FI129735B - Järjestely ja menetelmä ilmanvaihdon toteuttamiseksi - Google Patents

Abstract

Järjestely useita erillistiloja (202-206) käsittävän kiinteistön (200) ilmanvaihdon toteuttamiseksi, käsittäen yhden tai useamman ilmanvaihtokanavan (230) tuloilman johtamiseksi erillistiloihin tai poistoilman johtamiseksi pois erillistiloista. Ilmanvaihtokanava (230) on järjestetty ainakin olennaisesti yhtenäiseksi silmukaksi.

Description

JÄRJESTELY JA MENETELMÄ ILMANVAIHDON TOTEUTTAMISEKSI

ALA Esillä oleva keksintö liittyy järjestelyyn ja menetelmään ilmanvaihdon toteuttamiseksi rakennuksissa.

TAUSTA Rakennuksissa, kuten toimistoissa, kouluissa, päiväkodeissa ja asuin- rakennuksissa haetaan usein säästöjä sulkemalla, tai ainakin merkittävästi vähen- tämällä ilmanvaihtoa yöaikaan ja sellaiseen aikaan, kun tila ei ole käytössä.

Suurissa tiloissa ilmanvaihdon pienentäminen aiheuttaa kuitenkin on- gelmia, koska painehäviöiden takia ilmanvaihtokoneesta kaukana sijaitsevien tilo- jen ilmanvaihto saattaa pienentyä murto-osaan alkuperäisestä tai suunnitellusta ilmanvaihdosta muuttaen rakennuksen paineolosuhteita, mikä saattaa puolestaan edesauttaa esimerkiksi kosteusvaurioiden ja muiden sisäilmaongelmien synty- mistä.

Vajaateholla toimiessaan, tai jopa ollessaan pysäytettynä, ilmanvaihto ei luonnollisesti poista rakennuksessa olevia ja syntyneitä ilman epäpuhtauksia tai rakenteista syntyviä pienhiukkaspäästöjä tai vastaavia, mitä varten ilmavaihtojär- jestelmä on rakennukseen suunniteltu ja rakennettu.

Keksinnön tarkoituksena on esittää parannettu ratkaisu yllä mainittuihin ongelmiin.

LYHYT SELITYS Keksinnön tavoitteena on esittää parannettu ilmanvaihtojärjestely ja - menetelmä. Tavoite saavutetaan keksinnöllä, joka on itsenäisten patenttivaatimus- D ten kohteena. Edullisia suoritusmuotoja on kuvattu epäitsenäisissä patenttivaati- N muksissa. O Keksinnössä ilmanvaihtokanava on järjestetty olennaisesti yhtenäiseksi ~ silmukaksi. Tällä saavutetaan se etu, että ilma saadaan siirrettyä tasaisesti koko x ilmanvaihtokanavaan ja sitä kautta rakennukseen, johon ilmanvaihtokanava on S asennettu. Silmukan muotoon asennetussa ilmanvaihtokanavassa vallitsee kaik- N kialla olennaisesti sama paine varmistaen ilman tasaisen jakautumisen halutulle = alueelle rakennuksessa. > Keksinnöllä saavutetaan se etu, että ilmanvaihtoa voidaan toteuttaa normaaleilla tai suuremmilla ilmamäärillä kuin yleensä, energiankulutuksen pysy-

essä kuitenkin huomattavasti pienempänä. Tällöin ilmanvaihtoa ei tarvitse ener- gian säästösyistä pienentää tai kokonaan sulkea. Keksinnön mukaisen ilmanvaih- tojärjestelyn suunnittelu ja toteuttaminen on myös aiempaa yksinkertaisempaa ja toimintavarmempaa.

Tarpeenmukainen ilmanvaihto on normaalisti käsitetty ilmanvaihtona, jossa ilmanvaihdon määrää säädetään välillä 0-100%, missä 100% viittaa tilan suunniteltuun ilmanvaihtoon eli sisäilman korvaamiseen ulkoilmalla. Ilmanvaihdon tarve voidaan määrittää ihmisten määrästä tilassa, tilan hiilidioksidipitoisuudesta, lämpötilasta tai muusta mitattavasta suureesta, jolloin mikäli jokin näistä arvoista ylittyy, ilmanvaihdon suunnitelman mukainen arvo voidaan myös ylittää.

Keksinnön mukaisesti ilmanvaihto toteutetaan toimivaksi 100%:n ja sitä suuremmallakin teholla suodattamalla ilmaa energiatehokkaasti. Lisäksi ilman- vaihto järjestetään pääsääntöisesti suljettuna kiertona silmukassa/renkaassa, jol- loin tarpeenmukaisuuden määritelmää ei muodosteta sisäilman ja ulkoilman kes- kinäisen vaihtomäärän perusteella, vaan rakennuksessa olevan ilmamäärän pysy- vyyden avulla. Keksinnön mukaisesti lämmitettävän ulkoilman eli raitisilman otto pienenee tai jopa poistuu kokonaan ja ilmanvaihdon määrä pysyy niin suurena että laitteisto toimii tasapainoisesti koko rakennuksessa. Merkittävänä etuna on se, että sisään otettavan raitisilman määrän ollessa pienempi, energiaa säästetään huo- mattavasti. Samaan aikaan ilmanvaihdon tarpeenmukaisuus toteutetaan puhdis- tamalla ilmaa sellaisilla suodattimilla, jotka voivat puhdistaa sisäilman jopa raitisil- maa puhtaammaksi. Suodattimien painehäviön ollessa hyvin pieni, puhaltimien painetaso ja sähkön kulutus ei nouse, vaan jopa laskee tunnettuun verrattuna, jo- ten energiatehokkuus paranee ilmamäärien pysyessä suurina tai suunnitelmien mukaisina.

» Keksinnön kohteen mukaisella ilmanvaihtojärjestelmän suunnittelulla ja toteutuksella koko rakennus saadaan toimivan ilmanvaihdon piiriin kaikissa käyt- 5 tötilanteissa sekä kaikkina aikoina. Rakennuksessa voidaan välttää tunnetun tek- N niikan ja käyttötapojen mukaisten ratkaisujen aiheuttamat kosteus- ja sisäilmaon- — gelmat. E Tilanteessa, jossa keksinnön mukainen, tarpeenmukainen ilmanvaihto co toimii, raitisilmaa ei tarvita jatkuvasti rakennukseen ilman puhdistamistoiminnon = ansiosta. Tällöin rakennuksessa olevista kosteuslähteistä vapautuva kosteus jää 2 kiertämään kanaviston kautta rakennukseen. Kuvattu suodatusmenetelmä ei it- N sessään poista kosteutta kanavistossa ja rakennuksessa kiertävästä ilmasta, mutta kosteus voidaan poistaa raitisilman hetkellisellä lisäämisellä tai suodattimien yhteydessä olevalla kosteudenpoistimella. Kosteuden poistoa voidaan ohjata ra- kennuksessa ja kanavistossa olevien kosteustunnistimien avulla. Kosteudenpoisto voidaan toteuttaa myös lämpöpumppumenetelmin, jolloin energiatehokkuus pysyy korkealla ja hyvänä. Kosteutta poistettaessa siirtyy ja menetetään myös energiaa, joten kosteuden poisto kannattaa optimoida sopivalle tasolle.

Keksinnön edut korostuvat myös tilanteissa, joissa raitisilma ei olekaan puhtaampaa kuin sisäilma. Ulkoa tuleva raitisilma siis tuo epäpuhtauksia sisäil- maan, mikä on kansainvälisestikin yleinen ongelma ilmanvaihtojärjestelmissä. On selvää, että keksinnön käyttö on erityisen edullista suurissa kaupungeissa, joissa ulkoilma on likaista sisältäen erilaisia pienhiukkasia ja muita saasteita ollen jopa varallista hengitettäväksi.

Kokonaisuutta voidaan hallita kuvatun järjestelmän olosuhteiden jatku- valla mittauksella. Mittaus voi perustua analysoivaan tekoälyyn (AiT), joka oppii rakennuksen toiminnasta asennetun logiikan avulla. Jatkuva mittaus tuottaa dataa, jota analysoidaan muutosten osalta. Muutokset laukaisevat toiminnot, jotka pois- tavat epäpuhtauksia ja/tai kosteutta järjestelmästä. Oppiva järjestelmä tarkoittaa mitattujen suureiden tuottavan tekoälylle dataa, josta juuri kyseisen kohteen ilman- vaihto voidaan oppia ja ennustaa. Datasta lasketaan muutokset, joiden avulla il- manvaihdon toiminta-arvoja voidaan pienentää tai suurentaa tarpeen mukaan ra- kennuksen pidemmän ja edullisemman elinkaaren toteuttamiseksi.

KUVIOT Keksintöä ja sen edullisia suoritusmuotoja esitetään seuraavissa kuvi- oissa, joissa kuvio 1 havainnollistaa tunnetun tekniikan mukaista ilmanvaihtojärjes- telyä; = kuvio 2 havainnollistaa keksinnön erään suoritusmuodon mukaista il- N manvaihtojärjestelyä; ja 2 kuvio 3 havainnollistaa keksinnön erään suoritusmuodon mukaista il- = manvaihtokonetta kaaviokuvana.

I

S YKSITYISKOHTAINEN SELITYS N Kuvio 1 havainnollistaa tunnettuja ilmanvaihtoratkaisuja rakennuksen > 100 ilmanvaihdon toteuttamiseksi. Rakennukseen on järjestetty useita tiloja ja/tai S erillistiloja 102-110, joihin kuhunkin johtaa ilmanvaihtokanavia 130A, 130B, 132A ja 132B. Ilmanvaihtokanavat 130A ja 132A ovat tuloilmakanavia tuloilman johta- miseksi vastaaviin erillistiloihin. Vastaavasti iimanvaihtokanavat 130B ja 132B ovat poistoilmakanavia poistoilman johtamiseksi pois erillistiloista.

Ilmanvaihtokanaviin on erillistilojen kohdalle sijoitettu ympyrällä esitet- tyjä ilman tuloilmaventtiilejä, sekä X:llä esitettyjä poistoilmaventtiileitä.

Tilat 108-110 sijaitsevat suhteellisen lähellä ilmanvaihtokonetta 120, kun taas tilat 102-106 sijaitsevat kaukana ilmanvaihtokoneesta. Etäisyydet voivat olla esimerkiksi sellaisia, että tilat 108-110 ovat parinkymmenen metrin sisällä il- manvaihtokoneesta mutta tilojen 102-106 etäisyys voi olla esimerkiksi 100-150 metriä.

Tuloilmakanavien viereen on esitetty eri kohtiin ilman puhallusvoimak- kuus (l/s) suhteessa päiväkäytön normaaliarvoon, joka on tässä esimerkissä skaa- lattu 100:ksi.

Kuvion 1 tilanne esittää esimerkinomaista yökäyttötilannetta, jolloin pu- hallusvoimakkuus ilmanvaihtokoneella asetettaisiin 50 % normaaliarvosta, eli 50:ksi. Kuten nähdään, lähellä olevissa tiloissa 108-110, puhallusvoimakkuus on edelleen kohtalaisen lähellä asetusarvoa 50, mutta kaukaisissa tiloissa puhallus- voimakkuus on pudonnut varsin merkittävästi aina tasolle 10-20 matkalla olevien tuloilmaventtiilien (ei esitetty kuviossa) vuoksi johtuen ilmanvaihtojärjestelmässä syntyvästä painehäviössä ilmanvaihtokoneessa, sen laitteissa, ilmanvaihtokana- vistossa sekä päätelaitteissa. Kokonaispainehäviö on riippuvainen ilmamäärästä, sillä kanaviston koko ei säätötoimenpiteiden aikana luonnollisesti muutu. Esimer- kinomaisesti, ilmamäärän ollessa 100 % asetusarvosta, voi painehäviö olla 300 Pa, ja ilmamäärän ollessa 50 % asetusarvosta, painehäviö voi olla 100 Pa. Paine- häviö ei ole lineaarista ja tästä johtuen ilmamäärä kanaviston loppupuolella on huomattavasti pienempi kuin mitä lineaarinen painehäviö vastaisi.

= Lisäksi tulo- ja poistokanavistojen välillä on tunnetusti aina kiinteä suhde siten, että poistoilmamäärä on yleensä rakennuksissa suurempi kuin tuloil- N mamäärä. Tämän tarkan suunnittelu- ja mitoitusvaiheen tarkoitus on aiheuttaa ra- = kennukseen lievä alipaine, jonka tehtävä on saada ilmanvirtaukset rakennuksen E rakenteissa ulkoa sisäänpäin. Mainittu suunta on kosteusteknisesti parempi ulkoil- © man ollessa yleensä kuivempaa, tai tämä virtaussuunta rakenteissa turvaa, ettei = kastepiste jää rakenteiden keskelle, jolloin rakenteisiin muodostuisi kosteutta ai- 2 heuttaen monimuotoisia ongelmia sisäilmaan ja rakenteisiin. N Kuviossa 1 on havainnollistettu ongelmaa tuloilmakanavan kannalta mutta vastaava tilanne voi olla myös poistoilmakanavassa. Jos ilmanvaihtokoneen imuteho asetetaan yöarvoon 50, kaukaisissa tiloissa 102, 104 reaalinen imuteho saattaa olla hyvin matala, esimerkiksi suuruusluokkaa 10-20.

Kuvio 2 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista ratkaisua. Kuviossa on esitetty rakennus/kiinteistö 200, jossa on useita eri etäisyydellä il- manvaihtokoneesta 220 sijaitsevia erillistiloja 202-206. Erillistilat voivat tässä yh- teydessä viitata esimerkiksi huoneisiin, käytävätiloihin, pesutiloihin tai vastaaviin suljettuihin tai suljettavissa oleviin tiloihin, tai yksinkertaisimmillaan eri sijainteihin kiinteistössä. Välttämättä erillistilat eivät näin ollen ole esimerkiksi väliseinillä ero- tettuja toisistaan tai käytävätiloista vaan viittaavat ainoastaan tiettyihin alueisiin kiinteistössä.

Kuviossa on esitetty myös ilmanvaihtokanava 230, joka tässä tapauk- sessa on tuloilmakanava, mutta rakennuksessa voi olla vastaava rinnakkainen poistoilmakanava. Tuloilmakanavaan on sijoitettu erillistilojen yhteyteen ympy- rällä esitettyjä tuloilmaventtiileitä, joista on esimerkinomaisesti numeroitu venttiilit 234A ja 234B.

Edelleen, kuten kuviosta 2 nähdään, kiinteistön kiertävä tuloilmaka- nava on järjestetty ainakin olennaisesti yhtenäiseksi silmukaksi. Eräässä suori- tusmuodossa tällä tarkoitetaan sitä, että ilhanvaihtokanavassa ei ole varsinaisia päitä, kuten alku- ja loppupäätä, vaan että kanava muodostaa täyden silmukan. Voidaan myös määritellä, että järjestelmään kuuluva ilman puhdistus/suodatus määrittää kanavan alkupään ja loppupään, eli suodattimesta virtaussuuntaan al- kava kanava voidaan nähdä kanavan alkupääksi.

Toisessa suoritusmuodossa kanavassa voi olla kaksi päätä, kanavan lähtöpää ja kanavan paluupää mutta tällöin päät ovat toisiinsa yhteydessä pai- nehäviöt olennaisesti estävän välitilan kautta. Tällainen tilanne voi olla esimer- kiksi silloin jos ilmanvaihtokanavan molemmat päät ovat järjestetyt ilmanvaihto- S koneeseen mutta päitä ei ole fyysisesti yhdistetty toisiinsa. Tällöin kanavan päät & ovat virtausyhteydessä toisiinsa ja ne ovat ilmanpaineen osalta olennaisesti yh- N tenäistä tilaa eli ilmanvaihtokoneessa ei tapahdu juurikaan painehäviöitä.

== Näin ollen, edullisesti silmukka rakennetaan siten, että ilmanvaihto- E kone on osa silmukkaa. Vaihtoehtoisesti silmukka voidaan toteuttaa siten, että © ilmanvaihtokone on sen ulkopuolella mutta silmukan muodostavaan kanavaan = yhteydessä. Tällöin silmukka ei välttämättä kulje ilmanvaihtokoneen sisätilan 2 kautta, vaan ilmanvaihtokoneen puhallin voi olla yhteydessä ilmanvaihtokana- N vaan erillisen liitynnän avulla.

Suoritusmuotojen mukaisissa ratkaisuissa, kun ilmanvaihtokanava on silmukkamainen, ilman virtaussuunta kanavassa voi olla kumpaan suuntaan ta- hansa ja vaihdettavissa, tarpeen mukaan.

Vaikka kuviossa 2 kanava/kanavisto on esitetty suorakaiteen muotoi- sena, suoritusmuodot eivät ole esitettyyn muotoon rajoittuneita, vaan kanavisto voidaan toteuttaa tarpeen muotoisena.

Edullisesti keksinnön mukaisesti kanavisto voidaan toteuttaa samalla putkikoolla eli esimerkiksi kuviossa 2 esitetty tuloilmakanavisto 230 voi olla läpi- mitaltaan yhtenevää ilmanvaihtoputkea.

Kiinteistön kanavisto voidaan toteuttaa yhden tai useamman alikana- viston avulla. Voidaan esimerkiksi ajatella, että kuvion 2 esittämä suoritusmuoto kuvaisi kerrostalon yhtä kerrosta ja saman talon toiseen kerrokseen on järjestetty vastaava kanavisto. Koko talossa saattaa olla yksi ilmanvaihtokone, jolloin kaikki eri kerroksissa sijaitsevat alikanavistot voivat olla toisiinsa yhteydessä. Tällöin kanavisto voi edelleen muodostaa virtauksellisesti yhtenäisen silmukan, vaikka siinä olisi horisontaalisen asettelun lisäksi myös vertikaalista asettelua. Kanavis- ton ja rakennuksen muodosta ja rakenteesta johtuen ilmanvaihtokonejärjestelmä voi sisältää erillisiä yksiköitä, kuten puhaltimia ja muita laitteita kanavistossa. II- manvaihtokoneen tai -koneiden tehtävänä on ohjata koko rakennuksen ilman- vaihtolaitteistoa/järjestelmää.

Useamman ilmanvaihtokoneen tapauksessa ohjaus ottaa edullisesti huomioon myös ilmanvaihtokoneista muodostuvan kokonaisuuden. Yksittäisen ilmanvaihtokoneen tarkoitus on palvella omaa kanavistoaan ja vyöhykettään, kun taas järjestelmän ohjauksen on tarkoitus palvella koko rakennusta siten, ettei yh- den ilmanvaihtokoneen järjestelmän mennessä kiinni synny rakennukseen tilan- netta, joka voisi johtaa ongelmiin sisäilman laadun tai rakennuksen kosteuden = hallinnassa.

Vaikka keksinnön mukaisella ratkaisulla, silmukkamaisella ilmanvaih- N tokanavalla, voidaan saavuttaa olennaisesti yhtenäinen ilmanpaine kaikkialla ka- == navassa, eräässä suoritusmuodossa ilmanvaihtokanavaan voidaan lisäksi asen- E taa yksi tai useampi toimilaite, kuten vakiovirtauslaite kompensoimaan esimer- © kiksi tuloilma- tai poistoilmaventtiilien yhteydessä tapahtuvaa painevaihtelua. Va- = kiovirtauslaite voidaan asentaa esimerkiksi erillistilaan johtavan virtauskanavan 2 yhteyteen tai se voi olla esimerkiksi alisiimukkakohtainen tilanteessa, jossa il- N manvaihtosilmukka koostuu esimerkiksi eri kerroksissa sijaitsevista alisilmu- koista.

Esimerkiksi tuloilmaventtiiliin yhteydessä vakiovirtauslaitteella voidaan venttiilin tuloilman sovittaa automaattisesti haluttuun arvoon. Laite on sovitettu toimimaan siten, että kun paine kanavassa kasvaa, laite sulkeutuu vähentäen virtausta kanavassa ja pitäen virtauksen vakiona laitteen yli. Paineen pienenty- essä laite puolestaan on järjestetty lisäämään virtausta kanavassa siten, että ka- navan paine pysyy halutussa vakiopaineessa.

Vakiovirtauslaite voi perustua esimerkiksi kahteen, jousen välityksellä kytkettyyn säätöosaan, jotka voivat olla esimerkiksi levyjä tai vastaavia kappa- leita. Tuloilmakanavassa ilmanvaihtokoneesta virtaussuunnassa kauempaan säätöosaan voi olla järjestetty reitti ilmavirtauksen sallimiseksi ja läheisempi levy voi olla yhtenäinen. Kanavassa vallitseva korkea paine voittaa jousivoiman, jol- loin virtaussuunnassa ilmanvaihtokonetta läheisempi säätöosa painautuu lähelle tai jopa kiinni kauempaan, ilmavirran läpipäästävään säätöosaan, säätäen ilma- virtausta laitteen läpi matalammalle tasolle. Eräässä suoritusmuodossa kauempi säätöväline käsittää yhden tai useamman läpivirtausaukon, ja kanavassa vallit- sevassa korkeassa ilmanpaineessa lähempi säätöväline peittää ainakin osittain kauemman säätövälineen mainitun yhden tai useamman läpivirtausaukon rajoit- taen ilman virtausta ilmanvirtauskanavassa.

Vakiovirtauslaitteen jouseen voi kuulua erillinen säätölaite, jonka avulla voidaan säätää jousen herkkyyttä ja voimaa. Eräässä suoritusmuodossa säätölaite käsittää kierreliitoksella toimivan mutterin jousivoiman säätämiseksi ja edelleen ka- navan ilmamäärän säätämiseksi halutuksi.

Tämä vakiovirtauslaitteen säätöominaisuus tekee tarpeettomaksi erillis- tilaan johtavan kanavan päätelaitteen, kuten venttiiliin, säätämistarpeen, eli erillis- tilakohtainen päätelaite voi olla säätövapaa. Eli käytännössä erillistilaan johtaa ai- » noastaan tilakohtainen haara ilmanvaihtoputkesta, jolloin kyseisen haaran pääte- laitteet voidaan muotoilullisesti ja kaupallisesti tehdä halutessa täysin uudella ta- 5 valla esimerkiksi sisustuselementeiksi.

N Vaihtoehtona jousivoimaisesti tapahtuvalle säädölle, laite voidaan va- — rustaa etäohjauksella, jolloin jousen säätäminen toteuttaa karamoottorin tai vas- E taavan avulla kanaviston painesuhteiden ja virtausten hallitsemiseksi. Etäohjattu co vakiovirtauslaite edesauttaa rakennuksen tarpeenmukaisen säädön toteuttami- = sessa. Säätimen ohjaus voidaan tehdä esimerkiksi siten että useita silmukoita kä- 2 sittävää rakennusta voidaan ilmastoida kokonaisuudessa ilmanvaihtokoneen 50 N %:n teholla mutta ohjataan yhteen silmukkaan silmukan tarvitsemasta ilmamää-

rästä esimerkiksi 120%, mikä toiminto voidaan suorittaa silmukka kerrallaan ja tois- taa esimerkiksi yöaikaan.

Tämä erityisesti silloin kun tarvitaan ulkoilmaa, joka on tarve lämmittää.

Edellä kuvattu korotettu ilmanvirtaus silmukassa, niin sanottu tuu- letus, voidaan toteuttaa suoritusmuotojen mukaisessa ratkaisussa ilman ylimitoi- tettuja puhaltimia.

Jos esimerkiksi johonkin silmukkaan halutaan tilapäisesti ai- kaansaada 150 % ilmanvirtaus suhteessa normaaliarvoon, ilmanvirtauksen koro- tus voidaan toteuttaa laskemalla jonkin toisen silmukan ilmamäärä esimerkiksi ta- solle 50 % tai jopa sulkemalla virtaus toisessa silmukassa kokonaan.

Käyttämällä suoritusmuotojen mukaista ilman suodatusta/puhdistusta, edellä kuvattu tuuletus on edullinen ja tehokas tapa parantaa sisäilmaa rakennuksessa.

Vakiovirtauslaitteessa voi olla edelleen mittauslaitteet tai mittausyhteet ulkopuoliselle mittauslaitteelle esimerkiksi kanavassa vallitsevan paine-eron tun- nistamista varten ja välineet tiedon siirtämistä ilmanvaihdon ohjausjärjestelmään rakennuksen kosteudenhallinnan ja energiatehokkuuden parantamiseksi.

Suoritusmuotojen mukainen toimilaite ilmanvaihtokanavan yhteydessä käsittää kiinnitysosion ilmanvaihtokanavan sisälle asennettavaksi, toimilaitteen edelleen käsittäessä ensimmäisen säätövälineen ja toisen säätövälineen sovitet- tavaksi ilmanvaihtokanavan sisälle, sekä välineet ensimmäisen ja toisen säätövä- lineen välisen etäisyyden säätämiseksi virtauksen voimakkuuden ohjaamiseksi ka- navassa.

Toisin sanoen, vakiovirtauslaitteeseen kuuluu kiinnitysosio ilmanvaihto- kanavan sisälle asennettavaksi siten, että vakiovirtauslaite kokonaisuudessaan asettuu kanavan sisälle kanavan/putken sisälle tai kahden kanavapätkän liitoskoh- taan.

Yksinkertaisimmillaan kiinnitysosiolla tarkoitetaan laitteeseen muodostettua pintaa tai uloketta asettavaksi vastaavaan tilaan kanavassa.

Vakiovirtauslaitteen molemmat säätövälineet, sekä laite muutenkin on sovitettu asenettavaksi kokonai- » suudessaan ilmanvaihtokanavan sisälle.

Vakiovirtauslaite voidaan halutessa asentaa tulo- ja/tai poistoilmakana- 5 vaan samanlaisena, sillä virtaussuunta määrittää asennustavan.

N Vakiovirtauslaitteen avulla siis haluttu kanaviston osa pysyy virtauksen = voimakkuuden osalta vakiona tietyissä rajoissa, vaikka puhaltimen tehoa ja ilma- E määrää nostetaan tai pienennetään.

Edelleen, vakiovirtauslaitteella tai -laitteilla © voidaan hallinnoida tiettyjä kanaviston osia kuten esimerkiksi yhden huoneen = venttiiliä tai jopa yhtä tai useampaa ilmanvaihtokanavasilmukkaa samanaikai- 2 sesti.

Vakiovirtauslaite auttaa vakiovirtauksen ylläpitämisessä myös siinä tapauk- N sessa, että esimerkiksi ilmanvaihtojärjestelmän suodattimet tukkeutuvat aiheut- taen paineen pienenenemistä, jolloin vakiovirtaussäädin puolestaan avautuu eikä rajoita virtausta. Toisin sanoen, kun suodattimen painehäviö kasvaa, vakiovir- taussäätimen painehäviö vastaavasti pienenee.

Kuvion 2 esittämällä keksinnön suoritusmuodolla saavutetaan se mer- kittävä etu, että koska ilmanvaihtokanava on käytännössä yhtenäinen silmukka, siinä vallitsee kauttaaltaan sama yli/alipaine, joka on kuvion esimerkissä asetettu arvoon 10/100. Näin ollen, keksinnöllä saavutetaan se merkittävä etu, että ilman puhallusteho voidaan asettaa hyvinkin matalaan arvoon, jolloin saavutetaan säästöjä lämpöenergian kulutuksen lisäksi sähköenergian kulutuksessa kuitenkin siten, että rakennuksen kaikki osat saavat vaihtoilmaa samassa suhteessa. Ver- rattuna esimerkiksi tunnettuun tekniikkaan, tyypillinen yöllinen asetusarvo puhal- lusvoimakkuudelle on ollut 50 % päiväarvosta, mutta keksinnön avulla voidaan käyttää jopa 10 % tai pienempää puhallustehoa suhteessa päiväarvoon.

Kuviossa 2 ei ole esitetty poistoilmakanavistoa mutta se voi olla käy- tännössä samalla lailla rinnakkaisena kanavistona toteutettu kuin esitetty tuloil- makanavisto. Koska myös poistoilmakanavisto on ainakin olennaisesti yhtenäi- nen ja silmukkamainen, paineet koko poistoilmakanavassa ovat myös helposti hallittavissa. Tällöin voidaan varmistua siitä, että poistoilman teho on hieman tu- loilmatehoa suurempi, jolloin kiinteistössä kauttaaltaan vallitsee varmuudella lievä alipaine kosteusvaurioiden estämiseksi.

Voidaan osoittaa, että suoritusmuotojen mukaisella silmukkamaisella kanavistorakenteella ilmanvaihdon toteuttavaan puhallukseen/imuun käytettävä teho voidaan karkeasti ottaen puolittaa verrattuna perinteiseen tiloihin päättyviin tai niistä alkaviin kanavistorakenteisiin kuten esitetty kuviossa 1, mikäli edellyte- tään samaa ilmanvaihtoa.

Edelleen, koska keksinnön suoritusmuotojen mukaisella ratkaisulla poistetaan tai ainakin voidaan merkittävästi vähentää raitisilman sisäänottoa, = saavutetaan myös säästöjä lämmityskustannuksissa kun ei synny tarvetta läm- mittää kylmää raitisilmaa. N Edellä on esitetty, että rakennuksen vajaakäyttötilanteessa, kuten = yöllä, imanvaihtotehoa voidaan laskea esimerkiksi tasolle 50 % tai 10 % suunni- E teltuun päiväarvoon 100 % nähden. Kuitenkin, keksinnön avulla on mahdollista © pitää yökäyttötaso myös jopa suunnitellussa arvossa 100 % ilmamäärän osalta. = Tällöin edullisesti kuitenkin suljetaan raitisilmaotto, jolloin järjestelmässä kierrä- 2 tetään ja puhdistetaan samaa kierrätettävää ilmaa, ja voidaan säästää lämmitys- N kuluissa, kun ei tarvitse lämmittää kylmää raitisilmaa. Toki raitisilmaottoa voidaan rajoittaa myös osittain tai mikäli se on suljettu kokonaan, se voidaan kytkeä päälle tietyin väliajoin esimerkiksi puoleksi tunniksi. Raitisilman sisäänoton aikana vas- taavasti poistetaan sisään ottoa vastaava ilmamäärä poistoilmakanavan kautta.

Ympäristöministeriön julkaiseman energiantodistusoppaan laskenta- esimerkkiä soveltaen voidaan arvioida, että pienemmän puhallus- ja imutehon käyttö, sekä vähäisempi lämmitystarve mahdollistavat jopa yli 40 % säästöt il- manvaihtoon liittyvässä kokonaisenergiankulutuksessa.

Käyttämällä silmukkamaista ilmanvaihtokanavarakennetta, pienem- mistä painehäviöistä johtuen, kanavistossa voidaan käyttää tunnettua pienempää putkikokoa. Esimerkiksi asuinrakennuksissa tyypillinen putkikoko on 200 mm, mutta erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa ratkaisussa voidaan käyttää putkikokoa väliltä 10-150 mm, jopa putkikokoa väliltä 10-65 mm. Tehdasraken- nuksissa tyypilliset putkikoot vaihtelevat tunnetusti välillä 200-1500 mm, mutta suoritusmuotojen mukainen ratkaisu sallii käytettävän putkikokoja välillä 65-150 mm. Edelleen, tunnetuissa ratkaisuissa tyypillisesti ilmanpaine kanavassa on luokkaa 0,3 — 0,8 bar, mutta suoritusmuotojen mukaisissa ratkaisuissa voidaan käyttää painetta esimerkiksi välillä 1-10 bar.

Kuviossa 3 on esitetty yksinkertaistettuna erään suoritusmukainen il- manvaihtokone 340. Ilmanvaihtokone on yhteydessä tuloilmakanavaan, joista 330A kuvaa tuloilmakanavan lähtöpäätä ja 330B saman kanavan toista päätä. Näiden väliin on sovitettu suodatinyksikkö 342 ollen osa tuloilmakanavaa, jolloin tuloilmakanava muodostaa yhtenäisen silmukan. Suodatinyksikkö voi olla toteu- tettu esimerkiksi sähkösuodatinyksikkönä.

Laite voi käsittää myös raitisiltmakanavan 344 raitisilman johtamiseksi laitteeseen ja edelleen tuloilmakanavaan 330A. Normaalioloissa raitisilmakana- vaa ei tarvitse käyttää vaan ilma kiertää tuloilmakanavassa 330B -> 330A suoda- tinyksikön läpi jatkaen edelleen tuloilmakanavistoon kiinteistössä. Järjestelmä kä- = sittää myös poistoilmakanavan (ei esitetty), jota kautta voidaan poistaa raitisilma- kanavan kautta otettua raitisilmaa vastaava ilmamäärä.

N Ilmanvaihtokoneeseen kuuluu myös ohjausyksikkö 350 laitteen/laittei- = den/ilmanvaihtokoneiden ilmanvaihdon ohjaamiseksi. Ohjausyksikköön kuuluu E puhaltimen 346 säätövälineet 352 ilmanvaihtokanavassa tapahtuman ilman kier- © rättämiseksi. Säätövälineillä 352 voidaan myös säätää raitisimakanavan 344 = kautta tapahtuvaa raitisilman sisäänottotehoa tarvittaessa. Edelleen, ohjausyk- 2 sikköön voi kuulua välineet ilman kosteuden tai paineen tai muun pitoisuuden N mittaamiseksi 354. Olosuhteen mittaus voi tapahtua joko ilmanvaihtokoneessa tai vaihtoehtoisesti mittaustulos voidaan vastaanottaa kanavistossaftiloissa ole- vista antureista. Informaation vastaanottamista tai lähettämistä varten, ilmanvaih- tokoneessa voi olla kommunikointivälineet 356, jotka voidaan toteuttaa langalli- sesti tai langattomasti. Eräässä suoritusmuodossa kommunikointivälineillä voi- daan myös säätää kanavistoon sijoitettuja vakiovirtauslaitteita vakiovirtauksen varmistamiseksi kanavistossa.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä ilmanvaihtojärjestelmän asentamiseksi. Ilmanvaihtojärjestelmä käsittää kauttaaltaan halkaisijaltaan yhte- näistä putkea. Asennusvaiheessa ilmanvaihtokanava, kuten tuloilmakanava asennetaan silmukaksi, jolloin kanavan lähtöpää ja tulopää ovat virtausyhtey- dessä toisiinsa. Kanavan lähtö- ja tulopää voidaan määritellä kanavaan asennet- tavan ilmansuodattimen suhteen.

Edullisesti kanavaan asennetaan yksi tai useampi vakiovirtauslaite, joka säätyy kanavassa vallitsevan paineen mukaan automaattisesti tai on sää- dettävissä siten, että paineolosuhteet kanavassa ovat olennaisesti vakiot.

Vakiovirtauslaitteet voidaan asentaa kanavistoon oikeisiin kohtiin teh- taalla tai valmistajalla tai urakoitsijan toimipaikassa säädettynä, jolloin keksintö mahdollistaa ilmanvaihtojärjestelmän toimituksen rakennuspaikalle valmiiksi asti säädettynä. Erona tunnettuihin asennustapoihin ja järjestelmiin on se, että niissä asennustyö tapahtuu rakennuspaikalla, minkä jälkeen kaikki osat mitataan ja säädetään erillisenä työnä toimimaan oikein. Keksinnön mukaisella asennusme- netelmällä vähennetään huomattavasti työmäärää ja nopeutetaan urakka-aikaa suhteessa tunnettuihin ratkaisuihin.

Edullisesti keksinnön mukaisessa järjestelyssä ilmanvaihtokanavan ra- kentamisessa käytetään hyvin pientä joukkoa erilaisia osia. Se, että koko kanava käyttää yhtenäistä putkikokoa, on merkittävä parannus tunnettuihin useita putkiko- S kona käyttäviin ratkaisuihin, joissa kanavan alkupää käyttää tyypillisesti isompaa & putkikokoa pienentyen tasaisesti kohti kanavan loppupäätä. Osien samankaltai- N suus lisää sarjavalmisteisuutta ja tekee käytettävistä osista entistä edullisempia = valmistaa sekä vaivattomampia asentaa. Keksinnön avulla voidaan vähentää huo- E mattavasti asennusten virhemahdollisuutta ja vapautua merkittävässä määrin tar- © peelta säätää kanaviston paineita jälkikäteen.

= Edelleen, yleisesti ilmanvaihtojärjestelmien suunnittelun ja toteutuk- 2 sen ohjeena on ollut, että kanaviston paineantureita käytetään puhaltimen oh- N jaukseen. Anturin optimaaliseen sijoitteluun voidaan käyttää joko kanaviston staattisen paineen keskikohtaa tai sellaiseen osaan haarakanavaa, jossa vallit- see alhaisin staattinen paine, mikä sijoituspiste on tavallisesti kanavan loppu- päässä viimeisen ulosoton kohdalla. Tämäkin tunnettu työvaihe voidaan välttää keksinnön avulla.

Suoritusmuodoissa esitetty ratkaisu ilmanvaihdon toteuttamiseksi on yksinkertainen ilmanvaihtojärjestelmän suunnittelun kannalta. Kun ilmanvaihto- kanava on rakenteeltaan ainakin olennaisesti yhtenäinen silmukka, jossa vallit- see ainakin olennaisesti sama paine kaikkialla, voidaan ilmanvaihtokanava suun- nitella kauttaaltaan läpimitaltaan yhteneväksi. Näin ollen, koko ilmanvaihtoka- nava voidaan suunnitella halkaisijaltaan samanlaisesta putkesta. Tämä on mer- kittävä parannus tunnettuun tekniikkaan, jossa tyypillisesti iimanvaihtokoneen lä- hellä sijaitseva putki on halkaisijaltaan suurempi kuin kaukana ilmanvaihtoko- neesta, koska ilmanvaihtokoneen lähellä putki joudutaan mitoittamaan maksi- maalisen jaettavan ilmamäärän mukaan. Tällainen halkaisijaltaan eri suuria put- kia käsittävä kanava on haasteellinen, jopa mahdoton suunniteltava ilmanpainei- den optimaalisen hallinnan kannalta rakennuksen erilaisten käyttötarpeiden mu- kaisesti. Silmukkaan voidaan johtaa ilmaa kummastakin päästä, ja sen takia asennus on yksinkertaista, virheitä tulee vähemmän ja toteutus on edullisempaa.

On selvää, että tekniikan kehittyessä keksinnöllinen ajatus voidaan to- teuttaa eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät olekaan rajoittuneita edellä esitettyihin suoritusmuotoihin vaan voivat vaihdella suojavaatimusten puitteissa.

oO

O N O K

I a a 00

N ~ o

O N

Claims (13)

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Järjestely useita erillistiloja (202-206) käsittävän rakennuksen (200) ilmanvaihdon toteuttamiseksi, käsittäen yhden tai useamman ilmanvaihtokanavan (230) tuloilman johtamiseksi erillistiloihin tai poistoilman johtamiseksi pois erillisti- loista, joka ilmanvaihtokanava (230) on järjestetty ainakin olennaisesti yhte- näiseksi silmukaksi, joka ilmanvaihtokone on järjestetty osaksi suljettua silmukkaa, tunnettu siitä, että järjestely käsittää sähkösuodattimen (342) ilmanvaihtoka- navassa kierrätettävän ilman puhdistamiseksi ja että järjestely käsittää raitisilma- liitännän (344) raitisilman ottamiseksi ilmanvaihtokanavaan (330A) ja poistoilmalii- tännän poistoilman poistamiseksi ilmanvaihtokanavasta tarvittaessa ja että järjes- tely käsittää välineet (346) ilman kierrättämiseksi silmukaksi muodostetussa ilman- vaihtokanavassa suodattimen (342) läpi rajoittamalla ulkoa tulevan raitisilman si- sään ottoa kuitenkin kierrättäen ilmaa ilmanvaihtokanavassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely tunnettu siitä, että ilmanvaihtokanava käsittää ilmanvirtauksen lähtöpään (330A) ja ilmanvirtauksen paluupään (330B), jotka lähtöpää ja paluupää ovat virtausyhdessä toisiinsa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely käsittää ilmanvaihtokanavaan toiminnallisesti yhteydessä olevan il- manvaihtokoneen (340) ja että ilmanvaihtokanavan lähtöpää (330A) ja paluupää (330B) ovat liitetyt iimanvaihtokoneeseen siten, että lähtöpää ja paluupää ovat vir- tausyhteydessä toisiinsa ilmanvaihtokoneen sisätilan välityksellä.

o

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tun - O nettu siitä, että iimanvaihtokanavan (230) poikkileikkauksen halkaisijan pituus & on ilmanvaihtokanavan olennaiselta pituudelta yhtenevä.

N S

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tun- E: nettu siitä, että järjestely käsittää vakiovirtaussäätimen (236A, 236B) tuloilman O ja/tai poistoilman virtauksen säätämiseksi pysymään ennalta määrätyssä vaihtelu- = välissä virtaamien ja painesuhteiden muuttuessa ilmanvaihtokanavassa (230).

R

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestely tunnettu siitä, että vakiovirtauslaite (236A) käsittää ensimmäisen ja toisen säätövälineen, jotka en- simmäinen ja toinen säätöväline ovat sovitetut rajoittamaan ilman virtausta ilman- vaihtokanavassa (230) säätövälineiden välisen etäisyyden funktiona.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely tunnettu siitä, että vakiovirtauslaite (236B) käsittää etäohjausvälineet virtauksen määrän etäohjaa- miseksi ilmanvaihtokanavassa.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestely tunnettu siitä, että vakiovirtaussäädin (236A) käsittää ensimmäisen säätövälineen ja toisen säätövä- lineen ilmanvaihtokanavassa (230) vallitsevan virtauksen säätämiseksi, ja välineet ensimmäisen ja toisen säätövälineen välisen etäisyyden säätämiseksi, jotka etäi- syyden säätövälineet ovat järjestetyt toimimaan ilmanvaihtokanavassa vallitsevan paineen vaikutuksesta.

9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestely tunnettu siitä, että vakiovirtaussäädin (236A) on sovitettu toimimaan siten, että kun paine kanavassa kasvaa, laite sulkeutuu vähentäen virtausta kanavassa ja pitäen virtauksen va- kiona laitteen yli, ja paineen pienentyessä laite on puolestaan järjestetty lisäämään virtausta siten, että kanavan paine pysyy halutussa vakiopaineessa.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tun - nettu siitä, että ilman virtaussuunta kanavassa vaihdettavissa tarpeen mukaan ja voi olla kumpaan suuntaan tahansa.

o

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tun - N nettu siitä, että järjestely käsittää yhden tai useamman alikanaviston, jotka ka- N navistot ovat toisiinsa yhteydessä muodostaen virtauksellisesti yhtenäisen silmu- 7 kan riippumatta kanavistojen horisontaalisesta ja/tai vertikaalisesta asettelusta.

O E

12. Menetelmä useita erillistiloja käsittävän rakennuksen ilmanvaihto- co järjestelmän toteuttamiseksi, rakennetaan ilmanvaihtokanava (230) olennaisesti = yhtenäiseksi silmukaksi käyttämällä halkaisijaltaan yhteneväistä putkikokoa koko 2 ilmanvaihtokanavassa, tunnettu siitä, että suodatetaan silmukassa kierratet- N tävää ilmaa sähkösuodattimella (342) ja että ohjataan rakennuksen ilmanvaihtoa siten, että tilapäisesti rajoitetaan raitisilman sisäänotto ilmanvaihtokanavaan (230)

edelleen kierrättäen ilmaa ilmanvaihtojärjestelmän ilmanvaihtokanavassa, jossa il- manvaihtokone on osa suljettua silmukkaa.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varustetaan ilmanvaihtokanava (230) yhdellä tai useammalla vakiovirtaussää- timellä (236A, 236B) ilmavirtauksen pitämiseksi vakiona kaikkialla iimanvaihtoka- navassa, joka yksi tai useampi vakiovirtaussäädin on esiasennettu ilmanvaihtoka- navaan, ja esisäädetty ennen asennusta rakennukseen.

O

N

O

N o <Q

NN

O

I a a 00

N ~ o

O

N