SE537165C2 - Metod och system för att styra avfrostning av en värmeväxlare - Google Patents

Abstract

537 16 Sammandrag Uppfinningen avser en metod for att styra avfrostning av en vdrmevaxlare 1. Metoden innefattar att bestamma varmevaxlarens verkningsgrad j, for aft darefter beakta varmevdxlarens verkningsgrad 11, och sedan Ora en bedomning om varmevaxlaren behover avfrostas. Uppfinningen avser awn ett system for en vartnevaxlare 1. Systemet fOr varmevaxlaren innefattar mdtutrustning 11 i anslutning till varmevdxlaren 1, varvid mdtutrustningen 11 dr anpassad att samla in data for varmevdxlarens verkningsgrad vilken data dr avsedd att anvdndas i en beraningsenhet 12 fOr att berdkna varmevaxlarens verkningsgrad i. Berdkningsenheten 12 är anpassad att sanda en verkningsgradssignal Systemet innefattar dven en utvarderingsenhet 14 anpassad att mottaga verkningsgradssignalen Sri och att bedorna om varmevaxlaren behover avfrostas baserat pa verkningsgraden i.

Description

537 16 Titel Metod och system for att styra avfrostning av en varmevaxlare Uppfirmingens omrade Foreliggande uppfinning avser en metod for att styra avfrostning av en varmevaxlare och ett system for en varmevaxlare enligt ingresserna till de oberoende patenticraven.

Bakgrund till uppfinningen Varmevaxlare kan vara installerade i ventilationssystem i fastigheter sasom exempelvis bostadshus och fastighet dar kommersiell verksamhet bedrivs. Varmevaxlaren syftar till att dels ta tillvara energi i luft som leds ut ur fastigheter, s k franluft dels att ta tillvara energi i luften som leds in i fastigheten, s k tilluft. Vanligen är en varmevaxlare uppbyggd av en franluftskanal, en tilluftskanal, en varmevaxlande enhet for att Overfora energi mellan de bAda kanalema, luftfilter, batterier och flaktar for att leda ut/in frAnluften respektive tilluften. Dessutom kan det finnas for- och eftervarmare anordnade i anslutning till varmevaxlaren. Varmevaxlaren kan behova arbeta olika tider pa dygnet; for en fastighet dar kommersiell verksamhet bedrivs är ventilationssystemet igang under dagtid, nar det ror sig om ett bostadshus ir det storst anvandning av ventilationssystemet och (farmed varmevaxlaren under ett par timmar pa morgonen och under kvallleftermiddag, dock behover ventilationssystemet i ett bostadshus vara mer eller mindre aktivt under hela dygnet.

Varmevaxlaren kan vara installerad i en fastighet i ett klimat dar det pA vinterhalvaret onskas varmare luft inne i fastigheten an utanfor. DA det pa vintem blir utomhustemperaturer som leder till is- eller frostbildning kan det bli nodvandigt att avfrosta varmevaxlaren. Vanligtvis behover detta endast ske i bostadshus dar varmevaxlaren är i drift dygnet runt. I en fastighet dar kommersiell verksamhet bedrivs kan avfrostningen ske automatiskt da varmevaxlaren inte är i drift, dvs. vanligen pa natten som ar den tid cla ingen kommersiell verksamhet bedrivs.

Ett vanligt salt att styra avfrostning for varmevaxlare har varit aft detta sker med regelbundna tidsintervall under de perioder da utomhustemperaturen är under 0 °C eller 1 537 16 daromkring. Ett annat satt att styra avfrostningen av varmevaxlare kan vara aft mata fukthalten i franluft respektive tilluft i kombination med temperaturmatningar. Ett annat vedertaget salt är att berakna tryckfallet Over varmevaxlaren. Ett vanligt satt att avfrosta en varmevaxlare sker genom att flakten for franluften drivs med en hOgre varvtalsfrekvens eller aft s k far-/eftervarmare anvands. Ett annat vanligt satt kan vara aft anvanda en s k "bypass"-funktion.

Avfrostning av varmevaxlare regelbundet Over tiden är lampligast fOr varmevaxlare av metall eller liknande, eftersom dessa blir istackta da utomhustemperaturen ligger under 0 °C eller daromkring. Exakt vid vilken temperatur is bildas beror aven pa luftens fuktighetsgrad. Dock har det visat sig att det inte är nodvandigt aft regelbundet avfrosta en varmevaxlare tillverkad av andra material, sasom t ex av plast. Inte heller andra vedertagna metoder for att becloma om varmevaxlaren behover avfrostas har visat sig tillforlitliga. Da utomhustemperaturen ligger under 0 °C bildas det inte is pa en varmevaxlare av plast, utan pafrysningen sker snarare i form av lager av frost eller snii.

