FI100823B - Varaavan lämmityspatterin käyttömenetelmä ja -järjestely - Google Patents

Description

100823

Varaavan lämmityspatterin käyttömenetelmä ja -järjestely Förfarande och anordning för användning av ackumulerande värmebatteri 5

Keksintö liittyy varaavaan lämpöpatteriin ja sen käyttö-menetelmään ja -järjestelyyn, kun lämpöpatteri sisältää massan, jota lämmitetään lämmön varaamiseksi siihen, ohjattavat välineet massan lämmittämiseksi, eristyksen mas-10 san ja lämmitettävän tilan välillä lämmön vapaan siirtymisen rajoittamiseksi massasta lämmitettävään tilaan sekä ohjattavat konvektiovälineet lämmön siirtämiseksi ilman välityksellä massasta lämmitettävään tilaan.

15 Taustana keksinnölle kuvataan seuraavassa kuvaan 1 viitaten lähemmin varaavaa lämmityspatteriä, jollaiseen keksintöä voidaan soveltaa. Kuva 1 esittää varaavaa lämpö-patteria kaavamaisena leikkauskuvana, joka on ainoastaan havainnollistava ja jossa esimerkiksi mittasuhteet eivät 20 vastaa todellisia. Viitenumerolla 1 osoitetaan varaavaa massa, jota kuumennetaan lämmön varaamiseksi siihen. Va-raava massa on edullisesti terästä, jolla on erittäin hy-: : : vä lämmönvarastoimiskyky ja joka siksi on tähän tarkoi- ·:··· tukseen erityisen hyvin soveltuva materiaali. Massana 25 voidaan käyttää myös esimerkiksi tarkoitukseen soveltuvaa • · . .·. kiveä, tiiltä, tai nestettä. Massaa ympäröi eriste 3, jo- « * « ka estää lämmön vapaan siirtymisen massasta lämmitettä- • · · *!!.* vään tilaan, ja eristettä ja koko patteria ympäröi sopiva t : : * kuori 7, esimerkiksi peltikuori. Massaa lämmitetään yh-30 dellä tai useammalla sähkövastuksella 2. Viitenumero 6 • » · osoittaa kaavamaisesti tukivälineitä, joiden varassa pat-*.· · teri on. Patteri voi olla myös sekä lattiasta tuettava että seinään kiinnitettävä tai pelkästään seinään kiinni-··, tettävä. Lämpöä siirretään patterista ympäröivään tilaan • ‘ 35 etupäässä konvektion avulla, ja siksi varaavaan massaan ’. : on järjestetty kanavia 4, joiden kautta ilmaa voidaan 2 100823 kierrättää. Ilman kierrättämiseen käytetään tavanomaisesti puhallinta, joka on ohjattavissa ainakin päälle ja pois päältä. Tässä viitenumerolla 5 osoitettu puhallin on esitetty ainoastaan hyvin kaavamaisesti. Ilmaa voidaan 5 kierrättää myös luonnollisella kierrolla, jolloin konvek-tiovälineinä voivat toimia konvektiokanava tai -kana-visto, sekä välineet, kuten läpät, joita asettamalla kon-vektiota ohjataan. Lämpöä siirtyy massasta ympäröivään tilaan aina jonkin verran myös vuotamalla eristeen läpi.

10

Varaavan lämmityspatterin yleisin sovellutus on sähköllä tuotettua lämpöenergiaa edullisen yösähkön aikana varastoiva sähköpatteri, jota käytetään huonetilan lämmitykseen. Varaava lämmityspatteri soveltuu parhaiten käytet-15 täväksi itsenäisenä yksikkönä, ja myös keksintö kohdistuu erityisesti itsenäisenä yksikkönä toimivaan huonekohtai-seen lämmityspatteriin. Varaavia lämmityspattereita on käytetty lähinnä täydentämään suoraa sähkölämmitystä tai toimimaan ainoina lämmittiminä esimerkiksi toimisto- tai 20 muissa työtiloissa, joissa oleskellaan vain päivisin.

Eräs syy siihen, että varaavia lämmityspattereita ei juuri käytetä yksinään huolehtimaan huonetilojen lämmityksestä, on se, että suora sähkölämmityspatteri on hän- * • · kintakustannuksiltaan ylivoimaisen edullinen varaavaan • 25 patteriin verrattuna. Tavanomaista on myös, että suoran : sähkölämmityksen lisäksi käytetään jotain muuta lämmitys- • · · · j ;*j tapaa, joka saattaa sisältää kokonaan tai osittain keski- ·»· · tetyn lämmitysjärjestelmän ja siinä yhteydessä keskusva- raajan. Jotta huonekohtainen varaava lämmityspatteri . . 30 olisi varteenotettava vaihtoehto yksinomaisena huonetilo- • · · • · · jen lämmitysratkaisuna, sen tulisi olla hankintakustan- « · · • · · *. nuksiltaan riittävän edullinen ja lisäksi toiminnaltaan • · *·/.: riittävän monipuolinen ja hyvin säädettävä, jotta se tyy- dyttäisi ihmisten huonekohtaiselle lämmitykselle asetta-35 mat vaatimukset. Tällaisen varaavan lämpöpatterin aikaan-! saaminen olisi hyvin toivottavaa, koska teollisuuden säh- 3 100823 könkulutuksen kasvu tulee tulevaisuudessa todennäköisesti kasvattamaan yö- ja päiväsähkön hintaeroa, ja sikäli yösähkön käyttöön perustuva lämmitys tulee todennäköisesti taas entistä houkuttelevammaksi vaihtoehdoksi.

5

Keksinnön mukaiselle varaavan lämmityspatterin käyttöme-netelmälle, kun lämmityspatteri sisältää: massan, jota lämmitetään lämmön varaamiseksi siihen, ohjattavat välineet massan lämmittämiseksi, 10 eristyksen massan ja lämmitettävän tilan välillä lämmön vapaan siirtymisen rajoittamiseksi massasta lämmitettävään tilaan sekä ohjattavat konvektiovälineet lämmön siirtämiseksi ilman välityksellä massasta lämmitettävään tilaan, 15 ja jossa menetelmässä lämmitysvälineet ohjataan lämmittämään massaa ensimmäisen aikajakson aikana sitä seuraavan toisen aikajakson aikana tarvittavan lämpömäärän varaamiseksi massaan ja konvektiovälineet ohjataan lisäämään lämmön siirtämistä lämmitettävään tilaan, kun 20 lämmitettävän tilan lämpötila alittaa ensimmäisen ase-tusarvon, ja vähentämään lämmön siirtämistä, kun lämmitettävän tilan lämpötila ylittää sanotun ensimmäisen ase--·' tusarvon, • : on tunnusomaista, että lämmitysvälineet ohjataan lämmit- • · 25 tämään massaa, kun lämmitettävän tilan lämpötila alittaa : : : toisen asetusarvon, ja ohjataan katkaisemaan lämmittämi- i nen, kun lämmitettävän tilan lämpötila ylittää toisen • 1 1 · ,1j1. asetusarvon, ja asetetaan ensimmäinen asetusarvo toisen asetusarvon alapuolelle ensimmäisen aikajakson ajaksi ja . #·φ 3 0 toisen asetusarvon yläpuolelle toisen aikajakson ajaksi.

• · · • · · · « ♦ · ♦ • · « *, Menetelmän eri suoritusmuodoissa voidaan joko ensimmäistä • · Ϊ.1·· asetusarvoa laskea tai toista asetusarvoa nostaa ensim- mäisen aikajakson ajaksi tai tehdä molemmat tarkoituksen-35 mukaisella tavalla.

4 100823

Ensimmäisen ja toisen asetusarvon välinen ero on edullisesti alueella 0,5 ... 3 °C, ja asetusarvoja nostetaan tai lasketaan ensimmäisen ja toisen aikajakson välillä 1 ...

2,5 °C.

5

Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä edullisessa suoritusmuodossa eristys mitoitetaan siten, että tietyn lämmi-tystarpeen vallitessa eristeen läpi ilman konvektiota lämmitettävään tilaan siirtyvä teho saavuttaa massaa läm-10 niitettäessä tilan lämmittämiseen tarvittavan lämmitystehon massan lämpötilassa, jossa sen varaama lämpömäärä ylittää määrätyllä marginaalilla sanotun tietyn lämmitys-tarpeen vallitessa tilan lämmittämiseen toisen aikajakson aikana tarvittavan lämpömäärän ja voi olla esimerkiksi 15 1,5 ... 2,5 kertaa sanottu tarvittava lämpömäärä.

Keksinnön mukainen varaavan lämmityspatterin käyttöjärjestely, kun lämmityspatteri sisältää: massan, jota lämmitetään lämmön varaamiseksi 20 siihen, ohjattavat välineet massan lämmittämiseksi, . eristyksen massan ja lämmitettävän tilan välillä ·_ lämmön vapaan siirtymisen rajoittamiseksi massasta lämmi tettävään tilaan, 25 ohjattavat konvektiovälineet lämmön siirtämi- : seksi ilman välityksellä massasta lämmitettävään tilaan, * :· sekä * · · * i : : välineet ensimmäisen asetusarvon asettamiseksi ja konvektiovälineiden ohjaamiseksi lisäämään lämmön : 30 siirtämistä massasta lämmitettävään tilaan, kun tilan • · · • · · · lämpötila alittaa ensimmäisen asetusarvon, ja vähentämään • · ψ y ^ lämmön siirtämistä, kun lämmitettävän tilan lämpötila • · · *· ’· ylittää sanotun ensimmäisen asetusarvon, on tunnus- · omaista, että se sisältää lisäksi: 35 välineet toisen asetusarvon asettamiseksi ja .··. lämmitysvälineiden ohjaamiseksi lämmittämään massaa, kun 5 100823 lämmitettävän tilan lämpötila alittaa toisen asetusarvon, ja katkaisemaan lämmittäminen, kun lämmitettävän tilan lämpötila ylittää toisen asetusarvon, sekä välineet ensimmäisen asetusarvon asettamiseksi 5 toisen asetusarvon alapuolelle ensimmäisen aikajakson ajaksi ja toisen asetusarvon yläpuolelle toisen aikajakson ajaksi.

Keksinnön mukaisen järjestelyn eräässä edullisessa suori -10 tusmuodossa välineet asetusarvon asettamiseksi sisältävät termostaattikytkimen, joka on varustettu asetusvastuk-sella. Termostaattikytkimet ensimmäisen ja toisen asetusarvon asettamiseksi voidaan lisäksi sijoittaa samalle säätöakselille.

15

Keksinnön mukaisen järjestelyn vielä eräässä edullisessa suoritusmuodossa välineet ensimmäisen asetusarvon asettamiseksi toisen asetusarvon alapuolelle ensimmäisen aikajakson ajaksi ja toisen asetusarvon yläpuolelle toisen 20 aikajakson ajaksi sisältävät kellokytkimen.

Keksinnön mukaisen järjestelyn vielä erääseen edulliseen ··'·' suoritusmuotoon sisältyvät välineet sen valitsemiseksi, ‘ ' mitä asetusarvoa ensimmäisen ja toisen aikajakson välillä 25 muutetaan. Tällaisina välineinä voi toimia yksinkertainen ·.· ; käsikytkin.

• · i : : • · # · i’:*: Perinteisellä säätötekniikalla varaavan lämmityslaitteen lämmityksen ja lämmön purkauksen monipuoliseen ohjaami- : .·. 30 seen tarvitaan seuraavien toimintojen ohjauskomponentit: * · * kellokytkin ohjaamaan yösähkö päälle, massan lämpötilan « · · ylärajatermostaatti massan lämmityksen ohjaukseen ja ra- • · joittamiseen, massan lämpötilan alarajatermostaatti, jonka asetusarvo määritetään kokemuksen perusteella, päi-35 väsähkön lisäkäytön ohjaukseen, huonetermostaatti, joka ···. ohjaa puhaltimen käyttöä tai muuttaa konvektiokanavan 6 100823 asetusta, pääkytkin, jonka avulla lämmitys kytketään toimimaan ja kesäaikana pois päältä, sekä keskitettyjen lämmitysjärjestelmien ohjausälykkyyttä vastaava -ohjausälyk-kyys, joka huolehtii siitä, että massaa ei vähäisen läm-5 möntarpeen aikana lämmitetä liian kuumaksi ja jotta vuo-tolämpöteho ei nosta huonelämpötilaa liian korkeaksi. Perinteinen prosessoripohjainen, ulkoilma-anturilla varustettu ohjausyksikkö instrumentointeineen johtaisi aivan liian kalliiseen huonekohtaiseen lämmityksen ohjaukseen.

10 Keksinnön mukainen ratkaisu perustuu pieniä asetusar- voeroja älykkäästi käyttävään yksinkertaiseen ohjaukseen, joka voidaan toteuttaa yksinkertaisella ja halvalla tavalla. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa tähän yhdistetään eristyksen sopiva mitoitus, jolloin lämmitys 15 saadaan toimimaan optimaalisella tavalla lämmitystarpeen mukaisesti. Asetusarvoerot tuotetaan edullisesti sinänsä tunnetuilla termostaatteihin sijoitetuilla asetusvastuk-silla tai "kiihdytysvastuksilla", joiden ohjaukseen käytetään kellokytkintä. Perinteisen ratkaisun vaatimasta 20 instrumentoinnista voidaan jättää pois ulkoilma-anturilla varustettu prosessoriohjaus, molemmat massatermostaatit ja myös pääkytkin. Patteri ei kuitenkaan koskaan lämpene *’_ liikaa, sillä kesällä patteri kytkeytyy päälle vain tar vittaessa, ja huonetilojen lämpötila pysyy haluttuna • 25 ±1 °C:n tarkkuudella. Haluamansa lämpötilat ja toimintata- . van valittuaan käyttäjän ei tarvitse suorittaa mitään oh- • ·

Jg· jaus- tai kytkentätoimenpiteitä. Tarvittava ohjausyksikkö ij*: sisältää yksinkertaisimmillaan kellokytkimen, lämmitysta- van valintakytkimen ja kaksi samalle säätöakselille asen- : 30 nettua termostaattia.

• · « • ·· · • · · • · · • · ·

Keksintöä ja sen suoritusmuotoja selitetään seuraavassa • · ^ ” yksityiskohtaisemmin viitaten oheen liitettyihin piirus- tuksiin, joista: « 35 7 100823 kuva 1 esittää kaavamaisena leikkauskuvana varaavaa läm-mityspatteria, jollaiseen keksintöä voidaan soveltaa, kuva 2 on havainnollistava kaavio, jonka avulla selite-5 tään varaavan lämmityspatterin vuototehon mitoitusta, kuva 3 esittää varaavan lämpöpatterin keksinnön mukaisen käyttöjärjestelyn erästä suoritusmuotoa, 10 kuva 4 esittää varaavan lämpöpatterin keksinnön mukaisen käyttöjärjestelyn erästä toista suoritusmuotoa ja kuvat 5-7 ovat lämpötila-aikakaavioita, jotka havainnollistavat keksinnön mukaisesti käytetyn ja ohjatun va-15 raavan lämmityspatterin toimintaa eri suoritusmuodoissa mahdollisilla eri toimintatavoilla.

Varaavaa lämmityspatteria, jollaiseen keksintöä voidaan soveltaa, on jo tarkasteltu edellä selityksen johdanto-20 osassa kuvaan 1 viitaten. Keksinnön mukaista ratkaisua toteuttava sähköpatteri voidaan valmistaa teräsrunkoisena , eristyksineen noin 10 cm:n paksuiseksi, jolloin se ei enää vie olennaisesti enempää tilaa kuin esimerkiksi olohuoneissa käytettävät 2-levyiset konvektiopatterit.

25 . Keksinnön mukaisen ratkaisun edulliseen toteutukseen kuu- • · *.· · luu lämmityspatterin vuototehon sopiva mitoitus, jota »’!*: tarkastellaan seuraavassa. Patterin eristeen läpi johtu malla poistuva lämpöteho on suoraan verrannollinen massan : 3 0 lämpötilan ja ympäröivän lämpötilan väliseen eroon. Sa- • · · · moin lämmitettävän massan lämpösisältö on suoraan verran-y ^ nollinen massan lämpötilaan. Patteri mitoitetaan edulli- 4 4 · *· ” sesti siten, että kun massa sitä lämmitettäessä saavuttaa lämpötilan, jossa vuototeho vastaa lämmitettävän tilan 35 lämmöntarvetta kyseisenä ajankohtana, massan varaamalla ,···. lämmöllä voidaan lämmittää haluttu ajanjakso, yleensä 8 100823 päiväjakso, vähintään samalla teholla. Toisin sanoen, kun vuototeho on massaa lämmitettäessä noussut vastaamaan senhetkistä lämmitystarvetta, massan lämmitys voidaan lopettaa.

5

Mitoituksesta esitetään kuvaan 2 viitaten seuraava esimerkki. Teräsmassaan sitoutuu lämpöenergiaa 1,43 kWh/100 kg/100°C. Täten esimerkiksi 200 kg:n massaan on varastoitunut lämpöä 350 °C:n lämpötilassa 2 x 3,5 x 1,43 kWh = 10 10,0 kWh, josta hyödyksi saadaan käytetyksi noin 9 kWh.

