FI93991C

FI93991C - Air conditioning and heating device for a room space

Info

Publication number: FI93991C
Application number: FI900502A
Authority: FI
Inventors: Heikki Ahonen
Original assignee: Valotila Oy
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1995-06-26
Also published as: FI900502A; FI900502A0; FI93991B

Description

9399193991

Huonetilan ilmastointi- ja lämmityssovitelinaAs a room air conditioning and heating adapter

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen huonetilan ilmastointi- ja lämmityssovitelma.The invention relates to a room air conditioning and heating arrangement according to the preamble of claim 1.

Tällainen sovitelma käsittää yleisesti ulkoilman ja huonetilan välille sovitetut ainakin kaksi ilmakanavaa, joihin on yhdistetty ainakin yksi puhallin. Kanavissa on elimet, joilla ilman virtausta kanavien läpi voidaan säätää siten, että puhaltimella saadaan puhalletuksi raitisilmaa toisen kanavan kautta huonetilaan. Huoneilmaa virtaa puolestaan toisen kanavan kautta ulkoilmaan. Kanavissa on edelleen puhdis-tuselimet, joilla kanavien kautta kulkevista ilmavirroista voidaan erottaa ja poistaa epäpuhtauksia, sekä lämmönsiir-toelimet, joilla sisään johdettavaan raitisilmaan saadaan siirretyksi lämpöä ulos virtaavasta huoneilmasta.Such an arrangement generally comprises at least two air ducts arranged between the outdoor air and the room space, to which at least one fan is connected. The ducts have means by which the flow of air through the ducts can be adjusted so that fresh air can be blown into the room by means of a fan through another duct. Room air, in turn, flows to the outside air through another duct. The ducts further have cleaning means for separating and removing contaminants from the air streams passing through the ducts, as well as heat transfer means for transferring heat from the room air flowing out to the fresh air to be introduced.

Ikkuna on perinteisesti ollut valontuoja rakennuksen sisään. Myöhemmin on kiinnitetty huomiota ikkunarakenteen lämmöneristykseen ja tiiviyteen. Energian hinnan ajoittain noustua voimakkaasti yli muun kustannustason on rakennuksen tiiviys ja lisälämmöneristys tulleet entistä tärkeämmiksi.The window has traditionally been a light bringer inside the building. Later, attention has been paid to the thermal insulation and tightness of the window structure. As the price of energy from time to time rises sharply above the rest of the cost level, the tightness of the building and additional thermal insulation have become even more important.

Nämä aikomukset muutettuina toimenpiteiksi ovat johtaneet ongelmiin rakennusten ilmastoinnissa. Ongelmia on tavaili-*·; sesti pyritty ratkaisemaan varustamalla ilmastointi keski tetyllä mekaanisella puhalluksella tai imulla. Näin on saatu aikaan sopivalta tuntuva kompromissi tiiviyden, lämmöneris-tävyyden, ilmanvaihdon sekä valon sisääntuonnin välillä Suomen olosuhteissa.These intentions, translated into measures, have led to problems with air conditioning in buildings. Problems are common * ·; attempts were made to provide air conditioning with centralized mechanical blowing or suction. In this way, a reasonable compromise has been struck between tightness, thermal insulation, ventilation and the introduction of light in Finnish conditions.

·· Ilmastointia on edelleen parannettu yhdistämällä siihen lämmön talteenotto sekä uusissa ratkaisuissa myös ilman suodatus ja puhdistus.·· Air conditioning has been further improved by combining heat recovery and, in new solutions, also air filtration and purification.

Keskitetyssä ilmastoinnissa on ongelmana monimutkainen putki-verkosto sekä pitkistä putkista johtuva painehäviö ja tämän ·· aikaansaamiseksi tarvittavan puhaltimen ääni. Pitkät putkis- 2 93991 tot ovat monien kansainvälisten havaintojen mukaan myös monien sairauksien ja allergioiden lähde, kun niihin kerääntyy itiöitä, sienikasvustoa, bakteereita jne. On luonnollista, että pitkät ilmanvaihtoputket, joissa ilma virtaa tarkoituksellisesti hitaasti, ovat oiva laskeutumispaikka monille pienille hiukkasille ja kondensoituvalle kosteudelle.The problem with central air conditioning is the complex piping network, as well as the pressure drop due to the long pipes and the sound of the fan needed to achieve this. According to many international observations, long ducts are also a source of many diseases and allergies when they accumulate spores, fungi, bacteria, etc. It is natural that long ventilation ducts, in which air deliberately flows slowly, are a great landing place for many small particles and condensation. .

Keskitetty ilmanvaihto on kallis ratkaisu, joka ei myöskään missään tilanteessa poista rakennuksen sisältä sitä vedon-tunnetta, jota esiintyy ilmanvaihtoputken ja ikkunan lähellä. Ikkuna on lisäksi aina huonommin eristetty kuin vastaava seinärakenne — tämä pätee perinteiseen staattisesti eristettyyn ikkunaan.Centralized ventilation is an expensive solution that also in no case removes the feeling of traction inside the building that occurs near the ventilation pipe and window. In addition, the window is always less insulated than the corresponding wall structure - this is true for a traditional statically insulated window.

FI-kuulutusjulkaisuista 73044 ja 73045 tunnetaan ikkunaraken-teita, joissa ikkunaan on yhdistetty ilmanvaihtojärjestelmä, jolloin ikkuna samalla toimii osittaisena lämmön talteenotto-laitteistona. FI-kuulutusjulkaisun 73044 mukaisen ratkaisun avulla saadaan suuri osa ikkunatilan väliin johtuneesta lämmöstä puhallettua tuuletusilmalla takaisin sisään, jolloin voidaan saada aikaan erittäin hyviä k-arvoja, mitattuna ko. ikkunasta. Poistoilman lämmön talteenoton suhteen ei julkaisussa esitetä mitään ratkaisua. FI-hakemuksessa 893337 on kuitenkin ehdotettu, että tällaisen dynaamisesti lämpöeriste-tyn ikkunan poistoilman lämpö otettaisiin talteen lämmönvaih-: timella, edullisesti lämpöputkella ja/tai Peltierelementillä.FI announcements 73044 and 73045 disclose window structures in which a ventilation system is connected to the window, in which case the window at the same time acts as a partial heat recovery device. With the help of the solution according to FI publication 73044, a large part of the heat caused between the window spaces can be blown back in with ventilation air, whereby very good k-values can be obtained, measured in question. the window. No solution is presented in the publication with regard to the heat recovery of the exhaust air. However, in FI application 893337 it is proposed that the heat of the exhaust air of such a dynamically thermally insulated window be recovered by means of a heat exchanger, preferably a heat pipe and / or a Peltier element.

Ilmanvaihdon lämmön talteenottoa ikkunoista konstruktiivi-sesti erillään on lähestytty mm. FI-kuulutusjulkaisussa 72382, jossa tuuletusikkunan kautta virtaavan ilman poisto ja sisäänpuhallus on järjestetty regeneratiivisella lämmönvaih-timellä, jossa sanotun laitteen massa lämpiää ja jäähtyy sitä mukaa kun ilman siirtyy siinä vuoron perään eri suuntiin. Ehdotetun lämmönvaihtimen ilmanvirtausjärjestely perustuu siihen, että puhallin muuttaa pyörimissuuntansa. Tämä on melun suhteen epäedullinen ratkaisu. Sitä ei myöskään voida soveltaa, kun halutaan saada aikaan jatkuva sisäänvirtaus 3 93991 ikkunan välitilan lävitse ja jatkuvasti samat virtaus- ja lämmitysolosuhteet. Suuntaansa muuttava virtaus aiheuttaa melun muutoksen, ilman virtauksen muutoksen, kiihdytyksiä mekaanisissa elimissä jne., jotka ihminen huomaa häiriöinä paljon helpommin kuin jatkuvan tasaisen tilanteen.The recovery of ventilation heat structurally separately from the windows has been approached e.g. In FI publication 72382, in which the removal and supply of air flowing through the ventilation window is arranged by a regenerative heat exchanger, in which the mass of said device heats and cools as the air moves in different directions. The airflow arrangement of the proposed heat exchanger is based on the fan changing its direction of rotation. This is a noise disadvantageous solution. Nor can it be applied when it is desired to achieve a continuous inflow 3 93991 through the intermediate space of the window and continuously the same flow and heating conditions. A change of direction causes a change in noise, a change in air flow, accelerations in mechanical organs, etc., which are perceived by a person as disturbances much more easily than a continuous steady state.

Eräs toinen toistaiseksi vielä ratkaisemattomaksi jäänyt ongelma liittyy epäpuhtauksien, kuten pölyn, kaasumaisten epäpuhtauksien (esim. happamien kaasujen) ja roskien poistoon huonetilaan johdettavasta raitisilmasta niin pienellä ja yksinkertaisella laitteistolla, että se voitaisiin yhdistää yksittäiseen ikkunaan kutakin huonetta koskevana erillisratkaisuna .Another problem that remains unresolved is the removal of contaminants such as dust, gaseous contaminants (e.g. acid gases) and debris from the fresh air entering the room with such small and simple equipment that it can be connected to a single window as a separate solution for each room.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu huonetilan ilmastoimiseksi ja lämmittämiseksi.The object of the present invention is to eliminate the drawbacks associated with the prior art and to provide a completely new solution for air conditioning and heating a room.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että alussa mainitun ilmastointi- ja lämmityssovitelman lämmönsiirtoelimet käsittävät ilmakanaviin sovitetut materiaalikerrokset, jotka päästävät lävitseen ilmaa ja jotka koostuvat lämpöä varastoivasta ja sitä luovuttavasta materiaalista. Kerrokset koostuvat rakeisesta materiaalista, josta ainakin osa on kalsium- tai magnesiumkarbonaattia. Sovitelman puhallin on .· sovitettu puhaltamaan jatkuvasti samaan suuntaan ja raitisil- man ja vastaavasti huoneilman virtauksia ohjataan säätöelin-ten avulla siten, että ne kulkevat vuoron perään eri ilma-kanavien ja niihin sovitettujen kerrosten läpi. Poistettavan huoneilman lämpö kerätään lämmönvaihtajaan, josta se siirretään raitisilmaan vaihtamalla ilmavirran kulkua säätöelinten - avulla ja johtamalla raitisilma lämmönvaihtajakerroksen läpi.The invention is based on the idea that the heat transfer means of the air-conditioning and heating arrangement mentioned at the beginning comprise layers of material arranged in the air ducts, which allow air to pass through and which consist of a material storing and releasing heat. The layers consist of a granular material, at least part of which is calcium or magnesium carbonate. The fan of the arrangement is adapted to blow continuously in the same direction and the flows of fresh air and room air, respectively, are controlled by means of control means so that they pass alternately through the different air ducts and the layers arranged in them. The heat from the room air to be removed is collected in a heat exchanger, from where it is transferred to the fresh air by changing the flow of air through the control means and passing the fresh air through the heat exchanger layer.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle sovitelmalle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the arrangement according to the invention is mainly characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1.

4 939914 93991

Keksinnön mukaan huonetilasta poistettavasta ilmasta kerätään lämpöä regeneratiivisiin lämmönvaihtoyksiköihin, jotka koostuvat lämpöä varastoivasta ja sitä luovuttavasta materiaalista. Tällaisena materiaalina voidaan käyttää lämpöä johtavia metalleja. Huonetilan ilmastointiin ja lämmittämiseen tarkoitetut lämmöntalteenottojärjestelmät, joissa lämmönvaraajat koostuvat metallilevykennostoista, ovat tunnettuja FI-patent-tijulkaisusta 71832 ja FI-patenttihakemuksesta 773615. Keksinnössä käytettävät lämmönvaihtoyksiköt koostuvat sen sijaan rakeisesta aineesta, josta voidaan muodostaa korkeakin materiaalikerros ilman, että painehäviö nousisi kovin korkeaksi. Kerroksen rakenne on edullisesti seuraava: 1) Ainakin osa - mahdollisesti kaikki - lämmöllä regeneroitavasta materiaalista on hiekkaa, soraa tms. halpaa materiaalia. Edullisesti materiaalina on kalkkikiveä, dolomiittikalkkia, liitua tai sentapaista ainetta. Vaihtoehtoisesti se koostuu emäksisistä karbonaattikivilajeista. Voidaan myös käyttää edellisten seoksia. Rakeet ovat halkaisijaltaan muutaman millimetrin kokoiset.According to the invention, heat is collected from the air removed from the room by means of regenerative heat exchange units, which consist of a material which stores and releases heat. Thermally conductive metals can be used as such a material. Heat recovery systems for room air conditioning and heating, in which the heat accumulators consist of sheet metal cells, are known from FI patent publication 71832 and FI patent application 773615. The heat exchanger units used in the invention The structure of the layer is preferably as follows: 1) At least part - possibly all - of the material to be regenerated by heat is sand, gravel or the like cheap material. Preferably, the material is limestone, dolomite lime, chalk or the like. Alternatively, it consists of basic carbonate rock species. Mixtures of the above can also be used. The granules are a few millimeters in diameter.

Pelkkä rakeinen sora- tai kalkkikivimateriaali toimii jo lämmönvaihtimena ja hyvänä lian ja roskien suodattimena, jolla on pieni painehäviö.A mere granular gravel or limestone material already acts as a heat exchanger and a good filter for dirt and debris with a low pressure drop.

: 2) Osa sanotusta materiaalista on pinnaltaan käsitelty suolan vesiliuoksella, joka edelleen sisältää viskositeettia korottavaa ainetta, kuten glykolia, polyglykolia tai muuta tunnettua ainetta, kuten karboksimetyyliselluloosaa. Viskositeettia korottavan kemikaalin tehtävänä on estää vettä valumasta rakeisen aineen pinnalta ja pitää pinta aina kosteana osmoottisen paineen ja liukoisuuden vaikutuksesta.: 2) Part of said material is surface-treated with an aqueous salt solution which further contains a viscosity-increasing agent such as glycol, polyglycol or another known substance such as carboxymethylcellulose. The function of a viscosity-increasing chemical is to prevent water from leaking from the surface of the granular substance and to keep the surface moist at all times due to osmotic pressure and solubility.

Kun osa rakeisen materiaalin pinnasta kostutetaan saadaan tämä pinta samalla kemiallisesti reaktiiviseksi. Se pystyy erinomaisen hyvin erottamaan ilmasta pieniä kiinteitä epäpuhtauksia, joiden talteenottoon muuten tarvitaan niin tii- 5 93991 viitä kuitusuotimia, että ilmakanaviin muodostuu suuri paine-häviö.When a part of the surface of the granular material is wetted, this surface is at the same time made chemically reactive. It is excellent at separating small solid contaminants from the air, the recovery of which otherwise requires so dense fiber filters that a large pressure drop occurs in the air ducts.

Kostutuksen vaatimat kemikaalit, liukoiset suolat kuten NaCl, KCl, CaCl2 jne. eivät ole haihtuvia eivätkä mitenkään haittaa huoneilmaa, sama pätee esim. glykoleihin ja erityisesti polyglykoleihin. Kostutusaine voi edullisesti olla esimerkiksi kaikkien näiden seos.The chemicals required for humidification, soluble salts such as NaCl, KCl, CaCl2, etc. are not volatile and in no way harm the room air, the same applies to glycols and especially polyglycols, for example. The wetting agent may preferably be, for example, a mixture of all these.

Kostutettu kerros asetetaan edullisesti niin, ettei se koskaan jäädy, ts. jäätymispistettä alentavien aineiden, eli yllä mainittujen suolojen, määrä ja kerroksen etäisyys ulkoilmasta järjestetään niin, ettei kerros jäädy.The moistened layer is preferably placed so that it never freezes, i.e. the amount of freezing point depressants, i.e. the above-mentioned salts, and the distance of the layer from the outside air are arranged so that the layer does not freeze.

3) Osa rakeisesta materiaalista voi olla edellisen lisäksi rakeista aktiivista hiiltä. Aktiivihiiliosa poistaa ilmasta muut kaasumaiset epäpuhtaudet, kuten hiilivedyt, klooratut hiilivedyt ja palamisessa syntyneet aromaattiset yhdisteet, jotka kulkeutuvat savun mukana.3) In addition to the above, some of the granular material may be granular activated carbon. The activated carbon part removes other gaseous pollutants from the air, such as hydrocarbons, chlorinated hydrocarbons and aromatic compounds from combustion, which are carried with the smoke.

Rakeinen aine on keksinnön mukaan edullisesti sovitettu patruunaan, jolloin tämän rakenne on raitisilmavirtauksen virtaussuunnassa seuraava: a) Kerros rakeista kuivaa materiaalia, b) kerros rakeista kosteaa materiaalia ja c) kerros rakeista aktiivista hiiltä sisältävää materiaalia. Rakeisen materiaalin pitämiseksi paikallaan voidaan aktiivihiiliker-roksen poistopäähän ja rakeisen materiaalin tulopäähän sovittaa verkko- tai seularakenteet, jotka eivät sanottavasti vaikeuta ilman virtausta kerroksen läpi.According to the invention, the granular material is preferably arranged in the cartridge, the structure of which in the flow direction of the fresh air flow is as follows: a) a layer of granular dry material, b) a layer of granular moist material and c) a layer of granular activated carbon-containing material. In order to hold the granular material in place, mesh or screen structures can be fitted to the outlet end of the activated carbon layer and to the inlet end of the granular material, which do not substantially impede the flow of air through the bed.

Patruunat voidaan yksinkertaisesti vaihtaa yhden tai useamman kerran vuodessa ilmanvaihdon tarpeen ja rakennuksen sijainnin mukaan. Maaseudulla ja kaupungin keskustassa sijaitsevat rakennukset voivat käyttää patruunoita, joiden koostumus on erilainen painottuen enemmän tai vähemmän esim. aktiivihiilen määrään tai kalkkikiven tai muun karbonaatin määrään.Cartridges can simply be replaced one or more times a year depending on the need for ventilation and the location of the building. Buildings in rural and urban areas can use cartridges with different compositions, with a greater or lesser emphasis on, for example, the amount of activated carbon or the amount of limestone or other carbonate.

6 939916 93991

Yhteenvedonomaisesti todettakoon, että rakeinen materiaali on teknisesti edullinen suuren lämmönsiirtopintansa vuoksi ja koska se ei muodosta merkittävää ilmanvirtauksen vastusta.In summary, the granular material is technically advantageous due to its large heat transfer surface and because it does not provide significant airflow resistance.

Kun siinä käytetään kostutettuja karbonaattimineraaleja voidaan lämmönsiirtoyksikön avulla samalla poistaa ilman happamat epäpuhtaudet, kuten S0X, Ν0χ ja orgaanisten rikkiyhdisteiden merkaptaanien. Samalla saadaan rikkivety neutraloiduksi ja poistetuksi ilmasta. Kostean viskoosimateriaalin pinta poistaa edelleen huipputehokkaasti ilmasta kiinteitä hiukkasia, ilman että muodostuisi suurta painehäviötä mate-riaalikerroksen yli. Rakeinen materiaali on myös taloudellisesti edullinen koska materiaali on halpaa (luokkaa 0,3 mk/kg).When wetted carbonate minerals are used, acidic impurities such as SOX, Ν0χ and mercaptans of organic sulfur compounds can be removed at the same time by means of a heat transfer unit. At the same time, hydrogen sulfide is neutralized and removed from the air. The surface of the moist viscous material still removes solid particles from the air with high efficiency without creating a large pressure drop across the material layer. Granular material is also economically advantageous because the material is cheap (on the order of FIM 0.3 / kg).

Keksinnön mukaiset lämmönvaihtoyksiköt sijoitetaan edullisesti ikkunarakenteeseen, jonka eri ruutujen välitilan kautta imetään ilmaa sisään. Välitilan kautta virtaava raitisilma ehtii näet lämmetä ainakin jonkin verran huonetilan puoleisen lasi läpi johtuvan lämpömäärän vaikutuksesta. Erityisen edullista on yhdistää esillä oleva lämmitys- ja ilmastointi-sovitelma FI-kuulutusjulkaisuissa 73044 ja 73045 esitettyihin ikkunarakenteisiin. Ilmastointi- ja lämmityssovitelma voidaan sovittaa omaksi yksikökseen tällaisen ikkunan alareunaan, karmin yhteyteen.The heat exchange units according to the invention are preferably placed in a window structure through which air is sucked in through the space between the different panes. You see, the fresh air flowing through the intermediate space has time to heat up at least to some extent due to the amount of heat caused by the glass on the side of the room. It is particularly advantageous to combine the present heating and air conditioning arrangement with the window structures disclosed in FI publications 73044 and 73045. The air conditioning and heating arrangement can be adapted as a separate unit at the bottom of such a window, in connection with the frame.

: Keksinnön mukaisessa sovitelmassa on ainakin kaksi lämmön- vaihtopanosta, mutta niitä voi olla useampiakin.: The arrangement according to the invention has at least two heat exchange charges, but there may be several.

Keksinnön mukaan raitisilmaa puhalletaan yhden panoksen läpi samalla kun huoneilman annetaan virrata ulos toisen, regeneroitavan panoksen läpi. Säätöelimillä muutetaan halutun ajan jälkeen ilmavirtausten kulkusuuntaa ja johdetaan raitisilmaa regeneroidun panoksen läpi lämmön siirtämiseksi siihen. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan sovitelma toimii yhdellä puhaltimella, joka on sovitettu puhaltamaan ulkoilmaa regeneroidun lämmönvaihtopanoksen läpi, jolloin huonetilaan muodostuvan lievän ylipaineen vaikutuksesta huoneilmaa virtaa 7 93991 poistokanavan kautta ulos. Erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaan käytetään kuitenkin kahta puhallinta, joista ensimmäinen puhaltaa raitisilmaa sisään ja toinen imee huoneilmaa ulos. Säätöelimillä, joita ovat esim. läppäventtiilit tai sentapaiset ilmavirran ohjauselimet, ohjataan ensimmäiseltä puhaltimelta tuleva viileä raitisilma ensimmäisen regeneroidun lämmönvaihdinpatruunan kautta ilmastoitavaan huonetilaan. Läppäventtiilit sulkevat samanaikaisesti rai-tisilmakanavan toiselta puhaltimelta, jokaimee alipaineen toisen lämmönvaihdinpatruunan virtaushaaraan. Huoneilmaa kulkeutuu alipaineen vaikutuksesta toisen patruunan ja imu-haaran kautta toiselle puhaltimelle ja joutuu sitä kautta ulkoilmaan. Järjestämällä ilman tulo- ja poistoputket samansuuntaisesti, joko vierekkäin tai päällekkäin, voidaan kaksi-puhallinratkaisussa puhaltimet asentaa rinnakkain, jolloin molempia käyttää sama moottori. Erään ratkaisun mukaan ovat (tangentiaali)puhaltimien puhallinsäleiköt järjestetty samalle akselille, jota pyörittää yksi moottori.According to the invention, fresh air is blown through one charge while allowing room air to flow out through another charge to be regenerated. After the desired time, the control means change the direction of the air flows and pass fresh air through the regenerated charge to transfer heat to it. According to a preferred embodiment of the invention, the arrangement is operated by a single fan adapted to blow outdoor air through the regenerated heat exchange charge, whereby due to a slight overpressure in the room space, room air flows out through the exhaust duct 7 93991. However, according to another preferred embodiment, two fans are used, the first of which blows fresh air in and the second sucks in room air. Control means, such as butterfly valves or similar air flow control means, direct the cool fresh air from the first fan to the room to be ventilated via the first regenerated heat exchanger cartridge. The butterfly valves simultaneously close the fresh air duct from the second fan, which draws a vacuum into the flow branch of the second heat exchanger cartridge. The room air passes under the effect of the vacuum through the second cartridge and the suction branch to the second fan and is thus exposed to the outside air. By arranging the air inlet and outlet pipes in parallel, either side by side or on top of each other, in a two-fan solution, the fans can be installed in parallel, so that both are driven by the same motor. According to one solution, the (tangential) fan grilles of the fans are arranged on the same shaft which is rotated by one motor.

