FI12893Y1 - Järjestelmä ja lämmönvaihdin huoneistojen osatilojen kuten huoneiston kylpyhuoneen lämmittämiseksi kiinteistössä - Google Patents

Abstract

1. Lämmönvaihdin (10) sovitettuna käytettäväksi käyttöveden kiertopiirin ja paikallisen nestekiertopiirin välillä lämmitysenergian siirtämiseksi käyttövesikierrosta paikalliseen nestekiertopiiriin (15, 15.1, 15.2, 22), jossa lämmönvaihdin (10) käsittää koaksiaalisen putkirakenteen, jossa on ainakin yksi pitkänomainen, päädyillä suljettu vaippaputki (15) ja sen sisään pitkittäin asetettu sisäputki (11c), jossa yksi nestekiertopiiri on sovitettu sisäputkeen (11c) ja toinen virtaamaan vaippaputken (15) vaippatilassa, tunnettu siitä, että lämmönvaihdin on sovitettu 0,5 - 10 l/min käyttövesivirralle ja 0,1 - 5 l/min paikalliskiertovirtaukselle tuottaen 55 - 60 °C käyttövedestä 25 - 40 °C lämpöistä nestettä paikalliskiertoon. Lisäksi suojavaatimukset 2-10.

Description

JÄRJESTELMÄ JA LÄMMÖNVAIHDIN HUONEISTOJEN OSATILOJEN KUTEN

HUONEISTON KYLPYHUONEEN LÄMMITTÄMISEKSI KIINTEISTÖSSÄ Tämän keksinnön kohteena on järjestelmä ja lämmönvaihdin huoneistojen osatilojen kuten huoneiston kylpyhuoneen lämmittämiseksi kiinteistössä, jossa on lämpimän — käyttöveden kiertopiiri lämpimän käyttöveden toimittamiseksi huoneistojen kulutuspis- teille määritetyssä lämpötilassa ja jossa kunkin osatilan lämmitys tapahtuu käyttöve- den lämmitysenergialla. Tekniikan taso Käyttöveden kiertoputkistoon ei voi kytkeä erillistä lämmityslaitetta, missä lämpimän — kiertoveden lämpötila laskee alle 55 °C. Tämän vuoksi esimerkiksi lattialämmitystä ei voi perinteisellä tavalla kytkeä lämpimän käyttöveden kiertoon. Erilaisten vaikeuksien takia osatilojen, kuten kylpyhuoneiden lattialämmitys on toteutettu sähköllä huolimatta vaatimuksista parantaa energiatehokkuutta ja vähentää primäärienergian kulutusta. Tekniikan taso, jossa lämmityslaite on suoraan kytketty käyttövesikiertoon käyttäen duplex-yhdeputkia, eli koaksiaalisia putkia, on esitetty patenttijulkaisussa WO 2004/070279 A2. Käyttövettä lämmitetään hanaan saakka.

Patenttijulkaisussa DE 202 18 316 U1 kierrätetään vettä käyttövesikierrosta lämmitys- laitteelle, joka on erotettu käyttövesikierrosta venttiilein, joita voidaan käyttää ohjaa- maan kuuman ja kylmän veden virtaus lämpöpatteriin.

Patenttijulkaisu WO 02/12125 A2 esittää vedenpuhdistuslaitteen, jolla on takaisinkyt- kentä lämmönvaihtimeen, jossa saapuva kylmä vesi esilämmitetään kuumalla vedellä, joka poistuu vedenlämmittimestä.

S Patenttijulkaisu DE 10 2015 004999 A1 esittää syötön hajautettuihin lämmönvaihdin- N asemille juomaveden lämmittämiseksi kerrostalokortteleissa.

2 25 = = Yhteenveto 8 5 Tämän keksinnön tarkoitus on aikaansaada yksinkertainen ja turvallinen järjestelmä N tekniikan tasossa ilmenneiden puutteiden korjaamiseksi. Keksinnölle on tunnus- 5 omaista se, mitä on esitetty suojavaatimuksissa 1 ja 5.

Menetelmässä huoneistojen osatilojen kuten huoneiston kylpyhuoneen lämmittä- miseksi kiinteistössä, jossa on lämpimän käyttöveden kiertopiiri lämpimän käyttöve- den toimittamiseksi huoneistojen kulutuspisteille määritetyssä lämpötilassa ja jossa kunkin osatilan lämmitys tapahtuu käyttöveden lämmitysenergialla. Keksinnön mukai- — sesti osatilassa kierrätetään omaa paikallista nestekiertopiiriä, johon lämmitysenergia siirretään käyttöveden kiertopiiristä osatilan yhteyteen sijoitetulla lämmönvaihtimella paikallispiiriin.

Keksinnön mukaiselle lämmönvaihtimelle on ominaista se, että se on sovitettuna käyt- töveden kiertopiirin ja paikallisen nestekiertopiirin välillä lämmitysenergian siirtä- — miseksi käyttövesikierrosta paikalliseen nestekiertopiiriin. Keksinnön mukaan erityi- sesti lämmönvaihdin käsittää koaksiaalisen putkirakenteen, jossa on ainakin yksi pit- känomainen, päädyillä suljettu vaippaputki ja sen sisään pitkittäin asetettu sisäputki, jossa yksi nestekiertopiiri on sovitettu sisäputkeen ja toinen virtaamaan vaippaputken vaippatilassa vastavirtaperiaatteella ja jossa lämmönvaihdin on sovitettu 0,5 — 10 l/min käyttövesivirralle ja 0,5 — 5 I/min paikalliskiertovirtaukselle tuottaen 55 — 60 °C käyttövedestä 25 -40 *C lämpöistä nestettä paikalliskiertoon. Keksinnön mukainen lämmönvaihdin toimii poikkeuksellisen suurella asteisuudella eli 20 — 35 *C. Yleensä käytetään vastavirtakytkentää, mutta tässä se ei ole kriittistä, koska käyttöveden läm- pötilapudotus on pieni (1 - 3 *C).

—Keksinnön mukaan käyttämällä toisioverkostoa ja pienitehoista oikein mitoitettua läm- mönvaihdinta voidaan huonetilan lämmityksen tehonsäätö tehdä turvallisesti toisio- puolen virtausta säätäen ja maksimi teho on rajoitettu lämmönvaihtimen mitoituksella. Käyttövesikierto on aina sama ja huonetilan lämmitystehoa pienennettäessä kiertojoh- _ don paluuveden lämpötila nousee.

N N 25 — Tyypilliseen sovellukseen kuuluu lämpimän käyttöveden kiertopiiri lämpimän käyttöve- S den toimittamiseksi kulutuspisteille määritetyssä lämpötilassa ja välineet (22) osatilan - lämmittämiseksi käyttövedellä, jolloin järjestelmään edelleen kuuluu kuhunkin osa- E tilaan sijoitettu paikallinen suljettu nestekiertopiiri pumppuineen, lämmönvaihdin käyt- O töveden kiertopiirin ja paikallisen nestekiertopiirin välillä lämmitysenergian siirtä- 3 30 — miseksi paikalliseen nestekiertopiiriin, ja osatilaan sijoitetut lämmön luovutusvälineet 5 lämpöenergian luovuttamiseksi osatilaan paikallisesta nestekiertopiiristä. Edullinen osatilan lämmönluovutin on lattialämmityspiiri tarvittavan matalan luovutuslämpötilan johdosta. Muut keksinnön edut ja sovellusmuodot selitetään jäljempänä sovellusesimerkkien yhteydessä. Lyhyt kuvaselitys Seuraavassa keksintöä kuvataan viittaamalla oheisiin kuviin, jotka esittävät keksinnön mukaista järjestelmää ja sen yksityiskohtia. Kuva 1 esittää rivi- tai kerrostalon käyttövesijärjestelmää Kuva 2 esittää kuvan 1 muunnelmaa Kuva3 esittää keksinnön mukaista lämmönvaihdinta varusteineen (versio 1) Kuva 4 kuva kuvan 3 ensimmäistä muunnelmaa (versio 2) Kuva 5 esittää kuvan 3 toista muunnelmaa (versio 3) Kuva 6 esittää kuvan 3 kolmatta muunnelmaa (versio 4) Kuvassa? viitenumerolla 18 on esitetty kaukolämpöverkostoon liitetyn kiinteistön käyttöveden lämmityslaitteita. Lämmönvaihdin säätölaitteineen on muuten tavanomai- nen, mutta lämpimän käyttöveden kiertopiiri on suunniteltu suuremmalle lämmön- luovutukselle. Tämä tarkoittaa joko suurempaa virtausta tai suurempaa lämpötilaeroa kiertopiirissä. Nykyisen mitoituskäytännön mukaan (voimassa oleva ohjeistus K1/2013) lämpimän käyttövesikierron lämpötilaero on 3 °C (58 — 55 °C). Keksinnön mukaan käytetään lämpimän käyttöveden kierrossa joko esim. 5 °C (60 — 55 C) läm- pötilaeroa tai vastaavasti suurempaa virtaamaa (varsinkin omakotitaloissa). Keksintö N mahdollistaa pesutilojen lämmityksen ja kuivauksen liittämisen lämpimään käyttöve- N sikiertoon ilman tunnettujen ratkaisujen riskejä. Tällöin lämmönluovutukseen kuuluu = 25 — pesutilojen lämmitykseen ja kuivaukseen tarvittava lämmitysteho (10 — 40 W/m?, edul- - lisesti 15 — 25 W /m2).

E Kaukolämmön sijasta voidaan käyttää lähes mitä tahansa primäärilämmitysjärjestel- 0 maa.

S S Kaukolämmityslaiteisiin kuuluu lämpömääränmittauslaite 30, jolla mitataan lämpimän > 30 — käyttöveden kierron lämmönluovutuksen energian kulutus. Lämpimän käyttöveden kulutus (vesipisteet) ei sekoita tätä mittausta, koska virtausmittaus on kierron paluu- puolella. Lämpimän käyttöveden kulutus mitataan kiinteistön käyttövesivaihtimen kyl- mävesisyöttöputkesta. Kuvassa 1 huoneistoissa on kuvattu tavanomaisia vedenottopisteitä kuten suihku, kä- sienpesuallas ja WC-istuin. Keksinnön kannalta on oleellista, että pesutilojen lämmi- tys ja/tai kuivaus tapahtuu lämpimän käyttövesikiertoon liitetyllä lämmönvaihdin — pai- kallislämmityspiirillä. Huoneistoon tultaessa lämpimän käyttöveden putkessa on huo- neistosulku 14 (ennen lämmönvaihdinta) ja kiertojohdon säätö- ja sulkuventtiili on lämmönvaihtimen jälkeen. Lämpimän käyttöveden vesimittaus on virtaussuunnassa —lämmönvaihtimen liitäntäpisteen jälkeen. Lämmönvaihdin 10 on esitetty jäljempänä yksityiskohtaisesti (kuvat 3, 4 ,5 ja 6). Kuvan 1 sovelluksessa kunkin pesutilan läm- mönluovuttimena on vesikiertoinen kuivauspatteri. Kuva 2 muunnelmassa kunkin pesutilan lämmönluovuttimena on vesikiertoinen lattia- lämmitys, jolloin lattialämmityksen tehonsäädössä voidaan käyttää sinänsä tunnettua —paluuveden termostaattista paluuvesiventtiiliä (lämpötilanrajoitinta 20). Kuvan 3 lämmönvaihtimessa 10 on lämmönvaihtimen vaippa 15, pumppu 19, 3- tiesäätöventtiili 17 ja tarvittavat yhteet. Käyttövesivesiputket liitetään yhteisiin 11a ja 11b huoltosulkujen kautta. Lämmönvaihtimen rakenne on erityisen yksinkertainen. Lämmittävä kiertovesi kulkee vakiovirtauksella käyttövesiputkistoon hyväksytyn put- ken 11c sisällä (paineluokka 10 bar). Lämmitettävä paikallispiirin vesi kiertää lämmön- vaihtimen vaipassa 15 liitettynä yhteisiin 15.3 ja 15.4. Kuvassa lämmönvaihdin toimii vastavirtaperiaatteella. Haluttaessa pienempää tehoa käytetään myötävirtakytkentää. Tarvittaessa tehokkaampaa lämmönsiirtoa (pienempi koko tai suurempi teho) sisä- = putki varustetaan ulkoisella riparakenteella.

O N 25 Kuvaan 3 on merkitty täyttöyhde 21 ja ilmausyhde 23. Toisiopiirin täyttöyhteestä voi- 7 daan täytön yhteydessä mitata täyttöpaine eli toisiopiirin staattinen paine (mitoitus- > arvo 0,5 bar 20 C:ssa). Toisiopiirin paisunta- ja varolaitteet 24 ja 26 on liitetty täyttö- E putkeen. Käyttövesiverkoston käyttöpaine on tyypillisesti alueella 3 - 5 bar, mutta ra- Lö kennepaineena käytetään Suomessa 10 baria. Yleisesti lämmönvaihdin on sovitettu S 30 0,5—101/min käyttövesivirralle ja 0,1 — 5 I/min paikalliskiertovirtaukselle tuottaen 55 — N 60 °C käyttövedestä 25 - 40 °C lämpöistä nestettä paikalliskiertoon.

Lämmönvaihtimen 10 päissä vaipan 15 ja sisäputken 11c välissä on lyhyt holkki 15.6 asettaen keskiputken 11c koaksiaalisesti. Eräässä muunnelmassa lieriövaippa poikkeaa muodoltaan sopivasti putkimaisesta ja symmetrisestä muodosta, se aikaansaa automaattisesti elastisuutta. 5 —Lieriötä pitäisi hieman litistää poikkileikkauksestaan paremminkin soikion muo- toon kuin käyristää koko putki. Jos se tapahtuu teollisesti, rakenteesta tulisi hallitusti joustava. Menee sitten konstruktiotekniikan puolelle varmistaa rakenteen elastisuus pitkäaikaiskäytössä. Varoventtiilillä voidaan varmistaa äärimmäiset poikkeustilanteet. Toisiopiirissä tarvittava vähäinen joustavuus aikaansaadaan vaipparakenteen muo- donmuutoksilla. Voidaan käyttää pääty-yhteissä 15.1 ja 15.2 joustoelintä. Pääty ja vaippa on sovitettavissa riittävälle muodonmuutokselle. Tarvittava muodonmuutos on vähäinen. Haluttaessa voidaan käyttää tunnettua paisuntaelintä. Paikallispiirin kiertovesipumpun teho on pieni. Lämmityspiirin mitoitusarvoilla 0,03 I/s ja 10 kPa on tehontarve pumpulla esimerkiksi 7 W. Yleisesti lämmönvaihtimen 10 ja — siten lämmönluovutuksen tehonsiirto on sovitettu alueelle 200 — 500 W kerros- tai rivi- talossa ja 300 — 800 W omakotitalossa. Kuvan 4 muunnelmassa 3-tieventtiili on korvattu kahdella kertasäätöventtiilillä 17°. Kuvan 3 ja 4 lämmönvaihtimen tehontarpeen ollessa 150 — 300 W vaipan 15 pituus 250 — 1500 mm, edullisesti 300 — 700 mm. Sisäputki on edullisesti rivi- ja kerrosta- lossa D 12 -18 mm ja ulkoputki D 22 -35 mm. Vastaavasti omakotitalossa sisäputki on 15 — 24 mm. Uusien testien perusteella toisiopiirin oikosulkuhaara kytketään mieluum- min lämmönvaihtimen 10 menopuolelta 15.3 pumpun 19 imupuolelle. Lämmönvaihti- N men 10 toisiopuolella on lähes vakio virtaus. Molemmilla puolilla virtaus on edullisesti N niin suuri, että virtaus pysyy turbulenttisena.

O 0 25 Kuvien 3 — 5 sovellusmuotojen lisäksi voidaan käyttää levylämmönvaihdinta, joka I tässä saadaan hyvin pienikokoiseksi. a O Kuvassa 5 on esitetty edellisiä suurempitehoinen lämmönvaihdin 15°, jossa on kaksi x vaippatilaa sarjassa. Vaippatilat on liitetty yhteellä 15.5 toisiinsa ja sisäputket lämpö-

N I eristetyllä liitosputkella 11d. 5

Muunnelmassa yhdeputki 15.5. voidaan korvata ympäröivällä vaippaputkella, joka yh- distää vaippaputket päistään (ei esitetty). Kuvan 6 muunnelmassa 3-tieventtiili on korvattu kahdella kertasäätöventtiilillä 17°. Keskeisin komponentti on paikallispiirin lämmönvaihdin, jossa käytetään poikkeuksel- — lisen suurta asteisuutta eli lämpötilaeroa ensi- ja toisiovirtojen välillä. Seuraavassa eräitä mahdollisia putkikokoja ja niiden parametrejä. Sisäputki 18/16 Cu Atk = 24 °C pituus 600 mm — 0,034 m? pituus 500 mm — 0,028 m? pituus 400 mm — 0,022 m? Sisäputki 15/13 Cu Atk = 24 °C 600 mm — 0,028 m? 500 mm — 0,023 m? 400 mm — 0,019 m? p=a-Ap- Ak a = 350 ... 750 W/ m?K

I KAYTTOVESI 59 — 57 °C LAMMITYSVESI 33 — 35 °C Atk = 24 °C — Asteisuus on edullisesti 18 — 30 °C, edullisimmin 22 — 26 °C. Osaluettelo 19 — Kiertovesipumppu 10 Lä snvaihdi 20 Paluuvesisäädin 1a vide lämmin käyttövesi 21 — Sulkuventtiil a yhde, lämmin käyttövesi 45 22° Lämmönluovutin (Vesitoiminen kui- 11b yhde, käyttövesikierto vauspatteri) — 30 11c sisäputki käyttövesikiertoa varten 22 Lamménluovutin (Vesikiertoinen lat- N 12 Huoneiston vesimittarit tialämmit & . . a e ys) 14 Huoneistosulut ja kertasäätöventtiilit 23 —Sulkuventtiili N an nn . . " o 15 Lämmönvaihtimen vaippa — 50 24 Varoventtiili 3 bar LO 15’ Suuritehoinen lämmönvaihdin 26 — Painemittari O — 4 bar r 35 15.1, 15.2 Paaty-yhteet — . 26 Paisunta-astia 2 dm?, esipaine 0,5 x 15.3, 15.4 Yhteet paikallispiirin putkia var- bar. edullisesti kooltaan 0.2 — 2 | ten KL mi S | on LV Lämmin käyttövesi

LO - 17 Kolmolioventiii 55 KV Kylmä käyttövesi + = . sa S 40 17' Kertasäätöventtiil LVK Lamminvesikierto ~~ O Kx m 30 lämpömäärän mittauslaite N 18 Käyttöveden lämmitys

Edellä olevissa esimerkeissä kyse oli kerros- tai rivitaloista. Omakotitaloissa tarvitaan- kin mahdollisesti isompaa tehoa ja se on sinne helppo järjestää. Siirrin 60 kW antaa 0,35 l/s 10 - 60 °C (esim. kaukolämpö), joten sopiva kiertojohto säädön paranta- miseksi on 0,06 I/s ja teho 500 W kahden asteen jäähtymällä (760 W kolmen asteen jäähtymällä), ja putkikoolla 18 mm. Kiertojohtohäviö on nyt reilusti alle 1 °C lyhyestä matkasta johtuen. Omakotitalossa putkikoot 18/28 ovat todennäköisesti optimaaliset. Lämmönvaihtimen vaipan 15 sisäputken halkaisija voi olla10 — 30 mm, edullisesti 12 — 16 kerros- ja rivitalossa ja 15 — 24 mm omakotitalossa. Lämmönvaihtimen 10 vaip- paputken pituus on edullisesti 250 — 1500 mm, edullisimmin 400 — 800 mm ja nimel- — listeho 200 — 500 W 25 °C asteisuudella.

N O N

N <Q

LO

I =

LO

LO 5

O N O

N 5

Claims (10)

Suojavaatimukset

1. Lämmönvaihdin (10) sovitettuna käytettäväksi käyttöveden kiertopiirin ja paikalli- sen nestekiertopiirin välillä lämmitysenergian siirtämiseksi käyttövesikierrosta pai- kalliseen nestekiertopiiriin (15, 15.1, 15.2, 22), jossa lämmönvaihdin (10) käsittää koaksiaalisen putkirakenteen, jossa on ainakin yksi pitkänomainen, päädyillä sul- jettu vaippaputki (15) ja sen sisään pitkittäin asetettu sisäputki (11c), jossa yksi nestekiertopiiri on sovitettu sisäputkeen (11c) ja toinen virtaamaan vaippaputken (15) vaippatilassa, tunnettu siitä, että lämmönvaihdin on sovitettu 0,5 — 10 I/min käyttövesivirralle ja 0,1 — 5 I/min paikalliskiertovirtaukselle tuottaen 55 — 60 °C käyttövedestä 25 - 40 *C lämpöistä nestettä paikalliskiertoon.

2. Suojavaatimuksen 1 mukainen lämmönvaihdin (10), tunnettu siitä, että lämmön- vaihtimen (10) vaippaputken pituus on 250 — 1500 mm, edullisimmin 400 — 800 mm ja nimellisteho 200 — 500 W 25 *C asteisuudella.

3. Suojavaatimuksen 2 mukainen lämmönvaihdin (10), tunnettu siitä, että lämmön- vaihtimen (10) päissä vaippaputken (15) ja sisäputken (11c) välissä on lyhyt holkki (15.6) asettaen keskiputken (11c) koaksiaalisesti.

4. Jonkin suojavaatimuksen 1- 3 mukainen lämmönvaihdin (10), tunnettu siitä, että lämmönvaihdin (10) käsittää suoran vaippaputken (15) yhteineen (15.3, 15.4) ja suoran koaksiaalisen sisäputken (11c).

5. Järjestelmä huoneistojen osatilojen kuten huoneiston kylpyhuoneen lämmittä- miseksi kiinteistössä, johon järjestelmään kuuluu O — lämpimän käyttöveden kiertopiiri (11a, 11b) lämpimän käyttöveden toimitta- N miseksi kulutuspisteille määritetyssä lämpötilassa ja

LO — 25 — välineet (22) osatilan lämmittämiseksi käyttövedellä, tunnettu siitä, että

I a * — järjestelmään kuuluu kuhunkin osatilaan sijoitettu paikallinen suljettu neste-

LO 2 kiertopiiri (15, 15.1, 15.2, 22) pumppuineen (19) ja paisunta-astioineen (26), 3

O

N 5

— jonkin suojavaatimuksen 1 — 4 mukainen lämmönvaihdin (10) käyttöveden kiertopiirin ja paikallisen nestekiertopiirin välillä lämmitysenergian siirtä- miseksi lämmönsiirron avulla paikalliseen nestekiertopiiriin (15, 15.1, 15.2, 22), ja — osatilaan sijoitetut lämmön luovutusvälineet (22) lämpöenergian luovutta- miseksi osatilaan paikallisesta nestekiertopiiristä.

6. Suojavaatimuksen 5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä lämmönvaihtimen (10) ja siten lämmönluovutuksen tehonsiirto on sovitettu alueelle 200 — 500 W kerros- tai rivitalossa ja 300 — 800 W omakotitalossa.

7. Suojavaatimuksen 5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että lämmönvaihtimen vaipan (15) pituus on 250 — 1500 mm ja sisäputken halkaisija 10 — 30 mm, edulli- sesti 12 — 16 kerros- ja rivitalossa ja 15 — 24 mm omakotitalossa.

8. Jonkin suojavaatimuksen 5 — 7 mukainen järjestelmä huoneistojen osatilojen ku- ten huoneiston kylpyhuoneen lämmittämiseksi kiinteistössä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu välineet (18) käyttöveden lämmittämiseksi ja kierrättämiseksi kiertopiirissään (11a, 116).

9. Suojavaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että siihen kuuluu käyt- töveden kiertopiiriin järjestetyt välineet energiankulutuksen mittaamiseksi.

10. Suojavaatimuksen 8 tai 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että paisunta-astia on kooltaan 0,2 — 21.

N

O

N

N <Q

LO

I Ao a

LO

LO 5

O

N

O

N 5