NO339407B1 - Varmepumpesystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsens tekniske område

Oppfinnelsen vedrører et varmepumpesystem omfattende en varmepumpe som er slik anordnet at den tillater opptak av varmeenergi fra uteluften og levering av varmerenergi til et annet medium, samt et ytre rom som er slik tilpasset at det tillater oppvarming av uteluften ved å utnytte solbestråling, hvorved systemet er anordnet slik at det leder uteluften til varmepumpen via det ytre rommet, hvorved varmepumpesystemet omfatter anordninger for regulering av strømmen av uteluften til det ytre rommet. Et slikt system er kjent fra US 4343296 A.

Teknikkens stilling

Oppvarming og kjøling av bygninger, slik som produksjon av varmtvann, er energi-krevende prosesser og det finnes både økonomiske og miljømessige grunner til å redusere den mengde energi som anvendes for disse formålene. En bygnings eller et anleggs behov for varme/kjøling er naturligvis veldig ulike, avhengig av dens utforming, dens anvendelse og dens plassering. En bolig i Sverige kan for eksempel normalt ha et oppvarmingsbehov i perioden september til april, mens et visst kjølebehov kan foreligge i perioden mellom mai og august. Et godt isolert kontor i Sverige med et stort antall ansatte og mange ulik typer kontorutstyr kan i stedet ha et kjølebehov på dagtid i store deler av året. En bygning i et mer sydlig land kan ha et kjølebehov på dagtid, og et oppvarmingsbehov om natten, og så videre.

I løpet av de senere årtier har en mengde tekniske produkter blitt utviklet og tatt i bruk for å bedre effektiviteten til disse oppvarmings- og kjølingsprosessene. Varmepumper er et produkt som i de senere år er blitt vanlig for oppvarmingsformål. En varmepumpe omfatter normalt et system med en fordamper, en kompressor og en strupeventil, idet et kjølemedium tillates å sirkulere gjennom systemet. Ved at kjølemediet fordampes ved et lavere trykk og kondenseres ved et høyere trykk, kan varmeenergi tas opp ved en lavere energi (fordampingsvarme) og avgis ved en høyere temperatur (kondensasjonsvarme). Varmepumper kan være i stand til å ta opp varme fra for eksempel sjøer, borehull (bergvarme), uteluft og avlufting, det vil si luft som ventileres ut fra en bygning, og avgi varme til for eksempel inneluft eller varmtvannsberedere. Varmepumper har til og med over en lengre periode vært anvendt for kjøling av en bygning i form av luftkondisjoneringsanlegg, der en tar varme fra bygningen og leverer denne utendørs. En varmepumpe trenger elektrisitet for å drive kompressoren, hvorfor strømprisen er en viktig parameter for en varmepumpes økonomiske lønnsomhet. I kaldere klima er normalt ikke en varmepumpes effekt tilstrekkelig for å klare oppvarming på egen hånd, hvorfor bygninger er utrustet med et kompletterende varmesystem.

For ytterligere å forbedre effektiviteten i oppvarmingssystemer, er det vanlig å forsøke å utnytte solbestråling. Et eksempel er å la vann sirkulere i et soloppvarmet system for på den måten å få et gratis bidrag i produksjonen av varmt-vann. Et annet eksempel gis i US 4378787, der en utendørs luftvarmepumpe er plassert i et loftsrom med et vindu for å tillate oppvarming av utendørsluft ved hjelp av solbestråling.

US 4343296 beskriver et soloppvarmingssystem som benytter zeolittkrystaler i et varmelagringskammer for å lagre varme utviklet ved oppvarming av luft i et transparent panel. Varmen lagret i zeolittkrystalene blir benyttet for å forsyne varme til en bygning. En varmepumpe er tilveiebragt i systemet for ekstra oppvarming av bygningen når temperaturen i varmelagringskammeret er under et komfortabelt nivå.

I de senere år har utviklingen rettet seg mye inn mot varmepumpekomponenter og kjølemedia, blant annet i den hensikt å få utendørs varmepumper til å være effektive ved økende lave utendørs temperaturer.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å ytterligere forbedre effektiviteten til et varmepumpesystem som omfatter en utendørs varmepumpe eller lignende. Dette formålet oppnås ved hjelp av de tekniske særtrekk som er inntatt i kravene 1 og 13. De avhengige patentkravene angir fordelaktige utføringsformer, videreutviklinger og varianter av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vedrører et varmepumpesystem som omfatter en varmepumpe som er slik anordnet at det tillates opptak av varmeenergi fra luft utendørs og at det avgis varmeenergi til et annet medium, sammen med et ytre rom som er beregnet på å tillate oppvarming av uteluften gjennom utnytting av solbestråling, hvorved systemet er anordnet for å lede uteluften til varmepumpen via det ytre rommet, hvorved varmepumpesystemet omfatter innretninger for å regulere strømmen av utendørsluft til det ytre rommet. Oppfinnelsen kjennetegnets ved at systemet videre omfatter en første temperatursensor for å bestemme en utendørs lufttemperatur og en andre temperatursensor for å bestemme en temperatur i en luftstrøm som er kommet i kontakt med varmepumpen, hvorved innretningene for strømningsregulering er arrangert for å lede luften som har kommet i kontakt med varmepumpen og for å tillate fordeling av nevnte luftstrøm mellom et første utløp, anordnet inne i det ytre rommet, og et andre utløp, anordnet utenfor det ytre rommet, hvorved varmepumpesystemet er arrangert for å kunne lede luftstrømmen til det andre utløpet i tilfelle temperaturen i luftstrømmen som har vært i kontakt med varmepumpen er lavere enn temperaturen i utendørsluften. Med andre ord omfatter systemet innretninger for å øke eller redusere ventilasjonen/luftutvekslingen i det ytre rommet, om behovet skulle oppstå. En fordelaktig effekt av denne konstruksjonen er at en gjennom å regulere innstrømmingen av uteluft kan regulere temperaturen i det ytre rommet, hvilket i sin tur kan utnyttes for å heve varmepumpens effektivitet. I et første eksempel kan innstrømningen av utendørs luft minimaliseres, det vil si at en kan la luften resirkulere inne i det ytre rommet så lenge temperaturen i det ytre rommet er høyere enn i den omliggende uteluft, takket være innstråling av solenergi. Dette har i de fleste situasjoner en positiv påvirkning på varmepumpen effektivitet. I et andre eksempel kan innstrømningen av utendørs luft maksimeres når temperaturen inne i det ytre rommet er lavere, eller i ferd med å bli lavere, enn temperaturen i den omliggende luft, hvilket kan inntreffe når innstrålet varmemengde er mindre enn varmepumpens varmeuttak. Takket være løsningen ifølge oppfinnelsen kan temperaturen i det ytre rommet hindres i å falle under uteluftens temperatur. Dermed unngås en situasjon der varmepumpens effektivitet senkes på grunn av at den tvinges til å arbeide med kjølt uteluft, hvilket eksempelvis kan inntreffe med en konstruksjon ifølge US 4378787 der ingen innretninger er tilgjengelig for å styre luftutskiftingen i det ytre rommet. Den varmeenergi som overføres til det andre mediet ifølge oppfinnelsen, kan for eksempel anvendes for oppvarming av et varmtvannssystem for husholdning som ligger i en nabobygning eller for oppvarming av et anlegg, slik som et svømmebasseng.

Ettersom luften som kontaktes med varmepumpen har avgitt varme til det andre mediet, vil denne luft normalt være kaldere enn den øvrige luft i det ytre rommet. Muligheten for å fordele denne luftstrømmen på en måte som beskrevet her gir økt mulighet for å regulere temperaturen innvendig i det ytre rommet. Det er for eksempel mulig i den hensikt å unngå reduksjon i temperaturene innvendig i det ytre rommet, å la luften resirkulere i det ytre rommet når luftstrømmen er varmere enn luften utendørs, og la luftstrømmen bli ledet direkte ut når luftstrømmen er kaldere enn luften utenfor.

I en første foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, omfatter varmepumpesystemet en første vifte som er slik anordnet at det skapes en innstrømning av uteluft til det ytre rommet. Dette gir en mulighet for enkel og effektiv regulering av innstrømningen. Fortrinnsvis er viften anordnet for å skape en luftstrøm ut av det ytre rommet og i tillegg omfatter systemet videre et innløp som gir tilførsel av uteluft til det ytre rommet. Derved skaper viften indirekte en innstrømning av uteluft til det ytre rommet samtidig med at det gis økte muligheter for å fastlegge hvor mye luft som skal komme ut av det ytre rommet. Viften kan svært gjerne utgjøre en integrert del av varmepumpen, hvilket åpner for bruk av mange konvensjonelle utendørs luftvarmepumper.

Innretningen for strømningsregulering omfatter fortrinnsvis en luftkanal for å lede den luftstrøm som har kommet i kontakt med varmepumpen, samt en ventilinnretning som er innrettet for å gi en regulerbar fordeling av nevnte luftstrøm mellom en første utløpskanal som munner ut i det ytre rommet, og en andre utløpskanal som munner ut utenfor det yre rommet. Den første viften kan med fordel plasseres i tilknytning til luftkanalen.

Ifølge en tredje foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter varmepumpesystemet en bygning anordnet i tilslutning til systemet, hvorved varmepumpesystemet omfatter en forbindelseskanal anordnet for å lede luft mellom det ytre rommet og bygningen. En fordelaktig effekt av denne utformingen er at luften i det ytre rommet kan ledes inn i bygningen, like-som at luften i bygningen kan ledes ut i det ytre rommet. Ettersom kombinasjonen av varmepumpen og reguleringen av lufttilførselen til det ytre rommet tillater at luften kan tempereres i det ytre rommet, kan systemet ifølge oppfinnelsen ikke bare levere varmeenergi via varmepumpen, men også levere temperert luft til bygningen. Et eksempel er når det finnes et kjølebehov i bygningen, for eksempel en varm sommerdag i Sverige, der en kan la varmepumpen ta varme fra det varme ytre rommet og avgi varmen til for eksempel et varmtvannssystem i bygningen. Lufttemperaturen kan da fås til å synke i det ytre rommet. Når denne temperaturen er tilstrekkelig lav, lavere enn både temperaturen utomhus og innomhus i bygningen, gir systemet ifølge oppfinnelsen en mulighet til å lede den kjølte luften fra det ytre rommet inn i bygningen gjennom forbindelseskanalen. En lignende mulighet er ikke tilstede ved bruk av konvensjonelle utelufts varmepumper som normalt er montert på en husvegg uten å ha et rom tilgjengelig for å temperere uteluften i. Et annet eksempel er når det finnes et oppvarmingsbehov i bygningen. På tilsvarende måte kan en la solbestrålingen varme opp luften tilstrekkelig i det ytre rommet for deretter å lede luften direkte inn i bygningen. Løsningen ifølge oppfinnelsen gir også en mulighet for at varmen i den ekstraherte luft utnyttes av varmepumpen ved å endre strømningsretningen gjennom kanalen og ved å føre ekstrahert luft fra bygningen inn i det ytre rommet. Varmepumpesystemet omfatter fortrinnsvis innretninger for å regulere luftstrømmen gjennom forbindelseskanalen, for eksempel en andre vifte og/eller en ventil plassert i tilslutning til forbindelseskanalen.

