FI61349B - Uppvaermnings- och ventilationsanordning - Google Patents

Description

ΓϋΜ^Π ΓβΙ M1vKtlULUTUSJULKAISU sa-taq '11) UTLÄGGN I NGSSKRIPT 6 I 0 4 9 C <45) Patentti ayir.i'.c· Ity IS 07 1032 uSS#v Patent aeddelat »-- (51) Kv.ikVci.3 P 24 D 11/02, F 24 F 5/00 SUOMI—FINLAND (») P<tMttlh«k«mu· — PatantanaAknlni 7θΐ^11 (22) Haktmitpilvi — An»öknlnpdi| 05.05· 78 * (23) Alkuplivt—GHtlfhatad·! 05.05.78 (41) Tullut JulklMkii — Bllvlt offantllf qj γβ

Patentti-ja rakiitarihallitus ,. ________ . ,, ,, ,, , _ ' (44) Nlht*vik*lp*non ft kuuL|ulk«Uun pvm. —

Patent· OCn regiaterstyrelsen Antdkan utl*jd och utl.skrifttn publteimd 31.03.82 (32)(33)(31) Pyydetty atuoikau*—Bejird priority 06.05.77

Ruotsi-Sverige(SE) 7705311-^ (71)(72) Anders Daniel Backlund, Holmen, S-820 90 Ytterhogdal, Ruotsi-Sverige (SE) (7*0 Berggren Oy Ab (5¾) Lämmitys- ja tuuletuslaite - Uppvärmnings- och ventilations-anordning Tämä keksintö koskee sellaista uutta ja parannettua lämmitys- ja tuuletuslaitetta, joka käsittää niin kutsutun lämpöpumppulait teen matalalämpötila-lämpöenergian muuttamiseksi korkealämpötila-lämpöenergiaksi, joka on käyttökelpoista esimerkiksi parhaiten läm-pöeristetyn ulkovaipan ympäröimien esineiden ja tilojen, esim. rakennuksessa olevien huoneistojen lämmittämiseen.

Erilaisia rakenteita olevia lämpöpumppulaitteita on jo kauan käytetty muuttamaan helposti käytettävää matalalämpötila-lämpöenergiaa, esimerkiksi kylmässä ilmassa, kylmässä vedessä tai maassa talvella olevaa matalalämpötila-lämpöenergiaa, korkeamman lämpötilan omaavaan tilaan, joka on käyttökelpoista lämmitystarkoitukseen. Tunnetut lämpöpumppulaitteet muodostuvat pääasiassa suljetusta piiristä, jossa on elimet lämpöäkantavan nesteen kokoonpuristamiseksi, lauh-dutuselimet tämän nesteen lauhduttamiseksi, elimet nesteen paisuntaa varten, ja elimet nesteen höyrystämiseksi. Höyrystyselimet ovat lämpöävaihtavassa kosketuksessa nesteen tai kappaleen kanssa, joka sisältää suhteellisen alhaisen lämpötilan omaavaa lämpöenergiaa.

61 349 2 .joka absorboidaan lämpöpumppulaitteen lämpöäkantavalla nesteellä saattamalla tämä höyrystymään alennetussa paineessa ja alhaisessa lämpötilassa. Kuljettuaan höyrystyselinten läpi puristetaan lämpöä-kantava neste kompressorielimillä paineen ja lämpötilan kohottamiseksi halutulle korkeammalle tasolle, ja se syötetään sitten lauh-dutuselimiin, jotka ovat suorassa tai epäsuorassa lämpöävaihtavassa kosketuksessa lämmitettävän esineen tai tilan kanssa. Kun lämpö tällä tavalla absorboidaan lämpöäkantavasta nesteestä, tulee tämä lauhdutetuksi lauhdutuselimissä. Sen jälkeen paisutetaan lämpöäkan-tava neste paisuntaelimissä alennettuun paineeseen ja lämpötilaan, joka on alhaisempi kuin matalalämpötilaenergiaa luovuttavan nesteen tai kappaleen lämpötila. Lämpöäkantava neste syötetään sitten uudelleen höyrystyselimiin ylimääräisen matalalämpötila-energian absorboi-miseksi ja kierto toistetaan.

Lämpöpumppulaitteen tehtävä on siten lyhyesti sanoen kohottaa energiamäärän lämpötilaa. Mitä pienempi lämpötilan korotuksen täytyy olla, sitä pienempiä määriä kallista energiaa vaaditaan korkeamman lämpötilatason saavuttamiseen, eli kompressioelinten käyttämiseen. Tätä keksintöä varten on oletettu, esimerkkinä, että olisi välttämätöntä kohottaa lämpöäkantavan kaasun painetta ja lämpötilaa niin korkealle tasolle, että lauhduttimen kylmimmän osan lämpötila on vähintään 20°C, jotta kohotetaan sen ilman lämpötilaa, joka virtaa sisäänrakennetulla lauhduttimella varustetun perinteisen jäähdytti-men läpi, lämpötilasta 0°C lämpötilaan 20°C. (Tässä esimerkissä tapahtuu lauhdutus luultavasti välillä +35°C ja +25°C). Kaasun lämpötila välittömästi puristamisen jälkeen on myös paljon korkeampi kaasun erään osan väistämättömän ylikuumenemisen johdosta. Vastaava päättely, vaikkakin lämpötilan suhteen päinvastoin, koskee lämpö-pumppulaitteessa olevia höyrystyselimiä, jolloin oletetaan ja valitaan höyrystyslämpötila, joka kokonaisuudessaan on alempi kuin matalalämpötila-energian alhaisin vallitseva lämpötila, ja tämä siitä huolimatta, että suurimmalla osalla tästä energiamäärästä on huomattavasti alempi lämpötila.

Keksinnön eräs tarkoitus on aikaansaada parannettu lämmityssystee-mi, joka käsittää lämpöpumppulaitteen, jossa on muutetut lauhdutus-ja höyrystyselimet, jotka aikaansaavat sen, että lämpöpumppulaite toimii tehokkaammin.

61349

Keksinnön toinen tarkoitus on aikaansaada energiaasäästävä lämmitys- ja tuuletus laite sellaisten esineiden ja tilojen lämmittämistä ja tuuletusta varten, joita ympäröi ulkovaippa, kuten seinät ja katto rakennuksissa ja keksinnön tunnusmerkit selviävät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Keksinnön näitä ja muita tarkoituksia selitetään yksityiskohtaisemmin seuraavassa.

Keksinnön erään näkökohdan mukaan jaetaan lämmitys laitteistoon kuuluvassa lämpöpumppulaitteessa olevat lauhdutus- ja höyrystyselimet ainakin kahteen erilliseen osaan, jotka ovat sarjaankytketyt. Lauh-duttimen nämä sarjaankytketyt osat on järjestetty toimimaan vähitellen pienenevissä lämpötiloissa, kun taas höyrystimen sarjaankytketyt osat on järjestetty toimimaan vähitellen nousevissa lämpötiloissa, jolloin nämä lämpötilat valitaan ottaen huomioon lämmitettävän esineen tai tilan ympärillä olevan ulkovaipan lämpötilagradientti. Lauhdutus- ja höyrystyselinten jokainen yksittäinen osa on lämpöä-vaihtavassa yhteydessä vastaavan raon tai solan kanssa, jotka ulottuvat mainitun ulkovaipan läpi, pääasiassa yhdensuuntaisesti tämän ulkopintojen kanssa ja eri etäisyyksillä tämän pinnoista. Raot tai solat, jotka lämpöävaihtavalla tavalla ovat yhteydessä lauhdutus-laitteiden osien kanssa, ovat sarjaankytketyt, ja raot tai solat, jotka ovat yhteydessä lämpöävaihtavalla tavalla höyrysyselinten osien kanssa, ovat sarjaankytketyt vastaavalla tavalla. Raot tai solat, jotka vastaavat lauhdutuselimiä, on edullisesti järjestetty lämpöävaihtavaan kosketukseen niiden rakojen tai solien kanssa, jotka vastaavat höyrystyselimiä.

Lauhdutuselinten ja höyrystyselinten yksittäiset osat voivat joko olla sijoitetut näihin rakoihin tai soliin tai myös sijoittaa ulkovaipan ulkopuolelle. Ensinmainitussa tapauksessa on siten lauhdutus-ja höyrystyselimet rakennettu ulkovaipan sisään, kun taas nämä elimet jälkimmäisessä tapauksessa - yhdessä lämpöpumppulaitteen jäljellä olevien osien kanssa - voivat muodostaa erillisen lämpöpumppuyksi-kön, jossa on useita lauhdutusosia, jotka kaikki ovat lämpöävaihta-vassa yhteydessä ulkovaipassa olevien vastaavien rakojen tai solien kanssa, ja useita höyrystysosia, jotka kaikki ovat lämpöävaihtavassa yhteydessä ulkovaipassa olevien vastaavien rakojen tai solien kanssa. On itsestään selvää, että raot tai solat voivat ulottua koko ulkovaipan yli tai olla sijoitetut ainoastaan tämän tietyille alueille. Raot tai solat voidaan muotoilla monin eri tavoin käyttäen eri / ί 4 i 61349 t tyyppisiä materiaaleja sekä ohuita ja siten halpoja aineita, koska ne eivät joudu alttiiksi millekään merkittävälle paineelle. Raot tai solat voidaan esimerkiksi tehdä ohuista putkista, jotka ovat muovia, metallia tai muuta sopivaa ainetta. Ulkovaipan ne alueet, joissa ei ole rakoja tai solia, sisältävät parhaiten jotakin sopivaa lämmön-eristysmateriaalia, kuten esim. lasi- tai mineraalivillaa.

Käyttämällä keksinnön mukaisesti useita lauhdutus- ja höyrystys-osia, jotka toimivat vähitellen laskevissa (lauhdutin) tai nousevissa (höyrystin) lämpötiloissa ja jotka tulevat kosketukseen ilmavirtauksen kanssa, jolla on vastaavalla tavalla vaihtelevat lämpötilat, saadaan tulokseksi huomattavasti lisääntynyt teho, joka vaatii ainoastaan minimimäärän kallista energiaa kompressorin käyttämiseen. Tämä johtuu siitä, että ilmavirta (sama ilmavirta) kulkee sarjassa olevien lauhdutinosien läpi ja kuumenee asteittain, mikä antaa tulokseksi huomattavasti alhaisemman keskilämpötilan lauhdut-timelle kuin perinteisessä lämpöpumppulaitteessa. Esimerkiksi ilman lämmitys lämpötilasta 0°C lämpötilaan +5°C vaatisi ainoastaan yhden lauhdutinosan, joka jäähtyy korkeintaan +10°C lähtien ja niin edelleen. Vastaava menettely koskee höyrystysosaa.

Vastaava menettely koskee myös ulkovaipan lämmitystä. Siten ei tarvitse vaipan läpi tapahtuvia lämmönsiirtohäviöitä korvata 100 % asti sisäsivulta tapahtuvalla lämmityksellä, kuten nykyään tapahtuu, vaan lämpöenergiaa voidaan tuoda vähitellen ulkosivulta sisäänpäin vähitellen - asteittain - nousevilla lämpötiloilla. Jako useaan (eli ainakin kahteen) rakoon tai solaan, jolloin on erillinen lämpö-energiatucnti joka rakoon, laskee lämmitykseen vaadittava energia keskilämpötilaa, ja voidaan voimakkaasti rajoittaa ulkovaipan sisäpuolella olevan tilan lämmittämiseen tarvittavaa ilmamäärää. Se ilmamäärä, joka vaaditaan lämmönjakelua varten, eli lauhduttimen jäähdyttämiseen ja energian siirtämiseen höyrystimeen, voidaan aikaansaada tarvittavaa raitista ilmaa ja tuuletusta varten olevan puhallinsysteemin yhteisellä toiminnalla.

Se matalalämpötilaenergia, joka käytetään keksinnön mukaisessa järjestelmässä, voidaan ottaa joukosta erilaisia helpostikäytettäviä lähteitä. Edullinen matalalämpötila-energialähde on sellainen energiavaraa ja, joka kuvataan ruotsalaisessa patenttihakemuksessa n:o 7600427-4, jolloin tämä lämpövaraaja käsittää lämpöäabsorboivan 5 61 349 massan, joka on parhaiten kaivettu maahan ja joka voidaan varata esimerkiksi hukkalämmöllä, voimansiirtolämmöllä, aurinkolämmöllä, jne. Keksinnön mukainen lämmityssysteemi voi käsittää myös aurinko-lämpösysteemin lämpöäkantavan ilman suoraa tai epäsuoraa lämmitystä varten.

Keksinnön joitakin edullisia suoritusmuotoja kuvataan nyt viittaamalla oheisiin piirustuksiin.

Kuvio 1 on kaaviollinen esitys, joka kuvaa keksinnön mukaisessa lämmitysjärjestelmässä käytettävän lämpöpurappulaitteen periaatetta. Kuvio 2 on kaaviollinen sivukuva, joka kuvaa keksinnön mukaisella lämmitys- ja tuuletusjärjestelmällä varustettua rakennusta.

Kuviossa 1 esitetään lämpöpumppulaite, joka käsittää kompressorin 1, ja paisuntaventtiilin 2. Keksinnön mukaisesti on lämpöpumppulait-teen lauhdutin jaettu useaan lauhdutinosaan 3-8, jotka on sarjaan-kytketty. Vastaavalla tavalla on höyrystimessä useita sarjaankyt-kettyjä höyrystinosia 9-12. Lauhdutinosat 3-8 on järjestetty siten, että lämpösäteily tapahtuu lauhduttimen jäähdytyspintojen vähitellen laskevilla lämpötiloilla osasta 3 osaan 8. Vastaavalla tavalla nousevat lämpötilat höyrystimen lämpöäabsorboivilla pinnoilla vähitellen - tai portaittain - höyrystysosasta 9 höyrystinosaan 12.

