FI13557Y1

FI13557Y1 - Lämpöä varaava kennosto

Info

Publication number: FI13557Y1
Application number: FIU20230110U
Authority: FI
Inventors: Ari Hemmilä
Original assignee: Hari Ventures Tmi
Priority date: 2023-12-12
Filing date: 2023-12-12
Publication date: 2024-03-01

Abstract

Lämpöä varaava kennosto, tunnettu siitä, että se koostuu vähintään kahdesta tasomaisesta puupohjaisesta levystä (1), joiden väliin on kiinnitetty puristetusta biomassasta kuten puupohjaisesta massasta tai lastuista valmistettuja brikettejä (2), joiden väliin jää ilmarakoja, joissa kiertävä ilma joko luovuttaa lämpöenergiaa näihin briketteihin tai siirtää lämpöenergiaa näistä briketeistä niiden välissä kiertävään ilmaan.

Description

LÄMPÖÄ VARAAVA KENNOSTO

KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on suojavaatimuksen 1 johdanto-osassa määritetty lämpöä varaava kennosto käytettäväksi asuntojen lämmitykseen ja jäähdytykseen.

KEKSINNON TAUSTA

Pyrittäessä kohti hiilineutraalia energiantuotantoa tulee uusiutuvien ja polttoon perustumattoman tuuli- ja aurinkovoiman osuutta lisätä huomattavassa määrässä. Ongelmana on näiden energialähteinen tehontuoton suuri vaihtelu vuorokausitasolla, josta seuraa energiajärjestelmässä tarve sekä säätöenergiaan että nopeasti poiskytkettävään säätökuormaan.

Toisaalta leveysasteilla, jotka ulottuvat pohjoisesta Suomesta aina eteläiseen Italiaan on vuorokauden lämpötilavaihtelut niin suuria, että tiettyinä vuodenaikoina on tarvetta lämmittää asuntoja yöaikaan tai jäähdyttää niitä päiväaikaan, pahimmassa tapauksessa molempia.

Edellä mainituiden seikkojen takia on sähköenergian hinnassa suurta vuorokausivaihtelua aina 1:5 asti. Sama suhde on nähtävissä sähköenergian tuottamisessa vapautuvan hiilidioksidin määrässä — kilowattituntia kohden. Huippuvoiman tuotanto perustuu lähes aina polttoon perustuviin prosesseihin.

Keksinnön tarkoituksena on saada markkinoille energiaa varastoiva kennosto, joka: e Pystyy varastoimaan lämpöenergiaa useiksi tunneiksi. e Kennostoa voidaan käyttää myös asuntojen viilennykseen jäähdyttämällä siinä olevaa termistä massaa huonelämpötilaa alhaisempaan lämpötilaan joko johtamalla kennostoon kylmää ulkoilmaa yöaikaan tai käyttämällä jäähdytykseen sopivaa lämpöpumppua. e On valmistettu pääosin uusiutuvista raaka-aineista kuten puusta, jolloin kennosto toimii myös hiilivarastona. e Pystytään valmistamaan käyttäen yleisesti käytössä olevia valmistuslinjoja ja koneita ilman kalliita lisäinvestointeja. e Soveltuu käytettäväksi ulkoseinä- ja sisäseinärakenteen osana sekä erillisiin huonekalumaisiin energiavarastoihin. e Pystytään kierrättämään eliniän päätyttyä samaksi tuotteeksi

KEKSINNON YHTEENVETO

Keksinnönmukaiselle energiaa varaavalle kennostolle tunnusomaisten ominaisuuksien osalta viitataan suojavaatimukseen 1.

Pohjoismaissa pientalojen yleisin rakennustapa on puurunkoinen rakennus missä rakenteen terminen massa on hyvin pieni ja huolimatta hyvästä eristeestä se jäähtyy talven pakkasilla suhteellisen nopeasti ilman jatkuva primäärienergiansyöttöä mm ilmastoinnin takia.

Varaamalla energiaa halvan energian tunteina rakennukseen tuo asukkaalle kustannussäästöjä ja sähköyhtiölle mahdollisuuden saada nopeasti poiskytkettävää kuormaa ilman asukkaalle aiheutuvaa lämpötilaeroa asuintiloissa.

Termisen massan lisääminen asuinrakennuksiin parantaisi myös niiden huoltovarmuutta sähkökatkojen varalta. Perustuuhan lähes 60 kaikki lämmitysmuodot jatkuvaan häiriöttömään sähkönsyöttöön.

Aikaisempina vuosikymmeninä oli yleistä varustaa asuinrakennukset varaavilla tulisijoilla, jotka toimivat varalämmityslähteinä myös sähkönsyötön katkettua myrskyn tai muun sellaisen häiriötekijän varalta. Uudet asuinrakennukset kuitenkin rakennetaan 65 kustannussyistä ilman näitä varaavia termisiä massoja kustannussyistä.

Pyrittäessä kohti hiilineutraaleja rakennuksia ovat poltetuista tiileistä tehdyt rakenteet kuten takat ja leivinuunit myös ongelmallisia samoin niiden pienhiukkaspäästöt tiheään rakennetuilla asuinalueilla. 70 Puu on varsin erikoinen materiaali termisenä massana. Sen lämpökapasiteetti, eli lämmön varastoimiskyky on miltei samaa luokkaa poltettujen tiilien kanssa, mutta massa vain noin puolet.

Puuta ei kuitenkaan voi käyttää tehokkaasti termisenä massana koska sen eristyskyky on myös hyvä ja lämmön vienti rakenteeseen 75 — pienellä lämpötilaerolla ei onnistu. Esim. CLT talon seinät eivät juuri varastoi lämpöä.

On olemassa puurakenteita, joissa rakenteessa olevia kanavistoja käytetään hyväksi lämmön varastoimiseen syvemmälle rakenteeseen ja sieltä ulos tarvittaessa. Tällainen rakenne on so esimerkiksi Finnshield TES (thermal energy storage, www .ciho.ti).

Keksinnön mukaisella rakenteella voidaan kennoston kanavisto toteuttaa myös käyttämällä termisenä massana yleisesti saatavissa olevia korkean tiheyden omaavia polttobrikettejä, jotka on modifioitu kestävimmiksi esimerkiksi käyttämällä sidosaineena tärkkelystä tai 85 —tanniinia, mutta valmistettu jo olemassa olevilla puristimilla. Briketit on kiinnitetty puulevyihin (lastulevy, vaneri, MDF jne.) ja niiden välissä ilmaa kierrätetään joko painovoimaisesti tai mekaanisilla puhaltimilla.

Polttoon tarkoitettujen brikettien tiheys on tyypillisesti 600 — 1000 90 kg/m3 ja mitat kaikkiin kolmeen suuntaan 20 — 200 mm. Esimerkiksi yleisimmin Suomessa myytävät polttobriketit ovat: pituus 150 mm, leveys 90 mm ja paksuus 65 mm.

KUVALUETTELO os KUVAT

Kuva esittää periaatteellista kuvaa energiaa varaavasta kennostosta, jossa kahden lastulevyn väliin on kiinnitetty puumassasta valmistettuja brikettejä. Kuvassa toisen puolen tasomainen levy on irrotettu havainnollisuuden vuoksi 100 KUVA2

Kuva esittää keksinnönmukaista energiaa varaavaa kennostoa sijoitettuna IKEAn kirjahyllyn sisään.

KUVA 3

Kuva esittää keksinnönmukaista energiaa varaavaa kennostoa 105 — katsottuna edestäpäin ilman toisen puolen tasomaista levyä, jolloin brikettien väliin jäävät ilmaraot ovat näkyvissä.

KUVA 4

Kuva esittää kuvassa 3 olevaa rakennetta sivusta. 110 KEKSINNON YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti rakenteella, jossa asuntoon lisättävä terminen massa on toteutettu sijoittamalla kaksi keksinnönmukaista kennostoa standardi kirjahyllyn 3, IKEA 115 — Billy, sisään ja johtamalla niihin lämmitettyä ilmaa halvan energian tunteina käyttäen normaalia sähköistä virtauslämmitintä 4. Ilman kierrätys on toteutettu tietokoneissa käytetyillä aksiaalipuhaltimilla, jotka on sijoitettu rakenteen alaosaan 5. 120 Koska tarkoitus on tehdä terminen varasto käyttämällä ainoastaan valmiina ostettavia komponentteja, käytetään järjestelmän runkona

IKEAn Billy kirjahyllyä, johon asennetaan päällekkäin kaksi keksinnönmukaista kennostoa, joiden mitat määräytyvät hyllykön mitoista. Kennoston korkeudeksi valittiin 1830 mm ja leveydeksi 750 125 mm. Virtauslämmitin 4 on sijoitettu yläkaappiin ja lämmitetty ilma johdetaan kennostolle alakaapin ja yläkaapin väliin tehdyistä aukoista.

Termisenä massana käytetään yleisiä RUH puristimella puhtaasta sahanpurusta valmistettuja brikettejä 2 mitoiltaan 150 x 65 x 90 mm 130 ja tiheydeltään noin 800 kg/m3. Näitä brikettejä on saatavissa useilta eri toimittajilta ja koska tässä ratkaisussa kennostoissa kiertävä ilma puhalletaan huonetilaan, valitaan toimittaja, joka valmistaa briketit ainoastaan puhtaasta sahanpurusta. Mikäli kennostoa käytettäisiin esimerkiksi väliseinissä missä kiertoilmaa ei lasketa huonetilaan 135 vaan sen tehtävä on siirtää lämpöä huonetilaan rajoittuvaan uloimpaan levykerrokseen, voidaan käyttää myös kierrätysmateriaalista valmistettuja polttobrikettejä.

Briketit käsiteltiin ympäristöystävällisellä liimalakalla, jolloin niiden pintakerros vahvistuu ja riski brikettien murtumiseen pienenee. 140 Kennoston mitoilla (1830 x 750 mm) olevalle 15 mm lastulevylle 1 liimattaan 10 kpl vaakasuoraan ja 10 kpl pystysuoraan RUH puristimella valmistettuja brikettejä siten, että brikettien pisin sivu on samansuuntainen lastulevyn pisimmän sivun kanssa ja kennoston paksuudeksi ilman niiden molemmin puolin liimattuja lastulevyjä 1 145 90 mm. Käytettäessä standardi paksuisia 15 mm lastulevyjä liimattuina brikettien molemmille puolille tulee kennoston kokonaispaksuudeksi 15+90+15 = 120 mm.

Claims

150 SUOJAVAATIMUKSET

1. Lämpöä varaava kennosto, tunnettu siitä, että se koostuu vähintään kahdesta tasomaisesta puupohjaisesta levystä (1), joiden väliin on kiinnitetty puristetusta biomassasta kuten 155 puupohjaisesta massasta tai lastuista valmistettuja brikettejä (2), joiden väliin jää ilmarakoja, joissa kiertävä ilma joko luovuttaa lämpöenergiaa näihin briketteihin tai siirtää lämpöenergiaa näistä briketeistä niiden välissä kiertävään ilmaan. 160

2. Suojavaatimuksen 1 mukainen kennosto tunnettu siitä, että brikettien välissä kierrätetään ilmaa mekaanisella puhaltimella

(5). 165 3. Suojavaatimuksen 1 mukainen kennosto, tunnettu siitä, että briketit on valmistettu lisäämällä ennen puristusta massaan sidosainetta esimerkiksi tärkkelystä tai tanniinia.

4. Suojavaatimuksen 1 mukainen kennosto, tunnettu siitä, että 170 briketit on puristuksen jälkeen käsitelty niiden pintaa kovettavalla liuoksella esimerkiksi liimalakalla.

5. Suojavaatimuksen 1 mukainen kennosto, tunnettu siitä, että kennostossa kiertävä kuuma tai kylmä ilmavirta on kehitetty 175 käyttämällä lämpöpumppua.