SE432661B - Rumsuppvermning med vermepump - Google Patents

Description

7907539-6 2 dessutom låg, särskilt låg på vintern, då stor pumphöjd brukar användas för att ge värmebäraren i radiatorer av konventionell typ en effektiv temperatur, exempelvis so-6o°c.

I den svenska patentskriften 127 298 beskrives ett sätt där en värmepump utnyttjas för uppvärmning av en bostadsenhet utan någon mellanliggande värmeväxling.

I det fallet är emellertid värmepumpens förångare an- bringad i ett utrymme, i vilket levande djur är inhysta.

Således utnyttjas för uppvärmning av bostadsenheten det värme, som djuren utstrålar. Detta system är enkelt och effektivt i det fall tillgång föreligger till ett utrymme, t ex ett djurstall, so inrymer ett visst antal djur. Emellertid har man, t ex i stadsbebyggelse, ej alltid tillgång till dylika djurstallar, som säker- ställer tillförsel av relativt stor mängd värmeenergi, utan den till värmepumpsystemets förångare tillförda, erforderliga energin måste hämtas från uteluften eller på annat vis tillföras förângaren.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en förenklad värmeanläggning med värmepump, ett system i huvudsak utan rörliga delar såsom pumpar, fläktar, ventiler etc och utan särskilda anordningar för värme- växling vare sig mellan värmekällor i husets omgivning och värmepumpens förångare eller mellan värmepumpens kondensorelement och husets rum, kort sagt en värme- anläggning som är enklare och mera ekonomisk att instal-» lera och använda. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att utnyttja den självventilation som finns i en lokals omgivning för att effektivt i systemets förångare upptaga värmet i omgivningen för att härigenom förbättra verkningsgraden med avseende på återvinning av värme i exempelvis frånluft och vindsluft. Ett tredje syfte med uppfinningen är att uppnå bättre ekonomi med avseende på värmebehovet för hela âret, vid såväl milt som kallt väder. Ett fjärde syfte med uppfinningen är att eliminera eller minska frost- och isbildning på systemets för- ångare och därav förorsakad nedsatt verkningsgrad utan må 7907539~6 3 en särskild avfrostningsanordning.

Nu har det i enlighet med föreliggande uppfinning oväntat visat sig att ovan uppräknade syften kan uppnås på ett mycket tillfredsställande sätt genom att modifiera grundidën enligt svenskt patent 127 298, som kännetecknas av ett enda kretslopp i hela värmepumpsystemet, så att det därigenom blir möjligt att tillgodogöra sig sådana mindre rika värmekällor i omgivningen såsom uteluft-, frånluft-, vindsluft-, mark- och solvärme. Vid mätningar av verkningsgrad och värmeekonomi hos olika kända och marknadsförde värmepumpsystem för villauppvärmning som referenser och hos systemet enligt föreliggande uppfin- ning har det visat sig, genomsnittligt, att systemet 'enligt uppfinningen ur effektivitetssynpunkt är jämför- bart med kända system samtidigt som det nya systemet är avsevärt billigare att anskaffa, installera och underhålla. I Det som särskilt kännetecknar värmeanläggningen enligt föreliggande uppfinning är att värmepumpens förångare är placerad utanför lokalen och är omsluten av ett vind- och regnskyddande hölje. Uteluft, ventila- tionsfrânluft och/eller på annat sätt värmd luft ström- mar in i detta hölje och passerar förångaren. Passagen förbi förângaren åstadkommas genom att den luft, som vid varje ögonblick omgiver förångaren direkt och utan något värmeöverförande medium avgiver sitt värme till förångaren, nedkyles och förflyttar sig nedåt och ut ur höljet. Värmepumpens kondensor består vidare av ett eller flera i rummen spridda kondensorelement, som står i direkt kontakt med luften i rummen utan något värmeöverförande medium.

