FI67259B - Ventilationssystem - Google Patents

Description

67259

Ilmastointijärjestelmä

Keksinnön kohteena on ilmastointijärjestelmä, jossa tuloilmaa johdetaan lämmönvaihtimen läpi ja saman lämmön-5 vaihtimen läpi johdetaan vastakkaiseen suuntaan poistoil-maa. Tämän yleisesti tunnetun järjestelyn tarkoituksena on lämmön talteenotto poistoilmasta. Kesäisin tähän ei ole tarvetta, päinvastoin halutaan yleensä jäähdyttää tulo-ilmaa.

10 Eräs tunnettu jäähdytystäpä on käyttää lämpöpumppu- periaatteella toimivia kompressorikoneistoja. Kun käsiteltävät ilmamäärät yleensä ovat suuria, muodostuu komp-ressorikoneisto suureksi ja sen sekä hankinta- että käyttökustannukset, nimenomaan sähkötehon kulutus, ovat suuret.

15 Toinen tunnettu jäähdytystäpä on ilman kostuttaminen.

Jäähdytysvaikutus perustuu siihen, että veden höyrystymislämpö on suuri. Höyrystyessään vesi sitoo ilmasta lämpöä ja jäähdyttää sitä. Menetelmän heikkoutena on se, että ilman suhteellinen kosteus kasvaa. Korkea kosteus aiheut-20 taa helposti vaurioita rakennuksille, kalusteille jne. ja luo suotuisat kasvuolosuhteet esim. homesienille, bakteereille yms., joka lisää rakenteiden ja kalusteiden vauri-oitumisvaaraa sekä aiheuttaa ihmisille terveysriskejä. Lisäksi todellinen jäähdytysvaikutus jää pienemmäksi kuin 25 suoraan lämpötilan alenemisen perusteella voisi kuvitella. Ihmisen lämmönsäätö perustuu nimittäin haihdutukseen, ts. hikoiluun. Korkea ilman kosteus vaikeuttaa hikoilua, ja mitä kosteampaa ilma on, sen kuumemmalta se tuntuu. Sa-manlämpöisiksi koetaan tutkimusten mukaan 25°C:een lämpö-30 tila kun suhteellinen kosteus on 100 % ja 30°C:een lämpötila, kun kosteus on 50 %. Tästä huolimatta kostutukseen perustuvaa jäähdytystä käytetään yleisesti esimerkiksi teollisuudessa, kun käsiteltävät tilavuusvirrat ovat niin suuria, että kompressorijäähdytyksen kustannukset nousisi-35 vat kohtuuttomiksi. Samoin se on yleinen maissa, joissa ilma on hyvin kuivaa (ns. desert cooler). Käytännössä on todettu, että edellä mainittujen periaatteellisten heik- 2 67259 kouksien lisäksi järjestelmää on lähes mahdoton säätää.

Tämä johtuu siitä, että haluttuun lopputulokseen, ts. si-säänpuhalluslämpötilaan, vaikuttaa liian monta tekijää, joilla ei ole keskinäistä riippuvuutta, nimittäin tuloilman 5 lämpötila, tuloilman kosteus, veden lämpötila ja kostutus-aste, joka sinänsä on erittäin vaikea säätää. Järjestelmän tärkeimmät edut ovat yksinkertainen rakenne ja siitä johtuen halpa hinta sekä alhaiset käyttökustannukset.

Keksinnön tarkoituksena on alussa esitetyn järjes-10 telmän pohjalta saada aikaan uusi ilmastointijärjestelmä, jossa lämmönvaihdinta tarpeen vaatiessa käytetään tuloilman jäähdyttämiseen.

Tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisen ilmastointijärjestelmän avulla, jolle on tunnusomaista se, että poisto-15 ilman virtaustiehen on ennen lämmönvaihdinta järjestetty kostutusosa läpivirtaavan ilman jäähdyttämiseksi haihduttamalla siihen vesihöyryä ja jonka kautta ainakin osa poisto-ilmasta on johdettavissa, tuloilman jäähdyttämiseksi lämmön-vaihtimessa poistoilman avulla.

20 Keksinnön järjestelmä perustuu siis taloudellisesti edulliseen kostutukseen, mutta sillä ei ole tunnettujen kostutusjäähdytysjärjestelmien haittoja. Perusajatus on se, ettei kostuteta suoraan sisäänpuhallusilmaa, vaan käytetään poistoilmaa, joka kostutetaan ja käytetään näin 25 jäähdytettyä ilmaa tuloilman jäähdyttämiseen. Tällöin ilmastointi-ilman kosteus ei kasva ja vältytään kosteuden aiheuttamilta haitoilta. Säätö helpottuu olennaisesti, sillä kostutuksen sijasta voidaan säätää massavirtoja ja käyttää koko ajan kastepistekostutusta.

30 Käsitteellä "poistoilma" tarkoitetaan tässä patentti hakemuksessa yleisesti ilmaa, joka virtaa lämmönvaihtimen läpi päinvastaiseen suuntaan kuin tuloilma; siinä jäähdy-tystilanteessa, jossa ilmastoitavan tilan lämpökuormitus on niin suuri, että tilasta poistuvan ilman lämpötila on 35 korkeampi kuin tuloilman lämpötila, on edullista puhaltaa varsinainen poistoilma suoraan ulos ja sen sijaan johtaa osa tuloilmasta takaisin lämmönvaihtimeen kostutusosan kautta.

3 67259

Keksinnön erityisen edullisessa toteutuksessa käytetään järjestelmään sisältyvää kostutusosaa talvisin tulo-ilman kostuttamiseen, kun ulkoilma on hyvin kuivaa.

Tällöin poistoilma johdetaan suoraan lämmönvaihtimeen ja 5 tuloilraa johdetaan ilmastoitavaan tilaan osittain tai kokonaan kostutusosan kautta.

Em. toteutuksia on määritelty patenttivaatimuksissa 3-5, ja ne ilmenevät myös seuraavasta yksityiskohtaisesta selityksestä, jossa viitataan oheiseen piirustukseen.

10 Kuvio 1 esittää kaaviona keksinnön mukaisen järjes telmän perusratkaisua.

Kuviot 2 ja 3 esittävät kuvion 1 ratkaisun muunnelmia.

Kuvio 4 esittää keksinnön erityisen edullista toteu-15 tusmuotoa.

Piirustuksen esimerkkisovellutuksissa on tuloilmavir-tausta osoitettu viitenumerolla 1 ja poistoilmavirtausta numerolla 2, sekä vastaavia puhaltimia numeroilla 3 ja 4. Numero 5 osoittaa lämmönvaihdinta, jonka kautta tulo- ja 20 poistoilma virtaavat vastakkaisiin suuntiin. 6 on lämmönvaihtimen eteen sijoitettu kostutusosa, jossa poistoilmaa jäähdytetään haihduttamalla siihen vesihöyryä suuttimien 7 kautta. Näin jäähtyneellä ilmalla jäähdytetään lämmön-vaihtimessa 5 tuloilmaa, joka tästä virtaa putken 8 kautta 25 edelleen käsiteltäväksi tai ilmastoitavaan tilaan.

Jäähdytystehoa säätää kanavaan 8 sijoitettu termostaatti 9, joka ohjaa säätöpellin 10 säätömoottoria 11. Yksityiskohdiltaan kuvion 1 esittämä perusratkaisu luonnollisesti voi vaihdella, säätöpelti 10 voi sijaita kostutusosan 6 30 ja lämmönvaihtimen 5 välissä tai lämmönvaihtimen 5 ja pu-haltimen 4 välissä, tai myös puhaltimen 4 jälkeen. Samoin puhaltimien 3 ja 4 sijainti järjestelmässä on vapaasti valittavissa, jne.

Pellin 10 sijasta voidaan käyttää jotain muuta apu-35 ilman määrän säätötapaa. Pelti voidaan esimerkiksi korvata johtosiipisäätimellä tai käyttämällä säädettäväsiipistä puhallinta, säätämällä puhaltimen kierroslukua tms.

67259 Säätö voidaan toteuttaa myös ohittamalla lämmönvaih-din. Tällainen ratkaisu on esitetty kuviossa 2. Järjestelmä toimii muuten samoin kuin kuviossa 1 esitetty, mutta pelti 10 on siirretty ilmastointi-ilmakanavaan ja systee-5 miin on lisätty ohitussäätöpelti 12 ja ohituskanava 13.

Moottori 14 säätää samanaikaisesti peltejä 10 ja 12, jotka on kytketty ristiin siten, että pellin 10 avautuessa pelti 12 sulkeutuu. Osa ilmavirrasta ohjataan kanavan 13 kautta lämmönvaihtimen 5 ohi, jolloin se ei jäähdy, ja sekoitetaan 10 lämmönvaihtimen jälkeen lämmönvaihtimessa jäähtyneeseen ilmaan. Täten haluttu lämpötila on helppo saavuttaa säätämällä ilmavirtojen suhde sopivaksi.

Kuvioissa 1 ja 2 on lämmönvaihdin esitetty tavanomaisena ristivirtaus-vastavirtausvaihtimena, mutta keksintö 15 ei luonnollisesti rajoitu yksinomaan tähän, vaan kaikki yleisesti tunnetut lämmönvaihtimet ovat mahdollisia. Kuviossa 3 on esitetty ratkaisu, jossa lämmönsiirto tapahtuu väliaineen, esimerkiksi veden, välityksellä, jota pumppu 15 kierrättää lämmönvaihtimien 16 ja 17 kautta. Säätö-20 pelti on tässä järjestelmässä korvattu 3-tieventtiilillä 18, joka säätää kiertävän väliaineen määrää. Muut säätö-tavat ovat luonnollisesti mahdollisia, esimerkiksi pumpun 15 pyörimisnopeus voi olla säädettävä, voidaan käyttää 3-tieventtiiliä, voidaan veden sijasta säätää ilmamäärää 25 kuten kuviossa 1 jne.

Kuviossa 4 on esitetty keksinnön erityisen edullinen toteutusmuoto, jossa lämmönvaihdinta talvella käytetään lämmön talteenottoon poistoilmasta ja kesällä jäähdytykseen, sekä jossa kostutusosaa käytetään jäähdytykseen ke-30 säliä ja kostutukseen talvella, kun ulkoilma on hyvin kuivaa .

Tuloilmakanavasta 8 on yhteys kostutusosaan 6 säätö-pellin 18 kautta ja kostutusosan 6 perään on säätöpellin 19 kautta muodostettu yhteys 20 takaisin tuloilmakanavaan 35 8. Virtausta kostutusosasta 6 lämmönvaihtimeen 5 säätää pelti 21. Edelleen on poistoilmakanavaan muodostettu yhteys 22 kostutusosan ohi, jolloin kostutusosaan ja vastaa- 67259 vasti sen ohi meneviä virtausmääriä säädetään peltien 23 ja 24 avulla. Kostutusosan 6 ohi menevä poistoilma on puolestaan johdettavissa lämmönvaihtimeen 5 säätöpellin 25 kautta tai suoraan ulos säätöpellin 26 kautta. 27 osoittaa 5 apupuhallinta säätöpelteineen 28 ja säätöpelti 29 säätää lämmönvaihtimesta 5 suoraan ilmastoitavaan tilaan menevää tuloilmamäärää.

Seuraavassa selitetään kuviossa 4 esitetyn järjestelmän toimintaa.