Keksintöön liittyy huomattavia etuja. Niinpä keksinnön mukainen lämmitys- ja ilmastointisovitelma on helposti toteutettavissa vanhojen rakennusten saneerauksen yhteydessä. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa, jossa sovitelma yhdistetään ikkunakonstruktioon, taataan samalla se, että ilmastointi voidaan järjestää vedottomaksi. Tällöin voidaan edelleen ilmastoida ja lämmittää vain sitä tilaa, jossa oleskellaan. Uusien rakennusten suunnittelu helpottuu ja kustannukset laskevat, kun tilaa vieviä ja vaikeasti vedettäviä putkistoja ei tarvita.The invention has considerable advantages. Thus, the heating and air conditioning arrangement according to the invention can easily be implemented in connection with the renovation of old buildings. In a preferred embodiment of the invention, in which the arrangement is combined with a window construction, it is also ensured that the air conditioning can be arranged to be draft-free. In this case, only the room in which you are staying can still be air-conditioned and heated. The design of new buildings is made easier and costs are reduced when space-consuming and difficult-to-pull pipelines are not needed.

Tämän keksinnön mukaan voidaan edelleen ratkaista ilmastoinnin hygienia- ja puhtausongelmat hyvin edullisesti samalla kun varsinaisesti on ratkaistu dynaamisen lämmöneristyksen ja regeneratiivisen lämmön talteenoton ongelmat.According to the present invention, the hygiene and cleanliness problems of the air conditioning can be further solved very advantageously while at the same time the problems of dynamic thermal insulation and regenerative heat recovery are actually solved.

Koska keksinnössä käytettävä puhallin pyörii jatkuvasti sa-. , maan suuntaan ja on sijoitettu raitisilman virtaussuunnassa 8 93991 ennen lämmönvaihdinyksikköä, on puhaltimen äänitaso erittäin matala. Viimeksi mainittu seikka on asumisviihtyvyyden kannalta erittäin tärkeä.Since the fan used in the invention rotates continuously. , in the direction of the ground and located in the direction of fresh air flow 8 93991 before the heat exchanger unit, the noise level of the fan is very low. The latter is very important for living comfort.

Keksinnön mukaisen sovitelman rakennetta ja toimintaa ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisen piirustuksen avulla.The structure and operation of the arrangement according to the invention will now be examined in more detail with the aid of the accompanying drawing.

Kuviot la ja Ib esittävät periaatekuvantona keksinnön mukaisen sovitelman toimintaa käytettäessä yhtä puhallinta.Figures 1a and Ib show in principle a view of the operation of the arrangement according to the invention when a single fan is used.

Kuviossa le esitetään vastaavasti kaksipuhallinrakenteen periaateratkaisu yläkuvantona. Kuvioissa Id ja le on esitetty kaksipuhallinrakenteen halkileikkaukset sivukuvantoina.Correspondingly, Fig. 1a shows the basic solution of the two-fan structure as a top view. Figures Id and le show cross-sections of the two-fan structure in side views.

Kuvioissa la ja Ib esitetty regeneratiivinen lämmönvaihdinyk-sikkö 1 on kaksiosainen. Se muodostuu kahdesta putkesta 2 ja 3, jotka on täytetty lämpöä keräävällä ja sitä luovuttavalla materiaalilla 4, jolloin muodostuu kaksi lämmönvaihtopatruunaa. Putket 2 ja 3 ovat alkupäästään yhdistetyt toisiinsa yhdeksi tuloputkeksi 5. Tuloputkeen 5 on sijoitettu puhallin 6, joka on sovitettu puhaltamaan jatkuvasti samaan suuntaan. Tähän tarkoitukseen sopii hyvin esimerkiksi nk. tangentiaali-puhalIin-tyyppiä oleva puhallin. Putkien 2 ja 3 yhtymäkohtaan on kummankin putken ulkoseinämään muodostettu aukot, joihin : on kiinnitetty haaraputket 7 ja 8. Kummatkin putkenhaarat 7 ja 8 on taivutettu tuloputken 5 taakse ja yhdistetty poisto-putkeksi. Kuvioiden la ja Ib mukaisessa yläkuvannossa tulo-putken 5 takana olevaa poistoputkea ei ole esitetty.The regenerative heat exchanger unit 1 shown in Figs. 1a and Ib is in two parts. It consists of two tubes 2 and 3 filled with a heat collecting and donating material 4, whereby two heat exchange cartridges are formed. The pipes 2 and 3 are initially connected to each other as a single inlet pipe 5. A fan 6 is arranged in the inlet pipe 5, which is adapted to blow continuously in the same direction. A fan of the so-called tangential fan type, for example, is well suited for this purpose. At the junction of the pipes 2 and 3, openings are formed in the outer wall of each pipe to which: branch pipes 7 and 8 are attached. Each pipe branch 7 and 8 is bent behind the inlet pipe 5 and connected as an outlet pipe. In the top view according to Figures 1a and Ib, the outlet pipe behind the inlet pipe 5 is not shown.

Puhallin 6 puhaltaa raitisilmaa aina toiseen patruunaan. Tätä puhalluspaikkaa vaihdellaan termostaattiohjatuilla läpillä 9 ja 10. Niinpä tulokanavassa 5 oleva puhallin 6 puhaltaa kylmää ulkoilmaa patruunaan 3 läpän 9 ohjatessa patruunasta 3 poistuvan ilman huonetilasta ulos. Vastaavasti kun taas vuorostaan patruuna 2 on sisäänpuhallusvuorossa, läppä 10 ohjaa patruunasta poistuvan ilman ulkotilaan.The fan 6 always blows fresh air into the second cartridge. This blowing point is varied by thermostatically controlled flaps 9 and 10. Thus, the fan 6 in the inlet duct 5 blows cold outdoor air into the cartridge 3 as the flap 9 directs the air leaving the cartridge 3 out of the room. Correspondingly, while the cartridge 2, in turn, is in the blow-in cycle, the flap 10 directs the air leaving the cartridge to the outside space.

4 93991 9 Läpät 9 ja 10 voivat olla mekaanisesti tai sähköisesti yhdistetyt toimimaan synkronissa. Keksinnössä voidaan myös käyttää monitie-venttiiliä. Läppien toimintaa ohjaa lämpötila-anturi, jota ei ole esitetty kuvioissa. Kesällä, kun lämpötila-anturi ei voi toimia, koska lämpötila ei sisään-puhalluksessa muutu nopeasti, kuten talvella, läppä on aina samassa asennossa, ja sama suodatinpatruuna toimii jatkuvasti vain mekaanisena ja kemiallisena suodattimena. Tarvittaessa voidaan tietenkin toteuttaa läppien toiminnan säätö täysin mekaanisesti.4 93991 9 Flaps 9 and 10 may be mechanically or electrically connected to operate synchronously. A multi-way valve can also be used in the invention. The operation of the flaps is controlled by a temperature sensor, which is not shown in the figures. In summer, when the temperature sensor cannot work because the temperature does not change quickly during inflow, as in winter, the flap is always in the same position, and the same filter cartridge acts continuously only as a mechanical and chemical filter. If necessary, of course, the operation of the flaps can be adjusted completely mechanically.

Ilman ulospuhallus rakennuksesta voidaan ratkaista kahdella edullisella tavalla. Kuten yllä mainittiin käytetään sisään-puhalluksessa edullisesti tangentiaalipuhallinta 6, koska se on erittäin äänetön ja aiheuttaa lähes laminaarin virtauksen verrattuna aksiaalipuhaltimeen. Kaksipuhallinratkaisussa, joka on esitetty kuvioissa le - le, tangentiaalipuhaltimessa on samalla moottorilla kaksi puhallinsäleikköä 6 ja 6', jolloin toinen (6) puhaltaa raitisilmaa sisään tuloputken 5 kautta ja toinen (6') huoneilmaa ulos poistoputken 11 kautta. Keksinnön mukaiset puhallinsäleiköt on tällöin järjestetty vierekkäin kuten on esitetty kuviossa leExhaust air from the building can be solved in two advantageous ways. As mentioned above, the tangential blower 6 is preferably used in the in-blowing, because it is very silent and causes almost laminar flow compared to the axial blower. In the twin-fan solution shown in Figures 1e-1e, the tangential fan has two fan grilles 6 and 6 'on the same motor, one (6) blowing fresh air in through the inlet pipe 5 and the other (6') blowing out room air through the outlet pipe 11. The fan grilles according to the invention are then arranged side by side as shown in Fig. 1e

Toinen myös yhtä edullinen tapa ratkaista asia on jättää ulospuhallin 6' pois. Kun rakennus on hyvin ilmastoitu, se > 4 · voi olla myös riittävän tiivis. Lähin poistopaikka on tällöin selvästi saman ikkunan alue, jossa sisäänpuhalluskin tapahtui. On selvää, että tämä ei toimi jatkuvasti esim. ovien ollessa auki. Tällöin menetetään vain osa talteenotetusta lämmöstä, ei muuta.Another equally advantageous way of resolving the matter is to omit the exhaust fan 6 '. When a building is well ventilated, it> 4 · can also be sufficiently dense. The nearest exhaust point is then clearly the area of the same window where the injection took place. It is clear that this does not work continuously, eg when the doors are open. In this case, only part of the recovered heat is lost, nothing else.

Kolmas tapa ratkaista kahden patruunan vaihto-ongelma, on siirtää puhallinta liikkuvalla alustalla, kuten kirjoituskoneen kirjoituspäätä siirretään joko hitaasti, jatkuvatoimi-sesti tai nopeammin jaksottaisesti.A third way to solve the two-cartridge replacement problem is to move the fan on a moving surface, such as moving the print head of the typewriter either slowly, continuously, or faster intermittently.

Missään tapauksessa ei ole edullista muuttaa puhaltimen pyö- »· 10 93991 rimissuuntaa, koska sen aiheuttamalta kiihdytysmeluhaitalta ei voida välttyä, samoin ei voida välttyä muuttuvan ilmavirran aiheuttamalta häiritsevältä haitalta.In any case, it is not preferable to change the direction of rotation of the fan, because the acceleration noise nuisance caused by it cannot be avoided, nor can the disturbing nuisance caused by the changing air flow be avoided.

Seuraavat esimerkit kuvaavat täsmällisemmin keksintöä.The following examples illustrate the invention more precisely.

Esimerkki 1Example 1

Rakeinen patruuna lämmöntalteenotto- ia luovutuselimenä.Granular cartridge for heat recovery and delivery.

Koska ilmiöt ovat identtisesti käänteiset, vain toisen käsittely laskennallisesti riittää.Since the phenomena are identically inverse, only the processing of the second is computationally sufficient.

Oletetaan, että meillä on kalkkikiveä rakeina, jotka ovat 4 mm halkaisijaltaan ja jotka oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi pyöreiksi.Assume that we have limestone in granules that are 4 mm in diameter and that are assumed to be round for simplicity.

CaC03 Cp-arvo on 0,854 kJ/kg°CThe Cp value of CaCO3 is 0.854 kJ / kg ° C

Oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi myös, että lämpötila tasaisena seinämänä nousee tai laskee patruunassa.For the sake of simplicity, it is also assumed that the temperature as a flat wall rises or falls in the cartridge.

Olkoon ulkona -20°C ja sisällä +20°C, ja kuvitellaan patruuna rakennetuksi 80 % lämmön talteenottotehokkuuteen, saadaan: Q = m x Cp x (T^-T,) x 0,8 = 27,3 kJ/kg.Let be -20 ° C outdoors and + 20 ° C indoors, and imagine the cartridge built to 80% heat recovery efficiency, we get: Q = m x Cp x (T ^ -T,) x 0.8 = 27.3 kJ / kg.

Ilman ominaislämpö on 1,05 kJ/kg °C ja tiheys 1,29 kg/m3, jolloin saadaan: V = q/[Cpi x 1,29 x (T3-T4] =0,63 m3/kg, jolloin voidaan jäähdyttää tai lämmittää ilmaa 0,63 m3 kg:11a sanottua rakeista materiaalia.The specific heat of the air is 1.05 kJ / kg ° C and the density 1.29 kg / m3, giving: V = q / [Cpi x 1.29 x (T3-T4] = 0.63 m3 / kg, allowing cooling or heats the air with 0.63 m3 kg of said granular material.

Jos ikunasta tyypillisesti puhalletaan sisään esim. 2,25 1/s ilmaa, pitää patruunaa vaihtaa noin 5 min. välein, jos yhdes-. sä patruunassa on materiaalia, joka lämpökapasiteetin suhteen 11 93991 vastaa 1 kg kalkkikiviekvivalenttia.If air is typically blown in from the window, eg 2.25 1 / s, the cartridge must be replaced for about 5 minutes. every if combined. this cartridge contains a material corresponding to 1 kg of limestone equivalent in terms of heat capacity 11 93991.

Lämmönsiirtokertoimet - lämmönsiirron tehokkuus: Q = U x A x (T, - Tx) , jossa Τχ on muuttuva.Heat transfer coefficients - heat transfer efficiency: Q = U x A x (T, - Tx), where Τχ is variable.

Lasketaan aluksi maksimitilanteella, jossa lämpötilaero on 0,8 % 40°C.Initially calculated at the maximum situation where the temperature difference is 0,8% at 40 ° C.

A = M x 6/(2930 x D) =0,51 m2/kg kiveä.A = M x 6 / (2930 x D) = 0.51 m2 / kg of stone.

U = 6,4 W/m2 °C (Levenspiel: FluidisationU = 6.4 W / m2 ° C (Levenspiel: Fluidization

Engineering: Nu = 1,0, Re = 6,5) 105 W/kg kiveä, lämpö ilmasta kiveenEngineering: Nu = 1.0, Re = 6.5) 105 W / kg stone, heat from air to stone

Alkuperäisen 27 kJ/kg siirtämiseen tarvittava aika on siis: t = 257 sekuntiaThe time required to transfer the original 27 kJ / kg is thus: t = 257 seconds

Tilanne näyttää mahdolliselta, lasketaan se todellisena, epästationäärinä lämmönsiirtona:The situation seems possible, it is calculated as a real, non-stationary heat transfer:

Koska lämmönsiirron differentiaaliyhtälö integroituna johtaa siihen, että saadaan: ... ^todellinen = ^max X ^ (T^ “ ^0^/^2- ttod = t^ X In (1/0,2) = 257 X 1,61 = 414 sSince the differential equation of heat transfer integrated results in: ... ^ actual = ^ max X ^ (T ^ “^ 0 ^ / ^ 2 ttod = t ^ X In (1 / 0.2) = 257 X 1.61 = 414 s

Otettaessa pallomaisen kalsiittirakeen sisällä tapahtuva epästationaari lämmönjohtuminen huomioon edelleen 80 % tasapainosta, ja olettaen pallot 4 mm halkaisijaltaan, saadaan 80 % tasapaino edellisessä tilanteessa asettumaan 287 sekunnissa. Tämä vaikuttaa lisäävästi tilanteeseen niin, että vastustekijät voidaan tunnetulla tavalla laskea yhteen.Taking into account the non-stationary heat conduction inside the spherical calcite granule still accounts for 80% of the equilibrium, and assuming the spheres are 4 mm in diameter, the 80% equilibrium in the previous situation is set in 287 seconds. This has an increasing effect on the situation so that the resistance factors can be added together in a known manner.

Uusi todellinen lämmitysaika saadaan laskemalla nämä ajat yhteen siten, että ne olisivat vastuksia, jolloin saadaan: 12 93991 tu* = 517 sThe new actual heating time is obtained by adding these times together so that they are resistors, giving: 12 93991 tu * = 517 s

Aikaisemmin laskettu aika, 5 min, ei siis riitä, vaan sitä vastaava 1 kg:n kalsiittimäärä pitää korottaa n. 1,5 kg:aan patruunaa kohti, jolloin patruunan tilavuus on n. 1,2 1.Thus, the previously calculated time, 5 min, is not enough, but the corresponding amount of 1 kg of calcite must be increased to about 1.5 kg per cartridge, whereby the volume of the cartridge is about 1.2 l.

Esimerkkilaskelmissa, joita ei ole esitetty täydellisinä, oletetaan, että ilma virtaa 1 dm2 otsapintaa vastaan sisään regeneraattoriin. Regeneraattori voi olla luonnollisesti kapeampi ja pitempikin.In the example calculations, which are not shown in full, it is assumed that 1 dm2 of air flows into the regenerator against the end face. The regenerator can, of course, be narrower and longer.

Suurennettaessa ilmavirtaa arvoon 8 1/s, muuttuu Nu-luku kaksi kertaa suuremmaksi, vaikutus ei ole suuri lämmönsiirtoon, koska vastus on suurelta osin kiven sisässä. Vaikutus-patruunan painehäviöön on merkittävä. Painehäviön voidaan laskea olevan: 2,25 m/s 8,0 m/s dP /N/nij 1,1 4,6When the air flow is increased to 8 1 / s, the Nu number becomes twice as large, the effect on heat transfer is not great, because the resistance is largely inside the stone. The impact on the cartridge pressure drop is significant. The pressure drop can be calculated to be: 2.25 m / s 8.0 m / s dP / N / nij 1.1 4.6

Esimerkki 2Example 2

Vaikutus ilman epäpuhtauksiin, neutralointikapasiteetti.Effect on air pollutants, neutralization capacity.

Lasketaan esimerkiksi vaikutus rikkidioksidiin: * 1 kg kalsiittia sisältää 10 mol kalkkia. Oletetaan ilmassa olevan 0,5 mg/m3 rikkidioksidia, 64 g/mol(10 x kaupunkikes-kiarvo) 10 x 64 /(0,5 E-6) = 1280 M m3For example, calculate the effect on sulfur dioxide: * 1 kg of calcite contains 10 mol of lime. Assume 0.5 mg / m3 of sulfur dioxide in the air, 64 g / mol (10 x urban average) 10 x 64 / (0.5 E-6) = 1280 M m3

Jos oletetaan, että 5 % kalsiitista reagoi, vastaa se vielä 64 M m3 ilmaa, joka riittää 8 1 ilmaa/s vauhdilla 12 vuodeksi.Assuming that 5% of the calcite reacts, it still corresponds to 64 M m3 of air, which is sufficient at 8 1 air / s for 12 years.

13 9399113 93991

Ottaen huomioon muutkin happamet saasteet ilmassa, kuten typen oksidit jne. voidaan varmuudella havaita, että yksi tällainen patruuna kestää neutralointitehtävässä ainakin vuoden. Kuivalla rakeen pinnalla ei yleensä mitään reaktiota tapahdu, josta syystä kostutus myös on tarpeen.Taking into account other acidic pollutants in the air, such as nitrogen oxides, etc., it can be safely observed that one such cartridge will last at least a year in the neutralization task. On the dry surface of the granule, no reaction usually takes place, which is why wetting is also necessary.

Kun yllä kuvattu suodatin, ilman regeneratiivinen lämmön-vaihdin ja kemiallinen suodatin kytketään sellaiseen ikkuna-konstruktioon, jossa on oma lämmön talteenottoyksikkö ikkunan sisällä ja edelleen sähköllä lämmitettävä ikkunaruutu, tasataan tehokkaasti syklisen lämmöntalteenoton aiheuttamia pieniä lämpötilamuutoksia, jotka erillisessä systeemissä olisivat huomattuina haitallisia.When the above-described filter, air regenerative heat exchanger, and chemical filter are connected to a window structure having its own heat recovery unit inside the window and a further electrically heated window pane, small temperature changes caused by cyclic heat recovery are effectively compensated for in a separate system.

I · ·I · ·

Claims

Device (1) for air conditioning and heating of a room, comprising - at least two air ducts (5, 11) provided with air (5, 11) between the outside air and the room, - means (9, 10) arranged in the ducts (5, 11) and intended for controlling the air flow through the ducts in such a way that fresh air can be blown in with a fan (6) through a first duct (e.g. 5) into the room, whereby room air flows out through a second duct (e.g. ex. 11), - purification means possibly arranged in the ducts (5, 11) and by which impurities can be removed from the air flows flowing through the ducts, and - heat exchange means (4) connected to the ducts, the control means (9 , 10) for the air flow are arranged to control the fresh air and room air flow in turn through the heat exchange means (4) to collect the heat in the first flowing room air in a heat exchange means (4) and for subsequent transmission of the heat from the heat exchange means to the inflowing fresh air, characterized in that - the heat exchange means comprise layers (4) arranged in the air ducts (5, 11) which are permeable to air and consist of granular material, at least part of which is calcium or magnesium carbonate, and that - the surface of the granular material in the heat exchange means (4) is at least partially wetted with a mixture of water, viscosity and a substance which increases the viscosity to lower the freezing point of the moist surface to a value lower than normal external air temperature. preferably to about -35 ° C.

2. Device according to claim 1, characterized in that the substance which increases the viscosity consists of glycol, polyglycol, carboxymethyl cellulose or some similar substance or a mixture of these substances. 17 93991

Process according to any of the preceding claims, characterized in that the heat exchange means (4) contains granulated activated carbon. I · i