Ifølge en fjerde foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter varmepumpesystemet en regulerbar anordning for solavskjerming beregnet på å kunne skjerme mot solbestråling og dermed begrense oppvarmingen av uteluften i det ytre rommet. På denne måten oppnås ytterligere muligheter for å regulere temperaturen i det ytre rommet.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for drift av et varmepumpesystem av ovenfor nevnte type.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen skal beskrives nedenfor under henvisning til den medfølgende tegning, der figur 1 viser skjematisk en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen.

Utførelsesformer for utføring av oppfinnelsen

I figur 1 vises skjematisk en foretrukket utførelsesform av et varmepumpesystem 10 ifølge oppfinnelsen. En varmepumpe 5 er innrettet for å ta opp varmeenergi fra utendørs luft fra et ytre rom 2 tilpasset for å tillate oppvarming av uteluften gjennom solbestråling 12 og avgi varmeenergi til en bygning 4 gjennom oppvarming av vann. Det ytre rommet 2 kan utgjøres av et veksthus, en glasskuppel, en glassinnrammet gårdsplass eller enn annen innglasset konstruksjon på eller i tilslutning til bygningens 4 vegg 8 eller tak. Varmepumpen omfatter på konvensjonell måte et antall komponenter i form av en fordamper, en kompressor, en kondensator, en ekspansjonsventil, samt en kanal for kjølemedium for å sirkulere et kjølemedium, hvilke komponenter ikke er vist i figuren. Varmepumpen er på sin side anordnet i eller i tilslutning til både det ytre rommet 2 og bygningen 4 på en slik måte at luften i det ytre rommet 2 kommer i kontakt med varmepumpens fordamper. Varmen som er tatt opp i fordamperen fra luften utendørs, kan deretter bli tatt opp av vannstrømmen 20 i kondensatoren. Vannstrømmen 20 kan være slik utformet, enten direkte eller indirekte via varmeveksler, for anvendelse i et vannbåren oppvarmingssystem (ikke vist) eller for oppvarming av husholdningsvarmtvann. Den termiske energien som tas opp i vannstrømmen 20 trenger selvfølgelig ikke å utnyttes direkte, men kan i stedet anvendes for å skape et reservoar av varmtvann for senere, påfølgende bruk. Veggene og taket 13 i det ytre rommet 2 består for det meste av glass for å tillate solbestråling 12 å varme opp luft som er tilstede inne i det ytre rommet 2. Den solbestrålte veggen 8 og gulvet i det ytre rommet 2 er belagt med eller laget av et varmeakkumulerende materiale 18, slik som stein eller betong. Det ytre rommet 2 er også utstyrt med en anordning for solavskjerming i form av persienner 14 i den hensikt å muliggjøre en begrensning av mengden innstrålet solenergi. En første vifte 6 er anordnet i tilslutning til varmepumpen 5 i den hensikt å tvinge luften å komme i kontakt med varmepumpen 5. Den første viften 6 er normalt alltid slått på under drift av varmepumpen 5. Videre er også en luftkanal 7 anordnet i tilslutning til den første viften 6 og varmepumpen 5 på en slik måte at den luft som passerer varmepumpen 5, ledes inn i luftkanalen 7. Luftkanalen 7 forgrener seg et stykke nedstrøms og danner en første utløpskanal 7a som tillater utslipp av luften inn i det ytre rommet 2 og en andre utløpskanal 7b som leder luften ut av det ytre rommet 2. En ventilanordning i form av et spjeld 9 er plassert ved forgreningen i den hensikt å regulere luftstrømmen mellom den første og den andre utløpskanalen 7a,7b, avhengig av driftssituasjonen. Utendørs luft tilføres til, eller eventuelt føres bort fra det ytre rommet 2 via en åpning 3 som er slik tilpasset at det gis gjennomstrømning av luft når det oppstår trykkforskjell mellom uteluften og luften i det ytre rommet 2, for eksempel når luft som har kommet i kontakt med varmepumpen 5, ledes ut fra det ytre rommet via den andre utløpskanalen 7b. Ved å velge fordeling mellom utløpskanalene 7a,7b, er det følgelig mulig å regulere tilstrømningen av uteluft til det ytre rommet 2. Varmepumpesystemet 10 er videre utstyrt med en forbindelseskanal 15, beregnet på i visse driftssituasjoner, å lede luft mellom det ytre rommet 2 og bygningen 4. Forbindelseskanalen 15 er utstyrt med en ventil 17 og en andre vifte 16 for å regulere luftstrømmen mellom det ytre rommet 2 og bygningen 4. Et antall piler i figur 1 viser noen veier som luften kan strømme. Uavhengig av hva som er beskrevet ovenfor, så viser nevnte piler at luften går inn i varmepumpen 5 på den side av varmepumpen 5 som er vendt mot husveggen 8.

