NO142491B - Anlegg for behandling av luft for ett eller flere lokaler - Google Patents

Abstract

Anlegg for behandling av luft for ett eller flere lokaler.

Description

Oppfinnelsen angår et anlegg for behandling av luft for ett eller flere lokaler, med minst to varmepumper hvis ene varmeoverfører gjennomstrømmes av uteluft hhv. fraluft og hvis andre varmeoverfører gjennomstrømmes av uteluft hhv. sirkulasjonsluft.

For bedre å tilfredsstille de stadig høyere krav

til driftsøkonomi og effektivitet innenfor et stort arbeidsområde, blir funksjonen av konvensjonelle luftbehandlingsaggregater nå stadig oftere komplettert med en varmepumpepro-sess. Varmepumpen gjør her tjeneste som varmesystem om vinteren og som kjølesystem om sommeren, og den gjør også tjeneste ved sådanne sesong- og døgnfluktuasjoner i klimaet da oppvarming eller avkjøling er nødvendig for å skape et behagelig innendørsklima. Attraktivt i denne forbindelse er varmepumpens evne til å generere mer energi enn hva som går med til å drive prosessen, hvilket er et tiltalende argument på bakgrunn av at anleggs- og vedlikeholdskostnadene hittil altfor ofte har hindret en mer almen utnyttelse av en integrert varmepumpe i luftbehandlingsaggregater.

Det er kjent at et stort arbeidsområde og stor belastningsvariasjon for en varmepumpe medfører ulempen med høyt kompresjonsforhold for den i varmepumpen inngående kompressor samt lav fordampningstemperatur og høye trykkrørs-temperaturer, og at avriming og veksling mellom varme- og kjøledrift medfører raske temperaturvekslinger og omvendt kjølemediumstrøm. Det er også kjent at nedregulering medfø-rer lave gasshastigheter og diskontinuerlig gang, mens opp-startinger med anleggets varmeveksler kraftig nedkjølt av uteluft kan medføre kjølemedium i oljen. De ovenfor angitte ulemper har som resultat ekstra påkjenning på kompressordeler og ekspansjons- og reverseringsventiler, og også på elektris-ke viklinger i de motorer som inngår i varmepumpeanlegg.

Formålet med oppfinnelsen er å muliggjøre en riktig utnyttelse av varmepumpens gode egenskaper ved luftbehand-lingsanlegg av den ovenfor angitte type, og i størst mulig utstrekning unngå dens ulemper, og videre å beskytte de inngående komponenter fra sådanne påkjenninger som opptrer ved stort arbeidsområde og stor belastningsvariasjon.

Ovennevnte formål oppnås med et anlegg av den inn-

1

ledningsvis angitte type, som ifølge oppfinnelsen er kjenne-tegnet ved at det er anordnet minst én kontinuerlig arbeiden-

de basisvarmepumpe og minst én ved oppvarming tidvis arbeidende tilleggsvarmepumpe, idet basisvarmepumpens ene varme-overfører er anordnet i en fraluftkanal som utelukkende fører fraluft, og tilleggsvarmepumpens ene varmeoverfører er anordnet i en separat iluftkanal som utelukkende fører uteluft, og at basis- og tilleggsvarmepumpens andre varmeoverførere ligger i tilluftkanalen som fører uteluft og sirkulasjonsluft.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 skjematisk viser funksjonen av anlegget og de i dette inngående deler i driftstilfellet med oppvarming om vinteren, hvorved en 4-veisventil er anordnet i en øvre krets for avriming og elementene er sammenbygget i et'første kretsarrangement, fig. 2 illustrerer arbeidsmåten for den i anlegget inngående basisvarmepumpe henholdsvis tilleggsvarmepumpe ved hjelp av et diagram over trykket som funksjon av entalpien, fig. 3 viser skjematisk avriming av tilleggsvarmepumpen, fig. 4 viser skjematisk anlegget med elementene sammenbygget i et andre kretsarrangement, fig. 5 viser skjematisk anlegget når også basisvarmepumpen er forsynt med en 4-veisventil for å kunne utnytte også basisvarmepumpen for kjøling om sommeren, og hvor driftstilfellet forøvrig tilsvarer driftstilfellet på fig. 1, og fig. 6 viser skjematisk anlegget ved driftstilfellet med kjø-ling om sommeren ved hjelp av både basisvarmepumpen og tilleggsvarmepumpen.

Slik det fremgår av fig. 1, 3 og 4, består anlegget

av to lukkede systemer av hvilke det nedentil viste utgjør en basisvarmepumpe og: det oventil viste utgjør en tilleggsvarmepumpe. I samtlige figurer er varme deler og ledninger som transporterer varmt medium, betegnet med skraverte piler (easfc») , mens kalde deler og ledninger som transporterer kaldt medium, er betegnet med ufylte piler («=» . Ledninger som transporterer væske, er på figurene markert med helt fylte piler

På fig. 1 er hvert system, dvs. basisvarmepumpen og tilleggsvarmepumpen, vist å omfatte en kompressor 1, og i tilleggsvarmepumpens krets er anordnet en 4-veisventil 2. I hvert system inngår varmevekslere 3, 4, nærmere bestemt en fordamper 3 og en kondensor eller kondensator 4. En varmgassledning 5 strekker seg fra kompressoren 1 til kondensatoren 4, og en væskeledning 6 strekker seg fra kondensatoren 4 til fordamperen 3. En sugeledning 7 er anordnet mellom fordamperen 3 og kompressoren 1. Et strupeorgan 8 er anordnet i væskeled-ningen 6 mellom kondensatoren 4 og fordamperen 3. En pil 9a-9b betegner en separat uteluftstrøm for tilleggsvarmepumpen, mens en pil 10a-19b betegner inntatt uteluft for ventila-sjonsformål. En pil lla-llb betegner en fra lokalet uttatt luftstrøm som bortføres til atmosfæren som fraluft, mens en pil 12a-12b betegner den del av lokalets fraluft som føres tilbake til lokalet som tilbakeførings- eller sirkulasjonsluft . og sammen med uteluftstrømmen 10a-10b utgjør systemets tilførsels- eller tilluft 14. Den til atmosfæren totalt av-gående luft er betegnet med 13.

I det på fig. 2 viste trykk-entalpi-diagram er med heltrukne henholdsvis strekede linjer inntegnet et eksempli-fiserende tilfelle av det lukkede arbeidsområde for en basisvarmepumpe henholdsvis en tilleggsvarmepumpe ifølge fig. 1. Diagrammets akser angir på kjent måte entalpi- henholdsvis trykkverdiene under forløpet av den lukkede prosess. Den ned-re grensekurve 1-2 utgjør linjen for bare væske og den øvre grensekurve 2-3 utgjør linjen for bare tørr, mettet damp. Området for fuktig damp avgrenses av begge grenselinjer 1-2 henholdsvis 2 - 3 og 2 er det såkalte kritiske punkt. Basisvarmepumpens arbeidsområde er betegnet med A-B-C-D-A og tilsvarende er tilleggsvarmepumpens arbeidsområde betegnet med A^B^C-D^A'. Strekningen A-B representerer den ekspansjon av mediet (væsken) som finner sted i ledningen 6 på fig. 1 ved passeringen av "strupeorganet• Som vist innebærer denne del av prosessen en trykksenkning, ifølge oppfinnelsen imidlertid bare til et slikt nivå av tilstanden at rimdannelse unngås. Strekningen B-C representerer en fordampning med bi-beholdt trykk i fordamperen 3 på fig. 1. Etter passering av 4-veisventilen 2 når mediet frem til kompressoren 1 og her skjer under temperaturstigning den kompresjon som i diagram-met er betegnet med C-D. I punktét D og til høyre utenfor grenselinjen 2-3 opptrer mediet nå i form av overhetet damp. Denne utnyttes for oppvarming i kondensatoren 4 av uteluften 10a-10b og sirkulasjonsluften 12a-12b som i oppvar-met tilstand tilføres til lokalet eller lokalene som tilluft 14. Mediets kondensering i kondensatoren 4 innebærer jo en overgang fra aggregattilstanden damp til væske, hvorved varme frigjøres. Tilsvarende deler av arbeidsforløpet for tilleggsvarmepumpen er betegnet med A'-B' samt B'-C og C-D', og endelig D'-A'. Basisvarmepumpen er innrettet til å arbeide innenfor et begrenset temperaturområde der det ikke skjer noen rimdannelse, mens tilleggsvarmepumpen spenner over et større arbeidsområde. |

Ved den ovenfor angitte utforming av anlegget kan basisvarmepumpens kapasitet dimensjoneres slik at tilleggsvarmepumpens driftsperioder i vintertilfellet, dvs. ved oppvarming, er begrenset til de klimaperioder da uteluftens temperatur er så lav at dens fuktighetsinnhold blir lavt og således herav forårsaket rimbelegg blir lite.

Ved avriming av tilleggsvarmepumpen ifølge fig. 3 er den i tilleggsvarmepumpen inngående 4-veisventil blitt omkoplet til motsatt innstilling i forhold til stillingen på fig. 1. I motsetning til funksjonen på fig. 1 overføres derved varme fra tilleggsvarmepumpens i tilluften beliggende varmeveksler 4 som da forbigående utgjør fordamper - til tilleggsvarmepumpens varmeveksler 3 - som derved forbigående fungerer som kondensator - slik at en avriming, av varmeveks-leren 3 tilveiebringes. Tilleggsvarmepumpens varmeveksler 4 som er plassert i tilluftstrømmen 14, er anbrakt der luften har sin laveste temperatur, dvs. foran basisvarmepumpens varmeveksler 4. Dette medfører et for kompressorprosessen gun-stig kompresjonsforhold med moderate gasstemperaturer og ma-ter ialpåkjenninger.

Man kan imidlertid, slik som vist på fig. 4, i ste-det plassere basisvarmepumpens i tilluften beliggende varmeveksler 4 foran tilleggsvarmepumpens varmeveksler 4 som er beliggende i samme luftstrøm. På denne måte blir den varme som er nødvendig for■tilleggsvarmepumpens avriming, tatt fra den fra basisvarmepumpen avgitte kondensatorvarme, i den hensikt å påskynde avrimingen slik at avrimingsperiodene blir knapt merkbare i lokalet eller lokalene.

I praksis kan det være fordelaktig å forsyne også basisvarmepumpens krets med en 4-veisventil 2, slik som vist på fig. 5. For øvrig viser denne figur samme driftstilfelle som fig. 1. På denne måte kan anlegget også utnyttes for av-kjøling av lokalet eller lokalene om sommeren ved anvendelse av den ene eller begge varmepumper. Ved utnyttelse av anlegget for kjøling om sommeren, hvilket er vist på fig. 6, skjer da en omkasting av varmevekslerne 3, 4 ved hjelp av 4-veisventilene 2, forså .vidt som enheten 3 arbeider som kondensator og enheten 4 arbeider som fordamper enten både i basisvarmepumpen og i tilleggsvarmepumpen eller i den ene av disse. Ved omstilling av 4-veisventilen eller 4-veisventilene arbeider ledningen 5 som sugeledning mellom fordamperen 4 og kompressoren 1, mens ledningen 7 arbeider som varmgassledning fra kompressoren 1 til kondensatorene som nå er beliggende i fraluft henholdsvis uteluft i den på figuren nedentil viste basisvarmepumpe henholdsvis den oventil viste tilleggsvarmepumpe.

Claims (4)

1. Anlegg for behandling av luft for ett eller flere lokaler, med minst to varmepumper hvis ene varmeoverfører gjennomstrømmes av uteluft hhv. fraluft og.hvis andre varme-<1>, overfører gjennomstrømmes av uteluft hhv. sirkulasjonsluft, karakterisert ved at det er anordnet minst én kontinuerlig arbeidende basisvarmepumpe og minst én ved oppvarming tidvis arbeidende tilleggsvarmepumpe, idet basisvarmepumpens ene varmeoverfører (3) er anordnet i en fraluftkanal (lia - 11b) som utelukkende fører fraluft, og tilleggsvarmepumpens ene varmeoverfører (3) er anordnet i en separat luft-kanal (9a - 9b) som utelukkende fører uteluft, og at basis-og tilleggsvarmepumpens andre varmeoverførere (4) ligger i tilluftkanalen (14) som fører uteluft og sirkulasjonsluft.

2. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at av de andre varmeoverførere (4) i tilluftkanalen (14) er tilleggsvarmepumpens varmeoverfører (4) anordnet foran basisvarmepumpens varmeoverfører (4).

3. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at av de andre varmeoverførere (4) i tilluftkanalen (14) er tilleggsvarmepumpens varmeoverfører (4) anordnet bak basisvarmepumpens varmeoverfører (4).

4. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at basisvarmepumpen er forsynt med en omkasteranordning i

(2) som muliggjør at anlegget i sin helhet kan anvendes som kjøler. i