SE527830C2 - Reducering av effektuttag - Google Patents

Description

lO 527 830 Ett annat förfarande som utvecklats för att klara bristen på elektrisk effekt till kylmaskinema är evaporativ kylning varvid ventilationslufien kyls genom vattenbefulttning. I mer avancera- de anläggningar befuktas både tillufi och fi-ånlufi samt användes roterande värmeväxlare och torkare. Metoden kan i många fall ersätta mekanisk kylning men har sin begränsning i mycket varma klimat eller i varma klimat med hög luftfuktighet. Luftbehandlings- och kylanlägg- ningarna som används i detta kylförfarande är i huvudsak i drift endast under kontorstid.

Ett ytterligare förfarande som utvecklats för att klara bristen på elektrisk effekt till kylmaski- nema är användning av tankar för lagring av vattenkyla eller iskyla varvid kyla lagras i vat- ten- eller istankar för att eliminera effekttopparna under kontorstid, genom att en kylmaskin är i drifi under icke kontorstid och kyler tankarna och där den lagrade kylan sedan utnyttjas för att minimera driften av kylrnaskinen under de timmar som det elektriska ledningsnätet är mest belastat. Ett problem med ovan nämnda kylförfarande är att det behövs en separat lagringsan- ordning för att mellanlagra den kyleffekt som produceras. Ett ytterligare problem med ovan nämnda kylförfarande är att det är kostsamt och komplicerat.

Kortfattad beskrivning av uppfmningen Problemet med att en separat lagríngsanordning behövs för att mellanlagra kyleffekt löses enligt uppfinningen genom att anordna ett förfarande för tillfällig reducering av elektriskt effektuttag för kylning av byggnader enligt patenthavet l.

Genom att förfarandet för tillfällig reducering av elektriskt effektuttag för kylning av byggna- der innefattar kännetecknen i patentkravet l uppnås fördelen av att okomplicerad och kost- nadseffektiv tillfällig reducering av elektriskt effektuttag för kylning kan utföras av en bygg- nad.

Kortfattad figurförteckning Uppñnningen kommer att belysas närmare nedan med ledning av de bifogade ritningama, Vafli Figur 1 visar schematiskt ett modulbyggt hus i horisontalsnitt genom en våning, Figur 2 visar schematiskt en bj älklagskiva för en modul med fem hålkanaler genom vilka till- lufi kan strömma, 527 830 Figur 3 visar schematiskt ett flödesschema för en del av byggnaden, Figur 4 visar datorsimulerade kyleffekter för förfarandet enligt uppfinningen och det konven- tionella förfarandet, Figur 5 visar hur en ejektor ökar kylningen av rumslufien.

Definitioner Återcirkulerad rumslufi definieras som inom byggnaden återcirkulerad tillufi och frånlufi utan tillförsel av uteluft.

Avlufi definieras som den lufi som via frånlufisfläkten lämnar byggnaden.

Tillufi definieras som den lufi som förs in i ett rum. Tillufien kan om inget annat nämns bestå av antingen återcirkulerad rumslufl, återcirkulerad rumslufi med inblandad utelufi eller enbart utelufi.

Kyleffekt defineras som den effekt som kylmaskinen avger till tillufien.

Beskrivning av föredragna utfóringsformer Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för tillfällig reducering av elektriskt effektuttag för kylning av byggnader där kylenergin lagras i bjälklag eller vägg, innefattande stegen att: - lagra kylenergi i åtminstone någon del av bj älklaget eller väggen genom att under åtminsto- ne en tidsperiod då det elektriska ledningsnätet kan leverera erforderlig elektrisk kylmaskins- effekt tillföra kylmaskinskyld tillufi i kanaler anordnade i bj älklaget eller i väggen, och - under åtminstone en tidsperiod då det elektriska ledningsnätet är högt belastat reducera det elekniska effektuttaget hos kylmaskinen och samtidigt leda tilluñ runt i byggnaden genom nämnda kanaler, vilken tillufi vid inträdet till kanalen är varmare än den omgivande bjälk- lagsytan eller väggytan i anslutning till tilluñsdon, härigenom utnyttj ande den tidigare i bjälk- laget eller väggen lagrade kylenergin till att kyla ner tilluften.

