SE531581C2 - Anordning vid värmepump - Google Patents

Description

20 25 30 53% 581 varje separat slinga. Utöver detta blir igångsättning av systemet komplicerad, då värmebärare måste fyllas på på flera olika ställen.

I konventionella system för uppvärmning och nedkylning av en fastighet föreligger ofta en frysrisk i den slinga son: är kopplad till värmepumpens kalla sida vid kyldrift, kylmediet eftersom inne i. fastigheten hålls vid förhållandevis låga temperaturer samt kyls vidare vid kontakten med värmeväxlaren mot värmepumpens kalla sida, och eftersom detta kylmedium ofta utgörs av icke frostskyddat vatten.

När varmepumpen är i drift måste vidare den yttre slinga som tar emot värmeenergi från varmeväxlaren i sådana system all- tid drivas med konstant flöde hos värmebäraren, skador i för att undgå varmeväxlaren på grund av överdriven uppvärmning.

Detta är ett problem eftersom system för exempelvis uppvärm- ning av inomhusluften i en fastighet normalt är kopplade till en eller flera termostater, vilka slår från den yttre, värme- energiabsorberande slingan när en önskad lufttemperatur är uppnådd. I och med detta måste även värmepumpen slås från för att inte skadas, vilket leder till minskad total verknings- grad för systemet. Dessutom medför upprepade till- och från- slag ökat slitage av varmepumpen.

Föreliggande uppfinning löser de ovan beskrivna problemen.

Således hänför sig uppfinningen till en anordning för upp- värmning respektive nedkylning, innefattande en värmepump, en vid en första sida av värmepumpen anordnad första värmeväxla- re soni är termiskt kopplad. till en första värmebarare som cirkuleras i en första slinga, och en vid en andra sida av värmepumpen anordnad andra värmeväxlare som är anordnad att 10 15 20 25 30 531 587 överföra värmeenergi till eller från en andra värmebärare som cirkuleras i en andra slinga, och utmärks av kombinationen av att den forsta ochr den andra slingan är förbundna med en rörledning så att den första slingan, den andra slingan och rörledningen tillsammans bildar ett sammanhängande system, i vilket system en och samma värmebärare är anordnad, rörledningens och att inre diameter är tillräckligt liten i förhål- lande rörledningens längd för att väsentligen förhindra till cirkulation av värmebärare mellan den första slingan och den andra slingan.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj, med hänvisning till exemplifierande utföringsformer av uppfinningen och de bifogade ritningarna, av vilka: Figur 1 är en principiell översiktsvy över en anordning en~ ligt föreliggande uppfinning.

En värmepump l innefattar två sidor, en varm och en kall. Vid vardera sidan förefinns anordnade en forsta 2 respektive en andra 3 värmeväxlare. Värmepumpen 1 är av typen vätska- vätska, vilket innebär att den är anordnad att överföra vär- meenergi mellan två vätskeformiga värmebärare.

Enligt en föredragen utföringsform är värmepumpen 1 reverser~ bar, vilket innebar att värmepumpen l kan användas både för uppvärmning och nedkylning. Beroende på vilket driftssätt som valts kan antingen den ena eller den andra sidan vara den kalla sidan. Vid uppvärmningsdrift är den rens 2 sida den kalla första värmeväxla- sidan och den andra värmeväxlarens 3 sida den varma sidan, och tvärtom vid nedkylningsdrift. 10 15 20 25 30 531 531 Med andra ord är varmepumpen 1 anordnad att kunna överföra värmeenergi både från den första värmeväxlarens 2 sida till den andra varmevaxlarens 3 sida och tvärtom. god ekonomi beträffande installation, För att uppnå drift och underhåll av en sådan värmepump ar det föredraget att den första värmeväx- laren 2 ar anordnad med samma kapacitet som den andra värme- vaxlaren 3. Ett sådant varmepumpsarrangemang är tidigare känt från det svenska patentet 0602688-4, som härmed i sin helhet införlivas häri genom hänvisning.

Den första värmevaxlaren 2 ar termiskt kopplad till en första slinga 10, i form av ett rörsystem. I den första slingan 10 bringas en varmebarare att cirkuleras med hjälp av en i sig kand pumpanordning 12.

Enligt en föredragen utföringsform leder den första slingan 10 varmebäraren ned i och upp ur en energibrunn 13. Det inses att energibrunnen 13 kan vara utformad. på en mängd olika satt, såsom i form av en i nmrken eller i en sjö nedlagd slinga, eller i form av ett grävt eller borrat bål i marken.