Tällä tavalla pienenee lauhdutuslämpötilan ja höyrystyslämpötilan välinen tarvittava ero, minkä johdosta lämpövaikutus kasvaa.

Kuviossa 2 esitetään kaaviollisesti rakennus, jossa on lattia 13, seinät 14, 14' ja katto 15, jolloin nämä osat rajoittavat lämmitettävän tilan 16. Seinän 14' leveys esitetään oleellisesti suurennettuna seinämän koostumuksen kuvaamiseksi. Ainakin yksi osa ulkovai-pasta, joka muodostuu osista 13, 14, 14' ja 15, on rakennettu sen periaatteen mukaan, joka kuvataan seinämälle 14'. Tämä seinä on varustettu kanavista, raoista, solista, putkista tai vastaavista muodostuvalla ensimmäisellä järjestelmällä 17 lämmitys- ja tuule-tusilman kierrättämiseksi seinän 14' läpi lämmitettävään ja tuuletettavaan tilaan 16, ja vastaavalla toisella järjestelmällä 18 ilman kierrättämiseksi takaisin tilasta 16 seinämän kautta. Kummassakin kierrätysjärjestelmässä 17 ja 18 on useita osia, jotka sijaitsevat vaihtelevilla etäisyyksillä seinän 14' ulkopinnoista. Kuviossa 1 kuvatussa lämpöpumppulaitteessa olevat lauhdutinosat 3-8 on sijoi- 6 61349 tettu ensimmäiseen ilmankierrätysjärjestelmään 17, jolloin ensimmäinen lauhdutinosa 3 sijaitsee lähinnä tilaa 16 ja lauhdutinosa 8 lähinnä seinän 14' ulkopintaa. Höyrystinosat 9-12 on sijoitettu ilman takai s insyöttö järjestelmään 18 siten, että takaisinsyötetty ilma tulee ensin kosketukseen höyrystysosaan 12 kanssa, sitten höyrystysosan 11 kanssa jne. Kaksi ilmankiertojärjestelmää 17 ja 18 on edullisesti järjestetty lämpöävaihtavaan yhteyteen toistensa kanssa, ja seinän 14' ne pinnat, jotka eivät ole järjestelmien 17 ja 18 varaamat, on edullisesti täytetty sopivaa lämmöneristysainetta olevilla kappaleilla (ei esitetty). Ilma kiertää järjestelmässä puhaltimien 19 ja 20 avulla. Esitetyssä suoritusmuodossa syötetään matalalämpötila-energiaa kiertävään ilmaan lämpövaraajasta 21, joka on kaivettu maahan rakennuksen alle tai läheisyyteen ja joka voi käsittää vedellä-imeytettyä turvemateriaalia tai vastaavaa, jolloin tuloilma kulkee varaajan 21 läpi sopivien putkijohtojen 22 kautta, jotka ovat lämpöä-vaihtavassa kosketuksessa varaajan 21 kanssa. Syöttöilma voi olla ulkoilmaa ja/tai ilmankiertojärjestelmästä 18 syötettyä ilmaa, jota voidaan syöttää tulojohtoon 22 säädettäviä määriä säädettävällä venttiilillä 24 varustetun johdon 23 avulla. Järjestelmä voi käsittää myös aurinkoenergiakerääjän 25 ja mustan tai tumman pinnan 26, joka on sijoitettu järjestelmän 17 ilmankiertoon.

Keksinnön mukaisen lämmitys- ja tuuletysjärjestelmän kuvattu suoritusmuoto toimii seuraavalla tavalla: raikasta ilmaa (ja/tai johdosta 23 otettua ulossyötettyä ilmaa) kuljetetaan puhaltimen 20 avulla putkijohdon 22 kautta, jossa (kun syötetty ilma on kylmempää kuin varaaja 21) tuloilma esilämmitetään sillä matalalämpötila-lämpöenergialla, joka on varastoituna varaajassa 21. Syötetyn ilman lisälämmitys tapahtuu, kun tämä kulkee aurinkolämpökerääjän 25 ja pinnan 26 ohi. Ilma lämpenee sitten vähitellen, kun se vuorotellen kulkee lauhdu-tusosien 8-3 ohi ja edullisesti myös takaisinsyöttöjärjestelmässä 18 olevan ilman kanssa tapahtuvan lämpöävaihtavan kosketuksen johdosta. Seinä 14' lämpiää samalla vähitellen ulkopinnasta sisäpintaansa. Lopuksi johdetaan lämmitetty ilma huoneeseen tai tilaan 16, joka lämpiää toisaalta epäsuorasti lähinnä seinämän 14' sisäsivua sijaitsevien rakojen tai kanavien avulla, ja toisaalta suoraan sen lämmitetyn ilman avulla, joka syötetään tilaan 16 esimerkiksi tuuletusaukkojen kautta, jotka sijaitsevat sopivissa kohdissa tilan 16 katossa. Ilma johdetaan sitten paluujärjestelmään 18 sopivalla tavalla, esimerkiksi tilan 16 lattiassa olevien sopivien aukkojen 7 61349 kautta, ja puhallin 19 syöttää sisään ilmaa paluujärjestelmään 18, jossa se edullisesti on lämmönvaihdossa tuloilman kanssa, joka virtaa kiertojärjestelmiin 17. Ennen kuin se jättää seinän 14', tulee järjestelmässä 18 oleva paluuilma kosketukseen vuorotellen höyrys-tysosan 12, höyrystysosan 11 jne. kanssa, jolloin tarvittava lämpö-energia otetaan ilmasta. Jäähdytetty ilma syötetään sitten ulos aukon 27 kautta ja/tai uudelleensyötetään putkijohdon 23 kautta.

Keksintö ei tietenkään ole rajoitettu edellä kuvattuihin ja erityisesti esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan monet muutokset ja vaihtelut ovat mahdollisia yleisen keksintöäjatuksen puitteissa.

Claims (5)

1. 61349
2. 1. Laite ulkovaipan ympäröimien esineiden tai tilojen lämmittämiseksi ja tuulettamiseksi, joka käsittää lämpöpumppulaitteen, jossa on lauhdutinelimet esineen tai tilan lämmittämiseen käytettävän ilman lämmittämistä varten ja höyrystinelimet lämpö-energian talteenottamiseksi esineestä tai tilasta ulossyötetystä ilmasta ja elimiä ilman kierrättämiseksi, tunnettu ensimmäisistä ja toisista ilmankierrätysjärjestelmistä (17, 18), joissa kummassakin on useita sarjaankytkettyjä ilmakanavia, jotka sijaitsevat ulkovaipassa vaihtelevilla etäisyyksillä sen ulkopinnoista, jolloin lauhdutinelimet on jaettu useihin erillisiin sar-jaankytkettyihin vyöhykkeisiin (3-8), joista kukin on sovitettu lämmönvaihtokosketukseen mainitussa ensimmäisessä ilmankierrätys-järjestelmässä (17) olevan vastaavan kanavan kanssa, jolloin kukin lauhdutinvyöhyke toimii eri lämpötiloissa ja jolloin höyrystin-elimissä on useita sarjaankytkettyjä vyöhykkeitä (9-12) , jotka on sovitettu lämmönvaihtokosketukseen mainitussa toisessa ilmankierrätys järjestelmässä (18) olevan vastaavan ilmakanavan kanssa, jolloin kukin höyrystinvyöhyke toimii eri lämpötiloissa, jolloin kiertävä ilma kulkee lauhdutinvyöhykkeiden läpi yksitellen niin, että lämmön luovutus ilmaan tapahtuu asteettaisesti kohoavissa lämpötiloissa, ilma saa lauhdutinvyöhykkeiden lämmityksen jälkeen kulkea mainitun esineen tai tilan (16) kautta, ja sen jälkeen höyrystinvyöhykkeiden kautta ja luovuttaa lämpöä näille asteet-tain laskevissa lämpötiloissa, jolloin saavutetaan alhaisempia käyttöväliainelämpötiloja.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmitys- ja tuuletuslaite, tunnettu siitä, että lauhdutinosat (3-8) on järjestetty ensimmäisen ilmankiertojärjestelmän vastaavien ilmakanavien sisään.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämmitys- ja tuuletus-laite, tunnettu siitä, että mainitut höyrystinosat (9-12) on järjestetty toisen ilmankiertojärjestelmän vastaavien ilma-kanavien sisään. 1 Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen lämmitys- ja tuuletus-laite, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen ilmankierto järjestelmä (17 ja 18) on järjestetty lämpöävaihtavaan kos- 61349 ketukseen toistensa kanssa.
5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen lämmitys- ja tuuletuslaite, tunnettu siitä, että ulkovaippa käsittää rakennuksen ulkoseinät (14, 14').