För att kunna utnyttja uppfinningen maximalt får inte innertakytoma vara täckta av exempel- vis täta undertak som hindrar upptagningen av den i rummet utvecklade energin i bj älklaget.

Konventionella kontorshus är försedda med undertak liggande på så stort avstånd under det bärande bj älklaget att det erhållna utrymmet är tillräckligt för att rymma de för varje rum er- forderliga försöijningsledningarna för exempelvis el, värme, kyl, tillufi, frånlufi och data, etc. 527 830 Därmed hindras effektivt möjligheten till lagring via takytan av den i rummet utvecklade in- terna energin.

Bj älklagen kan på känt sätt bestå av förfabricerade hålbjälklag av betong eller betongbjälklag med in utna kanaler.

Figur 1 visar schematiskt ett modulbyggt hus i horisontalsnitt genom en våning, närmare be- stämt takbjälklaget, med ett antal underliggande rum, A, B, samt korridoren C. Rummen A och B begränsas av ytterväggarna 1, korridorväggama 2 samt de rumsavskiljande väggarna 3.

Varje rum A består av tre moduler 4 a' 3*1.2m (se Figur 2) där i varje modul tre samman- kopplade kanaler 5 genomströmrnas av tillufi fiån ett i korridorens C tak liggande anslut- ningsdon 6 och tillufikarial 7 som via vertikala schakt ansluter till på taket liggande fläktrum.

Tillufien från modulen 4 strömmar sedan genom tilluftsdonet 8 ut i rummet A. Frånlufien från rummen A går via ett överströmningsdon i korridorväggen, ej angivet på ritningen, ut till kor- ridoren som i detta fall tjänstgör som samlingskanal, för vidare transport till fläktrurn. Golv- bjälklaget i rum A utnyttjas på samma sätt som takbj älklaget för distribution av tillufi. I detta fall till ett under rummet A liggande mm. Modulema 4 är upplagda på fasadväggarria.

Figur 2 visar schematiskt en bjälklagskiva för en modul med fem hålkanaler genom vilka till- luft kan strömma, varav enligt Figur 1 tre stycken är sammankopplade för tilluñsdisnibution.

Figur 3 visar schematiskt ett flödesschema för en del av byggnaden, samt hur de i Figur 1 och Figur 2 nämnda modulerna 4 är sammankopplade med byggnadens flödesschema. Endast en modul per rum redovisas som exempel. Utrustningen för kyhiing och luftväxling av byggna- den innefattar en tillufisfläkt 20 och en frånlufisfläkt 21. Vidare ingår en värmeväxlare 22, ett kylbatteri 23, sarnt fyra stycken motoriserade avstängningsspjä1l24, 25, 26 och 27. Kyhna- skinen 28 förser kylbatteriema med, ex kylvatten, för kylning av tillufien. Via frånluñdon 29 transporteras frånluften i korridoren C (se Figur 1) tillbaka till fläktrum.

Anläggningen fungerar på följande sätt: Under kontorstid är spjället 26 stängt och den ro- terande värmeväxlaren 22 i drifi. Fläktar-na 20 och 21 är tillslagna. Övriga spjäll är öppna.

Uteluñ kommer in via spjäll 24 passerar fläkten 20 samt kyls via kylbatteriet 23 för vidare transport genom bj älklagsmodulerna 4 till de olika rummen. Frånlufien suges genom ett i kor- ridoren sittande frånlufisdon tilbaka till fläklrurn. Under icke kontorstid är fläkten 20 i drift.

Fläkten 21 och värmeväxlaren 22 är fiârislagria. Spjällen 26 och 27 är öppna. Övriga spjäll, 24 527 850 och 25, är stängda. Till- och frånlufi cirkulerar nu i anläggningen från don 29 via spjället 26 till fläkten 20 och kyls genom kylbatteriet 23, via modulema 4 åter ut till rummen. Detta in- nebär att rumslufien återcirkuleras i byggnaden eñersom ingen utelufi tillförs.

Då hög eleffektkapacitet ñnns tillgänglig kyls bj älklagen ned. Eftersom det under icke arbets- tid endast är rumslufi som återcirkuleras över kylbatteriema, erfordras en låg kyleffekt då ingen uteluft tillförs under denna tidsperiod. Effekten kan dock ökas genom att sänka tillufis- temperaturen några grader. Altemativt kan man använda en värmeväxlare mellan utelufi och avlufi, företrädelsevis med hög verkningsgrad, och efier värmeväxlingen kyla ner tilluften till erforderlig temperatur. Kylmaskínseffekten och energiåtgången blir högre med denna metod.

Berâkningsexempel Förutsättningar: Ett 10m2 kontorsrum med en fasadlängd av 3.6m (3 * 1.2 m modulplattor) är beläget vid en västerfasad i ett varmt klimat. Utetemperaturen är max 43°C, min 29 °C. Till- luftstemperattir +14 °C. Två personer ñnns i rummet mellan klockan 08-17, och interna effek- ter såsom belysning, datorer, skrivare, etc är 25W/m2 under samma tidsperiod. Kyleffekten hos en anläggning som arbetar enligt uppñnningen begränsas till 30% av en konventionell mekanisk kylanläggriing mellan klockan 1 l-16. Likadana rum ligger över och under det be- räknade rummet. Beräkningarna har utförts med EQUAs datorprogram; IDA Indoor Climate and Energy (ICE).

Om beräkningen utförs så att rumstemperaturen i det ovan beskriva kontorsnnnmet på om- kring 10 mz ej överstiger 24 °C och utan någon nedskärning av effekt, erfordras 30 l/s större tilluftflöcle i det konventionella fallet jämfört med förfarandet enligt uppfinningen. Totalt be- hövs 70 respektive 40 l/s. Anledningen till detta är att anläggningen i det konventionella fallet endast är i drift under kontorstid och att merparten av den i rummet utvecklade effekten måste kylas bort direkt eftersom den inte kan lagras.

Figur 4 visar datorsimulerade kyleffekter för förfarandet enligt uppfirmingen och det konven- tionella förfarandet under tidsperioden 00-24.

Den elektriska effekten till kylmaskinen är normalt cirka 50% av den levererade kyleffekten.

Enligt det konventionella förfarandet erfordras max l950W kyleffekt mellan klockan 08-ll och max 2050W kyleffekt mellan klockan 16-17 för att ternperaturlcravet på 24 °C skall inne- 527 830 hållas. Mellan klockan 11-16 har effekten reducerats till ll50W, dvs ca 55% av maxeffekten på 2050W. Under icke kontorstid klockan 17-08 är kylmaskinen avslagen.

I det konventionella fallet har rumstemperaturen klockan 16 stigit till ca 27.5 °C. Här erfordras således betydande investeringar i kostsam tilläggsutrustriing, till exempel kylvattentankar, för att uppsatta besparingseffekter skall uppnås.

Förfarandet enligt uppfinningen behöver max 1l00W under tidsperioden 08-11 och max 11SOW mellan klockan 16-17 för att ej överstiga temperaturluavet på 24 °C. Detta motsvarar ca 55% av kyleffekten i det konventionella fallet. Mellan klockan ll-16 reduceras effekten till 600W, dvs ca 30% av maxeffekten 2050W i det konventionella fallet.

Under icke kontorstid klockan 17-08 överstiger kyleffekten aldrig 500W - vilket motsvar en tillufistemperatur på ca 14 °C - efiersom rumsluflen bara återcirkuleras i byggnaden och till- forsel av utelufi ej erfordras, detta för att inga eller mycket få personer befinner sig i byggna- den under icke kontorstid dvs under icke arbetstid.

Från att ha kylt bj älklaget med 14 °C tillufi mellan klockan 16-11 (mellan klockan 17-08 har detta skett med återcirkulerad rumslufi utan tillförsel av uteluft) kommer det reducerade ef- fektuttaget under tidsperioden 11-16 ge en tillufistemperatur av ca 22 °C i detta fall. Denna tilluft kommer att värma bj älklaget inifrån mellan klockan ll-16 samtidigt som bj älklagets ytskikt har tillräcklig kylkapacitet för att rumslufien ej skall överstiga vald temperaturgräns, i detta fall 24 °C. Således värms bj älklaget både inífiån och utifrån under en begränsad tidspe- riod.

Energibehovet (effekt * tid), i detta fall Kwh, motsvaras av effektkurvomas inramade ytor. Då båda byggnaderna har samma isoleringsstandard åtgår rent teoretiskt samma energimängd under en 24-timmars period, men då uppfinningen utnyttjar den svalare nattluften för kylning av kylmaskinema erhålles en bättre verkningsgrad vilket motsvarar en energibesparing av ca l0 % på årsbasis. I det konventionella fallet har rummet undertak.

Den operativa temperaturen (= upplevd temperatur = medelvärdet av rumstemperaturen och temperaturen på ytorna som omsluter rummet), är lägre än rumstemperaturen enligt uppfin- ningen. Eftersom den upplevda temperaturen är lägre än den faktiska rumstemperaturen känns det svalare än vad termometern visar. I det konventionella fallet är det tvärtom. 527 830 Anledningen till den stora effekt- och flödesreduktionen enligt uppfinningen beror på en rad samverkande faktorer: Avspärrriingstiden, dvs då effektuttaget är reducerat, är begränsad. De fem timmarna mellan klockan 1 1-16 kan inte förlängas mer i detta exempel utan att rumstemperaturen stiger till oacceptabla nivåer, i beräkningsexemplet över 24 °C. Detta är beroende av utomhustempera- turen, lufifuktigheten samt byggnadens täthet, isoleringsgrad, återvinningsgraden av rumsluf- ten, interna effekter, etc. Under en kortare tidsperiod är det möjligt att uppnå större effektbe- sparingar än de 70 % som redovisats i exemplet utan att rumstemperaturen överstiger 24 °C.

Exempelvis kan kylanläggriingen stängas av helt så att effekten minskas till noll (0) under två timmar.

Bjälklaget som energilager måste ha tillräcklig kapacitet (massa) samt kunna transportera er- forderlig lufi i hålkanalerna. Bjälklagsytoma, dvs tak- och golvytoma, måste vara tillgängliga, dvs tjocka mattor, undertak, ljudabsorberande bafflar, etc måste installeras så att värmeöver- föring konvektivt eller via strålning ej hindras i någon större omfattning.

Största delen av den i rummet utvecklade energin skall under den aktuella tiden klockan ll- 16 överföras till bj älklaget för att under dygnets övriga timmar borttöras med kyld tillufi som under icke arbetstid består av återcirkulerad rumslufi.

Det finns ett antal alternativa utföringsfonner av det nu beskrivna förfarandet inom ramen för uppfinningstariken för att ytterligare reducera kyleffekten.

En tänkbar möjlighet är att minska tillufiflödet under en kortare tidsperiod då det elektriska ledningsnätet är högt belastat. Luftflödet skall alltid anordnas så att lukt fiån personer, bygg- nadsmaterial, fukt, etc inte blir besvärande. Detta motsvarar ett minimilufiflöde av ca 6-10 l/s och person. I rum med höga interna värmeutvecklingar och/eller mycket varmt uteklimat räcker inte nämnda tillufiflöden, vid lufikylning av rum, för att klara komfortkraven. Som framgår av ovan nämnda exempel erfordras, enligt uppfinningen 40 l/s och i det konventionel- la fallet 70 l/s för att erhålla ett bra inomhusklimat. Om 8 l/s och person väljes i det beräknade fallet enligt uppfinningen motsvarar detta 16/40 = 0.4 ggr det ursprungliga flödet, dvs 0.6 ggr lägre flöde under en kortare tidsperiod, motsvarande 60 % lägre kyleffekt under samma tids- period. Förfarandet enligt uppfinningen har enligt Figur 4 reducerat effekten till 30 %. Om under en timme flödet och/eller effekten tillsammans reduceras med ytterligare 60% blir nu 527 830 det totala effekt utnyttjandet 0.40 ggr 30% = 12% av det ursprungliga 205OW. Förutsättning- en är här att en liten stegring av rumstemperaturen kan accepteras, i detta fall 0.5-l °C.

En annan tänkbar möjlighet att reducera kylmaskinseffekten är att, såsom visas i Figur 4, i bj älklagskanalerna 41 införa en ej ektor 42, eller en fläkt med låg effekt, som genom den driv- krafi tillufien, eller fläkten, skapar suger med sig rumslufi 43 som avkyles i bjälklaget och efter att ha passerat tillufisdonet 44 bidrar till rummets kyhiing.

I det beskrivna uttöringsexemplet har bjälklag använts för lagring av kylenergi. Det är dock även möjligt att dessutom, eller altemativt, lagra kylenergi i väggar såsom inner- och/eller ytterväggar i byggnader på liknande sätt.

Claims (6)

10 15 20 25 30 527 830 Patentkrav

1. Förfarande för tillfällig reducering av elektriskt effektuttag för kylning av byggnader där kylenergin lagras i bjälklag eller vägg, innefattande steget att: - lagra kylenergi i åtminstone någon del av bjälklaget (4) eller väggen (1, 2, 3) genom att under åtminstone en tidsperiod då det elektriska ledningsnätet kan leverera erfor- derlig elektrisk kylmaskinsetïekt tillföra kylmaskinskyld tillufi i kanaler (5) anordnade i bjälklaget (4) eller i väggen (l, 2, 3), och vidare kännetecknat av steget att: - under åtminstone en tidsperiod då det elektriska ledningsnätet är högt belastat redu- cera det elektriska effektuttaget hos kylmaskinen (28) och samtidigt leda tillufi runt i byggnaden genom nänmda kanaler (5), vilken tillufi vid inträdet till kanalen (5) är varmare än den omgivande bjälklagsytan eller väggytan i anslutning till tillufisdon (6), här-igenom utnyttjande den tidigare i bj älklaget (4) eller väggen (1, 2, 3) lagrade kyl- energin till att kyla ner tilluflen.

2. . Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av steget att bj älklaget eller väggen tillverkas av betong.

3. . Förfarande enligt patentkravet l eller 2, kännetecknat av steget att lagra kylenergi i bj älklag av prefabricerade hålplattor eller platsgjutna betongplattor med ingjutna kana- ler.

4. . Förfarande enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknat av steget att lagra kylenergi i åtminstone någon del av bj älklaget (4) eller väggen (l, 2, 3) genom att un- der åtminstone en tidsperiod då tillförsel av uteluft ej erfordras återcirkulera kylma- skinskyld rumslufi i kanaler (5) anordnade i bjälklaget (4) eller i väggen (1, 2, 3).

5. . Förfarande enligt något av ovanstående patentkrav, kánnetecknat av steget att reduce- ra det elektriska effektuttaget hos kylmaskinen (28) genom att minska tilluftsflödet under åtminstone en tidsperiod då det elektriska ledningsnätet är högt belastat. 527 830 10

6. Förfarande enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknat av steget att med hjälp av en ej ektor (42), eller fläkt, ytterligare kyla rumslufien genom att delar av rumsluflen får passera bjälklaget (4) eller väggen (1, 2, 3).