Värmeanläggningens hölje utgöres i en föredragen utföringsform av uppfinningen av ett över lokalen anord- nat tak eller del därav. I en särskilt föredragen ut- föringsform utgöres lokalens tak av minst två mot varandra snedställda taksektioner, under vilka ett utrymme bildas, som via luftspalter står i förbindelse med uteluften, och denna utföringsform kännetecknas 79075 39-6 4 särskilt av att förångaren är belägen i det under taksektionerna bildade utrymmet. I en annan föredragen utföringsform är förångaren placerad på en av lokalens solbelysta väggar och under taksprånget, varvid väggen och taksprânget bildar det vind- och rengskyddande höljet. Företrädesvis är solljusreflektorer placerade på väggen bakom förångaren.

I en annan fördragen utföringsform av uppfinningen utgör förångaren och det förångaren omgivande höljet delar av en solenergikollektor, med eller utan ett genom- skinligt skydd, exempelvis en skiva av glas eller en transparent plast. Det av kollektorn upptagna solvärmet avgives till förångaren. Företrädesvis är solljusreflek- .torer på lämpligt sätt placerade på taket eller väggen intill kollektorn.

En väsentlig fördel med värmeanläggningen enligt föreliggande uppfinning är att den s k pumphöjden kan hållas låg, säg under 50°C, närmast tack vare en stor utbredning av ytan hos framför allt kondensorelementen men även förângaren.

- I en särskilt föredragen utföringsform av uppfin- ningen är kondensorelementen anbringade vid lokalens innertak. Därigenom blir också tack vare kondensorele- mentens låga övertemperatur luftkonvektionen i rummen i det närmaste obefintlig och värmestrålningen dominerar helt över värmeledningen genom luftcirkulation, varvid rumstemperaturen kan hållas förhållandevis låg och likväl förbättras lokalens uppvärmningsekonomi med bibehållen god komfort.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig 1 schematiskt i en tvärsektionsvy genom ett småhus visar värmeanläggningen enligt uppfinningen. Fig 2 och 3 visar två vid värme- anläggningens värmepump företrädesvis utnyttjade ut- föranden av kondensorer samt fig 4 visar två lämpliga utföranden av det vind- och regnskyddande höljet samt fig 5 visar, hur överskottsvärme hos den gasformiga vätskebäraren kan utnyttjas för vattenuppvärmning. 7907539-6 I fig l visas värmeanläggningen enligt uppfinningen i en föredragen utföringsform anbringad i ett l l/2-plans småhus.

Värmeanläggningen innefattar en värmepump, som på konventionellt vis omfattar en förângare 1 för förång- ning av en värmebärare, vilken befordras i ett slutet kretslopp genom en rörslinga 5 medelst en däri inkopplad kompressor 4. I värmebärarens strömningsriktning är i slingan efter kompressorn inkopplad en kondensor 3 och ett stryporgan 2 i form av en tryckreduceringsventil.

I enlighet med uppfinningen är värmeanläggningens värmepump försedd med ett enda kretslopp 5 för systemets värmebärare. Förångaren 1 är inrättad att direkt upptaga värme i luft utanför det för uppvärmning avsedda utrym- met, medan kondensorn 3 är inrättad att direkt avge värme till det för uppvärmning avsedda utrymmet. Således före- ligger ej någon mellanliggande värmeväxling mellan ytterligare medier, vilket är fallet hos nu använda» värmepumpanläggningar.

I enlighet med uppfinningen utnyttjas värmepumpens kondensor som radiator. Värmepumpens kondensor är därför uppdelad i flera separata, serie- och eventuellt paral- lellkopplade kondensorelement da-3c, vilka är inrättade att direkt samverka med det för uppvärmning avsedda utrymmet.

Utnyttjandet av kondensorelementen 3a-3c som radia- torer innebär ytterligare en fördel. Kondenseringen i kondensorelementen sker vid en och samma temperatur, varför samtliga kondensorelement (radiatorer) kommer att uppvisa samma temperatur. Detta är till skillnad från förhållandet vid vanliga seriekopplade vatten- radiatorer, i vilka temperaturen sjunker, successivt från den första radiatorn till den sista.

Kondensorelementen är på lämpligt sätt fördelade i det utrymme eller de rum, som skall uppvärmas, och är enligt uppfinningen företrädesvis anbringade vid det för uppvärmning avsedda utrymmets innertak på kort avstånd från detta. I fig 2 och 3 visas lämpliga 7907539-6 6 utföringsformer av kondensorelement. Det framgår att tidigare kända utföringsformer av kondensorer (fig 2), vilka användes vid kylskåp och frysanläggningar, mycket väl lämpar sig för användning i detta sammanhang.

Emellertid föredrages utföringsformen enligt fig 3, vilken är mer estetiskt tilltalande och innefattar mellan två motstâende parallella fördelningsrör sig sträckande parallella rör, vilka är försedda med tvär- gående stavar på båda sidor för att öka den värmeavledan- de ytan. Även om utföringsformen enligt fig 3 föredrages kan kondensorelementen ha en mångfald olika utföranden under förutsättning av att kontaktytan med den omgivande luften är stor.

Genom att enligt uppfinningen kondensorelementen anbringas i anslutning till det för uppvärmning avsedda utrymets innertak erhålles den fördelen, att värme- energin överföres från kondensorn till ifrågavarande utrymme i huvudsak genom strålning, varigenom luft- konvektion i utrymmet reduceras.

Enligt uppfinningen är värmepumpens förângare l omsluten av ett hölje, vilket bildar ett tak över för- ångaren. Härigenom kommer en luftkudde att inneslutas under taket. Närvaron av höljet kommer också att för- 'hindra att 'vid väderieksförhålianden med vind tillförd värmeenergi vid avfrostning lätt bortföres.

Enligt den i fig l visade föredragna utföringsformen av uppfinningen anbringas förångaren l under småhusets yttertak l0 och här i kryputrymmet.

Den under taket bildade luftfickan uppvärmes av från bostadsenheten utstrålad och utläckande värmeenergi.

Vidare uppvärmes luftfickan indirekt av solinstrålning mot yttertaket 10.

Denna värmeenergi tas tillvara av förångaren l och avledes endast till en mindre del genom den erforder- liga egenventilation, som föreligger i anslutning till yttertaket 10, visad medelst pilar 8 och 9.

Egenventilationen under yttertaket utnyttjas i enlig- het med uppfinningen för att bringa uteluft i kontakt 7 med förângaren så att uteluftens värme skall kunna avges till förångaren. I den beskrivna utförings- formen av yttertaket 10 strömmar uteluften (pil 8) genom en tunn men i huvudsak sig över hela yttertaket sträckan- de spalt, vars övre begränsningsyta är yttertakets 10 undersida. När yttertaket värmes av solen, avges ytter- takets värme lätt till den förbipasserande uteluften 8.

Genom att luften av sig själv strömmar under taket och ventilerar det utrymme, i vilket förångaren är belägen, erfordras inte någon fläkt för att befordra uteluft till förångaren. Härigenom kan ytterligare energi inbesparas.

Det framgår att värmeanläggningen enligt uppfin- ningen endast har en enhet, som kräver tillförsel av energi, nämligen kompressorn 4, som medelst en ej visad styrenhet styres i beroende av det i huset erforderliga värmebehovet. ' I A För att utnyttja värmeenergin i frånluften från de uppvärmda rummen i lokalen får ventilationskanaler 6 och 7 från respektive rum mynna i det utrymme, där förângaren l är belägen. Värmeenergin i frânluften kommer således att upptas av förângaren.

Det inses att den ovan beskrivna placeringen av för- ångaren 1 över det för uppvärmning avsedda utrymmet torde vara den förmånligaste, varvid nämnda hölje, som bildar en luftfângande ficka över förångaren, utgöres av småhusets tak 10. Emellertid kan, särskilt i det fall det för uppvärmning avsedda utrymmet respektive huset har platt yttertak och således saknar kryputrymme under taket, förângaren vara anbringad på yttertakets utsida eller på väggens utsida, exempelvis under ett från dess vägg utskjutande takparti, taksprång, varvid företrädes- vis ett regn- och vindskyddande hölje åtminstone delvis omsluter förângaren. Det är därvid möjligt att direkt nyttiggöra solstrålningsenergi samtidigt som utelufts- värme och värmet hos andra medier (se ovan) kan till- varatagas. I Fig 4 visar ett hus med två solenergikollektorer 7907539-6 8 enligt uppfinningen, en kollektor på en solbelyst del av husets tak 15 och en på en av husets solbelysta väg- gar 25.

Uteluft strömmar in genom öppningen 13 hos solenergi- kollektorn på taket, avkyls, när den passerar förbi förângarens ll yta, blir tyngre och strömmar ut genom öppningen 14. Annan värmd luft, exempelvis frânluft och vindsluft, kan också, tack vare kylan kring förångaren och skorstenseffekt, bringas att passera förbi förånga- ren och avge värme till gasen i förångaren (ej visat).

Höljet kring förångaren omfattar eventuellt ett genom- skinligt skydd (ej visat) framför förångaren, exempelvis en skiva av glas eller transparent plast, så att sol- värme direkt kan upptagas av förångaren.

Uteluft strömmar också in,i solenergikollektorn på väggen 25, närmare bestämt in genom öppningen 23 hos ett hölje, som i detta fall består av takutsprânget 22 a och ett särskilt ljusgenomträngligt vind- och regnskydd 22 b, framför förångaren 21. Den av förångaren 21 kylda och därigenom tunga uteluften och eventuellt annan till kollektorn förd varm men där av förångaren likaledes kyld luft förflyttar sig nedåt och strömmar ut vid öppningen 24. I det fallet att vind- och regnskyddet 22 b saknas, blir strömmen av uteluft och annan värmd luft ned mot förångaren 2l och av avkyld luft ned från förångaren i huvudsak densamma. Solvärme upptages direkt av förångaren. Solstrålning som passerar förbi förånga- ren, kastas tillbaka mot förångaren av reflektorn 26, ,så att energin i mot väggen 25 infallande solsträlning i form av värme bättre kan tillvaratagas i värmeanlägg- ningen.

I den ovan beskrivna värmeanläggningen behöver värme- pumpens värmebärare pumpas endast till ungefär 25-30°C vid rätt dimensionering av anläggningen och dess konden- sorelement 3a-c, vilken_temperatur är avsevärt lägre än den av ungefär 600, till vilken pumpning måste ske vid konventionella värmepumpsystem, som utnyttjar värme- växling till vatten- eller luftburet värme. 7907539-6 '9 Värmeanläggningen enligt uppfinningen är inrättad att täcka det grundläggande värmebehovet i en lokal eller ett utrymme. För tillhandahållande av fakultativ tillsatsvärme är en mångfald olika anordningar tänkbara.

Tillsatsradiatorer bör monteras på stort avstånd från värmepumpens kondensorelement så att dessa ej påverkas av tillsatsradiatorerna. Värmepumpen i anläggningen en- ligt uppfinningen kan drivas med konstant pumphöjd oberoende av temperaturen hos den med förångaren sam- verkande uteluften. Härigenom komer värmepumpens värme- faktor att kunna hållas oförändrat hög, när uteluftens temperatur sjunker, även om värmepumpens kapacitet redu- ceras till följd av uteluftens lägre temperatur.

Vid värmepumpen i anläggningen enligt den före- dragna utföringsformen av uppfinningen, där det vind- och regnskyddande höljet är ett över lokalen anordnat tak, blir avfrostningen av förângaren, vilken lämpligen sker genom att kondensorn förbikopplas, mycket snabb.

Eftersom förångaren är åtminstone delvis omsluten och därvid försedd med ett överliggande hölje, stannar den värme som kontinuerligt tillföres detta hölje (kryp- utrymmet under taket) kvar och hjälper vid avrostning till att utifrån smälta isen på förângaren. Placeringen av förângaren medför även att isbildningen på förångaren kommer att fördröjas och reduceras i förhållande till det fallet att förângaren vore belägen i bottenvåningen hos det för uppvärmning avsedda småhuset respektive utrymmet, eller utanför detta.

Förângaren l är i fig l visad som en enhet på något avstånd från småhusets tak. Emellertid kan förângaren vara upphängd i takets takstolar och är också företrädes- vis uppdelad i minst två långsträckta enheter, vilka är monterade längs husets utsträckning.

I fig 5 visas en föredragen utföringsform av värme- anläggningen enligt uppfinningen med avseende på kom- pressorn 4 och dess ledning till kondensordelen 3, som tjänar som radiator. Kompressorn 4 placeras på en vattentank 16. Mellan kompressorn 4 och ledningen 5 l79o7ss9-6 till kondensordelen 3 kopplas en värmeväxlare 17 in.

Värmeväxlaren placeras i vattentankens 16 vattenmängd.

Den gas, som lämnar kompressorn 4 är alltid överhettad och det är av den anledningen inte lämpligt att leda in den direkt i kondensatorerna 3a och 3b. Gasen skall i kondensatorerna helst antaga sin kondensationstempera- tur. Då blir temperaturen jämn i kondensatorerna och värmestrålningen från desamma behagligare. Genom att leda den överhettade gasen från kompressorn 4 genom värmeväxlaren 17 uppnås två fördelar: Värmen i den över- hettade gasen kan utnyttjas till att värma vatten för husbehov och gasen blir avkyld till sin kondensations- temperatur eller i huvudsak till denna temperatur före sitt inträde i kondensordelen 3. Ett ljudproblem löses också genom att placera kompressor 4 på vattentanken 16.

Kompressorn ger gärna ifrån sig ett besvärande ljud.

När kompressorn placeras på vattentanken 161 minskar resonanseffekterna.

Claims (8)

7907539-6 \\ P A T E N T K R A V

1. Värmeanläggning med en värmepump för uppvärmning av rummen i en lokal, vilken värmepumps förångare (l) står i direkt för- bindelse med och kyler ned varm luft, som tack vare nedkylning- en och den därav förorsakade konvektionen bringas att strömma förbi förångaren, och vilken värmepumps kondensor (3) står i direkt förbindelse med den rumsluft , som skall uppvärmas, k ä n n e t e c k n a d av att den varma luften är uteluft, ventilationsfrånluft från lokalen och/eller av solen värmd luft, att värmepumpens förångare (1) är placerad utanför lo- kalen, att kondensorn är uppdelad i flera element (3a,3b), som är placerade vid rummens innertak och att värmepumpens pump- höjd är mindre än 50°C, företrädesvis 25-30°C, så att rummen i hög grad blir uppvärmda genom värmestrålning från kondensor- elementen och i huvudsak utan luftkonvektion i rummen.

2. Värmeanläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att förångaren är placerad under ett över lokalen anordnat tak (10) eller del därav.

3.Värmeanläggning enligt krav 2, varvid lokalens tak utgöres av minst två mot varandra snedställda taksektioner (10), under vilka bildas ett utrymme, som via luftspalter står i förbind- else med uteluften, k ä n n e t e c k n a d av att förångaren är belägen i det under taksektionerna bildade utrymmet.

4. Värmeanläggning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att uteluften före passagen av förångaren bringas att passera en eller flera tunna spalter (8) alldeles under yttertaket, så att i yttertaket ackumulerat solvärme kan avges till den pas- serande uteluften och nyttiggöras i anläggningen.

5. Värmeanläggning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att förångaren (21) är placerad på en av lokalens solbelysta väggar (25) och under taksprånget (22a), företrädesvis med en eller flera solljusreflektorer (26) placerade på väggen bakom förångaren. 7907539-6 Iz

6. Värmeanläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v att förångaren (ll) utgör en integrerad del av en solenergi- kollektor, med eller utan ett genomskinligt skydd (12), exem- pelvis en skiva av glas eller transparent plast, varvid förång- aren upptager såväl solvärme som uteluftsvärme etc,

7. Värmeanläggning enligt något av kraven l-6, varvid komplet- terande värmeavgivande element är anordnade i rummen i lokalen, k ä n n e t e c k n a d a v att kondensorelementen är beläg- na pâ förhållandevis stort avstånd från de kompletterande värme- avgivande elementen.

8. Värmeanläggning enligt något av kraven l-7, k ä n n e t e c- k n a d a v en Varmvattenberedare (16) med en i dess vatten placerad värmeväxlare (l7) samt en ledning (5) från kompressorn (4) till värmeväxlaren och en ledning (5) från värmeväxlaren till kondensorelementen (3b,3a), varvid temperaturen hos vär- mebärargas, som strömmar från kompressorn genom värmeväxlaren till kondensorelementen och i värmeväxlaren avger en del av sitt värme till vattnet, tillåts sjunka till en temperatur, som är något högre än gasens kondensationstemperatur.