FI85763C

FI85763C - Luftuppvaermnings- och luftkonditioneringssystem.

Info

Publication number: FI85763C
Application number: FI881467A
Authority: FI
Inventors: Heikki Andersson; Matti Haapakoski
Original assignee: Imatran Voima Oy
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1992-05-25
Also published as: WO1989009369A1; FI85763B; AU3438089A; FI881467A0; FI881467A

Description

1 85763

Ilmalämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmä

Keksinnön kohteena on ilmalämmitys- ja ilmanvaihto-järjestelmä käsittäen tuloilmakanavan, poistoilmakanvan, 5 tulo- ja poistoilmakanavien väliin sovitetun lämmön tal-teenottoyksikön lämmön siirtämiseksi poistoilmasta tuloil-maan, tuloilmakanavaan liittyvän massavaraajan lämmön luo-vuttamiseksi sen läpi johdettuun ilmaan, tuloilman jakelukanavan tuloilman jakamiseksi eri huonetiloihin ja tuloil-10 man jakelukanavaan sovitetut, huonetilakohtaisilla termostaateilla ohjatut kanavalämmitinyksiköt huonetilakohtaisen säätölämmön tuottamiseksi.

Eräs ilmalämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmä tunnetaan esimerkiksi FI-patenttijulkaisusta 59 664. Siinä 15 pääosin edellä kuvatun kaltaista järjestelmää on käytetty asuinkerrostalon lämmittämiseen siten, että syötettyä lämpömäärää on voitu ohjata julkisivukohtaisesti. Kyseiseen järjestelmään ei liity kuitenkaan lämpöä varastoivia elementtejä eikä se juurikaan sovellu käytettäväksi esimer-20 kiksi pientalon lämmitykseen. Toisaalta massavaraajan käyttö ilmalämmitysjärjestelmän lämmönlähteenä tunnetaan esimerkiksi FI-patenttihakemuksesta 851630. Tässä julkaisussa massavaraajana on käytetty erityisesti vuoluki-vestä rakennettua yksikköä, joka soveltuukin varsin hyvin ... 25 massavaraajaksi kun otetaan huomioon lämpötilarajoitus, jonka johdosta vuolukiven lämpötila ei saa ylittää arvoa 600 °C, koska sen jälkeen kiven karbonaatit alkavat hajota ja kivi haurastua. Muina tunnetun tyyppisinä varaavina massoina voidaan mainita esimerkiksi betoni, vesi, öljy ja 30 muuratut tiilirakenteet. Niiden kaikkien yhteisenä haittana on suuri tilan tarve ja työläs järjestelmän asentaminen. Normaalisti eri tyyppisiä massavaraajia on sijoitettu yksi kuhunkin lämmitettävään huonetilaan, jolloin järjestelmän kustannukset nousevat kohtuuttoman korkeiksi. Toi-35 saalta yhden massavaraajan käyttöön ilmalämmitysjärjestel- 2 85763 män keskeisenä lämmönluovutusyksikkönä liittyy erinäisiä ongelmia johtuen erityisesti siitä, että eri huonetilojen erilaiset lämmöntarpeet eivät ole olleet juurikaan otettavissa huomioon. Tämän johdosta joidenkin huonetilojen 5 lämpötila on saattanut kohota tarpeettoman korkeaksi joidenkin muiden huonetilojen ollessa samanaikaisesti liian viileitä. Tavanomaisen ilmalämmitysjärjestelmän eräänä ongelmana on myös se, että niissä useimmiten joudutaan ilmaa kierrättämään siten, että huoneisiin syötettävä ilma 10 otetaan osittain ulkoa ja osittain huonetilasta, minkä johdosta johonkin huonetilaan syntyneet epäpuhtaudet pyrkivät leviämään muihinkin huonetiloihin huolimatta käytetyistä suodattimista. Täten tällaiset ilmankierrätysjärjestelmät eivät välttämättä täytä nykyisin sisäilmastolle 15 asetettuja suhteellisen korkeita vaatimuksia erityisesti ilman puhtauden suhteen.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena onkin tuoda esiin ilmalämmitysjärjestelmä, joka samanaikaisesti toimii ilmanvaihtojärjestelmänä, ja jossa yllä mainitut tavan-20 omaisiin ilmalämmitysjärjestelmiin liittyvät ongelmat on voitettu.

Yllä mainittuun tavoitteeseen on päästy keksinnön mukaisella ilmalämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmällä, jolle on tunnusomaista, että järjestelmä edelleen käsittää 25 tuloilmakanavaan sovitetun säätöpellin tuloilmavirtauksen jakamiseksi suoraan tuloilman jakelukanavaan ohjatuksi osuudeksi ja massavaraajan kautta jakelukanavaan ohjatuksi osuudeksi ja välineet säätöpellin ohjaamiseksi sopivaan lämmitettävään huonetilaan sovitetun termostaatin avulla 30 siten, että massavaraaja tuottaa lämmitysjärjestelmään peruslämmön.

Keksinnön mukaisessa järjestelmässä massavaraajaa voidaan käyttää ilmalämmitys järjestelmän peruslämmön tuottamiseen, vaikka sen avulla ei kyetäkään huonetilakohtai-35 seen lämmönsäätöön. Mainittu peruslämpö on nimittäin ase- ► * 3 85763 teltu siten, että sen avulla kyetään saavuttamaan riittävä lämpötila ainoastaan joissakin hyvin suojatuissa tiloissa ja kaikissa muissa normaalisti käytössä olevissa tiloissa tämä peruslämpö ei tyydytä koko lämmöntarvetta. Tämän an-5 siosta huonetilakohtaisilla termostaateilla ohjatut kana-valämmitysyksiköt voivat tuottaa huonetilakohtaisesti li-sälämpöä siten, että tämän lisälämmön avulla kyetään saavuttamaan täysin huonetilakohtainen lämpötilan säätö. Järjestelmässä tuloilmakanavan säätöpeltiä ohjataan sopivaan 10 lämmitettävään huonetilaan sovitetun termostaatin avulla, joka sopiva huonetila on tällöin esimerkiksi rakennuksen keskellä sijaitseva tila, josta lämmön poistuminen ympäristöön on suhteellisen vähäistä ja joka siten ei ole alttiina nopeille säätilasta aiheutuville muutoksille. Edel-15 leen on edullista, että massavaraajan varautumista ohjataan ulkolämpötilan perusteella, jotta siihen varattu lämpömäärä olisi riittävä tyydyttämään lämmöntarpeen sinä aikana, jona massavaraajaan ei tehoa syötetä. Normaali massavaraajan käyttötapahan on sellainen, että sitä vara-20 taan esimerkiksi sähkölämmityksen kyseessä ollen ainoastaan yöaikana, jolloin sähköenergian hinta on oleellisesti alhaisempi kuin päiväsaikaan. Tällainen massavaraajan käyttötapa on edullinen sekä kuluttajalle että sähköntuottajalle, koska se ei nosta sähkön vuorokautista kulutus-- . 25 huippua.

Seuraavassa keksinnön mukaista ilmalämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmää kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jonka kuvio esittää kaaviol-lisesti keksinnön mukaisen ilmalämmitys- ja ilmanvaihto-30 järjestelmän rakenteen.

Kuviossa esitetty keksinnön mukainen ilmalämmitys-ja ilmanvaihtojärjestelmä käsittää tuloilmakanavan 1, poistoilmakanavan 2, tulo- ja poistoilmakanavien 1 ja 2 väliin sovitetun lämmön talteenottoyksikön LTO lämmön 35 siirtämiseksi poistoilmasta tuloilmaan, massavaraajan MV

4 85763 toisaalta lämmön varastoimiseksi ja toisaalta sen luovuttamiseksi varaajan läpi johdettuun ilmaan ja tuloilmakana-vaan 1 sovitetun puhaltimen 15 ja säätöpellin SP tuloilman syöttämiseksi osittain suoraan ja osittain massavaraajan 5 MV kautta lämmitettäviin huonetiloihin 3, 4, 5 ja 6. Tu-loilmakanavaan 1 on sovitettu suodatin 8 epäpuhtauksien suodattamiseksi ulkoa tulevasta raittiista ilmasta sekä puhallin 9 raittiin ilman syöttämiseksi järjestelmään. Suodattimen 8 tehtävänä on toisaalta estää epäpuhtauksien 10 pääsy lämmitettäviin tiloihin ja toisaalta sen avulla kyetään välttämään lämmön talteenottoyksikön LTO kennojen likaantuminen. Samalla tavoin poistoilmakanavaan 2 on sovitettu suodatin 10 ennen lämmön talteenottoyksikköä estämään sen likaantuminen. Lämmön talteenottoyksikön jälkeen 15 poistoilmakanavaan 2 on lisäksi sovitettu poistoilmapuhal-lin 11 riittävän ilmamäärän poistamiseksi lämmitettävistä tiloista. Puhaltimia 9 ja 11 ohjaamalla keksinnön mukainen järjestelmä toimii myös ilmanvaihtojärjestelmänä täyttäen ilmanvaihdolle asetetut vaatimukset. Täten näitä puhalti-20 mia täytyy voida ohjata kulloisestakin ilmavaihtotarpeesta riippuvasti siten, että esimerkiksi niinä aikoina, jolloin lämmitettävissä tiloissa ei oleskella, ilmavaihto voidaan pitää suhteellisen vähäisenä ja vastaavasti muina aikoina sitä voidaan tehostaa halutulla tavalla. Tämä ilmanvaihdon :· 25 ohjaaminen ei ole ristiriidassa samaan järjestelmään sisältyvän ilmalämmityksen kanssa, koska poistuvan ilman lämpö otetaan oleellisin osin talteen lämmön talteenotto-yksikön LTO avulla. Edelleen tulee ottaa huomioon, että keksinnön mukaista ilmalämmitysjärjestelmää ohjataan pääo-30 sin syötetyn ilman lämpötilaa säätämällä, joten ilmamäärät voidaan pitää ilmanvaihdon kannalta edullisissa arvoissa välttäen täten tarpeetonta lämmönhukkaa. Jotta tällaisesta ilmastoinnin ja lämmityksen yhdistämisestä ei koituisi kohtuutonta lämmönhukkaa myöskään kovimmilla pakkasilla on 35 järjestelmä lisäksi varustettu kierrätyskanavalla 12, jos- ii 5 85763 sa on säätöpelti KSP sekä suodatin 13. Tämän kierrätyska-navan 12 kautta voidaan osa tuloilmakanavan 1 ilmasta imeä puhaltimella 15 huonetiloista jo valmiiksi lämpimänä. Tällä tavoin kierrätetyn ilmamäärän osuus on aseteltavissa 5 säätöpellin KSP avulla.

Keksinnön mukaisen ilmalämmitysjärjestelmän sydämenä on massavaraaja MV, joka voi olla käytännössä mitä tahansa tunnettua rakennetta. Kuitenkin on edullista, että tämä yksikkö olisi kooltaan mahdollisimman pieni ja siinä 10 määrin hyvin eristetty, että siitä ei juurikaan johtumalla synny lämpöhäviöitä ympäristöön. Edelleen on edullista, että tämän massavaraajän yhteyteen on sovitettu myös käyt-tövesikierukka KV lämpimän käyttöveden tuottamista varten. Kyseiseen lämpimään käyttöveden piiriin on esitetty liite-15 tyksi myös sähkövastus SV, jonka avulla lämmintä käyttövettä voidaan tuottaa esimerkiksi lämmityskauden ulkopuolella tai silloin kun massavaraaja ei kykene lämmittämään käyttövettä riittävästi. Massavaraajän varautumista ohjataan ohjausyksiköllä TC1 ulkolämpötilaa tunnustelevan ter-20 mostaatin TE1 ohjauksessa. Tällä tavoin varattu lämpömäärä saadaan riittäväksi ajatellen lämmöntarvetta lämmitettävissä huonetiloissa päiväsaikaan, jolloin sähköteho ei ole kytkettynä massavaraajaan. Sama ohjausyksikkö TC1 ohjaa myös kierrätyskanavan 12 säätöpeltiä KSP moottorin 14 25 avulla, joten tämä pelti voidaan ohjata avautumaan ulko-lämpötilasta riippuvaisesti esimerkiksi vain kovimmilla pakkasilla.

Tuloilmakanavassa 1 olevan säätöpellin SP avulla tuloilma syötetään puhaltimella 15 osittain massavaraajan 30 MV kautta ja osittain suoraan tuloilman jakelukanavaan 7. Tällä tavoin jakelukanavassa 7 olevan tuloilman lämpötila saadaan halutuksi. Tätä säätöpeltiä SP ohjataan säätömoot-torilla M, jota puolestaan ohjaa ohjausyksikkö TC2. Tämä ohjausyksikkö TC2 toimii sopivasta tilasta termostaatilla 35 TE3 mittaamansa lämpötilan perusteella ja toisaalta tu- 6 85763 loilman jakokanavasta 7 termostaatilla TE2 mittaamansa lämpötilan perusteella. Tila 3, johon termostaatti TE3 on sijoitettu on valittu siten, että kyseisen tilan lämpötilaa voidaan pitää sopivana peruslämpötilana kaikille läm-5 niitettäville tiloille. Täten kyseinen tila 3 on käytännössä sellainen, että sen lämmöntarve on suhteellisen pieni ja käytännössä pienempi kuin muiden lämmitettävien tilojen. Lisäksi kyseisen tilan lämpötila voi olla jossain määrin alhaisempi kuin normaalien huonetilojen lämpötila. 10 Tällaiseksi huonetilaksi 3 voitaisiin ajatella esimerkiksi vaatehuonetta. Määrittämällä lämmönjakelujärjestelmään syötettävä peruslämpö esitetyllä tavalla aikaansaadaan tilanne, jossa lämmitettäviin huonetiloihin 4, 5 ja 6 syötetty lämpömäärä ei riitä tyydyttämään kyseisten tilojen 15 koko lämmöntarvetta. Tämä on täysin tarkoituksellista, koska tällöin kyseisiin tiloihin sovitettujen ja kyseisissä tiloissa olevien termostaattien TE4, TE5, ja TE6 ohjaamien kanavalämmitysyksiköiden KL4, KL5 ja KL6 avulla voidaan kaikissa tilanteissa tuottaa tarvittava lisälämpömää-20 rä. Tällä tavoin huonekohtaiset lämpötila-asetukset ovat helposti toteutettavissa ja kyetään ottamaan huomioon eri huonetilojen eri rakenteet, kuten ikkunoiden suuri määrä tai huoneen sijainti talon etelänpuoleisella julkisivulla.

Perustuen keksinnön mukaisen ilmalämmitys- ja il-25 manvaihtojärjestelmän rakenteeseen ja toimintaperiaattee seen se ei normaalisti edellytä ilman kierrätystä eli jo jossain määrin likaantuneen ilman johtamista lämmitettynä uudelleen ilmanjakokanavaan jaettavaksi eri lämmitettäviin huonetiloihin. Tämä on eräs keksinnön mukaisen järjestel-30 män avulla saavutettava merkittävä etu. Osittain tästäkin edusta ja keksinnön mukaisen järjestelmän muustakin rakenteesta johtuen keksinnön mukaisen järjestelmän avulla pystytään takaamaan rakennukseen sisäilmasto ja ilmanvaihto, joka täyttää kaikki viranomaisten asettamat määräykset ja 35 ohjeet. Tähän päästään keksinnön mukaisen yhden integroi- ^ 85763 dun järjestelmän avulla, jolloin ei siis tarvita kahta toisistaan erillistä järjestelmää toisaalta ilmanvaihdon ja toisaalta lämmityksen hoitamiseen, mikä merkitsee merkittäviä kustannussäästöjä sekä järjestelmän suunnittelus-5 sa että toteutuksessa. Lisäksi keksinnön mukainen järjestelmä mahdollistaa massavaraajan käytön pääasiallisena lämmönlähteenä, mikä, kuten edellä jo mainittiin, on edullista toisaalta sekä sähkönkuluttajalle että myös sähköntuottajalle tasatessaan vuorokautisia sähkönkulutushuippu-10 ja.

Yllä keksinnön mukaista ilmalämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmää on kuvattu vain yhden esimerkinomaisen suoritusmuodon avulla ja on ymmärrettävää, että järjestelmän rakenne voi poiketa kuviossa esitetystä esimerkinomaisesta 15 rakenteesta poikkeamatta kuitenkaan oheisten patenttivaa timusten määrittelemästä suojapiiristä. Keksinnön perusideahan on, että tarvittava peruslämpö tuotetaan massava-raajalla ja huonekohtainen lämpötilan säätö suoritetaan huonekohtaisesti ohjatuilla kanavalämmittimillä, jotka 20 voivat olla mitä tahansa tunnettua rakennetta, sähköläm mitteisten yksiköiden kuitenkin tarjotessa yksinkertaisimman ja helpoimmin ohjattavissa olevan vaihtoehdon.

Claims

8 85763 1. Ilmalämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmä käsittäen 5 tuloilmakanavan (1), poistoilmakanavan (2), tulo- ja poistoilmakanavien (1, 2) väliin sovitetun lämmön talteenottoyksikön (LTO) lämmön siirtämiseksi pois-toilmasta tuloilmaan, 10 tuloilmakanavaan (1) liittyvän massavaraajan (MV) lämmön luovuttamiseksi sen läpi johdettuun ilmaan, tuloilman jakelukanavan (7) tuloilman jakamiseksi eri huonetiloihin (4,5,6) ja tuloilman jakelukanavaan (7) sovitetut, huonetila-15 kohtaisilla termostaateilla (TE4, TE5, TE6) ohjatut kana-valämmitinyksiköt (KL4, KL5, KL6) huonetilakohtaisen sää-tölämmön tuottamiseksi, tunnettu siitä, että järjestelmä edelleen käsittää tuloilmakanavaan (1) sovitetun säätöpellin (SP) 20 tuloilmavirtauksen jakamiseksi suoraan tuloilman jakeluka navaan (7) ohjatuksi osuudeksi ja massavaraajan (MV) kautta jakelukanavaan (7) ohjatuksi osuudeksi ja välineet (M,TC2) säätöpellin (SP) ohjaamiseksi sopivaan lämmitettävään huonetilaan (3) sovitetun termostaa-25 tin (TE3) avulla siten, että massavaraaja (MV) tuottaa lämmitysjärjestelmään peruslämmön. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, t u n n e t t u siitä, että massavaraajan (MV) varaavan massan lämpötilaa ohjataan ulkolämpötilaa tarkka!levän termos- 30 taatin (TE1) perusteella. 9 85763

1. Luftuppvärmnings- och luftkonditioneringssystem som omfattar 5 en inloppsluftskanal (1), en utloppsluftkanal (2), en mellan inlopps- och utloppsluftkanalerna (1, 2) anordnad ätervinningsenhet (LTO) för överföring av värme frän utloppsluften tili inloppsluften, 10 en tili inloppsluftkanalen (1) ansluten värmelag- ringsanordning (MV) för avgivning av värme i den genom densamma ledda luften, en distributionskanal (7) för inloppsluft för för-delning av inloppsluften tili olika rumsutrymmen (4, 5, 6) 15 kanaluppvärmningsenheter (KL4, KL5, KL6) styrda medelst för varje rumsutrymme specifikä termostater (TE4, TE5, TE6), vilka enheter är anordnade i distributionskana-len (7) för inloppsluft för alstring av för varje rumsutrymme specifikt regleringsvärme, känneteck-20 n a t därav, att systemet dessutom omfattar ett i inloppsluftkanalen (1) anordnat reglerspjäll (SP) för fördelning av inloppsluftströmmen i en direkt tili distributionskanalen (7) för inloppsluft styrd andel och en genom värmelagringsanordningen (MV) tili distribu-25 tionskanalen (7) styrd andel, och medel (M, TC2) för styrning av reglerspjället (SP) med hjälp av en i ett lämpligt rumsutrymme (3) som skall uppvärmas anordnad termostat (TE3), sä att värmelagringsanordningen (MV) alstrar uppvärmningssystemets grundvärme. 30

2. System enligt patentkravet 1, kanne- t e c k n a t därav, att temperaturen av den värmelagran-de massan i värmelagringsanordningen (MV) styrs pi basis av en termostat (TE1) som observerar utetemperaturen.