SE535665C2 - Förfarande och anläggning för reglering av inomhustemperaturen i ett utrymme - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande (ti,reg.) i varvid en klimatanläggning för utrymmet (7b) lOb) att i ledningarna för reglering av den uppmätta inomhustemperaturenett utrymme,och en bortförselledning<9b) innefattar en tillförselledning(lOb)som är belägen i utrymmet,(9b)till utrymmet,flöde (q) utomhustemperaturen samt en dessa ledningar(7b, förbindande slinga(7b, lOb) energilagrande medium tillför värme ochslingan strömmande,att det energilagrande mediet bibringas ett (7b, lOb) (9b), och att registreras genom en i ledningarna (tdutomhustemperaturgivare och slingan (3a/3b). Uppfinningen hänför sig äventill en klimatanläggning för reglering av den uppmätta(ti,reg.)Utmärkande för förfarandet enligt föreliggande(t1,reg.)registreras medelst en i utrymmet befintlig(la),inomhustemperaturen (ti¿e9)jämförs med en förutbestämd(tflftemperaturerna sker kontinuerligt vid förutbestämda inomhustemperaturen i ett utrymme. uppfinning är att inomhustemperaturen i utrymmet inomhustemperaturgivare att den uppmätta önskad/vald inomhustemperatur att jämförelsen mellan tidsintervall, att den registrerade temperaturskillnaden (Atfl, tillsammans med den förutbestämda temperaturen (tpkhmmßwmafisom är relevant för klimatanläggningen och den uppmättautomhustemperaturen (tu) utgör parametrar för reglering av den uppmätta inomhustemperaturen (tLrw_). (Fiq- 2)

Description

U 20 25 30 35 535 665 2 patentkravet angivna särdragen. Föredragna utföringsformer av uppfinningen är definierade i de osjälvständiga patentkraven.

Kort beskrivning av ritningarna Nedan kommer en föredragen utföringsform av uppfinningen att beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna, där: Fig. 1 visar schematiskt en klimatanläggning för ett utrymme enligt föreliggande uppfinning; Fig. 2 visar schematiskt den bakomliggande idén till föreliggande uppfinning vid en oönskad temperaturhöjning; Fig. 3 visar schematiskt den bakomliggande idén till föreliggande uppfinning vid en oönskad temperatursänkning; och Fig. 4 visar jämförande stapeldiagram för kall väderlek och varm väderlek.

Detaljerad beskrivning av känd teknik och en föredragen utföringsform enligt föreliggande uppfinning Den i Fig. 1 visade klimatanläggningen utgör en kombination av känd teknik och teknik enligt konceptet för föreliggande uppfinning, varvid det utrymme som klimatet skall styras i är betecknat med U.

Den i Fig. 1 visade klimatanläggningen innefattar en framledning lb, en värmeväxlare 3b och en returledning Sb.

Framledningen lb sträcker sig in i värmeväxlaren 3b och returledningen 5b sträcker sig bort från värmeväxlaren 3b.

Framledningen lb och returledningen 5b är förbundna med varandra inuti värmeväxlaren 3b, varvid förbindningen kan vara utformad som en första överföringsslinga som företrädesvis kan vara spiralformad.

Framledningen lb utgår från en central anläggning, exv. ett fjärrvärmeverk, och returledningen 5b slutar i den centrala anläggningen. I ledningarna lb och 5b transporteras ett energilagrande medium, exv. vatten, varvid temperaturen på det energilagrande mediet bestäms av den centrala anläggningen. Den centrala anläggningen levererar således ett energilagrande medium i framledningen, varvid detta U 20 25 30 35 535 665 3 energilagrande medium har en temperatur som normalt bestäms av den centrala anläggningen. Värmeväxlaren 3b är normalt belägen i en lokal enhet LE, exv. ett hyreshus, som den centrala anläggningen levererar energi till via det energilagrande mediet.

Från värmeväxlaren 3b utgår en tillförselledning 7b som sträcker sig till en radiator 9b och från radiatorn 9b utgår en bortförselledning lOb som sträcker sig tillbaka till värmeväxlaren 3b. Tillförselledningen 7b och bortförselledningen lOb är inbördes förbundna både inuti värmeväxlaren 3b och inuti radiatorn 9b så att tillförselledningen 7b och bortförselledningen lOb bildar en sluten slinga. Inuti värmeväxlaren 3b är tillförselledningen 7b och bortförselledningen lOb inbördes förbundna medelst en andra överföringsslinga (ej visad) som företrädesvis kan vara spiralformad.

I den lokala enheten LE är anordnad en första reglercentral llb, medelst vilken personal hos den lokala enheten LE kan utföra olika styràtgärder när det gäller energitillförseln till utrymmet U.

På returledningen 5b är monterad en motorventil 12b för styrning av flödet i returledningen 5b, varvid denna styrning även påverkar flödet i framledningen lb eftersom framledningen lb och returledningen 5b är inbördes förbundna. Styrningen av motorventilen 12b sker via den första reglercentralen llb. En första utomhustemperaturgivare l3b är ansluten till den första reglercentralen llb. En tillförseltemperaturgivare l4b är monterad på tillförselledningen 7b, mellan värmeväxlaren 3b och utrymmet U. Tillförseltemperaturgivaren l4b är ansluten till den första reglercentralen llb.

En pump l5b är monterad pà tillförselledningen 7b, varvid varvtalet hos denna pump l5b kan varieras, varvid variationen av varvtalet sker i beroende av tryckförändringar i tillförselledningen 7b. Dessa tryckförändringar åstadkoms av en i anslutning till radiatorn 9b anordnad termostat (ej visad) som reglerar strömningsarean i tillförselledningen 7b.

Det som ovan har beskrivits representerar känd teknik.

Därvid kan allmänt sägas att den kända tekniken utgör ett relativt ”trubbigt” instrument för att styra klimatet i 10 l5 20 25 30 35 535 665 4 utrymmet U. Hänvisningsbeteckningar som hänför sig till känd teknik slutar med ”b” medan hänvisningsbeteckningar som hänför till det som hänför sig till konceptet för föreliggande uppfinning slutar med ”a”.

Enligt konceptet för föreliggande uppfinning uppvisar klimatanläggningen enligt Fig. l en inomhustemperaturgivare la, en andra utomhustemperaturgivare 3a och en andra reglercentral 2a som företrädesvis innefattar en frekvensomformare FO.

Inomhustemperaturgivaren la och den andra utomhustemperaturgivaren 3a är anslutna till den andra reglercentralen 2a. Pumpen l5b är likaså ansluten till den andra reglercentralen 2a, varvid pumpens l5b varvtal kan styras medelst den i den andra reglercentralen 2a ingående frekvensomformaren FO.

Bakgrundsresonemanget till föreliggande uppfinning är följande. Beroende på ett utrymmes värmedynamiska egenskaper kommer en temperaturändring att ta olika lång tid. En ”tung” stomme medför längre tidsskillnader och därmed större värmelagringskapacitet jämfört med en ”lätt” stomme.

Värmeförlusterna beror av både inne- och utetemperturen samt utrymmets transmissions- och ventilationsförlustfaktorer.

Dessutom påverkas utrymmets värmebehov av de värmedynamiska egenskaperna.

Idén med föreliggande uppfinning är att låta både de tröga dynamiska värmeegenskaperna och de mer direkta värmeförlusterna tillsammans reglera så att en jämn innetemperatur erhålls.

I Fig. 2 visas schematiskt ett resonemang runt effektbalans, varvid detta resonemang leder fram till en formel som anvisar den flödesändring som skall pàföras det energilagrande mediet i den slutna slinga som innehåller tillförselledningen 7b och bortförselledningen 10b, varvid denna flödesändring sker medelst pumpen l5b. I Fig. 2 visas ett fall då en oönskad höjning av temperaturen i utrymmet sker.

I Fig. 2 visas en första stapel SlH och en andra stapel S2H. Den första stapeln SlH symboliserar den effekt som tillföres utrymmet, varvid en första del av den tillförda 10 U 20 25 30 35 535 655 5 effekten utgörs av den effekt som tillförs via ett uppvärmningssystem. I Fig. 1 ovan utgörs uppvärmningssystemet av en radiator 9b. En andra del av den tillförda effekten utgörs av s.k. gratiseffekt. Den kan exv. utgöras av solinstrålning genom fönster hos utrymmet, av den värme som avges av människor som vistas i utrymmet eller av den värme som en påslagen dator eller TV avger. Detta är endast en exemplifierande uppräkning.

Viss del av den tillförda gratiseffekten, tillsammans med tillförd uppvärmningseffekt, ger en önskad inomhustemperatur. Den andra delen av gratisenergin ger upphov till ett temperaturöverskott, AtL Den bortförda effekten från utrymmet symboliseras av stapeln S2H. Den innefattar dels ventilationsförluster, värme som sugs ut via ventilationssystemet, dels transmissionsförluster, dvs. värmeflöde genom utrymmets klimatskal, tak, de ytor som definierar utrymmet. Dessutom bortförs värmeeffekt från utrymmet genom att värme lagras i utrymmets stomme. Enligt konceptet för föreliggande uppfinning antas att den tillförda dvs. exv. golv, väggar, fönster, dvs. effekten från uppvärmningssystemet/radiatorn 9b motsvarar den bortförda effekten som orsakas av ventilationen och Denna bortförda effekt kan betecknas (ÉIIANICV) (timiimcani. 'tu) , där! u är ett medelvärde för värmegenomgângstalet för väggar, fönster, tak etc.; A är omslutande area bottenbjälklag etc.); n är specifikt luftflöde transmissionen. (klimatskärmen, Tak, väggar fönster (antalet luftomsättningar per timme, i en bostad säger minimikravet att det ska vara 0,5 oms/h, vilket betyder att all luft bytts ut efter 2 timmar); C är luftens värmekapacitet; V är byggnadens eller rummets volym. tiJ1nnumL betecknar den maximala inomhustemperatur som den aktuella klimatanläggningen förmår upprätthålla i utrymmet; tv betecknar den verkliga utomhustemperaturen och kan mätas medelst utomhustemperaturgivaren 3a.

När det gäller att ta reda på tLknM“~ü_för den aktuella klimatanläggningen kan man förfara på följande sätt. Genom att 10 U 20 25 30 35 535 665 6 studera den effekt som klimatanläggningen producerar under olika tidsperioder av året kan den tidsperiod ringas in när effekten befinner sig på en konstant och låg nivå. Därvid kan den slutsatsen dras att under denna tidsperiod producerar klimatanläggningen endast effekt för varmvatten och följaktligen är ti¿LumumL lika med tu, dvs. den aktuella utetemperaturen under den aktuella tidsperioden. Den aktuella utetemperaturen tu erhålles från mätningar av densamma. Åtminstone för Sverige sker detta regelbundet året runt för ett mycket stort antal orter.

Stapeln S2H innefattar även två delar som tillsammans är betecknade Ökning av transmissions- och ventilationsförluster pga höjning av inomhustemperaturen från gratiseffekten i utrymmet. transmissionen och ventilationen är beroende av differensen I detta sammanhang skall påpekas att både mellan den uppmätta inomhustemperaturen tiflægi utrymmet och utomhustemperaturen. Om inomhustemperaturen i utrymmet höjs och utomhustemperaturen är oförändrad kommer ventilationen att öka och även transmissionsförlusterna kommer att öka. Denna totala ökning kan betecknas (2uA+ncV)AtL där Atiär oönskad temperaturhöjning i utrymmet.

Stapeln S2H innefattar även en del som är betecknad Lagring, varvid denna del motsvarar den effekt som tas upp av den utrymmet omgivande stommen och lagras som energi i stommen. Enligt konceptet för föreliggande uppfinning motsvarar Gratis det effekttillskott som dels ger en höjning av inomhustemperaturen från tijdmmL till tiflg dels ger en lagring av värmeeffekt i stommen. Viss del av Gratis ger en oönskad temperaturhöjning i utrymmet. Den oönskade transmissions- och ventilationseffektbortförseln kan skrivas: (EuA+ncV)At¿.

Vid betraktande av resten av staplarna SlH och S2H erhålls följande effektsamband: Uppv.system = (ÉÜHHCV) (ti Juimtmi. 4111) - Den tillförda effekten från uppvärmningssystemet kan även skrivas: q x k (tf-tg), där: q är normalflödet i den slutna slingan som innehåller tillförselledningen 7b och bortförselledningen lOb: N U 20 25 30 35 535 665 7 k är en konstant som gör att effekten enligt den angivna formeln uttrycks i watt; tg är temperaturen hos det energilagrande mediet i tillförselledningen 7b; och tg är temperaturen hos det energilagrande mediet i bortförselledningen.

Enligt resonemanget ovan är: q X k (tr'tn)=(2'l1Ä+n0V) (timiimmniftu) - För att motverka temperaturhöjningen Ati skall flödet i cirkulationskretsen minskas med: Aq x k (tg-tg), vilket motsvarar den effektminskning som den oönskade temperaturhöjningen Ati ger upphov till genom ökande transmissions- och ventilationsförluster, dvs. (2uA+ncV)AtL Enligt detta resonemang är: Aq x k (tf-ta) = (2uA+ncV)Ati.

Efter bildande av kvoten Aq/q och förenkling erhålls Aq/q = Ati/(tLk1uMtu¿_-tu). Detta samband ger följande information. Vid en av inomhustemperaturgivaren la registrerad temperaturhöjning Ati räknas den ändring/minskning Aq/q av flödet som skall ske, uttryckt i procent, ut enligt den ovan angivna formeln: Aq/q = Ati/(ti*L“mumL-tu). Ändringen àstadkoms i praktiken genom att ändra pumpens l5b varvtal medelst frekvensomformaren FO hos den andra reglercentralen 2a.

I Fig. 3 visas likaså schematiskt ett resonemang runt effektbalans, varvid i detta fall illustreras en oönskad temperatursänkning.

I Fig. 3 visas en första stapel S1S och en andra stapel S2S. Den första stapeln S18 symboliserar den effekt som tillföres utrymmet, varvid en första del av den tillförda effekten utgörs av den effekt som tillförs via ett uppvärmningssystem. I Fig. 1 ovan utgörs uppvärmningssystemet av en radiator 9b. En andra del av den tillförda effekten utgörs av s.k. gratiseffekt och betecknas i Fig. 3 med "Gratis". Den kan exv. utgöras av solinstrålning genom fönster hos utrymmet, av den värme som avges av människor som vistas i utrymmet eller av den värme som en påslagen dator eller TV avger. Detta är endast en exemplifierande uppräkning. Eftersom det sker en sänkning av temperaturen i utrymmet kommer i stommen lagrad energi att avges som effekt till utrymmet, varvid denna avgivna effekt i Fig. 3 betecknas med "Awgiven". 10 15 20 25 30 35 535 G65 8 Den avgivna effekten från Gratis och Avgiven åstadkommer en viss temperaturhöjning i utrymmet, dock ej en så stor temperaturhöjning att den önskade temperaturen i utrymmet uppnås. Skillnaden mellan den uppmätta temperaturen i utrymmet och den önskade temperaturen i utrymmet betecknas Ati och är således en temperatursänkning.

Den bortförda effekten från utrymmet symboliseras av stapeln S25. värme som sugs ut via ventilationssystemet, Den innefattar dels ventilationsförluster, dels transmissionsförluster, dvs. värmeflöde genom utrymmets klimatskal, tak, dvs. de ytor definierar utrymmet. Enligt konceptet för föreliggande uppfinning antas att den tillförda effekten från uppvärmningssystemet/radiatorn 9b motsvarar den bortförda dvs. exv. golv, väggar, fönster, som effekten som orsakas av ventilationen och transmissionen.

Stapeln S28 innefattar även transmissions- och ventilationsförluster som en följd av temperaturhöjningen i utrymmet från gratiseffekten och den från stomen avgivna effekten i utrymet. Såsom ovan påpekats är denna temperaturhöjning i utrymmet ej tillräcklig för att den önskade inomhustemperaturen skall uppnås.

För att motverka den oönskade temperatursänkningen Ati skall flödet i cirkulationskretsen ökas med: Aq x k (tf-ta), vilket motsvarar den effektminskning som temperatursänkningen Ati ger upphov till genom minskade transmissions- och ventilationsförluster och därmed lägre inomhustemperatur, dvs. (8uA+ncV)At¿. Enligt detta resonemang är: Aq x k (ts-ta) = (8uA+ncV)Ati. Efter bildande av kvoten Aq/q och förenkling erhålls Aq/q = Ati/(ti¿1,umL-tu). Detta samband ger följande information. Vid en av inomhustemperaturgivaren la registrerad temperatursänkning At; räknas den ändring/ökning Aq/q av flödet som skall ske, uttryckt i procent, ut enligt den ovan angivna formeln: Aq/q = Ati/(i-.LumtmL-tu) . Ändringen àstadkoms i praktiken genom att ändra pumpens l5b varvtal medelst frekvensomformaren FO hos den andra reglercentralen 2a.

I detta sammanhang skall nämnas att den ovan angivna formeln fungerar ej för specialfallet ti*¿nnumL=tu eftersom i så fall blir nämnaren i formeln lika med noll och flödesändringen Aq/q blir oändligt stor.

W Ü 20 25 30 35 535 665 9 Vid studium av formeln Aq/q = Ati/(ti¿L,umL-tu) inses att för ett visst värde pà Ati, exv. 0,5°, flödesändring Aq/q när differensen mellan den erhålls en större inomhustemperatur som klimatanläggningen kan leverrera ti*Lu,umL och den verkliga utomhustemperaturen tu är liten.

Detta kan tyckas märkligt men skall förklaras nedan med hänvisning till Fig. 4.

De övre stapeldiagrammen i Fig. 4 representerar kall väderlek medan de undre stapeldiagrammen i Fig. 4 representerar varm väderlek. De båda övre stapeldiagrammen har betecknats S1K resp. S2K medan de båda undre stapeldiagrammen har betecknats Slv resp. S2V.

I de båda stapeldiagrammen för tillförd effekt SIK och S1V, dvs. de vänstra stapeldiagrammen i Fig. 4, utgör en övre del av stapeldiagrammen s.k. gratiseffekt som är betecknad med G. En del av denna gratiseffekt är betecknad med ”Extra” och är den värmeeffekt som ger en temperaturhöjning Ati.

Gratiseffekten har antagits vara lika stor vid kall väderlek som vid varm väderlek.

Vid ett jämförande studium av de vänstra stapeldiagrammen SlK och SlV i Fig. 4 framgår att den tillförda effekten U från uppvärmningssystemet är mindre vid varm väderlek än vid kall väderlek. dvs. S2K och S2V representerar effektförluster/den bortförda effekten vid kall varm väderlek.

De högra stapeldiagrammen i Fig. 4, resp. I stapeldiagrammen S2K och S2V betecknas de transmissions- och värmeförluster som härrör från den extra gratisenergin med (8uA+ncV)Ati. Dessa transmissions- och värmeförluster förutsätts vara lika stora vid kall som vid varm väderlek. Ett jämförande studium av S2K och S2V ger vid handen att transmissions- och ventilationsförlusterna som betecknas med (8uA+ncV)(ta-ta) generellt är mindre vid varm väderlek än vid kall väderlek. Transmissions- och ventilationsförlusterna (2uA+ncV)Ati som härrör från den extra gratisenergin utgör således en större del av effektförlusterna vid varm väderlek än vid kall väderlek. Vid varm väderlek krävs således en större flödesändring Aq/q av det energilagrande mediet för att kompensera för effektförlusterna från den extra gratisenergin. Detta förklarar varför Aq/q 10 535 665 10 erhåller ett större värde när tjhklimtmL och den verkliga utomhustemperaturen tuligger nära varandra.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Vid den ovan beskrivna utföringsformen av en klimatanläggning enligt föreliggande uppfinning ingår en slinga i form av en radiator 9b som förbinder tillförselledningen 7b med bortförselledningen lOb. Inom ramen för föreliggande uppfinning kan man dock slingan vara utformad på ett flertal olika sätt. I exemplifierande och ej begränsande syfte kan nämnas att slingan kan vara i form av dvs. golvvärme, slingan är förlagd i utrymmets golv.