Pafrysningen beror aven pa varmevaxlarens storlek. For en stor varmevaxlare tar pafrysningen langre tid an for en mindre. Darmed kan en mindre varmevaxlare behtiva avfrostas oftare an en stOrre.

Det firms olika typer av varmevaxlare beroende pa i vilket system varmevaxlaren ska anvandas. I ventilationssystem är det vanligt aft anvanda plattvarmevaxlare. Dessa kan exempelvis vara av typen korsstrOmsvarmevaxlare och/eller motstromsvarmevaxlare.

Syftet med foreliggande uppfinning är att astadkotnma ett fOrbattrat satt att styra avfrostning av en varmevaxlare.

Sammanfattning av uppfinningen Ovan namnda syften astadkommes med uppfinningen definierad av de oberoende 30 patentkraven.

Foredragna utforingsformer definieras av de beroende patenticraven. 2 537 16 Enligt en farsta aspekt avser uppfinningen en metod fOr att styra avfrostning av en varmevdxlare. Varmevdxlaren innefattar en franluftskanal, en tilluftskanal, en flakt for att leda fra'nluft genom franluftskanalen och en varmevaxlande enhet for att Overfara energi mellan dessa bada kanaler. Metoden innefattar att bestdmma varmevaxlarens verkningsgrad, fOr att &Niter beakta vdrmevaxlarens verkningsgrad, och sedan Ora en bedomning om vartnevaxlaren behover avfrostas.

Genom att styra avfrostning av en vannevaxlare med avseende pa dess verkningsgrad 10 uppnas en precisare styrning av att bedoma om en avfrostning bOr genomforas.

Metoden for att styra avfrostningen av en varmevaxlare kan dven innefatta att beakta en parameter relaterad till rotationen av franluftens Mkt. Genom att styra avfrostningen av en vdrmevdxlare dven med avseende pa parametem relaterad till rotationen av franluftsflakten uppnas en annu precisare styming av att bedoma om en avfrostning bor genornforas.

Enligt en andra aspekt avser uppfinningen ett system fOr en varmevaxlare innefattande en franluftskanal, en tilluftskanal, en fldkt fOr att leda franluft genom franluftskanalen och en varmevaxlande enhet for att overfora energi mellan dessa bada kanaler. Systemet for vdrmevaxlaren innefattar mdt-utmstning i anslutning till vdrmevaxlaren, varvid matutrustningen är anpassad att samla in data for varmevaxlarens verkningsgrad, vilken data är avsedd att anvandas i en berdkningsenhet for aft berdkna vdrmevaxlarens verkningsgrad. Berdkningsenheten är anpassad att sanda en verkningsgradssignal.

Systemet innefattar dven en utvarderingsenhet anpassad att mottaga verkningsgradssignalen och att bedorna om varmevaxlaren behOver avfrostas baserat pa verkningsgraden.

Kort ritningsbeskrivning Figur 1visar schematiskt ett system for en varmevaxlare enligt en utforingsform av foreliggande uppfinning, 3 537 16 Figur 2visar schematiskt ett system for en varmevaxlare enligt en andra utforingsform av foreliggande uppfinning, Figur 3visar schematiskt en metod for att styra avfrostning av en varmevaxlare enligt en utforingsform av fOreliggande uppfinning, Figur 4visar schematiskt en varmevaxlares uppbyggnad, och Figur är ett flOdesdiagram som visar villkoren i en utforingsform av en metod for att styra avfrostning.

Detaljerad beskrivning av foredragna utfOringsformer av uppfinningen Figur 1 visar schematiskt ett system fdr en varmevaxlare enligt en utforingsform av foreliggande uppfinning. Varmevaxlaren 1 innefattar en franluftskanal 2, en tilluftskanal 3, en flakt 4 fdr att leda franluft genom franluftskanalen och en varmevaxlande enhet 5 for att Overfora energi mellan dessa bath kanaler. Systemet for varmevaxlaren innefattar matutrustning 11 i anslutning till varmevaxlaren 1, varvid matutrustningen 11 är anpassad att samla in data for varmevaxlarens verkningsgrad i, vilken data är avsedd att anvandas i en berakningsenhet 12 ROr att berakna varmevaxlarens verkningsgrad r. Berakningsenheten 12 är anpassad aft sanda en verkningsgradssignal Sli. Systemet innefattar aven en utvarderingsenhet 14 anpassad aft mottaga verkningsgradssignalen och att bedoma om varmevaxlaren behover avfrostas baserat pa verkningsgraden Matutrustningen innefattar givare som sitter i anslutning till varmevaxlaren fOr att pa insidan mata temperatur i tilluftskanalen, T1111 och temperatur i franluftskanalen, TfrAn samt for aft pa utsidan mata utetemperaturen, Tute. Med hjalp av dessa temperaturer beraknas verkningsgraden av varmevaxlaren pa vedertaget satt i berakningsenheten.