När energibrunnen 13 ar varmare än den första värmevaxlarens 2 sida nos värmepumpen 1 överför således värmebäraren varme- energi från energibrunnen 13 till värmepumpen 1 genom att dên cirkuleras i den första slingan 10 med hjälp av pumpanord- ningen 12. På Inotsvarande satt överför* varmebäraren varme- energi fràn 'armepumpen 1 till energibrunnen 13 i det fall energibrunnen 1Qš är svalare êhi den första varmevaxlarens 2 sida hos värmepumpen 1.

Den andra varmeväxlaren 3 ar vidare termiskt kopplad till en andra slinga 20, i form av ett rörsySï@m- En äfldïaf i sig kand, pumpanordning 22 är anordnad att cirku-era en varmeba- rare i den andra slingan 20. 10 15 20 25 30 531 581 När värmepumpen 1 är inställd i uppvärmningsdrift, dvs. att överföra värmeenergi från den första värmeväxlaren 2 till den andra värmeväxlaren 3, överförs värmeenergi från energibrun- nen 13 till den första värmeväxlaren 2, och genom Värmepumps- verkan vidare till den andra värmeväxlaren 3 och vidare till värmebäraren i den andra slingan 20. I detta fall kan den tillförda varmeenergin användas för uppvärmning i en fastig- het (ej visad), exempelvis såsoni uppvärmning' av tappvattên och/eller av inomhusluft.

När värmepumpen 1, å andra sidan, är inställd i nedkylnings- drift, dvs. att överföra värmeenergi från varmebararen i den andra slingan 20, via värmepumpen 1. och värmebäraren i. den första slingan, 10 till energibrunnen 13, kan den nedkylda värmebäraren användas till nedkylning i fastigheten, exempel- vis till nedkylning av inomhusluft.

Den andra slingan 20 innefattar en första 31 och en andra 41 ytterligare värmeväxlare. Den första ytterligare värmeväxla- termiskt kopplad till en tappvarmvatten. ren 31 är varmvattentank 30 för Den andra ytterligare värmeväxlarefl 41 är termiskt kopplad till en energibuffertanordning 40 innefat- tande en tank med en värmebärare. Tankens volym har tillräck- liga dimensioner för att kunna buffra värmeenergi på tillfredsställande sätt i den aktuella tillämpningen. ett Värme- bäraren i buffertanordningen 40 kan exempelvis vara vatten.

Genom att den andra pumpanordningen 22 ar anordnad att cirku- lera den andra värmebäraren i den andra slingan 20 kan varme- energi således överföras genom den andra slingan 20 mellan a ena sidan värmepumpen 1 och à andra sidan de ytterligare varmeväxlarna 31, 41. 10 15 20 25 30 522V! 52-1 Varmebàraren i den andra slingan 20 cirkuleras vid drift enligt pilarna A, B. Vidare reglerar en regleranordning 23 ett ventilarrangemang 2l, så att flödet av värmebarare i den andra slingan 20 styrs antingen enligt pilarna F, C, varmebararen styrs varvid till den andra ytterligare värmevaxlaren 4l, eller enligt pilarna D, E, varvid varmebäraren styrs till den första ytterligare varmevaxlaren 31. Ventilarrangemanget 21 kan exempelvis utgöras av en i sig känd, reglerbar tre- vagsventil.

Regleranordningen 23 reglerar ventilarrangemanget 21 på basis av dels ifall varmepumpen 1 drivs i uppvärmningsläge eller i nedkylningslage, dels beroende på ifall en till regleranord- ningen 23 ansluten termostat eller temperaturgivare 42 i varmebuffertanordningen 40 anger att temperaturen i värmebuf- fertanordningen 40 överstiger ett förutbestämt värde.

När varmepumpen l drivs i uppvärmningslage, dvs. nar den överför värmeenergi fràn den första slingan 10 till den andra slingan 20, styrs varmebararen enligt en föredragen utfö- ringsform i första nand till den andra varmeväxlaren 41. termostaten 42, När som kontinuerligt övervakar temperaturen i energibuffertanordningen 40, uppmater en temperatur som över- stiger ett förutbestamt värde, avger termostaten 42 en signal till regleranordningen 23, vilken i sin tur reglerar ventil- arrangemanget 2l till att istället styra varmebararen till den första värmeväxlaren 31. Det förutbestämda värdet kan ställas in vid tillverkningen eller installationen, eller vara reglerbart. Således överförs vid uppvärmningsdrift var- meenergi till energibuffertanordningen 40 så länge som tempe- raturen i denna inte är högre än det förutbestämda värdet. I annat fall överförs varmeenergin från varmepumpen l till 10 15 20 25 30 531 581 \ varmvattentanken 30, som därigenom också tjänar som energi- buffert. 32, Varmvattentanken 30 innefattar också en termostat som på mptsvarande sätt som för termostaten 42 avger en signal till regleranordningen 23 när temperaturen i varmvat- tentanken 30 överstiger ett visst förutbestämt värde. Nar detta inträffar kan regleranordningen 23 försätta systemet i temporärt frànslaget läge.

Detta arrangemang medför att värmepumpen l. kan drivas med väsentligen mindre frekvent förekommande till- och frânslag i jämförelse med konventionella system under uppvärmningsdrift, trots att termostaten 42 används för att hålla en jämn tempe- raturnivå i energibuffertanordningen 40. Därmed minskas pro- blemen med överhettning och slitage i värmepumpen l, som kan drivas jämnare, vilket även medför en hög total verkningsgrad för systemet. Genom att värmepumpen l inte behöver ställas från och till för att reglera värmeuttaget under drift uppnås även en jämnare drift av systemet.

När värmepumpen 14 à andra sidan, drivs i nedkylningsläge, dvs. när den överför värmeenergi från den andra slingan 20 till den första slingan lO, styrs värmebäraren alltid Således till den andra värmeväxlaren 41. överför värmebararen i detta fall värmeenergi från energibuffertanordningen 40 till värmepumpen l, varvid energibuffertanordningen 40 kyls ned.

Till energibuffertanordningen 40 är en termisk kopplingsan- ordning 43 kopplad, vilken regleras av regleranordningen 23.

Denna termiska kopplingsanordning 43 kan exempelvis utgöras av ett i sig känt, lämpligt slutet system av rörledningar och värmeväxlare i vilket en värmebärare bringas att cirkuleras med hjälp av en pumpanordning (ej visad), och är anordnad att valbart överföra varmeenergi mellan à ena sådan energibuf- 10 15 20 25 30 534 531 fertanordningen 40 och å andra sidan antingen ett första distributionssystem 44 för värme eller ett andra distribu- tionssystem 45 för kyla.

Det första distributionssystemet 44 kan exempelvis vara ett vätskebaserat system för att distribuera värme till rummen i en fastighet, såsom ett system med vattenfyllda element eller Vattenburen golvvärme, men kan även vara ett system som över- för värme med hjälp av fläktkonvektorer.

Det andra distributionssystemet 45 kan, på liknande sätt, vara ett vätskebaserat system för att distribuera kyla till en fastighet.

Således kommer, vid uppvärmningsdrift, värmepumpen l att leverera värmeenergi till både varmvattentanken 30, från vilken exempelvis tappvarmvatten kan tas till husbehovet i en fastighet, och till energibuffertanordningen 40. Regleranord- ningen 23 reglerar i detta läge den termiska kopplingsanord- ningen 43 att distribuera värmeenergi från energibuffertan- ordningen 40 till det första distributionssystemet 44 för värme, så att fastigheten därmed värms upp.

Värmeenergi som inte krävs för uppvärmning av fastigheten kommer, genom ter- mostatregleringen, att styras till varmvattentanken 30.

Vid nedkylningsdrift kommer värmepumpen l att absorbera vär- meenergi från energibuffertanordningen 40 så att värmebäraren i denna kyls. Regleranordningen 23 reglerar i detta läge den termiska kopplingsanordningen 43 att låta det andra distribu- tionssystemet 45 för kyla absorbera värmeenergi från fastig- heten och överföra denna värmeenergi till energibuffertanord- ningen 40 för vidare överföring till värmepumpen l. 10 15 20 25 30 534 581 I det fall nedkylning av fastigheten önskas samtidigt som uppvärmning av tappvatten är det naturligtvis värmepumpen 1 möjligt att låta alternera mellan uppvärmningsdrift och nedkylningsdrift, varvid värmeenergi omväxlande överförs från värmepumpen 1_ till varmvattentanken 30 och från energibuf- fertanordningen 40 till värmepumpen 1.

Enligt en föredragen utföringsform är båda distributionssy- stemen 44, 45 av lågtemperaturtyp. Detta innebär att tempera- turskillnaden, både vid uppvärmning och kylning, mellan å ena sidan den luft som värms eller kyls och å andra sidan värme- bäraren i det aktiva distributionssystemet för värme respek- tive kyla, är låg. I de klimatzoner som nämnts ovan innebär detta vidare att temperaturskillnaden mellan à energibuffertanordningen 40, ena sidan och därmed den andra slingan 20, och å andra sidan den första slingan 10, är låg, vilket i sin tur medför att verkningsgraden för värmepumpen 1 blir hög.

Så låga temperaturdifferenser som möjligt nællan slinga 10 och slinga 20 - bättre verkningsgrader både vid värmning och kylning Såsom framgår av Figur 1 är den första slingan 10 förbunden med den andra slingan 20 med hjälp av en rörledning 4. rörledningen 4 Med som brygga bildas därmed ett sammanhängande system bestående av den första slingan 10, den andra slingan 20 och rörledningen 4. I detta system förefinns sålunda en och samma värmebärare anordnad. Den gemensamma värmebäraren kan vara av vilken lämplig typ som helst, såsom exempelvis vatten med en konventionell fryspunktssänkande tillsats.

Rörledningens 4 inre diameter är liten i förhållande till dess längd. Närmare bestämt är diametern så liten att cirku- 10 15 20 25 30 531 581 10 lation av värmebärare mellan den första slingan 10 och den andra slingan 20 väsentligen förhindras när den första sling- an l0 såväl som den andra slingan 20 är fyllda med värmebära- re till en nivå över den för rörledningen 4. Med andra ord strömmar väsentligen ingen värmebärare från den första sling- an l0 till den andra slingan 20 eller vice versa. Med sentligen ingen värmebärare” menas häri att en mindre mängd ”vä- värmebärare kan strömma mellan de båda respektive slingorna l0, 20 i samband med relativa tryckförändringar till följd av uppvärmning och/eller nedkylning av den i slingorna 10, 20 befintliga värmebäraren, men att i övrigt endast för driften av systemet försumbara. mängder värmebärare slingorna 10, 20 vid drift. strömmar mellan Enligt en föredraqen utföringsform är rörledningen åtminstone 50 cm lång och dess innerdiameter är maximalt l0 mm.

Rörledningen 4 verkar tryckutjämnande mellan den första slingan l0 och den andra slingan 20. Detta medför den förde- len. att endast ett expansionskärl l4 krävs för driften. av båda slingorna l0, 20, vilket innebär en förenkling i jämfö- relse med kända liknande system.

Dessutom medför detta arrangemang att endast en päfyllnings- anordning 5 är nödvändig för att fylla slingorna 10, värmebärare. 20 med Det är föredraget att denna pàfyllningsanordning 5, som i sig är känd, är anordnad längs med slingan 10, och genom den kan värmebärare fyllas på samtidigt till den första slingan. l0 och därmed även, via rörledningen 4, till den andra slingan 20. Även detta innebär en förenkling i jämfö- relse med kända liknande system, men även att pàfyllningsför- farandet blir snabbare. 10 15 20 25 531 581 ll För avluftning av systemet förefinns anordnade åtminstone en avluftningsventil (ej visad). Beroende på den aktuella till- lämpningen kan även avluftningsventiler vara anordnade både i den första slingan l0 och i den andra slingan 20.

För övervakning av slingorna 10, 20 krävs slutligen endast en tryckgivare, eftersom väsentligen samma tryck råder i båda slingorna 10, 20.

Slutligen löser det ovan beskrivna arrangemanget med en sam- manbindande rörledning 4 problemet med frysrisk i den andra slingan 20 genoni att samma värmebärare används soni i den första slingan 10. Eftersom värmebäraren som används i den första slingan 10 måste vara frostskyddad gäller således detsamma för värmebäraren i den andra slingan 20, varvid ingen frysrisk inträffar i den andra slingan 20 vid kyldrift.

Det är föredraget att den gemensamma värmebäraren är frost- skyddad ned till åtminstone l0 minusgrader. Exempelvis kan den utgöras av vatten med 30% inblandning av etylalkohol.

Ovan har föredragna utföringsformer beskrivits. Emellertid kommer det att vara uppenbart för fackmannen att många för- ändringar kan göras ¿m/ de beskrivna utföringsformerna att utan fràngå uppfinningens tanke. Sålunda skall uppfinningen inte vara begränsad av de beskrivna utföringsformerna, utan snarare vara möjlig att variera inom ramen för de bifogade kraven.

Claims (9)

1. 0 15 20 25 30 51% 551 12 P A T E N T K R IÄ V '1 » .a ~ Anordning för uppvärmning respektive nedkvlning, (1), (1) anordnad första varmevaxlare (2) innefat- tande en värmepump en vid en första sida av varmepumpen som är termiskt kopplad till en första varmebärare som cirkuleras i en första slinga (10), och en vid en andra sida av varmepumpen anordnad andra värmevaxlare (3) till eller sonl är anordnad att överföra varmeenergi från (20), av att den första en andra varmebärare som. cirkuleras i en andra slinga k ä n n e t e c k n a d a v kombinationen (l0) och den andra (20) slingan ar förbund- (10), tillsammans bildar na med en rörledning (4) så att den första slingan den andra slingan (20) och rörledningen (4) ett sammanhängande system, i vilket system en och samma vär- mebarare är anordnad, och att rörledningens (4) inre diameter är tillräckligt liten i_ förhållande till rörledningens (4) langd för att väsentligen förhindra cirkulation av varmebära- re mellan den första slingan (lO) och den andra slingan (20).

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v att varmepumpen (l) ar en reverserbar värmepump som ar anordnad att kunna överföra värmeenergi både från dess första sida till dess andra sida och från dess andra sida till dess för- sta sida.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att den första varmevaxlaren (2) (3). har samma kapacitet som den andra varmevaxlaren

4. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e ~ t e c k n a d a v att den första slingan (lO) ar anordnad att kunna överföra varmeenergi mellan å ena sidan en energi- brunn (13) och à andra sidan varmepumpen (l) genom att en 10 15 20 25 30 531 581 13 första pumpanordning (l2) är anordnad att cirkulera den för- sta varmebararen i den första slingan (10).

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att den andra slingan (20) innefattar åtminstone en ytterligare varmeväxlare (3l;4l), varvid den andra slingan (28) ar anordnad att överföra varmeenergi mel- lan å ena sidan varmepumpen (1) och å andra sidan den ytter- ligare varmeväxlaren (3l;4l) genom att en andra pumpanordning (22) är anordnad att cirkulera den andra värmebararen i den andra slingan (20).

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att den andra slingan (20) innefattar en första ytterligare var- mevaxlare (30), (31) som ar termiskt kopplad till en varmvattentank (41) (40) en andra ytterligare varmeväxlare som ar termiskt kopplad till en energibuffertanordning (21), samt ett ventil- (23) att arrangemang av att en regleranordning (21) så styrs antingen till den första ytterligare varmevaxlaren ar anordnad att reglera ventilarrangemanget Värmêbärêïên (31) eller till den andra ytterligare varmeväxlaren (41) nar vär- mepumpen (l) ar inställd att överföra varmeenergi från dess första (23) sida till dess andra sida, och av regleranordningen ar anordnad att reglera (21) ventilarrangemanget så att varmebararen styrs till den (41) andra ytterligare varmeväxlaren nar varmepumpen (l) är inställd att överföra varmeenergi från dess andra sida till dess första sida.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d (43) från energibuffertanordningen a v att en termisk kopplingsanordning är anordnad att överföra varmeenergi (40) till ett för- sta distributionssystemi (44) för värme när anordningen är inställd för värmedrift, och av att den termiska kopplingsan- 10 15 20 534 581 14 ordningen (43) ar anordnad att överföra värmeenergi från ett andra distributionssystem (45) (40) för kyla till energibuffertan- ordningen när anordningen är inställd för kyldrift.

8. Anordning enligt krav 7, k.ä n n e t e c k n a d a v att det forsta distributionssystemet (44) för värme såväl som det andra distributionssystemet (45) för kyla är av làgtempera- turtyp.

9. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att den forsta slingan (10) och den andra slingan (20) tillsammans endast innefattar ett enda expan- sionskarl (14). lO.Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att den första slingan (5), varmebarare (10) är anordnad med en påfyllningsanordning som år anordnad att tillåta till både (20). samtidig påfyllning av (10) den forsta slingan och den andra slingan