Claims (6)

10 ß 20 25 30 35 535 665 H Patentkrav

1. Förfarande för reglering av den uppmätta inomhustemperaturen (tifleæ) i ett utrymme, varvid en klimatanläggning för utrymmet innefattar en tillförselledning och en bortförselledning samt en dessa ledningar förbindande slinga som är belägen i utrymmet, att i ledningarna och slingan strömmande, energilagrande medium tillför värme till utrymmet, att det energilagrande mediet bibringas ett flöde (q) i ledningarna och slingan), att utomhustemperaturen (tu) registreras genom en utomhustemperaturgivare (3a/3b), att inomhustemperaturen (tifleq) i utrymmet registreras medelst en i utrymmet befintlig inomhustemperaturgivare (la), att den uppmätta inomhustemperaturen (tiJe@)jämförs med en förutbestämd önskad/vald inomhustemperatur (ti), att jämförelsen mellan temperaturerna sker kontinuerligt vid förutbestämda tidsintervall, k ä n n e t e c k n a t av att den registrerade temperaturskillnaden (Ati), tillsammans med den förutbestämda temperaturen (tLknmüsßtflJ som är relevant för klimatanläggningen och den uppmätta utomhustemperaturen (tu) utgör parametrar för reglering av den uppmätta inomhustemperaturen (tiflem), och att regleringen av den uppmätta inomhustemperaturen (tLr@_) sker genom ändring (Aq) av flödet (q) i ledningarna och slingan enligt formeln: Åq/q = Åti/ (ti,xiimtuyacem"tu) -

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att det energilagrande mediet bibringas ett flöde medelst en pump (15b).

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att regleringen av den uppmätta inomhustemperaturen (tiflem) sker med samma tidsintervall som jämförelsen av den uppmätta inomhustemperaturen (tiflflq) med en förutbestämd önskad/vald inomhustemperatur (tg.

4. Klimatanläggning för reglering av den uppmätta inomhustemperaturen (tifleß) i ett utrymme, varvid klimatanläggningen för utrymmet innefattar en 10 U 20 535 665 u tillförselledning (7b) och en bortförselledning (lOb) samt en dessa ledningar förbindande slinga (9b) som är belägen i (7b, lOb) upptaget ett energilagrande medium som tillför värme till utrymmet, organ (l5b) mediet ett flöde utrymmet, att i ledningarna och slingan (9b) är för att bibringa det energilagrande lOb) och slingan (9b), för att registrera (q) i ledningarna (7b, och en utomhustemperaturgivare (3a/3b) (tu), k ä n n e t e c k n a t av en i utrymmet befintlig inomhustemperaturgivare (la) utomhustemperaturen för registrering av inomhustemperaturen (tifleq) att anläggningen innefattar organ (FO) (7b, lOb) (9b), flödet sker enligt formeln: Aq/q = Ati/ (ti,k1mt,y,t.,-tu) . i utrymmet, och för att ändra flödet i ledningarna och slingan och att ändringen av

5. Klimatanläggning enligt krav 4, att en pump k ä n n e t e c k n a d av (l5b) är anordnad för att bibringa det energilagrande mediet ett flöde (q) och slingan (9b). i ledningarna (7b, lOb)

6. Klimatanläggning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att en frekvensomformare (FO) (l5b). är tillordnad pumpen