For driftseksemplene for varmeoverføringssystemet 10 beskrevet nedenfor, er henvisningstallene T1, T2 og T3 innført i figur 1, derT1 indikerer uteluftens temperatur, T2 indikerer lufttemperaturen i det ytre rommet 2 og at T3 indikerer inneluftens temperatur i bygningen 4. Temperaturen T2 i det ytre rommet 2 kan selvfølgelig variere mellom ulike posisjoner i rommet 2. Med mindre annet angis, menes med T2 en type middeltempertur, eksempelvis målt i tilslutning til luftstrømmens innløp til varmepumpen. En eller flere av et flertall tidligere kjente typer av temperatursensorer kan hensiktsmessig anvendes for fastlegging av temperaturene.

Varmepumpesystemet 10 kan arbeide på ulike måter, avhengig av hvilke forutsetninger som er til stede. Eksempel på forutsetninger er bygningens 4 kjøle-/varmebehov, uteluftens temperatur T1, samt aktuell intensitet på solbestrålingen. På konvensjonell måte kan bygningen 4 gjerne være utrustet med kompletterende oppvarmings- og kjølesystem. Tilstedeværelsen av slik system påvirker likevel ikke den prinsipielle virkemåten til varmepumpesystemet 10 ifølge oppfinnelsen.

Driftssituasjon A

I et første eksempel på en driftssituasjon, foreligger et behov for oppvarming av inneluften i bygningen 4. I dette tilfellet er normalt da T1 lavere enn en ønsket verdi på T3. Et typisk eksempel på en slik situasjon er en bolig i Sverige i den kaldere delen av året. I denne situasjonen holdes anordningen 14 for solavskjerming i en åpen stilling på dagtid og varmepumpen 4 tillates å levere så mye varme som mulig til vannstrømmen 20 i bygningen 4. I en innledende fase kan ventilen 17 holdes stengt og spjeldet 9 kan være i en slik posisjon at luften ledes gjennom den første utløpskanalen 7a, slik at ingen uteluft i prinsippet tilføres det ytre rommet 2. Avhengig av blant annet uttaket av effekt fra varmepumpen 5, det ytre rommets 2 volum, uteluftens temperatur T1, utgangstemperaturen T2 i det ytre rommet samt aktuell sol bestråling 12, kommer lufttemperaturen T2 i det ytre rommet 2 til å stige, holdes konstant eller å synke.

Om temperaturen T2 er høyere enn T3, og særlig om T2 dessuten er stigende, så kan ventilen 17 åpnes slik at oppvarmet luft kan strømme gjennom forbindelseskanalen 15 fra det ytre rommet 3 inn i bygningen 4. Den andre viften 16 kan benyttes om nødvendig for å øke strømmen. Ventilen 17 og viften 16 kan stenges av for eksempel når temperaturen T2 har sunket til samme nivå som T3. Som et alternativ, eller komplementært for å la den oppvarmede luften tilføres bygningen 4 gjennom forbindelseskanalen 15, kan spjeldet 9 stilles i en stilling slik at luften i det minste delvis strømmer gjennom den andre utløpskanalen 7b. Dette tiltaket tillater ombytting av luft inne i det ytre rommet 2, hvilket i sin tur tillater at temperaturen T2 senkes (forutsatt at T1 er lavere enn T2). Dette kan være hensiktsmessig for å få varmepumpen 5 til å arbeide mellom et visst temperaturområde eller for å holde temperaturen i det ytre rommet 2 av en eller annen grunn under en viss temperatur, som for eksempel når det ytre rommet 2 inneholder temperaturømfintlige vekster.

Om temperaturen T2 er lavere enn T1, eller nårT2 synker lavere enn T1, endres spjeldets 9 stilling, slik at luften som forlater varmepumpen ledes ut via den andre utløpskanalen 7b. Ettersom luften som kommer i kontakt med varmepumpen 5 har avgitt varme til vannstrømmen 20, kommer denne luften til å være kaldere enn T2. Ved dette tiltaket kommer uteluft med temperaturene T1 til å strømme inn gjennom åpningen 3 og vil få T2 til å øke, forutsatt at de øvrige betingelser, så som solbestråling og effektuttak, er de samme. Med en tilstrekkelig stor utskifting av luft, opprettholdes en driftssituasjon derT2 vil være lik med T1. Med en god utskifting av luft i det ytre rommet 2, vil temperaturen T2 inne i det ytre rommet 2 falle til en verdi som ikke er lavere enn temperaturen T1 utendørs. Om denne minimumstemperaturen er lavere enn ønskelig, tatt i betraktning varmepumpens 5 effektivitet, kan det være hensiktsmessig å redusere varmepumpens 5 effekt noe, slik at luften rekker å varmes opp tilstrekkelig av solbestrålingen. Typisk kan en slik situasjon forekomme en kald eller en solfull vinterdag.

Ifølge oppfinnelsen, bestemmes også en temperatur T4 i den (kaldere) luftstrømmen som forlater varmepumpen 5, for eksempel i en posisjon langt oppstrøms i luftkanalen 7. Ettersom luften som forlater varmepumpen 5 har avgitt varme til vannstrømmen 20, kommer T4 normalt å være lavere enn T2. For å holde T2 så høy som mulig, kan systemet 10 styres på en slik måte at når T4 er lavere enn T1, men der T2 kan være noe høyere enn T1, endres spjeldets 9 stilling slik at luften ledes ut fra det ytre rommet 2 via den andre utløpskanalen 7b. På en slik måte tilføres det ytre rommet 2 varmere luft enn om luften skulle sirkuleres via den første utløpskanalen 7a, og det er mulig for eksempel på denne måten å unngå atT2 synker lavere enn T1.

