NO326274B1 - Energy utilization system and method - Google Patents
Energy utilization system and method Download PDFInfo
- Publication number
- NO326274B1 NO326274B1 NO20051559A NO20051559A NO326274B1 NO 326274 B1 NO326274 B1 NO 326274B1 NO 20051559 A NO20051559 A NO 20051559A NO 20051559 A NO20051559 A NO 20051559A NO 326274 B1 NO326274 B1 NO 326274B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- water
- tank
- heat
- tanks
- heat exchanger
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 45
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- 239000008399 tap water Substances 0.000 claims description 16
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 claims description 16
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 10
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 claims description 7
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 5
- 239000010797 grey water Substances 0.000 claims description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims description 3
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 2
- 239000008236 heating water Substances 0.000 claims description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
- F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
- F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
- F24D11/0235—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system with recuperation of waste energy
- F24D11/025—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system with recuperation of waste energy contained in waste water
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/08—Electric heater
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/11—Geothermal energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/12—Heat pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/16—Waste heat
- F24D2200/20—Sewage water
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/24—Storage receiver heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
- F28D20/0039—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material with stratification of the heat storage material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
- F28D2020/0082—Multiple tanks arrangements, e.g. adjacent tanks, tank in tank
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/40—Geothermal heat-pumps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Abstract
System for utnyttelse av fornybare energiressurser og/eller gjenvinning av energi omfattende en varmtvannsbereder (1) og en varmepumpe (2). Varmepumpen er innrettet til å overføre varme og/eller tilveiebringe kjøling til vann i varmtvannsberederen (1). Varmtvannsberederen omfatter minst to tanker (3, 4) for termisk lagring av varmtvann og/eller kaldtvann og/eller is, hvilke tanker (3, 4) er termisk isolert fra hverandre, idet en første tank (4) har et innløp for kaldtvann og står i væskekommunikasjon med en andre tank (3) og den andre tanken (3) har et utløp for varmtvann. Den første tanken (4) står i varmevekslerforhold med varmepumpen (2) ved en første varmeveksler (10) som har et første temperaturnivå. Den andre tanken (3) står i varmevekslerforhold med varmepumpen (2) ved en andre varmeveksler (11) som har et andre temperaturnivå, som er høyere enn det første temperaturnivået.A system for utilization of renewable energy resources and / or energy recovery comprising a water heater (1) and a heat pump (2). The heat pump is designed to transfer heat and / or provide cooling to water in the water heater (1). The hot water heater comprises at least two tanks (3, 4) for the thermal storage of hot water and / or cold water and / or ice, which tanks (3, 4) are thermally insulated from each other, a first tank (4) having an inlet for cold water and is in fluid communication with a second tank (3) and the second tank (3) has an outlet for hot water. The first tank (4) is in heat exchanger relationship with the heat pump (2) at a first heat exchanger (10) having a first temperature level. The second tank (3) is in heat exchanger relationship with the heat pump (2) at a second heat exchanger (11) having a second temperature level, which is higher than the first temperature level.
Description
Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for utnyttelse av fornybare energiressurser og/eller gjenvinning av energi omfattende en flerfunksjonell enhet, som innbefatter en varmtvannsbereder og en varmepumpe, idet varmepumpen er innrettet til å overføre varme og/eller tilveiebringe kjøling til vann i varmtvannsberederen. The present invention relates to a system for the utilization of renewable energy resources and/or recovery of energy comprising a multifunctional unit, which includes a water heater and a heat pump, the heat pump being designed to transfer heat and/or provide cooling to water in the water heater.
I de senere år har varmepumper, og da særlig væske til væske varmepumper oppnådd en kraftig forbedring av virkningsgraden. Det har også blitt vanlig å koble varmepumpen sammen med systemet for tilførsel av varmtvann til forbruk. Når det gjelder sistnevnte skal det vises til følgende kjent teknikk: DE 2815974 beskriver et system der en varmepumpe benyttes både for å tilveiebringe kjøling til et kjøleaggregat og varme til en varmtvannstank. Her er kjølemiddelløpet til varmepumpen ført gjennom en fordamper i kjøleaggregatet og deretter gjennom en kondensator i varmtvannstanken. På denne måten vil varmen som opptas av kjølemiddelet i fordamperen overføres til varmtvannet i varmtvannstanken. In recent years, heat pumps, and especially liquid-to-liquid heat pumps, have achieved a strong improvement in efficiency. It has also become common to connect the heat pump together with the system for supplying hot water for consumption. With regard to the latter, reference should be made to the following prior art: DE 2815974 describes a system in which a heat pump is used both to provide cooling to a cooling unit and heat to a hot water tank. Here, the coolant flow to the heat pump is led through an evaporator in the cooling unit and then through a condenser in the hot water tank. In this way, the heat absorbed by the refrigerant in the evaporator will be transferred to the hot water in the hot water tank.
Denne løsningen forutsetter at det til enhver tid er behov for både kjøling og oppvarming. Dersom man ikke har et kjøleanlegg hvor varme kan hentes ut vil denne løsningen være helt ubrukelig. I tillegg vil man ikke her utnytte den verdifulle overhetningsvarmen i og med at all varmen fra varmepumpen tas ut på ett sted. Det er derfor begrenset hvor varmt man lykkes i å få det varme tappevannet. This solution assumes that there is a need for both cooling and heating at all times. If you do not have a cooling system where heat can be extracted, this solution will be completely useless. In addition, the valuable overheating heat will not be used here, as all the heat from the heat pump is taken out in one place. It is therefore limited how hot one succeeds in getting the hot tap water.
NO 313062 beskriver en varmtvannstank som er tilknyttet en varmeveksler. Vann sirkulerer fra tankens nedre del gjennom varmeveksleren og tilbake igjen til tanken et lite stykke over utløpet. Derved varmes dette vannet opp til en temperatur rundt 40 °C. Dette vannet varmes opp ytterligere ved hjelp av en elektrisk varmekolbe og sirkulerer i tankens midtre del. Her er det plassert en varmeveksler som henter ut varme til oppvarming av bygningen. I tankens øvre del er det plassert en ytterligere elektrisk varmekolbe, som varmer opp vannet her til tilstrekkelig temperatur for forbruksvann. NO 313062 describes a hot water tank which is connected to a heat exchanger. Water circulates from the lower part of the tank through the heat exchanger and back again to the tank a short distance above the outlet. Thereby, this water is heated to a temperature of around 40 °C. This water is further heated by means of an electric heating flask and circulates in the central part of the tank. A heat exchanger is located here, which extracts heat for heating the building. In the upper part of the tank, there is a further electric heating flask, which heats the water here to a sufficient temperature for consumption water.
