SE1050265A1 - Sätt och anordning för självkalibrerande och luftomsättande termo-hygrodynamisk avfuktning - Google Patents

Description

2 Sedan tidigare är en anordning beskriven (WO2009/038534A1) med vilken en krypgrund ventileras med utomhusluft enbart när ånghalten inne är högre än ute. En anordning av denna typ är naturligtvis precis lika användbar vid ett kallt vindsutrymme. Enligt skriften föreslås att en sådan anordning kompletteras med ett uppvärmningselement som triggas på risken för mögeltillväxt varigenom en vind eller en krypgrund skyddas från uppkomst av mögelskador (Bergsten, 2006). Tekniken har befunnits fungera väl, särskilt den kombinerade lösningen med både ånghaltsstyrd ventilation och uppvärmning i de fall ventilationen inte räcker till för att nå ett mögelsäkert klimat. I samband med att det såsom nämnts ovan dessutom finns interna fuktkällor såsom exempelvis läckage av fuktig luft till ett vindsutrymme från boytan, har det ibland visat sig vara svårt att trots den iden refererade skriften beskrivna tekniken undvika punktskador som en följd av lokalt uppkommande alltför höga ånghalter, vilka trots anordningen lokalt likväl kan innebära att betingelser för exempelvis mögeltillväxt uppfylls. För att eliminera även detta problem har en anordning konstruerats, vilken i en enhet tillhandahåller hela den hittills berörda lösningen i ett paket, vilken dessutom innehåller en fläkt för cirkulation av den i utrymmet inneslutna luften även då ingen ventilering sker med utomhusluft. Den luftomblandning som därigenom erhålls eliminerar de nyss nämnda problemen effektivt.

Styrningen av när ventilering med utomhusluft skall ske eller ej sker som tidigare beskrivits med ledning av information från fuktsensorer, varvid respektive fukthalt uppmätts med en sensor på insidan och en sensor på utsidan.

Det är vanligt att man ofta något vårdslöst använder sig av uttrycket fuktsensorer. Detta är ju visserligen ett funktionellt beskrivande ord men säger egentligen inget om vad det egentligen är som mäts. Man mäter emellertid normalt sett temperaturen T samt den relativa fukthalten Rh, vilka värden tillsammans ger ånghalten.

Sambanden ser ut som följer: Rh = Ånghalt/ mättnadsånghalt (vilket gäller generellt).

Eftersom mättnadsånghalten är en temperaturberoende storhet finns denna tillgänglig som ett tabellvärde. Omskrivning av det ovan givna sambandet ger: Ånghalt = Rh x mättnadsånghalt 3 Fuktsensorer kan med andra ord beskrivas som någonting som mäter temperaturen samt den relativa fukthalten samt någonting som ur dessa värden extraherar en signal som motsvarar ånghalten.

En egenhet hos fuktsensorer är att de har långtidsstabil precision men att de tenderar att driva i noggrannhet över tiden. Detta har gjort att tidigare system antingen behövt regelbunden kalibrering eller har fått en sämre funktion än vad som är möjligt med rätt kalibrerade sensorer. Ingen har emellertid hittills lyckats konstruera en ventilationsanordning som är långtidsstabil och som ger en god funktion även i de fall sensorernas noggrannhet med tiden försämras.

I samband med konstruktionsarbetet med att finna en lösning för att undvika punktskador, vilka såsom beskrivits ovan kan uppkomma som en följd av lokalt uppkommande alltför höga ånghalter, insågs överraskande hur det med användande av den självvunna kunskapen kring den fysiska anordningen, skulle kunna gå att realisera även en lösning av problematiken kring hur det enklast möjligt skulle gå att eliminera även problematiken med en långtidsstabil funktion.

Det har sålunda varit ett huvudändamål i samband med arbetet med föreliggande uppfinning att finna ett sätt och en anordning medelst vilket/vilken tillses att ventilation och fuktmätning är genomförbar på ett sådant sätt att inverkan av drift i noggrannheten hos fuktsensorer i detta sammanhang kan elimineras.

Enligt uppfinningen är en till styrsystemet kopplad fuktsensor så anbragt i kammaren A att samma sensor kan mäta fuktinnehållet i från en öppning tillförd luft, antingen utomhusluft eller recirkulerad inomhusluft, för att med styrsystemet B3 jämföra fuktinnehållen däri, varefter styrsystemet i samband med ventilation/recirkulation är anordnat att alltid tillse att luften med den lägsta fukthalten tillföres till utrymmet.

Genom att fukthalten från de båda öppningarna mäts med en och samma sensor, kommer avdriften att eliminera sig själv vid jämförelserna genom att mätfelet som eventuellt finns, är detsamma vid mätning av dessa parametrar oavsett om de sker på ute- eller inneluft.

Om anordningen enligt uppfinningen i samband med användande av endast en sensor dessutom utrustas med ett värmeelement för att ge luften i utrymmet en möjlighet att uppta 4 mera fukt, uppstår ett följdproblem som har att göra med att den enda sensorn faktiskt ger det mätfel vars funktionsinverkan elimineras av anordningen enligt uppfinningen. Det sannolikt så småningom under anordningens livslängd uppkommande mätfelet, påverkar den relativa fukthaltstriggpunkt vid vilken värmeelementet ifråga är tänkt att kopplas in.

Eftersom styrningen av värmelementet sker mot det mätta absoluta värdet på den relativa fuktigheten, som följaktligen kan ha ett fel, påverkas därmed triggpunkten för elementets inkoppling, vilket riskerar att leda till antingen onödigt hög energiförbrukning eller undermålig funktion.

Det är därför ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning att anvisa ett sätt med vilket inverkan av detta mätfel helt eller huvudsakligen elimineras.

Detta sker enligt uppfinningen genom att den relativa fukthalten Rh hos luften i som passerar sensorn mäts innan elementet inkopplats och värdet registreras i styrenheten, varefter luftens ånghalt fastställs genom att luftens uppmätta Rh, i styrenheten multipliceras med mättnadsånghalten vid aktuell temperatur, värmelementet aktiveras tills temperaturen hos den detta passerande luften når ett högre värde (t ex. 50°C), en nominell Rh ges genom att den tidigare fastställda ånghalten i styrenheten divideras med mättnadsånghalten vid det nämnda högre temperaturvärdet mot vilken sensorn kan kalibreras, vilket nedbringar mätfelet.

Detta iterativa tillvägagångssätt kan för den händelse att mätfelet är stort, upprepas så många gånger som erfordras för att nå ett för reglerändamål tillförlitligt värde på den relativa fukthalten. Man kan med andra ord säga att anordningen enligt uppfinningen med stöd av sättet enligt samma uppfinning ges en möjlighet att löpande kalibrera sig själv.

Uppfinningen i korthet Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där: Fig 1 visar ett första mycket förenklat utförande av en anordning enligt uppfinningen, i form av en principvy, Fig 2 visar ett första vidareutvecklat utförande av en anordning enligt uppfinningen och den strömningsprincip som tillämpas, likaledes iform av en principvy och Fig 3 visar ett andra utförande av en anordning enligt uppfinningen, även här i form av en principvy.

Detaljerad beskrivning Med hänvisning till Fig 1 visas en anordning enligt uppfinningen i dess enklast tänkbara utförande. Anordningen omfattar enligt detta en kammare A med två från varandra skilda öppningar, en första öppning 1 och en andra öppning 2. Öppningen 1 är i sin tur via en kanal 10 ansluten till uteluft resp till ett utrymme 3 via en kanal 6, vilket utrymme 3 skall ventileras/konditioneras_ Öppningen 2 är ansluten till utrymmet 3 på tiiluftssidan. Sålunda kan antingen frisk uteluft eller recirkulerad inneluft från utrymmet 3 tillföras utrymmet 3 från kammaren A via dess anslutning 2. Vilket som är fallet beror på vilken (ev båda) av någon vid öppningen 1 tillkopplade anslutningar, antingen för uteluft 10 eller för recirkulation 6 anordnad fläktA1 i det första fallet eller B1 i det andra fallet, som vid varje tillfälle drivs. Ett backspjäll A2, som även kan utgöras av en motorstyrd ventil, förhindrar vid varje tillfälle utströmning av luft via kanalen 10 via vilken som sagts ovan frisk uteluft kan tillföras. I mynningen till öppningen 2 finns en fuktsensor A3, som i sin tur är kopplad till ett styrsystem B3, anordnad för att genom växelvis drivning av fläkten A1 ellerfläkten B1 avkänna huruvida det är uteluften eller luften i utrymmet som har högst fukthalt. Sedan det konstaterats vilken luft som är torrast används denna luft som ventilations- eller i förekommande fall recirkulationsluft. Avkänning av relationen mellan de nämnda relativa fukthalterna sker med jämna intervall, exempelvis en gång per timme, varvid en förändring av huruvida ventilation eller recirkulation sker från denna tidpunkt. Samma procedur löper därefter oavbrutet.

Av Fig 2 framgår ett andra vidareutvecklat utförande av anordningen enligt uppfinningen.

Den visade anordningen omfattar två kammare A och B. Den första kammaren A är ansluten dels till inneluft i utrymmet 3 via en anslutning 4, dels till uteluft via en anslutning och dels till det andra utrymmet B via en anslutning 6. Det andra utrymmet B är anslutet till inneluft med anslutningen 7 samt till utrymmet Avia anslutningen 6. En fläktA1 är placerad iAså att den kan driva luft utifrån (anslutning 5) och in via ett backspjäll A2 till 6 inneluftsanslutningen 4. Anslutningen 6 mellan Aoch B är placerad efter backspjället A2 i A. Backspjället A2 är så utformat att det öppnar när fläkten A1 iA är aktiv och stängs när fläkten A1 iAär inaktiv, varvid en fläkt B1 i B vid B.s anslutning 7 till inneluft är aktiv . För att backspjället A1 alltid skall öppna då så önskas, bör fläkten B1 vara så utformad att den ger ett lika stort eller svagare övertryck än fläkten A1 _ B1 är placerad i B så att den driver luft frän inneluftsanslutningen till B in i A. I ett vidareutvecklat utförande av uppfinningen är ett värmeelement B2 placerat i B invid anslutningen 6 mellan Aoch B. Anordningen enligt fig 2 omfattar även ett styrsystem B3. En sensor A3 är i detta utförande placerad iAi anslutning till förbindelsen mellan Aoch B.

Såsom framgår av Fig 3 har anordningen enligt uppfinningen i ett tredje ytterligare vidareutvecklat utförande en något ändrad layout. Anordningen omfattar av här två från varandra skilda kamrarAoch B, men anslutningen mellan de båda kamrarna har bildligt talat vridits 90° medurs samtidigt som anslutningen 4 till utrymmet 3, vartill luft tvingas antingen utifrån eller som recirkulerad luft från kammaren B, har flyttats nedåt jämfört med figuren 2. Detta utförande kan av strömningsmässiga skäl vara fördelaktigt eftersom flödena från de båda kamrarna med denna layout balanserar varandra bättre.

Styrsystemet B3 har en placering som väsentligen motsvarar den enligt det andra utförandet. Sensorn A3 är i detta utförande placerad i mynningen till anslutningen 4 till utrymmet 3.

Sensorn A3 är avsedd för mätning av relativ luftfuktighet och temperatur. Styrsystemet B3 tar mätvärden från sensorn A3 och styr fläktarna A1 och B1 samt värmeelementet B2 enligt nedanstående.

Styrsystemet B3 gör periodiskt mätningar på uteluft genom att aktivera fläkten A1 och stänga av fläkten B1 och värmeelementet B2 och gör, efter den tid det tar för sensorerna att acklimatisera sig, en eller flera konsekutiva mätningar för att fastställa ångtryck och/eller ånghalt i utomhusluften. Vidare gör styrsystemet B3 periodiskt mätningar på inneluft genom att stänga av ventilationsfläkten A1 och värmeelementet B2 (i den mån det varit inkopplat) och sätta på fläkten B1 och, efter den tid det tar för sensorn att acklimatisera sig, en eller flera konsekutiva mätningar för att fastställa ångtryck och/eller ånghalt i inomhusluften. Någondera eller båda fläktarna A1 resp B1 är alltid i drift.

Styrsystemet (B3) styr, mellan mätperioderna, fläkten A1 så att den blåser luft utifrån och in när ångtrycket eller ånghalten är högre i inomhusluften än i utomhusluften, i ett vidareutvecklat utförande på sådant vis att varvtalet hålls på en lägre nivå än annars när skillnaden i ångtryck eller ånghalt är liten och varvtalet hålls på en högre eller normal 7 driftsnivå när skillnaden i ångtryck eller ånghalt är stor, eventuellt med en offset som startarfläkten endast om en viss minsta skillnad i ångtryck eller ånghalt uppmätts.

Styrsystemet B3 styr, mellan mätperioderna, fläkten B1 så att den blåser luft inifrån in i utrymme A och via dess anslutning till inneluften tillbaka till inneluften i utrymmet 3, när fläkten A1 inte är aktiv eller när värmeelementet B2 är aktivt (vilket såledas kan vara samtidigt som fläkten A1 är aktiv). Styrsystemet (B3) styr, mellan mätperioderna och om ett värmeelement är inkluderat, värmeelementet så att det genom en triggpunkt är aktivt när inneluftens relativa luftfuktighet överstiger nämnda triggpunkt. Triggpunkten kan vara ett fast värde på relativ fuktighet eller bero av temperaturen och eventuellt tiden som inneluften varit fuktigare än triggpunktsvärdet, så att triggpunkten följer risken för mikrobiell tillväxt som i och för sig även den är temperatur- och tidsberoende 12.

Genom att skillnaden i exempelvis ånghalt räknas ut som en differens mellan två mätvärden mätta med samma sensor kommer ett fel som beror av dålig noggrannhet att ta ut sig själv, så länge sensorn har god precision vilket fuktsensorer vanligen har.

Därigenom undviks att drift hos sensorerna påverkar den uttorkande verkan ventilationsstyrningen är avsedd att ha.

Styrningen av värmelementets B2 till- och frånkoppling sker dock mot ett absolut värde på den relativa fuktigheten och en drift i noggrannheten vad avser en mätning av denna påverkar därmed triggpunkten vilket kan leda till antingen onödigt hög energiförbrukning eller undermålig funktion.

En kalibreringsmetod är således önskvärd och en sådan möjliggörs av att värmeelementet B2 placeras i anslutningen mellan utrymme A och utrymme B. Styrsystemet B3 mäter relativ fuktighet och temperatur samtidigt som fläkten A1 och värmeelementet B2 stängs av och fläkten B1 drivs, varvid ett eller flera mätvärden tas efter den tid det tar för sensorn A3 att acklimatisera sig varefter ånghalten fastställs som mättnadsånghalten för den uppmätta temperaturen multiplicerat med den relativa fuktigheten. Därefter aktiveras värmeelementet B2 och efter den tid det tar för värmeelementet B2 att värmas och för sensorn A3 att acklimatisera sig så att luften invid denna har höjts väsentligt jämfört med temperaturen i utrymmet 3 (t ex. 50°C högre temp), tas ett eller flera konsekutiva mätvärden av temperatur och relativ fuktighet. Därefter beräknas den relativa luftfuktighet som nominellt gäller såsom ånghalten vid första mättillfället dividerat med mättnadsånghalten vid det andra tillfället. Detta nominella värde på relativ fuktighet kommer att ha ett fel som reducerats i relation till skillnaden i mättnadsånghalten vid det 8 första mättillfället och det andra. Därefter kalibreras den uppmätta relativa luftfuktigheten mot den så erhållna nominella relativa fuktigheten och kalibreringsvärdet (differensen mellan den nominella relativa fuktigheten och det uppmätta värdet på relativ fuktighet) och sparas för framtida justeringar av mätningarna. Följande exempel visar ett sådant fall i praktiken: Systemet mäter relativ fuktighet (Rh) med ett fel på +/-10% till 90% Rh vid temperaturen 0°C. Ånghalten blir då det relativa luftfuktighetsvärdet multiplicerat med mättnadsånghalten för temperaturen ifråga vilket i fallet O°C är 4,86 g/ms, således 90%*4,86 g/mß =4,374 g/ms (+/-10%). Därefter aktiveras värmeelementet varvid temperaturen höjs till 50°C. Mättnadsånghalten är vid 50°C ca 83,11 g/m3. Nominellt Rh- värde är ånghalten dividerat med mättnadsånghalten vilket blir 4,374 g/m3 / 83,11 g/ms =5,26%. Om sensorn mätt 10% fel tidigare är det sålunda framräknade nominella Rh-fel med 10%*4,86/83,11=O,58 procentenheter. En kalibrering mot det nominella Rh reducerar då felet från 10% till 0,58%. Om det sålunda uppmätta mätfelet (skillnaden mellan uppmätt Rh och nominellt Rh) varit mycket stort kan proceduren upprepas efter kalibreringen så att mätfelet kan reduceras ytterligare.

Genom den föregivna utformningen fås en uttorkande verkan i inneutrymmet eftersom luften omsätts med uteluft då ventilationen verkar uttorkande och inte annars; på så sätt torkas utrymmet med uteluft då den tillförda uteluften innehåller mindre fukt än luften som ventileras ut ur utrymmet; genom värmelementet kan lufttemperaturen höjas - och därmed den relativa luftfuktigheten sänkas - då den relativa luftfuktigheten annars hade tillåtit mögeltillväxt; genom att minst en fläkt alltid är aktiv, kommer luften alltid att roteras i inneutrymmet vilket minskar risken för att lokala läckage eller lokala temperaturskillnader skall skapa lokala förhöjda fuktvärden; genom att samma sensor(er) används för att fastställa ångtryck eller ånghalt i inneluft respektive uteluft undviks att drift hos sensorerna ger felaktiga mätvärden - en sensor som mäter fel på grund av drift kommer att mäta lika fel både för uteluft och inneluft och idifferensuträkningen kommer det att i huvudsakjämna ut sig i det att ånghalten och ångtrycket kring en viss temperatur kan approximeras med en linjär funktion; genom att utnyttja värmeelementet för att skapa en nominell relativ luftfuktighet med väsentligt lägre fel än mätfelet hos sensorn för relativ luftfuktighet kan sensorns mätfel genom kalibrering mot den nominella luftfuktigheten reduceras fortlöpande. 9 Uppfinningen kan naturligtvis varieras på en rad sätt där en fackman ändå har nytta av detta tillkännagörande. T ex kan utrymmet B reduceras till enbart fläkten B1s fläkthus; styrsystemet B3 kan placeras i utrymme A, B eller utanför båda dessa utrymmen.

Självkašibrerande hygrodynamšsk avfuktare Föreslagen utformning | æ | A3 Uteluft »__-r M. A2 f Inneluft ---+ \ Bi E33 K Inne-luft Självkaiibrerande hygmcšynamšsk avfuktare Alternativ utformning | § Uteluft ---1~ ÅF! A2 \\\\ » Innelufx --+ A, f' Bi __, .P33 ¶ > ** I: Inneluft 11 Referenser Improved Model to Predict Mold Growth in Building Materials. Viitanen H, Ojanen T, 2007.

Mould growt prediction by computational simulation. Sedlbauer, K et al 2001. 1) “Värm|andsstudien”, Linda Hägerhed Engman 2006 2) Utvärdering av Småhusskadenämndens arkiv avseende krypgrunder, Charlotte Svensson 1999 Fukt på kallvindar, E Borglund, CAhrnens, 2007

Claims (11)

12 Patentkrav

1. ) Luftväxlingsanordning till ett utrymme 3 i en byggnation, vilket normalt sett är ouppvärmt, innefattande: åtminstone en kammare (A), vilken kammare (A) har åtminstone två anslutningar, en första anslutning (1) som förbinder kammaren A med antingen en tilloppsmöjlighet för forcerad utomhusluft via ett backspjäll (A2), eller alternativt förbinder kammaren (A) med utrymmet (3), förforcerad recirkulering av luften i utrymmet (3), en andra anslutning (2) som står i fri kontakt med utrymmet (3), samt ett styrsystem (B3) kännetecknad av att en till styrsystemet (B3) kopplad fuktsensor (A3), är så anbragt i kammaren (A) att den kan mäta fuktinnehållet i den från anslutningen (1)tillförda luften, antingen utomhusluft eller recirkulerad inomhusluft, för att med styrsystemet B3 jämföra fuktinnehållen däri, varefter styrsystemet i samband med ventilation/reoirkulation är anordnat att alltid tillse att luften med den lägsta fukthalten tillföres till utrymmet genom styrd forcerad tillförsel av antingen utomhus- eller inomhusluft.

2. ) Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att kammaren A har tre anslutningar, en anslutning (10) för att vid behov tillföra forcerad utomhusluft, en annan anslutning (6) för att vid behov forcerat recirkulera luften i utrymmet (3) via kammaren A, samt en anslutning (2) som står i fri kontakt med utrymmet 3.

3. ) Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att anslutningen för forcerad reoirkulation (6) är anordnad mellan kammaren (A) och en ytterligare kammare (B).

4. )Anordning enligt krav 3, kännetecknad av att medlen förforcering av luftströmningen utgörs av fläktar, dels (A1) vid anslutningen (10) för utomhusluft i A, dels B1 vid anslutningen (6, 7) för recirkulering iA resp. B.

5. )Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att i strömningsriktningen efter fläkten (B1) är anordnat ett värmeelement (B2). 13

6. )Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att fläkten( B1) och värmeelementet (B2) båda är anordnade i den separata kammaren B.

7. ) Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att värmeelementet B2 är placerat omedelbart intill en anslutning (6) mellan kamrarna (A) och (B), företrädesvis innan denna anslutning i strömningsriktningen.

8. ) Anordning enligt krav 7, kännetecknad av att fuktsensorn (A3) är sammansatt av en sensor för Rh och en sensor för temperatur.

9. ) Anordning enligt krav 8, kännetecknad av att fuktsensorn (A3) är en änghaltssensor eller en ångtryckssensor.

10. ) Sätt att medelst en luftväxlings- eller luftcirkuleringsanordning till ett utrymme 3 i en byggnad, vilket normalt sett är ouppvärmt, tillse att ett värmeelement (B2), som ingår i anordningen, aktiveras medelst ett i anordningen ingående styrsystem (B3), oavhängigt av en tidsberoende mätnoggrannhetsavvikelse i en i anordningen ingående fuktsensor (A3), kännetecknat av att, den relativa fukthalten (Rh) och temperaturen (T) hos luften i som passerar sensorn (A3) mäts av denna innan elementet B2 inkopplats och värdet registreras i styrenheten B3, luftens ånghalt fastställs genom att luftens uppmätta Rh, i styrenheten multipliceras med mättnadsänghalten vid aktuell temperatur, värmelementet B2 aktiveras tills temperaturen hos den detta passerande luften når ett väsentligt högre värde (exempelvis 50° över temperaturen på luften i utrymmet 3), en nominell Rh ges genom att den tidigare fastställda ånghalten i styrenheten divideras med mättnadsänghalten vid den aktuella temperaturen ( 50°C), vilket nedbringar mätfelet.

11. ) Sätt enligt krav 10, kännetecknat av att det genomförs erforderligt antal gånger tills ett med hänsyn till aktuella krav acceptabelt fel hos det nominella värdet nåtts.