Solavskjermingen 14 kan hensiktsmessig settes i en stengt stilling når nivået på solbestrålingen er neglisjerbar, det vil si nattestid og eventuelt under svært mørke dager. Da reduseres varmeutstrålingen fra det ytre rommet 2. En ytterligere temperaturøkende effekt kan oppnås ved å sikre at det ytre rommet 2 er godt varmeisolert. Varmelekkasje fra varmepumpens 5 kompressor, bygningen 4 eller andre kilder, som avgis til det ytre rommet 2 kan da utnyttes på en bedre måte. Om en i stedet ønsker å kjøle luften i det ytre rommet, se nedenfor, er det hensiktsmessig å lede varmen ut fra varmepumpens 5 kompressor utenfor det ytre rommet 2.

Driftssituasjon B

I et andre eksempel på en driftssituasjon finnes et behov for kjøling av inneluften i bygningen 4. I dette tilfellet er da T1 normalt høyere enn en ønsket verdi på T3. Samtidig finnes et behov for å varme vannstrømmen 20 for produksjon av varmtvann. Et typisk eksempel på en slik situasjon er en bolig i Sverige i sommerperioden, særlig på dagtid, men også i blant på nattid. I denne situasjonen er hensikten å la varmepumpen 5 skape kald luft i det ytre rommet 2 for kjøling av bygningen 4, samtidig som den, som tidligere, fortsetter å varme vannstrømmen 20. Anordningen 14 for solavskjerming kan holdes i en stengt stilling, i det minste på dagtid, for derved å minimere innstrålingen 12 fra solen. Avhengig av intensiteten på solbestrålingen 12 og varmepumpens varmeuttak, kan anordningen 14 for solavskjermingens åpningsgrad reguleres. Videre tillates varmepumpen å levere så mye varme som mulig til vannstrømmen 20 i bygningen 4. I en innledningsfase settes spjeldet 9 i en slik stilling at luften ledes via den første utløpskanalen 7a, samtidig som ventilen 12 holdes stengt, slik at ingen utskifting av luft i prinsippet skjer i det ytre rommet 2. Avhengig av varmepumpens 5 opptak av varmeenergi fra luften inne i det ytre rom 2, kommer temperaturen T2 suksessivt til å synke. Når temperaturen T2 er blitt lavere enn både T1 og T3, kan bygningen 4 kjøles ved å lede luft fra det ytre rommet 2 til bygningen 4 gjennom forbindelseskanelen 15 ved å åpne ventilen 17. Fortrinnsvis benyttes den andre viften 16 for å øke strømmen av tilført luft. Luften utendørs kommer da til å strømme inn til det ytre rommet 2 via åpningen 3. Avhengig av blant annet uteluftens temperatur T1, varmeopptaket samt aktuell solbestråling, kommer lufttemperaturen T2 inne i det ytre rommet 2 nå til å stige, holdes konstant eller synke ytterligere. For å finne en stabil driftssituasjon i dette tilfellet, kan en eksempelvis regulere ventilen 17 samt åpningsgraden til anordningen 14 for solavskjerming, og/eller den andre viftens 16 effekt. Om temperaturen T2 i det ytre rommet 2 fortsetter å stige, kan det for å senke T2, være nødvendig helt å stenge ventilen 17 og anordningen 14 for solavskjerming.

I en annen variant av oppfinnelsen kan varmepumpesystemet 19 utstyres med en ytterligere kanal (ikke vist), konfigurert for å lede luft som settes i kontakt med varmepumpen 5 direkte til forbindelseskanalen 15. Som nevnt ovenfor er denne luften normalt kaldere enn temperaturen T2. Luftstrømmen gjennom ovennevnte ytterligere kanal er på hensiktsmessigmåte avfuktet før denne kommer inn i bygningen 4. Også for denne varianten er det hensiktsmessig å bestemme temperaturen T4 i den (kaldere) luftstrømmen. Når den forlater varmepumpen 5, for eksempel i en posisjon langt oppstrøms i luftkanalen 7, for derved å kunne avgjøre hvordan systemet 10 skal styres. Med denne varianten av oppfinnelsen kan en raskere få fram en luftstrøm med tilstrekkelig lav temperatur for å kjøle bygningen 4. Eksempelvis kan denne ytterligere kanal utgjøres av en forgrening av den første utløpskanalen 7a, hvorved et ytterligere spjeld (ikke vist) hensiktsmessig anordnes for fordeling av luftstrømmen mellom den første utløpskanalen 7a og nevnte ytterligere kanal.

I et eksempel på denne andre driftssituasjonen er utendørstemperaturen T1 = 25°C, temperaturen T2 = 25°C i det ytre rommet 2 og inneluftens temperatur T3 = 24°C i den innledende fasen. Den ønskede innetemperaturen, det vil si den ønskede verdien på T3, er 21 °C. Ifølge det som er beskrevet ovenfor, kommer T2 suksessivt å synke når varmepumpen 10 arbeider. Straks T2 er sunket til for eksempel 23°C, er det mulig å lede luft inn i bygningen 4 via forbindelseskanalen 15. Dette kan fortsette så lenge T2 er lavere enn T3, og T3 er høyere enn 21°C. Alternativt kan en vente med å lede luft til bygningen via forbindelseskanalen 15 til T2 er blitt for eksempel 20°C.

Det ytre rommet 2 kan utformes på mange ulike måter. Størstedelen, eller i det minste en stor del av dens vegger og/eller tak, er fortrinnsvis laget av glass eller et annet materiale som er gjennomskinnbart for solbestråling. Med begrepet "gjennomskinnbart" menes i denne sammenheng at materialet er tilstrekkelig gjennomskinnbart for en stor del av solbestrålingens bølgelengdespekter, slik at luft eller annet materiale innenfor det gjennomskinnbare materialet skal kunne varmes opp. Konvensjonelt vindusglass er for eksempel velegnet for dette formålet. Også plastmateriale fungerer bra, forutsatt at materialet er tilstrekkelig bestandig. Fortrinnsvis anvendes såkalt energispareglass som i høyere grad enn konvensjonelt vindusglass reflekterer langbølget varmestråling tilbake til det ytre rommet 2 og slipper gjennom den mer kortbølgete solvarmeenergien. De gjennomskinnbare delene bør være rettet i en hensiktsmessig vinkel mot himmelen, slik at en effektiv innstråling av solenergi oppnås. På den nordlige halvkule bør dessuten de gjennomskinnelige delene ha en hovedretning mot sør. Foruten hva som er nevnt ovenfor, kan det ytre rommet 2 utgjøres av (deler av) en hel, innglasset fasade. Eksempelvis kan en større kontorbygning utstyres med et flertall ytre rom 2, anordnet innenfor en helt innglasset sydlig fasade. Om først og fremst kjølingssituasjonen (driftssituasjon B) er av interesse, er det normalt tilstrekkelig at de gjennomskinnbare delene er vertikalt orientert. Videre kan det ytre rommet 2 inneholde innretninger for å øke absorpsjonen av solbestrålingen, slik som svartmalte flater og varmeakkumulerende materiale 18, så som for eksempel stein og betong. Det ytre rommet 2 kan også inneholde innretninger som for eksempel vifter og ledeplater for å sirkulere og lede luft innvendig i det ytre rommet 2. Slike innretninger gjør det mulig å oppnå en jevn temperaturdistribusjon inne i det ytre rommet 2. Som tidligere nevnt er systemet 10 innrettet på en slik måte at i den hensikt å holde temperaturen T2 så høy som mulig, kan luft som er kommet i kontakt varmepumpen 3, be ført direkte ut via den andre utløpskanalen 7b for å forhindre at den blandes med den øvrige, normalt noe varmere luften i det ytre rommet 2. Videre kan en i den hensikt å holde temperaturen T2 så lav som mulig, velge å utforme systemet 10 slik at en kan lede ut den luft som er øverst opp i det ytre rommet 2, hvilken luft i normaltilfellet er den varmeste. Videre kan det ytre rommet 2 inneholde avfuktere, luftfiltre, med mer, for behandling av luften. Det ytre rommet 2 er fortrinnsvis også slik anordnet at det har god varmeisolasjon, slik at temperaturen T2 i det ytre rom 2 i så grad som mulig, bestemmes av innstrålet solenergi, luftutskifting (via kanaler 7b,15 og åpning 3), samt uttatt varme av varmepumpen 5. På en slik måte utnyttes energien bedre og dessuten medfører dette at varmesystemet 10 kan styres på en bedre måte. Det ytre rommet 2 er i første hånd anordnet for å fungere som et rom for lufttemperering, det vil si at det ikke er anordnet for å fungere som et rom i en bygning utformet for langvarig anvendelse av mennesker.

Hvilket volum det ytre rommet 2 hensiktsmessig bør ha, avhenger av flere faktorer, som blant annet utforming av det ytre rommet 2, varmepumpens 5 effekt, hvilken klimasone bygningen befinner seg i og bygningens 4 varme-/kjølebehov. For en villa med normal størrelse, beliggende i Sverige, og med en konvensjonell utelufts varmepumpe, fungerer det bra med et ordinært veksthus, det vil si om lag 30 m<3>. Men også større eller mindre volumer er tenkbart.

Varmepumpesystemet 10 ifølge oppfinnelsen fungerer utmerket med en utelufts varmepumpe av konvensjonell type hva gjelder for eksempel effekt og hensiktsmessig temperaturintervall. Slike varmepumper er dessuten vanligvis utstyrt med en innebygd vifte, hvilken vifte kan fungere som de i figur 1 angitte første vifte 6.

For å regulere varmepumpesystemet 10 ifølge oppfinnelsen, kan et flertall parametere være av interesse, avhengig av hvor avansert reguleringssystem en vil ha: utendørs temperatur T1, lufttemperatur inne i det ytre rommet T2, lufttemperatur i bygningen T3, temperatur på den luft som kommer i kontakt med varmepumpen T4, varmepumpens effektuttak, intensiteten på solbestrålingen 12, åpningsstillingen på spjeld/ventiler 6,16, samt effektbehovet for vannstrømmen 20. Lufttrykket utendørs, i det ytre rommet 2 samt i bygningen 4 kan benyttes for regulering, særlig om åpningen 3 utstyres med en styrbar ventil. Systemet 10 er fortrinnsvis utstyrt med et antall temperatur-, strålings- og stillingssensorer, o.s.v. for å kunne bestemme ønskede parametere, og videre også være utstyrt med manøvreringsorgan for å forandre innstillinger. Naturligvis er det mulig for en fagmann på området, med den informasjon som er gitt i denne tekst, å automatisere reguleringen av varmepumpesystemet 10 på lignende måter som for konvensjonelle oppvarmings- eller ventilasjonssystem. Fortrinnsvis integreres reguleringen av varmepumpesystemet 10 med andre/eksisterende ventilasjons- og varmesystemer i bygningen 4.

