SE523832C2 - Temperaturkompensering i luftbehandlingsaggregat och förfarande för styrning av massflödet i ett luftbehandlingsaggregat - Google Patents

Description

nano; 523 8322 . . - - . . . . . .- separerade ventilationssystem. För en ort i Mellansverige med 5,8°C normal- temperatur över året (Skara, Västergötland) och lägsta dimensionerande utomhustemperatur -20°C kan effektbehovet för eftervärmning, reduceras från 47 kW utan värmeàtervinning, till 5,7 kW vid användning av roterande värme- växlare, per m3/s. Energiförbrukningen för eftervärmning är i samma beräk- ning 140 MWh/år utan värmeåtervinning och 8 MWh/år med roterande värme- växlare.

Plattvärmeväxlaren har en normal temperaturverkningsgrad av c:a 60 %. Kon- struktionen har störst risk för påfrysning av nämnda typer av värmeväxlare.

Frànluftskanalen närmast uteluftsintaget utsätts längs hela kanalen för kall uteluft. Värmeväxlaren har, vid korrekt konstruktion, anpassning och inmonte- ring, liten risk för luktöverföring.

Batterivärmeväxlare dimensioneras för en temperaturverkningsgrad mellan 50 och 60 %. Risk för påfrysning är liten. Genom att helt separera aggregat för tilluft och frånluft, elimineras all risk för luktöverföring.

I en installation av ett luftbehandlingsaggregat påverkas luftbehandlingsaggre- gatets fläkt/fläktsystems effektbehov ungefär med luftflödet gånger 3. Att jus- tera luftflödet 10 % för mycket innebär sålunda ett 33 % högre effektbehov och därtill kommer ett ökat energibehov i värmeanläggningen respektive kyl- anläggningen för att nå rätt temperaturi byggnaden. Ett felaktigt tilluftsflöde har direkt påverkan på energibehov för temperaturregleringen. l fall med vär- meåtervinning så eftersträvar man normalt en balans mellan till- och frånlufts- flödena. Både för litet och för högt frånluftsflöde ökar energibehovet för att nå korrekt temperatur i byggnaden. Om frånluftsflödet är för högt så ökar infiltra- tionen av uteluft motsvarande flödesobalansen. Eftersom luftflödet är det pri- mära i ett luftbehandlingssystem så är för litet luftflöde negativt både för bygg- naden och de människor som vistas där. Det är därför utomordentligt väsent- ligt att luftflödet blir korrekt.

Mer och mer har tillverkare av luftbehandlingsaggregat utvecklat system för luftflödesmätning i aggregaten. I början utvecklades separata mätmoduler. För 523 832* 3 ~ ~ - - ~ . . - a. att inte skapa stora tryckfall fick man nöja sig med mättryck på under 100 Pa.

Under senare år har flödesmätningen koncentrerats till luftbehandlings- agg regatets fläkt/fläktsystem.

Sammanfattning av föreliggande uppfinning.

Med olika styr- och reglertekniska lösningar kan mycket energi sparas.

Gemensamt för sådana lösningar är att man anpassar luftflödet utifrån behov vid till exempel tryckstyrning, som användes då olika delsystem skall kunna stängas (tex. till lokaler som inte användes, för eliminering av lukt i systemet o.a.) utan att påverka luftflödet till övriga lokaler och så att trycket i huvud- kanalen i luftbehandlingssystemet hålles konstant.

Detalierad beskrivning av föreliggande uppfinning.

Föreliggande uppfinning avser primärt ett luftbehandlingsaggregat som kontrolleras av ett styr- och reglersystem och innehållande minst en fläkt. där temperaturen vid fläktens inlopp varierar, varvid luftbehandlingsaggregatet innehåller minst en temperaturgivare för regist- rering av aktuell temperatur, luftbehandlingsaggregatet innehåller en registrerings- och beräkningsenhet som bestämmer massflödet genom fläkten till ett förutbestämt värde, och registrerings- och beräkningsenheten via ett ställdon reglerar fläktens luftflöde så att detta förutbestämda värde erhålles.

I en enkel uppställning med en fläkt och ett kanalsystem så är volymflödet mätt i m3/s konstant oberoende av temperaturen vid fläktens inlopp. En temperaturförändring innebär emellertid att luftens densitet förändras och därmed ändras massflödet i kg/s. Om man går från +20°C, som är tempe- raturen vid normal dimensionering till -20°C, innebär det att luftens densitet och därmed både massflödet och fläktens effektbehov ökar med cza 16 %.

Fläktar som är så placerade att temperaturen varierar över årstidernas väx- lingar, kommer att erhålla ett varierande massflöde. Exempel på sådana fläktar i luftbehandlingsaggregat är frånluftsfläktar placerade efter en ingå- ende värmeväxlare och då i synnerhet efter roterande värmeväxlare, som har non.- 523 8321 4 - . . - - - . ~ . .- den högsta temperaturverkningsgraden. Ett annat exempel är en tilluftsfläkt placerad före ett eventuellt eftervärmningsbatteri. Emellertid reduceras varia- tionen i massflöde väsentligt om en värmeväxlare med hög temperaturverk- ningsgrad placeras in i uteluften före fläkten.

I luftbehandlingssystem är massflödet konstant i varje tvärsnitt om man bort- ser från läckage. Om luftens temperatur förändras i ett tvärsnitt, förändras också luftens densitet och med den volymflödet. En installation med skillnader i temperatur har med andra ord olika luftflöde (volymflöde) i olika tvärsnitt.

Traditionellt har fläktar placerats på sådant sätt att temperaturen i fläktinloppet är konstant, vilket också medför konstant volym- och massflöde i installa- tionen. Det föreligger dock undantag genom att frånluftsfläktar normalt place- ras efter en eventuell värmeväxlare. Frånluftsflödet kommer därmed att varie- ra med stora energiförluster som följd, både i driftsenergi till fläkten och energi för att nä rätt temperatur i byggnaden. Medvetandet om detta förhållande synes emellertid vara liten eller till och med obefintlig.

Om det antages att det i en specifikation anges ett till- och frånluftsflöde av 1 ms/s, så krävs nämnda volymflöde vid densiteten 1,2 kg/ms. Om frånlufts- temperaturen sättes till 20°C, dlmensionerande utetemperatur till -20°C och värmeväxlarens temperaturverkningsgrad till 80 %, erhålles vid beräkning, vid lägsta dlmensionerande utetemperatur, en temperatur i frånluften efter värme- växlaren, vid fläktinloppet, av -12°C och densiteten därmed 1,35 kg/m3. Detta medför ett volymflöde av 1,12 m3/s med densiteten 1,2 kg/m3 vid frånlufts- intaget om man bortser från förändringar i tryckfall. Fläktens effektförbrukning kommer därför i driftspunkten att öka 12% och byggnadens värmesystem kommer att belastas med 5,9 kW extra på grund av den ökade infiltrationen av uteluft.

Föreliggande uppfinning avser sålunda att kombinera tekniska framsteg i ett styr- och reglerprogram för att säkerställa önskat volymflöde med densiteten 1,2 kg/ma (massflödet) i en luftström. Med dagens elektronik kan tillförlitlighet uppnås liksom acceptabel prisnivå för en styr- och reglerutrustning för frek- vensstyrning i avsikt att reglera till exempel en fläkts varvtal och för styr- och :neo- 523 832 i reglerutrustning som dessutom kan konstrueras och enkelt anpassas till nya funktioner beroende på behov. lnom mättekniken har tryck- och temperaturgivare vidareutvecklats samt har fläkt- och aggregattillverkare utvecklat tillförlitliga system för volymflödes- mätning. Grunder för att kunna åstadkomma styrning av ett luftbehandlings- aggregat föreligger sålunda.

Mätning av luftflöde skulle kunna utföras direkt i ett plan där temperaturvaria- tionen är minimal. Denna mätning kan sedan läggas till grund för reglering av luftflödet. För att uppnå noggrannhet krävs dock làngtidsstabila, avancerade flödesmätare. Sådana flödesmätare medför dock oacceptable tryckfall, som ökar den ingående fläktens effektförbrukning och normalt saknas utrymme i aggregaten för en korrekt installation.

