System for utnyttelse av termisk energiSystem for utilization of thermal energy
Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for utnyttelse avtermisk energi der varmepumpen omfatteren første primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra luft, en andre primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra minst én annen kilde og minst én sekundærkrets som er innrettet til å ta imot termisk energi fra primærkretsene, og at styrekretsen inneholder et lagringsmedium for et sett med forutbestemte parametere. Parameterne omfatter temperaturene i primærkretsene og temperaturforskjellene mellom luft og den andre energikilden, en komparatorfor å sammenligne de forutbestemte parametere med målinger knyttet til den første og den andre primærkretsen, for utfra forholdet mellom målingene og parameterne å bestemme hvilken av de to primærkretsene det til en hver tid skal hentes energi utfra, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.The present invention relates to a system for the utilization of thermal energy in which the heat pump comprises a first primary circuit which is arranged to obtain thermal energy from air, a second primary circuit which is arranged to obtain thermal energy from at least one other source and at least one secondary circuit which is arranged to to receive thermal energy from the primary circuits, and that the control circuit contains a storage medium for a set of predetermined parameters. The parameters include the temperatures in the primary circuits and the temperature differences between air and the second energy source, a comparator to compare the predetermined parameters with measurements related to the first and second primary circuits, to determine, based on the relationship between the measurements and the parameters, which of the two primary circuits to each time, energy must be obtained from, as stated in the preamble to the subsequent requirement 1.
I de senere år har varmepumper, og da særlig væske til væske varmepumper oppnådd en kraftig forbedring av virkningsgraden. Det har også blitt vanlig å koble varmepumpen sammen med system et for tilførsel av varmtvann til forbruk. Når det gjelder sistnevnte skal det vises til følgende kjent teknikk: DE 2815974 beskriver et system der en varmepumpe benyttes både for å tilveiebringe kjøling til et kjøleaggregatog varme til en varmtvannstank. Her er kjølemiddelløpet til varmepumpen ført gjennom en fordamper i kjøleaggregatet og deretter gjennom en kondensator i varmtvannstanken. På denne måten vil varmen som opptas avkjølemiddelet i fordamperen overføres til varmtvannet i varmtvannstanken.In recent years, heat pumps, and especially liquid-to-liquid heat pumps, have achieved a strong improvement in efficiency. It has also become common to connect the heat pump with a system for the supply of hot water for consumption. With regard to the latter, reference should be made to the following prior art: DE 2815974 describes a system in which a heat pump is used both to provide cooling to a cooling unit and heat to a hot water tank. Here, the coolant flow to the heat pump is led through an evaporator in the cooling unit and then through a condenser in the hot water tank. In this way, the heat absorbed by the coolant in the evaporator will be transferred to the hot water in the hot water tank.
Denne løsningen forutsetter at det til enhver tid er behovfor både kjøling og oppvarming. Dersom man ikke har et kjøleanlegg hvor varme kan hentes ut vil denne løsningen være helt ubrukelig. I tillegg vil man ikke her utnytte den verdifulle overhetningsvarmen i og med at all varmen fra varmepumpen tas ut på ett sted. Det er derfor begrenset hvor varmt man lykkes i å få det varme tappevannet.This solution assumes that there is a need for both cooling and heating at all times. If you do not have a cooling system where heat can be extracted, this solution will be completely useless. In addition, the valuable overheating heat will not be used here, as all the heat from the heat pump is taken out in one place. It is therefore limited how hot one succeeds in getting the hot tap water.
NO 313062, avsamme søker, beskriver en varmtvannstanksom er tilknyttet en varmeveksler. Vann sirkulerer fra tankens nedre del gjennom varmevekslerenNO 313062, from the same applicant, describes a hot water tank which is connected to a heat exchanger. Water circulates from the lower part of the tank through the heat exchanger
og tilbake igjen til tanken et lite stykke over utløpet. Derved varmes dette vannet opp til en temperatur rundt 40 °C. Dette vannet varmes opp ytterligere ved hjelp aven elektrisk varmekolbe og sirkulerer i tankens midtre del. Her er det plassert en varmeveksler som henter ut varme til oppvarming av bygningen. I tankens øvre del er det plassert en ytterligere elektrisk varmekolbe, som varmer opp vannet her til tilstrekkelig temperatur for forbruksvann.and back again to the tank a short distance above the outlet. Thereby, this water is heated to a temperature of around 40 °C. This water is further heated using an electric heating flask and circulates in the middle part of the tank. A heat exchanger is located here, which extracts heat for heating the building. In the upper part of the tank, there is a further electric heating flask, which heats the water here to a sufficient temperature for consumption water.
Det har vist seg at denne løsningen ikke er optimal. Selvom man oppnår en høyere virkningsgrad så har det vist seg vanskelig å få vannet i varmtvannstanken til å sirkulere i sine tildelte soner i tanken. Det er gjort forsøk der man har lagt inn en isolasjons plate som skulle flyte i skillet mellom de to temperatursonene i tanken, men dette viste seg å være umulig å få til.It has been shown that this solution is not optimal. Even if a higher degree of efficiency is achieved, it has proved difficult to get the water in the hot water tank to circulate in its assigned zones in the tank. Attempts have been made to insert an insulating plate that would float in the separation between the two temperature zones in the tank, but this proved to be impossible to achieve.
JP 2003056905 beskriver et system for å produsere både varmt tappevann og vann til oppvarming. Her benyttes en varmepumpe og en lagringstank for varmt vann. Denne tanken står i kommunikasjon med en tilleggstank og forsyner denne tilleggs tanken med varmtvann. Fra tilleggs tanken kan varmtvann sirkuleres til etgulwarmeanlegg.JP 2003056905 describes a system for producing both hot tap water and water for heating. A heat pump and a storage tank for hot water are used here. This tank is in communication with an additional tank and supplies this additional tank with hot water. Hot water can be circulated from the additional tank to a central heating system.
Selvom man her benytter to adskilte tanker så forsyner tilleggstanken både varmt tappevann og varme til oppvarming. Siden tappevann haren betydelig høyere temperatur enn vann til oppvarming er ikke dette noen optimal løsning.Although two separate tanks are used here, the additional tank supplies both hot tap water and heat for heating. Since tap water has a significantly higher temperature than water for heating, this is not an optimal solution.
Varmepumper er avhengig aven akkumulator eller buffertank for å oppnå jevn drift. For at kompressoren skal få tilstrekkelig levetid og for å oppnå så god virkningsgrad som mulig, bør temperaturdifferansen mellom kjøle-/varmemediet og vannet i tanken så lavsom mulig. De nye C02 varmepumpene gjør dette enda viktigere, idet temperaturforskjellen mellom inngående og utgående vann er avgjørende for driftsresultatet.Heat pumps depend on an accumulator or buffer tank to achieve smooth operation. In order for the compressor to have a sufficient service life and to achieve the best efficiency possible, the temperature difference between the cooling/heating medium and the water in the tank should be as low as possible. The new C02 heat pumps make this even more important, as the temperature difference between incoming and outgoing water is decisive for the operating result.
DK 136497 beskriver en varmepumpe som er knyttet til en kjele. Her ledes den overhetede gassen fra en kompressor til en varmeveksler. Varmeveksleren er en vannfylt tank med spiralrør. Deretter føres gassen til en varmeveksler i kjelen. Etter dette kondenserer gassen til væske. Via diverse komponenter føres væsken til en varmeveksler i varmepumpen. Her utnyttes således overhetningsvarmen til å varme opp varmtvann til rundt 90°C. Systemet ifølge omfatter imidlertid kun 1 primærkrets, som hentersin varme fra omgivelsesluften. Det er således ikke mulig å velge noen annen varmekilde.DK 136497 describes a heat pump which is connected to a boiler. Here, the superheated gas is led from a compressor to a heat exchanger. The heat exchanger is a water-filled tank with spiral tubes. The gas is then fed to a heat exchanger in the boiler. After this, the gas condenses into a liquid. Via various components, the liquid is fed to a heat exchanger in the heat pump. Here, the superheating heat is thus used to heat hot water to around 90°C. The system according to, however, comprises only 1 primary circuit, which obtains its heat from the ambient air. It is therefore not possible to choose any other heat source.
NO 135444 viser et varmepumpeanlegg som ligner mye på det som er beskrevet i DK 136497. Her kjøles også først den overhetede gassen i en første kondensator. Resten av varm en avgis i en annen kondensator. Begge kondensatorene står i forbindelse med både en kjele og radiatorer, men dette er imidlertid gjort på en slik måte at kjelen primært får varme fra høytemperaturkondensatoren og radiatorene primært får varme fra lavtemperaturkondensatoren.NO 135444 shows a heat pump system that is very similar to that described in DK 136497. Here, the superheated gas is also first cooled in a first condenser. The rest of the hot one is emitted in another condenser. Both condensers are connected to both a boiler and radiators, but this is done in such a way that the boiler primarily receives heat from the high-temperature condenser and the radiators primarily receive heat from the low-temperature condenser.
På samme måte som i DK 136497hentes energien til varmepumpen utfra omgivelsesluften. Det er riktignok beskrevet en alternativ energikilde, men denne er i form aven oljefyrt kjele og har ingenting med varmepumpen å gjøre. Det er således heller ikke her mulig å velge noen annen varmekilde.In the same way as in DK 136497, the energy for the heat pump is obtained from the ambient air. It is true that an alternative energy source is described, but this is in the form of an oil-fired boiler and has nothing to do with the heat pump. It is therefore not possible to choose any other heat source here either.
EP 1248055 beskriver utnyttelse av energi fra tre ulike kilder; omgivelses luft, jordvarme og soloppvarming. Systemet består avflere kretser. Kretsen står i forbindelse med en luftkollektor og en sol-absorbator. Ved hjelp av ventiler kan man velge hvor mye varme man henter utfra hver avdisse energikildene. Valget skjer på basis avtemperaturmålinger i en første krets. Denne kretsen står i varmevekslerforhold med en annen krets. I denne andre kretsen er det en brenner. Den andre kretsen står i varmevekslerforhold både direkte med en sekundærkrets via en varmeveksler og indirekte via et kondensatorkretsløp. I sekundærkretsen er det plasserten varmtvanns tank.EP 1248055 describes the utilization of energy from three different sources; ambient air, geothermal heat and solar heating. The system consists of several circuits. The circuit is connected to an air collector and a solar absorber. With the help of valves, you can choose how much heat you get from each of these energy sources. The choice is made on the basis of temperature measurements in a first circuit. This circuit is in a heat exchanger relationship with another circuit. In this second circuit there is a burner. The second circuit is in a heat exchanger relationship both directly with a secondary circuit via a heat exchanger and indirectly via a condenser circuit. A hot water tank is located in the secondary circuit.
Her er det riktignok flere mulige energikilder for varmepumpen. Imidlertid skjer valget av energikilde på basis av enkle målinger av temperaturforskjeller. Det tas således kun hensyn til hvilken energikilde som i øyeblikket vil gi det høyeste energiutbyttet. Ved en slik styring av energikilde ville resultatet være at dersom man for eksempel hadde valget mellom å hente energi fra luft eller borehull, ville man tappe energien i borehullet forholdsvis raskt utover høsten og vinteren.Here, there are admittedly several possible energy sources for the heat pump. However, the choice of energy source is based on simple measurements of temperature differences. Thus, only consideration is given to which energy source will currently provide the highest energy yield. With such management of the energy source, the result would be that if, for example, you had the choice between obtaining energy from the air or a borehole, you would drain the energy in the borehole relatively quickly throughout the autumn and winter.
Det er et form ål ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et system der det er mulig å hente ut energi på en effektiv måte gjennom hele den kalde årstiden.It is an aim of the present invention to provide a system where it is possible to extract energy in an efficient manner throughout the cold season.
Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at parameterne også omfatter tidspunkt på året og forventet forbruk i løpet av en forhåndsbestemt tidsperiode, samt at valget av energikilde er basert på å oppnå en høyere virkningsgrad gjennom et normalår på bekostning aven høy virkningsgrad i øyeblikket.According to the invention, this is achieved by the fact that the parameters also include the time of year and expected consumption during a predetermined time period, and that the choice of energy source is based on achieving a higher degree of efficiency throughout a normal year at the expense of a high degree of efficiency at the moment.
Dersom kriteriene for å velge primærkrets som det hentes energi utfra innbefatter at lufttemperaturen tillates å gå en valgt verdi under temperaturen i borehullet/vannet før den andre primærkretsen velges fremfor den første primærkretsen i en første del avden kalde årstiden, vil man oppnå en enda mer effektiv utnyttelse av tilgjengelig energi.If the criteria for selecting the primary circuit from which energy is obtained includes that the air temperature is allowed to go a selected value below the temperature in the borehole/water before the second primary circuit is selected over the first primary circuit in a first part of the cold season, an even more efficient utilization of available energy.
I ett aspekt ved oppfinnelsen foretrekkes luft fremfor den annen energikilde i en første del avden kalde årstiden, selvom den annen energikilde gir høyere virkingsgrad. Dette vil spare på varmemengden i den annen energikilde til dager der luften harså lavtemperatur at varmen i luften ikke kan utnyttes med rimelig virkningsgrad.In one aspect of the invention, air is preferred over the second energy source in a first part of the cold season, even though the second energy source provides a higher efficiency. This will save on the amount of heat in the other energy source for days when the air temperature is so low that the heat in the air cannot be utilized with reasonable efficiency.
Dersom systemet omfatter en varmeveksler for varmeoverføring fra avløpsvann til varmepumpens utvendige krets, vil man kunne gjenvinne noe varme som ellers ville gått tapt.If the system includes a heat exchanger for heat transfer from wastewater to the heat pump's external circuit, it will be possible to recover some heat that would otherwise be lost.
Ved å overføre varme som hentes utfra én avde to primærkretsene til magasinering, for eksempel i et borehull, kan man lagre energi til de kalde dagene.By transferring heat obtained from one of the two primary circuits to storage, for example in a borehole, energy can be stored for the cold days.
I en utføre Is es form er den annen energikilde grunnen rundt et borehull. Denne er utmerket til lagring av varme og vil holde tilnærmet konstant temperatur selv om luftens temperatur svinger.In one embodiment, the second source of energy is the ground around a borehole. This is excellent for storing heat and will maintain an almost constant temperature even if the air temperature fluctuates.
I en alternativ utførelse er den annen energikilde et vann. Dette er en energikilde som er lett å utnytte dersom den befinner seg i nærheten og vil holde en betydelig mer jevn temperatur enn luften.In an alternative embodiment, the second energy source is water. This is an energy source that is easy to use if it is nearby and will maintain a significantly more even temperature than the air.
Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til de medfølgende figurer, der: Figur 1 viser skjematisk prinsippene ved systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse,The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures, where: Figure 1 schematically shows the principles of the system according to the present invention,
Figur 2 viser detaljer ved varmepumpen i figur 1,Figure 2 shows details of the heat pump in Figure 1,
Figur 3 viser et kombinert varme, kjølesystem og varmegjenvinning fra avløpsvann ifølge en alternativ utførelses form av oppfinnelsen og Figur 4 viser enda en utføre Is es form av oppfinnelsen, der varme i avløpsvann gjenvinnes via varmepumpens primærkrets. Figur 5 viser et diagram over lufttemperatur og borehullstemperatur i løpet av et år ogFigure 3 shows a combined heating, cooling system and heat recovery from waste water according to an alternative embodiment of the invention and Figure 4 shows yet another embodiment of the invention, where heat in waste water is recovered via the heat pump's primary circuit. Figure 5 shows a diagram of air temperature and borehole temperature during a year and
Figur 6 viser et mollier-diagram over en varmepumpe.Figure 6 shows a Mollier diagram of a heat pump.
Figur 1 viser et skjematisk et varmelagringssystem ifølge oppfinnelsen, omfattende en multisentral 1 som innbefatter en varmtvannsbereder og en varmepumpe 2. Multis entra len 1 er utstyrt med to tanker, en øvre tank 3 og en nedre tank 4. Tankene 3 og 4 er isolerte både mot omgivelsene og mot hverandre.Figure 1 shows a schematic of a heat storage system according to the invention, comprising a multicentral 1 which includes a water heater and a heat pump 2. The multicentral 1 is equipped with two tanks, an upper tank 3 and a lower tank 4. Tanks 3 and 4 are insulated both against the environment and against each other.
Kaldt vann tilføres den nedre delen avden nedre tanken 4 gjennom et kaldtvannsinnløp 5. Fra den øvre delen avden nedre tanken 4 kan vann strømme videre til den nedre delen avden øvre tanken 3 via etoverføringsløp 6. Fra løpet 6 er det en forgrening 7 utstyrt med en stengeventil 8 til avtapning av nedkjølt drikkevann, slik det skal forklares nærmere nedenfor. Det er også et løp 22 som forbinder den øvre tanken 3 med kaldtvannstilførselen.Cold water is supplied to the lower part of the lower tank 4 through a cold water inlet 5. From the upper part of the lower tank 4, water can flow on to the lower part of the upper tank 3 via a transfer run 6. From the run 6 there is a branch 7 equipped with a shut-off valve 8 for draining chilled drinking water, as will be explained in more detail below. There is also a pipe 22 which connects the upper tank 3 with the cold water supply.
Fråden øvre delen avden øvre tanken 3 er det et varmtvannsutløp 9.From the upper part of the upper tank 3 there is a hot water outlet 9.
I hver av tankene 3 og 4 er det anordnet en varmeveksler 10 h.h.v. 11. Den nedre varmeveksleren 10 står via et øvre innløp 12 i forbindelse med varmepumpen 2 og via et nedre utløp 13 i forbindelse med et gulvvarmerør 14.1 stedet for eller i tillegg til gulwarmerør 14 kan man også benytte såkalte fancoils 21 (radiator med innebygget vifte) til oppvarming eller kjøling av bygningen. Varmeveksleren er i dette tilfellet en luft til væske varmeveksler. Den kan være konfigurert til å hente ut varme fra avtrekks luft som strømmer ut av bygningen.In each of the tanks 3 and 4 there is arranged a heat exchanger 10 h.h.v. 11. The lower heat exchanger 10 is via an upper inlet 12 in connection with the heat pump 2 and via a lower outlet 13 in connection with a floor heating pipe 14.1 instead of or in addition to yellow heating pipe 14, you can also use so-called fan coils 21 (radiator with built-in fan) for heating or cooling the building. The heat exchanger in this case is an air to liquid heat exchanger. It can be configured to extract heat from exhaust air flowing out of the building.
Den øvre varmeveksleren 11 står via et øvre innløp 15 og et nedre utløp 16 i forbindelse med varmepumpen 2.The upper heat exchanger 11 is connected to the heat pump 2 via an upper inlet 15 and a lower outlet 16.
Multisentralen 1 er også utstyrt med en elektrisk varmekolbe 19,20 i hver av tankene. Disse kan benyttes som tilleggsenergitilførsel eller som reserveoppvarming dersom varmepumpen skulle svikte.Multisentralen 1 is also equipped with an electric heating flask 19,20 in each of the tanks. These can be used as additional energy supply or as backup heating should the heat pump fail.
Det skal nå vises til figur 2, som viser prinsippene ved en varmepumpe ifølge den foreliggende oppfinnelse. Kretsen som omfatter gulvvarme og fancoils er utelatt i denne figuren, men kan selvsagt være til stede.Reference should now be made to figure 2, which shows the principles of a heat pump according to the present invention. The circuit that includes underfloor heating and fan coils is omitted in this figure, but can of course be present.
Varmepumpen 2 har sekundærkrets er. En den første kretsen er en overhetningskrets som omfatteren enhet 17, som henter uten energimengde fra varm damp og senker temperaturen på denne. Fra denne enheten sirkulerer vann (eller eventuelt annen egnet væske som kan transportere varmeenergi) gjennom varmeveksleren 11. Den andre kretsen er en oppvarmings krets som omfatteren kondensator 18, i hvilken dampen kondenserer. Herfra sirkulerer vann gjennom varmeveksleren 10. Varmepumpen omfatter videre en kompressor 22, som komprimerer varm damp. Videre omfatter den en fordamper 23, som henter termisk energi utaventen et borehull 35 eller luft (representert ved pilen 24). Varmepumpen omfatter således to primærkretser: en første primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra luft og en andre primærkrets som er innrettet til å hente termisk energi fra grunnen eller eventuelt fra vann. Til varmepumpen er det knyttet en styreinnretning som avgjør hvilken avde to primærkretsene som skal levere energi til sekundærkretsene basert på temperaturmålinger i grunnen/vannet og luften. Varmepumpens oppbygning for øvrig er i og forseg velkjentfor en fagmann på om rådet og skal derfor ikke forklares nærmere her. Imidlertid er det ved varmepumpen søkt å redusere fyllingsmengden av varme/kuldemedium, for eksempel C02 så mye som mulig. Derfor benyttes dette kun i kretsene i selve sentralenheten 2, men det for overføring av varme/kulde til borehull, varmtvannsberederen, gulvvarme etc. benyttes en blanding avvann og sprit. Dette sparermiljøetfor belastinger dersom det skulle oppstå en lekkasje.The heat pump 2 has a secondary circuit. The first circuit is a superheat circuit which includes unit 17, which obtains no amount of energy from hot steam and lowers its temperature. From this unit, water (or any other suitable liquid which can transport heat energy) circulates through the heat exchanger 11. The second circuit is a heating circuit which includes a condenser 18, in which the steam condenses. From here, water circulates through the heat exchanger 10. The heat pump further comprises a compressor 22, which compresses hot steam. Furthermore, it comprises an evaporator 23, which obtains thermal energy without waiting for a borehole 35 or air (represented by the arrow 24). The heat pump thus comprises two primary circuits: a first primary circuit which is designed to collect thermal energy from air and a second primary circuit which is designed to collect thermal energy from the ground or possibly from water. A control device is connected to the heat pump which determines which of the two primary circuits will supply energy to the secondary circuits based on temperature measurements in the ground/water and air. The rest of the heat pump's structure is, in and of itself, well known to a person skilled in the art and is therefore not to be explained in more detail here. However, with the heat pump, efforts have been made to reduce the filling amount of heating/cooling medium, for example C02, as much as possible. Therefore, this is only used in the circuits in the central unit 2 itself, but a mixture of water and alcohol is used for the transfer of heat/cold to boreholes, the water heater, underfloor heating etc. This saves the environment for loads should a leak occur.
Virkemåten til systemet i figurene 1 og 2 skal nå forklares. Multisentralen 1 har som nevnt en nedre rustfri trykktank 4 med rustfri varmeveksler 10, som enten forvarmer kaldtvannet eller kjøler det avhengig av varmepumpens 2 innstilling. Fra varmeveksleren 10 videreføres kretsen 13 til gulvvarme røre ne 15 (eller konvektorer) for henholdsvis varme- eller kjølebehov. I kjølestilling produseres også nedkjølt drikkevann fra avtapningen 8.The operation of the system in Figures 1 and 2 will now be explained. As mentioned, the multi-central 1 has a lower stainless pressure tank 4 with a stainless heat exchanger 10, which either preheats the cold water or cools it depending on the heat pump 2's setting. From the heat exchanger 10, the circuit 13 is continued to underfloor heating pipes 15 (or convectors) for heating or cooling needs, respectively. In cooling mode, chilled drinking water is also produced from the tap 8.
Den øvre trykktanken 3 med ettervarmerveksier 11 fra varmepumpens overhetningskrets 17 girså høy varmtvannstemperatur at elektrisk ettervarming ikke er nødvendig.The upper pressure tank 3 with reheater 11 from the heat pump's superheating circuit 17 provides such a high hot water temperature that electrical reheating is not necessary.
Ved at det er to helt fra hverandre isolerte tanker, kan både varme og varmt tappevann, eller kjøling og varmt tappevann akkumuleres i multisentralen.As there are two tanks that are completely isolated from each other, both heat and hot tap water, or cooling and hot tap water, can be accumulated in the multi-central.
I en spesifikk driftsmodus vil kaldt vann med en temperatur på ca. 10 °C strømme inn gjennom kaldtvannsinnløpet5 fra vannforsyningsnettet. Vann med en temperatur på rundt 48 °C fra varmepumpens kondensator 18 sirkuleres gjennom varmeveksleren 10 og varmer opp det kalde vannet i den nedre tanken 4 til en temperatur på ca. 45 °C. Vannet fra varmepumpen 2 sirkuleres videre utav varmeveksleren 10 til et gulvvarm erør 14. Varmevæske holder nå en temperatur på mellom 25 og 35 °C, som er et ideelt temperaturområde for gulvvarme. Hensiktsmessig er det tilknyttet en konvensjonell temperaturregulatorog termostat til gulvvarme røret, slik at temperaturen i bygningen kan reguleres og innstilles til ønsket temperatur.In a specific operating mode, cold water with a temperature of approx. 10 °C flow in through the cold water inlet5 from the water supply network. Water with a temperature of around 48 °C from the heat pump's condenser 18 is circulated through the heat exchanger 10 and heats the cold water in the lower tank 4 to a temperature of approx. 45 °C. The water from the heat pump 2 is further circulated through the heat exchanger 10 to an underfloor heating pipe 14. The heating liquid now maintains a temperature of between 25 and 35 °C, which is an ideal temperature range for underfloor heating. Appropriately, a conventional temperature regulator and thermostat is connected to the underfloor heating pipe, so that the temperature in the building can be regulated and set to the desired temperature.
Varme væsken strømmer tilbake til varmepumpen og varmes på ny opp til ca. 48 °C.The heating liquid flows back to the heat pump and is reheated to approx. 48 °C.
Vannet i den nedre tanken 4 vil, ettersom det tappes varmtvann fra den øvre tanken 3, strømme som forvarmet kaldtvann gjennom overførings løpet 6 og inn i den øvre tanken 3. Her vil vannet ettervarmes av varmeveksleren 11. Varmeveksleren få r ti Iført va nn fra overhetningskretsen 17 til varmepumpen 2 med en temperatur på ca. 90 °C. Til slutt kan varmt tappevann med en temperatur på mellom 60 og 80 °C tappes ut gjennom varmtvannsutløpet 9. Den totale temperaturforskjellen på mellom 60 og 80 °C er svært gunstig for virkningsgraden til bl.a. en C02-varmepumpe.The water in the lower tank 4 will, as hot water is drawn from the upper tank 3, flow as pre-heated cold water through the transfer pipe 6 and into the upper tank 3. Here the water will be reheated by the heat exchanger 11. The heat exchanger receives water from the overheating circuit 17 of the heat pump 2 with a temperature of approx. 90 °C. Finally, hot tap water with a temperature of between 60 and 80 °C can be drawn out through the hot water outlet 9. The total temperature difference of between 60 and 80 °C is very favorable for the efficiency of, among other things, a C02 heat pump.
Dersom det er behovfor kjøling (spesielt om sommeren, men også forstørre bygg med stor total varmeproduksjon), kan varmepumpen reverseres, slik at kald væske sirkuleres gjennom varmeveksleren 10 og videre ut i gulvvarmeanlegget 14 for nedkjøling avrommene. Derved vil kaldtvannet i den nedre tanken 4 kjøles ned. Via forgreningen 7 kan dette vannet tappes av som kaldt drikkevann.If there is a need for cooling (especially in summer, but also larger buildings with a large total heat production), the heat pump can be reversed, so that cold liquid is circulated through the heat exchanger 10 and further into the underfloor heating system 14 for cooling the rooms. Thereby, the cold water in the lower tank 4 will be cooled. Via branch 7, this water can be drained off as cold drinking water.
Varmenergien som hentes ut av van net i den nedkjølte nedre tanken 4 vil kunne utnyttes i varmepumpen til å varme opp vannet som tilføres varmeveksleren 11. Varmeveksleren 11 vil således fremdeles få tilført varmt vann fra varmepumpens 2 overhetningskrets 17, som i tilfellet ovenfor, og varmvannet i den øvre tanken 3 varmes opp omtrent like mye som ved det første tilfellet ovenfor.The heat energy extracted from the water in the cooled lower tank 4 will be able to be used in the heat pump to heat the water supplied to the heat exchanger 11. The heat exchanger 11 will thus still be supplied with hot water from the heat pump 2's superheating circuit 17, as in the case above, and the hot water in the upper tank 3 is heated approximately as much as in the first case above.
Videre er det også mulig (spesielt i land med stort kjølebehov) å benytte den nedre tanken 4 til akkumulering avis. I dette tilfellet vil det være hensiktsmessig å tilføre den øvre tanken 3 kaldtvann direkte fra nettet via løpet 22 i stedet for fra den nedre tanken 4.1 områder hvor man kan få kjøpt billig strøm om natten vil man således kunne akkumulere is i den nedre tanken 4 om natten og hente ut kjøling fra denne om dagen. En mengde på 100-150 liter is vil tilsvare et effektforbruk på 70-80 kWh, noe som vil kunne rekke til 12-14 timers kjøling av en bolig. Videre vil det p.g.a. lavere utetemperåtur om natten være lettere å bli kvitt overskuddsvarme, som da må ledes ut via fordamperen 23.1 varme områder vil kjølebehovet være sås stort at man får overskuddsvarme uansett og derved får rikelig med varmtvann i tanken 3.Furthermore, it is also possible (especially in countries with a large cooling requirement) to use the lower tank 4 for accumulating newspaper. In this case, it will be appropriate to supply the upper tank 3 with cold water directly from the network via the pipe 22 instead of from the lower tank 4.1 areas where you can buy cheap electricity at night, it will thus be possible to accumulate ice in the lower tank 4 if at night and extract cooling from this during the day. A quantity of 100-150 liters of ice will correspond to a power consumption of 70-80 kWh, which will be enough to cool a home for 12-14 hours. Furthermore, due to lower outside temperature at night, it will be easier to get rid of excess heat, which must then be led out via the evaporator 23.1 hot areas, the cooling demand will be so great that you will get excess heat anyway and thereby get plenty of hot water in the tank 3.
Figur 6 viser et enkelt mollier-diagram over en varmepumpe, der tallene i sirkler korresponderer med tilsvarende tall i figurene 1 og 2. Tallet 1 representerer energiuttaket fra grunn eller luft. Tallet 3 er uttak av høyverdig overhetningsvarme. Tallet 2 er uttak av varme fra kondensatoren 18.Tallet4 er summen av varmen fra overhetningskretsen 17 og kondensatoren 18. Kurven 45 er damptrykkurven for varmemediet. Termisk energi tilføres varmemediet langs linjen 40 slik attemperauren og dermed energien øker. Samtidig fordamper varmemediet under konstant trykk. Deretter komprimeres gassen langs linjen 41. Derved øker trykket. Samtidig øker temperaturen også noe. Gassen er nå overhetet. I den første delen av linjen 42, til linjen 42 treffer damptrykklinjen 45, hentes overhetningsvarmen ut avgassen i overhetningskretsen 17. Etter at linjen 42 har passert kurven 45 vil kondensatoren 18 hente ut mesteparten av varmen. Til venstre for kurven 45 vil varmemediet være underkjølt væske, som så ekspanderes under tilnærmet konstant trykk langs linjen 43 inntil væsken begynner å fordampe.Figure 6 shows a simple Mollier diagram of a heat pump, where the numbers in circles correspond to corresponding numbers in Figures 1 and 2. The number 1 represents the energy extraction from the ground or air. The number 3 is withdrawal of high-quality overheating heat. The number 2 is the withdrawal of heat from the condenser 18. The number 4 is the sum of the heat from the overheating circuit 17 and the condenser 18. Curve 45 is the vapor pressure curve for the heating medium. Thermal energy is supplied to the heating medium along the line 40 so that the temperature and thus the energy increases. At the same time, the heating medium evaporates under constant pressure. The gas is then compressed along line 41. This increases the pressure. At the same time, the temperature also increases somewhat. The gas is now superheated. In the first part of the line 42, until the line 42 hits the vapor pressure line 45, the superheating heat is extracted from the exhaust gas in the superheating circuit 17. After the line 42 has passed the curve 45, the condenser 18 will extract most of the heat. To the left of curve 45, the heating medium will be subcooled liquid, which then expands under approximately constant pressure along line 43 until the liquid begins to evaporate.
Ved å styre vekselvis energiuttaket til varmepumpen mellom luften og grunnen/vannet, vil man hele tiden kunne hente energi utfra der det er mest å hente. Figur 5 viser et diagram over døgnmiddeltemperaturer i luft (kurve L) over en typisk ettårs syklus et sted i Norge. Figuren viser også en kurve over temperaturen i et borehull (kurve B) som benyttes for energiuttak til en varmepumpe. Som man ser avdenne så synker temperaturen i borehullet raskt utover høsten og rundt nyttår går den under null. Energiuttaket fra borehullet blir da betydelig redusert. Dette inntreffersamtidig med den kaldeste tiden på året. Temperaturen i borehullet går ikke over null igjen før tidlig på sommeren.By controlling the heat pump's energy output alternately between the air and the ground/water, you will always be able to obtain energy from where it is most obtainable. Figure 5 shows a diagram of daily mean air temperatures (curve L) over a typical one-year cycle somewhere in Norway. The figure also shows a curve of the temperature in a borehole (curve B) which is used for energy extraction for a heat pump. As you can see, the temperature in the borehole drops rapidly throughout the autumn and around New Year it drops below zero. The energy output from the borehole is then significantly reduced. This coincides with the coldest time of the year. The temperature in the borehole does not go above zero again until early summer.
Kurven B' viser temperaturen i borehullet når dette er knyttet til en varmepumpe som veksler mellom å hente energi utfra luft og borehull. Når temperaturen i luften er over en forhåndsbestemt verdi vil alt energiuttaket skje fra luft. Lufttemperaturen vil synke utover høsten, men vil fremdeles i stor grad holde seg over denne verdien. Man vil derfor ikke hente ut nevneverdige energimengder fra grunnen. Når temperaturen i luften synker under den forhåndsbestemte verdien (i figur 5 skjer dette i desember) vil man i stedet hente ut energi fra borehullet. Temperaturen i borehullet vil da begynne å synke. Utover vinteren vil varmeveksleren vekselvis hente ut energi fra luft og borehull i avhengighet avtemperaturen. Derved vil temperaturen i borehullet hele tiden holde seg over temperaturen i borehullet for tilfellet B med bare uttak fra borehull og vil kun i korte tidsrom komme under null. På denne måten vil effektiviteten til varmepumpen økes betydelig i forhold til varmepumpersom kun benytter en energikilde.Curve B' shows the temperature in the borehole when this is connected to a heat pump which alternates between obtaining energy from air and boreholes. When the temperature in the air is above a predetermined value, all energy extraction will take place from the air. The air temperature will drop throughout the autumn, but will still largely remain above this value. You will therefore not extract significant amounts of energy from the ground. When the temperature in the air drops below the predetermined value (in Figure 5 this happens in December), energy will instead be extracted from the borehole. The temperature in the borehole will then start to drop. Over the winter, the heat exchanger will alternately extract energy from air and boreholes depending on the temperature. Thereby, the temperature in the borehole will constantly stay above the temperature in the borehole for case B with only withdrawals from boreholes and will only fall below zero for short periods of time. In this way, the efficiency of the heat pump will be increased significantly compared to heat pumps that only use one energy source.
Den forhåndsbestemte verdien hvor man går over fra å hente ut energi fra luft til borehull eller omvendt vil i en enkel utføre Ises form av oppfinnelsen være en ikke konstant verdi. Imidlertid er det mer hensiktsmessig at verdien gjøres avhengig avdifferansen i temperatur mellom luft og borehull, men også ta hensyn til tiden på året, d.v.s. dato og stedlige forhold.The predetermined value at which one switches from extracting energy from air to borehole or vice versa will in a simple embodiment of the invention be a non-constant value. However, it is more appropriate that the value is made dependent on the difference in temperature between air and borehole, but also take into account the time of year, i.e. date and local conditions.
Et eksempel på kriterier for å bestemme hvilken energikilde som skal benyttes: Dersom lufttemperaturen er høyere i luften enn borehullet vil man benytte luften som energikilde. Dersom temperaturen i luften er lavere enn i borehullet, vil styresystem et sjekke datoen (foreksempel måneden) og slå opp i en tabell hvor det fremgår hvor mye lavere enn borehulls temperaturen lufttemperaturen kan tillates å være. Denne tabellen er tilpasset de stedlige forhold, men i prinsippet er den lagt opp som følger: Når man nærm er seg den kalde årstiden vil man søke å spare på energien i borehullet. Derfor vil man hente ut energi fra luften selvom temperaturen i luften er noe lavere enn i borehullet. Tabellen angir således hvor stor temperaturforskjellen skal være før man går over til å hente ut energi fra borehullet. Når man har passert en valgt dato i den kalde årstiden vil man begynne å hente ut energi fra borehullet så lenge temperaturen ligger over luftens temperatur. Man regner da med at energien i borehullet vil være høy nok til å vare ut den kalde sesongen.An example of criteria for determining which energy source is to be used: If the air temperature is higher in the air than in the borehole, the air will be used as the energy source. If the temperature in the air is lower than in the borehole, the control system will check the date (for example the month) and look up a table showing how much lower than the borehole temperature the air temperature can be allowed to be. This table is adapted to the local conditions, but in principle it is laid out as follows: When you are approaching the cold season, you will try to save energy in the borehole. Therefore, energy will be extracted from the air even though the temperature in the air is somewhat lower than in the borehole. The table thus indicates how big the temperature difference must be before moving on to extracting energy from the borehole. When you have passed a selected date in the cold season, you will start extracting energy from the borehole as long as the temperature is above the temperature of the air. It is then expected that the energy in the borehole will be high enough to last through the cold season.
På denne måten vil man unngå å senke temperaturen i borehullet til en temperatursom gir lite energiutbytte i løpet avden kalde sesongen.In this way, you will avoid lowering the temperature in the borehole to a temperature that gives little energy yield during the cold season.
Figur 3 viseren ytterligere utføre Is es form avoppfinnelsen. Her har varmtvannsberederen 1 tre tanker 3,4 og 30 som er termisk isolert fra hverandre. Tankene står i forbindelse med hverandre via overførings løp 6, 31. Den nederste tanken 30 tilføres kaldvann fra kaldtvannsnettetvia et kaldtvannsinnløp 33 og er utstyrt med en varmeveksler 32, som får tilført avløpsvann (såkalt gråvann) med en temperatursom naturlig nok vil variere men som alltid vil ligge over kaldvannets temperatur. Derved forvarmes kaldvannet i et første trinn.Figure 3 shows a further embodiment of the invention. Here, the water heater 1 has three tanks 3,4 and 30 which are thermally isolated from each other. The tanks are connected to each other via transfer pipes 6, 31. The bottom tank 30 is supplied with cold water from the cold water network via a cold water inlet 33 and is equipped with a heat exchanger 32, which is supplied with waste water (so-called gray water) with a temperature that will naturally vary but as always will be above the cold water temperature. Thereby, the cold water is preheated in a first step.
De to øvrige tanker i varmtvannsberederen fungerer på samme måte som i utførelsen i figur 1 og trenger derfor ikke å beskrives ytterligere.The two other tanks in the water heater function in the same way as in the embodiment in Figure 1 and therefore do not need to be described further.
Figur 4 viser enda en utføre Is es form avoppfinnelsen. Denne omfatteren varmtvannsbereder 1 og en varmepumpe 2. Disse enhetene fungerer stortsett som forklart i forbindelse med figur 1 og trenger derfor ikke å beskrives nærmere. I tillegg har system et en varmeveksler 33 for avløpsvann. Varmeveksleren er plassert inne i en buffertank 34 for varmepumpens 2 kjøle-/varmemedium. Kjøle-/varmemedietføres gjennom buffertanken 34 og ned i et borehull 35. Ved hjelp avdette systemet kan man om sommeren hente ut varme fra avløpsvannet og magasinere dette i borehullet 35. Ved starten på kuldeperbden om vinteren vil således grunnen rundt borehullet 35 ha en noe høyere temperatur enn hva ellers ville være tilfelle og varmen kan derved hentes ut igjen ved hjelp av varmepumpen. Om vinteren vil avløpsvannet også bidra positivt med varme tilførsel.Figure 4 shows yet another embodiment of the invention. This comprises a water heater 1 and a heat pump 2. These units function largely as explained in connection with Figure 1 and therefore do not need to be described in more detail. In addition, the system has a heat exchanger 33 for waste water. The heat exchanger is placed inside a buffer tank 34 for the heat pump's 2 cooling/heating medium. The cooling/heating medium is fed through the buffer tank 34 and down into a borehole 35. With the help of this system, heat can be extracted from the waste water in the summer and stored in the borehole 35. At the start of the cooling process in winter, the ground around the borehole 35 will thus have a somewhat higher temperature than would otherwise be the case and the heat can thereby be extracted again using the heat pump. In winter, the waste water will also make a positive contribution to heat supply.
Selvom det er en fordel å montere tankene sammen i én enhet, slik som vist i figurene, er det selvsagt også mulig å realisere oppfinnelsen ved tanker som er anordnet i separate enheter, men som er funksjonelt knyttet sammen. Tankene bør imidlertid plasseres høydemessig slik at tanken for det varmeste vannet befinner seg høyere enn tanken for det kaldeste vannet.Although it is an advantage to assemble the tanks together in one unit, as shown in the figures, it is of course also possible to realize the invention with tanks which are arranged in separate units, but which are functionally linked together. However, the tanks should be placed in terms of height so that the tank for the hottest water is higher than the tank for the coldest water.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20051564ANO327321B1 (en) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | Thermal energy utilization system |
| EP06716780.9AEP1866579A4 (en) | 2005-03-23 | 2006-03-23 | A system for utilization of thermal energy |
| PCT/NO2006/000111WO2006101404A2 (en) | 2005-03-23 | 2006-03-23 | A system for utilization of thermal energy |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20051564ANO327321B1 (en) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | Thermal energy utilization system |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20051564D0 NO20051564D0 (en) | 2005-03-23 |
| NO20051564L NO20051564L (en) | 2006-09-25 |
| NO327321B1true NO327321B1 (en) | 2009-06-08 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20051564ANO327321B1 (en) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | Thermal energy utilization system |
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1866579A4 (en) |
| NO (1) | NO327321B1 (en) |
| WO (1) | WO2006101404A2 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2868152B1 (en)* | 2003-08-11 | 2012-09-07 | Andre Sossah | RADIATION GEOTHERMAL HEAT AND RAFRAICHIRA LOCATION BY RADIATION (INFRARED WAVES) |
| ATE478208T1 (en) | 2007-01-29 | 2010-09-15 | Albers & Co | ACOUSTIC ELEMENTS |
| WO2009010702A1 (en)* | 2007-07-17 | 2009-01-22 | Powrmatic Limited | A heating module and system controller that increases the efficiency of heat pumps for domestic hot water and heating |
| FR2939874B1 (en) | 2008-12-12 | 2010-12-31 | Mobile Comfort Holding | THERMODYNAMIC DEVICE WITH MULTI-ENERGY HOT WATER BALLOON MULIT-SOURCES |
| US8794015B1 (en) | 2012-04-20 | 2014-08-05 | Avant Energy Inc. | Air to liquid heat exchange system for ground source heat pump system |
| US9287734B2 (en) | 2013-02-19 | 2016-03-15 | Gojo Industries, Inc. | Thermal energy harvesting for dispensing system |
| SE539398C2 (en)* | 2014-11-10 | 2017-09-12 | Energy Machines S A | Heating system including heat pump with alternately connectable accumulator tanks |
| CN107436055B (en)* | 2017-06-28 | 2023-11-24 | 内蒙古博特科技有限责任公司 | Solar cross-season energy storage triple supply system |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2689090A (en)* | 1949-05-24 | 1954-09-14 | Hammond | Heating system |
| US2780415A (en)* | 1952-02-23 | 1957-02-05 | Frazer W Gay | Heat pump operated system for house heating |
| US4134273A (en)* | 1977-04-22 | 1979-01-16 | Brautigam Robert F | Home heating and cooling system |
| US4382368A (en)* | 1981-03-20 | 1983-05-10 | Dittell Edward W | Geothermal hot water system |
| US4633676A (en)* | 1984-11-19 | 1987-01-06 | Dittell Edward W | Cooling and heating apparatus |
| US4693089A (en)* | 1986-03-27 | 1987-09-15 | Phenix Heat Pump Systems, Inc. | Three function heat pump system |
| US4893476A (en)* | 1988-08-12 | 1990-01-16 | Phenix Heat Pump Systems, Inc. | Three function heat pump system with one way receiver |
| US5461876A (en)* | 1994-06-29 | 1995-10-31 | Dressler; William E. | Combined ambient-air and earth exchange heat pump system |
| US6167715B1 (en)* | 1998-10-06 | 2001-01-02 | Thomas H. Hebert | Direct refrigerant geothermal heat exchange or multiple source subcool/postheat/precool system therefor |
| DE19950212A1 (en)* | 1999-10-19 | 2001-04-26 | Moser Peter | Improvement to the performance of heat pump air conditioning systems is gained by an air cooling box having a heat exchanger with a subterranean heat sink |
| EP1248055A3 (en)* | 2001-03-26 | 2004-03-31 | Vaillant GmbH | Total environmental heat source for a heat pump |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1866579A4 (en) | 2015-03-11 |
| EP1866579A2 (en) | 2007-12-19 |
| WO2006101404A2 (en) | 2006-09-28 |
| NO20051564L (en) | 2006-09-25 |
| NO20051564D0 (en) | 2005-03-23 |
| WO2006101404A3 (en) | 2006-12-21 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1866574A2 (en) | A system for utalization of renewable energy sources | |
| US8733429B2 (en) | Hybrid heating and/or cooling system | |
| RU2405813C2 (en) | Brewing plant and brewage method | |
| RU2520003C2 (en) | Thermal storage system | |
| US7788924B2 (en) | System and method for in-line geothermal and hydroelectric generation | |
| US9080558B2 (en) | Dual hybrid fluid heating apparatus and methods of assembly and operation | |
| JP6133508B2 (en) | A method of thermotechnically connecting a geothermal source to a district heat supply network. | |
| US7832217B1 (en) | Method of control of thermal energy module background of the invention | |
| NO337357B1 (en) | Plant for energy production | |
| CN101498467B (en) | Double-heat source dwelling house comfortable integration system based on solar energy | |
| EP1866579A2 (en) | A system for utilization of thermal energy | |
| GB2459879A (en) | A heat exchanger in a condensate drain path of a condensing boiler | |
| NO146651B (en) | INSTALLATION WITH HEAT PUMP FOR ROOM AND WATER HEATING | |
| JP2011047582A (en) | Solar heat hot water supply system including heat pump backup heat source | |
| JP6359321B2 (en) | Vacuum water heater | |
| CN106352559B (en) | A kind of the solar heat pump and water heating system and control method of automatic adjustment working medium charging amount | |
| CN102705927A (en) | Ice storage and heat storage ultralow temperature heat pump air conditioner | |
| RU2358209C1 (en) | Geothermal heat utilisation method | |
| JP2014037963A (en) | Solar heat hot water supply system | |
| EP2450635A1 (en) | Solar heating system | |
| JP7396725B1 (en) | Heat pump system and heat pump system control method | |
| GB2491582A (en) | Energy Recovery System | |
| CN219756692U (en) | Ground source heat supplementing device | |
| DK155466B (en) | HEAT RECOVERY SYSTEM | |
| US20190003750A1 (en) | Device for absorbing thermal energy from the surrounding environment and using same (generator) |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |