FI71832C

FI71832C - Method and apparatus for adjusting the efficiency of a regeneratively acting heat recovery system.

Info

Publication number: FI71832C
Application number: FI841647A
Authority: FI
Inventors: Jorma Metsae-Ketelae
Original assignee: Laempoesampo Oy
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1984-04-26
Publication date: 1987-02-09
Also published as: FI841647A0; FI71832B; FI841647A

Description

1 718321 71832

Menetelmä ja laitteisto regeneratiivisesti toimivan läm-möntalteenottojärjestelmän hyötysuhteen säätämiseksiMethod and apparatus for adjusting the efficiency of a regenerative heat recovery system

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto rege-5 neratiivisesti toimivan lämmöntalteenottojärjestelmän hyötysuhteen säätämiseksi, joka lämmöntalteenottojärjestelmä käsittää kaksi kiinteää lämmönvarauselementtiä ja ohjaus-pellin, jonka avulla poistoilmavirta ja raitisilmavirta ohjataan vuorotellen varauselementtien läpi ja jota ohja-10 taan mekaanisen välityksen, moottorin ja sähkövirran moottorille syöttävän releen avulla, johon liittyy kytkentä-taajuuden määräävä elin.The invention relates to a method and apparatus for controlling the efficiency of a regenerative heat recovery system Rege-5, which heat recovery system comprises two fixed heat storage elements and a control damper by means of which the exhaust air flow and fresh air flow are alternately controlled by the charge elements and driven by a mechanical transmission motor. involving a switching frequency determining member.

Regeneratiivisesti toimivien lämmöntalteenottolait-teistojen toimintaperiaatetta on kuvattu oheisissa kuviois-15 sa 1a ja 1b. Kuvioissa 1a ja 1b on kuvattu tummien nuolien avulla poistoilmavirtausta ja vaaleiden nuolien avulla rai-tisilmavirtausta. Kuvion 1a tilanteessa poistoilmavirtaus kulkee lämmön talteenottovaraajan LTV1 kautta, joka yleensä on metallilevyistä muodostettu kennosto, johon poisto-20 ilman lämpö varautuu. Kun LTV1 on varautunut poistoillaan lämpötilaan, ohjauspelti OP käännetään kuvion 1b osoittamaan asentoon, jossa raitisilma otetaan sisään LTV1:n kautta, jolloin se luovuttaa lämpöenergiaa raitisilmaan. Poistoilma ohjataan nyt ulos LTV2:n kautta, johon poisto-25 ilman lämpöenergia nyt vuorostaan varautuu. Seuraavaksi ohjauspelti OP käännetään jälleen kuvion 1a osoittamaan asentoon, jolloin LTV2 luovuttaa lämpöenergiaa ja LTV1 varautuu. Valitsemalla ohjauspellin OP asennon vaihtotaa-juus sopivaksi saadaan lämmöntalteenottolaitteistolle op-30 timaalinen hyötysuhde.The principle of operation of regenerative heat recovery equipment is described in the accompanying Figures 1a and 1b. Figures 1a and 1b show the exhaust air flow by means of dark arrows and the fresh air flow by means of light arrows. In the situation of Figure 1a, the exhaust air flow passes through a heat recovery tank LTV1, which is generally a cell formed of metal plates into which the heat of the exhaust air 20 is charged. When the LTV1 is prepared for temperature by its discharge, the control damper OP is turned to the position shown in Fig. 1b, where the fresh air is taken in via the LTV1, whereby it transfers heat energy to the fresh air. The exhaust air is now routed out via LTV2, to which the thermal energy of the exhaust air 25 is now in turn charged. Next, the control damper OP is turned again to the position shown in Fig. 1a, whereby LTV2 dissipates thermal energy and LTV1 charges. By selecting the appropriate switching frequency of the OP damper position, the optimum efficiency for the heat recovery system op-30 is obtained.

Tunnetuissa yllä mainitun kaltaisissa regeneratii-visissa lämmöntalteenottolaitteistoissa tämä on toteutettu valitsemalla ohjauspellin moottoria ohjaavaksi releeksi aikarele, jonka antama kytkentätaajuus antaa lämmön-35 talteenottolaitteistolle optimaalisen hyöytysuhteen. Jos lämmitettävässä tilassa on voimakkaita sisäisiä lämmön- 2 71832 lähteitä tai ulkoilman lämpötila on korkeahko, saattaa esiintyä tilanteita, joissa lämmöntalteenottolaitteiston lämmitettävään tilaan syöttämä lämpömäärä ylittää lämmöntarpeen. Tällöin tavallisesti lämmöntalteenottojärjestelmän 5 ohjauspellin moottorilta katkaistaan virta, joten ohjaus-pelti jää pysyvästi toiseen ääriasentoonsa. Tällöin poisto-ilman mukana saadaan poistettua liika lämpö lämmitettävästä tilasta, mutta seurauksena on myös se, että raitisilma-virran sisääntulolämpötila varsin pian vastaa ulkoilman 10 lämpötilaa. Täten raitisilmavirtaus synnyttää vetoa ja epä-suotavan suuria paikallisia lämpötilavaihteluita. Näitä vaikutuksia on pyritty eliminoimaan sijoittamalla sisään-puhalluskanavaan alarajatuntoelin, joka estää liian kylmän raitisilmavirtauksen pääsyn lämmitettävään tilaan.In known regenerative heat recovery installations such as those mentioned above, this is achieved by selecting a time relay as the control damper of the damper motor, the switching frequency of which gives the heat-35 recovery installation an optimal efficiency. If there are strong internal heat sources in the room to be heated or the outdoor temperature is relatively high, there may be situations where the amount of heat supplied to the room to be heated by the heat recovery equipment exceeds the heat demand. In this case, the motor of the control damper of the heat recovery system 5 is usually switched off, so that the control damper remains permanently in its second extreme position. In this case, too much heat can be removed from the space to be heated together with the exhaust air, but the consequence is also that the inlet temperature of the fresh air stream quite soon corresponds to the temperature of the outdoor air 10. Thus, the fresh air flow generates draft and undesirably large local temperature variations. Efforts have been made to eliminate these effects by placing a lower limit sensor in the in-blow duct, which prevents too cold a fresh air flow from entering the heated space.

15 Vaikka täten rajoitetaankin syntyviä haittoja, niin yllä mainitun kaltaisen ohjaustavan ongelmana on kuitenkin joka tapauksessa varsin suuret vaihtelut raitisilmavirtauksen lämpötilassa ja siten myös huonelämpötilassa jo pelkästään mittausantureiden hystereesin johdosta. Toisaalta mittaus-20 antureiden tekeminen liian herkiksi ja liiallinen hystereesin pienentäminen johtavat epäsuotavaan ohjauslaitteis-ton "sahaamiseen".15 Although the disadvantages thus created are limited, the problem of a control method such as that mentioned above is in any case quite large variations in the temperature of the fresh air flow and thus also in the room temperature, due solely to the hysteresis of the measuring sensors. On the other hand, making the 20 sensors too sensitive and reducing the hysteresis excessively will lead to undesirable "sawing" of the control equipment.

Tämän keksinnön tavoitteena on tuoda esiin menetelmä ja laitteisto regeneratiivisesti toimivan lämmöntalteen-25 ottolaitteiston hyötysuhteen säätämiseksi, jossa yllä mainitut ongelmat on eliminoitu.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for adjusting the efficiency of a regenerative heat recovery apparatus in which the above-mentioned problems are eliminated.

Tämä on toteutettu keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että kytkentätaajuuden määräävän elimen kytkentätaajuutta ohjataan oleellisesti portaatto-30 masti lämmitettävän tilan lämpötilan tarkkailevien antureiden antamien viestien perusteella.This is realized by the method according to the invention, which is characterized in that the switching frequency of the switching frequency determining element is controlled substantially steplessly on the basis of the messages given by the sensors monitoring the temperature of the room to be heated.

Yllä mainitun menetelmän toteuttavalle laitteistolle on puolestaan tunnusomaista, että kytkentätaajuuden määräävä elin on elektroninen ajastin, jonka antama kyt-35 kentätaajuus on oleellisesti riippuvainen lämmitettävän tilan lämpötilaa tarkkailevan lämpötila-anturin säätölait- 3 71832 teiston kautta antamasta viestistä.The apparatus implementing the above-mentioned method, in turn, is characterized in that the switching frequency determining means is an electronic timer, the switching frequency of which is substantially dependent on the message given by the temperature sensor controlling device of the temperature to be heated.

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuviot 1a ja 1b kuvaavat regeneratiivisesti toimivan 5 lämmöntaiteenottojärjestelmän toimintaperiaatetta, ja kuvio 2 on lohkokaaviotyyppinen esitys esillä olevaa keksintöä soveltuvasta lämmöntalteenottojärjestelmästä.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figures 1a and 1b illustrate the operating principle of a regenerative heat recovery system, and Figure 2 is a block diagram type representation of a heat recovery system suitable for the present invention.

Kuviossa 2 on kuvattu keksinnön mukaista regeneratiivisesti toimivaa lämmöntalteenottojärjestelmää, joka kä-10 sittää kaksi lämmön talteenottovaraajaa LTV1 ja LTV2, joita käytetään jo edellä kuvioiden 1a ja 1b yhteydessä kuvatulla tavalla. Poistoilmakanava lämmitettävän tilan yläosasta ohjauspelleille OP käsittää poistoilmapellin 1, suotimen 2 ja poistopuhaltimen PP. Poistoilmapellin 1 asen-15 toa ohjataan käyttömoottorin 3 avulla, joka saa ohjauksensa järjestelmän säätölaitteilta 4 sähkötehon eri laitteilla syöttävän jakokeskuksen 5 kautta.Figure 2 illustrates a regenerative heat recovery system according to the invention, comprising two heat recovery accumulators LTV1 and LTV2, which are already used as described above in connection with Figures 1a and 1b. The exhaust air duct from the upper part of the heated space to the control dampers OP comprises an exhaust air damper 1, a filter 2 and an exhaust fan PP. The position-15 of the exhaust air damper 1 is controlled by means of a drive motor 3, which receives its control from the system control devices 4 via a distribution center 5 supplying electrical power with various devices.

Tuloilmakanava ohjauspelliltä OP lähtien käsittää kaksiasentoisen raitisilmapellin 6, suotimen 7, sähköläm-20 mittimen 8 ja tuloilmapuhaltimen TP. Raitisilmapeltiä 6 ohjataan samoin kuin poistoilmapeltiä 1 järjestelmän säätölaitteilla 4 jakokeskuksen 5 ja moottorin 10 kautta.The supply air duct from the control damper OP comprises a two-position fresh air damper 6, a filter 7, an electric heater-20 meter 8 and a supply air fan TP. The fresh air damper 6 is controlled in the same way as the exhaust air damper 1 by the system control devices 4 via the distribution center 5 and the motor 10.

Ohjauspeltiä OP ohjataan järjestelmän säätölaitteilla 4 ajastimen 11, releen 12, moottorin 13 ja mekaanisen 25 välityksen 14 kautta. Säätölaitteiden 4 toimintaa ohjataan antureilla 15, jotka tarkkailevat sekä lämmitettävän tilan sisälämpötilaa, että lämpötilaa sisäänpuhalluskanavassa.The control damper OP is controlled by the system control devices 4 via a timer 11, a relay 12, a motor 13 and a mechanical transmission 14. The operation of the control devices 4 is controlled by sensors 15, which monitor both the internal temperature of the space to be heated and the temperature in the supply duct.

Järjestelmän toiminnassa esiintyy kolme vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa sisälämpötilaa säädetään lämmön-30 talteenottojärjestelmän hyötysuhdetta säätämällä. Tämä tapahtuu käytännössä siten, että säätölaitteisto 4 lähettää sisälämpötilaa tarkkailevan anturin antaman lämpötilan perusteella ajastimelle 11 viestin, joka muuttaa o-leellisesti portaattomasti taajuutta, jolla ajastin kytkee 35 virran moottorille 13 releen 12 kautta. Ajastimen vastaanottama viesti voi olla esim. vastusviesti esim. välillä 4 71832 0...140 ohmia tai tasajänniteviesti esim. välillä +4...7 V tai 0...10 V. Tällä tavoin ohjauspellin OP asennon vaihto-nopeutta ohjataan oleellisesti jatkuvasti ja portaattomasti, joten sisälämpötilassa ei tule esiintymään epäsuotavia 5 äkillisiä muutoksia. Ajastin 11 on rakenteeltaan elektroninen ja konstruoitu muuttamaan kytkentätaajuuttaan säätö-laitteiston ohjauksen alaisena siten, että lämmitettävässä tilassa säilyy haluttu lämpötila. Jos lämmön talteenotto ei riitä ylläpitämään sopivaa sisälämpötilaa, siirtyy jär-10 jestelmä toiseen vaiheeseen. Tässä lämmön talteenotto lukitaan optimaalista hyötysuhdetta vastaavaan asentoon ja lämpötilaa ohjataan lämpöpatterin 8 avulla.There are three stages in the operation of the system. In the first step, the internal temperature is adjusted by adjusting the efficiency of the heat-30 recovery system. In practice, this takes place in such a way that the control device 4 sends a message to the timer 11 on the basis of the temperature given by the indoor temperature monitoring sensor, which changes the frequency at which the timer switches on the motor 13 via the relay 12. The message received by the timer can be e.g. a resistance message e.g. between 4 71832 0 ... 140 ohms or a DC voltage message e.g. between +4 ... 7 V or 0 ... 10 V. In this way the switching speed of the OP damper position is controlled substantially continuously and steplessly, so that there will be no undesirable 5 sudden changes in the internal temperature. The timer 11 is electronic in construction and is designed to change its switching frequency under the control of the control equipment so that the desired temperature is maintained in the space to be heated. If heat recovery is not sufficient to maintain a suitable internal temperature, the system will move to the second stage. Here, the heat recovery is locked in the position corresponding to the optimal efficiency and the temperature is controlled by means of the radiator 8.

Järjestelmällä on myös kolmas toimintatapa, jota voidaan käyttää silloin, kun ilmanvaihtoa ei tarvita. Tällöin 15 sekä poistoilmapelti 1 että raitisilmapelti 6 suljetaan ja ilmaa kierrätetään raitisilmapeltiin liittyvän toisen sisääntulon ja raitisilmakanavan kautta, jolloin sisätilan haluttua lämpötilaa pidetään yllä lämpöpatterin 8 avulla.The system also has a third mode of operation that can be used when ventilation is not required. In this case, both the exhaust air damper 1 and the fresh air damper 6 are closed and air is circulated through the second inlet and the fresh air duct connected to the fresh air damper, whereby the desired indoor temperature is maintained by means of the radiator 8.

Yhteenvetona voidaan todeta, että esillä oleva kek-20 sintö tarjoaa mahdollisuuden ohjata regeneratiivisesti toimivan lämmöntalteenottolaitteiston hyötysuhdetta oleellisesti portaattomasti muuttamalla taajuutta, jolla ohjaus-pellin asentoa vaihdetaan. Täten vältetään ongelmat, jotka liittyvät aikaisempaan ohjaustapaan, jossa lämmöntalteen-25 ottojärjestelmän hyötysuhdetta pyrittiin säätämään kytke mällä koko järjestelmä ajoittain pois toiminnasta.In summary, the present invention provides the ability to control the efficiency of a regenerative heat recovery apparatus in a substantially stepless manner by changing the frequency at which the position of the control damper is changed. This avoids the problems associated with the previous control method, in which the efficiency of the heat recovery system was sought to be adjusted by periodically shutting down the entire system.

Claims

5 71 832

A method for controlling the efficiency of a regenerative heat recovery system, the heat recovery system comprising two fixed heat storage elements (LTV1, LTV2) and a control damper (OP) by means of which the exhaust air flow and the fresh air flow are alternately controlled through the charging elements (LTV1, LTV2) by means of a mechanical transmission (14), a motor (13) and a relay (12) supplying electric current to the motor, comprising a switching frequency determining element (11), characterized in that the switching frequency of the switching frequency determining element (11) is controlled substantially steplessly based on messages from temperature monitoring sensors (15) 15.

2. An apparatus for controlling the efficiency of a regenerative heat recovery system, the heat recovery system comprising two fixed heat storage elements (LTV1, LTV2) and a control damper (OP) 20 by means of which the exhaust air flow and fresh air flow are alternately controlled between the charge elements (LTV1, LTV2) (14), by means of a motor (13) and a relay (12) supplying electric current to the motor, io being associated with a switching frequency determining member (11), characterized in that the switching frequency determining element is an electronic timer (11) provided by a switching frequency is substantially dependent on the message given by the temperature sensor (15) monitoring the temperature of the space to be heated via the control device (4).