10 Talvella, kun lämmönvaihdinta 5 käytetään lämmöntal- teenottoon ja kostutusosaa 6 ilmastointi-ilman kostutukseen ovat säätöpellit 21, 23, 26 ja 28 kiinni. Säätöpellit 24 ja 25 ovat täysin auki, joten poistopuhaltime11a 4 ilmastointijärjestelmästä imettävä poistoilma virtaa peltien 15 24 ja 25 kautta lämmönvaihtimeen 5, jossa poistoilman läm- pösisältö siirretään ilmastointi-ilmaan. Poistoilma virtaa tämän jälkeen ulos. Ilmastointi-ilma painetaan puhal-timella 3 lämmönvaihtimen 5 ja säätöpellin 29 kautta ilmastoitavaan tilaan. Mikäli tarvitaan kostutusta, alkaa 20 pelti 29 sulkeutua ja säätöpellit 18 ja 19 avautua. Osa ilmasta virtaa tällöin pellin 18 kautta kostutusosaan 6, jossa se kostutetaan. Kostutettu ilma ohjataan pellin 19 kautta takaisin ja sekoitetaan ilmastointi-ilmaan pellin 29 jälkeen. Haluttu kostutusaste saavutetaan säätämällä 25 peltien 18 ja 29 kautta virtaavien ilmavirtojen suhdetta.

Ulkoilman lämpötilan noustessa keväällä (tai syksyllä) säätöpelti 25 alkaa sulkeutua ja säätöpelti 26 avautua. Tällöin lämmönvaihtimen 5 kautta virtaava poisto-ilmamäärä pienenee, josta johtuen ilmastointi-ilmaan siir-30 tyvä lämpömäärä pienenee ja haluttu sisäänpuhalluslämpö-tila saavutetaan ulkolämpötilan noususta huolimatta. Ulkolämpötilan noustua samaksi kuin haluttu sisäänpuhallus-lämpötila on pelti 25 kiinni. Myös tämän vaiheen ajan voidaan kostutusosaa 6 käyttää tuloilman kostutukseen.

35 Ulkolämpötilan edelleen noustessa alkaa esiintyä jäähdvtystarvetta, ja tällöin alkaa säätöpelti 24 sulkeu- 67259 tua ja pellit 21 ja 23 avautua. Peltien 18, 19 ja 28 on tällöin oltava kiinni, joten järjestelmää ei voida käyttää enää kostutukseen. Se ei yleensä kuitenkaan ole edes tarpeellista, koska ulkoilman lämpötilan noustessa sen 5 vesisisältö kasvaa, ja jäähdytettäessä suhteellinen kosteus nousee, joten yleensä riittävä suhteellinen kosteus saavutetaan. Peltien 21 ja 23 avautuessa osa poistoilmasta virtaa kostutusosaan 6, jossa se jäähtyy, ja edelleen lämmönvaihtimeen 5, jossa se jäähdyttää ilmastointi-ilmaa. Mak-10 simijäähdytystarpeen esiintyessä pelti 24 on täysin kiinni ja pellit 21 ja 23 täysin auki.

Kun ilmastoitavan tilan lämpökuormitus on niin suuri, että poistoilman lämpötila on korkeampi kuin ulkoilman lämpötila, on edullisempaa käyttää jäähdytykseen ulkoilmaa 15 kuin poistoilmaa. Tähän antaa mahdollisuuden apupuhallin 27. Sillä voidaan tehostaa järjestelmän toimintaa myös siten, että apupuhaltimen 27 ilmamäärä on suurempi kuin poistoilmapuhaltimen 4, jolloin jäähdytysteho kasvaa.

Järjestelmää voidaan käyttää ensinnäkin niin, että 20 apupuhallin 27 käynnistyy, kun pelti 23 on täysin auki, ts. jäähdytysteho ei pois loilmaa käyttäen enää riitä. Puhaltimen 27 käynnistyessä on pellin 23 sulkeuduttava ja pellin 24 avauduttava kokonaan.