Det har vist seg at denne løsningen ikke er optimal. Selv om man oppnår en høyere virkningsgrad så har det vist seg vanskelig å få vannet i varmtvannstanken til å sirkulere i sine tildelte soner i tanken. Det er gjort forsøk der man har lagt inn en isolasjonsplate som skulle flyte i skillet mellom de to temperatursonene i tanken, men dette viste seg å være umulig å fa til. It has been shown that this solution is not optimal. Even if a higher degree of efficiency is achieved, it has proven difficult to get the water in the hot water tank to circulate in its assigned zones in the tank. Attempts have been made to insert an insulating plate that would float in the separation between the two temperature zones in the tank, but this proved to be impossible to achieve.
JP 2003056905 beskriver et system for å produsere både varmt tappevann og vann til oppvarming. Her benyttes en varmepumpe og en lagringstank for varmt vann. Denne tanken står i kommunikasjon med en tilleggstank og forsyner denne tilleggstanken med varmt vann. Fra tilleggstanken kan varmt vann sirkuleres til et gulwarmeanlegg. JP 2003056905 describes a system for producing both hot tap water and water for heating. A heat pump and a storage tank for hot water are used here. This tank is in communication with an additional tank and supplies this additional tank with hot water. From the additional tank, hot water can be circulated to a yellow heating system.
Selv om man her benytter to adskilte tanker så forsyner tilleggstanken både varmt tappevann og varme til oppvarming. Siden tappevann har en betydelig høyere temperatur enn vann til oppvarming er ikke dette noen optimal løsning. Although two separate tanks are used here, the additional tank supplies both hot tap water and heat for heating. Since tap water has a significantly higher temperature than water for heating, this is not an optimal solution.
Varmepumper er avhengig av en akkumulator eller buffertank for å oppnå jevn drift. For at kompressoren skal få tilstrekkelig levetid og for å oppnå så god virkningsgrad som mulig, bør temperaturdifferansen mellom kjøle-/varmemediet og vannet i tanken så lav som mulig. De nye CO2 varmepumpene gjør dette enda viktigere, idet temperaturforskjellen mellom inngående og utgående vann er avgjørende for driftsresultatet. Heat pumps depend on an accumulator or buffer tank to achieve smooth operation. In order for the compressor to have a sufficient service life and to achieve the best efficiency possible, the temperature difference between the cooling/heating medium and the water in the tank should be as low as possible. The new CO2 heat pumps make this even more important, as the temperature difference between incoming and outgoing water is decisive for the operating result.
Andre kjente løsninger er beskrevet i US 4633676, US 2382368, EP 0240441, US 4364239 og GB 2064755. Other known solutions are described in US 4633676, US 2382368, EP 0240441, US 4364239 and GB 2064755.
Ifølge oppfinnelsen oppnås et system for utnyttelse av fornybare energiressurser ved en enhet som omfatter minst to termisk isolerte tanker for termisk lagring av varmtvann og/eller kaldtvann og/eller is, hvilke tanker også er termisk isolert fra hverandre, at den første av tankene har en første varmeveksler som står i varmevekslerforhold med en andre varmeveksler i en overhetningsenhet i varmepumpen, for oppvarming av vann i tanken til et første høyt temperaturnivå, at den andre av tankene har en tredje varmeveksler som står i varmevekslerforhold med en fjerde varmeveksler i tilknytning til en kondensator i varmepumpen, som er innrettet til å varme opp vann i den andre tanken til et andre temperaturnivå som er lavere enn det første temperaturnivået, eller å kjøle ned eller fryse vann i den andre tanken og at tankene har en tilførsel av friskt vann som er uavhengig av kretsene som omfatter en første, andre, tredje og fjerde varmeveksleren. Derved kan man i en første driftsmodus benytte den første tanken til å forvarme vann som skal over i den andre tanken og i en andre driftsmodus benytte den første tanken til tilveiebringelse av kjøling, mens den andre tanken benyttes til oppvarming av varmt tappevann. Dette skjer uten at det er nevneverdig risiko for at kjolevæske skal forurense vannet i den første tanken. Derved kan vannet i den første tanken uten videre benyttes til varmt tappevann, for eksempel for dusj, oppvask etc. According to the invention, a system for the utilization of renewable energy resources is achieved by a unit comprising at least two thermally insulated tanks for the thermal storage of hot water and/or cold water and/or ice, which tanks are also thermally insulated from each other, that the first of the tanks has a first heat exchanger that is in heat exchanger relationship with a second heat exchanger in a superheat unit in the heat pump, for heating water in the tank to a first high temperature level, that the second of the tanks has a third heat exchanger that is in heat exchanger relationship with a fourth heat exchanger in connection with a condenser in the heat pump, which is arranged to heat water in the second tank to a second temperature level lower than the first temperature level, or to cool or freeze water in the second tank and that the tanks have a supply of fresh water which is independent of the circuits comprising a first, second, third and fourth heat exchanger. Thereby, in a first operating mode, the first tank can be used to preheat water to be transferred to the second tank and in a second operating mode, the first tank can be used to provide cooling, while the second tank is used for heating hot tap water. This happens without there being any significant risk of dressing liquid contaminating the water in the first tank. Thereby, the water in the first tank can be used for hot tap water without further ado, for example for showering, washing up etc.
Ved at den første tanken står i væskekommunikasjon med den andre tanken slik at delvis oppvarmet vann fra den andre tanken kan overføres til den første tanken for videre oppvarming oppnås en effektiv totrinns oppvarming av varmt vann som kan benyttes til tappevann. By having the first tank in liquid communication with the second tank so that partially heated water from the second tank can be transferred to the first tank for further heating, an efficient two-stage heating of hot water that can be used for tap water is achieved.
Dersom kommunikasjonsledningen mellom den første og den andre tanken er utstyrt med en stengeventil og at hver av tankene omfatter separate innløp og utløp, slik at de kan fungere uavhengige av hverandre, vil tankene enkelt kunne benyttes for ulike formål, for eksempel én tank til varmt vann og én tank til kaldt vann. If the communication line between the first and the second tank is equipped with a shut-off valve and that each of the tanks includes separate inlets and outlets, so that they can function independently of each other, the tanks will easily be used for different purposes, for example one tank for hot water and one tank for cold water.
Fortrinnsvis er den første tanken innrettet til å magasinere varmt tappevann. Preferably, the first tank is arranged to store hot tap water.
Dersom det varme tappevannet holdes adskilt fra vannet som sirkulerer i en bygnings varme- eller kjølekrets reduseres risikoen for å forurense tappevannet med bakterier som måtte blomstre opp i varme- eller kjølekretsen. If the hot tap water is kept separate from the water that circulates in a building's heating or cooling circuit, the risk of contaminating the tap water with bacteria that might flourish in the heating or cooling circuit is reduced.
Ved at den første tankens varmeveksler er innrettet til å motta varm eller kald væske fra varmepumpen og varmeveksleren videre er forbundet med et varme-/ kjølesystem for oppvarming eller kjøling av en bygning tilveiebringes et effektivt system for distribusjon av varme/kjøling. By the fact that the first tank's heat exchanger is arranged to receive hot or cold liquid from the heat pump and the heat exchanger is further connected to a heating/cooling system for heating or cooling a building, an efficient system for distributing heat/cooling is provided.
Dersom tankene er utstyrt med elektriske varmekolber for ettervarming av vann eller reservevarmekilde, vil man også kunne ha varmt vann tilgjengelig ved høyt forbruk eller på tider der varmepumpen ikke er effektiv nok. If the tanks are equipped with electric heating flasks for reheating water or a backup heat source, you will also be able to have hot water available at high consumption or at times when the heat pump is not efficient enough.
Dersom den andre tanken er forbundet med et varme-/ kjølesystem for oppvarming eller kjøling av en bygning, kan systemet benyttes både for oppvarming av tappevann og oppvarming eller kjøling av en bygning. Det oppnås derved en god energiutnyttelse. If the second tank is connected to a heating/cooling system for heating or cooling a building, the system can be used both for heating tap water and heating or cooling a building. Good energy utilization is thereby achieved.
Ved at den første og den andre tanken er plassert en felles ommantling tilveiebringes en kompakt enhet som inneholder alle sentrale funksjoner. By placing the first and second tanks in a common casing, a compact unit is provided which contains all central functions.
I en ytterligere utførelsesform omfatter systemet et utløp fra den andre tanken, for avtapning av vann, spesielt for avtapning av nedkjølt drikkevann. Derved kan man tilveiebringe kaldt drikkevann på en energiøkonomisk måte. In a further embodiment, the system comprises an outlet from the second tank, for draining water, in particular for draining chilled drinking water. Thereby, cold drinking water can be provided in an energy-efficient way.
Ved at varmtvannsberederen står i varmevekslerforhold med avløpsvann, spesielt gråvann, eventuelt via en tredje tank som står i væskekommunikasjon med en av varmtvannsberederens øvrige tanker, vil man kunne gjenvinne varme som ellers går til spille. By having the water heater in a heat exchange relationship with waste water, especially gray water, possibly via a third tank that is in liquid communication with one of the water heater's other tanks, it will be possible to recover heat that would otherwise be wasted.
I en ytterligere utførelsesform omfatter systemet en varmeveksler for varmeoverføring fra avløpsvann, spesielt gråvann, til varmepumpens utvendige krets. Derved vil også varme som ellers går til spille kunne gjenvinnes og eventuelt akkumuleres. In a further embodiment, the system comprises a heat exchanger for heat transfer from waste water, especially gray water, to the external circuit of the heat pump. In this way, heat that would otherwise go to waste can also be recovered and possibly accumulated.
Ved at den andre tanken inneholdende væske, for eksempel vann, og er innrettet til å tilveiebringe kjøling til væsken for akkumulering av is og/eller nedkjølt væske, blir det mulig å akkumulere is eller isvann som kan fungere som et kjølemagasin. By the fact that the second tank contains liquid, for example water, and is arranged to provide cooling to the liquid for the accumulation of ice and/or chilled liquid, it becomes possible to accumulate ice or ice water which can function as a cold store.
Den foreliggende oppfinnelse omfatter i sin enkleste utførelsesform en todelt varme/kjøle buffer- eller akkumulatortank. I det etterfølgende vil denne bli kalt multisentral. Multisentralen er nødvendig for å oppnå optimal driftsvirkningsgrad for en varmepumpe. Varmepumpen kan hente energi fra luft eller vann og overføre til vann. Multisentralen er innrettet til å forsyne bygningen, bolig eller næringsbygg, med varme og varmtvann og eventuelt med kjøling og varmtvann, ved at romtermostaten automatisk kaller på varme eller kulde fira varmepumpen. I kjølestilling kan multisentralen også gi nedkjølt drikkevann. In its simplest embodiment, the present invention comprises a two-part heating/cooling buffer or accumulator tank. In what follows, this will be called multicentre. The multi-central is necessary to achieve optimal operating efficiency for a heat pump. The heat pump can extract energy from air or water and transfer it to water. The multi-central unit is designed to supply the building, residential or commercial building, with heat and hot water and possibly with cooling and hot water, by the room thermostat automatically calling for heat or cold via the heat pump. In cooling mode, the multi-central unit can also provide chilled drinking water.
Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til de medfølgende figurer, der: Figur 1 viser skjematisk prinsippene ved systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse, The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures, where: Figure 1 schematically shows the principles of the system according to the present invention,
Figur 2 viser detaljer ved varmepumpen i figur 1, Figure 2 shows details of the heat pump in Figure 1,
Figur 3 viser et kombinert varme, kjølesystem og varmegjenvinning fra avløpsvann ifølge en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen og Figur 4 viser enda en utførelsesform av oppfinnelsen, der varme i avløpsvann gjenvinnes via varmepumpens primærkrets. Figur 5 viser et diagram over lufttemperatur og borehullstemperatur i løpet av et år og Figure 3 shows a combined heating, cooling system and heat recovery from waste water according to an alternative embodiment of the invention and Figure 4 shows yet another embodiment of the invention, where heat in waste water is recovered via the heat pump's primary circuit. Figure 5 shows a diagram of air temperature and borehole temperature during a year and
Figur 6 viser et mollier-diagram over en varmepumpe. Figure 6 shows a Mollier diagram of a heat pump.
Figur 1 viser et skjematisk et varmelagringssystem ifølge oppfinnelsen, omfattende en multisentral 1 som innbefatter en varmtvannsbereder og en varmepumpe 2. Multisentralen 1 er utstyrt med to tanker, en øvre tank 3 og en nedre tank 4. Tankene 3 og 4 er isolerte både mot omgivelsene og mot hverandre. Figure 1 schematically shows a heat storage system according to the invention, comprising a multi-central 1 which includes a water heater and a heat pump 2. The multi-central 1 is equipped with two tanks, an upper tank 3 and a lower tank 4. The tanks 3 and 4 are insulated both from the surroundings and against each other.
