NL2014297B1 - Werkwijze en inrichting voor het verwarmen van een gebouw en regeleenheid voor ruimteverwarming - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze voor het verwarmen van een gebouw met twee of meer, bij voorkeur een groter aantal te verwarmen ruimtes, omvattende de volgende stappen: het vooraf bepalen van de gewenste hoeveelheid verwarmd fluïdum voor elke ruimte op basis van in die ruimte gewenste temperatuur alsmede door berekeningen of metingen aan bepaalde eigenschappen van die ruimte of zone, het vanaf een warmtebron toevoeren van daardoor verwarmd fluïdum; het meten van de buitentemperatuur en/of windkracht en/of windrichting, waarbij tevens de temperatuur van het fluïdum op basis daarvan instelbaar is; het meten van de temperatuur in elk van de ruimtes of zones aan de regeleenheid die is aangesloten door het warmtetoestel wordt afgegeven; en het regelbaar toevoeren van de hoeveelheid fluïdum met de gewenste temperatuur aan de verwarmingselementen in elk van de ruimtes.

Description

Werkwijze en inrichting voor het verwarmen van een gebouw en regeleenheid voor ruimteverwarming

De laatste decennia is het rendement van installatie voor ruimteverwarming omhoog gegaan. In de tachtiger jaren van de vorige eeuw zijn op grote schaal hoogrendementsketels (HR) in Nederland geïntroduceerd. Indien het retourwater van een hoge rendementsketel een temperatuur van ca. 53°C bereikt wordt het hoge rendement gereduceerd en gaat onnodig verwarmingenergie verloren via het rookgaskanaal.

Het is tevens bekend gebouwen te verwarmen op basis van zogeheten weersafhankelijke regeling eventueel met ruimtetemperatuursensatie (RTC), waarbij afhankelijk van de buitentemperatuur de temperatuur van het CV water wordt bepaald. Bij gebruik van een stooklijn kan ook gebruik gemaakt worden van zogeheten radiatorthermostaten of groepsregelingen, waarbij de temperatuur van elke ruimte wordt ingesteld.

Volgens de onderhavige octrooiaanvrage wordt een werkwijze verschaft voor het verwarmen van een gebouw dat een aantal ruimtes omvat, omvattende de volgende stappen: het vooraf bepalen van de gewenste hoeveelheid verwarmd fluïdum voor elke ruimte op basis van in die ruimte gewenste temperatuur alsmede door berekeningen of metingen aan bepaalde eigenschappen van die ruimte of zone, - het vanaf een warmtebron toevoeren van daardoor verwarmd fluïdum; - het meten van de buitentemperatuur en/of windkracht en/of windrichting, waarbij tevens de temperatuur van het fluïdum op basis daarvan instelbaar is; - het meten van de temperatuur in elk van de ruimtes of zones aan de regeleenheid die is aangesloten door het warmtetoestel wordt afgegeven; en - het regelbaar toevoeren van de hoeveelheid fluïdum met de gewenste temperatuur aan de verwarmingselementen in elk van de ruimtes.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen van deze werkwijze worden vooraf berekeningen gedaan aan de desbetreffende ruimte die op een bepaalde temperatuur moet worden gebracht. Het gaat hierbij om vaste waarden, bijv. (niet limitatief) om de inhoud van de ruimte of zone, de capaciteit van de daarin geplaatste een of meer warmteafgifteorganen zoals radiatoren e.d., de isolatiewaarde van de wanden, dak, vloeren en raampartijen alsmede het al dan niet aanwezig zijn van een ventilatiesysteem, een type daarvan, de luchtvochtigheid en luchtkwaliteit etc. Voor een bepaalde ruimte kan zelfs de instelling worden veranderd, totdat een sensor bepaalt dat een sensorvenster is geopend, etc. etc.

