NL2019088B1

NL2019088B1 - Heating system

Info

Publication number: NL2019088B1
Application number: NL2019088A
Authority: NL
Inventors: Van Meggelen David; Boonstoppel Arjan
Original assignee: Global E Systems Europa B V
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2018-12-24

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een verwarmingssysteem, omvattende een warmtepomp en een bufferinrichting, waarbij de bufferinrichting is voorzien van een fase-overgangsmateriaal dat in warmtewisselend contact staat met door de bufferinrichting ontvangen vloeistof, een eerste hydraulisch circuit, een eerste circulatiepomp voor het circuleren van vloeistof door het eerste hydraulisch circuit, een meetinrichting voor het ten minste meten van een temperatuurverschil van vloeistof ter hoogte van een eerste invoer ten opzichte van een eerste uitvoer, en een regelinrichting voor het aansturen van de eerste circulatiepomp op basis van het gemeten temperatuurverschil.The invention relates to a heating system, comprising a heat pump and a buffer device, wherein the buffer device is provided with a phase-transition material which is in heat-exchanging contact with liquid received by the buffer device, a first hydraulic circuit, a first circulation pump for circulating liquid by the first hydraulic circuit, a measuring device for at least measuring a temperature difference of liquid at a first inlet relative to a first outlet, and a control device for controlling the first circulation pump on the basis of the measured temperature difference.

Description

Verwarm i n gssysteemHeating system

De uitvinding heeft betrekking op een verwarmingssysteem.The invention relates to a heating system.

Ten behoeve van het klimaatprobleem bestaat er wereldwijd het streven naar een duurzame energietoekomst. In Nederland uit zich dit bijvoorbeeld in het doel om binnen een aantal jaar onafhankelijk te zijn van fossiele brandstoffen zoals aardolie, steenkool en aardgas. In Nederland is een groot aantal van de huishoudens vrijwel volledig afhankelijk van aardgas voor (ruimte)verwarming, koken en het verwarmen van tapwater. De vraag naar alternatieve, duurzame energievoorzieningen voor met name de woningsector is derhalve groeiend.For the benefit of the climate problem, there is a global search for a sustainable energy future. In the Netherlands, for example, this is reflected in the goal of being independent of fossil fuels such as oil, coal and natural gas within a few years. In the Netherlands, a large number of households depend almost entirely on natural gas for (space) heating, boiling and heating tap water. The demand for alternative, sustainable energy facilities, in particular for the housing sector, is therefore growing.

De vervanging van fossiele brandstoffen, zoals gas, is reeds mogelijk door bijvoorbeeld de toepassing van elektrische verwarmingssystemen bijvoorbeeld in combinatie met een warmtepomp. De thans bekende systemen die gebruik maken van een warmtepomp zijn echter enkel toepasbaar op lage temperatuur verwarmingssystemen. Lage temperatuur verwarmingssystemen zijn veelal wand-, vloer- en/of plafondverwarmingssystemen. Daarnaast bestaan er lage temperatuur radiatoren- en convectorensystemen. De in de regel gehanteerde grens tussen hoge en lage temperaturen ligt bij 55 graden Celsius.The replacement of fossil fuels, such as gas, is already possible through, for example, the use of electric heating systems in combination with a heat pump, for example. The currently known systems that use a heat pump, however, can only be applied to low-temperature heating systems. Low temperature heating systems are usually wall, floor and / or ceiling heating systems. In addition, there are low temperature radiator and convector systems. The limit between high and low temperatures used as a rule is 55 degrees Celsius.

De meeste conventionele verwarmingssystemen maken gebruik van een hoge temperatuur, en ook bij het verwarmen van tapwater is een hoge temperatuur verwarmingssysteem vereist. Dit resulteert in het nadeel dat de bekende duurzame verwarmingssystemen veelal hybride systemen zijn, waarbij naast de energievoorziening voor het lage temperatuurafgiftesysteem een, al dan niet elektrische, naverwarming nodig is voor het bereiken van de gewenste tapwatertemperatuur. Ook zijn de bekende lage temperatuur verwarmingssystemen enkel toepasbaar voor nieuwbouwwoningen, waarin bij de aanleg van het verwarmingssysteem gekozen kan worden voor een lage temperatuursysteem.Most conventional heating systems use a high temperature, and also when heating tap water, a high temperature heating system is required. This results in the disadvantage that the known sustainable heating systems are often hybrid systems, in which, in addition to the energy supply for the low-temperature delivery system, an electrical or non-electrical post-heating is required to achieve the desired tap water temperature. The known low-temperature heating systems can also only be used for new-build homes in which a low-temperature system can be chosen when constructing the heating system.

De bestaande bouw maakt zoals gezegd gebruik van hoge temperatuur verwarmingssystemen, waarop onder andere conventionele radiatoren zijn aangesloten. Het vervangen van een hoge temperatuur verwarmingssysteem naar een lage temperatuur verwarmingssysteem is echter technisch gezien omslachtig en bovendien kostbaar. Dit zorgt ervoor dat het volledig vervangen van de huidige cv-ketels voor een thans bekende alternatieve, duurzame energievoorzieningen niet op eenvoudige en economische wijze mogelijk is voor de bestaande bouw.As stated, the existing building uses high-temperature heating systems, to which, among other things, conventional radiators are connected. However, replacing a high temperature heating system with a low temperature heating system is technically cumbersome and moreover expensive. This ensures that the complete replacement of the current central heating boilers for currently known alternative, sustainable energy facilities is not possible in a simple and economical way for existing buildings.

Het is daarom een eerste doel van de onderhavige uitvinding om een alternatief te bieden voor de stand van de techniek.It is therefore a first object of the present invention to provide an alternative to the prior art.

Het is een verder doel van de uitvinding, om uitvoeringsvormen te verschaffen die althans een deel van de bovengenoemde problemen overkomen, danwel het verschaffen van een verbeterd verwarmingssysteem. Het is een verder doel van de uitvinding om uitvoeringsvormen te verschaffen die toepasbaar zijn voor de bestaande bouw.It is a further object of the invention to provide embodiments that overcome at least a part of the aforementioned problems, or to provide an improved heating system. It is a further object of the invention to provide embodiments that are applicable to the existing building.

