SE523716C2 - Klimatanläggning - Google Patents

Description

25 30 35 523 716 ingående komponenterna mer effektivt för uppnående av bättre driftsekonomi och bättre utnyttjande av använda energikällor.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhandahålla en Klimatanläggning med särdragen enligt patentkrav 1.

Tack vare den andra förbindelsen mellan den första kretsen och den andra kretsen för överföring av värmeenergi mellan den andra kretsen och det tredje mediet via det första värmeenergi- överföringsorganet möjliggörs ett mer effektivt utnyttjande av det första värmeenergiöverföringsorganet.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är den andra förbindelsen anordnad att möjliggöra avlägsnande av ett värme- energiöverskott hos den andra kretsen via det första värmeener- giöverföringsorganet genom överföring av värmeenergiöverskot- tet till det tredje mediet.

Förutom användning för överföring av värmeenergi från det tredje mediet till det första mediet är det således möjligt att via det för- sta värmeenergiöverföringsorganet överföra ett värmeenergiöver- skott hos den andra kretsen till det tredje mediet. Samtidigt som det första värmeenergiöverföringsorganet utnyttjas mer effektivt behövs det inte installeras något organ för överföring av värme- energi i den andra kretsen för att möjliggöra ett avlägsnande av ett däri föreliggande värmeenergiöverskott till något annat me- dium än det tredje mediet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den andra förbindelsen anordnad att möjliggöra överföring av värme- energi från det tredje mediet via det första värmeenergiöverfö- ringsorganet och den första kretsen direkt till den andra kretsen utan användning av värmepumpen.

På detta sätt kan alltså värmeenergi från det tredje mediet direkt upptas av den andra kretsen för uppvärmningsändamàl utan att värmepumpen behöver nyttjas. Detta bidrar till ett minskat an- 10 15 20 25 30 35 525 716 vändande av värmepumpen, vilket är fördelaktigt för anläggning- ens driftekonomi.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen uppvisar det tredje mediet såväl värmeavgivande som värmelagrande egen- skaper. På detta sätt är det möjligt att i det tredje mediet lagra ett från den andra kretsen via det första värmeenergiöverförings- organet överfört värmeenergiöverskott. Denna lagrade värme- energi kan sedan utnyttjas på olika sätt. Exempelvis när det pà grund av ändrade driftsförhàllanden uppstår ett behov av att an- vända värmepumpen för uppvärmningsändamål kan den lagrade energin via det första värmeenergiöverföringsorganet överföras till det första mediet och återanvändas av värmepumpen för upp- värmningsändamål. Detta medför att värmepumpen behöver till- föra mindre arbete för åstadkommande av uppvärmning jämfört med det fall då ingen värmeenergi från den andra kretsen tidi- gare lagrats i det tredje mediet. Den i det tredje mediet lagrade värmeenergin kan om så önskas även utnyttjas för uppvärm- ningsändamål direkt utan drift av värmepumpen. Detta uppnås genom att den i det tredje mediet lagrade värmeenergin via det första värmeenergiöverföringsorganet och den första kretsen överförs genom den andra förbindelsen till den andra kretsen.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar den första kretsen åtminstone ett andra värmeenergiöverföringsorgan för överföring av värmeenergi mellan det första mediet och inomhusluft, varvid det andra värmeenergiöverföringsorganet är anordnat att överföra värmeenergi från inomhusluft till det första mediet för kylning av inomhusluften.

Tack vare anordnandet av det andra värmeenergiöverföringsor- ganet i den första kretsen möjliggörs överföring av ytterligare värmeenergi till det första mediet utöver den energi som överförs via det första värmeenergiöverföringsorganet, vilket förbättrar värmepumpens verkningsgrad. Vidare utnyttjas befintliga energi- källor fördelaktigt genom att nedkylning av inomhusluft kan bidra till uppvärmning, exempelvis av tappvarmvatten. 10 15 20 25 30 35 523 716 Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är det andra värmeenergiöverföringsorganet anordnat i den första kretsen i serie med det första värmeenergiöverföringsorganet och i ström- ningsriktningen efter det första värmeenergiöverföringsorganet.

