FI92867B - Ilmastointilaitteisto huonetiloja varten - Google Patents

Description

92867

Ilmastointilaitteisto huonetiloja varten Tämän keksinnön kohteena on ilmastointilaitteisto huonetiloja varten, johon laitteistoon kuuluu 5 - lämmönsiirtolaite lämmön siirtämiseksi huone tiloista poistetusta poistoilmasta huonetiloihin johdettavaan tuloilmaan, lämmityslähteeseen liitetyt lämmitysvälineet tuloilman lisälämmittämiseen, 10 - jäähdytys lähteeseen liitetyt jäähdytysvälineet tuloilman jäähdyttämiseen, ja - säätöelimet tuloilman lämpötilan tunnustelemista sekä lämmönsiirtolaitteen ja lämmitys- ja jäähdy-tysvälineiden ohjaamista varten tunnustellun lämpötilan 15 perusteella.

Keskusilmastointilaitteistoa käytetään huonetilojen lämmittämiseen talvella ja jäähdyttämiseen kesällä lämmittämällä tai jäähdyttämällä huonetilaan johdettavaa ilmaa, ns. tuloilmaa. Viime aikoina on lisäksi yleisty-20 nyt lämmön talteenotto huonetiloista poistettavasta ilmasta, ns. poistoilmasta, ja tämän lämmön siirtäminen tuloilmaan.

Kaikkia lämpöteknisiä toimintoja varten rakennetaan yleensä omat erilliset yksiköt, kuten läramönsiirto-25 laite poistoilman ja tuloilman välistä lämmöntalteenot-toa varten, lämmityslaite tuloilman lämmittämistä varten, jäähdytyslaite tuloilman jäähdyttämistä varten jne.

Nämä laitteet varustetaan kukin omalla lämmitys- tai jäähdytysenergian syöttö- tai kierrätysputkistolla pump-30 puineen, varo- ja sulkulaitteineen, mittareineen, säätö-ventti i leineen jne. Jokaista yksikköä varten tarvitaan lisäksi täydellinen säätö- ja valvontalaitteisto.

Ilmastointilaitteistoa varten tarvitaan siis suuri määrä erilaisia laitteita, joiden hankinta, asennus 35 ja viritys sekä kunnossapito aiheuttavat huomattavia 2 92867 kustannuksia. Tarvittavien lämpöeristettyjen energian-siirtoputkistojen ja säätöjärjestelmien kustannukset ovat usein suuremmat kuin koko ilmastointikoneen. Näitä putkistoja varten tarvitaan tilaa rakennuksessa, mikä 5 tietysti edelleen lisää kustannuksia.

Mikäli halutaan poistoilman lisäksi hyödyntää muuta matalan energiatason jäte-energiaa, esim. lauhdelämpöä, vaatii se jälleen oman yksikkönsä, joka edelleen lisää kustannuksia.

10 Koska laitteita on paljon, muodostuu energianku lutus helposti suureksi. Esimerkiksi jokainen lämmön-vaihdin aiheuttaa painehäviön, joka lisää ilmastointikoneen puhaltimen tehonkulutusta, ja jokainen pumppu kuluttaa tehoa. Ilmastointikoneen sähköistyksen kustannuk-15 set ovat suuret, koska jokainen laite on johdotettava ja varustettava kontaktoreilla, pakkokytkimillä, varolait-teilla jne. Koska kaikki toimivat yksiköt ovat erillisiä, esiintyy käytännössä toisinaan epätarkoituksenmukaista päällekkäistä toimintaa, esim. samanaikaista läm-20 möntalteenottoa ja jäähdytystä, joka edelleen lisää energiankulutusta ja kustannuksia. Laitteiden suuren lukumäärän takia kokonaisuuden häiriöalttius on suuri ja käyttöteknisesti vaativaa, minkä vuoksi laitteistot eivät useinkaan toimi tarkoitetulla tavalla.