De uitvinding verschaft hiertoe een verwarmingssysteem, omvattende een warmtepomp die is ingericht voor het opnemen van vloeistof aan een warmtepompinvoer en het afgeven van verwarmde vloeistof aan een warmtepompuitvoer, een bufferinrichting, omvattende een eerste invoer ingericht voor het ontvangen van vloeistof met een eerste temperatuur en een eerste uitvoer voor het afgeven van vloeistof met een tweede temperatuur, waarbij de tweede temperatuur lager is dan de eerste temperatuur, waarbij de bufferinrichting is voorzien van fase-overgangsmateriaal dat in warmtewisselend contact staat met door de bufferinrichting ontvangen vloeistof, een eerste hydraulisch circuit van de eerste uitvoer naar de warmtepompinvoer en via de warmtepompuitvoer naar de eerste invoer, een eerste circulatiepomp voor het circuleren van vloeistof door het eerste hydraulisch circuit, een meetinrichting voor het ten minste meten van een temperatuurverschil van vloeistof ter hoogte van de eerste invoer ten opzichte van de eerste uitvoer, en een regelinrichting voor het aansturen van de eerste circulatiepomp op basis van het gemeten temperatuurverschil, waarbij de bufferinrichting tevens een tweede uitvoer voor het afgeven van vloeistof met een derde temperatuur aan een tweede hydraulisch circuit, en een tweede invoer voor het ontvangen van vloeistof met een vierde temperatuur van het tweede hydraulisch circuit omvat, waarbij de derde temperatuur hoger is dan de vierde temperatuur, en waarbij de bufferinrichting verder een derde invoer en een derde uitvoer omvat, die onderling verbonden zijn middels een leiding die in warmtewisselend contact staat met de vloeistof in de bufferinrichting voor het uitwisselen van warmte tussen de vloeistof in de bufferinrichting en een door de leiding gevoerde vloeistof.To this end, the invention provides a heating system, comprising a heat pump adapted to receive fluid at a heat pump input and delivering heated fluid to a heat pump output, a buffer device, comprising a first input adapted to receive fluid with a first temperature and a first output for delivering liquid with a second temperature, the second temperature being lower than the first temperature, the buffer device being provided with phase-transition material that is in heat-exchanging contact with liquid received by the buffer device, a first hydraulic circuit of the first output to the heat pump input and via the heat pump output to the first input, a first circulation pump for circulating liquid through the first hydraulic circuit, a measuring device for at least measuring a temperature difference of liquid at the first input with respect to e of the first output, and a control device for controlling the first circulation pump on the basis of the measured temperature difference, the buffer device also a second output for delivering liquid with a third temperature to a second hydraulic circuit, and a second input for comprises receiving fluid with a fourth temperature from the second hydraulic circuit, the third temperature being higher than the fourth temperature, and wherein the buffer device further comprises a third inlet and a third outlet which are interconnected by means of a pipe exchanging in heat is in contact with the liquid in the buffer device for exchanging heat between the liquid in the buffer device and a liquid fed through the conduit.

Het verwarmingssysteem overeenkomstig de uitvinding is aldus geschikt voor toepassing in de woningbouw en kan deel uitmaken van een hoge temperatuur verwarmingssysteem, en voorzien in de warmtevoorziening voor de verwarming van tapwater in een woning. Een voordeel van het verwarmingssysteem overeenkomstig de uitvinding is dat dit kan dienen als volledige vervanging van onder andere de gasgestookte cv-ketel.The heating system according to the invention is thus suitable for use in residential construction and can form part of a high-temperature heating system, and provide the heat supply for heating tap water in a home. An advantage of the heating system according to the invention is that it can serve as a complete replacement of, inter alia, the gas-fired central heating boiler.

Tijdens gebruik wordt er in de bufferinrichting warmte onttrokken aan via de eerste invoer ingevoerde vloeistof en wordt die warmte opgeslagen in het faseovergangsmateriaal om vervolgens via de eerste uitvoer de vloeistof af te geven waaraan warmte onttrokken is.During use, heat is extracted from the liquid introduced via the first input in the buffer device and that heat is stored in the phase transition material to subsequently release via the first output the liquid from which heat has been extracted.

Wanneer de eerste invoer zich aan de bovenzijde van het buffervat bevindt en de eerste afvoer aan de onderzijde, is de temperatuurverdeling van de in de bufferinrichting aanwezige vloeistof in beginsel in hoofdzaak gelaagd. De relatief warme toegevoerde vloeistof zal zich in hoofdzaak bovenin de bufferinrichting bevinden en relatief koude vloeistof zal zich in hoofdzaak onderin de bufferinrichting bevinden. Het toepassen van een faseovergangsmateriaal in de bufferinrichting bevordert de thermische gelaagdheid van de bufferinrichting. Met deze temperatuurgelaagdheid wordt logischerwijs rekening gehouden bij de positionering van respectievelijk de eerste, tweede en derde invoer, en de eerste, tweede en derde uitvoer. De relatief warme vloeistof afkomstig van de warmtepompuitvoer die vervolgens aan de bufferinrichting wordt aangevoerd middels de eerste invoer zal op een bovenste deel van de bufferinrichting worden aangevoerd. De eerste uitvoer is op afstand gelegen van de eerste invoer en is bij voorkeur op een onderste deel van de bufferinrichting gepositioneerd.When the first inlet is at the top of the buffer tank and the first outlet at the bottom, the temperature distribution of the liquid present in the buffer device is in principle substantially layered. The relatively warm supplied liquid will be located substantially at the top of the buffer device and relatively cold liquid will be located substantially at the bottom of the buffer device. The use of a phase transition material in the buffer device promotes the thermal layering of the buffer device. This temperature stratification is logically taken into account when positioning the first, second and third inputs, and the first, second and third outputs, respectively. The relatively warm liquid from the heat pump output which is subsequently supplied to the buffer device by means of the first inlet will be supplied to an upper part of the buffer device. The first output is remote from the first input and is preferably positioned on a lower part of the buffer device.

De bufferinrichting is ingericht voor het afgeven van de in het fase overgangsmateriaal opgeslagen warmte aan via de tweede invoer ingevoerde vloeistof en het vervolgens via de tweede uitvoer afgeven van vloeistof waarin warmte opgenomen is. Zoals reeds aangegeven is de derde temperatuur hoger dan de vierde temperatuur. De tweede uitvoer is derhalve hoger gelegen in de bufferinrichting dan de tweede invoer. Het verwarmingssysteem is ingericht voor het afgeven van vloeistof aan een tweede hydraulisch circuit, waarbij dit tweede hydraulische circuit een reeds bestaand hydraulisch circuit van een woning kan zijn. Het tweede hydraulisch circuit behoeft hiervoor geen verdere technische aanpassingen, waardoor de tweede uitvoer voor het afgeven van vloeistof derhalve aangesloten kan worden op een reeds bestaande aansluiting van centrale verwarming in een woning. Het tweede hydraulisch circuit is bijvoorbeeld onderdeel van een hoge temperatuur verwarmingssysteem of een lage temperstuur verwarm i ngssystee m.The buffer device is arranged for supplying the heat stored in the phase transition material to liquid introduced via the second inlet and subsequently discharging fluid which has been absorbed via the second outlet. As already indicated, the third temperature is higher than the fourth temperature. The second output is therefore higher in the buffer device than the second input. The heating system is arranged for delivering liquid to a second hydraulic circuit, wherein this second hydraulic circuit can be an already existing hydraulic circuit of a house. The second hydraulic circuit requires no further technical adaptations for this, so that the second outlet for dispensing fluid can therefore be connected to an already existing connection of central heating in a home. The second hydraulic circuit is, for example, part of a high temperature heating system or a low temperature control heating system.

Een verder voordeel van het verwarmingssysteem volgens de uitvinding is dat het eerste hydraulisch circuit en het tweede hydraulisch circuit onderling geïntegreerd zijn. Doordat vloeistof die gecirculeerd wordt in het eerste hydraulisch circuit in het buffervat samenvalt met vloeistof die gecirculeerd wordt in het tweede hydraulisch circuit ontstaat een energetisch gezien voordelig systeem. De vloeistof afkomstig van zowel het eerste hydraulisch circuit als het tweede hydraulisch circuit vermengen onderling in het buffervat. Dit heeft als technisch en energetisch voordeel dat geen extra warmtetansportstap uitgevoerd hoeft te worden voor de uitwisseling van warmte van vloeistof uit het eerste hydraulisch circuit en het tweede hydraulisch circuit. De uitwisseling van warmte vindt direct plaats tussen de in de bufferinrichting aanwezige (bulk)vloeistof en het fase-overgangsmateriaal.A further advantage of the heating system according to the invention is that the first hydraulic circuit and the second hydraulic circuit are mutually integrated. Because liquid that is circulated in the first hydraulic circuit in the buffer tank coincides with liquid that is circulated in the second hydraulic circuit, an energetically advantageous system is created. The liquid from both the first hydraulic circuit and the second hydraulic circuit mix with each other in the buffer tank. This has the technical and energetic advantage that no additional heat-tapping sport step has to be carried out for the exchange of heat from liquid from the first hydraulic circuit and the second hydraulic circuit. The exchange of heat takes place directly between the (bulk) liquid present in the buffer device and the phase transition material.

De in de bufferinrichting aangebrachte leiding die in warmtewisselend contact staat met de vloeistof in de bufferinrichting is ingericht voor het doorvoeren van vloeistof, in het bijzonder water, met name leidingwater ofwel tapwater of drinkwater. De derde invoer kan verbonden worden met een ingaande (tap)waterleiding en de derde uitvoer kan verbonden worden met een uitgaande (tap)waterleiding. De ingaande tapwaterleiding voert hierbij relatief koud water aan naar de derde invoer van de bufferinrichting. Het relatief koude water wordt vervolgens door de leiding gevoerd, waarbij warmteuitwisseling plaatsvindt tussen de vloeistof in de bufferinrichting en het water in de leiding. De derde invoer en de derde uitvoer, en daarmee de leiding, zijn bij voorkeur in een hoger gelegen deel van de bufferinrichting gepositioneerd waar een relatief hoge vloeistoftemperatuur heerst. Dit resulteert in een snelle warmteoverdracht en daarmee een korte opwarmtijd van water in de leiding. De derde uitvoer is hierbij vanzelfsprekend hoger gelegen in de bufferinrichting dan de derde invoer. De leiding kan bijvoorbeeld in hoofdzaak spiraalvormig zijn uitgevoerd. Het verwarmingssysteem is geschikt voor het continue verwarmen van tapwater. Dit resulteert in het technisch voordeel dat er geen opslag of warmwaterbuffer vereist is om aan de vraag in warm tapwater te kunnen voldoen. Het toepassen van warmwater buffervaten is ongewenst in verband met de kans op bacterieontwikkeling in stationair water, hetgeen kan leiden tot ongewenste besmetting van het water met bijvoorbeeld legionella.The line arranged in the buffer device which is in heat-exchanging contact with the liquid in the buffer device is adapted to feed liquid, in particular water, in particular tap water or tap water or drinking water. The third input can be connected to an incoming (tap) water pipe and the third output can be connected to an outgoing (tap) water pipe. The incoming tap water line hereby supplies relatively cold water to the third inlet of the buffer device. The relatively cold water is then passed through the pipe, whereby heat exchange takes place between the liquid in the buffer device and the water in the pipe. The third inlet and the third outlet, and thus the conduit, are preferably positioned in a higher part of the buffer device where a relatively high liquid temperature prevails. This results in a rapid heat transfer and thus a short heating time of water in the pipe. The third output is of course higher in the buffer device than the third input. The conduit can, for example, be substantially helical. The heating system is suitable for the continuous heating of tap water. This results in the technical advantage that no storage or hot water buffer is required to meet the demand for hot tap water. The use of hot water buffer vessels is undesirable because of the risk of bacterial development in stationary water, which can lead to undesired contamination of the water with, for example, legionella.

Doordat het systeem geen (elektrische) bijverwarming vereist kan het systeem volledig autonoom functioneren. Een verder voordeel is dat het verwarmingssysteem zeer energiezuinig is door de toepassing van de warmtepomp in combinatie met de bufferinrichting voorzien van het fase-overgangsmateriaal.Because the system does not require any (electrical) additional heating, the system can function fully autonomously. A further advantage is that the heating system is very energy-efficient due to the use of the heat pump in combination with the buffer device provided with the phase transition material.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is de warmtepomp een hoge temperatuur CO2 lucht/waterwarmtepomp. De CO2 lucht/waterwarmtepomp maakt bij voorkeur gebruik van omgevingswarmte uit de lucht voor het verwarmen van vloeistof.In a preferred embodiment, the heat pump is a high temperature CO2 air / water heat pump. The CO2 air / water heat pump preferably uses ambient heat from the air for heating liquid.

Hierbij kan onderscheid gemaakt worden tussen ventilatielucht en omgevingslucht. Met name omgevingslucht is interessant voor de (bestaande) woningbouw, omdat de omgevingslucht in onbeperkte mate voor handen is. De warmtepomp kan bijvoorbeeld buiten de woning waarin het verwarmingssysteem wordt toegepast gepositioneerd worden. Een CO2 lucht/waterwarmtepomp heeft als voordeel dat deze kan opereren tijdens zeer lage buitentemperaturen. Dit is voordelig gezien de vraag naar warmte van een verwarmingssysteem het hoogst is juist wanneer de buitentemperatuur laag is.A distinction can be made here between ventilation air and ambient air. Ambient air in particular is interesting for (existing) housing, because the ambient air is available to an unlimited extent. The heat pump can, for example, be positioned outside the home in which the heating system is used. A CO2 air / water heat pump has the advantage that it can operate during very low outside temperatures. This is advantageous since the demand for heat from a heating system is highest precisely when the outside temperature is low.

Het gebruik van CO2 als koelmiddel voor de warmtepomp zorgt ervoor dat de warmtepomp vloeistof kan verwarmen tot temperaturen die geschikt zijn voor toepassing in een hoge temperaturen verwarmingssysteem. Daarbij zijn CO2 lucht/waterwarmtepompen relatief veilig en hebben deze een lage milieu impact.The use of CO2 as a coolant for the heat pump ensures that the heat pump can heat liquid to temperatures that are suitable for use in a high-temperature heating system. In addition, CO2 air / water heat pumps are relatively safe and have a low environmental impact.

De warmtepomp, in het bijzonder de CO2 lucht/waterwarmtepomp, is bij voorkeur ingericht voor het verwarmen van vloeistof naar een temperatuur tussen de 80 en 90 graden Celsius. De eerste temperatuur is derhalve in hoofdzaak eveneens gelegen tussen de 80 en 90 graden Celsius.The heat pump, in particular the CO2 air / water heat pump, is preferably adapted to heat liquid to a temperature between 80 and 90 degrees Celsius. The first temperature is therefore essentially also between 80 and 90 degrees Celsius.

De temperatuur van vloeistof die opgenomen wordt door de warmtepompinvoer is bij voorkeur niet hoger dan 45 graden Celsius.The temperature of liquid absorbed by the heat pump input is preferably not higher than 45 degrees Celsius.

De warmtepomp, in het bijzonder de CO2 lucht/waterwarmtepomp, is bij voorkeur transkritisch. De kritische druk van CO2 bedraagt 71 bar bij 31 graden Celsius. CO2 is boven deze druk transkritisch, hetgeen betekent dat er geen faseovergangen plaatsvinden tussen vloeistoffase en gasfase. Dit resulteert in het technisch voordeel dat de warmtepomp een hoog rendement heeft. De warmtepomp opereert derhalve bij voorkeur bij een druk boven de 70 bar en bij nadere voorkeur tussen de 90 en 160 bar.The heat pump, in particular the CO2 air / water heat pump, is preferably transcritical. The critical pressure of CO2 is 71 bar at 31 degrees Celsius. CO2 is transcritical above this pressure, which means that there are no phase transitions between the liquid phase and the gas phase. This results in the technical advantage that the heat pump has a high efficiency. The heat pump therefore preferably operates at a pressure above 70 bar and more preferably between 90 and 160 bar.

De warmtepomp heeft doorgaans een thermisch vermogen tussen 3 en 6 kW, bij voorkeur tussen 4 en 5 kW en bij nadere voorkeur 4,5 kW. In een voorkeursuitvoering heeft de warmtepomp een thermisch vermogen van maximaal 4,5 kW. Een warmtepomp met een thermisch vermogen gelegen tussen de 3 en 6 kW kan geclassificeerd worden als laag vermogen warmtepomp. Het technisch voordeel van het toepassen van een relatief laag vermogen warmtepomp is dat deze compact kan worden uitgevoerd. Daarbij is een dergelijke warmtepomp energetisch gezien zeer zuinig. Het toepassen van een laag vermogen warmtepomp volgens de uitvinding is mogelijk doordat het verwarmingssysteem gebruik maakt van de bufferinrichting voorzien van een fase-overgangsmateriaal. Dit zorgt ervoor dat een verwarmingssysteem overeenkomstig de uitvinding voorzien van een dergelijke laag vermogen warmtepomp genoeg warmte kan producerem om in de complete warmtevoorziening van een woning te voorzien.The heat pump usually has a thermal capacity between 3 and 6 kW, preferably between 4 and 5 kW and more preferably 4.5 kW. In a preferred embodiment, the heat pump has a thermal capacity of 4.5 kW at most. A heat pump with a thermal capacity between 3 and 6 kW can be classified as a low capacity heat pump. The technical advantage of applying a relatively low capacity heat pump is that it can be of compact design. In addition, such a heat pump is very economically efficient. The use of a low-power heat pump according to the invention is possible because the heating system uses the buffer device provided with a phase-transition material. This ensures that a heating system according to the invention provided with such a low power heat pump can produce enough heat to provide the complete heat supply of a home.

De warmtepomp heeft bij voorkeur een Coefficient of Performance (COP) van minimaal 4,5. Het verwarmingssysteem volgens de uitvinding is in staat de COP waarde voldoende hoog te houden door controle van het temperatuurverschil van vloeistof ter hoogte van de eerste invoer ten opzichte van de eerste uitvoer.The heat pump preferably has a Coefficient of Performance (COP) of at least 4.5. The heating system according to the invention is able to keep the COP value sufficiently high by checking the temperature difference of liquid at the first input relative to the first output.

De meetinrichting overeenkomstig de uitvinding omvat bij voorkeur ten minste een eerste temperatuursensor ter hoogte van de eerste invoer en ten minste een tweede temperatuursensor ter hoogte van de eerste uitvoer. De temperatuursensoren zijn ingericht voor het (in)direct meten van de temperatuur van vloeistof in de bufferinrichting.The measuring device according to the invention preferably comprises at least a first temperature sensor at the level of the first input and at least a second temperature sensor at the level of the first output. The temperature sensors are adapted for (in) direct measurement of the temperature of liquid in the buffer device.

Bij voorkeur omvat de meetinrichting tevens ten minste een verdere temperatuursensor, welke ten minste ene verdere temperatuursensor gepositioneerd is ter hoogte van de leiding. Bij voorkeur is ten minste één verdere temperatuursensor ingericht voor het (in)direct meten van de temperatuur van vloeistof in de leiding.The measuring device preferably also comprises at least one further temperature sensor, which at least one further temperature sensor is positioned at the level of the conduit. Preferably, at least one further temperature sensor is adapted to (directly) measure the temperature of liquid in the pipe.

De regelinrichting is bij voorkeur ingericht voor het handhaven van een temperatuurverschil van ten minste 35 graden Celsius van in de bufferinrichting aanwezige vloeistof tussen vloeistof ter hoogte van respectievelijk de eerste invoer en de eerste uitvoer. Door de hoge opname van warmte uit vloeistof in de bufferinrichting door het fase-overgangsmateriaal is het mogelijk een relatief lage temperatuur te realiseren ter hoogte van de eerste uitvoer.The control device is preferably adapted to maintain a temperature difference of at least 35 degrees Celsius of liquid present in the buffer device between liquid at the level of the first inlet and the first outlet, respectively. Due to the high absorption of heat from liquid in the buffer device by the phase-transition material, it is possible to realize a relatively low temperature at the level of the first output.

Doorgaans is de regelinrichting ingericht voor het reguleren van een vloeistofdebiet door het eerste hydraulisch circuit. De regelinrichting kan het vloeistofdebiet reguleren door middel van het aansturen van de eerste circulatiepomp.The control device is generally adapted to regulate a liquid flow through the first hydraulic circuit. The control device can regulate the liquid flow rate by controlling the first circulation pump.

In een voorkeursuitvoering maakt de eerste circulatiepomp integraal onderdeel uit van de warmtepomp. Doorgaans is de bufferinrichting voorzien van fase-overgangsmateriaal met een faseovergangstemperatuur tussen de 35 en 80 graden Celsius. Bij voorkeur is de faseovergangstemperatuur gelegen tussen de 60 en 80 graden Celsius, en bij nadere voorkeur 70 graden Celsius.In a preferred embodiment, the first circulation pump forms an integral part of the heat pump. The buffer device is generally provided with phase transition material with a phase transition temperature between 35 and 80 degrees Celsius. The phase transition temperature is preferably between 60 and 80 degrees Celsius, and more preferably 70 degrees Celsius.

Bij faseovergangsmaterialen (in het Engels: Phase Change Materials (PCM)) wordt gebruik gemaakt van de latente warmte van een faseovergang van het fase-overgangsmateriaal voor het afgeven van smeltenergie tijdens het stollen van het fase-overgangsmateriaal en het opnemen van smeltenergie tijdens het smelten van het fase-overgangsmateriaal, waardoor het fase-overgangsmateriaal als een thermische accu kan worden beschouwd. Doordat de smeltwarmte van materialen veel hoger ligt dan de soortelijke warmte is een veel hogere specifieke energiedichtheid te bereiken door gebruik te maken van latente warmte dan opslag met behulp van voelbare warmte. Dit resulteert in een compactere opslag hetgeen zorgt voor een relatief compacte omvang van de bufferinrichting. Een fase-overgangsmateriaal met een faseovergangstemperatuur gelegen tussen de 35 en 80 graden Celsius toegepast in een verwarmingssysteem volgens de uitvinding is geschikt voor samenwerking met een hoge temperatuur verwarmingssysteem.Phase transition materials (in English: Phase Change Materials (PCM)) use the latent heat of a phase transition of the phase transition material to release melting energy during solidification of the phase transition material and to absorb melting energy during melting of the phase transition material, whereby the phase transition material can be considered as a thermal battery. Because the melting heat of materials is much higher than the specific heat, a much higher specific energy density can be achieved by making use of latent heat than storage using sensible heat. This results in a more compact storage, which ensures a relatively compact size of the buffer device. A phase transition material with a phase transition temperature between 35 and 80 degrees Celsius used in a heating system according to the invention is suitable for cooperation with a high-temperature heating system.

Het is tevens denkbaar dat de bufferinrichting is voorzien van ten minste twee fase- overgangsmaterialen, waarbij de faseovergangstemperatuur van het eerste faseovergangsmateriaal verschilt van de faseovergangstemperatuur van het tweede fase-overgangsmateriaal. Het toepassen van ten minste twee fase-overgangsmaterialen met verschillende faseovergangstemperaturen bevordert de thermische gelaagdheid in de bufferinrichting. Bij voorkeur is de faseovergangstemperatuur van het eerste fase-overgangsmateriaal is gelegen tussen de 60 en 80 graden Celsius, en bij nadere voorkeur 70 graden Celsius, en de faseovergangstemperatuur van het tweede fase-overgangsmateriaal is gelegen tussen de 35 en 45 graden Celsius, bij nadere voorkeur 40 graden Celsius. In een verdere voorkeursuitvoering bevindt het eerste fase-overgangsmateriaal zich ter hoogte van de eerste invoer en bevindt het tweede fase-overgangsmateriaal zich ter hoogte van de eerste uitvoer. Het fase-overgangsmateriaal met een faseovergangstemperatuur tussen de 60 en 80 graden Celsius bevindt zich dus in een bovenste deel van de bufferinrichting en het fase-overgangsmateriaal met een fase-overgangstemperatuur tussen de 35 en 45 graden Celsius bevindt zich in een onderste deel van de bufferinrichting. Gezien de thermische gelaagdheid van de bufferinrichting heeft dit als gevolg dat de warmte-uitwisseling tussen de in de bufferinrichting aanwezige (bulk)vloeistof en het fase-overgangsmateriaal verbeterd wordt. In het bijzonder is de buffer gevuld met fase-overgangsmateriaal waarvan de fase overgangstemperatuur eveneens een gradiënt kent in de hoogterichting van de buffer. Dit is volgens de onderhavige uitvinding te realiseren door het faseovergangsmateriaal in houders, bijvoorbeeld bollen, onder te brengen die op specifieke plekken of in een specifieke volgorde in de buffer geplaatst zijn.It is also conceivable that the buffer device is provided with at least two phase transition materials, wherein the phase transition temperature of the first phase transition material differs from the phase transition temperature of the second phase transition material. The use of at least two phase transition materials with different phase transition temperatures promotes thermal layering in the buffer device. Preferably the phase transition temperature of the first phase transition material is between 60 and 80 degrees Celsius, and more preferably 70 degrees Celsius, and the phase transition temperature of the second phase transition material is between 35 and 45 degrees Celsius, on further preferably 40 degrees Celsius. In a further preferred embodiment, the first phase transition material is located at the level of the first input and the second phase transition material is located at the level of the first output. The phase transition material with a phase transition temperature between 60 and 80 degrees Celsius is therefore located in an upper part of the buffer device and the phase transition material with a phase transition temperature between 35 and 45 degrees Celsius is located in a lower part of the buffer device . In view of the thermal layering of the buffer device, this has the result that the heat exchange between the (bulk) liquid present in the buffer device and the phase transition material is improved. In particular, the buffer is filled with phase transition material, the phase transition temperature of which also has a gradient in the height direction of the buffer. This can be achieved according to the present invention by accommodating the phase transition material in containers, for example spheres, which are placed in specific places or in a specific order in the buffer.

Doorgaans is het fase-overgangsmateriaal een materiaal op basis van zouthydraten en/of paraffines. Zouthydraten bestaan uit een legering van anorganische zouten en water en zijn derhalve kostenefficiënt vanwege een relatief goede beschikbaarheid en lage kosten. De fase verandering van zouthydraten kent hydratatie en dehydratatie van de zouten overeenkomstig het proces van het ‘normale’ smelten en bevriezen. Zouthydraten kennen een hoge latente warmte per massa eenheid.The phase transition material is generally a material based on salt hydrates and / or paraffins. Salt hydrates consist of an alloy of inorganic salts and water and are therefore cost efficient due to relatively good availability and low costs. The phase change of salt hydrates involves hydration and dehydration of the salts in accordance with the process of "normal" melting and freezing. Salt hydrates have a high latent heat per unit mass.

Het fase-overgangsmateriaal heeft doorgaans een warmteopslagcapaciteit tussen 90 en 110 kW h/m3, in het bijzonder 100 kW h/m3. De specifieke warmteopslagcapaciteit van water is bijvoorbeeld tussen 20 en 30 kW h/m3. Zoals reeds hierboven aangegeven resulteert dit in het verkrijgen van een compacte opslag zonder in te leveren op capaciteit. De bufferinrichting van een systeem overeenkomstig de uitvinding heeft doorgaans een volume tussen de 150 en 300 liter. Een bufferinrichting met een dergelijk volume is eenvoudig te plaatsen in een woning.The phase transition material generally has a heat storage capacity between 90 and 110 kW h / m3, in particular 100 kW h / m3. The specific heat storage capacity of water is, for example, between 20 and 30 kW h / m3. As already indicated above, this results in obtaining a compact storage without sacrificing capacity. The buffer device of a system according to the invention usually has a volume between 150 and 300 liters. A buffer device with such a volume is easy to place in a home.

Het fase-overgangsmateriaal is doorgaans aanwezig in de vorm van (macro)capsules. Een voordeel van het toepassen van geëncapsuleerde (ingekapselde) fase-overgangsmaterialen is dat het fase-overgangsmateriaal nu niet in direct contact staat met de vloeistof en met de, bijvoorbeeld metalen, wand van de bufferinrichting. Dit voorkomt dat er ongewenste reacties kunnen plaatsvinden tussen het fase-overgangsmateriaal en de aanwezige vloeistoffen en materialen. Een verder voordeel is dat voor de toepassing van (macro)capsules een groot warmteuitwisselend oppervlak bestaat tussen het fase- overgangsmateriaal en de vloeistof. De (macro)capsules kunnen bijvoorbeeld capsules, of bollen, zijn met een diameter van bijvoorbeeld ongeveer 5 centimeter. Een capsule met een diameter gelegen bijvoorbeeld tussen de 2 en 15 centimeter, bij voorkeur tussen 5 en 10 centimeter, is eveneens mogelijk. Een verder voordeel is dat door het gebruik van (macro)capsules de hierboven beschreven graduele overgangstemperatuur van het faseovergangsmateriaal in de buffer gerealiseerd kan worden.The phase transition material is usually present in the form of (macro) capsules. An advantage of using encapsulated (encapsulated) phase transition materials is that the phase transition material is now not in direct contact with the liquid and with the, for example, metal, wall of the buffer device. This prevents undesirable reactions from taking place between the phase transition material and the liquids and materials present. A further advantage is that for the use of (macro) capsules a large heat-exchanging surface exists between the phase transition material and the liquid. The (macro) capsules can for instance be capsules, or spheres, with a diameter of, for example, about 5 centimeters. A capsule with a diameter, for example, between 2 and 15 centimeters, preferably between 5 and 10 centimeters, is also possible. A further advantage is that by using (macro) capsules the above-described gradual transition temperature of the phase transition material in the buffer can be realized.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een verwarmingssysteem volgens de uitvinding, waarbij de derde invoer en de derde uitvoer zijn verbonden met een tapwaterleiding.The invention also relates to a heating system according to the invention, wherein the third inlet and the third outlet are connected to a tap water pipe.

Het is tevens denkbaar dat het verwarmingssysteem overeenkomstig de inrichting is ingericht voor aansluiting op een derde hydraulisch circuit. Mogelijkerwijs omvat de bufferinrichting tevens een vierde uitvoer voor het afgeven van vloeistof met een vijfde temperatuur aan een derde hydraulisch circuit, en een vierde invoer voor het ontvangen van vloeistof met een zesde temperatuur van het derde hydraulisch circuit omvat, waarbij de vijfde temperatuur hoger is dan de zesde temperatuur.It is also conceivable that the heating system according to the device is adapted for connection to a third hydraulic circuit. Possibly, the buffer device also comprises a fourth output for delivering fluid with a fifth temperature to a third hydraulic circuit, and a fourth input for receiving fluid with a sixth temperature from the third hydraulic circuit, the fifth temperature being higher than the sixth temperature.

Ook is het denkbaar dat de bufferinrichting een vijfde invoer en een vijfde uitvoer omvat, die onderling verbonden zijn middels een tweede leiding die in warmtewisselend contact staat met de vloeistof in de bufferinrichting voor het uitwisselen van warmte tussen de vloeistof in de bufferinrichting en een door de tweede leiding gevoerde vloeistof. Dit zorgt ervoor dat de bufferinrichting kan worden aangesloten op een volgend tapwatersysteem voor de verwarming van tapwater.It is also conceivable that the buffer device comprises a fifth inlet and a fifth outlet which are interconnected by means of a second conduit in heat-exchanging contact with the liquid in the buffer device for exchanging heat between the liquid in the buffer device and a second line of liquid. This ensures that the buffer device can be connected to a subsequent tap water system for heating tap water.

De uitvinding zal nu worden verduidelijkt aan de hand van het in de navolgende figuur weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeeld.The invention will now be elucidated with reference to the non-limitative exemplary embodiment shown in the following figure.

Figuur 1 toont een schematisch weergave van een verwarmingssysteem (1) overeenkomstig de uitvinding. Het verwarmingssysteem (1) omvat een warmtepomp (2) die is ingericht voor het opnemen van vloeistof aan een warmtepompinvoer (3) en het afgeven van verwarmde vloeistof aan een warmtepompuitvoer (4). Het systeem omvat daarbij een bufferinrichting (5) voorzien van een eerste invoer (6) ingericht voor het ontvangen van vloeistof met een eerste temperatuur en een eerste uitvoer (7) voor het afgeven van vloeistof met een tweede temperatuur. De bufferinrichting (5) heeft doorgaans een volume tussen de 150 en 300 liter. De bufferinrichting (5) is voorzien van fase-overgangsmateriaal (8) dat in warmtewisselend contact staat met door de bufferinrichting ontvangen vloeistof. Het fase-overgangsmateriaal (8) is aanwezig in de vorm van macrocapsules. In het getoonde schema zijn slechts enkele macrocapsules weergegeven, in de praktijk is het denkbaar dat de bufferinrichting (5) in hoofdzaak volledig voorzien is van macrocapsules. Het systeem omvat een eerste hydraulisch circuit (9) van de eerste uitvoer (7) naar de warmtepompinvoer (3) en via de warmtepompuitvoer (4) naar de eerste invoer (6). Een eerste circulatiepomp (10) is aanwezig voor het circuleren van vloeistof door het eerste hydraulisch circuit (9). In de getoonde uitvoering maakt de eerste circulatiepomp (10) integraal deel uit van de warmtepomp (2). Het verwarmingssysteem (1) omvat verder een meetinrichting voor het ten minste meten van een temperatuurverschil van vloeistof ter hoogte van de eerste invoer (6) ten opzichte van de eerste uitvoer (7). In de getoonde uitvoeringsvariant omvat de meetinrichting een eerste temperatuursensor (11) ter hoogte van de eerste invoer (6) en ten minste een tweede temperatuursensor (12) ter hoogte van de eerste uitvoer (7). Verder is de bufferinrichting (5) voorzien van een verdere temperatuursensor (13) ter hoogte van leiding (14). Een essentieel onderdeel van het verwarmingssysteem (1) is de regelinrichting (R) voor het aansturen van de eerste circulatiepomp (10) op basis van het gemeten temperatuurverschil. Bij voorkeur is de regelinrichting (R) ingericht voor het reguleren van een vloeistotdebiet door het eerste hydraulisch circuit (9). In de getoonde uitvoering is de regelinrichting (R) in verbinding met de eerste circulatiepomp, het is echter eveneens denkbaar dat de regelinrichting (R) integraal onderdeel vormt van de bufferinrichting (5). Verder omvat de bufferinrichting (5) een tweede uitvoer (15) voor het afgeven van vloeistof met een derde temperatuur aan een tweede hydraulisch circuit (16) en een tweede invoer (17) voor het ontvangen van vloeistof met een vierde temperatuur van het tweede hydraulisch circuit (16). Het tweede hydraulisch circuit (16) omvat een verwarmingssysteem (23), in de getoonde schematische uitvoering weergegeven als radiator (23).Figure 1 shows a schematic representation of a heating system (1) according to the invention. The heating system (1) comprises a heat pump (2) which is adapted to receive liquid at a heat pump inlet (3) and to deliver heated liquid to a heat pump outlet (4). The system thereby comprises a buffer device (5) provided with a first input (6) adapted to receive fluid with a first temperature and a first output (7) for dispensing fluid with a second temperature. The buffer device (5) usually has a volume between 150 and 300 liters. The buffer device (5) is provided with phase-transition material (8) which is in heat-exchanging contact with liquid received by the buffer device. The phase transition material (8) is present in the form of macrocapsules. In the diagram shown only a few macrocapsules are shown, in practice it is conceivable that the buffer device (5) is substantially completely provided with macrocapsules. The system comprises a first hydraulic circuit (9) from the first output (7) to the heat pump input (3) and via the heat pump output (4) to the first input (6). A first circulation pump (10) is provided for circulating fluid through the first hydraulic circuit (9). In the embodiment shown, the first circulation pump (10) forms an integral part of the heat pump (2). The heating system (1) further comprises a measuring device for at least measuring a temperature difference of liquid at the first inlet (6) relative to the first outlet (7). In the embodiment shown, the measuring device comprises a first temperature sensor (11) at the level of the first input (6) and at least a second temperature sensor (12) at the level of the first output (7). Furthermore, the buffer device (5) is provided with a further temperature sensor (13) at the level of line (14). An essential part of the heating system (1) is the control device (R) for controlling the first circulation pump (10) based on the measured temperature difference. The control device (R) is preferably adapted to regulate a liquid flow through the first hydraulic circuit (9). In the embodiment shown the control device (R) is in connection with the first circulation pump, however, it is also conceivable that the control device (R) forms an integral part of the buffer device (5). Furthermore, the buffer device (5) comprises a second outlet (15) for delivering fluid with a third temperature to a second hydraulic circuit (16) and a second inlet (17) for receiving fluid with a fourth temperature from the second hydraulic circuit (16). The second hydraulic circuit (16) comprises a heating system (23), shown as a radiator (23) in the schematic embodiment shown.

Verder omvat de bufferinrichting (5) ook een derde invoer (18) en een derde uitvoer (19) die onderling verbonden zijn middels een leiding (14) die in warmtewisselend contact staat met de vloeistof in de bufferinrichting (5) voor het uitwisselen van warmte tussen de vloeistof in de bufferinrichting (5) en een door de leiding (14) gevoerde vloeistof. De derde invoer (18) is aangesloten op een tapwatervoorziening (niet getoond). De derde uitvoer (19) is verbonden met een tapwaterleiding (20). In de getoonde uitvoering staat de derde uitvoer (19) in verbinding met een tapwaterleiding (20) die is aangesloten op tapwater (21) en douche-voorzieningen (22).Furthermore, the buffer device (5) also comprises a third inlet (18) and a third outlet (19) which are interconnected by means of a line (14) which is in heat-exchanging contact with the liquid in the buffer device (5) for exchanging heat between the liquid in the buffer device (5) and a liquid fed through the line (14). The third input (18) is connected to a tap water supply (not shown). The third outlet (19) is connected to a tap water line (20). In the embodiment shown, the third output (19) is connected to a tap water pipe (20) connected to tap water (21) and shower facilities (22).

Het moge duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot de hier weergegeven en beschreven uitvoeringsvoorbeelden, maar dat binnen het kader van de bijgaande conclusies legio varianten mogelijk zijn, die voor de vakman op dit gebied voor de hand zullen liggen. Hierbij is het denkbaar dat verschillende inventieve concepten en/of technische maatregelen van de hierboven beschreven uitvoeringsvarianten volledig of gedeeltelijk gecombineerd kunnen worden zonder daarbij afstand te doen van de in bijgesloten conclusies beschreven uitvindingsgedachte.It will be clear that the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described here, but that within the scope of the appended claims, countless variants are possible which will be obvious to those skilled in the art. It is conceivable in this connection that different inventive concepts and / or technical measures of the above-described embodiment variants can be fully or partially combined without thereby renouncing the inventive idea described in the appended claims.

Claims

A heating system, comprising: - a heat pump adapted to receive fluid at a heat pump input and delivering heated fluid to a heat pump output, - a buffer device, comprising a first input adapted to receive fluid with a first temperature and a first output for dispensing liquid with a second temperature, wherein the second temperature is lower than the first temperature, - wherein the buffer device is provided with phase-transition material which is in heat-exchanging contact with liquid received by the buffer device, - a first hydraulic circuit from the first output to the heat pump input and via the heat pump output to the first input, - a first circulation pump for circulating liquid through the first hydraulic circuit, - a measuring device for at least measuring a temperature difference of liquid at the first input with respect to the first embodiment and a control device for controlling the first circulation pump on the basis of the measured temperature difference, the buffer device also a second output for delivering liquid with a third temperature to a second hydraulic circuit, and a second input for receiving liquid having a fourth temperature of the second hydraulic circuit, wherein the third temperature is higher than the fourth temperature, and wherein the buffer device further comprises a third inlet and a third outlet which are interconnected by means of a conduit in heat-exchanging contact with the liquid in the buffer device for exchanging heat between the liquid in the buffer device and a liquid fed through the conduit.

The heating system of claim 1, wherein the heat pump is a high temperature CO2 air / water heat pump.

3. Heating system as claimed in claim 1 or 2, wherein the heat pump is adapted to heat liquid to a temperature between 80 and 90 degrees Celsius.

Heating system according to one of the preceding claims, wherein the heat pump is transcritical.

The heating system of claim 4, wherein the heat pump operates at a pressure between 90 and 160 bar.

6. Heating system as claimed in any of the foregoing claims, wherein the heat pump has a thermal capacity between 3 and 6 kW, preferably between 4 and 5 kW and more preferably 4.5 kW.

Heating system according to one of the preceding claims, wherein the heat pump has a coefficient of performance (COP) of at least 4.5.

8. Heating system as claimed in any of the foregoing claims, wherein the measuring device comprises at least a first temperature sensor at the level of the first input and at least a second temperature sensor at the level of the first output.

9. Heating system as claimed in claim 8, wherein the measuring device comprises a further temperature sensor at the level of the conduit.

10. Heating system as claimed in any of the foregoing claims, wherein the control device is adapted to maintain a temperature difference of at least 35 degrees Celsius of liquid present in the buffer device between the first inlet and the first outlet.

11. Heating system as claimed in any of the foregoing claims, wherein the control device is adapted to regulate a liquid flow through the first hydraulic circuit.

12. Heating system as claimed in any of the foregoing claims, wherein the buffer device is provided with phase transition material with a phase transition temperature between 35 and 80 degrees Celsius, preferably between 60 and 80 degrees Celsius, and more preferably 70 degrees Celsius.

A heating system according to any one of the preceding claims, wherein the buffer device is provided with at least two phase transition materials, wherein the phase transition temperature of the first phase transition material differs from the phase transition temperature of the second phase transition material.

The heating system of claim 13, wherein the phase transition temperature of the first phase transition material is between 60 and 80 degrees Celsius and the phase transition temperature of the second phase transition material is between 35 and 45 degrees Celsius.

The heating system of claim 14, wherein the first phase transition material is at the level of the first input and the second phase transition material is at the level of the first output.

The heating system of any of claims 13-15, wherein the phase transition temperature of the phase transition materials has a gradient in the direction from the first input to the first output.

A heating system according to any one of the preceding claims, wherein the phase transition material is a material based on salt hydrates and / or paraffins.

18. Heating system as claimed in any of the foregoing claims, wherein the phase-transition material has a heat storage capacity between 90 and 110 kW h / m3, in particular 100 kW h / m3.

19. Heating system as claimed in any of the foregoing claims, wherein the buffer device has a volume between 150 and 300 liters.

20. Heating system as claimed in any of the foregoing claims, wherein the phase-transition material is present in the form of (macro) capsules.

The heating system of any one of the preceding claims, wherein the third input and the third output are connected to a tap water pipe.