Kaldt vann tilføres den nedre delen av den nedre tanken 4 gjennom et kaldtvannsinnløp 5. Fra den øvre delen av den nedre tanken 4 kan vann strømme videre til den nedre delen av den øvre tanken 3 via et overføringsløp 6. Fra løpet 6 er det en forgrening 7 utstyrt med en stengeventil 8 til avtapning av nedkjølt drikkevann, slik det skal forklares nærmere nedenfor. Det er også et løp 22 som forbinder den øvre tanken 3 med kaldtvannstilførselen. Cold water is supplied to the lower part of the lower tank 4 through a cold water inlet 5. From the upper part of the lower tank 4, water can flow on to the lower part of the upper tank 3 via a transfer run 6. From the run 6 there is a branch 7 equipped with a shut-off valve 8 for draining chilled drinking water, as will be explained in more detail below. There is also a pipe 22 which connects the upper tank 3 with the cold water supply.
Fra den øvre delen av den øvre tanken 3 er det et varmtvannsutløp 9. From the upper part of the upper tank 3 there is a hot water outlet 9.
I hver av tankene 3 og 4 er det anordnet en varmeveksler 10 h.h.v. 11. Den nedre varmeveksleren 10 står via et øvre innløp 12 i forbindelse med varmepumpen 2 og via et nedre utløp 13 i forbindelse med et gulvvarmerør 14.1 stedet for eller i tillegg til gulwarmerør 14 kan man også benytte såkalte fancoils 21 (radiator med innebygget vifte) til oppvarming eller kjøling av bygningen. Varmeveksleren er i dette tilfellet en luft til væske varmeveksler. Den kan være konfigurert til å hente ut varme fira avtrekksluft som strømmer ut av bygningen. In each of the tanks 3 and 4 there is arranged a heat exchanger 10 h.h.v. 11. The lower heat exchanger 10 is via an upper inlet 12 in connection with the heat pump 2 and via a lower outlet 13 in connection with a floor heating pipe 14.1 instead of or in addition to yellow heating pipe 14, you can also use so-called fan coils 21 (radiator with built-in fan) for heating or cooling the building. The heat exchanger in this case is an air to liquid heat exchanger. It can be configured to extract heat from exhaust air flowing out of the building.
Den øvre varmeveksleren 11 står via et øvre innløp 15 og et nedre utløp 16 i forbindelse med varmepumpen 2. The upper heat exchanger 11 is connected to the heat pump 2 via an upper inlet 15 and a lower outlet 16.
Multisentralen 1 er også utstyrt med en elektrisk varmekolbe 19,20 i hver av tankene. Disse kan benyttes som tilleggsenergitilførsel eller som reserveoppvarming dersom varmepumpen skulle svikte. Multisentralen 1 is also equipped with an electric heating flask 19,20 in each of the tanks. These can be used as additional energy supply or as backup heating should the heat pump fail.
Det skal nå vises til figur 2, som viser prinsippene ved en varmepumpe ifølge den foreliggende oppfinnelse. Kretsen som omfatter gulvvarme og fancoils er utelatt i denne figuren, men kan selvsagt være til stede. Reference should now be made to Figure 2, which shows the principles of a heat pump according to the present invention. The circuit that includes underfloor heating and fan coils is omitted in this figure, but can of course be present.
Varmepumpen 2 har sekundærkretser. En den første kretsen er en overhetningskrets som omfatter en enhet 17, som henter ut en energimengde fra varm damp og senker temperaturen på denne. Fra denne enheten sirkulerer vann (eller eventuelt annen egnet væske som kan transportere varmeenergi) gjennom varmeveksleren 11. Den andre kretsen er en oppvarmingskrets som omfatter en kondensator 18, i hvilken dampen kondenserer. Herfra sirkulerer vann gjennom varmeveksleren 10. Varmepumpen omfatter videre en kompressor 22, som komprimerer varm damp. Videre omfatter den en fordamper 23, som henter termisk energi ut av enten et borehull 35 eller luft (representert ved pilen 24). Varmepumpen omfatter således to primærkretser: en første primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra luft og en andre primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra grunnen eller eventuelt fra vann. Til varmepumpen er det knyttet en styreinnretning som avgjør hvilken av de to primærkretsene som skal levere energi til sekundærkretsene basert på temperaturmålinger i grunnen/vannet og luften. Varmepumpens oppbygning for øvrig er i og for seg velkjent for en fagmann på området og skal derfor ikke forklares nærmere her. Imidlertid er det ved varmepumpen søkt å redusere fyllingsmengden av varme/kuldemedium, for eksempel CO2 så mye som mulig. Derfor benyttes dette kun i kretsene i selve sentralenheten 2, men det for overføring av varme/kulde til borehull, varmtvannsberederen, gulvvarme etc. benyttes en blanding av vann og sprit. Dette sparer miljøet for belastinger dersom det skulle oppstå en lekkasje. The heat pump 2 has secondary circuits. The first circuit is a superheating circuit which comprises a unit 17, which extracts an amount of energy from hot steam and lowers its temperature. From this unit, water (or any other suitable liquid which can transport heat energy) circulates through the heat exchanger 11. The second circuit is a heating circuit comprising a condenser 18, in which the steam condenses. From here, water circulates through the heat exchanger 10. The heat pump further comprises a compressor 22, which compresses hot steam. Furthermore, it comprises an evaporator 23, which extracts thermal energy from either a borehole 35 or air (represented by arrow 24). The heat pump thus comprises two primary circuits: a first primary circuit which is designed to collect thermal energy from air and a second primary circuit which is designed to collect thermal energy from the ground or possibly from water. A control device is connected to the heat pump which determines which of the two primary circuits will supply energy to the secondary circuits based on temperature measurements in the ground/water and air. The rest of the heat pump's structure is, in and of itself, well known to a specialist in the field and is therefore not to be explained in more detail here. However, with the heat pump, efforts have been made to reduce the filling amount of heating/cooling medium, for example CO2, as much as possible. Therefore, this is only used in the circuits in the central unit 2 itself, but a mixture of water and alcohol is used for the transfer of heat/cold to boreholes, the water heater, underfloor heating etc. This saves the environment from burdens should a leak occur.
Virkemåten til systemet i figurene 1 og 2 skal nå forklares. Multisentralen 1 har som nevnt en nedre rustfri trykktank 4 med rustfri varmeveksler 10, som enten forvarmer kaldtvannet eller kjøler det avhengig av varmepumpens 2 innstilling. Fra varmeveksleren 10 videreføres kretsen 13 til gulwarmerørene 15 (eller konvektorer) for henholdsvis varme- eller kjølebehov. I kjølestilling produseres også nedkjølt drikkevann fra avtapningen 8. The operation of the system in Figures 1 and 2 will now be explained. As mentioned, the multi-central 1 has a lower stainless pressure tank 4 with a stainless heat exchanger 10, which either preheats the cold water or cools it depending on the heat pump 2's setting. From the heat exchanger 10, the circuit 13 is continued to the yellow heater tubes 15 (or convectors) for heating or cooling needs, respectively. In cooling mode, chilled drinking water is also produced from the tap 8.
Den øvre trykktanken 3 med ettervarmeveksler 11 fra varmepumpens overhetningskrets 17 gir så høy varmtvannstemperatur at elektrisk ettervarming ikke er nødvendig. The upper pressure tank 3 with reheat exchanger 11 from the heat pump's superheating circuit 17 provides such a high hot water temperature that electrical reheating is not necessary.
Ved at det er to helt fra hverandre isolerte tanker, kan både varme og varmt tappevann, eller kjøling og varmt tappevann akkumuleres i multisentralen. As there are two tanks that are completely isolated from each other, both heat and hot tap water, or cooling and hot tap water, can be accumulated in the multi-central.
I en spesifikk driftsmodus vil kaldt vann med en temperatur på ca. 10 °C strømme inn gjennom kaldtvannsinnløpet 5 fra vannforsyningsnettet. Vann med en temperatur på rundt 48 °C fra varmepumpens kondensator 18 sirkuleres gjennom varmeveksleren 10 og varmer opp det kalde vannet i den nedre tanken 4 til en temperatur på ca. 45 °C. Vannet fira varmepumpen 2 sirkuleres videre ut av varmeveksleren 10 til et gulwarmerør 14. Varmevæske holder nå en temperatur på mellom 25 og 35 °C, som er et ideelt temperaturområde for gulvvarme. Hensiktsmessig er det tilknyttet en konvensjonell temperaturregulator og termostat til gulwarmerøret, slik at temperaturen i bygningen kan reguleres og innstilles til ønsket temperatur. In a specific operating mode, cold water with a temperature of approx. 10 °C flow in through the cold water inlet 5 from the water supply network. Water with a temperature of around 48 °C from the heat pump's condenser 18 is circulated through the heat exchanger 10 and heats the cold water in the lower tank 4 to a temperature of approx. 45 °C. The water from the heat pump 2 is further circulated out of the heat exchanger 10 to a yellow heating pipe 14. The heating liquid now maintains a temperature of between 25 and 35 °C, which is an ideal temperature range for underfloor heating. Appropriately, a conventional temperature regulator and thermostat is connected to the yellow heating pipe, so that the temperature in the building can be regulated and set to the desired temperature.
Varmevæsken strømmer tilbake til varmepumpen og varmes på ny opp til ca. 48 °C. The heating liquid flows back to the heat pump and is reheated to approx. 48 °C.
Vannet i den nedre tanken 4 vil, ettersom det tappes varmtvann fra den øvre tanken 3, The water in the lower tank 4 will, as hot water is drawn from the upper tank 3,
strømme som forvarmet kaldtvann gjennom overføringsløpet 6 og inn i den øvre tanken 3. Her vil vannet ettervarmes av varmeveksleren 11. Varmeveksleren får tilført vann fra overhetningskretsen 17 til varmepumpen 2 med en temperatur på ca. 90 °C. Til slutt kan varmt tappevann med en temperatur på mellom 60 og 80 °C tappes ut gjennom varmtvannsutløpet 9. Den totale temperaturforskjellen på mellom 60 og 80 °C er svært gunstig for virkningsgraden til bla. en CO2-varmepumpe. flow as preheated cold water through the transfer chute 6 and into the upper tank 3. Here the water will be reheated by the heat exchanger 11. The heat exchanger is supplied with water from the superheating circuit 17 to the heat pump 2 with a temperature of approx. 90 °C. Finally, hot tap water with a temperature of between 60 and 80 °C can be drawn out through the hot water outlet 9. The total temperature difference of between 60 and 80 °C is very favorable for the efficiency of, among other things, a CO2 heat pump.
Dersom det er behov for kjøling (spesielt om sommeren, men også for større bygg med stor total varmeproduksjon), kan varmepumpen reverseres, slik at kald væske sirkuleres gjennom varmeveksleren 10 og videre ut i gulvvarmeanlegget 14 for nedkjøling av rommene. Derved vil kaldtvannet i den nedre tanken 4 kjøles ned. Via forgreningen 7 kan dette vannet tappes av som kaldt drikkevann. If there is a need for cooling (especially in summer, but also for larger buildings with a large total heat production), the heat pump can be reversed, so that cold liquid is circulated through the heat exchanger 10 and further into the underfloor heating system 14 to cool the rooms. Thereby, the cold water in the lower tank 4 will be cooled. Via branch 7, this water can be drained off as cold drinking water.
Varmenergien som hentes ut av vannet i den nedkjølte nedre tanken 4 vil kunne utnyttes i varmepumpen til å varme opp vannet som tilføres varmeveksleren 11. Varmeveksleren 11 vil således fremdeles få tilført varmt vann fra varmepumpens 2 overhetningskrets 17, som i tilfellet ovenfor, og varmvannet i den øvre tanken 3 varmes opp omtrent like mye som ved det første tilfellet ovenfor. The heat energy extracted from the water in the cooled lower tank 4 will be able to be used in the heat pump to heat the water supplied to the heat exchanger 11. The heat exchanger 11 will thus still be supplied with hot water from the heat pump 2's superheating circuit 17, as in the case above, and the hot water in the upper tank 3 is heated approximately as much as in the first case above.
Videre er det også mulig (spesielt i land med stort kjølebehov) å benytte den nedre tanken 4 til akkumulering av is. I dette tilfellet vil det være hensiktsmessig å tilføre den øvre tanken 3 kaldtvann direkte fra nettet via løpet 22 i stedet for fra den nedre tanken 4.1 områder hvor man kan få kjøpt billig strøm om natten vil man således kunne akkumulere is i den nedre tanken 4 om natten og hente ut kjøling fra denne om dagen. En mengde på 100-150 liter is vil tilsvare et effektforbruk på 70-80 kWh, noe som vil kunne rekke til 12-14 timers kjøling av en bolig. Videre vil det p.g.a. lavere utetemperatur om natten være lettere å bli kvitt overskuddsvarme, som da må ledes ut via fordamperen 23.1 varme områder vil kjølebehovet være sås stort at man får overskuddsvarme uansett og derved får rikelig med varmt vann i tanken 3. Furthermore, it is also possible (especially in countries with a large cooling demand) to use the lower tank 4 for the accumulation of ice. In this case, it will be appropriate to supply the upper tank 3 with cold water directly from the network via the pipe 22 instead of from the lower tank 4.1 areas where you can buy cheap electricity at night, it will thus be possible to accumulate ice in the lower tank 4 if at night and extract cooling from this during the day. A quantity of 100-150 liters of ice will correspond to a power consumption of 70-80 kWh, which will be enough to cool a home for 12-14 hours. Furthermore, due to lower outside temperature at night, it will be easier to get rid of excess heat, which must then be led out via the evaporator 23.1 hot areas, the cooling requirement will be so great that you will get excess heat anyway and thereby get plenty of hot water in the tank 3.
Figur 6 viser et enkelt mollier-diagram over en varmepumpe, der tallene i sirkler korresponderer med tilsvarende tall i figurene 1 og 2. Tallet 1 representerer energiuttaket fra grunn eller luft. Tallet 3 er uttak av høyverdig overhetningsvarme. Tallet 2 er uttak av varme fra kondensatoren 18. Tallet 4 er summen av varmen fra overhetningskretsen 17 og kondensatoren 18. Kurven 45 er damptrykkurven for varmemediet. Termisk energi tilføres varmemediet langs linjen 40 slik at temperauren og dermed energien øker. Samtidig fordamper varmemediet under konstant trykk. Deretter komprimeres gassen langs linjen 41. Derved øker trykket. Samtidig øker temperaturen også noe. Gassen er nå overhetet. I den første delen av linjen 42, til linjen 42 treffer damptrykklinjen 45, hentes overhetningsvarmen ut av gassen i overhetningskretsen 17. Etter at linjen 42 har passert kurven 45 vil kondensatoren 18 hente ut mesteparten av varmen. Til venstre for kurven 45 vil varmemediet være underkjølt væske, som så ekspanderes under tilnærmet konstant trykk langs linjen 43 inntil væsken begynner å fordampe. Figure 6 shows a simple Mollier diagram of a heat pump, where the numbers in circles correspond to corresponding numbers in Figures 1 and 2. The number 1 represents the energy extraction from the ground or air. The number 3 is withdrawal of high-quality overheating heat. The number 2 is the withdrawal of heat from the condenser 18. The number 4 is the sum of the heat from the overheating circuit 17 and the condenser 18. Curve 45 is the vapor pressure curve for the heating medium. Thermal energy is supplied to the heating medium along line 40 so that the temperature and thus the energy increases. At the same time, the heating medium evaporates under constant pressure. The gas is then compressed along line 41. This increases the pressure. At the same time, the temperature also increases somewhat. The gas is now superheated. In the first part of the line 42, until the line 42 hits the vapor pressure line 45, the superheating heat is extracted from the gas in the superheating circuit 17. After the line 42 has passed the curve 45, the condenser 18 will extract most of the heat. To the left of curve 45, the heating medium will be subcooled liquid, which then expands under approximately constant pressure along line 43 until the liquid begins to evaporate.
Ved å styre vekselvis energiuttaket til varmepumpen mellom luften og grunnen/vannet, vil man hele tiden kunne hente energi ut fra der det er mest å hente. Figur 5 viser et diagram over døgnmiddeltemperaturer i luft (kurve L) over en typisk ettårs syklus et sted i Norge. Figuren viser også en kurve over temperaturen i et borehull (kurve B) som benyttes for energiuttak til en varmepumpe. Som man ser av denne så synker temperaturen i borehullet raskt utover høsten og rundt nyttår går den under null. Energiuttaket fra borehullet blir da betydelig redusert. Dette inntreffer samtidig med den kaldeste tiden på året. Temperaturen i borehullet går ikke over null igjen før tidlig på sommeren. By controlling the heat pump's energy output alternately between the air and the ground/water, you will always be able to obtain energy from where it is most obtainable. Figure 5 shows a diagram of daily average air temperatures (curve L) over a typical one-year cycle somewhere in Norway. The figure also shows a curve of the temperature in a borehole (curve B) which is used for energy extraction for a heat pump. As you can see from this, the temperature in the borehole drops rapidly throughout the autumn and around New Year it drops below zero. The energy output from the borehole is then significantly reduced. This coincides with the coldest time of the year. The temperature in the borehole does not go above zero again until early summer.
Kurven B' viser temperaturen i borehullet når dette er knyttet til en varmepumpe som veksler mellom å hente energi ut fra luft og borehull. Når temperaturen i luften er over en forhåndsbestemt verdi vil alt energiuttaket skje fra luft. Lufttemperaturen vil synke utover høsten, men vil fremdeles i stor grad holde seg over denne verdien. Man vil derfor ikke hente ut nevneverdige energimengder fra grunnen. Når temperaturen i luften synker under den forhåndsbestemte verdien (i figur 5 skjer dette i desember) vil man i stedet hente ut energi fra borehullet. Temperaturen i borehullet vil da begynne å synke. Ut over vinteren vil varmeveksleren vekselvis hente ut energi fra luft og borehull i avhengighet av temperaturen. Derved vil temperaturen i borehullet hele tiden holde seg over temperaturen i borehullet for tilfellet B med bare uttak fra borehull og vil kun i korte tidsrom komme under null. På denne måten vil effektiviteten til varmepumpen økes betydelig i forhold til varmepumper som kun benytter en energikilde. Curve B' shows the temperature in the borehole when this is connected to a heat pump that alternates between extracting energy from air and boreholes. When the temperature in the air is above a predetermined value, all energy extraction will take place from the air. The air temperature will drop throughout the autumn, but will still largely remain above this value. You will therefore not extract significant amounts of energy from the ground. When the temperature in the air drops below the predetermined value (in Figure 5 this happens in December), energy will instead be extracted from the borehole. The temperature in the borehole will then start to drop. Throughout the winter, the heat exchanger will alternately extract energy from air and boreholes depending on the temperature. Thereby, the temperature in the borehole will constantly stay above the temperature in the borehole for case B with only withdrawals from boreholes and will only fall below zero for short periods of time. In this way, the efficiency of the heat pump will be increased significantly compared to heat pumps that only use one energy source.
Den forhåndsbestemte verdien hvor man går over fra å hente ut energi fra luft til borehull eller omvendt vil i en enkel utførelsesform av oppfinnelsen være en ikke konstant verdi. Imidlertid er det mer hensiktsmessig at verdien gjøres avhengig av differansen i temperatur mellom luft og borehull, men også ta hensyn til tiden på året, d.v.s. dato og stedlige forhold. The predetermined value at which one switches from extracting energy from air to borehole or vice versa will in a simple embodiment of the invention be a non-constant value. However, it is more appropriate that the value is made dependent on the difference in temperature between air and borehole, but also take into account the time of year, i.e. date and local conditions.
Et eksempel på kriterier for å bestemme hvilken energikilde som skal benyttes: Dersom lufttemperaturen er høyere i luften enn borehullet vil man benytte luften som energikilde. Dersom temperaturen i luften er lavere enn i borehullet, vil styresystemet sjekke datoen (for eksempel måneden) og slå opp i en tabell hvor det fremgår hvor mye lavere enn borehullstemperaturen lufttemperaturen kan tillates å være. Denne tabellen er tilpasset de stedlige forhold, men i prinsippet er den lagt opp som følger: Når man nærmer seg den kalde årstiden vil man søke å spare på energien i borehullet. Derfor vil man hente ut energi fra luften selv om temperaturen i luften er noe lavere enn i borehullet. Tabellen angir således hvor stor temperaturforskjellen skal være før man går over til å hente ut energi fra borehullet. Når man har passert en valgt dato i den kalde årstiden vil man begynne å hente ut energi fra borehullet så lenge temperaturen ligger over luftens temperatur. Man regner da med at energien i borehullet vil være høy nok til å vare ut den kalde sesongen. An example of criteria for determining which energy source is to be used: If the air temperature is higher in the air than in the borehole, the air will be used as the energy source. If the temperature in the air is lower than in the borehole, the control system will check the date (for example the month) and look up a table showing how much lower than the borehole temperature the air temperature can be allowed to be. This table is adapted to the local conditions, but in principle it is laid out as follows: When you approach the cold season, you will try to save energy in the borehole. Energy will therefore be extracted from the air even if the temperature in the air is somewhat lower than in the borehole. The table thus indicates how big the temperature difference must be before moving on to extracting energy from the borehole. When you have passed a selected date in the cold season, you will start extracting energy from the borehole as long as the temperature is above the temperature of the air. It is then expected that the energy in the borehole will be high enough to last through the cold season.
På denne måten vil man unngå å senke temperaturen i borehullet til en temperatur som gir lite energiutbytte i løpet av den kalde sesongen. In this way, you will avoid lowering the temperature in the borehole to a temperature that gives little energy yield during the cold season.
Figur 3 viser en ytterligere utførelsesform avoppfinnelsen. Her har varmtvannsberederen 1 tre tanker 3, 4 og 30 som er termisk isolert fra hverandre. Tankene står i forbindelse med hverandre via overføringsløp 6, 31. Den nederste tanken 30 tilføres kaldvann fra kaldtvannsnettet via et kaldtvannsinnløp 33 og er utstyrt med en varmeveksler 32, som får tilført avløpsvann (såkalt gråvann) med en temperatur som naturlig nok vil variere men som alltid vil ligge over kaldvannets temperatur. Derved forvarmes kaldvannet i et første trinn. Figure 3 shows a further embodiment of the invention. Here, the water heater 1 has three tanks 3, 4 and 30 which are thermally isolated from each other. The tanks are connected to each other via transfer pipes 6, 31. The bottom tank 30 is supplied with cold water from the cold water network via a cold water inlet 33 and is equipped with a heat exchanger 32, which is supplied with waste water (so-called gray water) with a temperature which will naturally vary but which will always be above the cold water temperature. Thereby, the cold water is preheated in a first step.
De to øvrige tanker i varmtvannsberederen fungerer på samme måte som i utførelsen i figur 1 og trenger derfor ikke å beskrives ytterligere. The two other tanks in the water heater function in the same way as in the embodiment in Figure 1 and therefore do not need to be described further.
Figur 4 viser enda en utførelsesform av oppfinnelsen. Denne omfatter en varmtvannsbereder 1 og en varmepumpe 2. Disse enhetene fungerer stort sett som forklart i forbindelse med figur 1 og trenger derfor ikke å beskrives nærmere. I tillegg har systemet en varmeveksler 33 for avløpsvann. Varmeveksleren er plassert inne i en buffertank 34 for varmepumpens 2 kjøle-/varmemedium. Kjøle-/varmemediet føres gjennom buffertanken 34 og ned i et borehull 35. Ved hjelp av dette systemet kan man om sommeren hente ut varme fra avløpsvannet og magasinere dette i borehullet 35. Ved starten på kuldeperioden om vinteren vil således grunnen rundt borehullet 35 ha en noe høyere temperatur enn hva ellers ville være tilfelle og varmen kan derved hentes ut igjen ved hjelp av varmepumpen. Om vinteren vil avløpsvannet også bidra positivt med varmetilførsel. Figure 4 shows yet another embodiment of the invention. This includes a water heater 1 and a heat pump 2. These units function largely as explained in connection with Figure 1 and therefore do not need to be described in more detail. In addition, the system has a heat exchanger 33 for waste water. The heat exchanger is placed inside a buffer tank 34 for the heat pump's 2 cooling/heating medium. The cooling/heating medium is led through the buffer tank 34 and down into a borehole 35. With the help of this system, heat can be extracted from the waste water in the summer and stored in the borehole 35. At the start of the cold period in winter, the ground around the borehole 35 will thus have a somewhat higher temperature than would otherwise be the case and the heat can thereby be extracted again using the heat pump. In winter, the waste water will also make a positive contribution to heat supply.
Selv om det er en fordel å montere tankene sammen i én enhet, slik som vist i figurene, er det selvsagt også mulig å realisere oppfinnelsen ved tanker som er anordnet i separate enheter, men som er funksjonelt knyttet sammen. Tankene bør imidlertid plasseres høydemessig slik at tanken for det varmeste vannet befinner seg høyere enn tanken for det kaldeste vannet. Although it is an advantage to assemble the tanks together in one unit, as shown in the figures, it is of course also possible to realize the invention with tanks which are arranged in separate units, but which are functionally linked together. However, the tanks should be placed in terms of height so that the tank for the hottest water is higher than the tank for the coldest water.
Claims (12)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20051559A NO326274B1 (en) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | Energy utilization system and method |
PCT/NO2006/000112 WO2006101405A2 (en) | 2005-03-23 | 2006-03-23 | A system for utalization of renewable energy sources |
EP06716781.7A EP1866574A4 (en) | 2005-03-23 | 2006-03-23 | A system for utalization of renewable energy sources |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20051559A NO326274B1 (en) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | Energy utilization system and method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20051559D0 NO20051559D0 (en) | 2005-03-23 |
NO20051559L NO20051559L (en) | 2006-09-25 |
NO326274B1 true NO326274B1 (en) | 2008-10-27 |
Family
ID=35267125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20051559A NO326274B1 (en) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | Energy utilization system and method |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1866574A4 (en) |
NO (1) | NO326274B1 (en) |
WO (1) | WO2006101405A2 (en) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100436978C (en) * | 2006-12-31 | 2008-11-26 | 北京佩尔优科技有限公司 | Water energy-storage system with multi flume tanks and using method thereof |
FR2939874B1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-12-31 | Mobile Comfort Holding | THERMODYNAMIC DEVICE WITH MULTI-ENERGY HOT WATER BALLOON MULIT-SOURCES |
DE102009024305B4 (en) * | 2009-06-05 | 2014-05-28 | Carnotherm Gmbh | Heat pump heating with multi-part condenser |
ITUD20100056A1 (en) * | 2010-03-23 | 2011-09-24 | Regola Engineering S R L | THERMOCONDITIONAL EQUIPMENT |
IT1399342B1 (en) * | 2010-04-09 | 2013-04-16 | Progress S R L | APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF HOT WATER |
CN102384606B (en) * | 2011-08-18 | 2014-08-13 | 宁波惠康实业有限公司 | System for recovering total heat of waste damp and hot air and method |
WO2013121361A2 (en) * | 2012-02-13 | 2013-08-22 | Marques Dias Pinto Joao Paulo | Controllable variable inertia fluid heating and storage system |
ITMI20130157A1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-08-06 | Riello Spa | INTEGRATED MULTISORGED THERMAL SYSTEM |
EP2860469A1 (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-15 | Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Water heater |
CN105318600B (en) * | 2015-11-12 | 2017-07-25 | 中国科学院工程热物理研究所 | A kind of multi-functional energy supplying system |
FR3049693A1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-06 | Commissariat Energie Atomique | BUILDING DEVICE COMPRISING A THERMALLY RECHARGED FLUID STORAGE MEMBER |
CN106439984A (en) * | 2016-10-24 | 2017-02-22 | 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 | Multi-energy complementary heat supply system applied to independent heating supply system |
GB2558943B (en) | 2017-01-23 | 2019-01-16 | Todd Muxworthy Anthony | Waste-liquid heat recovery |
CN111023230A (en) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 海南捷信环境工程有限公司 | Multi-tank adsorption type sewage source heat pump |
CN112796708A (en) * | 2021-01-29 | 2021-05-14 | 李磊 | Oil-based drilling cutting treatment device and method |
DE202022102207U1 (en) * | 2022-04-25 | 2022-05-04 | Gebr. Kemper Gmbh + Co. Kg | Hot water supply system with heat recovery |
CN115388578B (en) * | 2022-10-25 | 2022-12-30 | 南京金宁能源科技有限公司 | Heat source tower heat pump and water energy storage coupled cooling and heating system and method |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2428876A (en) * | 1944-07-10 | 1947-10-14 | Reginald R Hawkins | Air-conditioning system for cooling or heating |
DE2407047A1 (en) * | 1974-02-14 | 1975-08-28 | Hartmut Wick | Heat pump storage system covers annular fluctuations - uses heat of waste water with minimum amount of electricity |
US4134273A (en) * | 1977-04-22 | 1979-01-16 | Brautigam Robert F | Home heating and cooling system |
GB2064755B (en) * | 1979-10-11 | 1983-06-02 | Thorn Domestic Appliances Ltd | Central heating system |
FR2485169B1 (en) * | 1980-06-20 | 1986-01-03 | Electricite De France | IMPROVEMENTS ON HOT WATER SUPPLY INSTALLATIONS INCLUDING A THERMODYNAMIC CIRCUIT |
US4382368A (en) * | 1981-03-20 | 1983-05-10 | Dittell Edward W | Geothermal hot water system |
JPS6093259A (en) * | 1983-10-27 | 1985-05-25 | Agency Of Ind Science & Technol | Subterranean heat exchanging pipe |
US4633676A (en) * | 1984-11-19 | 1987-01-06 | Dittell Edward W | Cooling and heating apparatus |
US4693089A (en) * | 1986-03-27 | 1987-09-15 | Phenix Heat Pump Systems, Inc. | Three function heat pump system |
US6167715B1 (en) * | 1998-10-06 | 2001-01-02 | Thomas H. Hebert | Direct refrigerant geothermal heat exchange or multiple source subcool/postheat/precool system therefor |
-
2005
- 2005-03-23 NO NO20051559A patent/NO326274B1/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-03-23 WO PCT/NO2006/000112 patent/WO2006101405A2/en active Application Filing
- 2006-03-23 EP EP06716781.7A patent/EP1866574A4/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO20051559D0 (en) | 2005-03-23 |
WO2006101405A3 (en) | 2006-12-21 |
EP1866574A2 (en) | 2007-12-19 |
NO20051559L (en) | 2006-09-25 |
WO2006101405A2 (en) | 2006-09-28 |
EP1866574A4 (en) | 2014-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO326274B1 (en) | Energy utilization system and method | |
RU2405813C2 (en) | Brewing plant and brewage method | |
NO327321B1 (en) | Thermal energy utilization system | |
CN102483243B (en) | For water storage box in the middle of the symmetry of the heat pump of the draining that circulates in main system | |
CN101576283B (en) | Water heater with heating-supply from transcritical carbon dioxide heat-pump | |
US20140000257A1 (en) | Dual hybrid fluid heating apparatus and methods of assembly and operation | |
US7832217B1 (en) | Method of control of thermal energy module background of the invention | |
KR101336012B1 (en) | Ground source heat pump and its control for heating cooling and hot water | |
KR20090105213A (en) | The hot water exclusive use terrestrial heat complex system | |
CN102645022B (en) | Energy-saving multiple temperature section water boiler | |
US4382368A (en) | Geothermal hot water system | |
JP2006292365A (en) | Hot water supply device | |
JP5528903B2 (en) | Absorption type air conditioning and hot water supply system | |
NO147928B (en) | PLANT FOR HEAT EXTRACTION. | |
CN207976029U (en) | Residual neat recovering system | |
CN201571950U (en) | Adjustable multi-temperature barreled water heat pump type water dispenser | |
JP2017067299A (en) | Cold/hot heat generation device | |
RU2358209C1 (en) | Geothermal heat utilisation method | |
NO153347B (en) | HEAT RECOVERY DEVICE. | |
CN101708106B (en) | Adjustable heat pump water fountain with multiple temperature buckets for holding water | |
CN217442017U (en) | Defrosting device and refrigerating device | |
KR100620869B1 (en) | Hot water supplying system using heat pump | |
JP3846385B2 (en) | Heat pump water heater with solar system | |
JP2005083659A (en) | Water heater | |
JP7396725B1 (en) | Heat pump system and heat pump system control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |