SE545222C2 - Hybriduppvärmningssystem som använder fjärrvärmeuppvärmning - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser ett hybriduppvärmningssystem som använder fjärrvärmeuppvärmning, vilket system omfattaro en primärkrets för fjärrvärme omfattande parallellt värmande en värmeväxlare (10.1) för tappvarmvatten och en värmeväxlare (14) för uppvärmningscirkulation samt en gemensamt med dessa seriekopplad värmeväxlare (10.2) för kallvatten,o en uppvärmningskrets (22) cirkulerande cirkulationsvatten reglerbart via nämnda värmeväxlare (14) uppvärmd med fjärrvärme,o en värmepumpenhet (30) kopplad att med sin förångare (34) utnyttja en vald yttre värmekälla samt avge värme med sin kondensor (36a) parallellt med nämnda värmeväxlare (14) för fjärrvärme.Värmepumpenhetens (30) kondensor är tudelad omfattande en varmsidekondensor (36b), som är anordnad att avge värme till varmvattencirkulationens (VVC) retur.

Description

HYBRIDUPPvÅRr/ININGSSYSTEM soM ANVÄNDER FJÅRRVÅRMEUPPVÄRMNING Uppfinningen avser ett hybriduppvärmningssystem. som. använder fjärrvärmeuppvärmning, omfattande - en primärkrets för fjärrvärme omfattande; parallellt värmande? en värmeväxlare för tappvarmvatten och en fjärrvärmeväxlare för uppvärmningscirkulationi go@-ns;mt med ¿~:Pa oiriokopplad ïärmofï lars ip; kall vattefiy varvid tappvarmvattnets varmvattencirkulationens retur är kopplad, till kalla änden hos värmeväxlatern f"' ar,....\ 7-- ,.- -ffàe -- W. f: ff A xf. "Å- -f -~-« f ëf -~-~ :or tappvaimwatten nblian din övr. ofh d.n Medie .aimo f; 1.._w^ 4:3, ,;..,4, L,._._,_ ,,.,,_ ,,,--,-,,n ,.i._.,^ _ rïir r .,J_¿r-+ /i/L _Lr__¿_¿_~__, Jx~_/'_ llLL¿L..L¿~JLLL '..LL,\-^t \ LLLlLL\ LLVV--xx ~_._;r_L\.-_1.r .L vL.LL. Lili/Lp* /MNL .,. ~.,.1 ._ ...:.: . 2: ._ "- .-. i. _: j 1 -1 ~ i.. j i x J. L ,\Å. \,J.J. v \.A.LLL|.^>_.\. LL ;J_\.A.L . '...._L,,J_J_ ka. .L_.\ JL. ._A..,L \.A.J.J.\Å. I - en uppvärmningskrets cirkulerande cirkulationsvattenï reglerbart via nämnda fjärrvärmeväxlare goför uppvärmningscickulation, och - en värmepumpkrete~~värmepumpenhet omfattande en kom- pressor, en strvpning, en förängare och en kondensor och kopplad. ätt med sin förängare utnyttja. en vald yttre värmekälla samt a%t~avge värme med sin konden- sor parallellt med nämnda värmeväxlare uppvärmd med fjärrvärme på :tt calt sätt.

Särskilt i större fastigheter lönar det sig att parallellt med fjärrvärme använda en värmepump, vars värmekälla består exem- pelvis av jordvärme eller fränluft. Dä leveransavtalen för fjärrvärme alltid inbegriper bestämmelser exempelvis om minimi- avkylning av fjärrvärmevatten, begränsas utnyttjandet av en värmepump av detta.

