NO157675B - Fremgangsmÿte og anordning for drift av et varmeanlegg. - Google Patents

Description

Som kjent har konvensjonelle varmeanlegg for oppvarming av lokaler eller bygninger og fremstilling av varmt forbruks-vann, hvilke anlegg arbeider med en kjele som oppvarmes med et fossilt brensel såsom olje, gass eller lignende, store ulemper ved at en vesentlig mengde av den tilførte energi går tapt i varmetap med avgassene gjennom skorsteinen. For å forbedre økonomien av oppvarmningen har man begynt å an-vende varmepumper som hever varme med en lav temperatur til et høyere temperaturnivå. Den vanligste varmekilde er således blitt luft, dels uteluft og dels inneluft. Ved anvendelse av uteluft oppstår den ulempe at varmepumpens virkningsgrad synker drastisk ved lave temperaturer, f.eks. lavere enn -5°C, ved hvilken temperatur det også oppstår problemer med frostutfelling på aggregatet. Ved varmepumper som arbeider med uteluft må det således anordnes en ytterligere energikil-de, såsom en oljefyrt kjele eller elektrokjele, som arbeider i den kaldeste årstid.

Returluft som varmekilde er kun lønnsom i slike anvendelser der en stor del av luften vanligvis ventileres, men som ved anvendelse av varmepumpe resirkuleres via varmepumpen.

Det har vært gjort forsøk med anvendelse av uteluft som varmekilde å fylle varmebehovet kun med en varmepumpe, men de for-holdsregler som derved må foretas for å sikre varmepumpens drift ved lave utetemperaturer, medfører at varmepumpens opp-bygning blir komplisert, slik at varmepumpen blir dyr både i installasjon og vedlikehold. Eksempelvis finnes varmepumper som arbeider i flere trinn og hever lufttemperaturen i hvert trinn.

Foreliggende oppfinnelse har som formål å tilveiebringe en fremgangsmåte for drift av et varmeanlegg og et varmeanlegg for gjennomføring av fremgangsmåten, hvor de ovennevnte ulemper ved hittil kjente løsninger er eliminert og hvor det til-veiebringes et varmeanlegg som gir usedvanlig driftsøkonomi samtidig som dets funksjon og høye virkningsgrad sikres ved

alle utetemperaturer.

Dette formål oppnås ved at fremgangsmåten og varmeanlegget er gitt de i de følgende patentkrav angitte trekk.

Oppfinnelsen skal beskrives i det følgende i forbindelse med tegningen. Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom et varmeanlegg ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et prinsippskjema for varmepumpen som inngår i anlegget på fig. 1.

I det på fig. 1 viste varmeanlegg betegner 1 en brenner for olje eller gass, som er anordnet i en vannbåren kjele 2, til hvilken det er tilknyttet en tank eller et rom 13 for varmt-vannsberedning. Kjelen 2 og tanken 13 er anordnet på en un-derstøttelse 11. Med et mellomrom over kjelen 2 og tanken 13, hvilket mellomrom danner en luftkanal 3, er det anordnet en krysstrømsvarmeveksler 4 og en sirkulasjonsluftvarmepumpe 5. Over varmeveksleren 4 foreligger et utsugningskammer 6 forsynt med en evakueringsvifte 7, som er tilkoblet til et utblåsningsrør 9 for forbrukt luft resp. avgasser, slik det skal beskrives nedenfor. Henvisningstall 8 angir et rom som inneholder styreutstyr for kjelen. Hele varmeanlegget er anordnet i et lukket rom eller kjelerom 10.

Til varmeveksleren 4 er det tilkoblet en innsugningskanal 12 som kommer utenifra for friskluft samt en innsugningsåpning 14 for returluft fra kjelerommet 10, som sirkulerer i anlegget via varmeveksleren 4 og varmepumpen 5, slik det skal beskrives nærmere nedenfor. Varmepumpen 5 har en utblåsnings-åpning 15 for blandingen av friskluft og returluft som sirkulerer etter passasje gjennom varmepumpen. Henvisningstall 16 angir en innsugningsåpning for tilførsel av luft fra kjelerommet 10 til luftkanalen 3. I luftkanalen 3 munner også utblåsningskanalen 17 ut for avgasser fra kjelen 2.

For styring av varmeanleggets funksjon er det anordnet et antall følere som på ikke nærmere vist måte er forbundet med styreutstyret anordnet i rommet 8. Således er kjelen 2 forsynt med en temperaturføler TC 1, friskluftinntaket 12 er forsynt med en temperaturføler TC 2, og kjelerommet 10 med en temperaturføler TC 3. En trykkføler PD 1 og en tempera-turføler TC X er anordnet i utsugningskammeret 6. Kjelens 2 brenner 1 startes og stoppes via et kontrollrelé betegnet med AY.

Varmeanlegget vist på fig. 1 fungerer på følgende måte. Varmeanlegget har en luftstrøm som sirkulerer gjennom varmepumpen 5 og er resultatet av friskluft som kommer inn via frisk-luftsinntaket 12 og en returluftstrøm som via innsugningsåpningen 14 tilføres varmeveksleren 4 sammen med friskluften,

og derfra føres til varmepumpens 5 fordamper som varmeavgivende medium. I det viste eksempel, hvor varmepumpen er av en type som varmer vannet i et vannbåret pppvarmningssystem, utblåses sirkulasjonsluften fra varmeveksleren 5 via utblåsningsåpningen 15 i det lukkede rom 10, hvilket i foreliggende tilfelle utgjøres av et kjelerom hvor varmeanlegget er anordnet. Det vil imidlertid forstås at rommet 10 kan være et større lokale hvor varmeanlegget er anordnet, hvorved luften som blåses ut ved 15 utgjør oppvarmningsmedium for lokalet. Det er likeledes tenkelig at utblåsningsåpningen 15 fra varmepumpen 5 er koblet til et oppvarmningssystem som arbeider med innblåsning av varmluft i de lokaler som skal oppvarmes, hvorved utblåsningsåpningen 15 tilfører luft til nevnte system. Dette forutsetter naturligvis at returluften fra ven-tilasjonssystemet tilbakeføres til det rom 10 hvor varmeanlegget er anordnet.

I den viste utførelsesform hvor varmepumpen 5 tjener til oppvarmning av sirkulasjonsvann som nevnt ovenfor, utblåses således luften fra utblåsningsåpningen 15 til rommet 10. Fra rommet 10 strømmer en delluftstrøm via innsugningsåpningen 16 og gasskanalen 3 til varmeveksleren 4, som er av krysstrøms-typen, det vil si med to helt lukkede kanalsystemer som er adskilt fra hverandre og forløper i to i forhold til hverandre vinkelrette retninger. Etter passasje gjennom varmeveksleren 4 evakueres denne delluftstrøm som via åpningen 16 er kommet inn fra rommet 10, til atmosfæren gjennom utblåsningsrøret 9 plassert oventil. Ved passasje gjennom varmeveksleren 4 forvarmer denne delluftstrøm blandingen av friskluft som kommer inn i kanalen 12 og returluft fra kjelerommet 10 som kommer inn via innsugningsåpningen 14 i varmeveksleren 4. Luft-strømmen som sirkulerer via varmepumpen skal være større enn den luftmengde som evakueres via utblåsningsrøret 9, slik at det i kjelerommet 10 eller i et tilsvarende rom råder et høy-ere trykk enn i utsugningskammeret 6 i varmeanlegget. Den beskrevne driftstilstand for varmeanlegget råder dersom sir-kulas jonsvarmepumpen primært alene sørger for energitilfør-selen til varmesystemet. Når det blir nødvendig å øke energiinnholdet i sirkulasjonsluftstrømmen gjennom varmeveksleren 4 til varmepumpen 5, som f.eks. i den varme og fuktige periode av året når varmepumpen kun står for energitilførselen til- varmeanlegget, startes evakueringsviften 7, hvilket øker gjennomstrømningen gjennom varmeveksleren 4 både av evakuert luft og innkommende- friskluft, som har høyere entalpi. I den kaldere periode av året eller når utetemperaturen er lav, hvilket registreres av temperaturfølerne som skal beskrives nedenfor, startes dessuten brenneren 1 for kjelen 2, og avgassene fra kjelen 2 tilføres gjennom utløpsrøret 17 til kanalen! 3. for å blandes med evakueringsluften fra åpningen 16, hvorved' energiinnholdet i luftstrømmen fra varmeveksleren 4 t'M. varmepumpen 5: økes ytterligere..

Det vil forstås av ovenstående beskrivelse at kombinasjonen av; "kjeleni i2:,„ varmeveksleren 4- og varmepumpen 5~ resulterer i et', anlegg^ .hvor varmepumpen 5 alltid arbeider under fordelaktige forhold. Når temperaturen ved TC -l er. sunket under en forutinnstilt verdi, starter varmepumpen, og når utetempera-tur.eniived;-TG. 2<.overskrider den forutinnstilte verdi starter evakueringsviften./fbr .å' øke energiinnholdet i luftstrømmen til. Lvarmep.umpenr.3 Nåri temperaturene- ved; TC 1, TC' 2' og- TC 3 samtid-i'g:'Liggeri.underv de:-respektive innstilte, verdier,- starter evakuerings vi ften;, ogi mår. det1, partielle vakuum ved, PD' 1-" i ut-sugn-ings'kammereti'6i er falt under innstilte verdi startes/ kjelens 2i brenner 1 av kontrollreléet AY. Når temperaturen i 3"'vri-' j' kjelerommet 10 ved TC 3 har overskredet innstillingsverdien, stopper brenneren 1, og evakueringsviften 7 og varmepumpen 5 forbruker den akkumulerte varme i kjelerommet og starter på nytt når temperaturen er falt under den innstilte verdi. Når temperaturen i vannstrømmen ved TC 1 har overskredet den innstilte verdi, stoppes brenneren og evakueringsviften, men varmepumpen fortsetter å arbeide inntil en litt høyere temperatur er nådd ved TC 1, og når temperaturen faller, startes brenneren og evakueringsviften på nytt. Temperaturføleren anordnet ved TC X i utsugningskammeret forhindrer brenneren i å starte så lenge temperaturen er høyere enn den innstilte verdi. Sirkulasjonspumpen for varmepumpen 5 arbeider konti-nuerlig .

På grunn av det trekk at varmepumpen 5 for sirkulasjonsluften, evakueringsviften 7 og kjelen 2 startes i serie etter hverandre når energibehovet øker, oppnås de mest fordelaktige funksjonsbetingelser for anlegget. I forbindelse med en vannbåret fyrkjeie 2 og en varmepumpe 5 med oppvarmning ved hjelp av vann er det hensiktsmessig at vannsystemene for kjelen 2 og pumpen 5 er koblet i serie for å oppnå høyere utgående vanntemperatur fra varmeanlegget. Forbrenningsluf-ten til brenneren 1 for kjelen 2, som består av romluft, blir tørket ved kondensasjon av sirkulasjonsluftvarmepumpen 5, hvorfor ingen kondensasjon skjer på de kalde kanalflater.

All kondensasjon av fuktighet i friskluften som innføres gjennom inntaket 12 skjer i varmepumpens 5 fordamperseksjon, hvor det rene kondensasjonsvann kan samles opp og fjernes.

Varmepumpen som utgjør en del av anlegget kan være av kon-vensjonell type, slik det f.eks. er vist på fig. 2. Fra fordamperen 30 strømmer arbeidsmediet via en varmeveksler 31 til kompressoren 22 forsynt med en pressostat 21 via en kontraventil 32 til en koaksial kondensator 24 for varmeveksling med vann i et vannbåret system med innløps- og utløps-kanaler 27. Fra kondensatoren 24 strømmer arbeidsmediet via en samletank 25 og et filter 26 tilbake til varmeveksleren 31 og via en termostatventil 28 til fordamperen 30. Henvisningstall 29 betegner en roterende vifte plassert i fordam-perenheten. En grenledning 33 som fører til fordamperen 30 reguleres av en solenoidventil 23. I et varmesystem som arbeider med varmluft vil naturligvis kondensatorenheten 24 bli gitt en tilsvarende form.

Fuktigheten som oppstår ved forbrenningsprosessen konden-seres i varmeveksleren og avgir sin kondensasjonsenergi til den sirkulerende luftstrøm. Det sure kondensat med pH på

ca. 2,5 tappes av gjennom et nøytraliseringssystem og føres til avløp, idet det gis en aciditet på ca. 6 pH.

Det er klart at den foregående beskrivelse ikke represen-terer annet enn en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen og at endringer og modifikasjoner av denne kan gjøres innen-for rammen av de påfølgende krav.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for drift av et varmeopptagningssystem i et varmeanlegg som arbeider med luftsirkulasjon, hvilket system omfatter en varmepumpe for luftsirkulasjon, en varmeveksler fra en luft-gass-blanding til luft, en kjele for fossilt brensel og en evakueringsvifte, karakterisert ved at en delstrøm av luften som benyttes i varmesystemet føres til varmeveksleren som fraluft fra varmeanlegget for varmeveksling med tilluft utenifra og med en re-turstrøm av sirkulasjonsluft, idet luftstrømmen som tilføres varmepumpens fordamper som varmeavgivende medium bringes til å passere gjennom varmeveksleren og der tilføres ny varme-energi, og idet luftstrømmen i systemet som passerer gjennom varmepumpen holdes større enn strømmen av fraluft eller blandingen av friskluft og gass som evakueres fra varmeanlegget gjennom varmeveksleren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i tilfelle av øket behov for energi evakueres delstrømmen ved hjelp av evakueringsviften.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at i tilfelle av øket behov for energi blandes delluftstrømmen med avgasser fra kjelen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at den økede tilførsel av energi styres ved hjelp av forutbestemte temperaturverdier for luften i systemet.

5. Fremgangsmåte ifølge kravene 3 og 4, karakterisert ved at kjelens brenner kun startes når temperaturen i forbruksluften i varmesystemet er lavere enn en forutbestemt verdi.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 3-5, karakterisert ved at kjelens brenner kun startes når evakueringsviften har skapt et forutbestemt minste undertrykk mellom evakueringsviften og varmeveksleren.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 2 - 6 i vannbårne varmesysterner, karakterisert ved at kjelens brenner kun startes når vanntemperaturen i vannstrømmen som forlater varmeanlegget er falt under en forutbestemt verdi og/eller utetemperaturen er falt under en forutbestemt grenseverdi.

8. Varmeanlegg for utførelse av fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at varmeanlegget innbefatter en kjele (2) for forbrenning av olje, gass eller annet fossilt brensel, en sirkulasjonsluftvarmepumpe (5) for tilførsel av varme til et vann- eller luftbåret varmesystem, en varmeveksler av krysstrømstypen (4) for varmeveksling mellom innkommende friskluft og returluft fra varmeanlegget med luft som evakueres fra dette, og en evakueringsvifte (7) som evakuerer av-kjølte gasser fra varmesystemet, og en tilførselskanal (3) til varmeveksleren med innløpsåpninger (16, 17) for evakuer-ingsluft fra systemet og avgasser fra kjelen, hvilken kanal (3) er forbundet med varmeveksleren på motsatt side av evaku-eringsvif ten (7) .

9. Anordning ifølge krav 8, hvor kjelen (2) og varmepumpen (5) er vannbårne, karakterisert ved at kjelens (2) vannsystem er forbundet i serie med varmepumpens (5) vannsystem for å oppnå høyere utgående vanntemperatur fra anlegget.

10. Anordning ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at hver enhet, såsom luftsirkulasjonsvarme-pumpen (5), varmeveksleren (4) av krysstrømstypen, kjelen (2), brenneren (1) for kjelen (2), evakueringsviften (7) og en styreenhet (8) for anlegget, er konstruert som lett ut-skiftbare apparatmoduler montert på et felles stativ (11) til en integrert enhet som er klar til funksjon.