Bij voorkeur worden de buitentemperatuur en/of de windrichting en de windsnelheid gemeten door aan de buitenkant van het gebouw aangebrachte sensoren. In dit verband wordt opgemerkt dat de noordzijde van een gebouw in het algemeen meer warmte vraagt dan de zuidzijde. Vanzelfsprekend kan de windrichting en de windsnelheid de warmtevraag in aanzienlijke mate beïnvloeden.

Bij voorkeur zijn in elk van de zones of de radiatoren (of andere warmteafgifteorganen) voorzien van aanstuurbare kleppen waarbij zones of ruimtes waar geen sprake is van noemenswaardige warmtebehoefte deze kleppen de radiatoren volledig kunnen afsluiten.

Bij voorkeur worden de radiatoren vroegtijdig voorzien van fluïdum van relatief lage temperatuur waardoor verliezen worden beperkt en het rendement verder wordt verhoogd.

Bij verdere voorkeursuitvoeringsvormen van systemen volgens de onderhavige uitvinding zijn afhankelijk van de bestaande situatie aanzienlijke besparingen te realiseren beginnend van circa 30% minder verbruik tot ca. 70%.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende beschrijving van een tekening van een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan, waarin tonen:

Fig. 1 een schematisch aanzicht van een gebouw waarin de uitvoeringsvorm van de werkwijze en het systeem volgens de onderhavige octrooiaanvrage is aangebracht;

Fig. 2 een schematisch aanzicht van het regelsysteem volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 3 een blokschema van het regelsysteem volgens een voorkeursuitvoeringsvoorbeeld van de onderhavige octrooiaanvrage; en

Fig. 4 een stroomschema van een gedeelte van regeling uit fig. 3.

In een gebouw 10 (fig. 1) bijv. bestaande uit twee verdiepingen met een zolder, dat een kantoor, bedrijfsruimte, een woonhuis, een kelder of zolder kan zijn, is voorzien van radiatoren 30,31... in de meeste ruimten. Tevens is in meer dan één ruimte een temperatuurvoeler 40,41... aangebracht. De toevoer van het warmtefluïdum aan de radiatoren is regelbaar met behulp van een op afstand, bedraad of draadloze stuurklep, die ook kan zijn aangebracht voor een bepaalde zone die twee of meer ruimtes omvat, zoals een verdieping, zolder, kelder en dergelijke.

In het onderhavige voorbeeld is sprake van bijvoorbeeld zes ruimtes op de begane grond, bijvoorbeeld twee kantoren aan de noordzijde 11,12 een toiletgroep 13, een algemene ruimte 14, een ontvangstruimte 15 en een receptie 16 aan de zuidzijde en een kantoor dat is ingesloten tussen de receptie en een kantoor aan de noordzijde.

Bij het inregelen van het systeem volgens de onderhavige octrooiaanvrage wordt voor elk van de ruimtes het vermogen van de verwarming ter plaatse, bijv. 4,5 kW, 6 kW, 12 kW en 5 kW bepaald, alsmede de mate van isolatie en inhoud van de ruimte opdat kan worden ingesteld wat het meest efficiënt is voor de radiator in een bepaalde ruimte. Het kan bijvoorbeeld wenselijk zijn dat de watertemperatuur aan de noordzijde (aanzienlijk) hoger is dan aan de zuidzijde, bijv. 72°C vs. 60°C, terwijl tevens van belang is dat een CV ketel 28 in condenserend bedrijf blijft, dat wil zeggen dat de retourtemperatuur bij voorkeur zo veel mogelijk onder de 50-55°C is, ofwel - veelal - onder 53°C.

In een nog meer de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm wordt bij gebruik van slechts één CV toestel door een regeleenheid de temperatuur van het CV water en het vermogen op elk gewenst tijdstip aangesloten.

Voorts is het gebouw volgens de onderhavige octrooiaanvrage voorzien van een temperatuurvoeler 21 aan de buitenzijde en een windmeter 22. Op grond van de buitenvoeler wordt bij bestaande CV installaties veelal de temperatuur van het water dat uit de CV installatie komt, bepaald waardoor hetzij aan de noordzijde het te koud is, maar ongetwijfeld energie wordt verspeeld aan de zuidzijde van de ruimte.

In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld is het gebouw voorzien van drie CV ketels 28, 28',28", bijvoorbeeld met een vermogen van elk 20 kW (kiloWatt). De gemeten of berekende gegevens van de ruimte en de radiatoren zijn in een regeleenheid ingevoerd; met behulp van (draadloze) verbinding, bijvoorbeeld via Wifi, met een tabletcomputer of een PC kan de gewenste temperatuur op elk gewenst tijdstip in de ruimte worden verkregen.

Voor dit doel is tussen de regeleenheid en elk van de CV ketels een spannings naar weerstandswaarde omzetter geplaatst die op de buitenvoeler-ingang van de CV ketel is aangesloten, in het onderhavige voorkeursuitvoeringsvoorbeeld omvattende een pulserende, licht uitzendende diode (LED)-lichtbron 26 (fig. 2) alsmede een lichtgevoelige weerstand (LDR) 27 die op de ingang van de CV ketel is aangesloten waar normaliter het signaal van de buitenvoeler, dat wil zeggen de NTC weerstand is aangesloten.

Voor de vakman moge duidelijk zijn dat de aansluiting ook zeer wel mogelijk is m.b.v. andere (digitale) technieken, zoals een processor in samenwerking met bustechnologie etc. etc.

In het onderhavige voorbeeld wordt bijvoorbeeld gewerkt met watertemperatuur van 72°C aan de noordzijde en watertemperatuur van 60°C aan de zuidzijde, watertemperatuur van ca. 35°C in de receptie (vloerverwarming), een watertemperatuur van 55°C in het ingeklemde kantoor aan de oostzijde en een watertemperatuur van circa 45°C in de toiletgroep aan de zuidzijde. In de algemene ruimte wordt gewerkt met een watertemperatuur van 65°C daar uit berekeningen is gebleken dat dat gezien de mate van isolatie de beste opwarming van de ruimtes geeft. Indien bepaalde ruimtes niet of nauwelijks worden bezet gedurende een bepaalde tijd kan vanzelfsprekend de temperatuur worden teruggebracht hetgeen vooral in kantoren en scholen een aanzienlijke besparing kan geven.

Doordat een of meer CV ketel(s) in het systeem zijn opgenomen, kunnen die elk met een verschillende watertemperatuur worden bedreven; vanzelfsprekend is het een mengklep die gestuurd wordt vanuit de electronica in verschillende zones (een of meer ruimtes) te plaatsen en de temperatuur aan te passen en te regelen via de regeleenheid 20. De uitgang van de regeleenheid bepaalt het vermogen van een af te geven ketel die in aanzienlijke mate zal worden bepaald door de buitentemperatuur en informatie van de gewenste verhoging van de temperatuur, terwijl de temperatuur van het water kan worden aangepast via de spannings- naar weerstandswaarde-omzetter waardoor bepaalde zones en dergelijke met CV water van verlaagde temperatuur kunnen worden verwarmd.

Het vermogen van de drie ketels is berekend op een buitentemperatuur van -10°C bij 15 m/sec windsnelheid.

Indien ketels een modulatiegraad van 25% hebben dan is het minimaal te leveren vermogen 5 kW. Indien 's-ochtends wordt bepaald dat de buitentemperatuur -10°C is, en de binnentemperatuur 10° bedraagt, kan er bijv. door de regeleenheid een signaal van 6 V worden uitgestuurd op een schaal van 0-10 V, waarbij de eerste ketel dan op 60% gaat branden.

Met het genoemde voorbeeld van een lichtgevoelige weerstand en een LED wordt vanuit de regeleenheid een bepaalde weerstandswaarde aangeboden waardoor die ketel denkt dat de buitentemperatuur CV water van 65°C vraagt. De lichtgevoelige weerstand wordt beïnvloed door met een pulsbreedte gemoduleerd signaal de LED te laten knipperen en afhankelijk van de pulsbreedte zal dan de weerstandswaarde naar wens worden gevarieerd.

