NO327321B1 - System for utnyttelse av termisk energi - Google Patents
System for utnyttelse av termisk energi Download PDFInfo
- Publication number
- NO327321B1 NO327321B1 NO20051564A NO20051564A NO327321B1 NO 327321 B1 NO327321 B1 NO 327321B1 NO 20051564 A NO20051564 A NO 20051564A NO 20051564 A NO20051564 A NO 20051564A NO 327321 B1 NO327321 B1 NO 327321B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- energy
- heat
- water
- circuit
- temperature
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 description 35
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 31
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 7
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 7
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 4
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 3
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication 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
- 239000010797 grey water Substances 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 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
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
- F24F5/0096—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater combined with domestic apparatus
-
- 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
- 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
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
-
- 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
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
- F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
-
- 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
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
-
- 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
- F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
- F28D2020/0078—Heat exchanger arrangements
-
- 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
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/12—Hot water central heating systems using 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
- 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
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
System for utnyttelse av termisk energi omfattende en varmepumpe (2). Varmepumpen omfatter en første primærkrets (24) som er innrettet til å hente termisk energi fra luft, en andre primærkrets (35) som er innrettet til å hente termisk energi fra grunnen eller fra vann og minst en sekundærkrets (10, 11, 14, 21) som er innrettet til å ta imot termisk energi fra primærkretsene (24, 35), og at systemet videre omfatter en styrekrets som avgjør hvilken av de to primærkretsene som skal levere energi til sekundærkretsen (10, 11, 14, 21) basert på temperaturmålinger i grunnen/vannet og luften og eventuelt også tid på året.
Description
System for utnyttelse av termisk energi
Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for utnyttelse avtermisk energi der varmepumpen omfatteren første primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra luft, en andre primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra minst én annen kilde og minst én sekundærkrets som er innrettet til å ta imot termisk energi fra primærkretsene, og at styrekretsen inneholder et lagringsmedium for et sett med forutbestemte parametere. Parameterne omfatter temperaturene i primærkretsene og temperaturforskjellene mellom luft og den andre energikilden, en komparatorfor å sammenligne de forutbestemte parametere med målinger knyttet til den første og den andre primærkretsen, for utfra forholdet mellom målingene og parameterne å bestemme hvilken av de to primærkretsene det til en hver tid skal hentes energi utfra, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.
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 system et 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 kjøleaggregatog 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 avkjølemiddelet i fordamperen overføres til varmtvannet i varmtvannstanken.
Denne løsningen forutsetter at det til enhver tid er behovfor 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.
NO 313062, avsamme søker, beskriver en varmtvannstanksom 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 aven 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.
Det har vist seg at denne løsningen ikke er optimal. Selvom 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 isolasjons plate som skulle flyte i skillet mellom de to temperatursonene i tanken, men dette viste seg å være umulig å få til.
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 tilleggs tanken med varmtvann. Fra tilleggs tanken kan varmtvann sirkuleres til etgulwarmeanlegg.
Selvom man her benytter to adskilte tanker så forsyner tilleggstanken både varmt tappevann og varme til oppvarming. Siden tappevann haren betydelig høyere temperatur enn vann til oppvarming er ikke dette noen optimal løsning.
Varmepumper er avhengig aven 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 lavsom mulig. De nye C02 varmepumpene gjør dette enda viktigere, idet temperaturforskjellen mellom inngående og utgående vann er avgjørende for driftsresultatet.
DK 136497 beskriver en varmepumpe som er knyttet til en kjele. Her ledes den overhetede gassen fra en kompressor til en varmeveksler. Varmeveksleren er en vannfylt tank med spiralrør. Deretter føres gassen til en varmeveksler i kjelen. Etter dette kondenserer gassen til væske. Via diverse komponenter føres væsken til en varmeveksler i varmepumpen. Her utnyttes således overhetningsvarmen til å varme opp varmtvann til rundt 90°C. Systemet ifølge omfatter imidlertid kun 1 primærkrets, som hentersin varme fra omgivelsesluften. Det er således ikke mulig å velge noen annen varmekilde.
NO 135444 viser et varmepumpeanlegg som ligner mye på det som er beskrevet i DK 136497. Her kjøles også først den overhetede gassen i en første kondensator. Resten av varm en avgis i en annen kondensator. Begge kondensatorene står i forbindelse med både en kjele og radiatorer, men dette er imidlertid gjort på en slik måte at kjelen primært får varme fra høytemperaturkondensatoren og radiatorene primært får varme fra lavtemperaturkondensatoren.
På samme måte som i DK 136497hentes energien til varmepumpen utfra omgivelsesluften. Det er riktignok beskrevet en alternativ energikilde, men denne er i form aven oljefyrt kjele og har ingenting med varmepumpen å gjøre. Det er således heller ikke her mulig å velge noen annen varmekilde.
EP 1248055 beskriver utnyttelse av energi fra tre ulike kilder; omgivelses luft, jordvarme og soloppvarming. Systemet består avflere kretser. Kretsen står i forbindelse med en luftkollektor og en sol-absorbator. Ved hjelp av ventiler kan man velge hvor mye varme man henter utfra hver avdisse energikildene. Valget skjer på basis avtemperaturmålinger i en første krets. Denne kretsen står i varmevekslerforhold med en annen krets. I denne andre kretsen er det en brenner. Den andre kretsen står i varmevekslerforhold både direkte med en sekundærkrets via en varmeveksler og indirekte via et kondensatorkretsløp. I sekundærkretsen er det plasserten varmtvanns tank.
Her er det riktignok flere mulige energikilder for varmepumpen. Imidlertid skjer valget av energikilde på basis av enkle målinger av temperaturforskjeller. Det tas således kun hensyn til hvilken energikilde som i øyeblikket vil gi det høyeste energiutbyttet. Ved en slik styring av energikilde ville resultatet være at dersom man for eksempel hadde valget mellom å hente energi fra luft eller borehull, ville man tappe energien i borehullet forholdsvis raskt utover høsten og vinteren.
Det er et form ål ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et system der det er mulig å hente ut energi på en effektiv måte gjennom hele den kalde årstiden.
Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at parameterne også omfatter tidspunkt på året og forventet forbruk i løpet av en forhåndsbestemt tidsperiode, samt at valget av energikilde er basert på å oppnå en høyere virkningsgrad gjennom et normalår på bekostning aven høy virkningsgrad i øyeblikket.
Dersom kriteriene for å velge primærkrets som det hentes energi utfra innbefatter at lufttemperaturen tillates å gå en valgt verdi under temperaturen i borehullet/vannet før den andre primærkretsen velges fremfor den første primærkretsen i en første del avden kalde årstiden, vil man oppnå en enda mer effektiv utnyttelse av tilgjengelig energi.
I ett aspekt ved oppfinnelsen foretrekkes luft fremfor den annen energikilde i en første del avden kalde årstiden, selvom den annen energikilde gir høyere virkingsgrad. Dette vil spare på varmemengden i den annen energikilde til dager der luften harså lavtemperatur at varmen i luften ikke kan utnyttes med rimelig virkningsgrad.
Dersom systemet omfatter en varmeveksler for varmeoverføring fra avløpsvann til varmepumpens utvendige krets, vil man kunne gjenvinne noe varme som ellers ville gått tapt.
Ved å overføre varme som hentes utfra én avde to primærkretsene til magasinering, for eksempel i et borehull, kan man lagre energi til de kalde dagene.
I en utføre Is es form er den annen energikilde grunnen rundt et borehull. Denne er utmerket til lagring av varme og vil holde tilnærmet konstant temperatur selv om luftens temperatur svinger.
I en alternativ utførelse er den annen energikilde et vann. Dette er en energikilde som er lett å utnytte dersom den befinner seg i nærheten og vil holde en betydelig mer jevn temperatur enn luften.
Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til de medfølgende figurer, der: Figur 1 viser skjematisk prinsippene ved systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse,
Figur 2 viser detaljer ved varmepumpen i figur 1,
Figur 3 viser et kombinert varme, kjølesystem og varmegjenvinning fra avløpsvann ifølge en alternativ utførelses form av oppfinnelsen og Figur 4 viser enda en utføre Is es form 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
Figur 6 viser et mollier-diagram over en varmepumpe.
Figur 1 viser et skjematisk et varmelagringssystem ifølge oppfinnelsen, omfattende en multisentral 1 som innbefatter en varmtvannsbereder og en varmepumpe 2. Multis entra len 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.
Kaldt vann tilføres den nedre delen avden nedre tanken 4 gjennom et kaldtvannsinnløp 5. Fra den øvre delen avden nedre tanken 4 kan vann strømme videre til den nedre delen avden øvre tanken 3 via etoverføringsløp 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.
Fråden øvre delen avden øvre tanken 3 er det et varmtvannsutløp 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 fra avtrekks luft som strømmer ut av bygningen.
Den øvre varmeveksleren 11 står via et øvre innløp 15 og et nedre utløp 16 i forbindelse med varmepumpen 2.
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.
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.
Varmepumpen 2 har sekundærkrets er. En den første kretsen er en overhetningskrets som omfatteren enhet 17, som henter uten 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 oppvarmings krets som omfatteren 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 utaventen 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 avde to primærkretsene som skal levere energi til sekundærkretsene basert på temperaturmålinger i grunnen/vannet og luften. Varmepumpens oppbygning for øvrig er i og forseg velkjentfor en fagmann på om rådet og skal derfor ikke forklares nærmere her. Imidlertid er det ved varmepumpen søkt å redusere fyllingsmengden av varme/kuldemedium, for eksempel C02 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 avvann og sprit. Dette sparermiljøetfor belastinger dersom det skulle oppstå en lekkasje.
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 gulvvarme røre ne 15 (eller konvektorer) for henholdsvis varme- eller kjølebehov. I kjølestilling produseres også nedkjølt drikkevann fra avtapningen 8.
Den øvre trykktanken 3 med ettervarmerveksier 11 fra varmepumpens overhetningskrets 17 girså høy varmtvannstemperatur at elektrisk ettervarming ikke er nødvendig.
Ved at det er to helt fra hverandre isolerte tanker, kan både varme og varmt tappevann, eller kjøling og varmt tappevann akkumuleres i multisentralen.
I en spesifikk driftsmodus vil kaldt vann med en temperatur på ca. 10 °C strømme inn gjennom kaldtvannsinnløpet5 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 fra varmepumpen 2 sirkuleres videre utav varmeveksleren 10 til et gulvvarm erør 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 temperaturregulatorog termostat til gulvvarme røret, slik at temperaturen i bygningen kan reguleres og innstilles til ønsket temperatur.
Varme væsken strømmer tilbake til varmepumpen og varmes på ny opp til ca. 48 °C.
Vannet i den nedre tanken 4 vil, ettersom det tappes varmtvann fra den øvre tanken 3, strømme som forvarmet kaldtvann gjennom overførings løpet 6 og inn i den øvre tanken 3. Her vil vannet ettervarmes av varmeveksleren 11. Varmeveksleren få r ti Iført va nn 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 bl.a. en C02-varmepumpe.
Dersom det er behovfor kjøling (spesielt om sommeren, men også forstørre bygg med stor total varmeproduksjon), kan varmepumpen reverseres, slik at kald væske sirkuleres gjennom varmeveksleren 10 og videre ut i gulvvarmeanlegget 14 for nedkjøling avrommene. Derved vil kaldtvannet i den nedre tanken 4 kjøles ned. Via forgreningen 7 kan dette vannet tappes av som kaldt drikkevann.