25 Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada il mastointilaitteisto, joka välttää edellä mainitut epäkohdat ja aikaansaada rakenteeltaan huomattavasti yksinkertaisempi ja taloudellisempi laitteisto. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella laitteistolla, jolle on tun-30 nusomaista se, - - että lämmitys- ja jäähdytyslähteet on kytketty yhteisellä johdolla tuloilman ja poistoilman väliseen lämmönsiirtolaitteeseen, niin että tuloilman esilämmitys sekä lisälämmitys ja jäähdytys tapahtuvat yhteisen läm-35 mönsiirtolaitteen kautta.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että erilli- ii 92867 3 set yksiköt korvataan yhdellä ainoalla yksiköllä, jota käytetään vuorotellen aikaisemmin tarvittavien erillisten yksiköiden suorittamien toimintojen aikaansaamiseksi. Koska tullaan toimeen vain yhdellä "monitoimiyksi-5 köliä", tarvitaan vain yksi energiansiirtoputkisto kol-men-neljän asemesta, yhdellä pumpulla, yksillä sähkölaitteilla, yhdellä säätöjärjestelmällä jne. Painehäviöt laitteistossa ovat pienemmät, pumppausteho olennaisesti pienempi ja päällekkäisyystoiminnat estetty, jolloin 10 energiankulutus on olennaisesti pienempi kuin tavanomaisissa järjestelmissä. Laitteisto on lisäksi vähemmän altis häiriöille ja olennaisesti helpompi käyttää.

Keksintöä selitetään lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 15 kuvio 1 esittää tunnetun ilmastointilaitteiston rakennekaaviota, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen ilmastointi-laitteiston erään edullisen toteutusmuodon rakennekaaviota, 20 kuvio 3 esittää ilmastointilaitteiston toteutus- muotoa, jossa lämmönsiirtolaitteen tuloilman puoleinen lämmönvaihdin on muunnettua rakennetta, ja kuviot 4 ja 5 esittävät ilmastointilaitteiston kahta eri toteutusmuotoa, joissa on hajautetut tuloilma-25 järjestelmät.

Piirustusten kuvio 1 esittää tunnettua ilmastointilaitteistoa. Kuviossa on rakennukseen 1 menevää tulo-ilmaa A varten tulokanava 2 ja rakennuksesta poistettua poistoilmaa B varten poistokanava 3. Ilmastointilait-. 30 teisto käsittää lämmönsiirtolaitteen 4 lämmön talteenot- : toon poistoilmasta tuloilmaan, lämmityslaitteen 5 ja

jäähdytyslaitteen 6. Lämmönsiirtolaitteeseen 4 kuuluu poistokanavaan liitetty ensimmäinen lämmönvaihdin 7 ja tulokanavaan liitetty toinen lämmönvaihdin 8 sekä niitä 35 yhdistävä kierrätysputkisto 9 lämmönsiirtoväliainetta C

4 92867 varten. Lämmityslaitteeseen 5 kuuluu tulokanavaan liitetty lämmönvaihdin 10 ja lämmityslähde 11 sekä niitä yhdistävä kierrätysputkisto 12 lämmitysvällainetta D varten. Jäähdytyslaitteeseen 6 kuuluu tulokanavaan lii-5 tetty lämmönvaihdin 13 ja jäähdytyslähde 14 sekä niitä yhdistävä kierrätysputkisto 15 jäähdytysväliainetta E varten.

Ilmastointilaitteisto on varustettu käsitellyn tuloilman lämpötilaa tunnustelevalla tuntoelimellä 16 ja 10 siihen kytketyllä säätökojeella 17, jossa on ilmastointilaitteen säätämiseksi ja ohjaamiseksi tarvittava logiikka. Säätököje on kytketty lähettämään ohjausimpuls-seja 18', 19' ja 20' lämmönsiirtolaitteen, lämmityslait-teen ja jäähdytyslaitteen vastaaviin säätököjeisiin 18, 15 19 ja 20, jotka vuorostaan säätävät näiden laitteiden kierrätysputkistoissa olevia vastaavia moottoriventtii-lejä 21, 22 ja 23.

