NL1031533C2 - Combi-warmtepompsysteem. - Google Patents

Description

Titel: Combi-warmtepompsysteem

De uitvinding heeft betrekking op een combi-warmtepompsysteem, voorzien van een warmtereservoir, een opslagvat voor verwarmd tapwater, een vloerverwarmingscircuit.

Een combi-warmtepompsysteem dient om zowel tapwater in het 5 opslagvat als ruimtes in een gebouw zelf te verwarmen, het laatste in het huidige geval met vloerverwarming. Daartoe bevat het systeem een warmtepompinstallatie die schakelbaar is tussen een configuratie waarmee warmte van het reservoir naar het opslagvat gepompt wordt en een configuratie waarin warmte van her reservoir naar het 10 vloerverwarmingscircuit gepompt wordt. De bodem onder het gebouw dient bijvoorbeeld als warmtereservoir waar de warmte uitgepompt wordt.

Een warmtepomp kan bijvoorbeeld geïmplementeerd worden met circuit van een verdamper en een condensor met daartussen aan de ene kant een compressor en aan de ander kant een expansieventiel. In bedrijf 15 geeft een gecomprimeerd gasvormig medium bij een hoge druk en hoge temperatuur in de condensor door condensatie warmte af aan de warme kant van de warmtewisselaar, waarna het vloeibaar geworden medium achter een expansieventiel bij een lage druk en lage temperatuur in de verdamper door verdamping warmte opneemt van de koude kant alvorens 20 opnieuw gecomprimeerd te worden.

Omdat over het algemeen gebruik gemaakt wordt van een warmtepomp met beperkte capaciteit wordt het water in het opslagvat slechts geleidelijk opgewarmd. Bovendien is het rendement van de warmtepomp het hoogst als het water geleidelijk wordt opgewarmd.

25 Bij voorkeur wordt het koelste water, onderin het opslagvat, op gewarmd en wordt warm water bovenuit het opslagvat getapt.

1031533 2

Warmtepompen kunnen echter vaak slechts een beperkt temperatuurverschil overbruggen. Dit is een gevolg van de maximale drukverhouding die een compressor kan realiseren in combinatie met de minimale en maximale zuig- en persdruk.. Dit betekent dat het steeds 5 moeilijker wordt om het tapwater te verwarmen naarmate het koelste water in het opslagvat warmer wordt. Dit doet af aan de efficiëntie van een dergelijk systeem en een groot temperatuurverschil gaat bovendien ten koste gaat van de levensduur van de compressor en het afgegeven vermogen US octrooi nummer 6,405,551 toont een systeem voor verwarming 10 van tapwater en vloerverwarming. De warmte wordt overgedragen door warmtewisselaars. Het doel is om het tapwater voldoende heet te krijgen. Dit wordt bereikt door vergroting van het effectieve oppervlak van de warmtewisselaars. De warmtebron 10 dat kan een warmtereservoir zijn (kolom 16 regels 1-5). Het document beschrijft modes, waarin respectievelijk 15 vloerverwarming en vloerkoeling worden gecombineerd met tapwaterverwarming. In het geval van gecombineerde vloerkoeling tapwaterverwarming stroomt de warmte van de vloer naar het tapwater.

Het document suggereert geen meertraps warmtewisselproces met de vloer as tussen buffer.

20

Het is, onder andere, een doel van de uitvinding om te voorzien in een combi-warmtepompsysteem met een hogere efficiëntie.

Volgens de uitvinding wordt voorzien in een systeem dat voorziet in een extra configuratie, waarin warmte vanuit het vloerverwarmingscircuit 25 naar het opslagvat gepompt wordt. Zodoende wordt de vloer als tussenreservoir gebruikt in een meerstaps warmtepompproces. In een uitvoeringsvorm kan met hetzelfde systeem bovendien bij warm weer actief gekoeld worden. Omdat de vloer warmer is dan het warmtereservoir wordt het zodoende mogelijk om het tapwater sneller, met een hoger rendement 30 naar hogere temperaturen te verwarmen. Bijvoorkeur wordt het systeem in 3 hoofdzaak alleen naar de extra configuratie geschakeld (bijvoorbeeld in de winter) als een temperatuur van het tapwater boven een drempelwaarde komt. Zodoende hoeft de vloer over het algemeen slechts gedurende korte perioden als warmtereservoir voor de warmtepomp te dienen, waardoor de 5 temperatuur van de vloer nauwelijks hoeft te dalen.

Deze en andere doelstellingen en voordelige aspecten van de uitvinding zullen worden geïllustreerd aan de hand van een beschrijving van niet beperkende voorbeeldsuitvoeringsvormen met behulp van de 10 volgende figuren.

Figuur 1 toont een combi-warmtepompsysteem

Figuur 2 toont een warmtepomp

Figuur 3 toont een tapwatersysteem

Figuur 4 toont een besturingscircuit 15

Figuur 1 toont schematisch een combi-warmtepompsysteem. Het systeem bevat een warmtereservoir 10 (bijvoorbeeld de bodem onder een gebouw), een vloersysteem 14 en een tapwatersysteem 16. Verder is het systeem voorzien van een warmtepompinstallatie die een warmtepomp 120 20 bevat, almede een eerste vloeistofpomp 122 een eerste driewegklep 124, een bypassklep 126, een tweede driewegklep 128 en een tweede vloeistofpomp 129.

De warmtepompinstallatie verbindt een ingang en een uitgang van een eerste spiraal (niet getoond) in het warmtereservoir 10 via een 25 ingangskant van warmtepomp 120 via een serieschakeling van eerste driewegklep 124 en eerste vloeistofpomp 122, die is opgesteld om vloeistof van eerste driewegklep 124 naar de uitgangskant van warmtepomp 120 te pompen. De warmtepompinstallatie verbindt een ingang en een uitgang van een tweede spiraal (niet getoond) in vloersysteem 14 via een uitgangskant 30 van warmtepomp 120 via een serieschakeling van tweede driewegklep 128 4 en tweede vloeistofpomp 129, die is opgesteld om vloeistof van tweede driewegklep 128 naar de warme kant van warmtepomp 120 te pompen. De verbinding tussen de tweede spiraal en tweede driewegklep 128 bevat een aftakking naar eerste driewegklep 124. De verbinding tussen de eerste 5 spiraal (van warmtereservoir 10) een eerste driewegklep 124 bevat een aftakking naar de verbinding tussen de uitgangskant van warmtepomp 120 en de tweede spiraal (van de vloerverwarming).

Bypassklep 126 is gekoppeld tussen de ingang en uitgang van de eerste spiraal van warmtereservoir 10. Een tapwatersysteem 16 is 10 gekoppeld tussen tweede driewegklep 128 en de verbinding tussen de uitgangskant van warmtepomp 120 en de tweede spiraal.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm van een warmtepomp 120. In deze uitvoeringsvorm omvat de warmtepomp een verdamper 20, een compressor 22, een condensor 24 en een expansieventiel 26 15 achtereenvolgens in een stroomcircuit. In bedrijf zuigt compressor 22 een medium (in gas en/of vloeistoffase) aan uit verdamper 20 en voert het gecomprimeerd toe aan condensor 24. Van condensor 24 wordt het medium door expansieventiel weer naar verdamper 20 gevoerd. Het medium condenseert in condensor 24 onder afstaan van warmte en verdampt achter 20 expansieventiel 26 onder opname van warmte uit verdamper 20. De verdamper 20 vormt de ingangskant van de warmtepomp. Door verdamper 20 loopt een leiding voor "koude" vloeistof, waaraan warmte ontrokken wordt. De condensor 24 vormt de uitgangskant van de warmtepomp. Door condensor 24 loopt een leiding voor "warme" vloeistof, waaraan warmte 25 toegevoegd wordt. In plaats van een enkel warmtepompcircuit kunnen ook meerdere circuits in serie of parallel gebruikt worden.

Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm van een tapwatersysteem 16, met een opslagvat 30, een warmtewisselaar 32, een pomp 34, een aftapleiding 36 en een temperatuursensor 38. Warmtewisselaar 32 heeft een 30 aansluiting voor de leiding tussen tweede driewegklep 128 en de verbinding 5 tussen de uitgangskant van warmtepomp 120 en de tweede spiraal (van de vloerverwarming). Vanuit warmtewisselaar 32 loopt een circuit door pomp 34, opslagvat 30 en weer terug naar warmtewisselaar. Temperatuursensor 38 is bij wijze van voorbeeld onderin opslagvat 30 aangebracht. Aftapleiding 5 36 tapt water uit de bovenkant van opslagvat 30 af. Het water in het opslagvat 30 wordt dan aangevuld met (koud) vers water onderin het opslagvat 30.

Figuur 4 toont een besturingscircuit met een besturingscomputer 40 met ingangen gekoppeld aan een bedieningspaneel 42 en 10 temperatuursensor 38 en uitgangen gekoppeld aan besturingsingangen van eerste en tweede driewegklep 124, 128 en bypassklep 126.

In bedrijf schakelt het besturingscircuit het systeem tussen verschillende configuraties. In een eerste configuratie werkt het systeem als verwarming. In deze configuratie schakelt het besturingscircuit eerste 15 driewegklep 124 zo dat deze de eerste spiraal (van warmtereservoir 10) via pomp 122 met de ingangskant van warmtepomp 120 verbindt. Het besturingscircuit schakelt bypassklep 126 dicht, zo dat er geen kortsluiting tussen de ingang en uitgang van de eerste spiraal is. Verder schakelt het besturingscircuit tweede driewegklep 128 zo dat deze de tweede spiraal (van 20 de vloerverwarming) via pomp 129 met de uitgangskant van warmte pomp verbindt. Zodoende wordt warmte die met vloeistof in de eerste spiraal uit het warmtereservoir wordt opgenomen door warmtepomp 120 overgedragen aan vloeistof die door de tweede spiraal circuleert en waarmee de vloer verwarmd wordt.

25 In een tweede configuratie werkt het systeem als tapwaterverwarming. In principe schakelt het besturingscircuit naar de tweede configuratie als het detecteert dat het tapwater in het tapwatersysteem onvoldoende warm is, bijvoorbeeld doordat tapwater in opslagvat 30 is aangevuld met koud vers water. In deze tweede configuratie 30 schakelt het besturingscircuit eerste driewegklep 124 en bypassklep 126 net 6 als in de eerste configuratie. Verder schakelt het besturingscircuit tweede driewegklep 128 zo dat deze het tapwatersysteem via pomp 129 met de uitgangskant van warmte pomp verbindt. Zodoende wordt warmte die met vloeistof in de eerste spiraal uit het warmtereservoir 10 wordt opgenomen 5 via warmtepomp 120 overgedragen aan tapwater in het tapwatersysteem.

Wanneer het besturingscircuit detecteert dat de temperatuur bij temperatuursensor 38 boven een drempel komt schakelt het besturingscircuit naar een derde configuratie. In de derde configuratie pompt het systeem warmte van de vloer naar het tapwater. In de derde 10 configuratie schakelt het besturingscircuit eerste driewegklep 124 zo dat deze de tweede spiraal (van de vloerverwarming) via pomp 122 met de ingangskant van warmtepomp 120 verbindt. Het besturingscircuit schakelt bypassklep 126 zo dat er een kortsluiting tussen de ingang en uitgang van de eerste spiraal ontstaat. Verder schakelt het besturingscircuit tweede 15 driewegklep 128 zo dat deze het tapwatersysteem via pomp 129 met de uitgangskant van warmte pomp verbindt. Zodoende wordt warmte die met vloeistof in de tweede spiraal uit de vloer wordt opgenomen door warmtepomp 120 overgedragen aan tapwater in het tapwatersysteem. Doordat de vloer zich op een hogere temperatuur bevindt dan het 20 warmtereservoir 10 kan het tapwater zodoende tot een hogere temperatuur verwarmd worden.

In een uitvoeringsvorm kan deze configuratie tevens worden toe gepast om de vloer actief te koelen als een thermostaat aangeeft dat koeling van de vloer gewenst is en het tapwateropslagvat nog niet volledig 25 opgewarmd is.

Als het besturingscircuit detecteert dat de temperatuur bij temperatuursensor 38 boven een verdere drempel ligt, die aangeeft dat het tapwater voldoende is opgewarmd, dan schakelt het besturingscircuit terug naar de eerste configuratie (of naar een passieve configuratie). De derde 30 configuratie wordt bijvoorkeur alleen gebruikt als de temperatuur van het 7 tapwater te hoog is om met voldoende efficiëntie van warmtepomp 120 het tapwater nog verder te verwarmen, dat wil zeggen als temperatuursensor 38 aangeeft dat de temperatuur boven de drempel komt. Zodoende wordt afkoeling van de vloer geminimaliseerd.

5 Zonodig kan het besturingscircuit ook ingericht zijn om tussen de derde configuratie en de eerste configuratie heen en weer schakelen, bijvoorbeeld als een thermostaat aangeeft dat verwarming van de vloer of de ruimte boven de vloer nodig is. Het besturingscircuit kan ook ingericht zijn om tussen de tweede configuratie en de eerste configuratie in dat geval.

10 Het systeem heeft verder bijvoorkeur een passieve configuratie, waar naartoe geschakeld wordt als de vloer en het tapwater voldoende warm zijn. In de passieve configuratie schakelt het besturingscircuit eerste driewegklep 124 dicht. Warmtepomp 120 kan dan uitgeschakeld worden evenals de vloeistofpompen in het systeem.

15 Bijvoorkeur ondersteunt het systeem nog een vierde configuratie waarin het warmtereservoir 10 gebruikt wordt om de vloer passief te koelen, bijvoorbeeld in de zomer als de vloer (en/of de ruimte erboven) onaangenaam, warm wordt. In deze vierde configuratie schakelt het besturingscircuit warmtepomp 120 uit en schakelt de eerste driewegklep 124 zo dat deze de 20 tweede spiraal (van de vloerverwarming) via pomp 122 met de ingangskant van warmtepomp 120 verbindt. Het besturingscircuit schakelt bypassklep 126 zo dat er geen kortsluiting tussen de ingang en uitgang van de eerste spiraal doorheen loopt. Verder schakelt het besturingscircuit tweede driewegklep 128 zo dat vloeistof uit de tweede spiraal (van de 25 vloerverwarming) naar de eerste driewegklep 124 gedwongen wordt.

Zodoende circuleert vloeistof door de vloerverwarming (die in dit geval als verkoeling kan werken) en het warmtereservoir 10 (dat in dit geval opgeladen kan worden). In deze configuratie wordt bovendien het warmtereservoir opgewarmd.Het zal duidelijk zijn dat het getoonde systeem 30 slechts een voorbeeld is van een uitvoeringsvorm. Zo kan 8 temperatuursensor 38 bijvoorbeeld ook in de uitgangskant van warmtepomp 120 opgenomen worden, of ergens in de circuits tussen die warmtewisselaar en opslagvat 30. In al deze opstellingen is de gemeten temperatuur in de tweede en derde configuratie indicatief voor de temperatuur van het 5 tapwater dat opgewarmd wordt. Ook in deze opstellingen kan de temperatuursensor 38 gebruikt worden om te beslissen om te schakelen naar de derde configuratie. Verder zal het duidelijk zijn dat in plaats van driewegkleppen combinaties afsluiters en dergelijke gebruikt kunnen worden om de gewenste stroomcircuits tot stand te brengen. Ook kan 10 gebruik gemaakt worden van verdere afsluiters om de spiralen zonodig buiten de circuits te zetten.

Verder kan het tapwatersysteem uiteraard anders uitgevoerd worden. Zo kan bijvoorbeeld ook in het opslagvat een warmtewisselaar gebruikt worden in plaats van het tapwater te circuleren of kan het 15 verwarmingscircuit voor het opslagvat 30 bijvoorbeeld direct door de condensor lopen, naast het circuit voor de vloerverwarming.