Toinen mahdollisuus on käyttää pelkästään ulkoilmaa 25 jäähdytykseen. Tällöin puhallin 27 käynnistyy heti kun jäähdytystarvetta ilmenee. Pellit 23 ja 24 voidaan tällöin jättää pois. Tällainen sovelluts on erityisen hyödyllinen silloin, kun käytetään kuvion 3 mukaista lämmön-vaihdinta, koska poisto ja sisäänpuhallus voidaan sijoittaa 30 kauas toisistaan.

Selvyyden vuoksi on kuviosta 4 jätetty pois ohjausjärjestelmä, periaatteessa se on samanlainen kuin kuvioissa 1 - 3 esitetty. Sen muodostaa termostaatti, joka ohjaa peltien lukumäärästä riippuen yhtä tai useampia saätö-35 moottoreita tai muita säätölaitteita.

Se, mitä kuvioiden 1-3 yhteydessä on sanottu erilaisista variointimahdollisuuksista, pätee luonnollisesti 7 67259 myös kuvion 4 tapaukseen. Komponenttien sijoitus voi olla toinen kuin kuviossa esitetty, voidaan käyttää ohitussää-töä, lämmönvaihdintyyppi voi olla mikä tahansa tunnettu tyyppi jne. Edelleen ilman kostutukseen voidaan käyttää 5 mitä tahansa tunnettua kostutusjärjestelmää. Kuvion 4 järjestelmästä voidaan myös luonnollisesti jättää osia pois. Edellä selostetun puhtaasti ulkoilmalla tapahtuvan jäähdytyksen sijasta voidaan käyttää pelkästään poistoilmalia tapahtuvaa jäähdytystä, jolloin puhallin 27 ja pelti 28 10 jäävät pois. Samoin voidaan jättää pois kostutuksen käyttömahdollisuus talvella, jolloin peltejä 18, 19, 21 ja 29 ei tarvita. Kaikki tunnettua tekniikkaa käyttävät kyt-kentämahdollisuudet sisältyvät luonnollisesti keksinnön piiriin.

Claims (5)

67259

1. Ilmastointijärjestelmä, jossa tuloilmaa (1) johdetaan lämmönvaihtimen (5) läpi ja saman lämmönvaihtimen 5 läpi johdetaan vastakkaiseen suuntaan poistoilmaa (2) tunnettu siitä, että poistoillaan (2) virtaustie-hen on ennen lämmönvaihdinta (5) järjestetty kostutusosa (6) läpivirtaavan ilman jäähdyttämiseksi haihduttamalla siihen vesihöyryä ja jonka kautta ainakin osa poistoil- 10 nasta (2) on johdettavissa, tuloilman (1) jäähdyttämiseksi lämmönvaihtimessa (5) poistoilman (2) avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmastointijär- > jestelmä, tunnettu siitä, että jäähdytystehoa säädetään lämmönvaihtoon osallistuvia massavirtoja säätämällä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmastointijär jestelmä, tunnettu siitä, että tuloilmakanavasta (8) on muodostettu säädettävä yhteys (18) kostutusosan (6) eteen, niin että ainakin osa tuloilmasta, jäähdyttyään kostutusosassa (6), on käytettävissä tuloilman jäähdyttä- 20 miseen lämmönvaihtimessa (5).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ilmastointijärjestelmä, tunnettu siitä, että kostutusosan (6) ja lämmönvaihtimen (5) väliin on muodostettu säädettävä yhteys (19, 20) takaisin tu]oilmakanavaan (8) edellä mai- 25 nitun, kostutusosan (6) eteen liitetyn yhteyden (18) perään, kostutusosan (6) käyttämiseksi ilmastoitavaan tilaan johdettavan tuloilman ainakin osittaiseen kostuttamiseen.

5. Patenttivaatimuksen 3 ja 4 mukainen ilmastointi-järjestelmä, tunnettu siitä, että poistoilmakana- 30 vaan on liitetty säädettävät yhteydet (24, 25? 24, 26) kostutusosan (6) ohi lämmönvaihtimeen (5) tai vastaavasti ulos.