NO791062L - Varmeanlegg. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et varmean-

legg med varmepumpe for oppvarming av rommene i en bygning,

f.eks. en villa eller en industribygning, hvorved forskjellige former av varme i bygningens omgivelse, f.eks. solvarme, jord-varme, uteluftvarme, avløpsvann-, avluft- og vindluftvarme,

kan anvendes. Varmen opptas i varmepumpens fordamper og nyttes for oppvarming av rommene i bygningen via varmepumpens kondensator.

Det er tidligere kjent å nytte en varmepumpe for å •dekke varmebehovet for forskjellige bygninger, f. eks . småhus. Ved disse tidligere kjente anvendelser er fordamperen vanligvis beliggende i husets bunnetasje eller utenfor huset og er innrettet .til å samvirke med uteluften, fra hvilken varme opptas, samt at varmepumpens kondensator via en varmeveksler er koplet til et vann- eller luftdrevet radiatorsystems slynge i huset.

En ulempe ved disse anlegg er at en del av den ved hjelp av varmepumpen lagrede varmeenergi tapes under varmevekslingen.

Markedsførte varmepumper for oppvarming av rommene

i en bygning er som regel kompakte aggregater, som leveres i innen- eller utenhusutførelse. Fordamperdelen og kondensatordelen er vanligvis innebygd i samme kasse. Tilluft eller med omgivelsen varmevekslet vann eller lignende, pumpes gjennom aggregatets fordamperdel og avgir varme til fordamperen, og videre pumpes luft eller vann eller lignende gjennom aggregatets kondensatordel og tar opp kondensatorvarme for fordeling til radiatorer i bygningens forskjellige rom. Det er dessverre temmelig komplisert og kostbart å installere varmepumpesy.stemet med dettes aggregatdeler og dettes kanaler og rør som således behøves for passasje og sirkulasjon av luft og/eller en væske-formet varmebærer, samt den automatikk som kreves for styring

av vifter, pumper, stillbare ventiler etc. Virkningsgraden til systemet blir dessuten lavt, spesielt lavt på vintertid, da stor pumpehøyde pleier å bli anvendt for å gi varmebæreren i radiatorer av konvensjonell type en effektiv temperatur, f.eks. 50-60°C.

I det svenske patent nr. 127.298 beskrives en frem-gangsmåte der en varmepumpe nyttes for oppvarming av en bolig-enhet uten noen mellomliggende varmeveksling. I dette tilfellet er imidlertid varmepumpens fordamper anbragt i et rom, i hvilket levende dyr huses. Således utnyttes for oppvarming av boligenheten, den'varme som dyrene utstråler. Dette system er enkelt

og effektivt.i det tilfelle det foreligger adgang til et rom, f.eks. en dyrestall, fjøs, som rommer et visst antall dyr. Imidlertid har man, f.eks. i en bybebyggelse, ikke alltid til-gang til forskjellige dyrestaller, som sikrer tilførsel av en relativt stor mengde varmeenergi, idet den til varmepumpe-systemet fordamper tilførte, nødvendige energi må hentes fra uteluften eller på annet vis tilføres fordamperen.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et forenklet varmeanlegg med varmepumpe, et system hovedsakelig uten bevegelige deler, såsom pumper, vifter, ventiler etc. og uten spesielle anordninger for varmeveksling,

det være seg mellom varmekilder i husets omgivelse.og varmepumpens fordamper eller mellom varmepumpens kondensatorelement og husets rom, kort sagt et varmeanlegg som er enklere og mer økonomisk å installere og anvende. En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å utnytte den selvventilasjon som finnes i en bygnings omgivelse for effektivt i systemets fordamper å oppta varmen i omgivelsen for herved å forbedre virkningsgraden mellom annet for gjenvinning'av varme i f.eks. fraluft eller trekkluft. En tredje hensikt med oppfinnelsen er å oppnå bedre økonomi med hensyn til varmebehovet for hele året, ved såvel' mildt som kaldt vær. En fjerde hensikt med oppfinnelsen er å eliminere eller minske frost- og isdannelse på systemets fordamper og derved forårsake nedsatt virkningsgrad uten en spesiell defrosteranordning.

Det har nu i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse uventet vist seg at de ovenfor nevnte hensikter kan oppnås på meget tilfredsstillende måte ved å modifisere grunnidéen ifølge svensk patent nr. 127.298, som karakteriseres ved et

eneste kretsløp i hele varmepumpe sy-stemet, slik at det derved blir mulig å tilgodegjøre seg slike mindre rike varmekilder i omgivelsene, slik som uteluft-, fraluft-, trekkluft-, jord- og solvarme. Ved målinger av virkningsgrad og varmeøkonomi ved forskjellige kjente og markedsførte varmepumpesystemer for villaoppvarming som referanser og ved systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse,har det vist seg gjennomsnittlig, at systemet,ifølge oppfinnelsen fra effektivitetssynspunkt, er sammenlignbart med kjente systemer samtidig som det nye systemet er betydelig billigere å anskaffe, installere og underholde.

Det som spesielt kjennetegner varmeanlegget ifølge foreliggende oppfinnelse er at varmepumpens fordamper er plassert utenfor bygningen og er omgitt av en vind- og regnbeskyttende omhylling. Uteluft, ventilasjonsfraluft og/eller på annet vis oppvarmet luft strømmer inn i denne omhylling og passerer fordamperen. Passasjen forbi fordamperen oppnås ved at den luft som i hvert øyeblikk omgir fordamperen direkte og uten noe varmeoverførende medium, avgir' sin varme til fordamperen, nedkjøles og forflyttes nedad og ut av omhyllingen. Varmepumpens kondensator består videre av et eller flere i rommet spredte kondensatorelementer som står i direkte kontakt med luften i rommet uten noe varmeoverførende medium.

Varmeanleggets omhylling utgjøres i en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen, av. et over bygningen anordnet tak eller del derav. I en spesielt foretrukken utførelsesform utgjøres bygningens tak av minst to mot hverandre skråstilte takseksjoner, under hvilke det dannes et rom som via luftspalter står i forbindelse med uteluften, og denne utførelses-form karakteriseres spesielt ved at fordamperen er beliggende i det under takseksjonene dannede rom..1' en annen foretrukken utførelsesform er fordamperen plassert på en av bygningens solbelyste vegger og under takfremspringet, hvorved veggen og takfremspringet danner den vind- og regnbeskyttende omhylling. Fortrinnsvis er sollysreflektorer plassert på veggen bak fordamperen.

I en annen foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen utgjør fordamperen og omhyllingen som omgir fordamperen, deler av en solenergikollektor, med eller uten en gjennomskinnelig beskyttelse, f.eks. en plate av glass eller en transparent plast.

Den av kollektoren opptatte solvarme avgis til fordamperen. Fortrinnsvis er sollysreflektorer på hensiktsmessig vis piassert på taket eller veggen inntil kollektoren.

En vesentlig fordel med varmeanlegget ifølge, den foreliggende oppfinnelse er at den såkalte pumpehøyde kan holdes lav, f.eks. under 50°C, nærmest takket være en stor utbredelse av flaten hos først og fremst alle kondensatorelementene, men

. også■fordamperen.

I en spesielt foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er kondensatorelementene anbragt ved bygningens innertak. Derved blir også takket være kondensatorelementenes lave over-temperatur, luftkonveksjonen i rommene på det nærmeste ubetydelig og varmestrålingen dominerer helt.over varmeledningen via luft-sirkulasjonen, hvorved romtemperaturen kan holdes forholdsvis lav og likevel forbedres lokalenes oppvarmingsøkonomi.med bibehold av god komfort.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det etter-følgende med henvisning til tegningen, hvor

fig. 1 skjematisk i et tverrsnittsriss gjennom et

småhus viser varmeanlegget ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 og 3 viser to ved varmeanleggets varmepumpe

fortrinnsvis anvendte utførelser av kondensatorer, samt

fig. H, som viser to hensiktsmessige utførelser av

den vind- og regnbeskyttende omhylling, samt at

fig. 5 viser hvordan overskuddsvarme i den gass-formede væskebærer kan. utnyttes for vannoppvarming.

I fig. 1 vises varmeanlegget ifølge oppfinnelsen i

en foretrukket utførelsesform anbragt i et 1 1/2-etasjes småhus.

Varmeanlegget omfatter en varmepumpe, som på vanlig måte omfatter en fordamper I for fordampning av en varmebærer,

hvilken drives i et sluttet kretsløp gjennom en rørslynge 5

ved hjelp av en deri innkoplet kompressor *J. I varmebærerens strømningsretning er det i slyngen etter kompressoren innkoplet .en kondensator 3 og et strupeorgan 2 i form av en trykk-reduseringsventil.

I samsvar med oppfinnelsen er varmeanleggets varmepumpe forsynt med et eneste kretsløp 5 for systemets varmebærer. Fordamperen 1 er innrettet til direkte' å oppta varme i luft utenfor det for oppvarming beregnede rommet, mens kondensatoren 3 er innrettet til direkte å avgi varme til det for oppvarming beregnede rommet. Således foreligger ikke noen mellomliggende-varmeveksling mellom ytterligere medier, hvilket er tilfelle hos de for tiden anvendte varmepumpeanlegg.

I samsvar med oppfinnelsen utnyttes varmepumpens kondensator som radiator. Varmepumpens kondensator er derfor oppdelt i flere separate, serie--og eventuelt parallellkoplede kondensatorelementer 3a~3c, hvilke er innrettet til direkte å samvirke med det for oppvarming beregnede rommet.

'Utnyttelsen av kondensatorelementene 3a-3c som radiatorer innebærer ytterligere en fordel. Kondenseringen i kondensatorelementene skjer ved en og samme temperatur, hvor-for samtlige kondensatorelementer (radiatorer) kommer til å fremvise samme temperatur. Dette er til forskjell fra for-holdet ved vanlige seriekoplede. vannradiatorer, i hvilke

temperaturene synker suksessivt fra den første radiator til den siste.

Kondensatorelementene er på hensiktsmessig måte fordelt i det rom eller de rom som skal oppvarmes, og er ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis anbragt ved det for oppvarming beregnede roms innertak i liten avstand fra dette. I fig. 2 og 3 vises hensiktsmessigeutførelsesformer av kondensator^elementer. Det fremgår at tidligere kjente utførelsesformer av kondensatorer (fig. 2), hvilke anvendes ved kjøleskap og fryseanlegg, meget vel egner seg for anvendelse i denne sam-menheng. Imidlertid foretrekkes utførelsesformen ifølge fig. 3, hvilken er mer estetisk tiltalende og omfatter mellom to motstående parallelle fordelingsrør forløpende parallelle rør, hvilke er forsynt med tverrgående staver på begge sider, for å øke den varmeavledende flate. Selv om utførelsesformen ifølge fig. 3 foretrekkes, kan kondensatorelementene ha en mangfoldighet forskjellige utførelser under forutsetning av at kontaktflaten med den omgivende luft er stor.

Ved at det ifølge oppfinnelsen anbringes kondensatorelementer i- tilknytning til det for oppvarming beregnede roms innertak, oppnås den fordel at varmeenergien overføres fra kondensatoren til det aktuelle rom hovedsakelig gjennom stråling, hvorved luftkonveksjon i rommet reduseres.

Ifølge oppfinnelsen er varmepumpens fordamper 1 omgitt av en omhylling, hvilken danner et tak over fordamperen. Herved kommer en luftpute til å bli innesluttet under taket. Tilstedeværelsen av omhyllingen kommer også til å forhindre at

varmeenergi tilført under værforhold med vind, lett bortføres med defrosting.■

Ifølge den i fig. 1 viste foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen, anbringes' fordamperen 1 under småhusets yttertak 10 og her i"kryperommet.

Den under taket dannede luftlomme oppvarmes av fra boligenheten utstrålt og utlekkende varmeenergi. Videre oppvarmes luftlommen indirekte av solinnstråling mot yttertaket 10.

Denne varmeenergi kan tas vare på av fordamperen 1 og kun en mindre del avledes ved den nødvendige egenventilasjon som foreligger i tilknytning til yttertaket 10, vist ved hjelp av piler 8 og 9-

Egenventilasjonen under yttertaket utnyttes i samsvar med oppfinnelsen for å bringe uteluft i kontakt med fordamperen slik at uteluftens varme skal kunne avgis til fordamperen. I den beskrevne utførelsesform av yttertaket 10 strømmer uteluften (pil 8) gjennom en smal, men hovedsakelig langsmed hele yttertaket forløpende spalte, hvis øvre begrens-ningsflate er yttertåkets 10 underside. Når yttertaket varmes opp av solen, avgis yttertåkets varme lett til den forbipasser-ende uteluften 8.

Ved at luften av seg selv strømmer under taket og ventilerer det rom, i hvilket fordamperen er beliggende, kreves ikke noen vifte for å befordre uteluft til fordamperen. Herved kan ytterligere energi innspares.

Det fremgår at varmeanlegget ifølge oppfinnelsen kun har en enhet som krever energitilførsel, nemlig kompressoren 4, som ved hjelp av en ikke vist styreenhet styres i av-hengighet av det i huset nødvendige varmebehov.

For å utnytte varmeenergien i fraluften fra de opp-varmede rom'i bygningen, får ventilasjonskanaler 6 og .7 fra de respektive rom munne ut i det rom der fordamperen 1 befinner seg. Varmeenergien i fraluften kommer således til å opptas av fordamperen.

Det innses at den ovenfor beskrevne plassering av fordamperen 1 over det for oppvarming beregnede rom, tør være den mest gunstige, hvorved nevnte omhylling som danner en" luftfangende lomme over fordamperen, utgjøres av småhusets tak 10. Imidlertid kan, spesielt i det tilfelle det for. oppvarming beregnede rom resp. hus, har flatt yttertak og således ikke har kryprom under taket, fordamperen være anbragt på yttertåkets utside eller på veggens utside, f.eks. under et fra dets vegg fremspringende takparti, takutspring, hvorved fortrinnsvis -en regn- og vindbeskyttende omhylling i det minste delvis omslutter fordamperen. Det er derved mulig indirekte å nyttiggjøre solstrålingsenergi samtidig som uteluftvarme og varmen til andre medier (se ovenfor) kan tas vare på.

Fig. 4 viser et hus med to solenergikollektorer ifølge oppfinnelsen, en kollektor på en solbelyst del av husets tak 15 og' en på en av husets solbelyste vegger 25..

Uteluft strømmer inn gjennom åpningen 13 hos solenergikollektoren på taket, avkjøles, når den .passerer forbi fordamperens 11 overflate, blir tyngre og strømmer ut gjennom åpningen 14. Annen oppvarmet luft, f.eks. fraluft og vindluft, kan også, takket være kjølingen omkring fordamperen og skors-tenseffekt., bringes til å passere forbi fordamperen og avgi varme til gassen i fordamperen (ikke vist). Omhyllingen omkring fordamperen omfatter eventuelt en gjennomskinnelig beskyttelse .(ikke vist) foran fordamperen, f.eks. en plate av glass eller transparent plast, slik at solvarme direkte kan opptas av fordamperen.

Uteluft strømmer også inn i solenergikollektoren

på veggen 25,. nærmere bestemt inn gjennom åpningen 23 i en omhylling,'som i dette tilfelle består av takutspringet 22a og en spesielt lysgjennomtrengelig vind- og regnbeskyttelse 22b, foran fordamperen 21. Den av fordamperen 21 kjølte og derved tunge uteluft og eventuelt annen til kollektoren ført varm,

men der av fordamperen likeledes avkjølte luft, forflytter seg nedad og strømmer ut ved åpningen 24. I det tilfellet at vind-og regnbeskyttelsen 22b ikke forefinnes, blir strømmen av uteluft og annen oppvarmet luft ned mot fordamperen 21 og strømmen av avkjølt luft ned fra fordamperen, hovedsakelig den samme. Solvarme opptas direkte av fordamperen. Solstråling som passerer

forbi fordamperen kastes tilbake mot fordamperen av reflektoren 26, slik at energien i den mot veggen 25 innfallende solstråling i form av varme bedre kan tas vare på i varmeanlegget.

I det ovenfor beskrevne varmeanlegg behøver varmepumpens varmebærer pumpes kun til omtrent 25_30°C ved riktig dimensjonering av anlegget og dessuten kondensatorelementene 3a-c, hvilken temperatur er betydelig lavere enn den på ca.

60°C, til hvilken pumping må skje ved konvensjonelle varmepumpesystemer, som utnytter varmeveksling til vann- eller luft-båret varme.

Varmeanlegget ifølge oppfinnelsen er innrettet til

å dekke det grunnleggende varmebehov i en bygning eller et rom. For tilveiebringelse av valgfri tilleggsvarme er en mangfoldighet forskjellige anordninger tenkbare. Tilleggs-radiatorer bør monteres i stor avstand fra varmepumpens kondensatorelement, slik at disse ikke påvirkes av tilleggs-radiatorene.. Varmepumpen i anlegget ifølge oppfinnelsen kan drives med konstant pumpehøyde uavhengig av temperaturen til .

den med fordamperen samvirkende uteluft. Herved kommer varmepumpens varmefaktor til å kunne holdes uforandret, høy når uteluftens temperatur -synker, selv om varmepumpens kapasitet reduseres som følge av uteluftens lavere temperatur.

Ved varmepumpen i anlegget ifølge den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen, der den vind- og regnbeskyttende omhylling er et over bygningen anordnet tak, blir defrostingen av fordamperen, hvilken hensiktsmessig skjer ved at kondensatoren • f orbikoples , meget hurtig. Ettersom fordamperen i det minste er delvis omsluttet og derved forsynt med en over-liggende omhylling, forblir den varme som kontinuerlig tilføres denne omhylling (kryprommet under taket) der og hjelper til ved defrostingen for å smelte isen utenfra på fordamperen. Plas-seringen av fordamperen medfører endog at isdannelsen på fordamperen kommer til å forsinkes og reduseres i forhold til det tilfelle at fordamperen var plassert i bunnetasjen i det for oppvarming beregnede småhus, resp. roni, eller utenfor dette.

Fordamperen 1 er i fig. 1 vist som.en enhet i noe avstand fra småhusets tak. Imidlertid kan fordamperen være opphengt i takets takstoler og•er også fortrinnsvis oppdelt i minst to langstrakte enheter, hvilke er montert i husets lengde-

retning.

I fig. 5 vises en foretrukket'utf ørelsesf orm av varmeanlegget ifølge oppfinnelsen hvor blant annet kompré-ssoren 4 og dens ledning til kondensatoren 3, som tjener som radiator.

Kompressoren 4 er plassert på en vanntank 16. Mellom kompressoren 4 og ledningen 5 til kondensatordelen 3 innkoples en

varmeveksler 17. Varmeveksleren plasseres i vanntankens 16

■vannvolum. Den gass som forlater kompressoren 4 er alltid overhetet og det er av den grunn ikke hensiktsmessig å føre denne direkte inn i kondensatorene 3a og 3b. Gassen skal i kondensatorene helst anta sin kondensasjonstemperatur. Da blir temperaturen jevn i kondensatorene og varmestrålingen fra disse behageligere. Ved å lede denne overhetede gass fra kompressoren 4 gjennom varmeveksleren 17 oppnås_to fordeler: Varmen i den overhetede gass kan utnyttes til å varme vann for husbehov og gassen blir avkjølt til sin kondensasjonstemperatur eller hovedsakelig til denne temperatur før innløp i kondensatordelen 3. Et lydproblem løses også ved å plassere kompressoren 4 på vanntanken 16. Kompressoren gir gjerne fra seg en forstyrrende lyd. Når kompressoren plasseres på vanntanken 16 minskes resonanseffektene.

Claims (8)

1. Varmeanlegg med varmepumpe■for oppvarming av rom i en bygning, karakterisert ved at varmepumpens fordamper er plassert utenfor bygningen og er omsluttet av.en vind- og regnbeskyttende omhylling, inn i hvilken uteluft, ventilasjonsfraluft og/eller på annen måte oppvarmet luft, f.eks. solvarmet luft, strømmer og passerer forbi fordamperen, fortrinnsvis på grunn av at den luft som i hvert øyeblikk omgir fordamperen direkte og uten noe varmeoverførende medium, avgir sin yarme til fordamperen, nedkjøles og forflytter seg nedad og ut av omhyllingen samt at varmepumpens kondensator består av et eller flere i rommene, spredde kondensatorelementer som står i direkte kontakt med luften i rommene uten noe varme-overførende medium.

2.. Varmeanlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at omhyllingen utgjøres av et over bygningen anordnet tak eller del derav.

3. Varmeanlegg ifølge krav 2, hvor lokalets tak ut-gjøres av minst to mot hverandre skråstilte takseksjoner, under hvilke det dannes et rom som via luftspalter står i forbindelse' med uteluften, karakterisert ved at fordamperen er plassert i det under takseksjonene dannede rom.

4. Varmeanlegg ifølge krav 33karakterisert ved at uteluften før passasje av fordamperen bringes til å passere en eller flere tynne> spalter helt under yttertaket, slik at i yttertaket■akkumulert solvarme kan .avgis til den passerende uteluft og nyttiggjøres i anlegget.

5. Varmeanlegg ifølge krav 2, karakterisert ved at fordamperen er plassert på en av lokalets solbelyste vegger og under takfremspringet, fortrinnsvis med en eller flere sollysreflektorer plassert på veggen bak fordamperen.

6. Varmeanlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at fordamperen og omhyllingen utgjør integrerende deler av en solenergikollektor, med eller uten en gjennomskinnelig beskyttelse, f.eks. en plate av glass eller transparent plast, hvorved fordamperen opptar såvel solvarme som uteluftsvarme etc.

7. Varmeanlegg ifølge hvilke som helst av kravene 1-6, idet kompletterende varmeavgivende elementer er anordnet i bygningen, karakterisert ved at kondensatorelementene er plassert i forholdsvis stor avstand fra de kompletterende varmeavgivende elementer. .

8. Varmeanlegg ifølge krav 7, karakterisert ved at kondensatorelementene er anbragt ved bygningens innertak.

9- Varmeanlegg ifølge hvilke som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at varmepumpens kompressor (4) er plassert på en vanntank (16), en varmeveksler (17) er koplet inn mellom kompressoren (4) og ledningen (5) til kondensatordelen (3b), varmeveksleren (17) er plassert i et vannvolum i vanntanken (16), at den overhetede varmebærergass fra kompressorens (4) utløp avgir sin overskuddsvarme til vannet i vanntanken (16), når den passerer gjennom varmeveksleren (17), og at varmebærergassen derved antar sin kondenseringstemperatur eller hovedsakelig sin kondenseringstemperatur_' før innløp i kondensatordelen (3b).