FI60437B - Foerfarande och anlaeggning foer uppvaermning av utrymmena i en luftkonditionerad byggnad med hjaelp av solenergi - Google Patents

Description

—----1 r„, .... KUULUTUSJULKAISU - n . - „ W* W UTLACG NIN GSSKMI FT 604 37 mmfSrjg C (45) Patentti eyönnetty 11 01 1982 l4u«^ Patent aeddelat (51) Kv.ik.Vci.3 F 24 D 11/00, 19/10, F 24 J 3/02 SUOMI —FIN LAND (21) P«t«nMlhak*mut — PatuntwwBknlng 793602 (22) H»k«ml«pilvl — Aiueknlngtdag 16.11.79 ' * (23) AlkupUvi—Giltlghetsdag l6.ll.79 (41) Tullut (ulklMlul — Blivlt offentllg 17.05.8l

Patentti- ja rekisterihallitus ..., ..... ,. , .......

_ , (44) Nihtlvlkslpanon ja kuul.|ulkaltun pvm. —

Patent- oeh registerstyrelsen Anaökan utlagd och utl.akrlftan publtcerad 30.09.8l (32)(33)(31) hl4«tif atuolkawt—Baglrd prioritet (71) Asko-Upo Oy, 15100 Lahti 10, Suomi-Finland(FI) (72) Tapani Miettinen, Lahti, Taisto Nieminen, Lahti,

Suomi-Finland(FI) (7^) Oy Kolster Ab (5M Menetelmä ja laitteisto ilmastoidun rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi aurinkoenergian avulla - Förfarande och anlägg-ning för uppvärmning av utrymmena i en luftkonditionerad hyggnad med hjälp av solenergi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi aurinkoenergialla lämmitetyn ilman avulla, jolloin ulkoilma johdetaan rakennuksen sisään aurinkopaneelin tai sentapaisen laitteen kautta, jossa se voi lämmetä auringon lämpö-energian vaikutuksesta, ja näin saadun korvausilman lämpöenergia-määrään vaikutetaan lämmönvaraajan avulla korvausilman ja lämmönvareajan varausaineen lämpötilojen keskinäisestä suhteesta riippuvaisesti. Keksintö koskee myös laitteistoa tämän menetelmän toteuttamiseksi.

Sellaiset menetelmät ja laitteistot ovat ennestään tunnettuja, joissa koneellisesti ilmaistoidun rakennuksen korvausilmaa lämmitetään aurinkopaneelissa tai jossakin vastaavassa tilassa, ks. suomalainen patenttihakemus n:o 772478. Hakemuksessa esitetyssä ratkaisussa korvausilma johdetaan joko suoraan tai, kun huonetilat ovat halutussa lämpötilassa, lämmönvaraajan kautta rakennuksen huonetiloihin. Lämmönvaraajan sisältämä lämpö voidaan myöhemmin tar- 2 604 37 vittaessa ottaa käyttöön.

Mainitun hakemuksen mukaisessa laitteistossa korvausilma-kanavan alkuosaan on liitetty kiertoilman tulokanava, joten tämän tulokanavan jälkeen sijaitsevan lämmönvaraajän kautta virtaa sekä korvaus- että kiertoilmaa. Tällöin lämmönvaraajasta voidaan siirtää lämpöä korvaus- ja kiertoilmaan vain siinä tapauksessa, että lämmönvaraa jän lämpötila on korkeampi kuin korvaus- ja kiertoilmasekoi-tuksen lämpötila, koska muussa tapauksessa lämmönvaraaja jäähdyttää ilmaa. Tästä seuraa, että energian keruuaika jää lyhyeksi varsinkin suurilla leveysasteilla. Auringottomina ja kylminä aikoina pyritään korvausilmamäärää pienentämään. Tällöin tingitään ilman puhtaudesta ja mm radioaktiivisen radonin pitoisuus huoneilmassa lisääntyy.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan menetelmä huonetilojen lämmittämiseksi aurinkoenergian avulla, jonka mukaan lämmönvaraajaa voidaan käyttää korvausilman lämmittämiseen myös hyvin alhaisissa lämpötiloissa ja kaikkina vuodenaikoina. Tämä päämäärä saavutetaan keksinnön mukaan siten, että korvausilman lämpöener-giamäärään vaikutetaan lämmönvaraajan avulla ennen muita korvaus-ilman lämpöenergiamäärään vaikuttavia toimenpiteitä, kuten korvaus-ilman lisälämmitystä tai sekoitusta huonetilojen kiertoilmaan.

Koska lämmön siirto korvausilman ja lämmönvaraajan välillä suoritetaan ennen kuin korvausilman lämpötilaa on nostettu esimerkiksi sekoittamalla siihen kiertoilmaa, voidaan lämmönvaraajaa käyttää hyväksi myös hyvin alhaisissa lämpötiloissa. Esimerkiksi, jos läm-mönvaraajan lämpötila on vaikkapa -25°C ja aurinkopaneelin kautta tulevan korvausilman lämpötila on -30°C, kannattaa lämmönvaraajasta saatavaa lämpöenergiaa siirtää korvausilmaan niin kauan, kunnes lämmönvaraajan lämpötila on laskenut lähelle -30°C. Lisäksi laitteiston häviöt jäävät pieniksi, koska yleensä toimitaan ympäristöön nähden alhaisilla lämpötiloilla.

Lämpöenergiaa voidaan siirtää korvausilman ja lämmönvaraajän välillä neljästä tekijästä, nimittäin ulkoilman lämpötilasta, läm-mönvaraajan kytkentäkohdan ja aurinkopaneelin välillä virtaavan korvausilman lämpötilasta, lämmönvaraajän varausaineen lämpötilasta ja huonetilojen muiden lämmönlähteiden käyttöönottotarpeesta kertovasta impulssista, riippuvaisesti siten, että kun korvausilma ei lämpene aurinkopaneelissa lämpöenergiaa siirretään lämmönvaraajasta korvausilmaan jos t^t mutta siirtoa ei suoriteta jos ty-^tp ja kun korvausilma lämpenee aurinkopaneelissa siirtoa ei suoriteta jos 3 60437 tv^ t paitsi jos muiden lämmönlähteiden käyttöönotto muuten olisi tarpeen mutta lämpöenergiaa siirretään korvausilmasta lämmön-varaajaan jos tv<t^ paitsi silloin kun tämä aiheuttaisi muiden lämmönlähteiden käyttöönoton. Tämän menetelmän toiminnanohjauksessa riittää siten vain kolmen lämpötilan mittaus, lisälämmitystarpeesta saatava impulssi ja näiden tietojen pohjalta tapahtuva lämpöenergian siirto-ohjaus.

Keksinnön kohteena on myös laitteisto edellä esitetyn menetelmän toteuttamiseksi, johon laitteistoon kuuluu rakennuksen ulkopuolelta rakennuksen sisäpuolelle johtava korvausilmakanava, jonka alkupäässä on aurinkopaneeli tai sentapainen laite, jossa ulkoilma voi lämmetä auringon lämpöenergian vaikutuksesta, jolloin korvaus-ilmakanavassa lämmönsiirrin, joka on yhdyselimen avulla kytketty lämmönvaraajaan, ja yhdyselimessä on laite lämmönvarausaineen säädetyksi siirtämiseksi lämmönvaraajän ja lämmönsiirtimen välillä. Laitteistolle on tunnusomaista, että lämmönsiirrin sijaitsee korvaus-ilman virtaussuunnassa katsottuna ennen muita korvausilman lämpö-energiamäärään vaikuttavia laitteita, kuten lisälämmityslaitteita tai huonetilojen kiertoilman tulokanavia. Tällaisen laitteiston rakenne on yksinkertainen, koska aurinkopaneelissa on vain ilmakanavat, lämmönvaraaja on pieni (esim. pientalossa riittää 0,5...1,0 m neste-varaaja) ja lämmönsiirtimenä ja pumppuna voidaan käyttää standardi-komponentteja.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheiseen piirustukseen viitaten, jossa on esitetty periaatekuva keksinnön mukaisesta laitteistosta.

Piirustuksessa on esitetty aurinkopaneeli 1, joka voi sijaita esim. katolla, talon eteläpäädyssä jne. Se voi periaatteessa olla mikä tahansa ilmalle tarkoitettu aurinkopaneeli. Tässä esimerkkitapauksessa sen muodostavat läpinäkyvä peitelevy 2, lämpöä hyvin absorboiva absorptiolevy 3 ja lämpöeriste 4. Paneelia koossapitävää runkoa ei ole esitetty. Paneeliin 1 on liitetty korvausilmakanava 5, jonka ympärillä on lämpöeristys 6. Korvausilmakanavan laajennusosaan 7 on sijoitettu lämmönsiirrin 8, joka on lämpöeristettyjen putkien 9 ja 10 avulla liitetty lämmönvaraajaan 11.

Kuten piirustuksesta ilmenee, sijaitsee lämmönsiirrin 8 lyhyen matkan päässä aurinkopaneelista 1 ja ennen korvausilman mahdollisia lisälämmittimiä kiertoilman tulokanavia tai muita korvaus-ilman lämpötilaa kohottavia laitteita, jotka toimivat muun kuin aurinkoenergian avulla. Lämmönvaraaja 11 on täytetty varausnesteellä " 60437 12 ja se sekä kansi 13 on varustettu lämpöeristyksellä 1H. Putkeen 10 on asennettu nesteenkierrätyspumppu 15. Ilmanottokanava voidaan lisäksi jäähdytyskautta varten varustaa venttiilillä 16, joka on lämmityskaudella kuviossa esitetyssä asennossa. Ilman kulkusuunta on merkitty kuvioon nuolilla.

Laitteisto voidaan varustaa yksinkertaisella ohjausautomatiikalla ja sen toiminnassa voidaan erottaa seuraavat käyttötapaukset: 1. Lämmityskauden aika, jolloin aurinkoenergiaa ei saada.

1.1 Jos varausnesteen lämpötila t on korkeampi kuin korvaus-ilman lämpötila t , joka siis tässä tapauksessa on sama kuin ulkoilman lämpötila tu, käynnistyy pumppu P ja siirtää lämpöä varaajasäiliöstä 11 lämmönsiirtimen 8 välityksellä sen kautta kulkevaan korvausilmaan. On huomattava, että lämmönsiirto kannattaa esimerkiksi vaikka ty on -20°C, jos t on sitä alhaisempi (esim. -25°C). Pumppu P voi olla myös esim. kello-ohjattu niin, että varausta puretaan etupäässä kalliin sähkö-tariffin aikana.

1.2 Jos tySE^tp, ei pumppu P toimi 2. Lämmityskauden aika, jolloin aurinkoenergiaa saadaan eli lp 2.1 Jos tv^> tp, ei pumppu P toimi muulloin paitsi silloin, jos vaihtoehtona lämmöntarpeen tyydyttämiseksi on jonkin kalliimman tai vaivalloisemman lämmönlähteen käyttöönotto (esim. säh-kölisälämmitin, kattilalaitoksen käynnistäminen jne.).

2.2 Jos ty< tp, toimii pumppu P ja siirtää lämpöä myös lämmön-varaajaan 11 muulloin paitsi silloin, kun lämpöä tarvitaan heti kuten kohdassa 2.1.

3. Jäähdytyskauden aika Jäähdytyskaudeksi käännetään venttiili 16 katkoviivoilla esitettyyn asentoon. Tällöin korvausilma tulee suoraan korvausilma-kanavaan 5 mieluimmin esimerkiksi rakennuksen pohjoissivulta, jossa ilma on yleensä viileämpää, ja ohittaa aurinkopaneelin 1. Jos esimerkiksi kylmänä yönä tp ΐγ, käynnistyy pumppu P ja lämmönvaraajän neste jäähtyy. Aurinkoisena päivänä, jos tv<itp, käynnistyy pumppu P ja varausneste jäähdyttää lämmönsiirtimen 8 kautta kulkevaa korvausilmaa. Aurinkoenergian lämmönvaraajaa voidaan siis käyttää myös lämmityskauden ulkopuolella.

Ldellä esitetystä poiketen voidaan lämmönvaraajassa käyttää muitakin varaavia aineita, kuten suoloja, kiveä jne. ja lämmön siirtämiseen varaajasta ja takaisin voidaan käyttää myös suljettua ilmankiertopiiriä. Pumppu P korvataan tällöin puhaltimella.

Aurinkopaneeliin voidaan absorptiolevyn 3 lisäksi asentaa 5 60437 nesteputkisto, jossa kiertävää nestettä voidaan - silloin kun lämpötila on kyllin korkea - käyttää lämpimän käyttöveden esiläm-mittämiseen tai lämmittämiseen. Erittäin tehokas lämmönsiirto saavutetaan, kun putkisto kiinnitetään absorptiolevyyn.

Kun keksinnön mukaista laitteistoa käytetään suomalaisen patenttihakemuksen n:o 781503 mukaisen lämpöpumppulaitoksen yhteydessä, voidaan jäähdytyskaudella, jolloin lämpöpumppua käytetään lämpimän käyttöveden valmistukseen, ohjata -5 ... -10°C:een jäähdytetty poistoilma jäähdyttämään lämmönvaraajaa. Lämmityskaudella voidaan tehdä samoin silloin, kun varaajan lämpötila on poistoilman lämpötilaa alhaisempi. Tällainen tilanne voi syntyä pitkinä, pilvisinä pakkaskausina.

Claims (3)

6 60437

1. Menetelmä rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi aurinkoenergialla lämmitetyn ilman avulla, jolloin ulkoilma johdetaan rakennuksen sisään aurinkopaneelin (1) tai sentapaisen laitteen kautta, jossa se voi lämmetä auringon lämpöenergian vaikutuksesta, ja näin saadun korvausilman lämpöenergiamäärään vaikutetaan läm-mönvaraajan (11) avulla korvausilman ja lämmönvaraajän varausaineen (12) lämpötilojen keskinäisestä suhteesta riippuvaisesti, tunnettu siitä, että korvausilman lämpöenergiamäärään vaikutetaan lämmönvaraajan avulla ennen muita korvausilman lämpöenergiamäärään vaikuttavia toimenpiteitä, kuten korvausilman lisälämmitystä tai sekoitusta huonetilojen kiertoilmaan.

2. Laitteisto patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, johon kuuluu rakennuksen ulkopuolelta rakennuksen sisäpuolelle johtava korvausilmakanava, jonka alkupäässä on aurinkopaneeli (1) tai sentapainen laite, jossa ulkoilma voi lämmetä auringon lämpöenergian vaikutuksesta, jolloin korvaus ilmakanavassa lämmönsiirrin (8), joka on yhdyselimen (9, 10) avulla kytketty lämmönvaraajaan (11), ja yhdyselimessä on laite (P, 15) lämmön-varausaineen (12) säädetyksi siirtämiseksi lämmönvaraajän (11) ja lämmönsiirtimen (8) välillä, tunnettu siitä, että lämmönsiirrin (8) sijaitsee korvausilman virtaussuunnassa katsottuna ennen muita korvausilman lämpöenergiamäärään vaikuttavia laitteita, kuten lisälämmityslaitteita tai huonetilojen kiertoilman tulokanavia.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että korvausilmakanavassa (5) on aurinkopaneelin (1) jälkeen venttiili (16), jonka avulla aurinkopaneeli on jäähdytys-tilanteessa ohitettavissa.