FI60437C

FI60437C - EXTENSION OF RELEASE FOR EXTERNAL USE AND END OF CONDITIONING WITH A SOLUTION

Info

Publication number: FI60437C
Application number: FI793602A
Authority: FI
Inventors: Tapani Miettinen; Taisto Nieminen
Original assignee: Asko Upo Oy
Priority date: 1979-11-16
Filing date: 1979-11-16
Publication date: 1982-01-11
Also published as: FI793602A; FI60437B

Description

— I .... KUULUTUSJULKAISU - - . , „ 3®Γλ M (,1>UTL»eONINOSSKAIFT 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 — Patvntans6knint 793602 (22) H»k«ml«pilvl — Aiueknlngtdag 16.11.79 ' * (23) AlkupUvi—Giltlf hetsdag l6.ll.79 (41) Tullut lulklMkil — Bllvlt offentllg 17.05.8lI ... NOTICE -. , „3®Γλ M (, 1> UTL» eONINOSSKAIFT 604 37 mmfSrjg C (45) Patent issued 11 01 1982 l4u «^ Patent aeddelat (51) Kv.ik.Vci.3 F 24 D 11/00, 19/10 , F 24 J 3/02 ENGLISH —FIN LAND (21) P «t« nMlhak * mut - Patvntans6knint 793602 (22) H »k« ml «pilvl - Aiueknlngtdag 16.11.79 '* (23) AlkupUvi — Giltlf hetsdag l6. ll.79 (41) Tullut lulklMkil - Bllvlt offentllg 17.05.8l

Patentti- ja rekisterihallitus .... ..... . .......Patent and Registration Office .... ..... . .......

_ ' (44) Nihtlvlkslpanon ja kuul.|ulkaltun pvm. —_ '(44) Date of entry and date of issue. -

Patent- oeh registerstyrelsen Anaökan utlagd och utl.akrlftan publtcerad 30.09.8l (32)(33)(31) hl4«tif atuolkaut—Baglrd prioritet (71) Asko-Upo Oy, 15100 Lahti 10, Suomi-Finland(Fl) (72) Tapani Miettinen, Lahti, Taisto Nieminen, Lahti,Patent- oeh registerstyrelsen Anaökan utlagd och utl.akrlftan publtcerad 30.09.8l (32) (33) (31) hl4 «tif atuolkaut — Baglrd priority (71) Asko-Upo Oy, 15100 Lahti 10, Suomi-Finland (Fl) (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.The present invention relates to a method for heating a room in an air-conditioned building with solar energy - A method and apparatus for heating the rooms of an air-conditioned building with solar energy - A method and apparatus for heating a room in an air-conditioned building with solar energy the heat energy of the replacement air thus influenced by the heat accumulator also depends on the relationship between the temperatures of the replacement air and the storage time of the storage medium. to implement the method.

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.Methods and installations are known in which the replacement air of a mechanically ventilated building is heated in a solar panel or a similar space, cf. Finnish patent application No. 772478. In the solution presented in the application, the replacement air is led either directly or, when the rooms are at the desired temperature, through a heat accumulator to the rooms of the building. The heat contained in the heat accumulator can later be used if necessary.

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.In the apparatus according to said application, a recirculation air inlet duct is connected to the beginning of the replacement air duct, so that both replacement and recirculation air flows through the heat accumulator located downstream of this inlet duct. In this case, heat can be transferred from the heat accumulator to the replacement and recirculation air only if the temperature of the heat accumulator is higher than the temperature of the replacement and recirculation air mixture, because otherwise the heat accumulator cools the air. As a result, the energy collection time remains short, especially at high latitudes. In sunny and cold weather, efforts are made to reduce the amount of replacement air. In this case, the purity of the air is compromised and, among other things, the concentration of radioactive radon in the room air increases.