Indien bijvoorbeeld meer kantoorruimte dienen te worden verwarmd gaat de eerste CV ketel op vol vermogen (10V=100%) draaien en blijft de levertemperatuur 75°C. In een bepaalde voorkeursuitvoeringsvorm kan een elektronische mengklep in het circuit zijn opgenomen om kouder water bij te mengen opdat te warm aanvoerwater wordt vermeden.

Indien meer warmte gevraagd wordt zullen in de regeleenheden berekeningen worden gemaakt of bijvoorbeeld twee ketels op 50% gaan draaien hetgeen qua rendement voordelig kan zijn.

Verder kunnen vanzelfsprekend pompsnelheden worden ingesteld alsmede een CV ketel op intermitterend worden gezet indien de modulatiegraad te laag is geworden.

Naar verwachting en afhankelijk van de uitgangspositie kan een energiebesparing worden verkregen met een werkwijze en inrichting volgens de onderhavige octrooiaanvrage van ten minste 30% en het valt niet uit te sluiten dat dat dubbel zoveel kan zijn bij bepaalde gebouwen (30-70%).

Indien de regeleenheid, die in het algemeen ten minste een processor en een geheugen omvat, een verzoek bereikt voor warmtevraag in ruimte 1,2,3, etc. schematisch aangeduid met 40, 41 resp. 42, worden berekeningen gemaakt op basis van de vaste waarden voor de warmtecapaciteit van de respectievelijke ruimtes zoals opgeslagen bij 51 terwijl bijv. tevens wordt gerekend met behulp van de variabele waarden die blijken uit de gemeten temperatuur en windsnelheid en richting.

Na de berekening stuurt de regeleenheid de CV toestellen 28, 28', 28" aan zoals aangegeven in figuur 2, dat wil zeggen met een eerste signaal voor het aangeven van de vermogensvraag op een schaal van 0-10 V en met het andere signaal via een spannings- naar weerstandswaarde omzetter waardoor de temperatuur van het CV water kan worden gestuurd. Tevens worden op grond van de berekeningen 40-42 voor de ruimtes mengkleppen voor menging van het opgewarmde radiatorwater met retourwater, aangestuurd zoals schematisch aangeduid met 63, 64 resp.65 en worden tevens bij elke radiator aangebrachte afsluiters open, resp. dicht gestuurd al naar gelang de warmtevraag. Bij 61 is aangeduid dat tevens een vloerverwarming zonder mengklep kan worden aangestuurd daar vloerverwarming voorzien is van een eigen pomp.

Na berekening van de vaste en variabele waarde zoals aangeduid in figuur 4 (70), wordt een signaal van 0-10 V alsmede een pulsbreedte gemoduleerd (PWM) signaal naar de LED gestuurd teneinde CV toestel 28 (28') aan te sturen (71) .

Bij 72 wordt de stand van de mengklep ingeregeld. Bij 73 wordt bepaald of een bepaald ingestelde waarde na bijv. 15 min. is bereikt. Bij 74 wordt gekeken of de temperatuur te hoog is, bij 75 of de temperatuur te laag is opdat de lus via 72 opnieuw wordt doorlopen. Bij 76 is de gewenste eindtemperatuur van de ruimte bereikt.

Een dergelijk stroomschema kan ook worden opgesteld bij een vloerverwarmingssysteem, al behoeft dan niet een mengklep te worden aangestuurd, daar een vloerverwarmingssysteem een eigen pomp en regelklep heeft.

Uit bovenstaande moge duidelijk zijn dat het nieuw voorgestelde systeem zowel kostenbesparend als comfort verhogend is. In de beschreven voorkeursuitvoeringsvorm wordt met een CV toestel gewerkt maar het moge duidelijk zijn dat andere warmtebronnen denkbaar zijn, zoals stadsverwarming of andere systemen.

Mocht in een ruimte sprake zijn van twee verwarmingsbronnen, bijvoorbeeld vloerverwarming en luchtverwarming en een ventilatiesysteem zonder warmteterugwinning zal het systeem zodanig worden ingeregeld dat geen gebruik gemaakt wordt van vloerverwarming, hetgeen in het algemeen efficiënter is: het systeem weet daar dat het ventilatiesysteem voorafgaand aan de warmtevraag de ruimte zal ventileren bijvoorbeeld gedurende een half uur.

Bij voorkeur wordt de gewenste aanvoertemperatuur van het fluïdum verkregen door een mengklep die de mate van menging van het retourwater en het CV water van hogere temperatuur voortdurend instelt.

Doordat in het systeem nauwkeurig valt in te regelen welke temperatuur met welk vermogen dient te worden verschaft kan ook 's-nachts, in het weekend of juist gedurende de week, denk aan kerkelijke ruimtes, optimaal worden gestuurd waardoor veel energie kan worden bespaard.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de boven beschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

Claims (6)

1. Werkwijze voor het verwarmen van een gebouw met twee of meer, bij voorkeur een groter aantal te verwarmen ruimtes, omvattende de volgende stappen: het vooraf bepalen van de gewenste hoeveelheid verwarmd fluïdum voor elke ruimte op basis van in die ruimte gewenste temperatuur alsmede door berekeningen of metingen aan bepaalde eigenschappen van die ruimte of zone, het vanaf een warmtebron toevoeren van daardoor verwarmd fluïdum; het meten van de buitentemperatuur en/of windkracht en/of windrichting, waarbij tevens de temperatuur van het fluïdum op basis daarvan instelbaar is; het meten van de temperatuur in elk van de ruimtes of zones aan de regeleenheid die is aangesloten door het warmtetoestel wordt afgegeven; en het regelbaar toevoeren van de hoeveelheid fluïdum met de gewenste temperatuur aan de verwarmingselementen in elk van de ruimtes, waarbij een door de regeïelektronica. geregelde spannings-weerstandsomzetter op de CV is aangesloten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij op basis van isolatiewaarden en volume van de ruimte alsmede het daarin geïnstalleerde verwarmend vermogen vooraf is berekend, wat bij verschillende buitentemperatuur en windsnelheden een optimale CV-watertemperatuur is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij het door een CV ketel af te geven vermogen wordt beïnvloed door een regeleenheid die is aangesloten tussen de buitentemperatuurvoeler en de buitenvoeleringang van de CV ketel en waarbij op basis van berekeningen de regeleenheid de gewenste fluïdumtemperatuur, alsmede het gevraagde vermogen.

4. Werkwijze volgens conclusie 1,2 of 3, waarbij aan de buitenzijde van het gebouw een temperatuurvoeler is aangebracht.

5.

Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1-4, waarbij aan de buitenzijde van het gebouw een meter voor het meten van windrichting en windsnelheid is aangebracht. 6-1-. Regeleenheid voor het regelen van het door een CV ketel af te geven vermogen alsmede van de fluïdumtemperatuur. 1%. Regeleenheid volgens conclusie 64-, waarbij de uitgang van een buitenvoeler op de regeleenheid is aangesloten en de weerstandswaarde op de temperatuurvoeler door de regeleenheid beïnvloedbaar is. 8-9-. Regeleenheid volgens conclusie 668-, waarbij op de regeleenheid binnentemperatuurvoelers zijn aangesloten waarbij in de regeleenheid wordt berekend wat de gewenste vermogensvraag van een of meer CV ketels in de verschillende ruimtes is mede gezien de bepaalde eigenschappen van die ruimtes. 9-+--6-. Verwarmingsinstallat ie bij voorkeur voorzien van een regeleenheid volgens een van de conclusies 6-6-8-9- en/of waarbij de werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1-5-& wordt toegepast.