SE436518B - Vermeanleggning med panna och vermepump - Google Patents

Description

3201283-2 ' vattengenomflödet, som därtill tjänar för kylning av värme- växlaren i kondensatorn, är för litet, uppstår vid varje inkoppling av värmepumpen en väsentlig temperaturstegring i kondensatorn. Härpå slår försenat till en på vanligt sätt i matningsledningen anordnad matningstemperaturavkännare, .så att den vanligen förevarande säkerhetsavstängaren hos värmepumpen på grund av ett för högt värde hos tryck och temperatur i kondensatorn slås till och avstänger denna (härmed avses värmepumpens högtryckssida). Följden blir att värmepumpen ofta manuellt måste återinkopplas, emedan säker- hetsomkopplaren har slagits av. För att eliminera detta och uppnå, att regleringsanordningen automatiskt motsvarande snabbt ingriper och förhindrar en hög uppvärmning, innan säkerhetsomkopplaren slås till, är i regel ytterligare en returtemperaturavkännare anordnad omedelbart efter konden- satorn.

I avsikt att åstadkomma lång livslängd för kompres- sorn och små förluster så skall kompressorn vara i drift om möjligt kontinuerligt och möjligast sällan återstartas.

Antalet starter skall i regel inte om möjligt överskrida sex stycken per timme. För att uppnå detta är det känt, att en tidsgivare i regleringsanordningen sörjer för att värme- pumpens kompressor per tidsenhet inte startar oftare än vad som är tillåtet. Om exempelvis ett kompressorsteg varit i drift under längre tid och slutligen börvärdet för önskad rumstemperatur uppnåtts, så att den urkopplas, förhindras dess ytterligare start så länge, till dess en viss stille- ståndstid (t.ex. 10 minuter) förlupit, även om det verkliga värmebehovet skulle kräva kortare stilleståndstid och t.ex. 1-2 minuter. När återinkoppling av ett kompressnrstng vid stigande värmebehov förhindras, kan därunder temperaturen sjunka så starkt, att regleranordningen slutligen efter ut- lopp av Viss Stillestånåstid inkopplar två Pfimnrosnnwsteq, även om i och för sig enbart ett kompreseorstnu skulle vara tillräckligt. På grund av den numera för höga effekten hos värmepumpen kan pendlingar med upprepade in- och urkopp- lingar av andra kompressorsteget uppträda så länge som värme- behovet ändrar sig. Även om pendlingar ej skulle uppträda, 8201283-2 3 så skulle en kontinuerlig drift med möjligaste högsta effekt hos värmepumpen ej vara möjlig, dvs. lång drifts- tid och kort stilleståndstid (kortare än 10 minuter).

I stället för medel såsom tidsstyrning är det också känt, att göra värmepumpen så långsammare eller olämpligare att vattengenomströmningen genom kondensatorn väljes möj- ligast stor. Vid värmeanläggningar med vatten såsom värme- bärare uppnås detta genom en förbilednings-övertrycksventil parallell med radiatorerna. Denna ventil öppnar, när ett förinställt tryck i matningsledningen överskrides. När vär- mebehovet sjunker, stänges temperaturreglerventilerna på radiatorerna och denna strypning kompenseras delvis medelst förbikopplingsventilen.

Denna utformning möjliggör visserligen en långt- gående stabil effektreglering. Den förhindrar dock en drift av kondensatorn med möjligaste kalla kylvatten. I praktiken tillföres dock kondensatorn varmt matarvatten. Även om mat- ningstemperaturen regleras i beroende av yttertemperatur och innertemperatur, så är den ändå vanligen för hög, eme~ dan en noga inställning av regulatorn i praktiken stöter på svårigheter. Följden är att värmepumpen måste urkopplas, då den på grund av sin maximala driftstemperatur (omkring 5s°c) på högtryckssidan inte är i stånd att höja tempera- turen i kondensatorn (i returledningen ). Ändamålet med föreliggande uppfinning är att anvisa en värmeanläggning av inledningsvis nämnt slag, som säker~ ställer ett bättre utnyttjande och längre livslängd för värmepumpen vid lägre kostnader.

Enligt uppfinningstanken löses detta ändamål däri- genom, att den enbart genom yttertemperatutnvkännnren och returtemperaturavkännaren påverkade regulatorn uppvisar en komparatorn efterkopplad integrator, att mellan temperatur- börvärdestransformatorn och komparatorn vn hflwrünsnrn 1íq~ ger, vilken begränsar temperaturbörvärdewninna1~u lill kompressorns övre driftsgränsvärde, att rogulnroyns utgångs- signal tillföras kompressionsstegen och den värmepannan tillordnade belastningsvärdesdriftsomkopplaren med olika funktionsbelastningsvärden, varvid driftsomställaren för 1Ö a2o12s3-2 värmepannan uppvisar det högsta funktionsbelastningsvärdet och att returledningen kan tillföras matningsvatten enbart via radiatorn eller radiatorerna.

Härigenom bortfaller inte bara en temperaturkännare i matningsledningen utan också en ventil parallellt med radiatorerna. Därtill föreligger på grund av användandet av integratorn ett högt förhållande mellan inkopplingsti- den och urkopplingstiden för värmepumpen och därmed säkerstäl- les ett lågt antal starter per tidsenhet med motsvarande högre livslängd och mindre startenergiförluster. Värmepan- nan inkopplas enbart, om kompressorn respektive värme- pumpen måste överskrida övre driftsgränsvärdet dvs. den maximalt avgivbara effekten. Begränsaren sörjer för, att värmepumpen i förekommande fall ständigt drives vidare med övre driftsgränsvärdet. I enlighet med yttertempera- turen inkopplas enbart så många kompressorsteg, som det för upprätthållande av önskad rumstemperatur är nödvändigt.

I förekommande fall urkopplas värmepannan och enbart värme- pumpen hålles i drift. Värmepumpen övertager därigenom ett högt antal av de totalt på förbrukarsidan för täckning av- sedda värmebehoven, utan att alltför ofta in- och urkopplas Företrädesvis sörjes för, att mellan den från tempe- raturbörvärdestransformatorn till begränsaren ledande för- bindningen och helastningsvärdesdriftomkopplaren för värmef pannan det ligger i serie ett belastningsvärdesteg och en inkopplare, varvid belastningsvärdessteget enbart alstrar en till värmepannan inkopplande utgångssignal, när utgångs- signalen hos temperaturbörvärdestransformatorn motsvarar minst driftsgränsvärdet för kompressorn. När härvid inkopp- laren är öppnad och den av yttertemperaturen hcxoende tem- peraturbörvärdessignalen överskrider belastnjngsvärdet hos belastningsvärdessteget, förblir värmepannan ständigt in- kopplad och värmepumpen täcker övriga värmehnhovet.

Belastningsvärdessteget kan uppvisa vn hywlnrusín, för att förhindra, att redan liten svängning hus yttertem- peraturen kring kompressorns driftsgränsvärde leder till en talrik in- och urkoppling av värmepannan, när inkoppla- ren är öppnad. a2o12az-2 Vidare är det lämpligt om temperaturen hos värme- pannan inställes under en viss yttertemperatur på ett så högt fast värde, att matningstemperaturen ligger högre än vad som är erforderligt för den för upprätthållandet av den maximalt önskade temperaturen hos respektive utrymmen som uppvärmes av anläggningen. Detta leder till att vid inkoppling av värmepannan under denna bestämda yttertempe- ratur det behövs en starkare strypning hos temperaturieg- lerventilerna på radiatorerna och därmed ett mindre genom- flöde genom radiatorerna, så att värmevattnet mer kyles i radiatorerna och därmed kondensatorn kan tillföras kallare vatten. Detta leder till en ökad stegring av värmepumpens andel av det värmebehov som skall täckas.

Uppfinningen och dess utformning kommer i det efter- följande att beskrivas med hänvisning till schematiska rit- ningar visande en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Figur 1 visar därvid i blockdiagram en värmeanläggning.

Figur 2 visar i blockdiagram utförligare regleranordninqen i värmeanläggningen. Figur 3 är ett kurvdiagram som visar beroendet mellan kompressorinkopplingsfrekvenson per timme och värmebehovet i uppvärmda rum. Figur 4 är ett kurvdia- gram som visar beroendet mellan matnings- och returtempe- raturen i värmeanläggningen och yttertemperaturen.

Uppvärmningsanläggningen enligt figur 1 består av en värmepanna 11 som uppvärmes med olja, men andra bränslen kan också komma ifråga, såsom t.ex. gas, eller så kan elek- trisk uppvärmning användas. Från värmepnnnan 11 leder en matarledning 12 till flera parallellt liqïande radiatorer 13 med förkopplad temperaturreglerventil 14. från radia- torerna 13 leder en returledning 15 till värm~pannnn 11 och via en blandningsventil 16 till matningslodninqen 12.

I matningsledningen 12 ligger en vattenoirkulutinnspump 17 och i returledningen 15 finnes en värwfpnmwf kondensa- tor 18, vilken värmepump vidare omínllnf ~n I~\finww1~ 10 och en trestegs kompressor 20 i ett kretslopp. nn retur- temperaturavkännare 21 mäter returtemperaturen omedelbart bakom kondensatorn 18. Returtemperaturavkännaren 21 och en utomhustemperaturavkännare 22 styr båda en elektrisk 820-1283-2 ' regleranordning 23, som i beroende av returtemperaturen bakom kondensatorn och yttertemperaturen inkopplar ett eller flera steg av kompressorn 20 och värmepannan 11.

Därvid kommer med tilltagande skillnad mellan denna retur- temperatur och yttertemperaturen över en ledning 24 det första steget, över en ledning 25 det andra steget, över en ledning 26 det tredje steget och över en ledning 27 värmepannan 11 att inkopplas. Kondensatorn 18 innehåller en i returvattenströmmen liggande värmeväxlare, t.ex. en rörslang, som tilledes det av förångaren 19 förångade och av kompressorn 20 komprimerade och därigenom uppvärmda kylmedlet. Det kondensatorn 18 från radiatorerna 13 till- förda kalla returvattnet uttager värme ur det komprimerade kylmedlet via kondensatorns 18 värmeväxlare, så att retur- vattnet blir uppvärmt och kylmedlet avkylt och samtidigt göres det senare flytande. Förångaren 19 ligger i marken eller i ytterluften och uttager värme ur omgivningen, vilken värme förångar det kalla och flytandegjorda kyl- medlet, så att det ånyo komprimeras av kompressorn 20 och kan tillföras förångaren 18. Den av elementen 18, 19 och bestående värmepumpen hålles så länge i drift medelst regleranordningen 23, till dess returvattnet i returled- ningen 15 bakom kondensatorn 18 uppnått den önskade tempe- raturen relativt.yttertemperaturen. Skulle knmpressorns effekt (vid mycket låg yttertemperatur) inte vara till- räcklig, för att uppnå erforderlig returtemperatur, så inkopplar regleranordningen 23 därtill värmepannan 11.

Enligt figuren 2 innehåller regleranordningen 23 en regulator 28 med en komparator 29 och en flfkflxhupplad integrator 30. Komparatorns 29 ena ingånu (') tillföres returtemperaturkännarens 21 utgångssigna] (x) såsom nn-vär- de för den reglerade temperaturen och kompnvnlwrns 20 andra ingång (-) tillföres en av den yfL~=t~wp=fn|ur~n TA bildade utgångssignalen hos ytterteuq@'wLu1vvhännaren 22 avledd signal W såsom börvärde för returtempernturen TRH bakom kondensatorn. För att bilda börvärdessignalen w, ligger mellan yttertemperaturkännaren 22 och komparatorns 29 andra ingång (-) en temperaturbörvärdestransformator 31 "10 8201283 ~ 2 med efterkopplad begränsare 32. Temperaturbörvärdestrans~ formatorn 31 tillordnar varje yttertemperatur TA en sådan returtemperatur TRH, att returtemperaturen TRH tilltar med fallande yttertemperatur TA och omvänt. Därvid kan stigningen för transformatorns 31 överföringskrakteristika inställas på olika värden, för att anpassa transformatorn 31 till värmeanläggningens utläggning. Begränsaren 31 förhindrar, att returtemperaturbörvärdet w överskrider ett övre gräns- värde. Detta gränsvärde motsvarar kompressorns 20 övre _ driftsgräns, dvs. den med hjälp av kompressorn 20 respek- tive värmepumpen maximalt uppnåbara temperaturen, vanligen 55°C, utan att värmepumpen respektive kompressorn 20 över- lastas. Den regleringsstorheten y bildande, genom integra- tion av regleringsavvikelsen xw bildade utgângssignalen hos regulatorn 28 respektive integratorn 30 tillföres sam~ tidigt direkt tre belastningsvärdesdriftsomkopplare 33, 34 och 35 jämte en fjärde belastningsvärdesdriftsomkopplare 36 via en analog ELLER-logikkrets 37. Belastningsvärdes- driftsomkopplarna 33 - 35 är var och en tillordnad kompres- sionsstegen I, II och III och belastningsvärdesdriftsom- kopplaren 36 är tillordnad värmepannan 11 som fungerar som tillsatsvärmesteget IV.

Mellan den temperaturbörvärdesomvandlaren 31 med begränsaren 32 förbindande ledningen och den andra ingången hos ELLER-logikkretsen 37 ligger sedan ett holastningsvär- dessteg 38 och en strömställare 30 i serie. Belastningsvär- dessteget 38 alstrar bara sedan en utgångssignal, om den denna från temperaturbörvärdesomvandlaren 31 tillförda returtemperaturbörvärdessignalen uppvisar ett GWHC ñver~ skridande värde, dvs. kompressorns driftsuräns. Hfln har företrädesvis en liten hysteresis För aLL ej L reulerför- loppet påverkas av små svängningar hon vfrnrknmporafuren.

Strömställaren 39 fungerar såsom driftwva1n~w'~vp1~r~, som för hand eller automatiskt-kan manövrera» v~h ~m HnM~» kallare årstider, åtminstone under vintern, kan stängas.

Regulatorn 28 är så utformad, att den tillsammans med en typisk värmepump ger en inkopplingsfrekvens av vär- mepumpen, som aldrig överstiger sex inkopplingar per timme. 8201 283 - 2 8 Vidare är den så utformad, att ävenledes inga pendlingar uppträder vid ett värmebehov nära gränsen mellan effekten n kompressionssteg och n+1 kompressionssteg. Vid den vi- sade utföringsformen har antalet kompressionsinkopplingar per timme i beroende av belastningen respektive värmebe- _hovet det förlopp som visas i figur 3.

I det följande kommer värmeanläggningens funktion att närmare beskrivas under hänvisning till figur 4.

Vid en yttertemperatur TA (fig. 4), som är högre än ungefär -7°C, skall inkopplaren 39 vara spärrad (ström- ställaren 39 öppnad, såsom visas), så att grinden 39 ej genomsläpper någon signal från belastningsvärdesteget 38 över ELLER-logikkretsen 37 till belastningsvärdesstegs- omkopplaren 36. I detta driftssätt manövreras kompressorn och värmepannan 11 således enbart medelst regulatorn 28.

I detta driftsområde av T > -7°c (i fig. 4 till höger om den streckade visade vertikala linjen) skall den för upp- rätthållande av den önskade rumstemperaturen erforderliga matningstemperaturen TVL återgivas medelst linjen 1 (in- ställd i transformatorn 31). Denna matningstemperatur är lägre än den medelst den streckpunkterade linjen 2 visade kompressordriftsgränsen om 55°C, så att denna matningstem- peratur vid tillräcklig effekt hos värmepumpen enbart genom denna kan uppnås, utan att värmepannan 11 därtill måste inkopplas. Den efter kondensatorn 18 uppmätta retur- temperaturen TRH kan således vara lika med matningstempe- raturen TVL (i matningsledningen 12 efter blandningsven- tilen 16), och regleranordningen 23 sörjer för, att i normalfallet enbart värmepumpen befinner sig i drift och ger totalt erforderliga värmeeffekten. Enbart för det fall, att yttertemperaturen så starkt avtar, att en motsvarande stor regleringsavvikelse xå uppträder, för vars reglering vid en så låg avpassad värmeeffekt för vñrmwpump^n d~nnn_ ej ensam är tillräcklig, för att själv upprñithälla en mat- ningstemperatur om 55°C, alstrar integratorn 30 en så hög ställsignal y, att även värmepannan 11 inkopplas. Den fram- för kompressorn 18 gemensamma returtemperaturen TRV, som vid inkopplad värmepanna 11 representeras medelst kurvan 3 )a2o12e3-2 i figuren 4, ligger mycket långt under matningstemperatu- ren respektive den efter kompressorn 18 uppmätta retur- temperaturen TRH (linjen 1 i fig. 4), i motsats till re- turtemperaturen TRV utan värmepanna 11 (kurva 4 i fig. 4) så att kondensatorn 18 påverkas av förhållandevis kallt returvatten, som kan upptaga en hög värmemängd, vilket motsvarar det vertikala avståndet mellan kurvorna 1 och 3 i figur 4. Vid en känd värmeanläggning, vid vilken, i mot- sats till värmeanläggningen enligt uppfinningen, parallellt med radiatorerna 13 och deras temperaturregleringsventiler 14 en i figur 1 streckat visad förbikopplings-övertrycks- ventil 40 ligger, över vilken varmt matarvatten kan flyta förbi i returledningen 15 till radiatorerna 13, när tempe- raturregleringsventilen 14 vid rumstemperaturens närmande till inställt börvärde stänger, ligger returtemperaturen däremot alltid högre än vid värmeanläggningen enligt uppfin- ningen, emedan vid uppfinningen med stigande rumstemperatur genomströmningen genom radiatorerna 13 minskas och däri- genom vattnet i radiatorerna 13 för upprätthållande av rums- temperaturen vid lägre genomströmning starkare kommer att avkylas, än vid högre genomströmning, och således inget varmt matarvatten når direkt till returledningen 15. Således är värmepumpen för att upprätthålla en bestämd matningstem- peratur (och därmed rumstemperatur) genomsnittligt längre 'i drift i förhållande till värmepannan 11 än vid kända vär- meanläggningar med förbipasseringsventil 40. När vid spärrad grind 39 (såsom visas) yttertemperaturen T så långt avtar, A att returtemperaturen T måste ligga över SSUC, för att RH ensam medelst värmepumpen uppnå önskad rumstvmnvratur, begränsas börvärdessignalen w medelst beqränsarfln 32 till 55°C. Returtemperaturen TRH regleras sedan på detta värde och således enbart medelst värmepumpen, utan att dess övre belastningsgräns överskrides, medan att hfiurn ~fivfl~ rfir matningstemperaturen nödvändigtvis åsradtnmm«H mfdfllnt väv mepannan. Av kompressionsstegen I, TI och Ill kommer alltid enbart så många att samtidigt inkopplas som motsvarar just erforderlig effekt hos kompressorn 20, för att upprätthålla det angivna börvärdet för.returtemperaturen TRH. 8201283-2 När inkopplaren 39 (under kallare årstid) däremot är öppen (omkopplaren 39 sluten), påverkas förångaren 20 och värmepannan 11 ytterligare enbart genom regulatorns 28 utgångssignal y, så länge yttertemperaturen TA inte sjunkit så långt, att returtemperaturbörvärdet w ligger högre än s5°c, då belastningsvärdessteget as i detta fall ej alstrar någon utgångssignal. Först när returtemperatur- börvärdessignalen vid begränsarens 32 ingång överskrider - värdet 55°C, alstrar belastningsvärdessteget 38 en utgångs- signal, vilken över den (öppnade) grinden 39 och ELLER- logikkretsen 37 manövrerar belastningsvärdesstegsomkoppla- ren 36 och därmed inkopplar värmepannan ]1} Härvid kommer värmepannan att inställas på en konstant värmeeffekt, som ger en väsentligt högre matningstemperatur TVL enligt linjen 5 i figur 4, än den som är erforderlig för att upp- rätthålla önskad rumstemperatur enligt streckade förläng- ningen av linjen 1. Begränsaren 32 sörjer också i detta fall för, att driftsgränsen om 5500 för kompressorn ros- pektive värmepumpen inte överskrides, dvs. returtempern~ turen TRH bibehålles vid det medelst streckpunkterade lin- jen 2 visade värdet. Däremot stiger matningstemperaturen TVL väsentligt uppåt såsom är erforderligt. I motsvarande grad utövar nu temperaturregleringsventilen 14 en starkare strypning av varmvattengenomflödet, så att vattnet i radia- torerna 13 i motsvarande grad mer avky1es.(kurvn 3), än om matningstemperaturen vore lägre och genomströmningen genom radiatorerna vore högre, emedan vid mindre genomflöde mer_tid för avkylningen står till förfogande. Det konden- satorn 18 tillförda returvattnet är därför också i detta fall förhållandevis kallt, så att värmepumpnn gwr ett rela- -tivt högt bidrag till täckningen av totala vñrmebehovet.

Detta bidrag motsvarar vid en lägre yttnrtnmperntur än -7OC avståndet mellan kurvorna 3 och 2 medan biflr«u«1 från värmepannan 11 vid en lägre yttertwmpvrnrnw an f;“v muta 'i svarar avståndet mellan kurvorna 2 och J.

Värmepumpens verkningsgrad är vid beskriven lösning således bättre än i kända fall, emedan temperaturen för f_f________,_,__.

~ PÛUR QUALITY , ' 8201283 -2 11 returvattnet och därigenom kondensationstemperaturen så långt som möjligt nedsättes. Den fast inställda tempera- turen för värmepannan kan vid värmeanläggningen regleras medelst en panntermostat, som minst ändå är förhanden som överkokningssäkring.

Enligt uppfinningstanken är det möjligt att hålla antalet kompressionsstarter lågt trots ett olämpligt för- hållande mellan returvattenmängd och kompressionseffekt.

Evad avser ett år så förefinnes långt större antal drifts- timmar för denna värmepump än vid kända anläggningar, emedan värmepumpen nu också kan arbeta i det område som 1 figur 4 är skuggat.

Claims (3)

8201283-2 10 15 20 25 30 1 2 PÅTENTKRAV 1. Värmeanläggning med en värmepanna och en värme* pump, varvid från värmepannan leder en matningsledning till åtminstone en radiator med en förkopplad ten@eratur~ regleringsventil och från radiatorn en returledning går till värmepannan och via en blandningsventil till matnings- ledningen, varvid värmepumpen i en sluten krets innehåller en flerstegs kompressor, en i returledningen liggande kon- densator och en genom separat värme påverkbar förångare, varvid i returledningen efter förångaren ligger en retur- temperaturavkännare, vars utgångssignal tillföres en kom- pressorn och värmepannan styrande temperatur-reg1erings- anordning, som vidare innehåller yttertemperatursignalen från en yttertemperaturavkännare, varjämte_förefinnes en regulator med en komparator och mellan yttertemperaturav~ kännaren och regulatorn en temperaturbörvärdesomvandlarn vilken regulator så reglerar värmeeffekten hos värmvpiunnn och värmepumpen i beroende av yttertemperaturavkännnršiq~ nalen och returtemperaturkännarsignalen, att matnings- temperaturen uppvisar ett över önskad rumstemperatur lig- gande värde, k ä n n e t e c k n a d av, att den enbart genom ytter- och returtemperaturavkännarna (22, 21) styrda regulatorn (28) uppvisar en komparaton1(29) nFrnrknpp1ad integrator (30), att mellan temperaturbörvärdvntransforma- torn (31) och komparatorn (29) det ligger en begränsare (32), som begränsar temperaturbörvärdessigna1vn ti11 kom- pressorns (20) övre driftsgränsvärde (55°C), mvh rnnnla~ torns (28) utgångssignal (y) tillföres den Pømprensinns~ stegen (I, II, III) och värmepannan (11) killnrdnadø be- lastningsvärdesdriftsomkopplaren (33f3G) med nlitn funk? tionsbelastningsvärden, varvid årifß&omk~pp1«1«u (ih) för

1. värmepannan uppvisar det-högsta fnukl1~nnh~1»>I»L~Jf-5|- det, och att matningsvattnet i returleflningen (IH) nnharL kan tillföras via radiatorn eller radiatorerna (13). /lf/l. PÛOR QUAUTY 8201 283 ~ 2 13

2. Anläggning enligt krav 1, k ä n n e t e_c k ~ n a d av, att mellan den från temperaturbörvärdestrans- formatorn (31) till begränsaren (32) ledande förbind- ningen och belastningsvärdesdriftsomkopplaren (36) för värmepannan G1) i serie ligger ett belastningsvardessteg (38) och en inkopplare (39), varvid belastningsvärdesste- get (38) enbart alstrar en värmepannan (11) inkopplande utgângssignal, när utgångssignalen från temperaturbör- värdestransformatorn (31) minst motsvarar driftsgräns- värdet för kompressorn (55°C)}

3. Anläggning enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a d av, att belastningsvärdesšteget (38) uppvisar en hysteresis.