NO153347B - Anordning for gjenvinning av varme. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning for gjenvinning av varme i en bygning ved hjelp av en varmepumpe.

I fig. 1 er det skjematisk vist en sådan tidligere kjent anordning som blant annet omfatter en varmepumpe 1 og en beholder 2 for varmt vann til forbruk. Varmepumpen over-fører varme fra en varmekilde, nemlig fra luften fra en bygning, til vannet i beholderen 2. For dette formål suges den luft som slippes ut (pilen , temperatur f.eks. 22°C) ved hjelp av en vifte 3 forbi varmepumpens fordamper 4 (pilen ?2).således at den luft som slippes ut (pilen P^) forlater anordningen ved vesentlig lavere temperatur, f.eks. 5°C. Ved hjelp av en kompressor 5

pumpes varmepumpemediet til en kondensator 6 som befinner seg i den nedre del av varmebeholderen 2, således at varme avgis fra kondensatoren til det omgivende vann.

Fra kondensatoren 6 ledes varmepumpemediet gjennom en strupeinnretning 7 tilbake til fordamperen 4.

Varmtvann tappes ut over en tilkobling 8 som er anbrakt oventil i beholderen 2, mens kaldt vann tilføres en nedre tilslutning 9. En temperaturavføler 10 styrer varmepumpens kompressor på sådan måte at vanntemperaturen i beholderen 2 holdes på ønsket nivå, f.eks. 55°C.

Det vil innses at varme -på denne måte kan pumpes fra njt-løpsluften til varmtvannet bare i den grad varmt vann tappes fra beholderen 2 (beholderen forutsettes godt isolert såeldes at varmelekkasjen til omgivelsene kan neglisjeres). En nærliggende måte å løse dette problem på og <ierved muliggjøre kontinuerlig tilbakeføring av varme fra utløpsluften til vedkommende bygning^er å sirkulere varmt vann fra avtapnings-tilkoblingen 8 for beholderen 2 over en vannradiator 11 til tilførselstil-slutningen 9 ved hjelp av en sirkulasjonspumpe 12, slik det vil fremgå av fig. 3. I denne figur er de forskjellige deler av varmepumpen 1 for enkelthets skyld utelatt-Kondensatoren 6 i beholderen 2 er imidlertid vist. I tilbakeføringskretsen finnes også en tilbakeslagsventil 13 som hindrer at kaldt vann trykkes baklengs gjennom radiatoren 11 når pumpen 12 av en eller annen grunn ikke arbeider.

Ved utførelsen i fig. 3 oppnås den fordel at varmepumpen 1 kan arbeid kontinuerlig, et gjenstående problem er imidlertid at varmepumpens virkningsgrad er utilfreds-stillende .

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å forbedre varmepumpens virkningsgrad i vesentlig grad for derved ytterligere å nedsette det totale energiforbruk i den bygning hvor anordningen er installert.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den erkjennelse at varmepumpens effektfaktor er sterkt avhengig av tempe-raturforskjellen mellom kondensatoren 6 og fordamperen 4. Funksjonssambandet mellom effektfaktoren £ og konden-satortemperaturen T (for en gitt temperatur ved fordamperen 4) er vist i fig. 2. Som eksempel kan det nevnes at effektfaktoren er ca. 2 i det ovenfor angitte eksempel, hvilket vil si ved en kondensatortemperatur på ca.

55°C, mens effekt faktoren kan fordobles, hvilket vil si til ca. 4, hvis kondensatoren 6 kan bringes til å arbeide ved en temperatur på ca. 10°C. Selv en moderat tempe-ratursenkning kan imidlertid gi en vesentlig forbedring, da det viste funksjonssamband hovedsakelig er lineært.

Oppfinnelsen gjelder således en anordning for gjenvinning av varme i en bygning, og som omfatter en kompressordrevet varmepumpe, hvis fordamper er anordnet for å ta opp varme fra utløpsluften fra bygningen, og hvis kondensator er anbragt i en beholder, mens en væskesirkulasjonskrets er anordnet for å gjenvinne varme fra beholderen til bygningen over minst et væskesirkulasjonselement.

På denne bakgrunn av prinsippielt kjent teknikk fra f.eks. fransk patentskrift nr. 2.412.791 har så anordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at nevnte beholder utgjøres av en væskebeholder for varmt forbruksvann med en innløpsforbindelse for koldt vann i den nedre del av beholderen samt et varmtvannsutløp i beholderens øvre del, idet nevnte væskesirkulasjonskrets befinner seg i varmeoverførende kontakt med varmepumpens kondensator inne i den nedre del av beholderen mens en sirkulasjonspumpe i væskesirkulasjonskretsen er innrettet for å regulere væskesirkulasjonen i samsvar med vanntemperaturen i nevnte nedre del av beholderen, for derved å opprettholde en forholdsvis.lav vanntemperatur i denne nedre del og en høyere vanntemperatur i den øvre del av beholderen.