Varmenergien som hentes ut av van net 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.
Videre er det også mulig (spesielt i land med stort kjølebehov) å benytte den nedre tanken 4 til akkumulering avis. 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 utetemperåtur 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 varmtvann i tanken 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.Tallet4 er summen av varmen fra overhetningskretsen 17 og kondensatoren 18. Kurven 45 er damptrykkurven for varmemediet. Termisk energi tilføres varmemediet langs linjen 40 slik attemperauren 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 avgassen 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.
Ved å styre vekselvis energiuttaket til varmepumpen mellom luften og grunnen/vannet, vil man hele tiden kunne hente energi utfra 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 avdenne så synker temperaturen i borehullet raskt utover høsten og rundt nyttår går den under null. Energiuttaket fra borehullet blir da betydelig redusert. Dette inntreffersamtidig med den kaldeste tiden på året. Temperaturen i borehullet går ikke over null igjen før tidlig på sommeren.
Kurven B' viser temperaturen i borehullet når dette er knyttet til en varmepumpe som veksler mellom å hente energi utfra 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. Utover vinteren vil varmeveksleren vekselvis hente ut energi fra luft og borehull i avhengighet avtemperaturen. 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 varmepumpersom kun benytter en energikilde.
Den forhåndsbestemte verdien hvor man går over fra å hente ut energi fra luft til borehull eller omvendt vil i en enkel utføre Ises form av oppfinnelsen være en ikke konstant verdi. Imidlertid er det mer hensiktsmessig at verdien gjøres avhengig avdifferansen i temperatur mellom luft og borehull, men også ta hensyn til tiden på året, d.v.s. dato og stedlige forhold.
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 styresystem et sjekke datoen (foreksempel måneden) og slå opp i en tabell hvor det fremgår hvor mye lavere enn borehulls temperaturen lufttemperaturen kan tillates å være. Denne tabellen er tilpasset de stedlige forhold, men i prinsippet er den lagt opp som følger: Når man nærm er seg den kalde årstiden vil man søke å spare på energien i borehullet. Derfor vil man hente ut energi fra luften selvom 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.
På denne måten vil man unngå å senke temperaturen i borehullet til en temperatursom gir lite energiutbytte i løpet avden kalde sesongen.
Figur 3 viseren ytterligere utføre Is es form avoppfinnelsen. Her har varmtvannsberederen 1 tre tanker 3,4 og 30 som er termisk isolert fra hverandre. Tankene står i forbindelse med hverandre via overførings løp 6, 31. Den nederste tanken 30 tilføres kaldvann fra kaldtvannsnettetvia et kaldtvannsinnløp 33 og er utstyrt med en varmeveksler 32, som får tilført avløpsvann (såkalt gråvann) med en temperatursom naturlig nok vil variere men som alltid vil ligge over kaldvannets temperatur. Derved forvarmes kaldvannet i et første trinn.
De to øvrige tanker i varmtvannsberederen fungerer på samme måte som i utførelsen i figur 1 og trenger derfor ikke å beskrives ytterligere.
Figur 4 viser enda en utføre Is es form avoppfinnelsen. Denne omfatteren varmtvannsbereder 1 og en varmepumpe 2. Disse enhetene fungerer stortsett som forklart i forbindelse med figur 1 og trenger derfor ikke å beskrives nærmere. I tillegg har system et en varmeveksler 33 for avløpsvann. Varmeveksleren er plassert inne i en buffertank 34 for varmepumpens 2 kjøle-/varmemedium. Kjøle-/varmemedietføres gjennom buffertanken 34 og ned i et borehull 35. Ved hjelp avdette systemet kan man om sommeren hente ut varme fra avløpsvannet og magasinere dette i borehullet 35. Ved starten på kuldeperbden 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 varme tilførsel.
Selvom 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.
