FI73067C

FI73067C - Ventilation systems.

Info

Publication number: FI73067C
Application number: FI840280A
Authority: FI
Inventors: Vesa Koponen; Ingmar Rolin; Erkki Salmio; Jurij Mihajlovitch Babahanov; Aleksej Pavlovitch Shatalov; Vladimir Mihajlovitch Minejev
Original assignee: Suomen Puhallintehdas Oy; Sntl N Maatalouden Saehkoeisty
Priority date: 1984-01-24
Filing date: 1984-01-24
Publication date: 1987-08-10
Also published as: FI73067B; FI840280A0; FI840280A

Description

T1 ,....... , . a 73067T1, .......,. and 73067

Ilmastointijärjestelmä Tämän keksinnön kohteena on ilmastointijärjestelmä esityisesti sellaisiin tiloihin, joissa on huomattavia läm-5 pö- ja kosteuskuormia, joka järjestelmä käsittää laitteet lämmön talteenottamiseksi.The present invention relates to an air conditioning system, in particular for rooms with significant heat and humidity loads, which system comprises devices for recovering heat.

Tyypillisiä tiloja, joissa on huomattavia lämpö- ja kosteuskuormia, ovat karjasuojat ja muut kotieläinsuojat, joskin keksintö on sovellettavissa myös muihin tiloihin, 10 joissa on samantapaisia olosuhteita.Typical spaces with significant heat and humidity loads include livestock shelters and other livestock shelters, although the invention is also applicable to other spaces with similar conditions.

Perinteisesti karjasuojia ei ole varustettu ilmastointi- ja/tai lämmityslaitteilla, koska eläimet pystyvät itse myös talvella tuottamaan riittävästi lämpöä siedettävän lämpötilan ylläpitämiseksi, joka lämpötila tavallises-15 ti on n. 0°C - +5°C. Tällaiset "luonnolliset" olosuhteet johtavat vakaviin epäkohtiin sikäli, että ilman kosteus lauhtuu sekä suojan sisärakenteille, jolloin niiden käyttöaika lyhenee, että sumuna, jolloin työskentelyolosuhteet tulevat epämiellyttäviksi ja epäterveellisiksi. Edelleen, 20 pelkästään alhaisesta lämpötilasta seuraa se, että suuri osa eläinten ruoan kautta saamasta energiasta kuluu lämpimänä pitämiseen, mistä syystä eläinten tuotos laskee huomattavasti .Traditionally, livestock shelters are not equipped with air conditioning and / or heating devices, as the animals themselves are able to generate enough heat even in winter to maintain a tolerable temperature, which is usually about 0 ° C to + 5 ° C. Such "natural" conditions lead to serious disadvantages in that the moisture in the air condenses both on the internal structures of the protection, which shortens their service life, and in the form of fog, which makes the working conditions uncomfortable and unhealthy. Furthermore, it follows from the low temperature alone that much of the energy received by the animals through food is used to keep warm, which is why the output of the animals decreases considerably.

Olosuhteiden parantamiseksi on kehitetty ilmastoin-25 tijärjestelmiä, jotka yleisesti ottaen perustuvat siihen, että poistetaan eläinten tuottama kosteus, eli kosteuskuor-ma, ilmanvaihtoilman mukana. Kokemuksen kautta on päädytty tiettyihin normeihin ilmanvaihtoilman määrälle ja koska ilma alhaisessa lämpötilassa hyvin rajoitetusti pystyy absor-30 boimaan kosteutta, nämä normit määräävät niin intensiivisesti ilmanvaihtoa, että laitteisto-, asennus- ja käyttökustannukset tulevat tuntuviksi.To improve the conditions, air-conditioning systems have been developed which are generally based on the removal of the moisture produced by the animals, i.e. the moisture load, with the ventilation air. Experience has shown that certain standards have been set for the amount of ventilation air, and since air at very low temperatures has a very limited ability to absorb moisture, these standards dictate ventilation so intensely that equipment, installation and operating costs become appreciable.

Lämmityskustannusten pienentämiseksi on edelleen tunnettua ottaa talteen lämpöä ilmanvaihtoilmasta lämmön-35 vaihtimien avulla, jotka siirtävät lämpöä raittiiseen tu-loilmaan. Vaikka näennäisesti suuri osa ulospuhalletun ilman sisältämästä lämmöstä on voitu ottaa talteen, kokonais- 2 73067 taloudellisuus on kuitenkin jäänyt epätyydyttäväksi, koska sisäänotetut ja ulospuhalletut ilmamäärät ovat olleet hyvin suuria. Lisäksi tuloilmaan siirretyt todelliset lämpö-määrät ovat olleet alhaiset ilmayksikköä kohti, koska läm-5 mönvaihtimet pyrkivät jäätymään kylmällä säällä, jolloin syntyy vakavia toimintahäiriöitä tai järjestelmä voi jopa kokonaan tukkeutua. Tämä ongelma on erityisen vaikea, kun käytetään tavanomaisia ristivirtaustyyppisiä levylämmönvaih-timia. Varsinkin järjestelmän tukkeutumisen jälkeen olosuh-10 teet eläinsuojassa nopeasti tulevat käytännöllisesti sietämättömiksi, kun muodostuu sumua ja hiilidioksidin ja muiden epäpuhtauksien pitoisuus nousee. Yksinomaan korkean hiilidioksidipitoisuuden johdosta useimpien kotieläinten tuotos laskee olennaisesti.In order to reduce heating costs, it is still known to recover heat from ventilation air by means of heat exchangers 35 which transfer heat to fresh supply air. Although a seemingly large part of the heat contained in the blown air has been able to be recovered, the overall economy of 2 73067 has remained unsatisfactory due to the very large volumes of air drawn in and blown out. In addition, the actual amounts of heat transferred to the supply air have been low per unit of air, as the heat exchangers tend to freeze in cold weather, resulting in severe malfunctions or even complete clogging of the system. This problem is particularly difficult when using conventional cross-flow type plate heat exchangers. Especially after clogging of the system, the conditions in the animal shelter quickly become practically intolerable when fog is formed and the concentration of carbon dioxide and other contaminants increases. Due to the high carbon content alone, the output of most livestock will fall significantly.

15 Edellä mainitun tasoisia ilmastointijärjestelmiä on esitetty esim. neuvostoliittolaisissa keksijäntodistuksissa nro 909462 ja nro 976862, suomalaisessa patenttijulkaisussa nro 62413 ja saksalaisissa patenttijulkaisuissa nro 2509038 ja nro 2637230. Siitä huolimatta, että ilmanvaihdon ja läm-20 mön talteenoton yhdistäminen on ollut kauan tunnettua, on edelleen olemassa suuri määrä kotieläinsuojia ilman minkäänlaista ilmanvaihtojärjestelmää, mikä seikka havainnollistaa tunnettujen järjestelmien puutteita.15 Air conditioning systems of the above-mentioned level are described, for example, in Soviet inventors' certificates No. 909462 and No. 976862, Finnish Patent Publication No. 62413 and German Patent Publication Nos. 2509038 and No. 2637230. Despite the fact that ventilation and heat recovery have continued to exist, a large number of animal shelters without any kind of ventilation system, a fact which illustrates the shortcomings of known systems.

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on saada aikaan 25 uusi ilmastointijärjestelmä, joka poistaa tunnettujen järjestelmien epäkohdat.The object of the present invention is to provide a new air conditioning system which eliminates the disadvantages of the known systems.

Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi esitetään ilmastointijärjestelmä, jolle pääasiallisesti on tunnusomaista se, että lämmöntalteenottotarpeen esiintyessä pidetään ti-30 lassa ilman lämpötila normiarvon tasoa korkeampana, edullisesti niin korkeana, että poistoilma pystyy absorboimaan ilmastoitavan tilan kosteuskuorman ainakin oleellisesti, jolloin ilmanvaihtomäärä on alennettavissa tasolle, joka olennaisesti määräytyy hengitykselle haitallisten kaasujen 35 poistotarpeesta, lämmöntalteenoton tehostamiseksi ja siten energian kulutuksen pienentämiseksi, ja että lämmöntalteenoton tehostamiseksi, kun vaihtoilman kosteudenabsorptiokyky 3 73067 alhaisilla ulkoilman lämpötiloilla käy riittämättömäksi, poistetaan lisäilmaa ilmastoitavasta tilasta lämmöntalteen-ottolaitteen kautta, ilmaan vesihöyrynä sitoutuneen energian hyödyntämiseksi kosteuden lauhtuessa, ja että tämä li-5 säilma kierrätetään takaisin mainittuun tilaan sekoitettuna raittiiseen tuoreilmaan. Tällä tavalla on mahdollista tehostaa lämmöntalteenottoa, yleensä ulkoilman lämpötilan ollessa noin -10°C - -15°C.To achieve this object, an air conditioning system is disclosed, which is mainly characterized in that when the heat recovery is required, the air temperature is kept above the normal value, preferably so high that the exhaust air can absorb at least substantially the humidity load of the room to be air-reduced. from the need to remove harmful gases, in order to increase heat recovery and thus reduce energy consumption, and to increase heat recovery when the moisture absorption capacity of the exchange air at low ambient temperatures becomes insufficient, -5 preserves are recycled back to said space mixed with fresh fresh air. In this way, it is possible to enhance heat recovery, usually at an outdoor temperature of about -10 ° C to -15 ° C.

Poistoilman lämpö otetaan talteen sinänsä tunnetulla 10 tavalla lämmönvaihtimen avulla. Tässä lämmönvaihtimessa on edullisesti ainakin oleellisesti pystysuuntaiset kanavat lämmönvaihdinpintoina, jolloin lauhdevirtaus pitää lämmönvaihtimen puhtaana.The heat of the exhaust air is recovered in a manner known per se by means of a heat exchanger. This heat exchanger preferably has at least substantially vertical channels as heat exchanger surfaces, whereby the condensate flow keeps the heat exchanger clean.

Edellä, kuten myös jatkossa, käsite "ilmanvaihtoilma" 15 tarkoittaa ulkoilmaan puhallettua ilmaa, kun taas käsite "poistoilma" tarkoittaa ilmaa, joka poistuu varsinaisesta ilmastoitavasta tilasta; osa poistoilmasta voi olla kierto-ilmaa. Käsite "hengitystarve" viittaa hiilidioksidin ja vastaavien epäpuhtauksien pitoisuuksiin.Above, as in the following, the term "ventilation air" 15 means air blown into the outside air, while the term "exhaust air" means air leaving the actual air-conditioned space; part of the exhaust air may be recirculated air. The term "need for respiration" refers to concentrations of carbon dioxide and related pollutants.

20 Toisin kuin aikaisemmin tunnetut ilmastointijärjes telmät, esillä oleva keksintö perustuu oivallukseen, että korottamalla esim. karjasuojan lämpötila näennäisesti tarpeettoman korkeaan arvoon, edullisesti noin +13°C - +17°C;n tasolle, ja vähentämällä todellista ilmanvaihtovirtausta 25 vastaamaan vain karjasuojan sisäilman hengitystarpeen laatuvaatimuksia, on vastoin tähän asti vallinnutta yleistä käsitystä mahdollista tehostaa lämmöntalteenottoa siinä määrin, että ilmastointijärjestelmä on omavarainen niinkin alhaisessa ulkoilman lämpötilassa kuin noin -25°C ja samalla 30 voidaan karjasuojassa ylläpitää stabiili kosteuspitoisuus sekä muuten edullisia olosuhteita.Unlike previously known air conditioning systems, the present invention is based on the realization that e.g. by raising the temperature of the cattle shelter to a seemingly unnecessarily high value, preferably to about + 13 ° C to + 17 ° C, and reducing the actual ventilation flow to meet only the cattle shelter's indoor ventilation needs. Contrary to the general perception hitherto, it is possible to increase the efficiency of heat recovery to the extent that the air-conditioning system is self-sufficient at outdoor temperatures as low as about -25 ° C and at the same time a stable moisture content and otherwise favorable conditions can be maintained in the livestock shelter.

Lämpimän poistoilman kosteudessa on huomattava määrä latenttia lämpöä ja korkean lämpötilan ansiosta poisto-ilman lauhtumisvaihe pitenee lämmönvaihtimessa, jolloin la-35 tentti lämpö suurelta osin saadaan otetuksi talteen, mikä osaltaan lisää ilmastointijärjestelmän taloudellisuutta.The humidity of the hot exhaust air has a considerable amount of latent heat and due to the high temperature the condensing phase of the exhaust air in the heat exchanger is prolonged, whereby the La-35 exam heat is largely recovered, which contributes to the economy of the air conditioning system.

Keksinnön avulla saavutetaan lisäksi suurempi läm- 4 73067 pötilaero sisälämpötilan ja veden jäätymispisteen välillä. Tämän ansiosta voidaan käyttää taloudellisempia lämmönvaih-dinratkaisuja ja jäätymisriski pienenee.The invention further achieves a greater thermal difference between the internal temperature and the freezing point of the water. This allows more economical heat exchanger solutions to be used and reduces the risk of freezing.

Seuraavassa selitetään keksintöä yksityiskohtaisem-5 min viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää keksinnön erästä toteutusmuotoa virtauskaavion muodossa.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, which shows an embodiment of the invention in the form of a flow chart.

Piirustuksessa nuoli 1 osoittaa raitista tuloilmaa, nuoli 2 osoittaa ilmastoitavaan tilaan, esim. karjasuojaan puhallettavaa ilmaa, nuoli 3 osoittaa tilasta poistuvaa il-10 maa, josta osa on kiertoilmaa, nuoli 4, ja loppuosa on il-manvaihtoilmaa, joka puhalletaan ulkoilmaan, nuoli 5.In the drawing, arrow 1 indicates fresh supply air, arrow 2 indicates air to be blown into the space to be ventilated, e.g. cattle shelter, arrow 3 indicates il-10 land leaving the space, part of which is recirculated air, arrow 4, and the rest is ventilation air blown into the outside air, arrow 5 .

Viitenumero 6 osoittaa yleisesti nestekiertoista vä-lipiiriä, jota käytetään lämmön talteenottamiseen poistoil-masta 3. Piirissä 6 on ensimmäinen lämmönvaihdin 7, joka 15 siirtää lämpöä nesteestä, kuten esim. veden ja glykolin seoksesta, raittiiseen tuloilmaan ja toinen lämmönvaihdin 8 lämmön siirtämiseksi poistoilmasta nesteeseen. Nestevir-tauksen suunta piirissä 6 ilmenee pumpusta 9, 10 on nesteen paisunta-astia. Nuoli 11 osoittaa ilmaa, jota otetaan si-20 sään lämmönvaihtimen 7 ohi.Reference numeral 6 generally indicates a liquid circulating intermediate circuit used to recover heat from exhaust air 3. Circuit 6 has a first heat exchanger 7 which transfers heat from a liquid, such as a mixture of water and glycol, to fresh supply air and a second heat exchanger 8 to transfer heat from exhaust air to liquid. The direction of liquid flow in the circuit 6 is indicated by the pump 9, 10 is a liquid expansion vessel. Arrow 11 indicates the air that is taken past the si-20 weather heat exchanger 7.

Numerot 12, 13, 14 ja 15 osoittavat tulojohtoa, ohi-tusjohtoa, poistojohtoa ja vastaavasti kierrätysjohtoa, 16 ja 17 ovat puhaltimia, 18 on suodatin, ja 19, 20, 21 ja 22 ovat raittiin tuloilman, ohitusilman, kierrätysilman ja il-25 manvaihtoilman säätimiä.Numbers 12, 13, 14 and 15 denote supply line, bypass line, exhaust line and recirculation line, respectively, 16 and 17 are fans, 18 is a filter, and 19, 20, 21 and 22 are fresh supply air, bypass air, recirculated air and ventilation air. controls.

Ilmastoitavaan tilaan sijoitettuja lämpötila-anturei-ta on osoitettu viitenumeroilla 23, 24 ja 25, näiden koordinointiyksikkö on merkitty 26. Yksikkö 26, kuten myös tulo-ilmapuhaltimen 16 perään sijoitettu anturi 27 on liitetty 30 lämpötilan keskusprosessoriin 29, joka riippuen vastaanottamistaan signaaleista ohjaa säätimien 20 ja 21 toimielimen 30 toimintaa sekä tuloilman mahdollisen esilämmittimen 31 toimintaa. Säätimet 19 ja 22 voivat olla käsikäyttöisiä ja niiden asettelu tehdään hengitystarpeen mukaan.Temperature sensors located in the air-conditioned space are indicated by reference numerals 23, 24 and 25, their coordination unit is denoted 26. The unit 26, as well as the sensor 27 located behind the supply air fan 16, is connected 30 to a temperature CPU 29 which controls the controllers 20 depending on the received signals. and 21 the operation of the actuator 30 and the operation of the possible supply air preheater 31. The controls 19 and 22 can be manually operated and adjusted according to the need for breathing.

35 Lämpimällä säällä, kun lämmöntalteenottoa ei tarvi ta, ilmastointijärjestelmä voi olla poiskytkettynä. Kun ulkoilman lämpötila on alueella noin +5°C - noin -5°C, jolloin 73067 vain osa poistoilman lämmöstä tarvitaan halutun sisälämpötilan ylläpitämiseksi, otetaan raitis tuloilma sisään osittain ohitusilmana johdon 13 kautta. Lämmöntalteenottotar-peen kasvaessa suljetaan ohitusjohto 13 ja kaikki tuloilma 5 virtaa lämmönvaihtimen 7 kautta. Jos ulkoilman lämpötila edelleen laskee, ilmanvaihtoilman 5 lämpö vähitellen käy riittämättömäksi, minkä jälkeen lisätään poistoilmaa 3 ja poistoilman ylimäärä kierrätetään takaisin johdon 15 kautta. Tämän tapaisen uudelleenkierrätyksen avulla on mahdollista 10 pitää ilmastointijärjestelmää omavaraisena niinkin alhaisessa ulkoilman lämpötilassa kuin noin -25°C, jonka jälkeen esilämmitin 31 otetaan käyttöön. Poistoilman 3 korkean lämpötilan ansiosta lämmönvaihdin 8 ei ole herkkä jäätymään mutta on kuitenkin suositeltavaa valvoa nesteen lämpötilaa 15 johdossa 32, esim. anturin 33 avulla, joka ennalta määrätyssä lämpötilassa on sovitettu vaikuttamaan venttiilin 34 nesteen kierrättämiseksi ainakin osittain piirissä 9 - 34 -32.35 In warm weather, when heat recovery is not required, the air conditioning system may be switched off. When the outside air temperature is in the range of about + 5 ° C to about -5 ° C, whereby only part of the exhaust air heat is needed to maintain the desired indoor temperature, fresh supply air is partially introduced as bypass air via line 13. As the need for heat recovery increases, the bypass line 13 is closed and all the supply air 5 flows through the heat exchanger 7. If the outside air temperature continues to fall, the heat of the ventilation air 5 gradually becomes insufficient, after which the exhaust air 3 is added and the excess exhaust air is recirculated back via the line 15. With such recirculation, it is possible to keep the air conditioning system self-sufficient at an outdoor temperature as low as about -25 ° C, after which the preheater 31 is put into operation. Due to the high temperature of the exhaust air 3, the heat exchanger 8 is not susceptible to freezing but it is advisable to monitor the liquid temperature 15 in the line 32, e.g. by a sensor 33 adapted to influence the valve 34 to circulate the liquid at least partially in the circuit 9-32-32.

Kuten edellä on käynyt ilmi, keskeistä keksinnön mu-20 kaisessa ilmastointijärjestelmässä on se, että ilmanvaihto on mitoitettu ns. hengitystarpeen mukaan. Tämä ei rajoita ilmanvaihtoa mihinkään tiettyyn minimimäärään, jolloin karjasuojassa tms. olisi jotenkuten siedettävä hengitysilma, vaan tarkoituksena on luonnollisesti, että karjasuojassa 25 on ensiluokkainen hengitysilma, joka ei haittaa oleskelua eikä vähennä karjan tuotosta. Sen johdosta ilmanvaihdon tietty ylimitoitus kuuluu keksinnön piiriin, kuten sanonnalla "ainakin olennaisesti hengitystarpeen perusteella" on pyritty osoittamaan. Ilmanvaihtoilman määrä on kuiten-30 kin ratkaisevasti pienempi kuin ennestään tunnetuissa karjasuojien tms. ilmastointijärjestelmissä.As has been shown above, what is central to the air-conditioning system according to the invention is that the ventilation is dimensioned in a so-called according to respiratory needs. This does not limit the ventilation to any certain minimum amount in which breathing air should somehow be tolerated in the cattle shelter or the like, but it is naturally intended that the cattle shelter 25 has first-class breathing air that does not interfere with residence or reduce livestock yield. Consequently, a certain oversizing of ventilation is within the scope of the invention, as the phrase "at least substantially on the basis of respiratory needs" has been shown. However, the amount of ventilation air is decisively lower than in previously known air-conditioning systems for livestock shelters or the like.

Claims

6 73067

An air conditioning system for livestock shelters or the like, the system comprising means for recovering heat, characterized in that when the need for heat recovery occurs, the air temperature in the room is kept higher than the standard value, preferably so high that the exhaust air can absorb at least the humidity load of the room to be ventilated. substantially, the amount of ventilation being reduced to a level substantially determined by the need to remove gases harmful to respiration, in order to increase heat recovery and thus reduce energy consumption, and that in order to increase heat recovery , to utilize the energy bound to the air as water vapor in the condensation of moisture, and that this additional air is recycled back to said space mixed with fresh fresh air.

An air conditioning system according to claim 1, comprising a liquid circulating intermediate circuit (6) with first heat exchangers (7) for fresh air heating and second heat exchangers (8) for cooling the exhaust air (3) and recovering heat therefrom, characterized in that the exhaust air temperature of the second heat exchanger is maintained. (8) after lower than the air-conditioned space without dew point.

Air conditioning system according to Claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger (8) has at least substantially vertical channels as heat exchanger surfaces for recovering heat from the exhaust air, in order to keep the heat exchanger (8) clean by means of condensate flow.

Air conditioning system according to any one of the preceding claims, characterized in that the air temperature in said space is maintained in the range of + 13 ° C to + 17 ° C.