Tällaisen patterin teräsmassan mitat voivat olla esimerkiksi 1000 mm x 400 mm x 80 mm, kun sisällä on 20 nutun ilmatila. Eristettävä pinta-ala on silloin jotakuinkin l m2. Massan lämmitykseen varattu aikajakso, yöaika, on 9 15 tuntia, ja aikajakso, päiväaika, jolloin varattua lämpöä käytetään, on 15 tuntia. Patteri on varustettu 1,5 kWh:n tehoisella vastuksella, jolloin: yöaikana voidaan hyödyntää yösähköä 9 x 1,5 kWh = 13,5 kWh, 20 - koko vuorokauden käytettävissä oleva lämmitysteho, joka saavutetaan pelkällä yösähköllä, on 13,5 kWh/24 h = : Λ 560 W, - päivää jän varaukseksi tarvitaan 15 h x 560 W = 8,4 kWh, joka vastaa 200 kg:n teräsmassalla lämpötilaeroa At 25 = 290 °C.

« « < • · • · · • · · **·,* Maksimaalinen lämmöntarve, joka pelkällä yösähköllä voi- • · · *·* * daan tässä tapauksessa tyydyttää, on siis 560 W.

Massan suunniteltu ylärajalämpötila on 350 °C, ja yöaika- • ♦ :* 30 na hyödynnettävissä oleva sähkömäärä riittää tämän lämpö- • · ·.

: tilan saavuttamiseen. Patterin eristys on edullista mi- toittaa varmuuden vuoksi sellaiseksi, että maksimivaraus- • · • ta, toisin sanoen massan maksimilämpötilaa, vastaava vuo toteho vastaa suhteellisen suurta mutta kuitenkin seiväs-35 ti maksimaalista lämmöntarvetta alhaisempaa lämmöntarvet-"· ta. Vuototehon kaava on: 9 100823 (1> λ\ λ2 ai jossa Φ on vuototeho [wattia] , 5 A on pinta-ala = 1 m2, tl on teräksen lämpötila = 350 °C (max.), t2 on ilman lämpötila = 20 °C, sl on eristeen 3a paksuus = 0,01 m, λΐ on eristeen 3a lämmönjohtokyky = 0,028W/m/°C, 10 s2 on eristeen 3b paksuus = 0,03 m, λ2 on eristeen 3b lämmönjohtokyky = 0,04 W/m/°C, tx2 on lämmönsiirtymiskerroin = 2 + loVv missä v on ilman virtausnopeus [m/s], a2 = 12.

15 Kaavasta (1) saadaan näillä arvoilla Φ = 277 W, joka on siis kuvan 2 mukaisen patterin vuototeho, kun massa on lämmitetty maksimilämpötilaan, 350 °C:een. Tämä tarkoittaa sitä, että jos lämmitettävän tilan lämmitystarve on suurempi kuin 277 W, niin massa lämpenee maksimilämpötilaan-20 sa, jonka jälkeen se pystyy antamaan 15 tunnin ajan kes-kimäärin 560 W:n lämmitystehon. Jos lämmitystarve taas on alhaisempi kuin 277 W, niin massan lämmittäminen lopetetaan keksinnön mukaisessa ratkaisussa sen jälkeen kun I 1 . i vuototeho on saavuttanut tilan lämmittämiseen sillä het- *‘V 25 kellä tarvittavan lämmitystehon. Nykyaikaisessa rakennuk- | · · **· : sessa 277 W vastaa noin 15 m2:n kokoisen huoneen lämmi- • *· | · · ·’ ' tystarvetta, kun ulkolämpötila on -5 ... -10 °C. Jos ulko na on jonkin verran lämpimämpää, niin silloin massan läm- • · :.· : mittäminen loppuu keksinnön mukaisessa ratkaisussa, en- • · · V · 30 nenkuin massa on saavuttanut maksimilämpötilansa, ja mas- .·. : saan varautunut lämpömäärä on kuitenkin niin suuri, että • · · se hyvin suurella varmuudella riittää lämmitykseen päivä-jakson loppuun asti, vaikka ulkoilma sinä aikana jossain ..li' määrin kylmenisikin.

• I I

• : 3 5 • I 4 10 100823

Edellä todettu ilmenee seuraavasta huonetilojen lämmöntarpeen tarkastelusta. Astepäiväluku on esimerkiksi Oulussa 5200. Nykyaikaisen asuinrakennuksen lämmöntarve vuodessa on noin 40 kWh/rak-m3. 15 m2:n huone kuluttaa 5 siten lämpöä noin 15 x 2,65 x 40 « 1600 kWh/a, josta saadaan lämmönkulutukseksi noin 0,308 kWh/astepäivä. Seuraa-va taulukko esittää tämän mukaan laskettuja arvoja sanotunlaisen huoneen lämmöntarpeesta ulkoilman lämpötilan mukaan: 10

Ulkoilman lämpö- Lämmöntarve Keskim. lämmitys-

tila, °C kWh/vrk tehotarve, W

0 5,24 218 - 5 6,78 282 - 10 8,32 346 - 15 9,86 410 - 20 11,40 475

Jos edellä kuvan 2 yhteydessä tarkastellulla eristyksen mitoituksella lasketaan vuototeho, kun massan lämpötila on 120 °C, niin saadaan Φ = 84 W. Tämä teho tarvitaan 15 esimerkiksi otetun huoneen lämmitykseen, kun ulkoilman lämpötila on noin 10 °C. Jos lähdetään siitä, että massa • i < i voitaisiin jäähdyttää päiväjakson aikana 40 °C:een, niin siitä voitaisiin saada tehoa 0,8 x 1,43 x 2 = 2,3 kWh eli i 15 tunnin päivä jakson aikana keskimäärin noin 150 W, joka • · !.· : 20 on lähes kaksi kertaa lämmitystehon todennäköinen tarve, ι#ϊ : ts. tarve, joka perustuu oletukseen, että ulkoilman läm pötila pysyy jokseenkin 10 °C:ssa.

• · « · · « · « • · · ·

Edellä on esitetty varaavan lämpöpatterin eristyksen mi- 11 100823 nempää marginaalia käyttäen ja esimerkiksi niin, että patterin vuototeho lähes kaikissa olosuhteissa saavuttaa lämmitykseen tarvittavan tehon, ennenkuin massa on saavuttanut maksimilämpötilansa. Olennaista on, että keksin-5 non edullisessa toteutuksessa varaava lämmityspatteri sopeutuu automaattisesti lämmitystarpeeseen ja varaa lämpöä päiväjaksoa varten riittävästi mutta ei kuitenkaan ylenmäärin.

10 Kuvat 3 ja 4 esittävät esimerkkejä keksinnön mukaisista varaavan lämpöpatterin käyttöjärjestelyistä ja kuvat 5 -7 taas esittävät eri lämmitystapoja, jotka näillä järjestelyillä voidaan toteuttaa. Kuvat 5-7 havainnollistavat hyvin myös keksinnön mukaista varaavan lämpöpatterin 15 käyttömenetelmää. Kaikissa lämmitystavoissa on yhteistä se, että asetetaan toisaalta ensimmäinen asetusarvo, kuvissa pisteviivalla merkitty, joka ohjaa lämmön siirtämistä massasta lämmitettävään tilaan. Toisin sanoen käynnistetään puhallin tai muutetaan konvektiokanavan asetus-20 ta konvektion lisäämiseksi, kun lämpötila alittaa tämän asetusarvon ja vastaavasti puhallin pysäytetään tai vähennetään muuten konvektiota, kun lämpötila ylittää sen. Tässä suhteessa toiminta on aivan varaavien pattereiden ,. tavanomaisen toiminnan mukaista. Keksinnön mukaisessa me- t > ; 25 netelmässä käytetään myös toista asetusarvoa, kuvissa :·! : katkoviivalla merkittyä, joka ohjaa massan lämmittämistä.

• · !.! : Toisin sanoen lämmitysvastus tai muut lämmitysvälineet f»» *,· ' kytketään päälle, kun lämpötila alittaa tämän asetusarvon ja vastaavasti kytketään pois päältä, kun lämpötila ylit- j 30 tää sen. Massaa on tarkoitus lämmittää ensimmäisen aika- • « · · jakson aikana, kello 22 :n ja 7:n välillä, ja siihen va- . rattua lämpöä käyttää toisen aikajakson aikana, kello • · · • *· 7:stä kello 22:een. Keksinnössä on olennaista, että en simmäinen asetusarvo asetetaan ensimmäisen aikajakson ··· 35 ajaksi toisen asetusarvon alapuolelle ja toisen aikajak- son ajaksi sen yläpuolelle. Kun ensimmäinen asetusarvo 12 100823 (pisteviiva) asetetaan toisen (katkoviiva) alapuolelle kello 22, on seurauksena, että lämmitettavan tilan lämpötila (yhtenäinen viiva), jota on pidetty konvektioväli-neitä ohjaamalla ensimmäisessä asetusarvossa, jää välit-5 tömästi (kuvat 6 ja 7) tai jonkin ajan kuluttua (kuva 5) toisen asetusarvon alapuolelle, jolloin massaa aletaan lämmittää. Jos asetusarvojen keskinäistä suhdetta vaihdettaessa lasketaan ensimmäistä asetusarvoa (kuvat 5 ja 7), niin tilan lämpötila (yhtenäinen viiva) alkaa joka 10 tapauksessa laskea, kunnes se saavuttaa alennetun ensimmäisen asetusarvon, jolloin lämpötilaa ruvetaan jälleen konvektiovälineitä ohjaamalla pitämään tässä asetusarvossa. Jos varaava lämpöpatteri toimii olosuhteissa, joissa patterin vuototeho saavuttaa massan lämmityksen 15 aikana tilan lämmitystarvetta vastaavan tehon, niin lämpötila alkaa nousta huolimatta siitä, että konvektiovälineitä ei ole käytössä. Jos tällöin saavutetaan toinen asetusarvo ennen lämmitysjakson päättymistä (kuvat 5 ja 6), kytkeytyy massan lämmitys pois päältä ja lämpötila 20 ryhtyy seuraamaan toista asetusarvoa massan lämmitystä kytkemällä, kunnes ensimmäinen aikajakso loppuu kello 7.

: : : Nyt asetusarvojen suhteet jälleen vaihtuvat, ja lämmitet tävän tilan lämpötila kohoaa tai laskee ensimmäiseen ase-tusarvoon, jossa sitä sen jälkeen taas pidetään siirtä-25 mällä konvektion avulla tarvittaessa lämpöä massasta läm- ; mitettävään tilaan.

• · · • · · · 100823 22, kytkeytyy massan lämmitys päälle. Lämpötila laskee edelleen ja käy joka tapauksessa yön aikana 18 °C:ssa, jos lämmitystarvetta edes jossain määrin on, koska lämmön siirtoa ohjaava asetusarvo on laskettu sinne. Jos lämmi-5 tystarve on suuri, niin että vuototeho ei massaa lämmitettäessä saavuta tarvittavaa lämmitystehoa, niin lämpötila pysyy jotakuinkin 18 °C:ssa aamuun kello 7:ään asti. Jos taas, kuten kuvan tapauksessa, vuototeho saavuttaa lämmitystarpeen, niin se lämmittää tilaa, kunnes saavute-10 taan toinen asetusarvo, tässä 19 °C, kohdassa 23, jolloin massan lämmitys katkaistaan ja lämpötila jää seuraamaan lämmitystä kytkemällä tätä asetusarvoa kello 7:ään asti. Lämmitystavalle A on ominaista, että siinä lämpötila käy yöllä alempana ja on aamulla joka tapauksessa hiukan al-15 haisempi kuin muulloin.

Kuvan 6 lämmitystavassa B toinen asetusarvo nostetaan yön ajaksi ensimmäisen yläpuolelle, tässä tapauksessa vain 0,5 °C yläpuolelle eli arvoon 20,5 °C kohdassa 26. Tällöin 20 massan lämmitys kytkeytyy heti päälle, koska vallitseva lämpötila jää sen alle seuraamaan konvektiovälineiden . avulla ensimmäistä asetusarvoa, joka on 20 °C. Ellei vuo- i i 'toteho saavuta tilan lämmitystarvetta, lämpötilaa pide- • i i l tään koko ajan tässä arvossa. Jos taas vuototeho saavut- « i 25 taa lämmitystarpeen ja alkaa lämmittää, saavutetaan koh- « t ! dassa 27 toinen asetusarvo, 20,5 °C, jota seurataan lämmi- 9 · !,· s tystä ohjaamalla aamuun asti. Tämä lämmitystäpä pitää ··» · lämpötilan koko ajan tasaisena tai nostaa sitä hiukan aa muksi, ja siksi monet saattavat pitää tätä vaihtoehtoa ♦ ·*· 30 erityisen miellyttävänä.

• 99 * · « • « ·

Kuvan 7 lämmitystäpä C on sikäli edellisten yhdistelmä, 4 · · ** että siinä lasketaan ensimmäistä asetusarvoa samalla ta- « ' ’ valla kuin lämmitystavassa A ja nostetaan toista ase- « !· 35 tusarvoa samalla tavalla kuin lämmitystavassa B. Jälkim- . ”, mäisen johdosta massan lämmitys alkaa heti kohdassa 30 ja 14 100823 ensimmäisen johdosta lämpötila alkaa laskea ja käy samalla tavalla kuin lämmitystavassa A 18 °C:ssa. Jos vuototeho nyt saavuttaa yön aikana lämmitystarpeen, niin lämpö alkaa nousta ja nousee, kuten lämmitystavassa B, 20,5 °C:een 5 asti kohdassa 31, jos lämmitysaika siihen riittää. Jos vuototeho taas ei saavuta lämmitystarvetta tai saavuttaa sen varsin myöhään, niin lämpötila pysyy 18 °C:ssa, kunnes alkaa aamulla nousta kohti päiväajan asetusarvoa, joka on 20 °C.

10 Lämmitystavat A, B ja C kuvaavat keksinnön mukaisen menetelmän soveltamisen kolme perusvaihtoehtoa. On selvää, että asetusarvoja voidaan näiden perusvaihtoehtojen puitteissa periaatteessa valita varsin vapaasti. Tosin kek-15 sinnön mukaisen järjestelyn toteutus, kuten seuraavaksi selitettävä edullinen ja yksinkertainen toteutus, saattaa rajoittaa valintavaihtoehtoja esimerkiksi määräämällä kiinteät erot, joilla asetusarvoja lämmitys- ja purkujak-sojen välillä muutetaan.

20

Keksinnön mukaisen varaavan lämmityspatterin käyttöjär- 4 i jestelyn selittämiseksi palataan nyt kuviin 3 ja 4. Kum-' ' pikin esiteltävä suoritusmuoto käsittää samat osat.

• v Sähkö, normaalisti verkkovirta, syötetään liitännästä 11, ·,· ; 25 joka on yhdistetty ensimmäisen termostaattikytkimen 14, : : ; joka asettaa ensimmäisen asetusarvon, kautta puhaltimelle • · · · :*·*: 5 ja toisen termostaattikytkimen 16, joka asettaa toisen asetusarvon, kautta massanlämmitysvastukselle 2. Puhalti- ; .·. men 5 yhteydessä on esitetty käsikytkimen 18 ja vastuksen • · · [·[/ 30 19 muodostama järjestely, jolla puhallin voidaan asettaa ♦ · ♦ puolelle nopeudelle kytkimen 18 ollessa auki, kuten ku- • · vissa, tai täydelle nopeudelle kytkimen ollessa kiinni.

*♦”! Kumpikin termostaattikytkin 14 ja 16 on tässä varustettu « vastaavasti asetusvastuksella tai "kiihdytysvastuksella" 35 15 ja 17, joka on sinänsä tunnettu ratkaisu, jonka avulla termostaattikytkimen asetusarvoa voidaan muuttaa. Vastus 15 100823 on mitoitettu ja järjestetty sopivasti niin, että kun siihen kytketään virta, se tuottaa jonkin verran lämpöä ja saa termostaatin näkemään ympäristön lämpötilan todellista hiukan korkeampana. Toisin sanoen, kun vastukseen 5 kytketään virta, termostaattikytkimen asetusarvo laskee tietyn asteluvun verran. Kuvien 5-7 esimerkkejä vastaavasti ensimmäisen termostaattikytkimen 14 asetusarvo on tässä 20 °C, ja virran kytkeminen vastukseen 15 laskee sitä 2 °C. Toisen termostaattikytkimen 16 asetusarvo on 20,5 10 °C, ja virran kytkeminen vastukseen 17 laskee sitä 1,5 °C.

Asetusarvojen muuttamista ja sillä tavalla myös lämmitys-tavan valintaa ohjaavat toisaalta kellokytkin 13 ja käsi-kytkin 12, jonka yhteyteen on merkitty sen asentoja vastaavat lämmitystavat A, B tai C.

15

Kellokytkin on kuvissa päiväasennossa. Kun käsikytkin 12 on kuvassa 3 asennossa A, on virta kytkettynä asetusvas-tukseen 17 mutta ei asetusvastukseen 15. Ensimmäinen ja toinen asetusarvo ovat silloin vastaavasti 20 °C ja 19 °C.