Claims (7)
1. System for utnyttelse av termisk energi omfattende en varmepumpe (2) med tilhørende styrekrets for optimalisering av energiutbyttet, idet varmepumpen omfatter en første primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra luft, en andre primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra minst én annen kilde og minst én sekundærkrets som er innrettet til å ta imot termisk energi fra primærkretsene, og at styrekretsen inneholder et lagringsmedium for et sett med forutbestemte parametere, hvilke parametere omfatter temperaturene i primærkretsene og temperaturforskjellene mellom luft og den andre energikilden, en komparator for å sammenligne de forutbestemte parametere med målinger knyttet til den første og den andre primærkretsen, for ut fra forholdet mellom målingene ogparameterne å bestemme hvilken av de to primærkretsene det til en hver tid skal hentes energi ut fra, karakterisert ved at parameterne også omfatter tidspunkt på året og forventet forbruk i løpet av en forhåndsbestemt tidsperiode og at valget av energikilde er basert på å oppnå en høyere virkningsgrad gjennom et normalår på bekostning av en høy virkningsgrad i øyeblikket.
2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at kriteriene for å velge primærkrets som det hentes energi ut fra innbefatter at lufttemperaturen tillates å gå en valgt verdi under temperaturen i den annen energikilde før den andre primærkretsen velges fremfor den første primærkretsen.
3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at luft foretrekkes fremfor den annen energikilde i en første del av den kalde årstiden, selv om den annen energikilde gir høyere virkings grad.
4. System ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at det omfatter en varmeveksler (33) for varmeoverføring fra avløpsvann til varmepumpens utvendige krets.
5. System ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at varme som hentes ut fra én av de to primærkretsene kan overføres til magasinering, for eksempel i et borehull.
6. System ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at den annen energikilde er grunnen rundt et borehull.
7. System ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at den annen energikilde er et vann.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20051564A NO327321B1 (no) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | System for utnyttelse av termisk energi |
PCT/NO2006/000111 WO2006101404A2 (en) | 2005-03-23 | 2006-03-23 | A system for utilization of thermal energy |
EP06716780.9A EP1866579A4 (en) | 2005-03-23 | 2006-03-23 | SYSTEM FOR USING THERMAL ENERGY |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20051564A NO327321B1 (no) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | System for utnyttelse av termisk energi |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20051564D0 NO20051564D0 (no) | 2005-03-23 |
NO20051564L NO20051564L (no) | 2006-09-25 |
NO327321B1 true NO327321B1 (no) | 2009-06-08 |
Family
ID=35267126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20051564A NO327321B1 (no) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | System for utnyttelse av termisk energi |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1866579A4 (no) |
NO (1) | NO327321B1 (no) |
WO (1) | WO2006101404A2 (no) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2868152B1 (fr) * | 2003-08-11 | 2012-09-07 | Andre Sossah | La geothermie par rayonnement chauffera et rafraichira le local par rayonnement (ondes infrarouges) |
DK1950357T3 (da) | 2007-01-29 | 2010-11-01 | Albers & Co | Akustikelementer |
WO2009010702A1 (en) * | 2007-07-17 | 2009-01-22 | Powrmatic Limited | A heating module and system controller that increases the efficiency of heat pumps for domestic hot water and heating |
FR2939874B1 (fr) | 2008-12-12 | 2010-12-31 | Mobile Comfort Holding | Dispositif thermodynamique avec ballon d'eau chaude multi-energies mulit-sources |
US8794015B1 (en) | 2012-04-20 | 2014-08-05 | Avant Energy Inc. | Air to liquid heat exchange system for ground source heat pump system |
US9287734B2 (en) | 2013-02-19 | 2016-03-15 | Gojo Industries, Inc. | Thermal energy harvesting for dispensing system |
SE539398C2 (sv) | 2014-11-10 | 2017-09-12 | Energy Machines S A | Värmeanläggning innefattande värmepump med växelvis anslutbara ackumulatortankar |
CN107436055B (zh) * | 2017-06-28 | 2023-11-24 | 内蒙古博特科技有限责任公司 | 一种太阳能跨季节储能三联供系统 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2689090A (en) * | 1949-05-24 | 1954-09-14 | Hammond | Heating system |
US2780415A (en) * | 1952-02-23 | 1957-02-05 | Frazer W Gay | Heat pump operated system for house heating |
US4134273A (en) * | 1977-04-22 | 1979-01-16 | Brautigam Robert F | Home heating and cooling system |
US4382368A (en) * | 1981-03-20 | 1983-05-10 | Dittell Edward W | Geothermal hot water system |
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 |
US4893476A (en) * | 1988-08-12 | 1990-01-16 | Phenix Heat Pump Systems, Inc. | Three function heat pump system with one way receiver |
US5461876A (en) * | 1994-06-29 | 1995-10-31 | Dressler; William E. | Combined ambient-air and earth exchange 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 |
DE19950212A1 (de) * | 1999-10-19 | 2001-04-26 | Moser Peter | Lüftungsbox |
EP1248055A3 (de) * | 2001-03-26 | 2004-03-31 | Vaillant GmbH | Gesamtumweltwärmequelle für eine Wärmepumpe |
-
2005
- 2005-03-23 NO NO20051564A patent/NO327321B1/no not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-03-23 WO PCT/NO2006/000111 patent/WO2006101404A2/en active Application Filing
- 2006-03-23 EP EP06716780.9A patent/EP1866579A4/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2006101404A2 (en) | 2006-09-28 |
EP1866579A4 (en) | 2015-03-11 |
EP1866579A2 (en) | 2007-12-19 |
NO20051564D0 (no) | 2005-03-23 |
NO20051564L (no) | 2006-09-25 |
WO2006101404A3 (en) | 2006-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO326274B1 (no) | System og fremgangsmate for utnyttelse av energi | |
NO327321B1 (no) | System for utnyttelse av termisk energi | |
US7788924B2 (en) | System and method for in-line geothermal and hydroelectric generation | |
RU2405813C2 (ru) | Пивоваренный завод и способ пивоварения | |
US7905110B2 (en) | Thermal energy module | |
RU2520003C2 (ru) | Теплоаккумуляционная система | |
CN201081367Y (zh) | 热回收型地源热泵装置 | |
CN101576283B (zh) | 跨临界二氧化碳热泵供暖热水器 | |
CN102483243B (zh) | 用于向主系统中循环排水的热泵的对称中间蓄水箱 | |
JP6133508B2 (ja) | 地熱源を地域熱供給網へ熱技術的に接続する方法 | |
NO337357B1 (no) | Anlegg for energiproduksjon | |
CN101498467B (zh) | 一种基于太阳能的双热源住宅舒适集成系统 | |
CN107461728B (zh) | 一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统 | |
GB2459879A (en) | A heat exchanger in a condensate drain path of a condensing boiler | |
NO146651B (no) | Anlegg med varmepumpe for rom- og vannoppvarming | |
CN109028269B (zh) | 一种吸收式热泵机组及回收低温水源余热的供热系统 | |
KR20130115001A (ko) | 공기열원 히트펌프의 열원공기 예열장치 | |
JP2014037963A (ja) | 太陽熱給湯システム | |
RU2358209C1 (ru) | Способ использования геотермального тепла | |
JP7396725B1 (ja) | ヒートポンプシステム及びヒートポンプシステムの制御方法 | |
US20190003750A1 (en) | Device for absorbing thermal energy from the surrounding environment and using same (generator) | |
CN219713324U (zh) | 用于燃气蒸汽锅炉的供热系统 | |
GB2491582A (en) | Energy Recovery System | |
CN103557632B (zh) | 市政排水干渠空气源热泵系统及循环方法 | |
CN219756692U (zh) | 一种地源热补热装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |