CH636949A5 - METHOD FOR HEATING AND COOLING AN ENCLOSED ROOM AND SYSTEM FOR IMPLEMENTING THE METHOD. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heizen und Kühlen eines umschlossenen Raumes, in welchem Verfahren eine Wärmepumpe betrieben wird, um Wärme zwischen einer In-nen-Wärmetauscherrohrschlange, die in dem umschlossenen Raum angeordnet ist, und einer Aussen-Wärmetauscherrohr-schlange, die ausserhalb des umschlossenen Raumes angeordnet ist, zu transportieren, wobei Wärme zwischen der Innen-Rohr-schlange und dem umschlossenen Raum übertragen wird, indem Umgebungsluft über die Innen-Rohrschlange geleitet wird. Die Erfindung betrifft ferner auch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. The invention relates to a method for heating and cooling an enclosed space, in which method a heat pump is operated to transfer heat between an inner coil tube which is arranged in the enclosed space and an external coil tube which is outside the Enclosed space is arranged to be transported, wherein heat is transferred between the inner coil and the enclosed space by passing ambient air over the inner coil. The invention also relates to a plant for carrying out the method according to the invention.
Die Verwendung von Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen von umschlossenen Räumen ist bekannt. Wärmepumpen zum Heizen von umschlossenen Räumen, wie Gebäuden, sind vorteilhafter als Heizanlagen, die lediglich Wärme erzeugen, weil sie schon vorhandene Wärme transportieren und daher weniger Energie verbrauchen. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass die Wärmepumpe immer genau dann eingeschaltet werden muss, wenn ein Heiz- oder Kühlbedarf besteht. Das ist in der Regel vor allem tagsüber der Fall, wenn die elektrischen Energiekosten relativ hoch sind. The use of heat pumps for heating and cooling enclosed spaces is known. Heat pumps for heating enclosed spaces, such as buildings, are more advantageous than heating systems that only generate heat because they transport existing heat and therefore use less energy. One disadvantage, however, is that the heat pump must always be switched on when there is a need for heating or cooling. This is usually the case during the day when the electrical energy costs are relatively high.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art und eine Anlage zur Durchführung zur Verfügung zu stellen, in welchen Wärme, die dem umschlossenen Raum zugeführt werden soll oder aus diesem abgeführt wird, in einfacher Weise und mit einfachen Mitteln gespeichert werden kann. The object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned at the outset and a system for carrying out the heat in which the enclosed space is to be supplied or is removed from it in a simple manner and with simple means can.
Die Aufgabe wird mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahren bzw. mit der im Patentanspruch 8 angegebenen Anlage gelöst. The object is achieved with the method specified in claim 1 or with the system specified in claim 8.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with the aid of the drawing. The drawing shows:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Röhren-Wärmetauschers mit schematisch angedeuteten Luftbewegungsmitteln, Fig. 2 ein Schema einer Anordnung der Röhren im Wärmetauscher gemäss Fig. 1, wobei die Röhren des einen Röhrensystems als ausgefüllte Kreise und die Röhren des anderen Röhrensystems als leere Kreise dargestellt sind, 1 shows a perspective view of a tube heat exchanger with schematically indicated air movement means, FIG. 2 shows a diagram of an arrangement of the tubes in the heat exchanger according to FIG. 1, the tubes of one tube system being shown as filled circles and the tubes of the other tube system as empty circles are,
Fig. 3 ein Schema einer anderen Anordnung der Röhren im Wärmetauscher gemäss Fig. 1, wobei wieder die Röhren des einen Röhrensystems als ausgefüllte Kreise und die Röhren des anderen Röhrensystems als leere Kreise dargestellt sind, 3 shows a diagram of another arrangement of the tubes in the heat exchanger according to FIG. 1, the tubes of the one tube system again being shown as filled circles and the tubes of the other tube system as empty circles,
Fig. 4 ein Schema einer dritten möglichen Anordnung der Röhren im Wärmetauscher gemäss Fig. 1, wobei ebenfalls die Röhren des einen Röhrensystems als ausgefüllte Kreise und die Röhren des anderen Röhrensystems als leere Kreise dargestellt sind, 4 shows a diagram of a third possible arrangement of the tubes in the heat exchanger according to FIG. 1, the tubes of one tube system also being shown as filled circles and the tubes of the other tube system as empty circles,
Fig. 5 in grösserem Massstab eine aufgebrochene Ansicht von Teilen des Wärmetauschers gemäss Fig. 1, 5 is an enlarged view of parts of the heat exchanger according to FIG. 1,
Fig.6 ein Schema einer Wärmetransport- und -Speicheranlage, in welcher der Wärmetauscher gemäss Fig. 1 in Verbindung mit einer im Freien liegenden Rohrschlange einer Wärmepumpe angeordnet ist, 6 shows a diagram of a heat transport and storage system, in which the heat exchanger according to FIG. 1 is arranged in connection with an outdoor coil of a heat pump,
Fig. 7 ein Schema einer Wärmetransport- und -Speicheranlage, in welcher der Wärmetauscher gemäss Fig. 1 in Verbindung mit einer in einem Gebäude liegenden Rohrschlange einer Wärmepumpe angeordnet ist, 7 shows a diagram of a heat transport and storage system in which the heat exchanger according to FIG. 1 is arranged in connection with a coil of a heat pump lying in a building,
Fig. 8 ein Strömungsdiagramm des in den Anlagen gemäss Fig. 6 und 7 verwendeten Wärmetauschers für drei Medien, wobei die Strömungsrichtung der Medien durch die beiden unabhängigen Medienkreisläufe des Wärmetauschers für den Fall dargestellt ist, dass Wärme vom Wärmespeicher zur Wärmepumpe transportiert wird, und 8 is a flow diagram of the heat exchanger used in the systems according to FIGS. 6 and 7 for three media, the direction of flow of the media being represented by the two independent media circuits of the heat exchanger in the event that heat is transported from the heat accumulator to the heat pump, and
Fig. 9 ein Strömungsdiagramm des in den Anlagen gemäss Fig. 6 und 7 verwendeten Wärmetauschers für drei Medien, wobei die Strömungsrichtung der Medien durch die beiden unabhängigen Medienkreisläufe des Wärmetauschers für den Fall dargestellt ist, dass Wärme von der Wärmepumpe zum Wärmespeicher transportiert wird. 9 shows a flow diagram of the heat exchanger used in the systems according to FIGS. 6 and 7 for three media, the direction of flow of the media being represented by the two independent media circuits of the heat exchanger in the event that heat is transported from the heat pump to the heat store.
In den Fig. 1 und 5 ist ein Wärmetauscher 2 dargestellt, der überall dort eingesetzt werden kann, wo Luft oder ein gasförmi-5 ges Medium über eine Reihe von Röhren und zwischen denselben hindurch geleitet werden soll, die ein Medium mit einer von der Temperatur der Luft verschiedenen Temperatur enthalten, um Wärme zwischen dem Medium und der Luft auszutauschen. Der dargestellte Wärmetauscher hat darüber hinaus die Fähig-io keit, Wärme zwischen zwei Medien in den Röhren auszutauschen, unabhängig davon, ob Luft durch den Wärmetauscher strömt oder nicht. 1 and 5, a heat exchanger 2 is shown, which can be used wherever air or a gaseous medium is to be passed through a series of tubes and between them, which is a medium with a temperature contain different temperatures in the air to exchange heat between the medium and the air. The heat exchanger shown also has the ability to exchange heat between two media in the tubes, regardless of whether air flows through the heat exchanger or not.
Der Wärmetauscher besitzt zwei Endplatten 10, die voneinander einen Abstand haben, welcher durch den Raum gegeben 15 ist, der für die Übertragung der in einem gegebenen Anwendungsfall erforderlichen Wärmemenge benötigt wird. The heat exchanger has two end plates 10 which are at a distance from one another which is given by the space 15 which is required for the transfer of the amount of heat required in a given application.
Der Raum zwischen den Endplatten 10 bildet einen Strömungsweg für die Bewegung von Luft durch den Wärmetauscher 2 hindurch. Ein Gebläse 12, das in Fig. 1 schematisch 2o dargestellt ist, kann verwendet werden, um Luft in einer Richtung parallel zu den Endplatten 10 durch den Wärmetauscher 2 hindurchzuleiten. Die Endplatten 10 tragen ein erstes Röhrensystem mit Röhren 14, die sich durch Löcher in den Endplatten erstrecken und den Raum zwischen den Endplatten durchque-25 ren. Die Röhren 14 werden in der Regel dadurch in den Endplatten 10 montiert, dass jede Röhre 14 im Bereich der Endplatte ausgedehnt wird, so dass die äussere Oberfläche der Röhre 14 mit der das Loch in der Endplatte 10 begrenzenden Oberfläche unter Druck in Berührung steht. Endstücke 16 verbinden 3o die Röhren auf der Aussenseite der Endplatten 10 miteinander, so dass ein gewundener oder schlangenförmiger Weg durch den Wärmetauscher 2 gebildet wird. Eine zweite Reihe von Röhren 18 ist in gleicher Weise wie die Reihe der Röhren 14 in den Endplatten 10 gehalten. Die Röhren 18 durchqueren ebenfalls 35 den Raum zwischen den Endplatten 10, und sie sind in einem Muster, z.B. wie in Fig. 2 oder 3 dargestellt, zwischen den Röhren 14 verteilt angeordnet. Die Röhren 18 könnten aber auch neben den Röhren 14 angeordnet sein, wie in Fig. 4 dargestellt. Auf der Aussenseite der Endplatten 10 sind die Röhren 18 4o durch Endstücke 20 miteinander verbunden, um wiederum einen gewundenen oder schlangenförmigen Weg durch den Wärmetauscher 2 zu bilden. The space between the end plates 10 forms a flow path for the movement of air through the heat exchanger 2. A blower 12, shown schematically in FIG. 1o, may be used to direct air through the heat exchanger 2 in a direction parallel to the end plates 10. The end plates 10 carry a first tube system with tubes 14 which extend through holes in the end plates and pass through the space between the end plates. The tubes 14 are typically mounted in the end plates 10 by having each tube 14 in the area of the end plate is expanded so that the outer surface of the tube 14 is in contact with the surface delimiting the hole in the end plate 10 under pressure. End pieces 16 connect the tubes on the outside of the end plates 10 to one another, so that a tortuous or serpentine path through the heat exchanger 2 is formed. A second row of tubes 18 is held in the end plates 10 in the same manner as the row of tubes 14. The tubes 18 also pass 35 the space between the end plates 10 and are in a pattern, e.g. as shown in Fig. 2 or 3, distributed between the tubes 14. The tubes 18 could also be arranged next to the tubes 14, as shown in FIG. 4. On the outside of the end plates 10, the tubes 18 40 are connected to one another by end pieces 20 in order in turn to form a tortuous or serpentine path through the heat exchanger 2.
Eine Reihe wärmeleitender Platten 22 aus Metall oder einem anderen geeigneten wärmeleitenden Material ist zwischen 45 den Endplatten 10 angeordnet. Die Platten 22 sind in gleich-mässigen Abständen voneinander auf den Röhren 14 und 18 getragen, und sie verlaufen parallel zueinander und zu den Endplatten 10, so dass Luft über die Oberflächen der Platten strömen kann. Jede Platte 22 ist mit einer Reihe von Löchern verse-50 hen, durch die die Röhren 14 und 18 hindurchtreten. Wenn die Röhren bei der Montage in die Löcher in den Endplatten 10 eingeführt werden, werden sie auch durch die entsprechenden Löcher in den Platten 22 geführt. Die Platten 22 werden dann in gut wärmeleitender Berührung mit den Röhren auf denselben 55 befestigt, um ein mechanisch stabiles Gebilde und einen guten Wärmeübergang zu erhalten. A series of heat-conducting plates 22 made of metal or another suitable heat-conducting material are arranged between the end plates 10. The plates 22 are evenly spaced on the tubes 14 and 18 and are parallel to each other and to the end plates 10 so that air can flow over the surfaces of the plates. Each plate 22 is provided with a series of holes through which the tubes 14 and 18 pass. When the tubes are inserted into the holes in the end plates 10 during assembly, they are also passed through the corresponding holes in the plates 22. The plates 22 are then attached to the tubes 55 in good heat-conducting contact with the tubes in order to obtain a mechanically stable structure and good heat transfer.
Im Betrieb tritt ein erstes Medium, z.B. Kältemittel, an einer Stelle 24 in die Röhren 14 ein, strömt in denselben Raum zwischen den Endplatten 10 hin und her und tritt an einer Stelle 60 26 wieder aus. Ein zweites Medium, z.B. Wasser, tritt an einer Stelle 28 in die Röhren 18 ein, strömt im Raum zwischen den Endplatten hin und her und tritt an einer Stelle 30 wieder aus. Die Lage der Eintrittsstellen 24 und 28 und der Austrittsstellen 26 und 30 ist von der verwendeten Anordnung der Röhren 65 abhängig. Jedes der Medien kann im Wärmetauscher von oben nach unten oder von unten nach oben strömen oder auch an einer Seite eintreten und an der anderen Seite wieder austreten. Die wärmeleitenden Platten 22 können Wärme in beiden Rieh A first medium occurs during operation, e.g. Refrigerant, at a point 24 in the tubes 14, flows back and forth in the same space between the end plates 10 and exits again at a point 60 26. A second medium, e.g. Water enters the tubes 18 at a point 28, flows back and forth in the space between the end plates and exits again at a point 30. The position of the entry points 24 and 28 and the exit points 26 and 30 depends on the arrangement of the tubes 65 used. Each of the media can flow in the heat exchanger from top to bottom or from bottom to top or enter on one side and exit on the other side. The heat-conducting plates 22 can heat in both rieh
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tungen zwischen den Röhren 14 und den Röhren 18 übertragen. Es ist also möglich, Wärme vom Medium in den Röhren 14 zum Medium in den Röhren 18 zu übertragen, d.h. vom Medium in den Röhren 18 zum Medium in den Röhren 14. Wenn beispielsweise heisses Kältemittel durch die Röhren 14 geleitet wird und kaltes Wasser durch die Röhren 18 geleitet wird, dann wird Wärme vom Medium in den Röhren 14 durch die Platten 22 zum Medium in den Röhren 18 übertragen. Die Wärmeübertragungsplatten 22 können aber auch Wärme zwischen dem einen oder dem anderen Röhrensystem und der Umgebungsluft übertragen. Wenn im vorstehenden Beispiel kein kaltes Wasser zur Verfügung stehen würde, dann könnte das Gebläse 12 betrieben werden, um Luft, deren Temperatur niedriger ist als diejenige des Kältemittels in den Röhren 14, in Berührung mit den Platten 22 durch den Raum zwischen den Endplatten 10 zu fördern. Die Wärme geht dann vom Kältemittel durch die Platten 22 auf die Luft über. Bei einer solchen Betriebsweise können die Röhren 18 inaktiv sein oder aber kaltes Wasser enthalten, um die Wärmeabfuhr aus den Röhren 14 zu unterstützen. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Röhrenanordnungen sind für diesen Fall besonders geeignet. lines between the tubes 14 and the tubes 18 transmitted. It is thus possible to transfer heat from the medium in the tubes 14 to the medium in the tubes 18, i.e. from the medium in the tubes 18 to the medium in the tubes 14. For example, if hot refrigerant is passed through the tubes 14 and cold water is passed through the tubes 18, heat is transferred from the medium in the tubes 14 through the plates 22 to the medium in the Transfer tubes 18. The heat transfer plates 22 can also transfer heat between one or the other tube system and the ambient air. In the previous example, if cold water were not available, then the blower 12 could be operated to draw air, the temperature of which is lower than that of the refrigerant in the tubes 14, into contact with the plates 22 through the space between the end plates 10 promote. The heat then passes from the refrigerant through the plates 22 to the air. In such a mode of operation, the tubes 18 may be inactive or may contain cold water to aid in the removal of heat from the tubes 14. The tube arrangements shown in FIGS. 2 and 3 are particularly suitable for this case.
In Fällen, wo Luft das primäre Kühlmittel bildet und Wasser nur zum Unterstützen der Wärmeabfuhr verwendet wird, wenn die Lufttemperatur besonders hoch ist, kann die in Fig. 4 dargestellte Röhrenanordnung verwendet werden. Die Luft strömt zuerst über diejenigen Teile der Platten 22, die mit den das kalte Wasser enthaltenden Röhren 18 in Berührung stehen. Wärme aus der Luft wird durch die Platten 22 auf das Wasser in den Röhren 18 übertragen, wodurch die Temperatur der Luft sinkt. Dann strömt die Luft über diejenigen Teile der Platten 22, die mit den das Kältemittel enthaltenden Röhren in Berührung stehen, wobei Wärme aus dem Kältemittel durch die Platten 22 auf die Luft übertragen wird. In dieser Betriebsweise wird Wärme auch direkt von den Röhren 14 durch die Platten 22 zu den Röhren 18 übertragen. In cases where air is the primary coolant and water is only used to aid in heat removal when the air temperature is particularly high, the tube arrangement shown in Fig. 4 can be used. The air first flows over those parts of the plates 22 which are in contact with the tubes 18 containing the cold water. Heat from the air is transferred through the plates 22 to the water in the tubes 18, causing the temperature of the air to drop. Then, the air flows over those parts of the plates 22 which are in contact with the tubes containing the refrigerant, and heat is transferred from the refrigerant through the plates 22 to the air. In this mode of operation, heat is also transferred directly from tubes 14 through plates 22 to tubes 18.
In Fig. 6 ist ein mechanisches Schema einer Wärmetransport- und -Speicheranlage mit dem vorstehend beschriebenen Wärmetauscher 2 für drei Medien dargestellt. Die Anlage enthält eine Wärmepumpe 110, in der ein Wärmetransportmedium, z.B. Kältemittel, zirkuliert, und einen Wärmespeicher 150, z.B. in der Form eines isolierten Wassertanks, der ein Wärmeträgermedium, z.B. Wasser, enthält. Eine Wärmequelle 160 hat vorzugsweise die Form eines Sonnenkollektors, obwohl auch andere Wärmequellen möglich sind und sogar Ausführungsformen der Anlage ohne Wärmequelle denkbar sind. 6 shows a mechanical diagram of a heat transport and storage system with the heat exchanger 2 described above for three media. The system contains a heat pump 110 in which a heat transport medium, e.g. Refrigerant circulated and a heat accumulator 150, e.g. in the form of an insulated water tank containing a heat transfer medium, e.g. Water. A heat source 160 is preferably in the form of a solar collector, although other heat sources are possible and even embodiments of the system without a heat source are conceivable.
Die Wärmepumpe 110 besitzt einen Kompressor 112, ein Umsteuerventil 114 für den Kältemittelstrom, ein umsteuerbares Entspannungsventil 116, eine im Inneren eines Gebäudes 130 angeordnete Rohrschlange 132, eine im Freien angeordnete Rohrschlange 14 gemäss Fig. 5,8 und 9 als Teil des Wärmetauschers 2 und Kältemittelleitungen 122,124,126 und 128. Eine Wasserpumpe 151 fördert Wasser aus dem Tank 150 durch eine Wasserleitung 152 zu einer Rohrschlange 18 gemäss Fig. 5,8 und 9 in dem Wärmetauscher 2. Das Wasser strömt durch die Rohrschlange 18 und dann durch eine Wasserrück-führleitung 154 zurück in den Tank 150. Die Wasserrückführ-leitung 154 führt das Wasser durch den Sonnenkollektor 160. Ein Umgehungsventil 156 und eine Umgehungsleitung 158 sind vorgesehen, um das Wasser aus der Rohrschlange 18 direkt in den Wassertank 150 zurückzuführen, wenn der Sonnenkollektor 160 umgangen werden soll. Ferner ist ein Gebläse 136 vorgesehen, um Umgebungsluft über die im Inneren angeordnete Rohrschlange 132 der Wärmepumpe 110 zu blasen, und mit einem Gebläse 146 kann Umgebungsluft über die Rohrschlangen 14 und 18 des Wärmetauschers 2 geblasen werden. The heat pump 110 has a compressor 112, a reversing valve 114 for the refrigerant flow, a reversible expansion valve 116, a pipe coil 132 arranged inside a building 130, an outdoor pipe coil 14 according to FIGS. 5, 8 and 9 as part of the heat exchanger 2 and Refrigerant lines 122, 124, 126 and 128. A water pump 151 conveys water from the tank 150 through a water line 152 to a coil 18 as shown in FIGS. 5, 8 and 9 in the heat exchanger 2. The water flows through the coil 18 and then through a water return line 154 back into the tank 150. The water return line 154 leads the water through the solar collector 160. A bypass valve 156 and a bypass line 158 are provided to return the water from the coil 18 directly into the water tank 150 when the solar collector 160 is to be bypassed . Furthermore, a blower 136 is provided to blow ambient air over the internally arranged pipe coil 132 of the heat pump 110, and with a blower 146 ambient air can be blown over the pipe coils 14 and 18 of the heat exchanger 2.
In der Anlage gmäss Fig. 6 dient der Wärmetauscher 2 für drei Medien der Übertragung von Wärme zwischen Luft, Wasser und Kältemittel, wobei die Röhren der im Freien angeordneten Rohrschlange 14 der Wärmepumpe 110 zwischen den das Wasser führenden Röhren 18 angeordnet sind, wie in den Fig. 5, 8 und 9 dargestellt. Die im Freien angeordnete Rohrschlange 14 ist von den Endplatten 10 getragen und erstreckt sich zwischen s denselben, und das Kältemittel der Wärmepumpe 110 strömt in der einen oder der anderen Richtung durch die Rohrschlange 14, wie in den Fig. 8 und 9 mit gestrichelten Linien angedeutet. Die Strömungsrichtung des Kältemittels hängt von der Betriebsart der Wärmepumpe 110 ab. Wenn die Wärmepumpe 110 im io Heizbetrieb arbeitet, d.h. dazu dient, Wärme in das Gebäude 130 zu liefern, strömt das Kältemittel wie mit der gestrichelten Linie in Fig. 8 gezeigt durch die Rohrschlange 14. Wenn die Wärmepumpe 110 dagegen im Kühlbetrieb arbeitet, d.h. dazu dient, das Gebäude 130 zu kühlen, dann strömt das Kältemittel 15 wie mit der gestrichelten Linie in Fig. 9 dargestellt durch die Rohrschlange 14. Die das Wasser führende Rohrschlange 18 erstreckt sich ebenfalls zwischen den beiden gleichen Endplatten 10, und Wasser aus dem Speichertank 150 wird in der mit ausgezogenen Linien in Fig. 8 und 9 dargestellten Richtung 20 durch die Rohrschlange 18 gefördert. Die Rohrschlangen 14 und 18 sind zwischen den Endplatten 10 miteinander abwechselnd in vertikalen Ebenen gehalten, und sie tragen eine Vielzahl von gemeinsamen Platten 22, die über die Länge der Röhren zwischen den beiden Endplatten 10 verteilt sind. 25 Im Luft-Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 kann Wärme zwischen den verschiedenen durchstörmenden Medien übertragen werden. Beispielsweise wird, wenn die Wärmepumpe 110 und die Wasserpumpe 151 aktiv sind und das Gebläse 146 inak-tif ist, Wärme zwischen dem durch die Rohrschlange 14 strö-30 menden Kältemittel der Wärmepumpe und dem durch die Rohrschlange 18 strömenden Wasser ausgetauscht. Wenn die Wärmepumpe 110 und das Gebläse 146 aktiviert sind und die Wasserpumpe 151 inaktiv ist, wird Wärme zwischen dem durch die Rohrschlange 14 strömenden Kältemittel der Wärmepumpe 35 und der Umgebungsluft ausgetauscht. Wenn die Wasserpumpe 151 und das Gebläse 146 aktiv sind und die Wärmepumpe 110 inaktiv ist, wird Wärme zwischen dem durch die Rohrschlange 18 strömenden Wasser und der Umgebungsluft ausgetauscht. 6, the heat exchanger 2 is used for three media to transfer heat between air, water and refrigerant, the tubes of the coil 14 of the heat pump 110 arranged outdoors being arranged between the tubes 18 carrying the water, as in FIGS 5, 8 and 9 are shown. The outdoor coil 14 is carried by the end plates 10 and extends between the same, and the refrigerant of the heat pump 110 flows in one direction or the other through the coil 14, as indicated in Figs. 8 and 9 with broken lines . The direction of flow of the refrigerant depends on the operating mode of the heat pump 110. When the heat pump 110 is operating in io heating mode, i.e. serves to deliver heat to the building 130, the refrigerant flows through the coil 14 as shown in dotted line in Fig. 8. On the other hand, when the heat pump 110 is operating in cooling mode, i.e. serves to cool the building 130, then the refrigerant 15 flows through the pipe coil 14 as shown by the broken line in Fig. 9. The pipe coil 18 carrying water also extends between the two same end plates 10, and water from the storage tank 150 is conveyed through the coil 18 in the direction 20 shown in solid lines in FIGS. 8 and 9. The coils 14 and 18 are alternately held in vertical planes between the end plates 10 and carry a plurality of common plates 22 which are distributed along the length of the tubes between the two end plates 10. 25 In the air-water refrigerant heat exchanger 2, heat can be transferred between the different polluting media. For example, when the heat pump 110 and water pump 151 are active and the fan 146 is inactive, heat is exchanged between the heat pump refrigerant flowing through the coil 14 and the water flowing through the coil 18. When the heat pump 110 and the fan 146 are activated and the water pump 151 is inactive, heat is exchanged between the refrigerant of the heat pump 35 flowing through the coil 14 and the ambient air. When the water pump 151 and blower 146 are active and the heat pump 110 is inactive, heat is exchanged between the water flowing through the coil 18 and the ambient air.
Wärme kann in verschiedenen Weisen für die spätere Ver-40 wendung in den Wassertank 150 transportiert werden. Wenn die Wasserpumpe 151 aktiv ist, kann Wasser aus dem Tank 150 durch den Sonnenkollektor 160 strömen und in diesem Wärme aufnehmen und dann in den Wassertank 150 zurückfliessen. Wenn die Wärmepumpe 110 im Kühlbetrieb arbeitet, d.h. dazu 45 dient, das Gebäude 130 zu kühlen, und Abwärme aus dem Gebäude 130 zu kühlen, und Abwärme aus dem Gebäude 130 durch die Wärmepumpe 110 von der im Inneren angeordneten Rohrschlange 132 zur im Freien angeordneten Rohrschlange 14 transportiert wird, dann kann diese Abwärme durch Einschalten so der Wasserpumpe 151 in den Wassertank 150 überführt werden. Die Wasserpumpe 151 fördert Wasser aus dem Tank 150 durch die Rohrschlange 18. Beim Durchtritt durch die Rohrschlange 18 kann das Wasser Wärme von dem Kältemittel aufnehmen, das durch die im Freien angeordnete Rohrschlange 14 55 strömt. Das erwärmte Wasser fliesst dann direkt oder über den Sonnenkollektor 160 in den Wassertank 150 zurück. In dieser Weise kann Abwärme aus dem Gebäude 130 abgeführt und für eine spätere Verwendung im Wärmespeicher 150 gespeichert werden. Heat can be transported into the water tank 150 in various ways for later use. When the water pump 151 is active, water from the tank 150 can flow through the solar collector 160 and absorb heat therein and then flow back into the water tank 150. When the heat pump 110 is operating in cooling mode, i.e. 45 serves to cool the building 130, and to cool waste heat from the building 130, and to transfer waste heat from the building 130 through the heat pump 110 from the indoor coil 132 to the outdoor coil 14, this waste heat can then pass through Switching on the water pump 151 can be transferred into the water tank 150. The water pump 151 conveys water from the tank 150 through the coil 18. As it passes through the coil 18, the water can absorb heat from the refrigerant flowing through the coil 14 55 arranged outdoors. The heated water then flows back directly into the water tank 150 or via the solar collector 160. In this way, waste heat can be removed from the building 130 and stored in the heat store 150 for later use.
60 Nachstehend wird der Betrieb der Wärmetransport- und -Speicheranlage gemäss Fig. 6 für das Heizen und Kühlen des Gebäudes 130 näher erläutert. 60 The operation of the heat transport and storage system according to FIG. 6 for heating and cooling the building 130 is explained in more detail below.
Für das Heizen des Gebäudes 130 werden die Gebläse 136 und 146 eingeschaltet. Die Wärmepumpe 110 wird für Heizbe-65 trieb eingeschaltet. In der im Freien liegenden Rohrschlange 14 nimmt das Kältemittel der Wärmepumpe Wärme von der Umgebungsluft auf, die vom Gebläse 146 über die Rohrschlange 14 bewegt wird. Die Wärmepumpe 110 transportiert diese Wärme Blowers 136 and 146 are turned on to heat building 130. The heat pump 110 is switched on for heating operation. In the pipe coil 14 lying outdoors, the refrigerant of the heat pump absorbs heat from the ambient air, which is moved by the blower 146 via the pipe coil 14. The heat pump 110 transports this heat
5 636 949 5,636,949
zur im Inneren angeordneten Rohrschlange 132, wo sie an die liert über eine Pumpe 161 und Wasserleitungen 162 und 163 Umgebungsluft abgegeben wird, die von dem Gebläse 136 über direkt zwischen dem Wärmespeicher und dem Sonnenkollektor die Rohrschlange 132 bewegt wird. 160. to the internally arranged pipe coil 132, where it is delivered to the air via a pump 161 and water pipes 162 and 163 ambient air, which is moved by the blower 136 directly between the heat accumulator and the solar collector, the pipe coil 132. 160.
Wenn die Wärmepumpe 110 nicht genügend Wärme aus der Der Betrieb der Wärmetransport- und -Speicheranlage ge-Aussenluft in das Gehäuse 130 pumpen kann, um das Gehäuse 5 mäss Fig. 7 für das Heizen und Kühlen eines Gebäudes (in Fig. 7 ausreichend zu erwärmen, dann kann Wärme, die zuvor im nicht dargestellt) wird nachstehend näher erläutert. Im Heizbe- If the heat pump 110 is unable to pump enough heat from the outside of the operation of the heat transport and storage system into the housing 130 in order to heat the housing 5 according to FIG. 7 sufficiently for heating and cooling a building (in FIG. 7) , then heat, which was previously not shown in) is explained in more detail below. In the heating
Wassertank 150 gespeichert worden ist, verwendet werden, um trieb ist die Pumpe 161 eingeschaltet, so dass der Sonnenkollek-die Wärmepumpe 110 zu unterstützen. Hierzu wird die Wasser- tor 160 Strahlungswärme von der Sonne an das im Speichertank pumpe 151 eingeschaltet. Die Wasserpumpe 151 fördert Was- 150 enthaltene Wasser abgibt. Zum Heizen des Gebäudes ist ser aus dem Tank 150 durch die Rohrschlange 18 des Wärme- 10 ferner die Pumpe 151 eingeschaltet, um erwärmtes Wasser tauschers 2. Das Wasser enthält Wärme, die zuvor im Wasser- durch die Wasserzufuhrleitung 152 zur Rohrschlange 18 des tank 150 gespeichert worden ist. Wenn das Wasser durch die Wärmetauschers 2 zu fördern. Der Wärmetauscher 2 ist in ei-Rohrschlange 18 strömt, wird ein grosser Teil dieser Wärme auf nem Gehäuse 142 neben einem Gebläse 146 angeordnet, Weldas Kältemittel übertragen, das durch die im Freien angeordne- ches eingeschaltet ist, um Luft durch den Wärmetauscher 2 zu te Rohrschlange 14 der Wärmepumpe 110 strömt, welche diese 15 fördern, aus welchem das Wasser durch die Rückführleitung Wärme dann zusammen mit allenfalls aus der Umgebungsluft 154 in den Speichertank 150 zurückkehrt. Das durch die Rohraufgenommener Wärme über die im Inneren angeordnete schlänge 18 geförderte erwärmte Wasser steht in Wärmeaus-Rohrschlange 132 in das Gebäude 130 transportiert. Wenn das tausch mit der über die Rohr schlänge bewegten Luft, um das Gebäude 130 mit der von der Wärmepumpe 110 aus dem Was- Gebäude zu heizen. Die Heizleitung wird dabei von einer ther-sertank 150 in das Gebäude transportierten Wärme allein aus- 20 mostatischen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) geregelt, die reichend erwärmt werden kann, so dass es nicht nötig ist, Wär- die Wärmetransportanlage in bekannter Weise steuern kann, me aus der Aussenluft in das Gebäude zu transportieren, dann Vom Sonnenkollektor 160 gelieferte Wärme, die nicht sofort kann das Gebläse 146 ausgeschaltet werden, so dass keine Um- für Heizzwecke benötigt wird, wird im Wasser im Speichertank gebungsluft über die im Freien angeordnete Rohrschlange 14 150 für eine spätere Verwendung gespeichert. Water tank 150 has been stored, used to drive the pump 161 is turned on, so that the solar panel-the heat pump 110 support. For this purpose, the water gate 160 radiant heat is switched on from the sun to the pump 151 in the storage tank. The water pump 151 conveys what 150 releases water contained. To heat the building, water is switched on from the tank 150 through the coil 18 of the heat 10 and the pump 151 to heated water exchanger 2. The water contains heat that was previously in the water through the water supply line 152 to the coil 18 of the tank 150 has been saved. When to promote the water through the heat exchanger 2. The heat exchanger 2 flows in an egg-tube coil 18, a large part of this heat is arranged on a housing 142 next to a blower 146, which transmits Welda's refrigerant, which is switched on by the outdoor arrangement, in order to draw air through the heat exchanger 2 Pipe coil 14 of the heat pump 110 flows, which convey this 15, from which the water then returns through the return line, together with heat, if necessary, from the ambient air 154 into the storage tank 150. The heated water conveyed through the pipe via the snakes 18 arranged inside is conveyed into the building 130 in a heat pipe snake 132. When the exchange with the air moving over the pipe coils to heat the building 130 with that of the heat pump 110 from the what building. The heating line is regulated by a thermal tank 150 heat that is transported into the building using only the mostatic control device (not shown), which can be sufficiently heated so that it is not necessary to control the heat transport system in a known manner. to transport me from the outside air into the building, then the heat supplied by the solar collector 160, which cannot immediately switch off the blower 146, so that no conversion is required for heating purposes, is given air in the water in the storage tank via the pipe coil 14 arranged outdoors 150 saved for later use.
bewegt wird. Das die Rohrschlange 18 verlassende Wasser kann 25 Wenn die vom Sonnenkollektor 160 an das Wasser im Spei-über die Wasserrückführleitung 154 zum Sonnenkollektor 160 chertank 150 abgegebene Wärme für die Heizung des Gebäudes und dann in den Wassertank 150 zurückfliessen, wodurch Strah- nicht ausreicht, wird die Wärmepumpe 110 in Betrieb genom-lungswärme von der Sonne in den Wassertank 150 transprotiert men, um Wärme aus der Umgebung des Gebäudes in das Ge-werden kann. Wenn es jedoch erwünscht ist, den Sonnenkollek- bäude zu transportieren, wobei das Kältemittel der Wärmepum-tor 160 zu umgehen, kann das Wasser aus der Rohrschlange 18 30 pe in der bei Wärmepumpen üblichen Weise durch die im Inne-über die Umgehungsleitung 158 direkt in den Tank 150 zurück- ren angeordnete Rohrschlange 14 strömt. Es ist klar, dass Käl-geführt werden, indem das Umgehungsventil 156 betätigt wird. temittel von der Wärmepumpe 110 und Wasser aus dem Spei-Zum Kühlen des Gebäudes 130 werden die Gebläse 136 chertank 150 jeweils für sich oder auch beide gleichzeitig durch und 146 eingeschaltet und wird die Wärmepumpe 110 im Kühl- den Wärmetauscher 2 gefördert werden können, um Wärme in betrieb eingeschaltet. In der im Inneren angeordneten Rohr- 35 das Gebäude zu liefern und an die durch den Wärmetauscher 2 schlänge 132 nimmt das Kältemittel der Wärmepumpe Wärme bewegte Luft abzugeben, gesteuert durch die thermostatische aus der Umgebungsluft auf, die von dem Gebläse 136 über die Steuereinrichtung. is moved. The water leaving the coil 18 can 25 when the heat emitted from the solar collector 160 to the water in the storage tank 150 via the water return line 154 to the solar collector 160 flows for the heating of the building and then back into the water tank 150, whereby jet is not sufficient The heat pump 110, in operation, transports heat from the sun into the water tank 150 in order to be able to heat from the surroundings of the building. However, if it is desired to transport the solar panel building bypassing the refrigerant of the heat pump 160, the water from the coil 18 30 pe can be fed in directly in the manner typical of heat pumps through the bypass line 158 the pipe coil 14 arranged behind the tank 150 flows. It is clear that calving is performed by operating the bypass valve 156. To cool the building 130, the blowers 136 chertank 150 are switched on for themselves or both at the same time by and 146 and the heat pump 110 in the cooling- the heat exchanger 2 can be conveyed to heat switched on during operation. In the pipe 35 arranged inside to deliver the building and to the coils 132 through the heat exchanger 2, the refrigerant of the heat pump takes up heat, controlled by the thermostatic air from the ambient air, which is drawn from the blower 136 via the control device.
Rohrschlange 132 bewegt wird. Die Wärmepumpe 110 trans- Um die Betriebskosten der Anlage zu senken, beispielswei- Pipe coil 132 is moved. The heat pump 110 trans- To reduce the operating costs of the system, for example
portiert diese Wärme zur im Freien liegenden Rohrschlange 14, se durch Ausnutzen von günstigen Nachttarifen für elektrische wo sie an die Umgebungsluft abgegeben wird, die von dem Ge- 40 Energie, kann die Wärmepumpe 110 auch dazu verwendet werbläse 146 über die Rohrschlange 14 bewegt wird. Die Wasser- den, vom Kältemittel in der im Freien angeordneten Rohrpumpe 151 kann eingeschaltet werden, um wie vorstehend er- schlänge 132 aufgenommenen Wärme über den Wärmetauscher läutert, Wasser aus dem Wassertank 150 durch die Rohrschlan- 2 zum Speichermedium im Tank 150 zu transportieren und dort ge 18 zu fördern. Dieses Wasser nimmt dann Wärme von dem für eine spätere Verwendung zu speichern. Für die Wärmeüber-Kältemittel auf, das durch die im Freien liegende Rohrschlange 45 tragung zwischen den beiden Wärmeträgermedien wird die 14 der Wärmepumpe 110 strömt, und kehrt dann in den Was- Wärmepumpe 110 in ihrer Heizbetriebsart betrieben, in der sie sertank 150 zurück. Eine solche Betriebsweise ist nicht nur inso- Wärme von der im Freien angeordneten Rohrschlange 132 zur fern nützlich, als sie die Speicherung von Abwärme aus dem im Inneren angeordneten Rohrschlange 14 transportiert. Die Gebäude 130 für die spätere Verwendung ermöglicht, sondern Wasserpumpe 151 ist eingeschaltet, um Wasser aus dem Speisie kann auch den Wirkungsgrad der Wärmepumpe 110 verbes- so eher 150 durch die Rohrschlange 18 zu fördern. Das Gebläse sern, wenn das Wasser im Wassertank 150 eine niedrigere Tem- 146 ist ausgeschaltet und erzeugt keinen Luftstrom. Aus Fig. 8, peratur hat als die Luft in der Umgebung der im Freien liegen- in der die üblichen Symbole © und 0 Strömungen gegen die den Rohrschlange 14. Zeichenebene bzw. aus dieser heraus darstellen, ist ersichtlich, ported this heat to the outdoor coil 14, se by taking advantage of cheap night tariffs for electrical where it is emitted to the ambient air from the energy 40, the heat pump 110 can also be used advertising blower 146 is moved over the coil 14. The water, from the refrigerant in the pipe pump 151 arranged outdoors, can be switched on, in order to purify the heat absorbed via the heat exchanger as described above, to transport water from the water tank 150 through the pipe coil 2 to the storage medium in the tank 150 and to promote ge 18 there. This water then takes heat from it to store for later use. For the heat over-refrigerant that flows through the outdoor coil 45 between the two heat transfer media, the 14 of the heat pump 110 flows, and then returns to the what heat pump 110 operates in its heating mode in which it sertank 150. Such an mode of operation is useful not only in terms of heat from the coil 132 located outdoors as it transports the storage of waste heat from the coil 14 located inside. The building 130 allows for later use, but water pump 151 is turned on to get water from the feeder and can also improve the efficiency of the heat pump 110 rather 150 through the coil 18. The fan sern when the water in the water tank 150 is at a lower temperature 146 and does not generate any air flow. From Fig. 8, temperature has as the air in the vicinity of the outside - in which the usual symbols © and 0 represent flows against the pipe coil 14th drawing plane or out of it, it can be seen
Die Fig. 7 zeigt ein mechanisches Schema einer anderen dass die Strömungswege der beiden Wärmeträgermedien paral-Wärmetransport- und -Speicheranlage mit dem Wärmetauscher 55 lei verlaufen. So wird Wärme aus dem Freien zum Wärmespei-2 für drei Medien. Die Anlage gemäss Fig. 7 ist ähnlich aufge- chermedium transportiert und in diesem gespeichert, bis sie zu baut wie die Anlage gemäss Fig. 6, mit dem Unterschied, dass in einem späteren Zeitpunkt benötigt wird, z.B. für die Verwen-Fig. 7 der Wärmetauscher 2 für drei Medien, der die von Kälte- dung in Zeitperioden, wenn die Energiekosten für den Betrieb mittel durchströmte Rohrschlange 14 der Wärmepumpe 110 der Wärmepumpe 110 höher sind. FIG. 7 shows a mechanical diagram of another that the flow paths of the two heat transfer media run parallel to the heat transfer and storage system with the heat exchanger 55 lei. This turns heat from the outdoors into heat storage for two media. The system according to FIG. 7 is transported and stored in a similar way to the storage medium until it is built like the system according to FIG. 6, with the difference that it will be needed at a later time, e.g. for the use-fig. 7 the heat exchanger 2 for three media, which has the higher of the refrigeration in time periods when the energy costs for the medium flow through the pipe coil 14 of the heat pump 110 of the heat pump 110 are higher.
enthält, im Inneren eines (in Fig. 7 nicht dargestellten) Gebäu- 60 Beim Kühlen des Gebäudes strömen die Wärmeträgerme-des liegt, während die Rohrschlange 132 der Wärmepumpe aus- dien im Gegenstrom, wie in Fig. 9 dargestellt, in der die gleichen serhalb des Gebäudes im Freien angeordnet ist. In der Anlage Strömungssymbole wie in Fig. 8 verwendet sind. Das Kältemit-gemäss Fig. 7 ist also die Rohrschlange 14 die im Inneren ange- tel der Wärmepumpe 110 und/oder das Wasser aus dem Speiordnete Rohrschlange der Wärmepumpe, und die Rohrschlange chertank 150 werden, gesteuert durch die thermostatische 132 ist die im Freien angeordnete Rohrschlange der Wärme- 65 Steuereinrichtung, durch die zugeordneten Rohrschlange 14 pumpe, Ferner mündet in der Anlage gemäss Fig. 7 die Wasser- bzw. 18 des Wärmetauschers 2 gefördert. Wenn die Temperatur rückführleitung 154 vom Wärmetauscher 2 direkt in den Wär- des Wassers im Speichertank 150 so ist, dass das Wasser Wärme mespeicher 150, und Wasser aus diesem Wärmespeicher zirku- aus dem Gebäude aufnehmen kann, wird die Pumpe 151 einge contains, inside a building (not shown in FIG. 7). When the building is cooled, the heat transfer medium flows, while the coil 132 of the heat pump serves in countercurrent, as shown in FIG. 9, in which the same is located outside the building. Flow symbols as used in FIG. 8 are used in the system. The refrigerant according to FIG. 7 is the pipe coil 14 which is inside the heat pump 110 and / or the water from the pipe coil of the heat pump, and the pipe coil 150 are controlled by the thermostatic 132 and is arranged outdoors Pipe coil of the heat control device, pump through the assigned pipe coil 14. Furthermore, the water or 18 of the heat exchanger 2 is conveyed into the system according to FIG. 7. If the temperature return line 154 from the heat exchanger 2 directly into the heat of the water in the storage tank 150 is such that the water can store heat 150 and water from this heat store can circulate out of the building, the pump 151 is turned on
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schaltet gehalten, um Wasser durch die Rohrschlange 18 zu für den Betrieb der Wärmepumpe am niedrigsten sind. Wenn fördern, während das Gebläse 146 Luft durch den Wärmetau- dem Wärmespeichermedium in Perioden niedriger Energiekoscher 2 bläst, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dieser Luft sten Wärme entzogen wird, dann kann in Zeitperioden mit hö-und dem durch die Rohrschlange strömenden Wasser stattfin- heren Energiekosten Wasser durch die Rohrschlange 18 des det. Nötigenfalls fördert die Wärmepumpe 110 Kältemittel s Wärmetauschers 2 gefördert werden, um das Gebäude zu küh-durch die im Innern liegende Rohrschlange 14, um Wärme aus len, wodurch der Wärmepumpe Arbeit abgenommen wird, dem Gebäude ins Freie abzuführen und damit die Wärmeabfuhr Beim Entziehen von Wärme aus dem Speichermedium wird durch das Wasser zu ergänzen oder zu ersetzen. wiederum das Gebläse 146 nicht betrieben, sondern ausgeschal- kept switched to water through the coil 18 to be lowest for the operation of the heat pump. If, while the fan 146 blows air through the heat exchanger, the heat storage medium in periods of low energy kosher 2, so that a heat exchange between this air is deprived of the most heat, then in higher periods and with the water flowing through the pipe coil, water can take place Energy costs water through the coil 18 of the det. If necessary, the heat pump 110 promotes refrigerant s heat exchanger 2 to cool the building through the inner coil 14 to heat from len, whereby the heat pump takes work to dissipate the building outdoors and thus the heat dissipation When removing Heat from the storage medium is supplemented or replaced by the water. again the fan 146 is not operated, but switched off
Ähnlich wie beim Übertragen von Wärme auf das Speicher- tet gehalten, so dass es keine Luft durch den Wärmetauscher 2 medium kann die Wärmepumpe 110 wiederum auch dazu ver- i0 bewegt, während die Wärmeträgermedien durch die Rohrwendet werden, dem Wärmespeichermedium zu denjenigen Ta- schlangen 14 und 18 gefördert werden, um Wärme zwischen geszeiten Wärme zu entziehen, in welchen die Energiekosten den beiden Medien auszutauschen. Similar to how heat is transferred to the storage medium, so that there is no air through the heat exchanger 2 medium, the heat pump 110 can in turn also be moved while the heat transfer media are turned through the pipes, the heat storage medium to those pockets 14 and 18 are promoted to extract heat between seasons, in which the energy costs are exchanged between the two media.
C C.
2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
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