20 Kun kellokytkin 13 vaihtaa tilaa kello 22, kytkeytyy virta myös asetusvastukseen 15 ja toinen asetusarvo laskee 18 °C:een. Kun käsikytkin on asennossa B, on virta jälleen kytkettynä päiväsaikaan vastukseen 17 mutta ei vastukseen 15. Asetusarvot ovat kuten edellä. Kun kello-; 25 kytkin 13 vaihtaa tilaa, ei virta ole kytkettynä kumpaan-

< I

;.· i kaan asetusvastukseen 17 ja 15, ja näin asetusarvot ovat •V*: 20 °C ja 20,5 °C.

• Kuvan 4 toteutuksessa virta on aina kytkettynä asetusvas- • · · 30 tukseen 15 päiväsaikaan mutta ei yöllä, joten toinen ase- S # tusarvo käyttäytyy lämmitystapoja B ja C vastaavasti.

• · · *· Lämmitystäpä valitaan näistä käsikytkimellä 12, jonka au- * * ki ollessa kellokytkin ei vaikuta ensimmäiseen asetusar- ·· voon ja on valittu lämmitystäpä B. Jos taas kytkin on .···. 3 5 kiinni, kellokytkin kytkee yöksi virran vastukseen 15 ja ensimmäinen asetusarvo laskee 18 °C:een, samalla kun virta 1S 100823 kytkeytyi pois vastuksesta 17 ja toinen asetusarvo nousi 20,5 °C:een.

Edellä kuvattu ohjausratkaisu perustuu yksinkertaisten ja 5 halpojen standardikomponenttien käyttöön, ja tarvittava komponenttimäärä on erittäin pieni. Se voidaan toteuttaa edullisesti vielä niin, että termostaattikytkimet ovat samalla säätöakselilla, jolloin ne voidaan asettaa samalla asetuksella. On selvää, että keksinnön mukaisen valo raavan lämmityspatterin käyttömenetelmän toteuttamiseen on muitakin vaihtoehtoja kuin edellä kuvatut. Ohjaus voitaisiin luonnollisesti toteuttaa esimerkiksi ohjauselekt-roniikan avulla, joka saa informaatiota yhdeltä tai useammalta lämpötila-anturilta. Alan ammattilainen ymmärtää, 15 että tällaisen ohjauselektroniikan toteutukseen on monia vaihtoehtoja. Hinnaltaan ja toimintavarmuudeltaan elektroninen ratkaisu ei kuitenkaan tällä hetkellä pysty kilpailemaan edellä esitetyn yksinkertaisen ratkaisun kanssa .

20

Aikaisemmin on jo viitattu varaavan lämmityspatterin to-.teutuksen eri vaihtoehtoihin, joiden yhteydessä keksintöä voidaan soveltaa. Lämpöä siirtävä konvektio voi olla myös esimerkiksi portaattomasti ohjattavissa joko puhaltimen 25 tai vastaavan portaattoman ohjauksen tai luonnolliseen kiertoon perustuvan konvektion portaattoman asetuksen, ··· · esimerkiksi läppäjärjestelyn asetuksen, avulla. Lämmitys- välineet ja lämmityksen ohjaus voidaan samoin järjestää . monin tavoin niin, että lämmitysvälineet voidaan ohjata • · 30 keksinnön ratkaisuun kuuluvalla tavalla lämmittämään mas- • · · • · · *. saa ja katkaisemaan lämmitys. Lämmitysväline voi periaat- • · h1·· teessä olla muutenkin kuin sähköisesti toimiva, joskin *:·1: keksinnön ensisijainen sovelluskohde on juuri sähkölämmi tys hakemuksen johdannossa selitetyistä syistä. Kovin mo-35 nia käyttökelpoisia lämmitystapoja ei ole tarjolla myöskään siksi, että varaava massa on tarvittaessa lämmitet- 17 100823 tävä korkeaan lämpötilaan. Esimerkiksi lämmitysvastuksia voi olla useita, ja niiden lämmitysteho voi olla asetettavissa tai ohjattavissa. Lämmitysvälineiden keksinnön mukaisen toiminnan lisäksi niitä voidaan periaatteessa 5 käyttää myös muutenkin, esimerkiksi peruslämmön ylläpitämiseen. Patterissa voi myös olla esimerkiksi lisälämmi-tin, kuten vastus, joka tarpeen vaatiessa lämmittää suoraan virtaavaa ilmaa.

10 Keksintö voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten sallimissa rajoissa.

i ; .

• · · » • ·« : • · « · · • · · · • · · • · « • · • · » • # · • · 1 ·

Claims (12)

1. Varaavan lämmityspatterin käyttömenetelmä, kun lämmi-tyspatteri sisältää: 5 massan (1), jota lämmitetään lämmön varaamiseksi siihen, ohjattavat välineet (2) massan lämmittämiseksi, eristyksen (3) massan ja lämmitettävän tilan välillä lämmön vapaan siirtymisen rajoittamiseksi massasta 10 lämmitettävään tilaan sekä ohjattavat konvektiovälineet (5) lämmön siirtämiseksi ilman välityksellä massasta (1) lämmitettävään tilaan, ja jossa menetelmässä lämmitysvälineet (2) ohjataan läm-15 niittämään massaa (1) ensimmäisen aikajakson aikana sitä seuraavan toisen aikajakson aikana tarvittavan lämpömäärän varaamiseksi massaan ja konvektiovälineet (5) ohjataan lisäämään lämmön siirtämistä massasta lämmitettävään tilaan, kun lämmitettävän tilan lämpötila alittaa ensim-20 mäisen asetusarvon, ja vähentämään lämmön siirtämistä, kun lämmitettävän tilan lämpötila ylittää sanotun ensimmäisen asetusarvon, tunnettu siitä, että lämmitysvälineet (2) ohjataan lämmittämään massaa (1), kun lämmitettävän tilan lämpötila alittaa toisen asetusarvon, ja ohjataan 25 katkaisemaan lämmittäminen, kun lämmitettävän tilan läm-^ pötila ylittää toisen asetusarvon, ja asetetaan ensimmäi- nen asetusarvo toisen asetusarvon alapuolelle ensimmäisen aikajakson ajaksi ja toisen asetusarvon yläpuolelle toi-; sen aikajakson ajaksi. • · e • · · «s ... 30 • « · • i ·

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen varaavan lämmityspatte- • · *, *: nn käyttömenetelmä, tunnettu siitä, että toinen ase- tusarvo pidetään samana ensimmäisen ja toisen aikajakson ajan ja ensimmäinen asetusarvo lasketaan sen alapuolelle ,, 35 ensimmäisen aikajakson ajaksi. l9 100823

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen varaavan lämmityspatterin käyttömenetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen asetusarvo pidetään samana ensimmäisen ja toisen aikajakson ajan ja toinen asetusarvo nostetaan sen yläpuolelle 5 ensimmäisen aikajakson ajaksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen varaavan lämmityspatte-rin käyttömenetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäistä asetusarvoa lasketaan ja toista asetusarvoa nostetaan en- 10 simmäisen aikajakson ajaksi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen varaavan lämmityspatterin käyttömenetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen ja toisen asetusarvon välinen ero on alueella 15 0,5 ... 3 °C ja että asetusarvoja nostetaan tai lasketaan ensimmäisen ja toisen aikajakson välillä 1 ... 2,5 °C.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen varaavan lämmityspatterin käyttömenetelmä, tunnettu siitä, että 20 eristys (3) mitoitetaan siten, että tietyn lämmitystar- peen vallitessa eristeen läpi ilman konvektiota lämmitet- « · tävään tilaan siirtyvä teho saavuttaa massaa (1) lämmi- tettäessä tilan lämmittämiseen tarvittavan lämmitystehon v massan lämpötilassa, jossa sen varaama lämpömäärä ylittää : : 25 määrätyllä marginaalilla sanotun tietyn lämmitystarpeen i : vallitessa tilan lämmittämiseen toisen aikajakson aikana • · * · tarvittavan lämpömäärän.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen varaavan lämmityspatte- • · 30 rin käyttömenetelmä, tunnettu siitä, että eristys (3) mi- « · * • · · toitetaan siten, että tietyn lämmitystarpeen vallitessa • · V·· eristeen läpi ilman konvektiota lämmitettävään tilaan *:**i siirtyvä teho saavuttaa massaa (1) lämmitettäessä tilan lämmittämiseen tarvittavan lämmitystehon massan lämpöti-'!!! 35 lassa, jossa sen varaama lämpömäärä on 1,5 ... 2,5 kertaa 100823 sanotun tietyn lämmitystarpeen vallitessa tilan lämmittämiseen toisen aikajakson aikana tarvittava lämpömäärä.

8. Varaavan lämmityspatterin käyttöjärjestely, kun lämmi-5 tyspatteri sisältää: massan (1), jota lämmitetään lämmön varaamiseksi siihen, ohjattavat välineet (2) massan lämmittämiseksi, eristyksen (3) massan ja lämmitettävän tilan vä-10 Iillä lämmön vapaan siirtymisen rajoittamiseksi massasta lämmitettävään tilaan, ohjattavat konvektiovälineet (5) lämmön siirtämiseksi ilman välityksellä massasta (1) lämmitettävään tilaan, sekä 15 välineet (14) ensimmäisen asetusarvon asettami seksi ja konvektiovälineiden (5) ohjaamiseksi lisäämään lämmön siirtämistä massasta (1) lämmitettävään tilaan, kun tilan lämpötila alittaa ensimmäisen asetusarvon, ja vähentämään lämmön siirtämistä, kun lämmitettävän tilan 20 lämpötila ylittää sanotun ensimmäisen asetusarvon, tunnettu siitä, että se sisältää lisäksi välineet (16) toisen asetusarvon asettamiseksi ja lämmitysvälineiden (2) ohjaamiseksi lämmittämään massaa (1), kun lämmitettävän tilan lämpötila alittaa toisen 25 asetusarvon, ja katkaisemaan lämmittäminen, kun lämmitet- ; .·. tävän tilan lämpötila ylittää toisen asetusarvon, sekä • · · [·\·\ välineet (13, 15, 17) ensimmäisen asetusarvon • · » asettamiseksi toisen asetusarvon alapuolelle ensimmäisen aikajakson ajaksi ja toisen asetusarvon yläpuolelle toi- • · 30 sen aikajakson ajaksi.

• · • · · ·;··; 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen varaavan lämmityspatte rin käyttöjärjestely, tunnettu siitä, että välineet asetusarvon asettamiseksi sisältävät termostaattikytkimen 35 (14, 16), joka on varustettu asetusvastuksella (15, 17). 100823

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen varaavan lämmityspat-terin käyttöjärjestely, tunnettu siitä, että termostaat-tikytkimet (14, 16) ensimmäisen ja toisen asetusarvon asettamiseksi on sijoitettu samalle säätöakselille. 5

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen varaavan lämmityspatterin käyttöjärjestely, tunnettu siitä, että välineet ensimmäisen asetusarvon asettamiseksi toisen asetusarvon alapuolelle ensimmäisen aikajakson ajaksi ja 10 toisen asetusarvon yläpuolelle toisen aikajakson ajaksi sisältävät kellokytkimen (13).

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8-11 mukainen varaavan lämmityspatterin käyttöjärjestely, tunnettu siitä, että 15 se sisältää lisäksi välineet (12) sen valitsemiseksi, mitä asetusarvoa ensimmäisen ja toisen aikajakson välillä muutetaan. Pat.pntkrav 20