Finsk energiindustri rf har gett ut publikationer om tillämp- ning av en fränluftsvärmepump (FLVP) i ett fjärrvärmehus (Läm- mönkäyttötyöryhmä 30.10.2017; "Poistolämpöpumppu (PILP) kauko- lämpötaloon; ohjeet suunnittelijalle". Publikationen ger exem- pel på kopplingar (Hybrid l och Hybrid 2). Dessa använder inte ett arrangemang som utnyttjar overhettning av varmepumpens kom- pressor, vilket kopplat till en varmvattenberedare ar kant som sådant. Publikationen beskriver styrning av uppvarmningen med varmepump valbart till uppvarmning av namnda bruksvatten, om det blir kvar varme efter uppvarmningen for uppvarmningscirku- lationen.

Grundkopplingen av fjarrvarme i en fastighet medfor ett klart problem under låg forbrukning så som till exempel på natten. Varmevaxlaren for kallvatten varms nastan till samma temperatur som tappvarmvattnet, och då forverkligas inte den minimiavkyl- ning av fjarrvarme som kravs. Det lilla varmebehovet i varm- vattencirkulationen håller fjarrvarmevattenflodet i gång, vil- ket leder till att varmevaxlaren for kallvatten uppvarms. Då man mellan de foregående varmevaxlarna anvander en varmevaxlare eller en spiral, med vilken varmepumpsenergi overfors till tappvarmvattnet, blir problemet det att det fjarrvarmeretur- vatten som anvants for uppvarmning av varmvattencirkulationen forvarmer det kallvattnet och varmepumpsenergi kan inte i samma omfattning overforas till forvarmning av tappvarmvatten.

Syftet med denna uppfinning ar att eliminera namnda missforhål- lande och åstadkomma ett system som garanterar tillracklig av- kylning också under tider med låg forbrukning. Hybridsystemet enligt uppfinningen kannetecknas av det som anfors i patentkra- ven. Uppfinningens kannetecknande drag definieras i bifogade patentkrav l. Det ar svårt att utnyttja den hogre temperaturen hos den overhettade koldbararen som åstadkommits av varmepum- pens kompressor, då varmemangden andå blir relativt liten. I losningen enligt denna uppfinning kan denna mindre varmemangd, och for detta andamål som andå har hogre temperatur, utnyttjas, ar dess varmemangd helt tillracklig. Sålunda varms under natten eller någon annan tidpunkt med låg forbrukning varmvattencirku- lationen med denna varme hos det overhettade mediet till tapp- varmvattnets slutliga temperatur, och då behövs ingen fjarr- varme alls och varmevaxlaren for kallvatten uppvarms inte på ett menligt satt.

Foljande sarskilda fordelar med uppfinningen kan namnas: - Den forbattrar avkylningen av fjarrvarme - Den gor det mojligt att mer effektivt overfora varme- pumpsenergi till forvarmning av tappvarmvatten - Den gor det mojligt att utnyttja varmepumpsenergi for att varma varmvattencirkulationen Av sakerhetsskal anvands en mellancirkulation mellan vafæsiàe- kondensorn for den heta sidan och varmvattencirkulationen.

Enligt en tillampning av uppfinningen utnyttjas varmen hos cir- kulationsvatten som återgår från uppvarmningscirkulationen till varmepumpens kondensor valbart till uppvarmning av bruksvatt- net, som anordnats med hjalp av en andra seriekopplad varmevax- lare. I en motstromsvarmevaxlare ar nivàforlusten emellertid låg. Ventilen for inflodet av fjarrvarme oppnas forst då det tydligt forekommer forbrukning av tappvarmvatten.

Den av varmepumpen matade uppvarmningskretsen och den egentliga uppvarmningskretsen kan foretradesvis kopplas till samma krets genom att anvanda en friflodesseparator, varvid flodesmangderna på vardera sidan bestams sjalvstandigt, men tillaggsvarme kan levereras med hjalp av ett delflode.

I en foredragen tillampning anvands i den av varmepumpen matade uppvarmningskretsen en forbikopplingslinje, med vilken varme- matningen kan styras direkt till tillaggsuppvarmningen av kall- vatten, då ingen konsumtion förekommer i den egentliga uppvarm- ningskretsen. Uppfinningen beskrivs nedan med hänvisning till några fore- dragna utforandeformer i de bifogade figurerna, till vilka upp- finningen anda inte avsetts att begransas.

Figur l illustrerar en grundkoppling av ett hybridsystem som anvander fjarrvarme och med hjalp av en varmepump ut- nyttjar en andra varmekalla, i detta fall frànlufts- varme Figur 2 illustrerar en friflodesseparator Figur 3 illustrerar ett hybridsystem som ar mer avancerat an grundkopplingen av hybridsystemet i figur l Figur 4 illustrerar en andra variant av grundkopplingen av hy- bridsystemet i figur l Systemet i figurerna l och 3 grundar sig forst på en grundkopp- ling som utnyttjar fjarrvarme pà sedvanligt satt och som omfat- tar fjarrvarmens primarkrets med parallellt varmande ovre var- mevaxlare (lO.l) for tappvarmvatten och en varmevaxlare (14) for uppvarmningscirkulationen samt en med dessa gemensamt seri- ekopplad varmevaxlare (lO.2, med streckade linjer) for kallvat- (KV), varvid varmvattencirkulationens retur (VVC) (lO.l, ten kopplats mellan den ovre och den nedre varmevaxlaren 10.2) for namnda tappvarmvatten. (22) Ett sedvanligt system omfattar en upp- som cirkulerar cirkulationsvatten (14) varmningskrets regler- bart via namnda varmevaxlare uppvarmd med fjarrvarme. En i (30) som omfattar en (34) och for sig kand del ar en varmepumpskrets (31), (32), (36a) kompressor en strypning en forångare och en kopplade att med sin foràngare utnyttja en vald (20) parallellt kondensor i detta fall ett frånluftsaggregat samt (36a) yttre varmekalla, att pà valt satt avge varme med sin foràngare med namnda varmevaxlare (l4) uppvarmd med fjarrvarme. Figur l illustrerar båda alternativen för varmevaxlaren l0 för tapp- varmvatten, varvid den separata varmevaxlaren (l0.2) för kallt vatten rekommenderas, men likval ar valbar.

Grundkopplingen av uppfinningen i figur l omfattar i varmepump- skretsen (30) en första kondensor (36b) för att utnyttja varme- mangden hos det överhettade mediet. Denna första kondensor (36b) uppvarmer vatten i en mellankrets, (16) som avger varmen i varmevaxlaren till varmvattencirkulationen (VVC).

Varmepumpskretsen (30) (20). utnyttjar har frånluft med hjalp av ag- gregatet Alternativt kan man anvanda någon annan till- ganglig varmekalla, sarskilt jordvarme. Varmepumpen ar har kopplad till frånluftsaggregatet med indirekt förångning. Kopp- lingen kan aven ske med direkt förångning, varvid köldbararen cirkulerar direkt i ett frånluftsbatteri eller i någon annan varmekalla. varvid I figur 2 illustreras en friströmningsseparator (24), till samma volym kopplats ingången (24.l) till laddningen av uppvarmningskretsen, dess utgång (24.2), ingången (24.4) till tillaggsuppvarmning och utgången (24.3) från tillaggsuppvarm- ningen (24.3). Med hjalp av denna strömningskomponent störs inte laddningskretsens cirkulationsflöde av tillaggsuppvarm- ningens matningsflöde, men den överför vasentligen ett volym- flöde som motsvarar laddningsflödet från tillaggsuppvarmningens ingångsflöde.

I figur 3 visas en version som förbattrats vasentligen i för- hållande till grundkopplingen i figur l. Returflödet i till- aggsuppvarmningen kan styras reglerbart till tillaggsuppvarm- ningen av kallvatten (KV) med hjalp av varmevaxlaren (l8), som vid uppvarmningen av kallvatten ar seriekopplad med den egent- liga varmevaxlaren (l0.2) för kallvatten. Med hjalp av trevags- reglerventiler (26) och (28) kan varmepumpens basvarme från varmevaxlaren (36a) styras optimalt till det önskade objektet i enlighet med varmeförbrukningslaget. Om det sålunda inte ar nå- gon förbrukning i uppvarmningskretsen, kan den av varmepumpen genererade uppvarmningen styras till uppvarmningen av kallvat- ten eller vice versa.

I varianten i figur 4 uppvarmer överhettningsvarmen från varme- pumpen tappvarmvatten via varmeackumulatorn (40). Varmeackumu- latorns andra kopplingar illustreras inte. Den första konden- sorn (36b) som utnyttjar överhettningsvarme varmer en krets, som matar varme till ackumulatorns övre del. Varmeöverförings- spiralen (42) för varmvattencirkulationen (VVC) finns i ackumu- latorns (40) övre del, varvid varmen överförs via vatskan i ackumulatorn (40) till kretsen som varmer cirkulationsvatten.

En sådan variant vore möjlig, dar vattnet i varmeackumulatorns övre del cirkuleras i varmevaxlaren for varmvattencirkulationen (VVC).

Beskrivning av hybridsystemets funktion Ett styrsystem. (FIKSU®) anvands, med. vilket helheten styrs. Styrsystemet kan fjarrstyras och regleras i FIKSU- kontrollrummet. Tappvarmvatten Vid förvarmning av tappvarmvatten utnyttjas den del av varmen som genererats med varmeupptagningssystemet och som inte behövs vid uppvarmningen.

Reglering En regulator reglerar reglerventiler i serie utgående från en matning med en temperaturgivare för framledningsvatten och hål- ler tappvarmvattnets temperatur vid dess börvarde. Börvardet ar 58 °C. En prognostiseringsfunktion för regleringen av tappvarm- vatten snabbar upp regleringen och minskar pendlingen vid vari- ationer i förbrukning av varmvatten på basis av prognostise- ringsgivarens matdata. Med matning av returtemperaturen hos varmvattencirkulationen konstateras returtemperaturen. Då re- turtemperaturen ar under 55 °C meddelar systemet om avvikelsen.

VVC-pump Tappvarmvattnets cirkulationspump ar i gång hela tiden. Då pum- pen inte ar i funktion följer ett larm. Cirkulationspumpen styrs från och avlases i styrsystemet via ett Modbus- granssnitt.

Uppvarmningskrets(lOx), Reglering Regulatorn styr reglerventiler i serie utgående från matning av uppvarmningens framledningsvatten och haller temperaturen hos uppvarmningens framledningsvatten vid ett börvarde enligt reglerkurvan.

Då uppvarmningssystemet ar försett med ett varmepumpsystem, sker uppvarmningen primart med varme som genererats av varme- pumpsystemet.

Tillracklig varme sakerstalls med en kalla for tillaggsvarme. Styrsystemet optimerar regleringen på basis av energikostnader. Uppvarmningskretsen ar antingen direkt en uppvarmningskrets, eller så fungerar den som en förreglerkrets för efterföljande efterreglerkretsar. Förreglerkretsen anpassar sig till install- ningarna för efterreglerkretsarna. Efterreglerkretsarna förses med egna regulatorer, som kopplas via en buss till systemet. VL-pump Funktionssattet för* pumpen i_ uppvarmningskretsen. kan stallas in. Pumpen ar i gång hela tiden eller startar då utomhustempe- raturen sjunker under +l7°C och stannar då temperaturen stiger till +l9°C. Ett konfliktlarm ges om pumpens funktionslage. Då pumpen stannat, startas den för l min en gäng i veckan för att hindra den att karva. Cirkulationspumpen styrs från och avlases i styrsystemet via ett Modbus-granssnitt.

Returbegransning At° av uppvarmningens fjarrvarme Då returtemperaturen hos uppvarmningens fjarrvarme ar mer an 2,0° högre an uppvarmningens retur, kompenseras reglerventiler- nas börvarde genom att hälla skillnaden under det önskade bör- vardet 3,0°.

Nattsankning Regulatorn sanker temperaturen hos uppvarmningens framlednings- vatten. Funktionen tas i bruk vid behov. Sankningens gradantal, langd och veckoprogram kan andras med regulatorn eller i kon- trollrummet. Man kan också stalla in en automatisk förhandshöj- ning i grader och förhandshöjningens langd med regulatorn.

Hösttorkning Med en torkfunktion för hösten höjs temperaturen hos uppvarm- ningens framledningsvatten automatiskt på hösten under 20 dygn med börvardet +3°C. Funktionen kopplas på då dygnets medeltem- peratur kontinuerligt under minst 20 dygn varit över +7°C och darefter sjunker under gransen +7°C. Funktionen ar pàkopplad under de följande 20 dygnen då utomhustemperaturen ar under +7°C.

Sommarstangning av ventilerna De ventiler som reglerar uppvarmningen styrs till stangt lage då utomhustemperaturen överstiger l7°C; funktionen ar valbar. Då funktionen ar i bruk styrs ventilerna till öppet lage var och en skilt en gång i veckan för att hindra dem att karva.

Värmepump VP (l3x) - Styrning av värmepumpen Värmepumparna styrs från styrsystemet via ett Modbus- gränssnitt.

Claims (4)

1.Hybriduppvärmningssystem som använder fjärrvärmeuppvärmning, vilket system omfättär en primärkrets för fjärrvärme omfättände pärällellt vär- mände en värmeväxläre (10) för täppvärmvätten. och en fjärrvärmeväxläre (14) för uppvärmningscirkulätion, vär- vid täppvärmvättnets värmvättencirkulätionsretur (VVC) är koppläd, till källä änden hos värmeväxlären (10) för täppvärmvätten, o en uppvärmningskrets (22) cirkulerände cirkulätionsvät- ten reglerbärt viä nämndä fjärrvärmeväxläre (14) för upp- värmningscirkulätion, o en värmepumpenhet (30) omfättände en kompressor (31), en strypning (32), en förängäre (34) och en kondensor (36ä, 36b) och koppläd ätt med sin förängäre (34) utnyttjä en väld yttre värmekällä ____ (20) sämt ävge värme med sin kon- densor (36ä) (14), pärällellt med nämndä fjärrvärmeväxläre kännetecknat äv ätt nämndä värmepumpenhets (30) kondensor är tudeläd omfättände en kondensor (36b) för den hetä sidän för ätt utnyttjä värmen hos överhettäd gäs och en konventionell kondensor (36ä), änordnäd ätt ävge värme sä som nämnts päräl- lellt med fjärrvärmeväxlären (14), och värvid nämndä kondensor (36b) för den hetä sidän är änordnäd ätt ävge värme till nämndä täppvärmvättnets värmvättencirkulätionsreturre%ar~fiän~wfirm~ ê »l ' ?ät¿c:ffl¿J¿¿1;ti ram, (VVC).

2. .Hybriduppvärmningssystem enligt pätentkräv 1, kännetecknat äv ätt det mellän kondensorn (36b) för den hetä sidän och värm- vättencirkulätionen finns en vättencirkulätionsmellänkrets som överför värme frän nämndä kondensorn (36b) för den hetä sidän till täppvärmvättnets värmvättenoirkulätionsretnr~ :mm tt.nCi“L”l;tiïnt*$ (VVC)~ret-E.

3.Hybriduppvarmningssystem enligt något av patentkraven l - kännetecknat av att namnda varmekalla (20) (30) som utnyttjas varmepumpenheten ar byggnadens frànluft.

4. Hybriduppvarmningssystem enligt något av patentkraven l - kännetecknat av att namnda varmekalla (20) (30) som utnyttjas varmepumpenheten ar en geotermisk brunn.