På denne måte har det vist seg mulig å oppnå en sjiktdannelse i varmtvannsbeholderen, således at det dannes en nedre sone med relativt kaldt vann, f.eks. ca. 30°C, og en øvre sone med forholdsvis varmt vann, f.eks. 55°C. Varmepumpens effektfaktor kan da holdes over „en verdi på 3, hvilket i en typisk familiebolig tilsvarer en energi-innsparing på ca. 40%, hvis det antas at varmtvannsfor-bruket og varmetilskuddet fra fluidsirkulasjonskretsen (over f.eks. en vannradiator eller et lufttilførsels-aggregat) tilsammen utgjør ca. 60% av det totale varme-energiforbruk.

Hensiktsmessig, men ikke nødvendige ytterligere særtrekk ved foreliggende anordning samt forskjellige utførelses-former av anordningen vil fremgå av de uselvstendige patentkrav og følgende detaljerte beskrivelse.

Oppfinnelsen vil således bli nærmere beskrevet nedenfor under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Figurene 1-3 anskueliggjør, som angitt ovenfor, bak-

grunnen for oppfinnelsen.

Fig. 4 viser skjematisk en første utførelsesform av varmegjenvinningsanordningen i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 5-7 viser på tilsvarende måte en annen, en tredje og en fjerde utførelsesform.

Den varmegjenvinningsanordning som er angitt i fig. 4 er i prinsipp lik den anordning som er vist i fig. 3 og omtalt ovenfor, og tilsvarende deler er gitt samme hen-visningsbetingelser. En vesentlig forskjell er imidlertid at de to tilslutninger til varmesirkulasjonskretsen 11, 12 er anbragt i varmtvannsbeholderens nedre del i samme område som varmepumpens kondensator 6. Utløpstil-slutningen 14 er således anordnet i nærheten av, men noe under overkanten av kondensatoren 6, mens tilbakeførings-tilslutningen, som er felles med en tilslutning 9 for tilførsel åv kaldt vann, er anbragt i nærheten av, men noe under kondensatorens underkant. Videre styres systemet av to temperaturavfølere, nemlig en første'temperaturavføler 10, som tilsvarer avføleren 10 i den kjente utførelse i henhold til fig. 1 og som således sikrer at varmepumpen arbeider så lengde vanntemperaturen ved avføleren ligger under den ønskede varmtvannstemperatur, f.eks. 40 - 60°C, fortrinnsvis ca. 55°C, samt en annen temperaturavføler 15, som sikrer at pumpen 12 arbeider og vannet i sirkulasjonskretsen med radiatoren 11 sirkulerer så lengde vanntemperaturen- ved denne avføl-er ligger over en forut bestemt temperatur på f.eks. 30 - 50°C, fortrinnsvis ca. 40°C.

Et vesentlig trekk og fordel ved foreliggende oppfinnel-segjenstand er således at den varme som avgis av varmepumpen først og fremst overføres til det varme forbruksvann og med høyere prioritet enn romoppvarmingen, f .eks. ved midlertidig forbruk av store mengder varmt vann i det tilfelle store mengder varmt vann går med til dusj om morgenen.

Ved at tilslutningen 14 og 9 ligger i samme område som kondensatoren 6 kan denne holdes på et fordelaktig lavt temperaturnivå, hvilket medfører en forbedret virkningsgrad for varmepumpen, slik det er omtalt ovenfor. Til-bakeføringstilslutningen 9 er videre utstyrt med en av-bøyningsplate som er anordnet ovenfor munningsåpningen og sikrer at det innkommende vann ikke strømmer oppover,.men utover til sidene. Således kan en sone Zl med relativt lav ^temperatur opprettholdes i beholderens nedre del,

mens en sone Z2 med varmere vann (som har lavere densitet) opprettholdes i beholderens øvre del. Takket være en sådan temperaturfordeling i beholderen 2 kan man på tross av at det opprettholdes ønsket varmtvannstemperatur fra avtapningstilslutningen 8, oppnås en forbedret virkningsgrad, for vannpumpen.

