SE535353C2 - Värmeåtervinningsanläggning med en frånluftsvärmepump, en byggnad samt användning av anläggningen i byggnaden - Google Patents

Description

25 30 35 535 'B53 sager. Det är förenat med svårigheter att applicera en väl funge- rande avfrostningsfunktlon i värmeväxlaren. En annan orsak är att de värmepumpar som används idag inte är anpassade för drift med låga köldbärar- och förångartemperaturer. Speciellt när det är som kallast behöver uppvärmningsbehovet oftast komplet- teras med ytterligare ett uppvärmningssystem, som t.ex. en ex- tra värmepump, fjärrvärme, en ved- eller fossileldad panna eller en elpatron.

Således finns där ett behov av att kunna värma upp en byggnad på ett ekonomiskt fördelaktig sätt, företrädesvis genom att vär- me som lämnar byggnaden återvinns ur t.ex. frånluften.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja ovan- nämnda problem och tillhandahålla en värmeàtervinningsan- läggning och en byggnad med en värmeåtervinningsanläggning som har förmåga att producera tillräckligt med värme för att kun- na tillgodose värmebehovet i byggnaden.

Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en värmeåtervin- ningsanläggning med en värmepump som kan avge en värmeef- fekt med lägre energiförbrukning än konventionella värmepum- par och som kan tillgodose den övervägande delen av byggna- dens värmebehov. Ändamålet uppnås med en byggnad definierad i ingressen av krav 1 som innehåller en värmepump som innefattar en förånga- re, en Kondensor, en första fläkt, samt åtminstone en kompres- sor för att reglera effekten hos värmepumpen, vilken byggnad kännetecknas av att värmeåtervinningsanläggningen är placerad åtminstone ovanför nämnda våningsplan. 10 15 20 25 30 35 535 353 I byggnader finns ett ventilationssystem där frånluften från olika våningar och olika plan samlas ovanför det översta våningspla- net. Denna frånluft släpps ut från byggnaden genom t.ex. skor- stenen. Fördelen med föreliggande uppfinningen är att det be- fintliga ventilationssystemet kan användas utan behov av inve- steringar i ombyggnad för installation av ytterligare ett uppvärm- ningssystem i byggnaden. En annan fördel är att den samlade värmen som finns i frånluften àteranvänds för att värma upp byggnaden. Dessutom kan både vattnet i radiatorerna och i tappvattensystemet värmas. Ytterligare fördelar med värmeåter- vinningsanläggningen enligt uppfinningen är att värmeàtervin- ningsanläggningen använder spillvärme, t.ex. från människor, hushållsmaskiner, tvättstuga, bastu, datorer, solinstrålning, m.m. för uppvärmning av byggnaden.

Enligt en utföringsform av uppfinningen inbegriper byggnaden en andra fläkt som reglerar frànluftsflödet genom avlufts- och frånluftskanalerna.

Enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen är värmepum- pen anordnad att medge kylning av frånluften till en temperatur under minus 10°C. Denna extra kylning av luften ökar effekten hos värmeåtervinningsanläggningen. Denna extra kylning möj- liggörs genom att värmepumpen har ett utförande, såsom väl dimensionerade förångarytor och en behovsstyrd avfrostnings- funktion.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen innefattar värme- återvinnlngsanlåggningen en gemensam avluftskammare i vilken frånluftskanalen eller -kanalerna mynnar och från vilken den andra fläkten bortför frånluften via avluftskanalen, varvid värme- pumpen är anordnad på så sätt att frånluften som passerar för- ångaren leds från och till avluftskammaren.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är den första fläkten in- rättad att återcirkulera flödet av frånluften genom värmepumpen 10 15 20 25 30 35 535 353 för det fall värmepumpens dimensionerande luftflöde är högre än avluftsflödet. Fördelen med återcirkulering av frånluften är att detta skapar möjligheten att ta ut ännu mer värme ur frånluften och därmed öka effekten av värmeåtervinningsanläggningen yt- terligare.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen innefattar värme- återvinningsanläggningen ett spjäll som är anordnat att reglera luftflödet mellan frånluftskanalen och avluftskanalen, så att åt- minstone en del av frånluften återcirkuleras genom värmepum- pen. Fördelen med ett sådant spjäll är att det också kan reglera återcirkulation av frånluften i värmeàtervinningsanläggningen.

Speciellt vid avsaknad av den andra fläkten kan en ytterligare reglering av återcirkulation av frånluften behövas.

Enligt en ytterligare utföringsform innefattar värmeätervinnings- anläggningen en varvtalsstyrning av den första fläkten anordnad att reglera luftflödet mellan frånluftskanalen och avluftskanalen.

Med hjälp av vartalsstyrning kan luftflödet också regleras. Spe- ciellt vid avsaknad av den andra fläkten kan en ytterligare re- glering av flödet behövas. Ändamålet uppnås också med en värmeåtervinningsanläggning som definierad i ingressen av krav 9 vilken kännetecknas av att värmeåtervinningsanläggningen innefattar en gemensam av- luftskammare i vilken frånluftskanalen eller -kanalerna mynnar och från vilken andra fläkten bortför frånluften via avluftskana- len, varvid värmepumpen är anordnad på så sätt att frånluften som passerar förångaren leds från och till avluftskammaren. Fö- reträdesvis ansluts anläggningen till det befintliga ventilations- systemet i byggnaden. I många byggnader finns en avluftskam- mare eller ett avluftsrum där anläggningen kan placeras utan stora installationskostnader.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är värmepumpen i vär- meåtervinningsanläggningen anordnad att medge kylning av 10 15 20 25 30 35 535 353 frànluften till en temperatur under minus 10°C. Denna extra kyl- ning av luften ökar effekten av värmeàtervinningsanläggningen.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är den första fläk- ten i värmeåtervinningsanläggningen inrättad att återcirkulera flödet av frànluften genom värmepumpen för det fall värmepum- pens dimensionerande Iuftflöde är högre än avluftsflödet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar värmeåtervinningsanläggningen ett spjäll som är anordnat att reglera luftflödet mellan frànluftskanalen och avluftskanalen så att åtminstone en del av frànluften återcirkuleras genom värme- pumpen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar värmeàtervin- ningsanläggningen en varvtalsstyrning av den första fläkten för att reglera luftflödet mellan frànluftskanalen och avluftskanalen. Ändamålet uppnås även genom en användning av värmeàtervin- ningsanläggningenär där värmeåtervinningsanläggningen är pla- cerad i en byggnad, som innefattar ett flertal rum fördelade pà åtminstone ett våningsplan, åtminstone ovanför nämnda vå- ningsplan.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1 visar schematiskt en byggnad med till- och frànluftskana- ler.

Fig 2 visar schematiskt en värmeàtervinningsanläggning.

Fig 3 visar olika utföringsformer av värmeàtervinningsanlägg- ningen i Fig 2.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN 10 15 20 25 30 35 535 353 Fig 1 visar en byggnad 1. Byggnaden 1 kan vara ett flerbostads- hus såsom ett höghus med ett flertal rum fördelade på flera vå- ningsplan eller en fabrik med ett antal större rum. Antal våningar och antal plan i byggnaden 1 kan variera och är i princip obe- gränsat. Vid behov kan extra värmepumpar 3 installeras.

Byggnaden 1 har ett vattenburet värmesystem för uppvärmning av byggnaden 1.

Byggnaden 1 har även en eller flera tilluftsorgan 5 för tillförsel av luft till de olika rummen. Byggnaden 1 har en eller flera från- luftskanaler 6 för uppsamling och bortförsel av frånluft från de olika rummen. Den uppsamlade frànluften förs till värmepumpen 3 och sedan ut ur byggnaden 1 genom en avluftskanal 7. Fig 2 visar en värmeåtervinningsanläggning 7 som inbegriper en andra fläkt 8 som reglerar fränluftsflödet genom avlufts- och frånluftskanalerna 6, 7. Värmeàtervinningsanläggningen 9 inbe- griper också nämnda värmepump 3. värmepumpen 3 innefattar en köldmedelskrets med en förängare 10, en kondensor 11, en eller flera kompressorer 13 och en expansionsventil 16. Föräng- aren 11 är anordnad på så sätt att frànluften från frànluftskana- len 6 passerar i värmeöverförande kontakt med förångaren 10.

Kondensorn 11 är anordnad att värma vattnet i vattenledningen 2. Vattnet som värms i värmepumpen 3 kan användas både för uppvärmning av vattnet i det vattenburna värmesystemet, samt för uppvärmning av tappvattnet. värmepumpen 3 inbegriper också en första fläkt 12 som reglerar fränluftsflödet genom vär- mepumpen 3. Kompressorn 13 är inrättad att reglera värmeef- fekten hos värmepumpen 3 beroende på behovet antingen ge- nom inkoppling av flera kompressorer 13 i flera steg och/eller genom varvtalsstyrning. Värmeàtervinningsanläggningen 9 är placerad åtminstone ovanför nämnda våningsplan. värmepumpen 3 kan vara anordnad att kyla frànluften till olika temperaturer. Värmepumpen 3 kan medge kylning av luften till 10 15 20 25 30 35 535 353 en temperatur under minus 10°C, eller under minus 15°C, eller under minus 20°C, eller under minus 25°C eller till en ännu läg- re temperatur. lsbildningen på förångaren 10 kan undanröjas med hjälp av en avfrostningsautomatik, som kan vara tidsstyrd eller behovsstyrd och som kan innefattas av värmepumpen 3 el- ler värmeåtervinningsanläggningen 9.

Många byggnader 1 innefattar en gemensam avluftskammare 14 i vilken frånluftskanalen eller -kanalerna 6 mynnar. Alternativt, kan en sådan avluftskammare 14 byggas, exempelvis runt vär- mepumpen 3. Avluftskammaren 14 kan vara isolerad. Vanligtvis finns det ett undertryck i avluftskammaren 14 så att frånluften automatiskt strömmar till avluftskammaren 14. Frånluften kan därvid passera värmepumpen 3 och lämna avluftskammaren 14 genom avluftskanalen 7 som sträcker sig från avluftskammaren 14. Med hjälp av den första och andra fläkten 12, 8 kan frånluf- ten bortföras via avluftskanalen 7. Allt värme i frånluften kan in- te alltid tas upp av värmepumpen 3 efter det att frånluften har passerat värmepumpen 3 endast en gång. Således innehåller denna frånluft som har passerat värmepumpen 3 fortfarande värme. För att öka effekten av värmeåtervinningsanläggningen 9 kan värmepumpen 3 vara anordnad på så sätt att frånluften som passerar förångaren 10 leds från och till avluftskammaren 14, på så sätt att frånluften, eller åtminstone en del av frånluften, åter- cirkuleras och passerar värmepumpen 3 mer än en gång.

Den andra fläkten 8 i avluftskanalen 7 reglerar en flödeshastig- het av frånluften. Flödeshastighet kan vara mellan 0,20 och 0,50 l/s/mz, eller mellan 0,30 och 0,40 l/s/mz. När flödeshastighet be- höver ändras kan man reglera detta med hjälp av den andra fläkten 8 i avluftskanalen 7 eller med hjälp av den första fläkten 12. Värmeåtervinningsanläggningen 9 kan även innefatta en varvtalsstyrning av den första fläkten 12 för att reglera luftflödet mellan frånluftskanalen 6 och avluftskanalen 7. Speciellt i en byggnad med självdrag kan den första fläkten 12 användas för evakuering och erforderligt frånluftsflöde. Den första fläkten 12 10 15 20 25 30 35 535 353 kan vara placerad i värmepumpen 3, men kan även vara place- rad utanför värmepumpen 3. Denna första fläkten 12 kan vara anordnad att samverka med den andra fläkten 8, och kan vara inrättad att återcirkulera flödet av frànluften genom värmepum- pen 3 för det fall värmepumpens dimensionerande luftflöde är högre än avluftsflödet. Detta resulterar i en àtercirkulation av frànluften så att frànluften kan kylas ner minst två eller tre eller flera gånger i värmepumpen 3 innan frànluften leds ut ur av- luftskammaren 14 genom avluftskanalen 7.

Effekten av värmeåtervinningsanläggningen 9 kan också ökas genom användning av ett spjäll 15. Spjället 15 kan vara placerat i anslutning till eller i värmepumpen 3 mellan frånluftskanalen 6 och avluftskanalen 7. Spjället 15 kan vara det enda eller en yt- terligare anordning för att reglera luftflödet mellan frånluftskana- len 6 och avluftskanalen 7, så att åtminstone en del av frånluf- ten återcirkuleras genom värmepumpen 3.

Värmeåtervinningsanläggningen 9 är placerad på vinden eller på taket av byggnaden. Fig 3 visar olika utföringsformer av förelig- gande uppfinningen. l Fig 3a och 3b samlas frànluften i en av- luftskammare 14. I Fig 3b bildas avluftskammaren 14 av en del av frånluftskanalen 6 och/eller avluftskanalen 7. Frànluftskana- len 6 kan vara placerad på vinden eller under taket. l Fig 3c är frånluftskanalen 6 och värmepumpen 3 placerad på taket av byggnaden 1.

För uppvärmning av varmvatten kan en ackumulatortank (ej vi- sad) användas. Ackumulatortanken kan ha värmeslingor, som kan vara inbyggda i tanken.

Värmepumpen 3 kan ha ett styr- och övervakningssystem (ej vi- sat) med en funktion för mätning av energianvändning. Denna funktion kan vara inbyggd i värmepumpen 3. Övervakningssy- stemet kan stå i kontakt med en centralenhet. Information i övervakningssystem kan överföras via en kabelanslutning eller 10 15 535 353 trådlöst. Övervakningssystemet kan vara ett internet-baserat sy- stem. l det fall tillsattsvärme skulle behövas kan inbyggda elpatroner i värmepumpen 3 användas. Elpatronerna kan i vanliga fall pro- ducera 9 kW. Som alternativ kan man kombinera värmeàtervin- ningsanläggningen 9 enligt uppfinningen med solvärme. Acku- mulatortanken som används för varmvatten kan levereras med inbyggda solslingor, som är anordnade att värma från solen.

På sommaren kan värmeàtervinningsanläggningen 9 även an- vändas för att kyla ner temperaturen i byggnaden 1 genom att anpassa värmepumpen 3 för kylning på ett för fackmannen känt sätt.

Uppfinningen är inte begränsad till den ovan visade utförings- formen utan kan varieras och modifieras inom ramen för de ef- terföljande patentkraven.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 535 353 lo PATENTKRAV

1. Byggnad (1), som innefattar ett flertal rum fördelade på åt- minstone ett våningsplan, - ett vattenburet värmesystem, - en eller flera tilluftsorgan (5) för tillförsel av luft till de oli- ka rummen, - en eller flera fránluftskanaler (6) för uppsamling och bort- försel av frånluft från de olika rummen, - en avluftskanal (7) för bortförsel av den uppsamlade från- luften ut ur byggnaden (1), och - en värmeåtervinningsanläggning (9) som inbegriper - en värmepump (3) som innefattar - en förångare (10), som är anordnad på så sätt att frånluften från frånluftskanalen (6) passerar i värmeöverförande kontakt med förångaren (10), och - en Kondensor (11) som är anordnad att värma vattnet i vattenledningen (2), - en första fläkt (12) som reglerar frånluftsflödet genom värmepumpen (3), och - åtminstone en kompressor (13) som är inrättad att reglera värmeeffekten hos värmepumpen (3), - en vattenledning (2) för transport av uppvärmt vatten mellan värmepumpen (3) och en värmecentral (4), varvid värmeåtervinningsanläggningen (9) är placerad åt- minstone ovanför nämnda vàningsplan kännetecknad av att värmeàtervinningsanläggningen (9) innefattar ett spjäll (15) som är anordnat att reglera luftflödet mellan frànluftskanalen (6) och avluftskanalen (7),varvid värmepumpen (3) är anord- nad på så sätt att frånluften, eller åtminstone en del av från- luften, àtercirculeras och passerar värmepumpen (3) mer än en gång.

2. Byggnad (1) enligt krav 1, att byggnaden (1) inbegriper en andra fläkt (8) som reglerar frånluftsflödet ge- 10 15 20 25 30 35 535 353 nom avlufts- och frànluftskanalerna (7,6), och att värmeåter- vinningsanläggningen (9) innefattar en gemensam avlufts- kammare (14) i vilken fränluftskanalen eller -kanalerna (6) mynnar och från vilken den andra fläkten (8) bortför frånluften via avluftskanalen (7), varvid värmepumpen (3) är anordnad på så sätt att frànluften, eller åtminstone en del av frànluften, ~ återcirculeras och passerar värmepumpen (3) mer än en gång.

3. .Byggnad (1) enligt något av kraven 1 och 2, kännetecknad av att värmeåtervinningsanläggningen (9) innefattar extra värme- pumpar (3).

4. .Byggnad (1) enligt något av kraven 1ti|l 3, kännetecknad av att värmepumpen (3) är anordnad att medge kylning av från- luften till en temperatur under minus 10°C.

5. .Byggnad (1) enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att den första fläkten (12) är inrättad att återcirku- lera flödet av frånluften genom värmepumpen (3) för det fall värmepumpens dimensionerande luftflöde är högre än avlufts- flödet.

6. .Byggnad (1) enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att vårmeåtervinningsanläggningen (9) innefattar en varvtalsstyrning av den första fläkten (12) anordnad att re- glera luftflödet mellan frånluftskanalen (6) och avluftskanalen (7)-

7. .Värmeåtervinningsanläggning (9) för en byggnad (1), som in- nefattar ett flertal rum fördelade på åtminstone ett vånings- plan, varvid byggnaden (1) innefattar - ett vattenburet värmesystem, - en eller flera tilluftsorgan (5) för tillförsel av luft till de olika rummen, 10 15 20 25 30 35 535 353 lêl - en eller flera frånluftskanaler (6) för uppsamling och bortför- sel av frànluft från de olika rummen, - en avluftskanal (7) för bortförsel av den uppsamlade frånluf- ten ut ur byggnaden (1), och varvid värmeåtervinningsanläggningen (9) innefattar - en värmepump (3) som innefattar - en föràngare (10), som är anordnad på så sätt att frånluften från frånluftskanalen (6) passerar i värme- överförande kontakt med förångaren (10), och - en kondensor (11) som är anordnad att värma vatt- net i vattenledningen (2), - en första fläkt (12) som reglerar frànluftsflödet ge- nom värmepumpen (3), och - åtminstone en kompressor (13) som är inrättad att reglera värmeeffekten hos värmepumpen (3), - en vattenledning (2) för transport av uppvärmt vatten mellan värmepumpen (3) och en värmecentral (4), - en andra fläkt (8) som reglerar frànluftsflödet genom av- lufts- och frånluftskanalerna (7,6), kännetecknad av att värmeàtervinningsanläggningen (9) innefat- tar en gemensam avluftskammare (14) i vilken fránluftskanalen eller -kanalerna (6) mynnar och från vilken andra fläkten (8) bortför frånluften via avluftskanalen (7), varvid värmepumpen (3) är anordnad på så sätt att frånluften, eller åtminstone en del av frånluften, återcirculeras och passerar värmepumpen (3) mer än en gång.

8.Anläggningen enligt något av krav 7, kànnetecknad av att vär- mepumpen (3) är anordnad att medge kylning av frånluften till en temperatur under minus 10°C.

9. Anläggningen enligt något av kraven 7 till 8, kännetecknad gl att den första fläkten (12) är inrättad att àtercirkulera flödet av frånluften genom värmepumpen (3) för det fall värmepum- pens dimensionerande luftflöde är högre än avluftsflödet. 535 353

10.Anläggningen enligt något av kraven 7 till 9, kännetecknad _a_v att värmeåtervinningsanläggningen (9) innefattar ett spjäll (15) som är anordnat att reglera luftflödet mellan frånluftska- nalen (6) och avluftskanalen (7), så att åtminstone en del av 5 frànluften återcirkuleras genom värmepumpen (3).

11.Anläggningen enligt något av kraven 7 till 10, kännetecknad g att värmeàtervinningsanläggningen (9) innefattar en varv- talsstyrning av den första fläkten (12) för att reglera luftflödet 10 mellan frånluftskanalen (6) och avluftskanalen (7).

12.Användning av värmeåtervinningsanläggningen (9) enligt nå- got av kraven 7 till 11, i en byggnad (1) kännetecknad av att värmeàtervinningsanläggningen (9) är placerad i en byggnad 15 (1), som innefattar ett flertal rum fördelade på åtminstone ett våningsplan, åtminstone ovanför nämnda våningsplan.