Systemet gir videre mulighet for å lede luft fra bygningen 4 til det ytre rommet 2 gjennom forbindelseskanalen 15, eksempelvis ved å kjøre den andre viften 16 baklengs (hvilken vifte 16 da får en funksjon som avtrekksvifte i stedet for en tilførselsvifte). Dette kan for eksempel være hensiktsmessig om formålet er å ta vare på varmen i bygningens 4 luft.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de utførelsesformer som er beskrevet ovenfor, men kan modifiseres innen rammen av de etterfølgende patentkrav. Eksempelvis kan minst visse av oppfinnelsens fordeler utnyttes også om den luft som kommer i kontakt med varmepumpen 5 ikke kan ledes direkte ut, hvilket i det beskrevne eksempelet ifølge figur 1 oppnås ved hjelp av den første viften 6 og luftkanalen 7 til sammen med dennes andre utløpskanalen 7b. Grunnen er å ha en god regulering av luftutskiftingen i det ytre rommet 2. I stedet for luftekanalen 7 og dennes utløp 7a,7b, kan for eksempel en regulerbar ytterligere vifte plasseres i en ytterligere åpning, for på en slik måte å tillate regulerbart luftutskifting i det ytre rommet 2. I en slik variant blandes således den luft som kommer i kontakt med varmepumpen 5 med den øvrige luften i det ytre rommet 2. En vesentlig fordel med oppfinnelsen slik den er beskrevet i tilknytning til figur 1, er som nevnt ovenfor at den tillater en mer effektiv temperaturregulering gjennom muligheten for å lede den kaldere luft som kommer i kontakt med varmepumpen 5 direkte ut, eller direkte til forbindelseskanalen 15, uten å først blandes.

Vifter, spjeld, ventiler, kanaler og åpninger kan selvfølgelig være anordnet på andre måter enn den som skjematisk er vist i figur 1. Spjeldet 9 kan eksempelvis erstattes med en ventil i hver utløpskanal 7a,7b. Kanalene 7,7a,7b kan også være plassert på utsiden av det ytre rommet 2; en viktig avveining er selvfølgelig hvor disse innløp og utløp er plassert. Åpningen 3 kan selvfølgelig ha alternative plasseringer. Størrelsen på åpningen 3 er ikke kritisk, selv om denne må være tilstrekkelig stor til ikke å hindre luft i å strømme inn, eller ut fra det ytre rommet 2, når dette er ønskelig, og tilstrekkelig liten til å minimere uønsket strøm av luft. Naturligvis kan flere åpninger anvendes. Likeledes kan åpningen 3 utstyres med en ventil og en vifte, om dette skulle være ønskelig.

Bygningen kan være en bygning for boligformål eller en kontorbygning, eller noen annen form for lokaler. Videre er det ikke nødvendig at strømmen 20 består av vann; det kan være et annet medium som tar opp varmeenergien fra varmepumpen 5. Naturligvis er det heller ikke nødvendig at all varmeenergi tas opp av bygningen; eksempelvis kan en eller flere omkringliggende bygninger eller anlegg, så som svømmebasseng, oppvarmede fortau eller veier, jordbruksanlegg eller industriprosesser anvende denne varmeenergi. Således er det ikke nødvendig at varmepumpesystemet 10 er anordnet i tilslutning til en bygning; eksempelvis kan systemet 10 med tilhørende eksternt rom 2 utgjøre en separat enhet anordnet i tilslutning til for eksempel et svømmebasseng. For å utnytte den fordelaktige kjølefunksjonen via forbindelseskanalen 15 er det likevel ekstra fordelaktig at systemet 10 er anordnet i tilslutning til en bygning som i det minste tidvis har et kjølebehov.

Hva angår anordningen 14 for solavskjerming, kan denne som alternativ til persienner, eksempelvis utgjøres av duker som dras fram og tilbake, eller ned og opp. Videre er det ikke nødvendig å plassere anordningen 14 for solavskjerming i det ytre rommet 2; fra avskjermingssynspunkt kan det være en fordel å plassere denne utvendig, eksempelvis i form av en markiselignende anordning. På den andre siden er en utvendig plassert anordning 14 for solavskjerming mer utsatt for vær og vind, hvilket kan påvirke dennes funksjon. Fortrinnsvis er anordningen 14 for solavskjerming motordrevet for å forenkle automatisk regulering.