I fig. 5 er det anskueliggjort en annen utførelsesform av varmegjenvinningsanordningen i henhold til oppfinnelsen,

idet tilsvarende deler er gitt samme henvisningsbetegnel-ser som i fig. 1, 3 og 4. I dette tilfellet foreligger likeledes en vannsirkulasjonskrets som over tilslutninger 9 og 14 står i varmeoverførende kontakt med vannet omkring varmepumpens kondensator 6. I stedet for en radiator omfatter sirkulasjonskretsen et lufttilførsels-aggregat med et varmtvannselement 16, f.eks. et kamflens-element, og en vifte 17 som bringer luften som tilføres bygningen til å passere elementet 16 og derved forvarmes i det minste til 15 - 20°C (avhengig av uteluftens temperatur), før luften blåses inn i bygningens rom. Strømmen av tilført luft er i fig. 5 skjematisk markert

med piler P4 og P5. Oventil i beholderen 2_, hvilket vil si i den øvre sone Z2, er det anordnet elektriske varmeelementer 18 for tilskuddsvarme. Disse elementer 18

styres av en nærliggende tredje temperaturavføler 19, som kobler inn elementene 18 når vanntemperaturen i sonen Z2 i noen grad synker under denønskede vanntemperatur for det uttappede varmtvann, f.eks. ved en temperatur på 40 - 90°C, fortrinnsvis ca. 65°C. Temperaturavføleren 10

som styrer varmepumpens kompressor, ligger i dette tilfellet i en grensesone Z3 mellom den øvre og den nedre sone Z2■ henholdsvis Zl. Liksom ved den tidligere om-talte utførelsesform arbeider varmepumpen så lengde vanntemperaturen ved avføleren 10 ikke overstiger denønskede varmtvannstemperatur på uttappingsstedet, nemlig en temperatur på f.eks. 40 - 60°C, fortrinnsvis ca. 55°C.

Avføleren 15 kan i dette tilfellet hensiktsmessig styre viften 17 (i stedet for pumpen 12, som kan arbeide kontinuerlig), således at luft blåses inn så lengde den avfølte vanntemperatur og dermed omtrent temperaturen for kamflenselementet 16 ikke synker under 5 - 15°C, fortrinnsvis ca. 10°C.

Det er således mulig å la kondensatoren 6 arbeide ved en lavere temperatur ved denne utførelsesform, hvorved varmepumpens effektfaktor blir større, slik som omtalt ovenfor.

Den utførelsesform som er vist i fig. 6 fungerer på hovedsakelig samme måte som i fig. 5. Det eneste som er annerledes er at vannradiatoren 11 (sammenlign med fig. 4) er innkoblet i vannsirkulasjonskretsen mellom pumpen 12 og kamflenselementet 16. I dette tilfellet tilbake-føres således overskuddsvarmen fra beholderen 2 til såvel den tilførte luft (P4, P5) som romluften (over radiatoren 11) .

En ytterligere tilpasning av oppfinnelsen er skjematisk vist i fig. 7, hvor enhetene 20 og 21 tilsammen tilsvar er den viste utførelsesform i fig. 5. Vannsirkulasjonskretsen fra tilslutningen 14 for innløpsledningen til tilslutningen 9 for tilbakeføringsledningen i den nedre del av beholderen 2 omfatter således et aggregat 21 for lufttilførsel. Videre er imidlertid denne sirkulasjonskrets også forsynt med en varmevekslingssløyfe 23 som er anordnet nedentil i en sentralvarmeenhet 22. Denne enhet omfatter en sentralvarmekjei 24 og et ekspansjonskar 25 tilsluttet denne. Foruten varmevekslingssløyfen 23 er det anordnet elektriske varmeelementer 26 i kjelen 24, for oppvarming av vannet ved behov. Fra en øvre inn-løpstiislutning 27 sirkulerer vannet ved hjelp av en pumpe 28 i en sløyfe inne i bygningen med radiatorer 29, 29' etc. (med hver sin termostatventil, 30, 30' etc.) og tilbake til en returtilslutning 31. Som vist med stip-lede linjer kan en shunt 32 anordnes på vanlig måte i radiatorsløyfen. I det viste eksempel finnes enda en mulighet for å varme opp vannet i kjelen 24, nemlig ved hjelp av en ytterligere sirkulasjonskrets, som forløper fra radiatorsløyfens returledning 32 over en ledning 34 til en vekslingssløyfe i en ikke vist oppvarmingsanord-ning, slik som en solvarmefanger, et åpent ildsted, ved-kamin, vedkjele eller lignende, samt tilbake til kjelen 24 gjennom en avstengningsventil 35, en ledning 36 og en tilbakeføringstilslutning 37. Det vil innses at vannet i kjelen 24 kan oppvarmes på tre forskjellige måter, sam-tidig eller hver for seg, nemlig over varmepumpen 1 og varmtvannsbeholderen 2 for forbruksvann, ved hjelp av elementene 26 eller ved hjelp av den ikke viste oppvarm-ingsanordning og sirkulasjonskretsen 33, 34, 35, 36, 37.

Også i kjelen 24 kan det oppnås en oppdeling i forskjellige varme soner, idet vekslingssløyfen 23 og sirkulasjonskretsen 33 - 37 tjener til å forvarme returvannet fra radiatorsløyfen, mens elementene 26 sluttvarmer vannet til ønsket temperatur.

Oppfinnelsegjenstanden kan modifiseres på forskjellige måter innenfor rammen av de etterfølgende paten.tkrav. Således kan f.eks. tilbakeføringskretsen fra varmtvannsbeholderen for forbruksvann inneholde et annet medium enn vann, og i dette tilfellet anordnet en vekslingssløyfe i stedet for de åpne tilslutninger 9 og 14. Det vesentlige er at varmeutbyttet herunder skjer nedentil i beholderen 2 i området omkring varmepumpens kondensator 6, således at den angitte dannelse av temperatursjiktet kan opprettholdes i beholderen.

Videre kan varmepumpen ta opp varme fra en annen varmekilde enn utløpsluften, f.eks. fra en vanntank, et salt-lager e.l., som i det minste tidvis tilføres varmeenergi fra en solvarmefanger eller på annen måte. Plassering av varmepumpens fordamper i varmeoverførende kontakt med utløpsluften fra bygningen, slik som beskrevet ovenfor, antas imidlertid å gi det beste utbytte, i det minste i forhold til de påkrevede investeringer i teknisk utrust-ning.

Claims (9)

1. Anordning for gjenvinning av varme i en bygning, og som omfatter en kompressordrevet (5) varmepumpe (1), hvis fordamper (4) er anordnet for å ta opp varme fra utløps-luften (Pl) fra bygningen, og hvis kondensator (6) er anbragt i en beholder (2), mens en væskesirkulasjonskrets er anordnet for å gjenvinne varme fra beholderen (2) til bygningen over minst et væskesirkulasjonselement (16, 11,

23) , karakterisert vedat nevnte beholder ut-gjøres av en væskebeholder for varmt forbruksvann (2) med en innløpsforbindelse (9) for koldt vann i den nedre del (Zl) av beholderen samt et varmtvannsutløp (8) i beholderens øvre del, idet nevnte væskesirkulasjonskrets befinner seg i varmeoverførende kontakt med varmepumpens kondensator (6) inne i den nedre del (Zl) av beholderen (2) mens en sirkulasjonspumpe (12) i væskesirkulasjonskretsen er innrettet for å regulere væskesirkulasjonen i samsvar med vanntemperaturen (15) i nevnte nedre del (Zl) av beholderen (2), for derved å opprettholde en forholdsvis' lav vanntemperatur i denne nedre del (Zl) og en høyere vanntemperatur i den øvre del av beholderen (2).

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat nevnte sirkulasjonspumpe (12) er innrettet for å arbeide intermitterende.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat nevnte væskesirkulasjonskrets inneholder vann og omfatter uttaks- og returledning (14, 9) i nærheten av kondensatoren (6).

4. Anordning som angitt i krav 3,karakterisert vedat sirkulasjonskretsens returledning (9) er tilkoblet nevnte innløpsforbindelse (9) for koldt vann.

5. Anordning som angitt i krav 3 eller 4,karakterisert vedat returledningen (9) er anbragt i nærheten av kondensatorens (6) nedre del, mens uttåksledningen (14) er anordnet i nærheten av den øvre del av kondensatoren (6).

6. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat minst et av nevnte væskesirkulasjonselementer omfatter et lufttilførsels-aggregat (16) og/eller en radiator (11) og/eller en varmeveksler (23) i en sentralvarmekjeie (24).

7. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat ytterligere varmeelementer (18) er anordnet i beholderen (2) i et nivå over kondensatoren (6).

8. Anordning som angitt i krav 6 og som omfatter en varmeveksler (23) i en sentralvarmekjeie (24),karakterisert vedat varmeveksleren er anordnet i en nedre del av kjelen.

9. Anordning som angitt i krav 8,karakterisert vedat elektriske varmeelementer (26) er anordnet i den øvre del av kjelen.