SE500089C2

SE500089C2 - System for optimal use of heat pump - involves recovery of heat from one or more heat sources at different temp. levels

Info

Publication number: SE500089C2
Application number: SE9201790A
Authority: SE
Inventors: Eero Erma
Original assignee: Eero Erma
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1994-04-11
Also published as: SE9201790D0; SE9201790L

Abstract

A heat pump cooling effect and heat factor rises sharply as a function of the evapn. temp. at constant condensing temp. In order to recover as much heat as possible from e.g. combustion gases, it is necessary to work with a low evapn. temp. The system makes it possible to recover heat which requires a low evapn. temp. and for the heat pump to work with a high average heat factor. On the heat carrier side, accumulators are used with a mixt. valve. A control system prioritises the charging of the accumulators in a sequence which gives the highest average effect and heat factor.

Description

z ~ 500 089, mulatorn kan alltsa ske samtidigt som värme hämtas eller utan att värme hämtas. z ~ 500 089, the mulator can therefore take place at the same time as heat is collected or without heat being collected.

Ackumulatorn med den lägsta temperaturen, 31 i exemplet, laddas till en ännu lägre temperatur än 7 C om alla ackumulatorerna är laddade och utelufttemperaturen GT13 är ett bestämt antal grader lägre än temperaturen GT3, t.ex. 5 C, eftersom det da är lönsammare att kyla rökgaserna ytterligare än att hämta värme fràn uteluften. Å andra sidan om utelufttemperaturen är ett antal grader högre, t.ex. 5 C, än 7 C är det inte lönsamt att kyla ackumulatorn 31 till 7 C utan kylningen avbryts tidigare. Ute- lufttemperaturen GT13 bestämmer alltsa den lägsta vätsketemperat- uren i ackumulatorn 31 enligt villkoret: Dm GT3 < GT13 + 5 C gar värmepumpen över att hämta värme fràn uteluften i stället för att ytterligare ladda 31 till en lägre temperatur förutsatt att 32 eller 33 ej kallar pa laddning. När GT3 har stigit till >GT13 + 5 C + en tolerans (t.ex. 3 C) gar värmepumpen över till laddning av 31 förutsadd att 33 eller 31 ej redan har kallat laddning.The accumulator with the lowest temperature, 31 in the example, is charged to an even lower temperature than 7 C if all the accumulators are charged and the outdoor air temperature GT13 is a certain number of degrees lower than the temperature GT3, e.g. 5 C, because it is then more profitable to cool the flue gases further than to extract heat from the outdoor air. On the other hand, if the outdoor air temperature is a number of degrees higher, e.g. 5 C, than 7 C it is not profitable to cool the accumulator 31 to 7 C but the cooling is stopped earlier. The outdoor air temperature GT13 thus determines the lowest liquid temperature in the accumulator 31 according to the condition: Dm GT3 <GT13 + 5 C the heat pump switches to collect heat from the outdoor air instead of further charging 31 to a lower temperature provided that 32 or 33 does not call on charge. When GT3 has risen to> GT13 + 5 C + a tolerance (eg 3 C), the heat pump switches to charging 31 provided that 33 or 31 has not already called charging.

I exemplet prioriteras laddningen av 33 (den högsta laddnings- temperaturen) eftersom man vill säkerställa att värmepumpen körs sä stor del av tiden som möjligt vid högsta möjliga utgaende köldbärartemperatur för att fa högsta medeleefekt och värme- faktor. Ackumulator 32 far den lägsta prioriteten bland ackumu- latorerna trots att dess temperatur är högre än temperaturen i 31. Detta beror pà att värme kan lagras i pannrummets väggar och hämtas senare via rumsluften. Ackumulatorn 31 svarar för slut- kylningen av rökgaserna och maste alltid vara fullt laddat för att hämta sa mycket värme som möjligt, i annat fall försvinner en del av värmen som vattenånga genom skorstenen.In the example, the charge is prioritized by 33 (the highest charge temperature) because you want to ensure that the heat pump is run as much of the time as possible at the highest possible outgoing brine temperature to get the highest average power and heat factor. Accumulator 32 has the lowest priority among the accumulators, even though its temperature is higher than the temperature in 31. This is because heat can be stored in the walls of the boiler room and retrieved later via the room air. The accumulator 31 is responsible for the final cooling of the flue gases and must always be fully charged to collect as much heat as possible, otherwise some of the heat disappears as water vapor through the chimney.

Om tappvatten produceras kyls returvattnet till 33 med tappvat- ten via en värmeväxlare som placeras i ledningen 28. Därefter kyls inkommande värmebäraren till värmepumpen 43 med det nagot uppvärmda tappvattnet. Värmepumpen avlastas därmed pà bade köld- och värmebärarsidorna (ej visad i Fig.i.).If tap water is produced, the return water is cooled to 33 with tap water via a heat exchanger which is placed in line 28. Thereafter, the incoming heat carrier to the heat pump 43 is cooled with the slightly heated tap water. The heat pump is thus relieved on both the refrigerant and heat carrier sides (not shown in Fig.i.).

Uteluftbatteriet 21 avfrostas med hjälp av ventil 26 genom att släppa uppvärmd vätska fran 22 genom anslutningarna b och c till _21 och därifran tillbaka till 32. ventilen 26 star normalt i läge b - a. Under avfrostningen är ventilen 35 och fläktarna i 21 av- stängda. Om utetemperaturen är > 1 C avfrostas 21 med uteluft under tiden 43 laddar nagon av ackumulatorerna genom att fläktarna i 21 fortsätter att ga en inställd tid. Ventilen 26 star da i normalläget b - a.The outdoor air battery 21 is defrosted by means of valve 26 by releasing heated liquid from 22 through the connections b and c to 21 and from there back to 32. valve 26 is normally in position b - a. During defrosting, valve 35 and the fans in 21 are switched off . If the outside temperature is> 1 C, 21 is defrosted with outdoor air during the time 43. Some of the accumulators charge by the fans in 21 continuing to give a set time. The valve 26 is then in the normal position b - a.

Pa värmebärarsidan pumpar pump 47 returvatten till värmepumpens kondensor och till rökgaskylarens första steg 02. En eller tva injusteringsventiler 48 används för att fördela flödet pa ett optimalt sätt. Flödet genom 02 leds medströms tillbaka till returledningen eftersom pannan ej alltid gar och vattnet därför ej alltid uppvärms. Flödet genom värmepumpens kondensor leds till toppen av en hetvattenackumulator 06.On the heat carrier side, pump 47 pumps return water to the heat pump condenser and to the first stage 02 of the flue gas cooler. One or two adjustment valves 48 are used to distribute the flow in an optimal way. The flow through 02 is led downstream back to the return line because the boiler does not always run and the water is therefore not always heated. The flow through the heat pump condenser is led to the top of a hot water accumulator 06.

Returflödet kan variera kraftigt under âret p.g.a. värmelastens "variationer speciellt om tappvatten produceras i undercentraler.The return flow can vary greatly during the year due to variations in heat load, especially if tap water is produced in substations.

Under vintern med högt returflöde förvärmer 43 returvattnet 3 500 089 endast en gang. Vid lägre returflöde än pumpens 47 flöde sugs en del eller allt vatten som har passerat värmeväxlaren 02 ocksa tillbaka till 47. Om inte detta räcker heller sugs vatten fran botten pa 06 via ledning 05 till pumpen 47. Vattentemperaturen i 06 stiger därför successivt och energi laddas i 06. Om värme inte behövs stiger temperaturen till ett inställt gränsvärde da värmepumpen avstängs.During the winter with high return flow, 43 preheats the return water 3,500,089 only once. At a lower return flow than the flow of pump 47, some or all of the water that has passed the heat exchanger 02 is also sucked back to 47. If this is not enough, water is sucked from the bottom of 06 via line 05 to pump 47. The water temperature in 06 therefore rises gradually and energy is charged i 06. If heat is not needed, the temperature rises to a set limit value when the heat pump is switched off.

Det är önskvärt att hälla framledningstemperaturen GT17 i viss relation till utetemperaturen. Under sommaren vill man halla GT17 exempelvis vid 65 C för att säkerställa produktionen av tapp- vatten i undercentralerna. En högre temperatur är onödig och or- sakar sänkt värmefaktor för värmepumpen. Även pä vintern är det en fördel om GT17 ej varierar vid konstant utetemperatur för att undvika onödigt täta pannstarter. En ackumulator 11 laddas därför till t.ex. 90 C med pannan 18. Hetvatten fràn 11 och förvärmt vatten fran 06 blandas i blandningsventilen 12 för att uppna den begärda framledningstemperaturen med hög nogrannhet. Pannan pä- verkar ej GT17:s fluktuationer och behöver ga i gäng först när GT17 sjunker under ett inställt gränsvärde. 11 laddas tills tem- peraturen i dess botten har stigit till ett inställt värde, t.ex. 90 C.It is desirable to pour the flow temperature GT17 in some relation to the outdoor temperature. During the summer, they want to keep GT17 at 65 C, for example, to ensure the production of tap water in the substations. A higher temperature is unnecessary and causes a reduced heat factor for the heat pump. Even in winter, it is an advantage if GT17 does not vary at a constant outdoor temperature to avoid unnecessarily frequent boiler starts. An accumulator 11 is therefore charged to e.g. 90 ° C with boiler 18. Hot water from 11 and preheated water from 06 are mixed in the mixing valve 12 to achieve the required flow temperature with high accuracy. The boiler does not affect the GT17's fluctuations and only needs to start again when the GT17 falls below a set limit value. 11 is charged until the temperature at its bottom has risen to a set value, e.g. 90 C.

- Väsentligt högre värmefaktor än om värmepumpen hade arbetat vid den lägsta köldbärartemperaturen hela tiden (exempelvis 4.4 i stället för 3.4).- Significantly higher heat factor than if the heat pump had operated at the lowest brine temperature at all times (eg 4.4 instead of 3.4).

- En mindre värmepump kan användas, exempelvis endast 65% av vad som hade behövts om värmepumpen hade arbetat vid den lägsta köldbärartemperaturen hela tiden.- A smaller heat pump can be used, for example only 65% of what would have been needed if the heat pump had operated at the lowest brine temperature at all times.

- Laddningen av kyld vätska i ackumulatorer ger möjlighet att kyla rökgaserna till en lag temperatur vid fullastkörning av pannan under en begränsad tid även om systemet ej är dimensionerat att atervinna all värme frän rökgaserna under fullast.- The charge of cooled liquid in accumulators makes it possible to cool the flue gases to a low temperature when the boiler is fully charged for a limited time, even if the system is not dimensioned to recover all the heat from the flue gases during full load.

'- Styrsystemet styr värmepumpen för användning av de värmekällor som för tillfället ger den högsta effekten och värmefaktorn för värmepumpen.'- The control system controls the heat pump for the use of the heat sources that currently provide the highest power and heat factor for the heat pump.

- Värmepumpen arbetar med lägsta möjliga värmebärartemperatur = högsta möjliga effekt och värmefaktor tack vare den successiva temperaturstegringen i 06. “ - Framledningstemperaturen halls konstant vid given utetemperatur varför onödiga pannstarter och onödigt hög värmebärartemperatur undvikas.- The heat pump works with the lowest possible heat carrier temperature = highest possible power and heat factor thanks to the successive temperature rise in 06. “- The flow temperature is kept constant at a given outdoor temperature, so unnecessary boiler starts and unnecessarily high heat carrier temperature are avoided.

Claims

500 059 EQIENIBNSEEÅE

Device for heat recovery from at least two heat sources (03, 04, 21 and 22) at different temperatures with at least one accumulator (31, 32, 33) containing a liquid (coolant) whose liquid temperature is so adapted in relation to the temperature of the heat source that the desired amount of heat energy is recovered with the desired operating economy, and with a heat pump (43) characterized in that the heat pump is used to cool the liquid in the accumulator, which accumulator takes heat from the first heat source and that the heat pump is switchable (controlled) to be used to extract heat from a second heat source.

2.. Device according to patent claim 1, characterized in that at least one second accumulator is cooled with tap water. ﬂ IhJ

Device according to claim 1, characterized in that the heat pump is used for cooling liquid in at least two accumulators, one at a time, and that a control system prioritises the charging of the accumulators in an order which gives the highest average power and heat factor.

4. Device according to patent claim 3, characterized in that the control system, when prioritizing, takes into account the heat source's ability to store energy and prioritises recovery of such heat that would otherwise be lost by letting the energy storage heat source wait until the accumulator to the non-stored heat source.

5. A device according to any one of claims 1 - 4, characterized in that heat is recovered from outdoor air when the accumulators are fully charged.

6. Device according to any one of claims 1 - 5, characterized in that the control system, by means of the difference between the outdoor temperature and the coldest liquid - the temperature in the accumulators, determines whether the heat pump is to collect heat from the outdoor air or cool the coldest liquid further by choosing that mode which gives the highest liquid temperature for the brine.