Järjestelmään sisältyvät puhaltimet on merkitty 24 (poistokanava) ja 25 (tulokanava) sekä pumput 26 20 (lämmönsiirtolaite), 27 (lämmityslaite) ja 28 (jäähdytyslaite) .

Tunnettu ilmastointilaitteisto toimii seuraavalla tavalla: Lämmönsiirtolaitteessa 4 lämpöä siirtyy talvella 25 poistoilmasta ensimmäisen lämmönvaihtimen 7 kautta läm-mönsiirtonesteeseen ja pumpun 25 pumppaamana kierrätys-putkiston läpi toiseen lämmönvaihtimeen 8 ja sieltä tu-loilmaan. Kun lämpöä ei tarvita, saa säätököje 18 vastaavan impulssin 18' ja säätää venttiilin 21 siten, että . 30 nestevirta kierrätysputkistossa ohittaa toisen lämmön vaihtimen 8.

Kovalla pakkasella ei poistoilmasta saatava lämpö riitä tuloilman esilämmittämiseen. Tällöin lämmityslait-teen 5 säätökoje 19 saa vastaavan impulssin 19' säätöko-35 jeesta 17 ja säätää venttiilin 22 siten, että lämmitys-

II

92867 5 väliainetta pääsee virtaamaan pumpun 27 pumppaamana läm-mityslähteestä lämmönvaihtimeen 10 tuloilman lisälämmit-tämiseksi.

Kesällä on ulkoilman lämpötila korkeampi kuin 5 vaadittava tuloilman lämpötila ja tuloilmaa täytyy jäähdyttää. Tätä varten kuuluu tunnettuun ilmastointilaitteistoon kostutuslaite 29, joka on liitetty poistokanavaan ja jossa on kostutin 30 poistoilman kostuttamista varten. Kostuttamalla haihdutetaan vettä poistoilmaan, 10 jolloin poistoilman lämpötila alenee. Näin syntynyt jäähdytysteho siirretään lämmönsiirtolaitteen 4 lämmön-talteenotolla ja kierrätysputkiston kautta tuloilmaan, jolloin tuloilma jäähtyy vastaavasti. Ellei tämä esi-jäähdytys riitä, saa jäähdytyslaitteen 6 säätökoje 20 15 impulssin 20' säätökojeesta 17 ja säätää venttiilin 23 siten, että jäähdytysväliainetta pääsee virtaamaan pumpun 28 pumppaamana jäähdytyslähteestä lämmönvaihtimeen 13 tuloilman jäähdyttämiseksi.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen ilmastointi-20 laitteiston rakennekaaviota. Kuviossa on käytetty olennaisesti vastaavista osista käytettyjä samoja viitenumerolta kuin kuviossa 1.

Ilmastointilaitteisto käsittää lämmönsiirtolaitteen 4, jossa on ensimmäinen lämmönvaihdin 7, toinen 25 lämmönvaihdin 8 ja kierrätysputkisto 9 sekä säätökoje 18, moottoriventtiili 21 ja pumppu 26.

Keksinnön mukaisesti on lämmityslähde 11 yhdistetty johdolla 31 lämmönsiirtolaitteen kierrätysputkis-toon 9 sulkuventtiilin 32 kautta. Samoin on jäähdytys-30 lähde 14 yhdistetty samalla johdolla kierrätysputkistoon sulkuventtiilin 33 kautta. Johto 31 liittyy kierrätys-putkistoon moottoriventtiilin 34 kautta.

Tuloilman lämpötilaan reagoiva säätökoje 17 on kytketty ohjaamaan lämmönsiirtolaitteen venttiilin 21, 35 lämmityslähteen venttiilin 32 ja jäähdytyslähteen vent- 6 92867 tiilin 33 lisäksi moottoriventtiiliä 34 vastaavien säätökö jeiden 18, 35, 36 ja 37 avulla.

Ilmastointilaitteisto toimii seuraavalla tavalla:

Poistoilmasta otetaan talvella lämpöä talteen ja 5 siirretään tuloilmaan lämmönsiirtolaitteen 4 avulla. Säätökoje 17 pitää venttiilit 32, 33 ja 34 suljettuina niin kauan kuin lämmönsiirtolaitteella aikaansaatu tulo-ilman esilämmitys on riittävä nostamaan tuloilman lämpötilan halutulle tasolle.

10 Kun tuloilman esilämmitys poistoilmasta tapahtu van lämmönsiirron avulla ei ole riittävä, antaa säätökoje impulssit 35' ja 37' venttiilien 32 ja 34 säätökojei-siin 35 ja 37 venttiilien avaamiseksi. Lämmityslähde 11 pääsee näin syöttämään lisälämpöä kierrätysputkistoon 9 15 ja toiseen lämmönvaihtimeen 8.

Kun tuloilmaa on kesällä jäähdytettävä, antaa säätökoje 17 impulssit 36' ja 37' paitsi kostutuslait-teen 29 käynnistämiseksi myös venttiilien 33 ja 34 säätökö jeisiin 36 ja 37 venttiilien avaamiseksi. Jäähdytys-20 lähde 14 pääsee näin syöttämään lisäjäähdytystä kierrätysputkistoon 9 ja toiseen lämmönvaihtimeen 8, ellei lämmönsiirtolaitteen 4 poistoilmasta siirtämä jäähdytys yksin riitä tuloilman jäähdyttämiseksi.

Huomataan, että keksinnön ansiosta tullaan ilmas-• 25 tointilaitteistossa toimeen yhdellä ainoalla lämmön siirtolaitteella, eikä lisälämmitystä ja lisäjäähdytystä varten tarvita omia lämmönsiirtolaitteita lämmönvaihti-mineen ja kierrätysputkistoineen.

Tarvittaessa on mahdollista kytkeä myös lauhde-30 lämmityslaite 38, kuvio 1, keksinnön mukaisesti lämmönsiirtolaitteen kierrätysputkistoon, kuten katkoviivoilla on esitetty kuviossa 2 lauhdelämmityslähteen 39 osalta.

Kuviossa 3 esitetty ilmastointilaitteen toteutus-muoto poikkeaa kuviossa 2 esitetystä vain siinä, että 35 lämmönsiirtolaitteen 4 toinen lämmönvaihdin 8 on kaksi-

II

92867 7 osainen ja käsittää varsinaisen lämmönvaihtimen 8 lisäksi lisälämmönvaihtimen 8a. Lämmityslähde 11 ja jäähdy-tyslähde 14 on tällöin kytketty johdolla 31 kierrätys-putkistoon 9 tämän lisälämmönvaihtimen kautta.

5 Tällaista ratkaisua käytetään esim. ilmavirtasää- teisillä prosesseilla, jolloin ilman ja nesteen massa-virtasuhteet eivät pysy vakiona. Ratkaisu estää prosessin lämpötilaeron muuttumista lämmöntalteenoton kannalta epäedulliseen suuntaan.

10 Kuviossa 4 esitetyssä ilmastointilaitteiston to teutusmuodossa on keskitetty poistoilmajärjestelmä ja hajautettu tuloilmajärjestelmä. Putkiston yksinkertaisuus antaa mahdollisuuden hajauttaa tuloilmakojeet pieniksi paikallisiksi yksiköiksi, jolloin rakennuksen tu-15 loilmakanavisto eristyksineen muodostuu pieneksi.

Kuviossa 4 on esitetty kolme eri tuloilmakanavaa 2, 2', 2''. Lisäkanavat 2' ja 2'' on varustettu omilla lämmönvaihtimilla 8' ja 8'' ja omilla kierrätysputkis-toilla 9' ja 9" sekä omilla moottoriventtiileillä 21' 20 ja 21" ja 34' ja 34''. Kierrätysputkistot 9' ja 9" on kytketty rinnan lämmönsiirtolaitteen 4 kierrätysputkis-ton 9 kanssa johdoilla 9a ja 9b. Kierrätysputkistot 9' ja 9'' on kytketty lämmitys- ja jäähdytyslähteisiin 11 ja 14 haarajohdolla 31a. Tällä ratkaisulla voidaan eri * 25 tuloilmakanaviin syötettävän lämmitys- tai jäähdytys- energian määrää säätää toisistaan riippumatta venttiileillä 34, 34' ja 34".

Päinvastainen ratkaisu on myös mahdollinen, ts. että tuloilmajärjestelmä on keskitetty ja poistoilmajär-30 jestelmä on hajautettu eli käsittää kaksi tai useampia ’ poistoilmakanavia 3.

Kuvio 5 esittää ilmastointilaitteiston toteutus-muotoa, jossa on kuvion 4 tapaisesti hajautettu tuloilmajär jestelmä. Kuviossa 4 on lämmitys- ja jäähdytysläh-35 teet yhdistetty tulokanavien lämmönvaihtimiin 8, 8' ja 8 92867 8'' yhteisellä johdolla 31. Lämmönvaihtimiin voidaan siten tuoda samanaikaisesti kaikkiin vain joko lämmitys-väliainetta tai jäähdytysväliainetta. Kuvion 5 mukaisessa ratkaisussa on lämmityslähde ja jäähdytyslähde yhdis-5 tetty lämmönvaihtimiin 8, 8' ja 8" omilla johdoilla 40 ja 41 jakoventtiilien 42 ja 42' kautta, niin että kuhunkin lämmönvaihtimeen voidaan syöttää jompaakumpaa väliainetta riippumatta siitä, mitä väliainetta syötetään muihin lämmönvaihtimiin.

10 Edellä esitettyjä keksinnön toteutusesimerkkejä ei ole mitenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. On esimerkiksi selvää, että keksinnön mukaisessa laitteistossa ei välttämättä aina 15 tarvitse olla mukana kaikkia niitä toimintoja, mitä on esitetty kuviossa 1, vaan esimerkiksi kostutustoiminto voi puuttua, mikäli sitä ei tarvita. Kuvio 1 on käsitettävä ainoastaan esimerkkinä sellaisesta tunnetusta ratkaisusta, jossa on kaikki mahdolliset toiminnot. Keksin-20 nön mukaisessa laitteistossa voi olla kaikki samat toiminnot, mikäli ko. ratkaisu katsotaan tarpeelliseksi. Keksinnössä voidaan luonnollisesti myös käyttää kaikkia tunnettuja putkikytkentöjä, esimerkiksi 2-tieventtiilien käyttö on mahdollista jne. Keksinnön yhteydessä voidaan 25 myös käyttää kaikkia tunnettuja säätömenetelmiä, joten esimerkiksi säätimen 17 ulostuloviestejä voidaan viedä myös suoraan moottoriventtiileille 21 ja 34 jne. 1 li ·

Claims (7)

9 92867

1. Ilmastointilaitteisto huonetiloja (1) varten, johon laitteistoon kuuluu 5. lämmönsiirtolaite (4) lämmön siirtämiseksi huonetiloista poistetusta poistoilmasta (B) huonetiloihin johdettavaan tuloilmaan (A), lämmityslähteeseen (11) liitetyt lämmitysväli-neet tuloilman lisälämmittämiseen, 10. jäähdytys lähteeseen (14) liitetyt jäähdytysvä- lineet tuloilman jäähdyttämiseen, ja - säätöelimet (16, 17, 18, 21, 32, 33, 34) tulo-ilman lämpötilan tunnustelemista sekä lämmönsiirtolait-teen ja lämmitys- ja jäähdytysvälineiden ohjaamista var-15 ten tunnustellun lämpötilan perusteella, tunnettu siitä, että lämmitys- ja jäähdytyslähteet (11, 14) on kytketty yhteisellä johdolla (31) tuloilman (A) ja pois-toilman (B) välisen lämmönsiirtolaitteen (4) kierrätys-20 putkistoon (9) lämmönsiirtoväliainetta (C) varten, niin että tuloilman (A) esilämmitys sekä lisälämmitys ja jäähdytys tapahtuvat yhteisen lämmönsiirtolaitteen (4) kautta. (ί

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, 25 jossa lämmönsiirtolaitteeseen (4) kuuluu vähintään yksi poistoilmakanavaan (3) liitetty ensimmäinen lämmönvaih- * 1 · din (7) poistoilmaa (B) varten ja vähintään yksi tuloil-.···. makanavaan (2) liitetty toinen lämmönvaihdin (8) tuloil- !!! maa (A) varten sekä niitä yhdistävä kierrätysputkisto 30 (9) lämmönsiirtoväliainetta (C) varten, tunnettu siitä, että lämmityslähde (11) ja jäähdytyslähde (14) on • · 1 ·:·1 yhdistetty lämmönsiirtolaitteen (4) kierrätysputkistoon (9) johdolla (31) lämmitysväliaineen (D) ja vastaavasti • jäähdytysvällaineen (E) johtamiseksi kierrätysputkistoon 35 ja edelleen toiseen lämmönvaihtimeen (8).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että lämmityslähde (11) ja jäähdytyslähde (14) on yhdistetty lämmönsiirtolaitteen (4) 10 92867 kierrätysputkistoon (9) venttiilin (34) kautta, joka päästää toiseen lämmönvaihtimeen (8) valinnaisesti pelkästään lämmönsiirtoväliainetta (C) tai lämmönsiirtovä-liainetta ja lisälämmitysvällainetta (C, D) säädettävis-5 sä olevassa suhteessa tai pelkästään jäähdytysväliainet-ta (E).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että venttiili (34) on säätöeli-men (37) käyttämä, joka on tuloilman (A) lämpötiloja 10 tunnustelevan tuntoelimen (16) ohjaama.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että lämmönsiirtolaitteen (4) toinen lämmönvaihdin (8) on kaksiosainen, jolloin toinen osa (8) on liitetty lämmönsiirtolaitteen kierrä- 15 tysputkistoon (9) ja toinen osa (8a) on yhdistetty johtoon (31) , joka yhdistää lämmityslähteen (11) ja jäähdy-tyslähteen (14) kierrätysputkistoon siten, että lämmönvaihtimen (4) molemmat osat (8, 8a) sijaitsevat sarjassa lämmitysväliaineen (D) ja jäähdytysväliaineen (E) läpi- 20 virtaukseen nähden.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, joka käsittää poistoilmakanavan (3), jossa on ensimmäinen lämmönvaihdin (7) poistoilmaa (B) varten, ja ainakin kaksi erillistä tuloilmakanavaa (2, 2', 2"), * 25 joissa kussakin on lämmönvaihdin (8, 8', 8") tuloilmaa (A) varten, jolloin lämmönvaihtimet on yhdistetty yhteiseen putkistoon (9, 9', 9", 9a, 9b) lämmönsiirtoväliainetta (C) varten, tunnettu siitä, että lämmitys-lähde (11) ja jäähdytyslähde (14) on yhdistetty yhtei- 30 sellä johdolla (31, 31a) kuhunkin toiseen lämmönvaihti- » · • meen (8, 8', 8") määränsäätöventtiilin (34, 34', 34") kautta.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, joka käsittää poistoilmakanavan (3), jossa 35 on ensimmäinen lämmönvaihdin (7) poistoilmaa (B) varten, tl 92867 11 ja ainakin kaksi erillistä tuloilmakanavaa (2, 2', 2··), joissa kussakin on lämmönvaihdin (8, 8', 8'') tuloilmaa (A) varten, jolloin 1ämmönvaihtimet on yhdistetty yhteiseen putkistoon (9, 9', 9'', 9a, 9b) lämmönsiirtoväliai-5 netta (C) varten, tunnettu siitä, että lämmitys-lähde (11) ja jäähdytyslähde (14) on yhdistetty erillisillä johdoilla (40, 41) kuhunkin toiseen lämmönvaihtimeen (8, 8') vaihtoventtiilin (42, 42') ja määränsäätö-venttiilin (34, 34') kautta. 12 92867