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.The object of the present invention is to provide a method for heating rooms with solar energy, according to which a heat accumulator can be used for heating replacement air even at very low temperatures and in all seasons. According to the invention, this object is achieved by influencing the heat energy amount of the replacement air by means of a heat accumulator before other measures affecting the heat energy amount of the replacement air, such as additional heating of the replacement air or mixing with the room air.

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.Since the heat transfer between the replacement air and the heat accumulator is carried out before the temperature of the substitute air has been raised, for example by mixing circulating air with it, the heat accumulator can also be used at very low temperatures. For example, if the temperature of the storage tank is, for example, -25 ° C and the temperature of the replacement air coming through the solar panel is -30 ° C, it is advisable to transfer the heat energy from the storage tank to the replacement air until the storage tank temperature drops close to -30 ° C. In addition, equipment losses remain small because they generally operate at low temperatures relative to the environment.

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.Heat energy can be transferred between the replacement air and the heat accumulator from four factors, namely the outdoor temperature, the temperature of the replacement air flowing between the heat accumulator connection point and the solar panel, the heat accumulator charge temperature and the t ^ t but the transfer is not performed if ty- ^ tp and when the replacement air heats up in the solar panel the transfer is not performed if 3 60437 tv ^ t unless if the introduction of other heat sources would otherwise be necessary but heat energy is transferred from the replacement air to the heat accumulator if tv <t ^ would lead to the introduction of other heat sources. Thus, in the operation control of this method, only the measurement of three temperatures, the impulse from the need for additional heating and the control of thermal energy transfer on the basis of this information are sufficient.

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.The invention also relates to an apparatus for carrying out the above method, which apparatus comprises a replacement air duct leading from outside the building to the inside of the building, at the beginning of which there is a solar panel or similar device in which the outdoor air can be heated by solar thermal energy, the replacement air duct the connecting member has a device for the controlled transfer of the heat transfer medium between the heat accumulator and the heat exchanger. The system is characterized in that the heat exchanger is located in the flow direction of the replacement air before other devices that affect the amount of heat energy in the replacement air, such as additional heating devices or room air supply ducts. The structure of such equipment is simple, because the solar panel has only air ducts, the heat accumulator is small (eg in a detached house a 0.5 ... 1.0 m liquid accumulator is sufficient) and standard components can be used as heat exchangers and pumps.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheiseen piirustukseen viitaten, jossa on esitetty periaatekuva keksinnön mukaisesta laitteistosta.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which a schematic diagram of an apparatus according to the invention is shown.

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.The drawing shows a solar panel 1, which can be located e.g. on the roof, at the south end of the house, etc. It can in principle be any solar panel for air. In this exemplary case, it is formed by a transparent cover plate 2, a highly heat-absorbing absorption plate 3, and a thermal insulator 4. A body holding the panel together is not shown. A replacement air duct 5 is connected to the panel 1, around which there is a thermal insulation 6. A heat exchanger 8 is arranged in the extension part 7 of the replacement air duct, which is connected to the heat accumulator 11 by means of thermally insulated pipes 9 and 10.

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.As can be seen from the drawing, the heat exchanger 8 is located at a short distance from the solar panel 1 and before any additional heaters for the replacement air, circulating air inlet ducts or other devices for raising the temperature of the replacement air are operated by non-solar energy. The heat accumulator 11 is filled with charge liquid "60437 12" and it and the cover 13 are provided with thermal insulation 1H. A liquid circulation pump 15 is installed in the pipe 10. The air intake can also be equipped with a valve 16 for the cooling season in the position shown in the figure during the heating season.

Laitteisto voidaan varustaa yksinkertaisella ohjausautomatiikalla ja sen toiminnassa voidaan erottaa seuraavat käyttötapaukset: 1. Lämmityskauden aika, jolloin aurinkoenergiaa ei saada.The system can be equipped with simple automatic control and the following operating cases can be distinguished in its operation: 1. The time of the heating season when solar energy is not available.

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.1.1. If the temperature t of the charge liquid is higher than the temperature t of the replacement air, which in this case is the same as the outdoor temperature tu, the pump P starts and transfers heat from the storage tank 11 via the heat exchanger 8 to the replacement air. It should be noted that heat transfer is advantageous, for example, even if ty is -20 ° C if t is lower (e.g. -25 ° C). The pump P can also be, for example, clock-controlled, so that the charge is discharged primarily during an expensive electricity tariff.

1.2 Jos tySE^tp, ei pumppu P toimi 2. Lämmityskauden aika, jolloin aurinkoenergiaa saadaan eli tuC tp 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.).1.2 If tySE ^ tp, pump P does not work 2. Time of the heating season when solar energy is obtained, ie tuC tp 2.1 If tv ^> tp, pump P does not work otherwise unless the alternative to meet the heat demand is to use a more expensive or cumbersome heat source (e.g. electric heater, boiler start-up, etc.).

2.2 Jos ty< tp, toimii pumppu P ja siirtää lämpöä myös lämmön-varaajaan 11 muulloin paitsi silloin, kun lämpöä tarvitaan heti kuten kohdassa 2.1.2.2 If ty <tp, the pump P operates and also transfers heat to the heat accumulator 11 except when heat is required immediately as in 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.3. Cooling season time For the cooling season, turn valve 16 to the position shown in broken lines. In this case, the replacement air enters the replacement air duct 5 preferably from, for example, the north side of the building, where the air is usually cooler, and bypasses the solar panel 1. If, for example, on a cold night tp ΐγ, pump P starts and the accumulator liquid cools. On a sunny day, if tv <itp, the pump P starts and the charge liquid cools the replacement air passing through the heat exchanger 8. The solar heat accumulator can therefore also be used outside the heating season.

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.Contrary to the above, other storage substances can be used in the heat accumulator, such as salts, stone, etc., and a closed air circulation circuit can also be used to transfer heat from the accumulator and back. Pump P is then replaced by a fan.

Aurinkopaneeliin voidaan absorptiolevyn 3 lisäksi asentaa s 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.In addition to the absorption plate 3, the solar panel can be fitted with a liquid piping s 60437, in which the circulating liquid can be used - when the temperature is high enough - to preheat or heat the domestic hot water. Highly efficient heat transfer is achieved when the piping is attached to the absorption plate.

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.When the equipment according to the invention is used in connection with a heat pump plant according to Finnish patent application No. 781503, during the cooling season, when the heat pump is used for the production of hot water, exhaust air cooled to -5 ... -10 ° C can be controlled to cool the heat accumulator. During the heating season, the same can be done when the storage tank temperature is lower than the exhaust air temperature. Such a situation can arise during long, cloudy frosts.

Claims

6 60437

A method for heating the rooms of a building with solar heated air, the outdoor air being introduced into the building via a solar panel (1) or a similar device where it can be heated by solar thermal energy, and the amount of replacement air thus obtained is influenced by the charge accumulator (11) (12) depending on the relationship between the temperatures, characterized in that the amount of thermal energy in the replacement air is influenced by a heat accumulator before other measures affecting the amount of thermal energy in the replacement air, such as additional heating of the replacement air or mixing with room air.

Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising a replacement air duct leading from outside the building to the inside of the building, initially with a solar panel (1) or a similar device in which the outdoor air can be heated by solar thermal energy. , 10) connected to the heat accumulator (11), and the connecting member has a device (P, 15) for controlled transfer of the heat storage medium (12) between the heat accumulator (11) and the heat exchanger (8), characterized in that the heat exchanger (8) is located before other devices that affect the amount of heat energy in the replacement air, such as auxiliary heating devices or room air supply ducts.

Apparatus according to Claim 2, characterized in that the replacement air duct (5) has a valve (16) after the solar panel (1), by means of which the solar panel can be bypassed in a cooling situation.