På detta sätt möjliggörs nedkylning av inomhusluft med hjälp av det tredje mediet då detta är kallare än inomhusluften. Under gynnsamma förhållanden, exempelvis sommartid, elimineras därigenom behovet av drift av värmepumpen för kylning av inom- husluften.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen kommer att framgà av den efterföljande beskrivningen samt de övriga osjälvständiga patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Nedan följer en detaljerad beskrivning av föredragna utförings- former av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig1 är en schematisk vy illustrerande en Klimatanläggning enligt en första utföringsform av uppfinningen, Fig 2 är en schematisk vy illustrerande en utföringsform av en Klimatanläggning, vilken ej innefattas av föreliggande uppfinning, och Fig 3 är en schematisk vy illustrerande en Klimatanläggning enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN l fig 1 visas mycket schematiskt en Klimatanläggning enligt en första utföringsform av uppfinningen. I anläggningen ingår en 10 15 20 25 30 35 523 716 värmepump 1, vars ingångssida är förbunden med en första krets 11 innehållande ett första medium. Vidare är värmepumpen 1 på sin utgângssida förbunden med en andra krets 12 innehållande ett andra medium. Exempelvis innefattar kretsen 12 vatten och kretsen 11 en glykol/vattenblandning. Givetvis är detta endast en möjlig kombination och valfria andra för ändamålet lämpliga me- dier vilka är cirkulerbara i kretsarna är också användbara. För cirkulation av medierna i respektive krets är en konventionell cir- kulationspump 13 anordnad i kretsen 12 och en konventionell cirkulationspump 14 anordnad i kretsen 11.

Värmepumpen är anordnad att vid cirkulation av det första me- diet i den första kretsen 11 och det andra mediet i den andra kretsen 12 på sin ingångssida upptaga värmeenergi från det för- sta mediet och på sin utgângssida avge värmeenergi till det andra mediet.

Förutom värmepumpen 1 ingår i anläggningen vanligtvis även någon annan värmeproduktionsenhet 2, t ex en värmepanna vil- ken arbetar med fossila bränslen, såsom exempelvis olja eller gas. Enheten 2 är via kretsen 12 förbunden med ett system för uppvärmning av lokaler och tappvarmvatten. Systemet, schema- tiskt illustrerat av rutan 3, innefattar exempelvis radiatorer och varmvattentappställen.

Följaktligen bidrar både värmepumpen 1 och värmeproduktions- enheten 2 till överföring av värmeenergi till det andra mediet i den andra kretsen 12 och de bidrar därmed även till uppvärmning av lokaler och tappvarmvatten via systemet 3.

Värmepumpen 1 innefattar en förångare 15, en kondensor 16 och en kompressor 17 och fungerar på sedvanligt sätt enligt följande.

Genom värmeväxling med mediet i den första kretsen 11 uppta- ger ett medium hos värmepumpen värmeenergi via förångaren 15. Arbete tillförs via kompressorn 17, varigenom trycket och temperaturen hos värmepumpens medium höjs. Hos kondensorn 16 avges sedan värmeenergi till det andra mediet i den andra 10 15 20 25 30 35 523 716 kretsen 12 genom värmeväxling och sedan återförs värmepum- pens medium till föràngaren 15 under tryck- och temperatursänk- ning.

För att värmepumpen 1 skall fungera måste dock energi överfö- ras till mediet i kretsen 11. För detta ändamål är i kretsen 11 an- ordnat ett första organ 21 för överföring av värmeenergi mellan det första mediet och ett tredje medium. Olika tänkbara, dock ingalunda begränsande för uppfinningen, exempel pà tredje me- dium inkluderar utomhusluft, ventilationsfrånluft, berg och grund- vatten. Exempelvis är värmeenergiöverföringsorganet 21 anord- nat i form av en värmeväxlare, vilken är anpassad för värmeväx- ling mellan det första mediet och det tredje mediet. Anpass- ningen beror på ett flertal faktorer, varvid de respektive medier- nas aggregationstillstànd har väsentlig betydelse.

Som redan nämnt inledningsvis är en värmepump med tillhörande utrustning en tämligen kostsam investering. Därför är det önsk- värt att utnyttja värmepumpen och tillhörande utrustning så ef- fektivt som möjligt.

Vid drift av anläggningen uppstår p g a temperatursvängningar hos den anläggningen omgivande miljön skilda driftförhållanden.

Exempelvis uppstår det under sommartid vanligtvis ett värme- energiöverskott i kretsen 12, vilket måste avlägsnas. Detta är exempelvis möjligt att ombesörja genom anordnande i kretsen 12 av ett organ för överföring av energi mellan det andra mediet och något annat ytterligare medium. Enligt den i fig 1 illustrerade ut- föringsformen av uppfinningen innefattar dock anläggningen en förbindelse 30 mellan den första kretsen 11 och den andra kret- sen 12 för överföring av värmeenergi mellan den andra kretsen och det tredje mediet via det första värmeenergiöverföringsorga- net. Denna förbindelse 30, vilken innefattar en värmeväxlare, är i detta exempel anordnad att möjliggöra avlägsnande av värme- energiöverskottet i den andra kretsen 12 via det första värme- energiöverföringsorganet 21 genom överföring av värmeenergi- överskottet till det tredje mediet. l detta utföringsexempel inne- 10 15 20 25 30 35 523 716 fattar förbindelsen 30 en värmeväxlare 38, vilken via två led- ningar 33 och 34 är förbunden med kretsen 11. Ledningen 33 är ansluten till kretsen 11 uppströms om det första värmeenergi- överföringsorganet 21 och ledningen 34 är ansluten nedströms om det första värmeenergiöverföringsorganet 21. Vidare förbin- der två andra ledningar 35 och 36 värmeväxlaren 38 med kretsen 12. Företrädesvis är det även anordnat medel för styrning av cir- kulation av det första mediet och det andra mediet till och från förbindelsen 30. Exempelvis är det enligt detta utföringsexempel anordnat en konventionell cirkulationspump 31 i ledningen 33 och ett ventilorgan 32 i ledningen 34. När värmeenergi skall överföras mellan den andra kretsen 12 och den första kretsen 11 öppnas lämpligen ventilorganet 32 och startas lämpligen pumpen 31. l ett drifttillstànd då ingen värmeenergi skall överföras mellan kretsarna 11, 12 är ventilorganet 32 stängt och pumpen 31 an- ordnad att ej cirkulera det första mediet. Företrädesvis är pum- pen 31 avstängd i detta drifttillstànd. Vidare är företrädesvis ett ventilorgan 37 anordnat i kretsen 12. Ventilorganet 37 styrs lämpligen så att det tillåter cirkulation av det andra mediet till förbindelsen 30, i detta utföringsexempel via ledningarna 36 och 35 till värmeväxlaren 38, vid överföring av värmeenergi mellan kretsarna 11,12 och så att det inte tillåter någon cirkulation av det andra mediet till förbindelsen 30 när ingen värmeenergi skall överföras mellan kretsarna 11,12.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen uppvisar det tredje mediet såväl värmeavgivande som värmelagrande egen- skaper, vilket är mycket fördelaktigt då det härigenom är möjligt att i det tredje mediet lagra det från den andra kretsen 12 över- förda värmeenergiöverskottet. Den lagrade energin kan sedan återanvändas exempelvis av värmepumpen 1 för uppvärmnings- ändamål när driftsförhàllandena ändras, d v s när värmepumpen börjar drivas för uppvärmningsändamål. Då behöver kompressorn 17 alltså tillföra mindre arbete för uppvärmning än vad som är fallet när ingen dylik tidigare energilagring ägt rum. Enligt en fö- redragen utföringsform av uppfinningen är det tredje mediet mark, företrädesvis berg, vilket uppvisar nämnda egenskaper. l 10 15 20 25 30 35 525 716 förekommande fall, exempelvis under hösten, kan den i det tredje mediet lagrade värmeenergin vara tillräckligt stor för tillgodose- ende av det i systemet 3 föreliggande uppvärmningsbehovet. En- ligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är förbindelsen 30 anordnad att möjliggöra överföring av värmeenergi från det tredje mediet via det första värmeenergiöverföringsorganet 21 och den första kretsen 11 direkt till den andra kretsen. Härige- nom kan om så önskas den i det tredje mediet lagrade värme- energin för uppvärmningsändamàl överföras till den andra kret- sen 12 direkt via förbindelsen 30 utan användning av värmepum- pen 1.

I fig 2 illustreras schematiskt en utföringsform av en kli- matanläggning. Denna utföringsform liknar till stor del den i fig 1 illustrerade utföringsformen vad avser utformning och funktion, men saknar förbindelsen 30 och de möjligheter den erbjuder.

Lika komponenter betecknas med lika hänvisningsbeteckningar och kommer därför inte beskrivas mer i detalj.

Enligt denna utföringsform innefattar den första kretsen åtmin- stone ett andra organ 22, exempelvis i form av en lämpligt an- passad värmeväxlare, för överföring av värmeenergi mellan det första mediet och inomhusluft. Det andra värmeenergiöverfö- ringsorganet 22 är anordnat att överföra värmeenergi från inom- husluften till det första mediet. Härigenom kan värmepumpen 1 användas även för nedkylning av inomhusluft, och alltså inte en- dast för uppvärmning av inomhusluft och tappvarmvatten via sy- stemet 3. När det föreligger ett uppvärmningsbehov i systemet 3 och värmepumpen 1 därför drivs är det följaktligen möjligt att samtidigt tillgodose ett behov av kylning av inomhusluft genom att via värmeenergiöverföringsorganet 22 överföra värmeenergi från inomhusluft till det första mediet i kretsen 11. Exempelvis tillhandahålls under sommartid tappvarmvatten med hjälp av nedkylning av inomhusluften.

Det andra värmeenergiöverföringsorganet 22 är anordnat i den första kretsen 11 i serie med det första värmeenergiöverförings- 10 15 20 25 30 35 523 716 organet 21 och i strömningsriktningen efter det första värme- energiöverföringsorganet 21. På detta sätt kan det vid gynn- samma temperaturförhållanden exempelvis sommartid vara till- räckligt med cirkulation av det första mediet i kretsen 11 för ned- kylning av inomhusluften, eftersom det tredje mediet är kallare än inomhusluften. Således behöver då ej värmepumpen drivas för nedkylning av inomhusluften, vilket är energibesparande, utan det är då tillräckligt med drift av pumpen 14 för cirkulation av det första mediet i kretsen 11. Företrädesvis är det tredje mediet mark, företrädesvis berg, vilket under sommartid har en väsent- ligt lägre temperatur än inomhusluftens temperatur. Företrädes- vis är det även anordnat medel för styrning av flödet av det andra mediet förbi det andra värmeenergiöverföringsorganet. l det i fig 2 illustrerade utföringsexemplet är detta styrmedel ett ventilorgan 25, vilket lämpligen tillåter cirkulation av det första mediet via värmeenergiöverföringsorganet 22 när inomhusluft skall kylas och inte tillåter sådan cirkulation annars.

I fig 3 illustreras en andra utföringsform av en uppfinningsenlig klimatanläggning, vilken uppvisar både särdragen hos den första utföringsformen och särdragen hos klimatanlåggningen enligt fig 2. Härigenom uppnås en kombination av de fördelar som är för- knippade med den första utföringsformen och klimatanlåggningen enligt fig 2.

Vidare är denna utföringsform exempelvis fördelaktig då behovet av nedkylning av inomhusluft är större än det behov av uppvärm- ning som föreligger i systemet 3. Om värmepumpen 1 då drivs för nedkylningsändamål kan ett värmeöverskott uppstå i kretsen 12, vilket måste avlägsnas. Detta är exempelvis möjligt att ombesörja genom anordnande i kretsen 12 av ett organ (ej visat) för överfö- ring av energi mellan det andra mediet och något annat ytterli- gare medium. Enligt uppfinningen innefattar dock anläggningen en förbindelse 30 mellan den första kretsen 11 och den andra kretsen 12 för överföring av värmeenergi mellan den andra kret- sen 12 och det tredje mediet via det första värmeenergiöverfö- ringsorganet 21, såsom ovan redan beskrivet med hänvisning till 10 15 20 25 30 35 523 716 10 fig 1. Denna förbindelse 30, vilken innefattar en värmeväxlare, är i detta exempel anordnad att möjliggöra avlägsnande av värme- energiöverskottet i den andra kretsen 12 via det första värme- energiöverföringsorganet 21 genom överföring av värmeenergi- överskottet till det tredje mediet.

Såsom även beskrivet ovan uppvisar enligt en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen det tredje mediet såväl värmeavgi- vande som värmelagrande egenskaper. Detta är mycket fördel- aktigt då det härigenom är möjligt att i det tredje mediet lagra det värmeenergiöverskott som uppstår i den andra kretsen till följd av nedkylning av inomhusluften med hjälp av värmepumpen. Den lagrade energin kan sedan återanvändas direkt eller med hjälp av värmepumpen för uppvärmningsändamål när driftsförhållan- dena ändras som beskrivet ovan.

Den i fig 3 illustrerade anläggningen möjliggör en mycket effektiv användning av de i anläggningen ingående komponenterna.

Driften av anläggningen är enligt vad som ovan beskrivits an- passningsbar i beroende av rådande behov av uppvärmning och/eller nedkylning så att använda energikällor utnyttjas effek- tivt.

Sammanfattningsvis möjliggörs med den uppfinningsenliga an- läggningen alltså ett mycket fördelaktigt användande av den i anläggningen ingående värmepumpen både för nedkylnings- och uppvärmningsändamål. Vidare tillhandahåller förbindelsen 30 mellan de båda kretsarna 11 och 12 möjligheten att växelvis av- lägsna ett värmeenergiöverskott på värmepumpens 1 Kondensor- sida i anläggningen och upptaga värmeenergi från ett tredje me- dium på värmepumpens 1 förångarsida i anläggningen via ett och samma värmeenergiöverföringsorgan 21. Genom att anordna det tredje mediet värmelagrande kan från den andra kretsen avlägs- nat värmeenergiöverskott återanvändas direkt eller av värme- pumpen 1 för uppvärmningsändamål. 10 15 20 25 30 35 523 715 11 Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till mo- difikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på områ- det, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Exempelvis är det möjligt att parallellt med det andra värmeener- giöverföringsorganet 22 anordna flera värmeenergiöverföringsor- gan, såsom illustrerat i fig 3 av organet 42. Företrädesvis är då även anordnat ett ventilorgan 26 för styrning av cirkulationen av det första mediet till och från organet 42. Ventilorganet 26 styrs exempelvis på samma sätt som ventilorganet 25.

Vidare är det även möjligt att anordna ett flertal värmeenergi- överföringsorgan parallellt med det första värmeenergiöverfö- ringsorganet 21, såsom illustrerat i fig 3 av organet 39. Det är även möjligt att utnyttja rökgaserna från värmepannan 2 för upp- värmning av det första mediet i den första kretsen 11. Detta är antytt i fig 1-3 av ledningen 24, vilken är förbunden med ett vär- meenergiöverföringsorgan 23 förbundet med den första kretsen 11. Lämpligen är det då anordnat ett ventilorgan 28 i kretsen 11 för styrning av cirkulation av det första mediet till organet 23 när rökgaserna skall utnyttjas för uppvärmning av det första mediet och förhindrande av sådan cirkulation annars.

I de fall där ett flertal värmeenergiöverföringsorgan är anordnade i den första kretsen är företrädesvis ett ventilorgan 27 anordnat i den första kretsen 11 för styrning av cirkulationen av det första mediet. Ventilorganet 27 styr lämpligen cirkulationen så att det tillåter cirkulation via det första värmeenergiöverföringsorganet 21 (och eventuella ytterligare värmeenergiöverföringsorgan pa- rallellkopplade med detta organ 21) när energi skall upptagas till det första mediet via nämnda organ 21 och förhindrar sådan cir- kulation när ingen värmeenergi skall överföras mellan det första mediet och det tredje mediet via organet 21.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 523 716 12 Patentkrav Klimatanläggning, innefattande en första krets (11) innehål- lande ett första medium, en andra krets (12) innehållande ett andra medium och en första förbindelse mellan den första kretsen (11) och den andra kretsen (12) i form av en värme- pump (1), vars ingångssida är så förbunden med den första kretsen att värmeväxling mellan det första mediet i den första kretsen (11) och värmepumpens (1) förångare (15) tillåts och vars utgångssida är så förbunden med den andra kretsen att värmeväxling mellan det andra mediet i den andra kretsen (12) och värmepumpens (1) kondensor (16) tillåts, varvid värmepumpen (1) är anordnad att vid cirkula- tion av det första mediet och det andra mediet i respektive kretsar (11, 12) på sin ingångssida upptaga värmeenergi från det första mediet genom värmeväxling mellan det första mediet och förångaren (15) och på sin utgångssida avge värmeenergi till det andra mediet genom värmeväxling mel- lan det andra mediet och kondensorn (16), varvid den första kretsen innefattar åtminstone ett första vär- meenergiöverföringsorgan (21) för överföring av värmeenergi mellan det första mediet och ett tredje medium, känneteck- pa_d därav, att anläggningen innefattar en andra förbindelse (30) mellan den första kretsen (11) och den andra kretsen (12), varvid den andra förbindelsen (30) innefattar en värmeväxlare (38) som är förbunden med den första kretsen och med den andra kretsen, för överföring av värmeenergi mellan den andra kretsen (12) och det tredje mediet via det första värmeenergiöverföringsorganet (21). Klimatanläggning enligt krav 1, kännetecknad därav, att den andra förbindelsen (30) är anordnad att möjliggöra avlägs- nande av ett värmeenergiöverskott hos den andra kretsen (12) via det första värmeenergiöverföringsorganet (21) ge- nom överföring av värmeenergiöverskottet till det tredje me- diet. 10 15 20 25 30 35 523 716 13 Klimatanläggning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att den andra förbindelsen (30) är anordnad att möjliggöra överföring av värmeenergi från det tredje mediet via det för- sta värmeenergiöverföringsorganet (21) och den första kret- sen (11) direkt till den andra kretsen (12) utan användning av värmepumpen (1). Klimatanläggning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad därav, att det tredje mediet uppvisar såväl värmeavgivande som värmelagrande egenskaper. Klimatanläggning enligt krav 4, kännetecknad därav, att det tredje mediet är mark, företrädesvis berg. Klimatanläggning enligt något föregående krav, känneteck- rg därav, att den första kretsen (11) innefattar åtminstone ett andra värmeenergiöverföringsorgan (22) för överföring av värmeenergi mellan det första mediet och inomhusluft och att det andra värmeenergiöverföringsorganet (22) är anordnat att överföra värmeenergi från inomhusluft till det första mediet för kylning av inomhusluften. Klimatanläggning enligt krav 6, kännetecknad därav, att det andra värmeenergiöverföringsorganet (22) är anordnat i den första kretsen (11) i serie med det första värmeenergiöverfö- ringsorganet (21) och i strömningsriktningen efter det första värmeenergiöverföringsorganet (21 ). Klimatanläggning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att värmeväxlaren (38) via en första ledning (33) är ansluten till den första kretsen (11) upp- ströms det första värmeenergiöverföringsorganet (21) och via en andra ledning (34) är ansluten till den första kretsen (11) nedströms det första värmeenergiöverföringsorganet (21).