Hoewel bij wijze van voorbeeld warmtereservoir 10 in de grond onder een gebouw genoemd is (geïsoleerd van de verwarmde vloer) zal het duidelijk zijn dat een ander soort warmtereservoir, of zelfs meerdere 20 warmtereservoirs gebruikt kunnen worden, zoals een vat met water, lucht enzovoort.

Hoewel in de getoonde uitvoeringsvorm de driewegkleppen volledig omschakelen, zodat de stroomcircuits geheel omgelegd worden zal het duidelijk zijn dat uitvoeringsvormen mogelijk zijn waarin een gedeeltelijke 25 omlegging volstaat. Zo kan bijvoorbeeld worden voorzien in een mengvorm van de eerste en tweede configuratie waarin tegelijkertijd tapwater opgewarmd wordt en de vloer verwarmd wordt.

1031533

Claims (5)

1. Combi-warmtepompsysteem, voorzien van een warmtereservoirrciruit, een opslagvat voor verwarmd tapwater en een vloerverwarmingscircuit; verder voorzien van een warmtepompinstallatie gekoppeld aan het warmtereservoirciruit, het opslagvat en het 5 vloerverwarmingscircuit, waarin de warmtepompinstallatie schakelbaar is tussen (a) een eerste configuratie waarin de warmtepompinstallatie warmte vanuit het warmtereservoirciruit naar het vloerverwarmingscircuit pompt; (b) een tweede configuratie waarin de warmtepompinstallatie warmte 10 vanuit het warmtereservoirciruit naar het opslagvat pompt; en (c) een derde configuratie waarin de warmtepompinstallatie warmte vanuit het vloerverwarmingscircuit naar het opslagvat pompt welk combi-warmtepompsysteem verder is voorzien van een temperatuur sensor voor het genereren van een indicatie voor een temperatuur van het tapwater, en 15 waarin de warmtepompinstallatie is voorzien van een besturingseenheid die ingericht is om, voor het uitvoeren van een meerstaps warmtepompproces tussen het warmtereservoir en het tapwater met de vloer als tussenreservoir, de warmtepompinstallatie naar de tweede configuratie te schakelen bij verwarmen van het tapwater als de indicatie van de 20 temperatuur sensor onder een drempelwaarde ligt en om de warmtepompinstallatie naar de derde configuratie te schakelen bij verwarmen van het tapwater als de indicatie boven de drempelwaarde ligt.

2. Combi-warmtepompsysteem volgens conclusie 1 of 2, waarin de warmtepompinstallatie schakelbaar is naar een vierde configuratie waarin 25 vloeistof tussen het vloerverwarmingscircuit en het reservoir gepompt wordt. 1031533

3. Combi-warmtepompsysteem volgens conclusie 1 of 2, waarin de warmtepomp installatie schakelbaar is naar een configuratie waarin warmte vanuit het vloerverwarmingscircuit naar het opslagvat gepompt wordt.

4. Combi-warmtepompsysteem volgens conclusie 1, waarin de 5 warmtepompinstallatie is voorzien van een warmtewisselaar, een pomp en schakelklepmiddelen met verbindingen om vloeistof van de schakelklepmiddelen via de pomp naar een ingang van de warmtewisselaar te pompen, waarin de schakelklepmiddelen ingericht zijn om schakelbaar vloeistof van het reservoir of vloeistof van het vloerverwarmingscircuit naar 10 de pomp toe te voeren.

5. Werkwijze voor het gecombineerd verwarmen van een vloer en tapwater met behulp van warmte die met een warmtepomp uit een warmtereservoir gepompt wordt, waarbij de vloer als tussenreservoir gebruikt in een meerstaps warmtepompproces tussen het warmtereservoir 15 en het tapwater, waarbij het meerstaps warmtepompproces de stappen omvat van - detecteren of een indicatie voor een temperatuur van het tapwater onder of boven een drempel ligt; - afhankelijk van de detectie schakelen tussen configuraties waarin de 20 warmtepompinstallatie warmte respectievelijk vanuit een warmtereservoirciruit en een vloerverwarmingscircuit naar het opslagvat pompt. 1031533