhold unngår å belaste energiproduksjonsnéttet.

Anlegg ifølge oppfinnelsen er særlig innrettet til fler-familiehus, industrilokaler, kontorer o.l., hvor effektbehovet overskrider omtrent 10 kw. Anleggene omfatter fortrinnsvis en stor oljefyrt kjele med en separat varmtvannsbereder som er koblet parallelt med kjelen.

Et anlegg av den innledningsvis nevnte type utmerker seg ifølge oppfinnelsen ved at en annen shuntledning er anordnet parallelt med og inntil varmekjelen, at varmepumpens kondensator er i varmevekslingsforhold sammenkoblet med den andre shuntledning, at en tredje shuntledning er anordnet mellom den andre shuntlednings varme side og den første shuntledning, at en annen shuntventil er anordnet ved den tredje shuntlednings tilkobling til den andre shuntledning, og at varmepumpens kompresjonsarbeide er innrettet til å styres av varmepumpens kulde-medietrykk mellom varmepumpens kompressor og fordamper.

Ved en foretrukken utførelse av oppfinnelsen er kompressoren flersylindret og i det minste en av kompressorens enkelte sylindre er innrettet til å kunne avlastes hhv. innkobles i avhengighet av kuldemediets trykk på varmepumpens lavtrykksside.

Fortrinnsvis er kompressoren innrettet til å kunne turtallreguleres i avhengighet av kuldemediets laveste trykk.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av et ek-sempel under henvisning til tegningen som skjematisk viser et anlegg ifølge oppfinnelsen.

Til høyre på tegningen er vist en lukket krets 1 for et kjølemedium, f. eks., av freontypen. Kretsen 1 omfatter i serie anordnet et fordamperaggregat 2 som har tilordnet en vifte 3 til økning av luftgjennomstrømningen, en kompressor 4, en kondensator 5 og en ekspansjonsventil 6. Kjølemediet strømmer i kretsen under kompresjon i kompressoren 4, kondensasjon i varmeveksleren 5, ekspansjon i ekspansjonsventilen 6 og fordampning i fordamperen 2. Kondensatoren er utformet som en varmeveksler til overføring av kjølemediets varmeinnhold til vannet som strømmer i et radia-tor- og varmekjelesystem. Radiatorer 7 er tilkoblet til en stigeledning 8 hhv. en returledning 9. En pumpe 10 er anordnet i returledningen 9 til forbedring av sirkulasjonen gjennom radiatorene 7. Stigeledningen 8 og returledningen 9 er koblet til en oljefyrt varmekjele 11 nemlig ved hjelp av en mateledning eller fødeledning 12 og en tilbakeføringsledning 13. En shuntledning 14 er anordnet mellom returledningen 9 og stigeledningen 8. En shuntventil 15 er koblet inn mellom stigeledningen 8, mateledningen 1? og shuntledningen 14. Varmepumpen 1 til og med 6 er ved hjelp av rørledningene 16 og 17 tilkoblet returledningen 13 hhv. mateledningen 12( slik at varmeveksleren 5 er anordnet parallelt med oljekjelen 11. En rørledning 18 strekker seg mellom shuntledningen 14 og rørledningen 17. Ledningen 18 er gjennom en annen shuntventil 19 koblet til rørledningen 17. Ved hjelp av shuntventilen 19 kan varmevekselstrømmen fordeles slik dette fremgår av tegningen. En frittliggende varmtvannsbereder 20 av konvensjonell type er på vanlig måte tilkoblet oljekjelen 11. Al-ternativt kan varmtvannsberederen være koblet parallelt med varmekjelen 11.

Når man nå betrakter reguleringssystemer av lignende ty-per som benyttes for tilpasning av varmepumpen til oljekjelen,

så har varmepumpen et avfølingsorgan 21 som måler kjølemediets trykk mellom fordamperen og kompressoren. Kompressoren 4 som hensiktsmessig er av flersylindret type, er anordnet slik at et eller flere stempler kan frakobles eller tilkobles i den utstrek-ning varmebehovet tilsier det. En trykkinnretning 21 er anordnet til å velge antall innkoblede sylindere i kompressoren 4. Ved å avføle undertrykket hos kjølemediet etter fordamperen får

man en indikasjon på gassens tetthet og derved yttertemperaturen som således styrer varmepumpens aktivitet. Dessuten kan kompressoren 4 være anordnet til å frakobles eller tilkobles under styring ved varmekjelens vanntemperatur. Den termostat 25 som av-føler systemets varmtvannstemperatur og som styrer ai oljebrenners "<?>3 drift, kan således være innrettet til å stanse og starte en kompressormotor 26. Ekspansjonsventilen 6 kan på vanlig måte styres fra kjølemediets trykk etter fordamperen.

Det på tegningen viste anlegg omfatter således en krets som inneholder oljekjelen 11, rørledningene 12,8, radiatorene 7, rørledningen 9, pumpen 10 og rørledningen 13. I denne krets er kondensatorvarmeveksleren 5 innkoblet parallelt med oljekjelen 11.

For best mulig tilpasning av systemet med hensyn til fasthetsgrenser for standardiserte rør velger man fortrinnsvis en trykkgrense på 24 ata. Hvis varmepumpen inneholder freon 22, får man en vanntemperatur på 55°C. Under sommerdrift innstiller man da hensiktsmessig kjelens temperatur på høyst 55°C, slik at oljekjelen normalt ikke behøver å kobles inn om sommeren. I dette tilfelle innstilles shuntventilen 19 slik at strømmen gjennom kondensatorvarmeveksleren i sin helhet ledes frem til mateledningen 12, hvorfra det av varmepumpen oppvarmede vann strømmer gjennom oljekjelen og gjennom rørledningene 13,16 tilbake til kondensatorvarmeveksleren 5, hvilket skjer ved hjelp av matepumpen 22. Denne sirkulering forutsetter at stigeledningsshuntventilen 15 avstenger mateledningen 12.

Når det antas at man behøver å tilføre radiatorene het-vann, innstiller man shuntventilen 15 på en hensiktsmessig gjen-nomstrømningsverdi hhv. innstiller shuntventilen på en hensiktsmessig stigeledningstemperatur og avleder en del av varmeveksler-strømmen til shuntledningen 15 ved hjelp av shuntventilen 19. Derved vil den nettopp nevnte strøm gjennom varmekjelen minske mefl den dermed følgende risiko for at forbruksvarmtvannet i varmtvannsberederen ikke får tilstrekkelig temperatur f.eks. etter en større tapning. Dette medfører at kjelevanntemperaturen synker, hvilket igjen medfører, når varmepumpen arbeider med mak-simal kapasitet, at oljeaggregatet 23 kobles inn ved hjelp av oljeaggregatets normale reguleringsinnretning. Derved vil hett vann strømme fra varmekjelen til mateledningen 12 og frem til shuntventilen som gjennom grenledningen 18 og shuntledningen 15 mates med varmeveksler-vannet, slik at stigeledningen 8 ved inn-speing fra de to til shuntventilen tilkoblede ledninger kan for-synes med vann med riktig temperatur. Under denne ominnsti.lling vil gjennomstrømningsretningen gjennom oljekjelen skifte sammen-lignet med det ovenfor omtalte sommertilfelle. I vintertilfelle vil altså det i varmeveksleren 5 oppvarmede vann strømme gjennom ledningen 17, ledningen 18 -g shuntledningen 15 frem til stigeledningsshuntventilen, mens det i varmekjelen 11 oppvarmede vann strømmer gjennom ledningen 12 frem til kontrollshuntventilen. Den sistnevnte kan da innstilles for oppnåelse av en hensiktsmessig stigeledningstemperatur. Det vann fra varmeveksleren som ikke spes inn i stigeledningen, strømmer nedover i shuntledningen og gjennom tilbakeføringsledningen 13 til kjelen hhv. til ledningen 16 for resirkulering gjennom varmeveksleren. Derved får man en god fleksibilitet når det gjelder de to varmekilders kombinerbar-het. Begge shuntventiler 15 og 19 kan være automatiske og av den type som er bare temperaturavfølende.

Claims (4)

1. Varmeanlegg omfattende en konvensjonell brenselfyrt varmekjele (11) med en radiatorvannkrets (8,12,9,13) og med en fortrinnsvis frittliggende varmtvannsbereder (20) for tappevann og en til anlegget tilkoblet varmepumpe (1-6), hvor en shuntledning (14) er anordnet parallelt med varmekjelen (11), idet den gjennom en shuntventil (15) er tilkoblet radiatorvannkretsens stigeledning (8), karakterisert ved at en annen shuntledning (16,17) er anordnet parallelt med og inntil varmekjelen, at varmepumpens kondensator (5) er i varmevekslingsforhold sammenkoblet med den andre shuntledning (16,17), at en tredje shuntledning (18) er anordnet mellom den andre shuntlednings (16,17) varme side (17) og den første shuntledning (14), at en annen shuntventil (19) er anordnet ved den tredje shuntlednings (18) tilkobling til den andre shuntledning (16,17), og at varmepumpens kompresjonsarbeide er innrettet til å styres av varmepumpens kul-demedietrykk mellom varmepumpens kompressor (4) og fordamper (2).

2. Anlegg ifølge krav 1,karakterisert ved at kompressoren (4) er flersylindret, og at i det minste en av kompressorens enkelte sylindre er innrettet til å kunne avlastes hhv. innkobles i avhengighet av kuldemediets trykk på varmepumpens lavtrykksside.

3. Anlegg ifølge krav 1,karakterisert ved at kompressoren (4) er' innrettet til å kunne turtallreguleres i avhengighet av kuldemediets laveste trykk.

4. Anlegg ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at kompressoren (4) er innrettet til å stenges av hhv. settes på i avhengighet av vanntemperaturen i varmekjelen (11).