Claims (14)

1. Varmepumpesystem (10) omfattende: - en varmepumpe (5) arrangert for å tillate opptak av varmeenergi fra utendørs luft og avgi varmeenergi til et annet medium (20), samt - et ytre rom (2) utformet slik at oppvarming av uteluften tillates ved bruk av solbestråling (12), - systemet (10) er arrangert for å lede utendørs luft til varmepumpen (5) via det ytre rommet (2), hvorved varmepumpesystemet (10) omfatter innretninger (3, 6, 7, 7a, 7b, 9) for strømningsregulering av utendørsluften til det ytre rommet (2), karakterisert vedat systemet (10) omfatter videre en første temperatursensor for å bestemme en utendørs lufttemperatur (T1) og en andre temperatursensor for å bestemme en temperatur (T4) i en luftstrøm som er kommet i kontakt med varmepumpen (5), - hvorved innretningene (3, 6, 7, 7a, 7b, 9) for strømningsregulering er arrangert for å lede luften som har kommet i kontakt med varmepumpen (5) og for å tillate fordeling av nevnte luftstrøm mellom et første utløp (7a), anordnet inne i det ytre rommet (2), og et andre utløp (7b), anordnet utenfor det ytre rommet (2), - hvorved varmepumpesystemet (10) er arrangert for å kunne lede luftstrømmen til det andre utløpet (7b) dersom temperaturen (T4) i luftstrømmen som har vært i kontakt med varmepumpen (5) er lavere enn temperaturen (T1) i utendørsluften.

2. Varmepumpesystem (10) ifølge krav 1, der systemet (10) omfatter en første vifte (6) anordnet for å skape en tilstrømning av utendørsluft til det ytre rommet (2).

3. Varmepumpesystem (10) ifølge krav 2, der den første viften (6) er anordnet for å skape en utstrømning av luft fra det ytre rommet (2), samt at systemet (10) omfatter innløp (3) som tillater tilstrømning av utendørsluft til det ytre rommet (2).

4. Varmepumpesystem (10) ifølge krav 2 eller 3, der den første viften (6) utgjør en integrert del av varmepumpen (5).

5. Varmepumpesystem (10) ifølge krav 1, der innretningene (6, 7, 7a, 7b, 9) for strømningsregulering omfatter en luftkanal (7) for føring av den luftstrøm som kommer i kontakt med varmepumpen (5), samt en ventilinnretning (9) innrettet for å tillate en regulerbar fordeling av nevnte luftstrøm mellom en første utløpskanal (7a) som munner ut i det ytre rommet (2), og en andre utløpskanal (7b) som munner ut utenfor det ytre rommet (2).

6. Varmepumpesystem (10) ifølge krav 3 og 5, der den første viften (6) er plassert i tilslutning til luftkanalen (7).

7. Varmepumpesystem (10) ifølge et av kravene 1-6, der varmepumpesystemet (10) omfatter en bygning (4) anordnet i tilslutning til systemet (10), hvorved varmepumpesystemet (10) omfatter en forbindelseskanal (15) anordnet for å lede luft mellom det ytre rommet (2) og bygningen (4).

8. Varmepumpesystem (10) ifølge krav 7, der varmepumpesystemet (10) omfatter innretninger (16, 17) for å regulere luftstrømmen gjennom forbindelseskanalen (15).

9. Varmepumpesystem (10) ifølge krav 7 eller 8, omfattende en tredje temperatursensor for å bestemme en lufttemperatur (T2) på innsiden av det ytre rommet (2) og en fjerde temperatursensor for å bestemme en lufttemperatur (T3) på innsiden av bygningen (4).

10. Varmepumpesystem (10) ifølge et av kravene 1-9, der det ytre rommet (2) har vegger og/eller et tak (13) som i det minste delvis er består av et materiale som er gjennomskinnelig for solbestråling.

11. Varmepumpesystem (10) ifølge et av kravene 1-10, der varmepumpesystemet (10) omfatter en regulerbar anordning (14) for solavskjerming, konfigurert for å kunne skjerme for solbestråling (12) og dermed begrense oppvarmingen av uteluften i det ytre rommet (2).

12. Varmepumpesystem (10) ifølge et av kravene 1-11, der varmepumpen (5) er arrangert for direkte eller indirekte å avgi varmeenergi til et eller flere vannsystem (20) i en bygning (4), et anlegg eller en prosess.

13. Fremgangsmåte for drift av varmepumpesystem (10) ifølge krav 1, omfattende trinnene: - bestemme en utendørs lufttemperatur T1, - bestemme en temperatur T4 i en luftstrøm som har vært i kontakt med varmepumpen (5), og - avhengig av den bestemte temperaturen T1 og T4, fordele nevnte luftstrøm mellom et første utløp (7a), anordnet på innsiden av det ytre rommet (2), og et andre utløp (7b) anordnet på utsiden av det ytre rommet (2), omfattende trinnet: - lede luftstrømmen til det andre utløpet (7b) i tilfelle T4 er lavere enn T1.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvorved varmepumpesystemet (10) videre omfatter en bygning (4) anordnet i tilslutning til systemet (10), hvorved varmepumpesystemet (10) omfatter en forbindelseskanal anordnet for å lede luft mellom det ytre rommet (2) og bygningen (4), der fremgangsmåten omfatter trinnene: - bestemme en lufttemperatur T2 innvendig i det ytre rommet (2), - bestemme en lufttemperatur T3 innvendig i bygningen (4), og - avhengig av de bestemte temperaturene T2 og T3, lede luft mellom det ytre rommet (2) og bygningen (4), omfattende trinnet: - lede luft fra det ytre rommet (2) til bygningen (4) dersom det er et behov for oppvarming av luften innvendig i bygningen (4) og T2 er høyere enn T3, eller dersom det er et behov for kjøling av luften innvendig i bygningen (4) og T2 er lavere enn T3.