I ett luftbehandlingsaggregat mäts en eller flera temperaturer av temperatur- givare inplacerade i aggregatet, speciellt i inloppsdelen till fläkt(-ar) ingående i aggregatet. Temperaturgivarna är placerade nära fläktinloppet (-en) eller så att temperaturen vid fläktinloppet kan beräknas med acceptabel noggrannhet (¿3°C eller mindre, vilket medför 1 % eller mindre påverkan på luftflödet). Till exempel kan ute- och frånluftstemperaturen samt temperaturverkningsgraden för en värmeväxlare ligga till grund för beräkning av temperaturen vid fläkt- inloppet för en frånluftsfläkt som är placerad efter en värmeväxlare. Tempe- raturen kan via en beräkning direkt användas för att åstadkomma en reglering till önskat massflöde men för att säkerställa det korrekta flödet krävs ofta flödesmätning. Sådan mätning sker normalt genom indirekt mätning av tryck som sedan omvandlas till flöde. Tryckmätningen måste därvid temperaturkor- rigeras innan aktuellt luftflöde kan beräknas. Önskat luftflöde vid fläktinloppet beräknas enligt föreliggande uppfinning ge- nom att temperaturkompensera det dimensionerande luftflödet så att konstant massflöde erhålles. l ett styr- och reglersystem utförs all mätning och beräk- ning samt reglering av luftflödet via en utsignal till ett lämpligt ställdon. Flödet kan regleras, till exempel, medelst strypreglering, men det mest energi- - . . . .. .. .... .. snuva 523 832, 6 . . . . . . . . . . . . . . .. effektiva sättet år att varvtalsreglera fläkten(-arna) via en frekvensstyrning, vilket också är föredraget.

Sålunda åstadkommer föreliggande uppfinning ett luftbehandlingsaggregat som kontrolleras av ett styr- och reglersystem och innehållande minst en fläkt, där temperaturen vid fläktinloppet varierar, varvid luftbehandlingsaggregatet innehåller minst en temperaturgivare för registrering av aktuell temperatur, luftbehandlingsaggregatet innehåller en registrerings- och beräkningsenhet som bestämmer massflödet genom fläkten till ett förutbestämt värde, och nämnda registrerings- och beräkningsenhet via ett ställdon reglerar fläktens luftflöde så att detta förutbestämda värde erhålles.

Registrering av temperaturen via temperaturgivarna kan ske med korta eller långa tidsintervall, men under stabila väder- eller omgivningssituationer bedöms det lämpligt att låta genomföra en registrering varje minut till var 10:e minut. När registreringen skall ske bestäms av registrerings- och beräknings- enheten, varvid denna kan innehålla program för bestämning av registrerings- frekvensen vilket eller vilka program baseras på föråndringars storlek och hastighet. Sker exempelvis mycket snabba temperaturfall kanske reglering av luftflödet måste ske 2 gånger per minut, varvid sålunda registrering måste ske 2 gånger per minut också.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning omfattar luft- behandlingsaggregatet dessutom en anordning för luftflödesmätning, vilken är anordnad att ge en utsignal till registrerings- och beräkningsenheten för kont- roll av ställt luftflöde.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning utgöres anordningen för luftflödesmätning av en tryckmätande anordning.

Enligt en ytterligare, föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning år anordningen för mätning av luftflöde anordnad vid den i luftbehandlings- aggregatet ingående fläkten(-arna)s inloppsdel. sonia »annu 523 8327 . - . - - . . . . . » . - - .- Enligt en ytterligare annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfin- ning är ställdonet anordnat att påverka luftflödet genom en frekvensstyrning av i luftbehandlingsaggregatet ingående fläktens varvtal.

Enligt en annan ytterligare föredragen utföringsform av föreliggande uppfin- ning är ställdonet anordnat att påverka luftflödet genom en styrning av led- skenor i fläkthusets inlopp för reglering av ingående lufts rotation.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är ställdonet anordnat att påverka skovelvinkeln hos axialfläktar för reglering av luftflödet.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är ställdonet anordnat att påverka luftflödet genom en påverkan av en strypning av ingående luftmängd till i luftbehandlingsaggregatet ingående fläkt(-ar).

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning omfattar luftbehandlingsaggregatet dessutom en anordning för mätning av relativ och absolut fuktighet, vilken är anordnad att ge en utsignal till registrerings- och beräkningsenheten för kontroll av fuktigheten i ingående luft till nämnda minst en fläkt.

Enligt en ytterligare, annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfin- ning är luftbehandlingsaggregatet dessutom försett med en rökdetektor anordnad att ge en signal till registrerings- och beräkningsenheten i avsikt att förhindra spridning av utifrån kommande rök i byggnaden. Senare tids större bränder i anslutning till tätorter har påvisat problem med spridning av brand- rök, vilken i vissa fall innehållit toxiska ämnen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är minst en givare försedd med utrustning för trådlös kommunikation med en sändare- mottagare-enhet anordnad till en registrerings- och beräkningsenhet. gynna nous: 523 852 . . - . . - . . . .- Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är minst en i ett luftbehandlingsaggregat ingående fläkt försedd med utrustning för trådlös kommunikation med en sändare-mottagare-enhet anordnad till en registrerings- och beräkningsenhet och anordnad att mottaga styrinformation för reglering av fläktens transporterande luftflöde. En sändare-mottagare- enhet kan vara baserad på trådlös eller trådburen kommunikation, varvid trådlös kommunikation kan upprätthållas medelst lR-vàgor, radiovågor eller hör- eller ohörbara ljudvågor.

Föreliggande uppfinning avser vidare en registrerings- och beräkningsenhet för luftbehandlingsaggregat och omfattande minst en ingångsenhet för mot- tagande av mätvärden från minst en givare, omfattande beräkningsenhet för beräkning av luftflödesvärden baserade på från givarna erhållna värden, samt minst en utgångsenhet för reglering av luftflödet medelst en fläkt ingå-ende i luftbehandlingssystemet vilken fläkt är styrd att ge ett sådant beräknat luftflödesvärde. Genom denna aspekt på föreliggande uppfinning uppnås att alla beräkningar och styrningar kan ske omedelbart vid inträffade förändringar i temperaturen i ingående luft till till- och/eller frånluftsfläktar i luftbehandlings- aggregatet.

Enligt en föredragen utföringsform av denna aspekt av föreliggande uppfin- ning omfattar registrerings- och beräkningsenhet en datorenhet, såsom i form av en mikroprocessor med programvara för beräkning av luftflöden baserade på från nämnda minst en givare erhållna värden.

Enligt en ytterligare, föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning omfattar registrerings- och beräkningsenhet en sändare-mottagare-enhet för mottagning av beräkningsunderlag via trådlös kommunikation för beräkning av luftflöden, utsändning av styrinformation för reglering av minst en i ett luft- behandlingsaggregat ingående fläkts transporterade luftflöde.

Enligt en annan aspekt av föreliggande uppfinning omfattar den ett medium med information att användas i en registrerings- och beräkningsenhet, varvid mediet innehåller beräkningsgrunder i digital form för beräkning av luftflöden canon annan 523 832m 9 baserade på ett givet Iuftbehandlingsaggregats konstruktionsspecifikationer.

Härigenom kan beräkningsgrunderna enkelt förändras med hänsyn tagen till förändringar i luftbehandlingssystemet, utvidgning av en byggnad, större belastning i byggnaden och andra faktorer som påverkar den grundläggande specifikationen för luftbehandlingen ifråga.

Enligt en föredragen utföringsform av mediet enligt föreliggande uppfinning utgöres det av en diskett med digital information, vilken diskett kan avläsas av registrerings- och beräkningsenheten och information kan inlagras i nämnda enhet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning kan mediet utgöres av en CD-ROM eller DVD skiva med digital information, vilken kan avläsas av registrerings- och beräkningsenheten och information kan inlagras i nämnda enhet.

Enligt en ytterligare aspekt av föreliggande uppfinning utgör denna ett förfa- rande för styrning av massflödet i ett luftbehandlingsaggregat, varvid minst en temperatur i till minst en i Iuftbehandlingsaggregatet ingående fläkts ingående luft bestämmes, att nämnda temperatur utgör en ingàngssignal för en beräkning, nämnda beräkning användes för styrning av massflödet genom nämnda minst en fläkt.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning mätes dess- utom luftflödet och funktionen för styrning säkerställs på sådant sätt.

Enligt en annan föredragen utföringsform av denna aspekt av föreliggande uppfinning mätes luftflödet via tryckmätning.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning mätes luftflödet vid inloppet för nämnda minst en fläkt. 523 832 c o n . , . . . a .- , __ :z _' z z v: a. a e . . a.. u. .. , , , _ ' I ~ 0 n n n. v . . ' f, ' a . . . u u» ' n > > - . a . ~ ~ n.

Enligt en annan, ytterligare föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning regleras luftflödet genom frekvensstyrning av nämnda minst en fläkt.

Claims (24)

10 15 20 25 30 35 523 852 li PATENTKRAV

1. Luftbehandlingsaggregat som kontrolleras av ett styr- och reglersystem och innehållande värmeåtervinning i en värmeväxlare med en frånluftsfläkt, där temperaturen vid fläktinloppet varierar för reglering av massflöde, vilket aggregat omfattar temperaturgivare för registrering av aktuell utetemperatur, en registrerings- och beräkningsenhet för bestämning av sådant massflöde, och ställdon för reglering av luftflöde (volymflöde), kännetecknat av, att frånluftsfläkten är anordnad efter värmeväxlaren i luftströmriktningen, att luftbehandlingsaggregatet innehåller minst en temperaturgivare för registrering av aktuell utetemperatur, samt en temperaturgivare för registrering av aktuell frånluftstemperatur, att temperaturverkningsgraden för värmeväxlaren är känd, att luftbehandlingsaggregatet innehåller minst en registrerings- och beräkningsenhet som bestämmer massflödet genom frånluftsfläkten till ett förutbestämt värde baserad på nämnda ute- och frånluftstemperaturer samt den kända temperaturverkningsgraden vilken beräknade temperatur vid fläktinloppet för frånluftsfläkten användes vid beräkning av önskat luftflöde (volymflöde) vid frånluftsfläkten, och att registrerings- och beräkningsenheten via ett ställdon reglerar frånluftsfläktens luftflöde för att erhålla ett förutbestämt massflöde så att detta förutbestämda värde erhålles för uppnående av balans mellan tillufts- och frånluftsflöden.

2. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 1, varvid luftbehandlingsaggregatet dessutom omfattar en anordning för Iuftflödesmätning, vilken är anordnad att ge en utsignal till registrerings- och beräkningsenheten för kontroll av ställt luftflöde.

3. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 2, varvid anordningen för luftflödesmätning utgöres av en tryckmätande anordning.

4. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 3, varvid anordningen för mätning av luftflöde är anordnad vid den i luftbehandlingsaggregatet ingående frånluftfläktens inloppsdel.

5. S. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 1, 10 15 20 25 30 523 852 12 varvid ställdonet är anordnat att påverka luftflödet genom en frekvensstyrning av i luftbehandlingsaggregatet ingående frånluftsfläktens varvtal.

6. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 1, varvid värmeåtervinningen utgöres av en roterande värmeväxlare.

7. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 1, varvid värmeåtervinningen utgöres av en plattvärmeväxlare.

8. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 1, varvid värmeåtervinningen utgöres av en batterivärmeväxlare.

9. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 1, varvid ställdonet är anordnat att påverka luftflödet genom en påverkan av en strypning av ingående luftmängd till i luftbehandlingsaggregatet ingående frånluftsfläkt.

10. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 1, varvid ställdonet är anordnat att påverka luftflödet genom en styrning av ledskenor i fläkthusets inlopp för reglering av ingående lufts rotation.

11. Luftbehandlingsaggregat enligt krav 1, varvid ställdonet är anordnat att påverka skovelvinkeln hos en frånluftsfläkt i form av en axialfläkt för reglering av luftflödet.

12. Luftbehandlingsaggregat enligt ett eller flera av föregående krav, varvid minst en givare är försedd med utrustning för trådlös kommunikation med en sändare-mottagare-enhet anordnad till en registrerings- och beräkningsenhet.

13. Luftbehandlingsaggregat enligt ett eller flera av föregående krav, varvid en i ett luftbehandlingsaggregat ingående frånluftsfläkt är försedd med utrustning för trådlös kommunikation med en sändare-mottagare-enhet anordnad till en registrerings- och beräkningsenhet och anordnad att mottaga styrinformation för reglering av fläktens transporterande luftflöde. 10 15 20 25 30 35 523 852 f: -

14. Registrerings- och beräkningsenhet för luftbehandlingsaggregat enligt krav 1-13, omfattande minst en ingångsenhet för mottagande av mätvärden från minst en temperaturgivare för registrering av aktuell utetemperatur, omfattande beräkningsenhet för beräkning av luftflödesvärden baserade på från nämnda givare erhållna värden samt temperaturverkningsgrad för ingående värmeväxlare, samt minst en utgångsenhet för reglering av luftflödet medelst en frånluftsfläkt ingående i luftbehandlingsaggregatet, vilken frånluftsfläkt är styrd att ge ett sådant beräknat luftflödesvärde.

15. Registrerings- och beräkningsenhet enligt krav 14, varvid den omfattar en datorenhet med programvara för beräkning av luftflöden baserade på från nämnda minst en temperaturgivare erhållna värden.

16. Registrerings- och beräkningsenhet enligt krav 14, varvid den omfattar en sändare-mottagare-enhet för mottagning av beräkningsunderlag via trådlös kommunikation för beräkning av luftflöden, utsändning av styrinformation för reglering av minst en i ett luftbehandlingsaggregat ingående frånluftsfläkts transporterade luftflöde.

17. Förfarande för styrning av massflödet i ett luftbehandlingsaggregat, som kontrolleras av ett styr- och reglersystem och innehållande värmeåtervinning i en värmeväxlare med känd temperaturverkningsgrad samt en frånluftsfläkt, där frånluftsfläkten är anordnad efter värmeväxlaren i luftströmriktningen, varvid en utetemperatur i till en i Iuftbehandlingsaggregatet ingående fläkts ingående luft bestämmas, att nämnda temperatur utgör en ingångssignal för en beräkning, nämnda beräkning användes för styrning av massflödet genom nämnda minst en frånluftsfläkt, varvid beräkningen är baserad på nämnda ute- och frånluftstemperaturer samt den kända temperaturverkningsgraden vilken beräknade temperatur vid fläktinloppet för frånluftsfläkten användes vid beräkning av önskat luftfiöde (volymflöde) vid frånluftsfläkten för att erhålla ett förutbestämt massflöde.

18. Förfarande enligt krav 17, varvid dessutom luftflödet mätes och funktionen för styrning på sådant sätt säkerställs.

19. Förfarande enligt krav 17, varvid luftflödet mätes via tryckmätning. 10 15 523 832 14

20. Förfarande enligt krav 17-18, varvid luftflödet mätes vid inloppet för nämnda frånluftsfläkt.

21. Förfarande enligt krav 17, varvid luftflödet regleras genom frekvensstyrning av nämnda frånluftsfläkt.

22. Medium med program laddat därpå vilket förmår en registrerings- och beräkningsenhet enligt krav 14-16 att utföra förfarandet enligt krav 17-21.

23. Medium enligt krav 22, varvid det utgöres av en diskett med digital information.

24. Medium enligt krav 22, varvid det utgöres av en CD-ROM eller DVD skiva med digital information.