FI128338B - Menetelmä huurtumisen ehkäisemiseksi ja tuloilmavirran lämmittämiseksi - Google Patents

Abstract

Nyt esillä oleva keksintö liittyy menetelmä ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenottolaitteen (7) huurtumisen ehkäisemiseksi ja ilmanvaihtokoneeseen. Menetelmässä tuloilmaa (5) johdetaan lämmöntalteenottolaitteessa (7) olevaan lämmönvaihtimeen (3) tuloilman (5) lämmittämiseksi, ja poistoilmaa (2) johdetaan lämmönvaihtimeen (3), jolloin poistoilmalla (2) lämmitetään tuloilmaa (5) lämmönvaihtimessa (3). Menetelmässä lisäksi poistoilmaa (2) lämmitetään lämmityslaitteella (10) ennen poistoilman (2) johtamista lämmönvaihtimeen tuloilman (5) lämpenemisen tehostamiseksi.

Description

MENETELMÄ HUURTUMISEN EHKÄISEMISEKSI JA TULOILMAVIRRAN LÄMMITTÄMISEKSI

TEKNIIKAN ALA

Keksinnön kohteena on menetelmä ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenottolaitteen huurtumisen ehkäisemiseksi ja tuloilmavirran lämmittämiseksi.

TEKNIIKAN TAUSTAA

Tunnetaan ilmanvaihtokoneita, joissa on lämmöntalteenottolaite, jossa olevalla lämmön10 vaihtimella pyritään ottamaan lämpöenergiaa talteen siirtämällä poistettavasta ilmasta lämpöenergiaa tuloilmaan. Tämä tapahtuu tyypillisesti lämmönvaihtimen avulla, jossa on yksi tulo poistoilmaa varten ja toinen tulo tuloilmaa varten. Lämmönvaihdin on toteutettu siten, että lämpöenergian siirtyminen poistoilmasta tuloilmaan on mahdollisimman tehokasta. Ongelmaksi tällaisissa lämmöntalteenottolaitteessa voi muodostua poistoilmassa olevan 15 kosteuden kondensoituminen lämmönvaihtimen pinnoille, mikä näkyy mm. huurtumisena.

Tällainen lämmöntalteenottolaitteiden huurtuminen on hyvin yleinen ongelma erityisesti korkean lämpötilahyötysuhteen lämmöntalteenottolaitteissa. Nykyisillä käytössä olevilla menetelmillä huurtuminen ja huurteen sulattaminen joko kuluttaa paljon energiaa ja/tai heikentää rakennuksen olosuhteita.

Ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenottolaitteen huurtuminen pyritään ehkäisemään tavanomaisesti raitisilmavirtaa (tuloilmaa) esilämmittämällä, tuloilmavirtaa pienentämällä tai lämmöntalteenottolaitteen hyötysuhdetta laskemalla. Kaikki edellä mainitut menetelmät voivat kuluttaa huomattavan määrän energiaa tai heikentää rakennuksessa vallitsevia olo25 suhteita. Erityisesti tuloilmavirran pienentäminen voi heikentää sisäilman laatua merkittävästä. Lisälämmöntarpeen aikana ilmanvaihtokoneen tuloilmavirtaa lämmitetään tavanomaisesti suoraan esimerkiksi nestekiertoisella lämmityspatterilla lämmöntalteenottolaitteen jälkeen. Koska lämmönvaihtimeen ulkoa tuleva raitisilma voi olla erittäin kylmää, talvikaudella usein jopa alle 0°C. Tällöin vesikiertoisen lämmityspatterin, jolla tavan30 omaisessa menetelmässä pyritään ehkäisemään hurtumista, käyttö ei yleensä ole mahdol

20175676 prh 17-05- 2018 lista, vaan on käytettävä esim, glykoolipohjaista nestettä tai sähköllä toimivaa lämmitintä. Tuloilmavirran lämmittämiseen lämmöntalteenottolaitteen jälkeen voidaan käyttää vesikiertoista patteria.

Kuvassa 1 on esitetty erästä tunnetun tekniikan mukaista ilmanvaihtokonetta 11 pelkistetysti. Tuloilmaa 4 johdetaan lämmöntalteenottolaitteiston 7 lämmönvaihtimen 3 tuloilmakanavaan ja poistoilmaa johdetaan 2 lämmönvaihtimen 3 poistoilmakanavaan. Tällöin lämpöenergiaa siirtyy lämpimämmästä ilmasta kylmempään ilmaan, mikä käytännössä tarkoittaa sitä, että lämmityskaudella rakennuksesta poistettava poistoilma lämmittää kyl10 memmästä ulkotilasta otettavaa tuloilmaa. Lämmönvaihtimessa lämmennyt tuloilma poistetaan 5 lämmönvaihtimesta ja johdetaan rakennuksen sisätiloihin ilmanvaihtokanaviston (ei esitetty) kautta. Vastaavasti lämmönvaihtimessa lämpöenergian siirtymisen johdosta jäähtynyt poistoilma johdetaan 6 ulkoilmaan.

Julkaisu WO 96/27767 esittää järjestelyä ilmanvaihtolaitteen yhteydessä. Ilmanvaihtolaitteessa on kaksi lämmönvaihdinta järjestetty siten, että korvausilmaa johdetaan ensimmäisen ja toisen lämmönvaihtimen kautta huonetilaan. Vastaavasti huonetilasta poistettavaa ilmaa johdetaan ensin toiseen lämmönvaihtimeen, sen jälkeen lämmittimeen, joka on sijoitettu ensimmäisen ja toisen lämmönvaihtimen väliin, ja edelleen ensimmäiseen lämmön20 vaihtimeen. Koska lämmitin on poistoilman virtaussuunnassa yhden lämmönvaihtimen (eli toisen lämmönvaihtimen) jälkeen, on poistoilman lämpöenergiasta jo osa siirtynyt tuloilmaan ja poistoilman lämpötila on jossain määrin laskenut. Näin ollen lämmittimessä voidaan käyttää matalamman lämpötilatason hukkalämpöä hyödyksi. Tuloilman lämmittämisen ja ilmanvaihtokoneen huurtumisen ehkäisemisen kannalta julkaisun WO 96/27767 25 mukainen lämmittimen sijainti ei ole optimaalinen, koska lämmittimellä lämmitetyn energian siirtämiseksi tuloilmaan on käytettävissä vain osa lämmönvaihtimien kapasiteetista (eli ensimmäinen lämmönvaihdin).

KEKSINNÖN LYHYT YHTEENVETO

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada parannettu menetelmä 30 lämmöntalteenottolaitteen huurtumisen ehkäisemiseksi ja tuloilmavirran lämmittämiseksi sekä ilmanvaihtokone, jossa huurtuminen on vähäisempää ja tuloilmavirran lämmitys voi mahdollisesti tapahtua paremmalla hyötysuhteella. Tämän keksinnön erään edullisen suo

20175676 prh 17-05- 2018 ritusmuodon mukaisessa menetelmässä ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenottolaitteen huurtumisen ehkäisemiseksi ilmanvaihtokoneen poistoilmavirtaa lämmitetään korkeampaan lämpötilaan ennen sen johtamista lämmönvaihtimeen.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että menetelmässä lisäksi poistoilmaa lämmitetään lämmityslaitteella ennen poistoilman johtamista poistoilman virtaussuunnassa olevaan ensimmäiseen lämmönvaihtimeen tuloilman lämpenemisen tehostamiseksi ja ilmanvaihtokoneen huurtumisen ehkäisemiseksi. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle ilmanvaihtokoneelle on pääasiassa tunnusomaista se, että 10 ilmanvaihtokone käsittää lisäksi välineet poistoilman lämmittämiseksi ennen poistoilman johtamista poistoilman virtaussuunnassa olevaan ensimmäiseen lämmönvaihtimeen tuloilman lämpenemisen tehostamiseksi ja ilmanvaihtokoneen huurtumisen ehkäisemiseksi.

Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty oheisissa epäitsenäisissä patentti15 vaatimuksissa.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan saavuttaa useita etuja tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna. Huurretta voi kertyä vähemmän, jolloin lämmöntalteenottolaitteen sulatuskertoja tarvitaan harvemmin. Poistoilmaan lisätystä lämmitysenergiasta 20 ainakin osa siirtyy tuloilmavirran lämmitykseen, jolloin lämmöntalteenottolaitteen keskimääräinen lämpötilataso on korkeampi verrattuna tilanteeseen, jossa poistoilmaa ei lämmitetä. Tällöin huurretta voi kertyä vähemmän ja kokonaisenergiankulutus voi olla huomattavasti tavanomaista ratkaisua pienempi ja tuloilman lämmityslaitteen voi mahdollisesti jättää pois. Poistoilmavirran lämmityslaitteeksi käy esimerkiksi vesikiertoinen lämmitys25 patteri, jonka käyttäminen raitisilman esilämmityksessä ei tyypillisesti ole mahdollista, kuten jo edellä on todettu. Menetelmä ei myöskään heikennä rakennuksen olosuhteita millään tavalla ja pienemmän energiankulutuksen vuoksi lämmöntalteenoton kokonaishyötysuhde voi olla korkeampi.

KUVIOLUETTELO

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

5 kuvio 1	esittää erästä tunnetun tekniikan mukaista Umanvaihtokonetta pelkistetysti,
kuvio 2	esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista Umanvaihtokonetta pelkistetysti, ja
10 kuvio 3	esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista menetelmää pelkistettynä piirikaaviona.

20175676 prh 17-05- 2018

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Kuvassa 2 on esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista ilmanvaihto15 konetta 11 pelkistetysti ja kuvassa 3 keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista menetelmää pelkistettynä piirikaaviona. Ilmanvaihtokoneessa 11 on mm. tuloilman ottokanava 8a, tuloilman poistokanava 8b, poistoilman ottokanava 9a, poistoilman poistokanava 9b, ja lämmöntalteenottolaite 7, jossa on mm. lämmönvaihdin 3. Lämmönvaihtimessa 3 on edullisesti tuloilmakanava 3a ja poistoilmakanava 3b, jotka on toteutettu toisiinsa näh20 den siten, että kanavien seinämien kautta lämpöä voi johtua kanavasta toiseen.

Tuloilmaa, joka tavanomaisesti otetaan rakennuksen ulkopuolelta ja käytetään esim, rakennuksen sisätiloihin johdettavana korvausilmana, johdetaan 4 ilmanvaihtokoneen 11 tuloilman ottokanavaan 8a, josta tuloilmaa johdetaan edelleen lämmönvaihtimen 3 tuloil25 makanavaan 3a. Rakennuksesta poistettavaa ilmaa eli ns. poistoilmaa johdetaan 2 rakennuksen sisätiloissa olevan ilmanvaihtokanaviston (ei esitetty) kautta ilmanvaihtokoneen 11 poistoilman ottokanavaan 9a. Poistoilman ottokanavan 9a yhteyteen tai poistoilman ottokanavan 9a ja lämmönvaihtimen 3 poistoilmakanavan 3b väliin tai poistoilman ottokanavaan 9a tai muuhun tarkoitukseen soveltuvaan paikkaan on järjestetty lämmitin 10, 30 jonka avulla poistoilman ottokanavan 9a kautta tulevaa poistoilmaa lämmitetään ennen sen johtamista lämmönvaihtimen 3 poistoilmakanavaan 3b. Toisin sanoen, lämmönvaihtimeen johdettavan poistoilman lämpötilaa nostetaan, mikä merkitsee sitä, että poistoilmasta voi

20175676 prh 17-05- 2018 lämmönvaihtimessa 3 siirtyä enemmän lämpöenergiaa tuloilmaan verrattuna tilanteeseen, jossa poistoilmaa ei lämmitetä, ja lisäksi korkeammassa lämpötilassa oleva poistoilma voi nostaa lämmönvaihtimen 3 kanavien 3a, 3b lämpötilaa. Lämmönvaihtimesta 3 poistoilma johdetaan poistoilman poistokanavaan 9b ja edelleen rakennuksen ulkopuolelle, edullisesti 5 ulkoilmaan. Lämmönvaihtimessa 3 lämmennyt tuloilma johdetaan 5 lämmönvaihtimen 3 tuloilmakanavasta 3 a tuloilman poistokanavan 8b kautta rakennuksen ilmanvaihtokanavistoon (ei esitetty) ja edelleen rakennuksen sisätiloihin.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaisessa ratkaisussa siis ilmanvaihtokoneen poistoilmavir10 taa lämmitetään ennen sen johtamista lämmönvaihtimeen 3, jolloin välillisesti lämmöntalteenottolaitteen 7 kautta pyritään tuloilmavirta lämmittämään haluttuun lämpötilaan (tyypillisesti noin +20C). Samalla lämmöntalteenottolaitteen 7 keskimääräinen lämpötilataso on korkeampi verrattuna tilanteeseen, jossa poistoilmaa ei lämmitetä. Tällöin voidaan ehkäistä tai ainakin vähentää poistoilman sisältämän kosteuden aiheuttamaa huurteen kerty15 mistä lämmöntalteenottolaitteeseen 7, koska lämmöntalteenottolaitteen 7 keskimääräinen lämpötilataso nousee. Poistoilmavirtaan lisätty energia voi joissakin olosuhteissa siirtyä lähes kokonaan tuloilmavirran lämmitykseen, jolloin energiaa voi kulua huomattavasti tavanomaista ratkaisua vähemmän. Tämä osaltaan voi parantaa keksinnön mukaisen ilmanvaihtokoneen hyötysuhdetta. Mainittakoon vielä, että poistoilman lämmittäminen ei 20 lisää siinä olevan kosteuden määrää, jolloin poistoilman suhteellinen kosteus pienenee.

Mikäli lämmönvaihtimessa 3 vallitsevat olosuhteet ovat sellaiset, että poistoilman ns. kastepistelämpötila on pienempi kuin lämmönvaihtimen poistoilmakanavan 3b seinämien lämpötila, kondensoitumista ei pitäisi päästä syntymään.

Poistoilmavirran lämmityslaitteena 10 voidaan käyttää esimerkiksi vesikiertoista lämmityspatteria, mutta on mahdollista käyttää esimerkiksi sähkötoimista lämmityspatteria. Vesikiertoinen lämmityspatteri voidaan joissakin tapauksissa liittää rakennuksen muuhun lämmitysputkistoon, jolloin ei tarvita erillistä laitteistoa vesikierron aikaansaamiseksi lämmityspatterissa.

Keksinnön mukaisen ratkaisun yhteydessä on edelleen mahdollista toteuttaa tuloilman lisälämmitys edellä esitetyn lämmityslaitteen 10 lisäksi toisella lämmityslaitteella, joka voidaan sijoittaa esimerkiksi lämmönvaihtimen 3 tuloilmakanavan 3a jälkeen.

20175676 prh 17-05- 2018

Keksinnön mukaisessa ilmanvaihtokoneessa voidaan tarvittaessa järjestää tehostettu ilmankierto esimerkiksi liittämällä tuloilmakanavan ja/tai poistoilmakanavan yhteyteen tuuletin 12. Tuulettimella voidaan tulo-/poistoilmavirran virtausnopeutta säätää tarpeen mu5 kaan. Poistoilmavirtauksen nopeuden nostaminen voi kuitenkin jossakin määrin pienentää poistoilmasta tuloilmaan siirtyvän lämpöenergian määrää, jolloin voi olla tarve säätää virtausnopeutta optimaalisen tilanteen aikaansaamiseksi. Lisäksi on ilmakanavien yhteydessä mahdollista käyttää suodattimia 13 tulo- ja/tai poistoilmansuodatukseen ja/tai äänenvaimentimia 14 ilmanvaihtokoneessa 11 mahdollisesti syntyvien äänien sekä ulkoa ilmakana10 vien kautta mahdollisesti tulevien äänien vaimentamiseksi.

Todettakoon vielä, että poistoilman lämmitystarpeeseen voi vaikuttaa mm. tuloilman lämpötila, jolloin voi olla edullista säätää lämmityslaitteen 10 tuottamaa lämpöenergiaa sen mukaan mikä on lämmitystarve. Lämpimänä vuodenaikana lämmitystä ei välttämättä tar15 vita lainkaan, jolloin lämmityslaite 10 voidaan kytkeä pois päältä.

Vaikka edellä on käytetty esimerkkinä laitteistoa, jossa on erilliset tuloilmakanavat ja poistoilmakanavat, on selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa sellaistenkin ilmanvaihtokoneiden yhteydessä, jossa tuloilman ja poistoilman virtauksille ei ole järjes20 tetty erillisiä kanavistoja, vaan niiden kulku lämmönvaihtimen kautta on järjestetty muulla tavoin. Eräänä esimerkkinä mainittakoon ns. pyörivä lämmöntalteenottolaite, jossa käytetään roottoria. Tällöinkin poistoilmaa lämmitetään tarvittaessa ennen sen johtamista ilmanvaihtokoneen lämmönvaihtimeen.

Ilmanvaihtokoneen ja sen osien toimintaa voidaan ohjata manuaalisesti ja/tai automaattisesti. Tällöin järjestelmään voi kuulua erilaisia antureita, joista osa voi sijaita ilmanvaihtokoneen yhteydessä esim, tuloilman lämpötilan ja/tai poistoilman lämpötilan mittaamiseksi. Rakennuksen sisätiloissa voi olla lämpötila-antureita, ilman hiilidioksidipitoisuuden mittaavia antureita yms. Antureiden antamaa mittaustietoa voidaan käyttää esim, lämmitys30 laitteen 10 lämpötilan säätämiseen, mahdollisten tuulettimien kierrosnopeuden säätämiseen yms.

Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa määritetään rakennuksen sisätilan tavoitelämpötila, joka siis pyritään saavuttamaan tuloilman 5 ja mahdollisen muun sisätilassa olevan lämmityslaitteiston avulla. Lisäksi mitataan tuloilman 5 lämpötilaa ja rakennuksesta poistettavan poistoilman lämpötilaa ennen poistoilman lämpenemistä lämmityslaitteella 10.

Lämpötilamittausten perusteella määritetään tuloilman ja poistoilman lämpötilaero. Tätä tietoa lämpötilaerosta sekä sisätilan tavoitelämpötilasta voidaan tällöin käyttää poistoilman lämmitystarpeen määrittämiseen, joten lämmityslaitteen 10 lämpötilan säätö voidaan suorittaa sen perusteella, kuinka paljon poistoilman lämpötilaa tulisi nostaa. Todettakoon kuitenkin, että aina ei välttämättä ole mahdollista tai energiataloudellista pyrkiä nostamaan 10 poistoilman lämpötilaa laskelman osoittamaa määrää, vaan mahdollisesti tarvittava lisälämmitysteho voidaan ottaa muiden lämmityslaitteiden avulla.

Alan ammattimiehelle on selvää, että nyt esillä oleva keksintö ei ole rajoittunut ainoastaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan sitä voidaan vaihdella oheisten patenttivaatimusten 15 puitteissa. On ymmärrettävä, että piirustuksessa esitetyt kaaviot ja niiden esittämät laitteet ovat esimerkkejä, eivätkä rajoita keksintöä. Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto, joka on toteutettavissa monella eri tavalla.

Claims (9)

1. Menetelmä ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenottolaitteen (7) huurtumisen ehkäisemiseksi, jossa menetelmässä:

5 - tuloilmaa (5) johdetaan lämmöntalteenottolaitteessa (7) olevaan lämmönvaihtimeen (3) tuloilman (5) lämmittämiseksi,

- poistoilmaa (2) johdetaan lämmönvaihtimeen (3), jolloin poistoilmalla (2) lämmitetään tuloilmaa (5) lämmönvaihtimessa (3), tunnettu siitä, että menetelmässä lisäksi poistoilmaa (2) lämmitetään lämmityslaitteel10 la (10) ennen poistoilman (2) johtamista poistoilman (2) virtaussuunnassa olevaan ensimmäiseen lämmönvaihtimeen tuloilman (5) lämpenemisen tehostamiseksi ja ilmanvaihtokoneen huurtumisen ehkäisemiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poistoilmaan (2) läm15 mityslaitteella (10) tuotettua lämpöenergiaa siirretään lämmönvaihtimen (3) välityksellä tuloilman (5) lämmitykseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmöntalteenottolaitteessa (7) lämmennyttä tuloilmaa (5) käytetään rakennuksen sisätiloihin johdettavana

20 korvausilmana, jolloin lämmöntalteenottolaitteessa (7) lämmenneen tuloilman (5) lämpöenergiaa käytetään rakennuksen lämmittämiseen.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poistoilma (3) otetaan rakennuksen sisätiloista.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä:

määritetään rakennuksen sisätilan tavoitelämpötila, mitataan tuloilman (5) lämpötilaa, mitataan rakennuksesta poistettavan poistoilman lämpötilaa ennen poistoilman 30 lämpenemistä lämmityslaitteella (10), määritetään tuloilman ja poistoilman lämpötilaero, ja säädetään lämmityslaitteen (10) lämpötilaa mainittujen tavoitelämpötilan ja lämpötilaeron perusteella.

35

6. Ilmanvaihtokone, joka käsittää:

- lämmöntalteenottolaitteen (

7), jossa on lämmönvaihdin (3),

- välineet tuloilman (5) johtamiseksi lämmönvaihtimeen (3) tuloilman (5) lämmittämiseksi,

- välineet poistoilman (2) johtamiseksi lämmönvaihtimeen (3), jolloin lämmönvaihtimessa (3) tuloilmaa (5) on järjestetty lämmitettäväksi poistoilmalla (2),

5 tunnettu siitä, että ilmanvaihtokone käsittää lisäksi välineet (10) poistoilman (2) lämmittämiseksi ennen poistoilman (2) johtamista poistoilman (2) virtaussuunnassa olevaan ensimmäiseen lämmönvaihtimeen (3) tuloilman (5) lämpenemisen tehostamiseksi ja ilmanvaihtokoneen huurtumisen ehkäisemiseksi.

10 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen ilmanvaihtokone, tunnettu siitä, että välineet (10) poistoilman (2) lämmittämiseksi käsittävät vesikiertoisen lämmityspatterin.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen ilmanvaihtokone, tunnettu siitä, että ilmanvaihtokone on järjestetty käytettäväksi rakennuksen ilmanvaihtokoneena.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen ilmanvaihtokone, tunnettu siitä, että ilmanvaihtokone käsittää välineet ilmanvaihtokoneen liittämiseksi rakennuksen ilmanvaihtokanavistoon.