Figur 2 visar schematiskt ett system for en varmevaxlare enligt en andra utforingsform av fOreliggande uppfinning. Flera av de ingaende delarna i figuren har beskrivits i samband med figur 1 ovan. I figur 2 är matutrustningen 11 vidare anpassad att samla in data for en parameter relaterad till rotationen av franluftens flakt N, vilken data är avsedd aft sanunanstallas i en registreringsenhet 13, och varvid registreringsenheten 13 är anpassad att sanda en rotationsparametersignal SN. Systemets utvarderingsenhet 14 är vidare anpassad att mottaga rotationsparametersignalen SN. Darmed kan utvarderingsenheten 14 4 537 16 bedorna om varmevaxlaren behover avfrostas bade med avseende pa verkningsgraden och pa parametem relaterad till rotationen av franluftens Mkt N.

Matutrustningen innefattar da aven givare som sitter i anslutning till franluftsflakten fOr att mata parametem relaterad till rotationen av franluftens flakt.

Figur 3 visar schematiskt en metod for att styra avfrostning av en varmevaxlare enligt en utforingsform av foreliggande uppfinning. Metoden innefattar att bestamma varmevaxlarens verkningsgrad i, for att darefter beakta varmevaxlarens verkningsgrad 10 och sedan Ora en beclonming om varmevaxlaren behover avfrostas.

Varmevaxlarens verkningsgrad 11 jamfOrs mot ett forutbestamt varde Ill, och da r Metoden for att styra avfrostningen av en varmevaxlare kan aven innefatta aft beakta en parameter relaterad till rotationen av franluftens flakt N. Metoden kan dá jamfora varmevaxlarens verkningsgrad n mot eft forutbestamt varde 112 och sammanstalla parametem relaterad till rotationen av franluftens Mkt N under en viss tid fOr att beralcna forandringen av denna parameter N' Over tiden, N' = kxN. Vardet pa k är alltsa eft matt pa forandringen av rotationsparametem och dar k2 ar ett forutbestamt varde. Sedan Ors bedomningen att da k> k2 och 11 <112 ska avfrostning av varmevaxlaren ske. Vardet pa k2 ligger i intervallet mellan 0,0001 och 0,1, dar ett fOredraget varde är 0,005. Vardet pa n2 ligger i intervallet mellan 0,80 och 0,90, dar ett foredraget varde är 0,88. Vardet pa 112 kan aven vara ett annat inom intervallet sasom 0,82; 0,84 eller 0,86.

Metoden kan Liven anvanda parametem relaterad till rotationen av franluftens flakt, N for 30 att avgora om N> (a + bxNnorm). Ora detta villkor är uppfyllt Ors bedomningen att avfrostning av varmevaxlaren ska ske. Nnonn är normvardet av parametern relaterad till rotationen av franluftens flat. Vardet pa a ligger lampligen i intervallet mellan 0 och 0, 537 16 samt vardet pa b ligger lampligen i intervallet mellan 0,6 och 1,3. Foretradesvis är a = 0,3 och b = 0,85, men aven andra varden i dessa intervall kan vara lampliga sasom fOr a 0,1; 0,2 eller 0,4 samt fOr b exempelvis 0,7; 1,0; eller 1,15.

Metoden innefattar vidare att detektera att varmevaxlaren har varit is- och frostfri under atminstone en tid tis vid en genomsnittlig utomhustemperatur Tut. Detta sker i syfte att kalibrera matutrustning 11 i anslutning till varmevaxlaren samt fOr att kalibrera normvardet av parametern relaterad till rotationen av franluftens flakt, Nnorm. Lampligen ligger ti s i intervallet mellan 12 och 48 timmar och Tut satts till +4 °C. Varden som kan vara lampliga att anvanda for tis ar exempelvis 24 eller 36 timmar, eller ett annat varde detta interval Och for Tut kan aven eft nagot hogre eller lagre varde vara lampligt, exempelvis +3; +3,5 eller 4,5 °C.

Metoden innefattar aven verifiering om avfrostning skett inom en tid tAF. Om avfrostning har skett Mom denna tid Ors en ny bedomning om varmevaxlaren behOver avfrostas tiden tAF eftcr senaste avfrostningen. Tiden for senaste avfrostningen, tAF sans lampligen till 12 timmar. Det är aven mOjligt att denna tid ar kortare eller langre sasom i intervallet mellan 6 och 24 timmar, exempelvis 10, 14, 18 eller 21 timmar.

Da metoden har detekterat att en avfrostning är nodvandig finns olika satt hur forloppet for att avfrosta varmevaxlaren gar till sasom beslcrivits ovan i bakgrunden till uppfinningen.

Figur 4 visar schematiskt hur en varmevaxlare 1 kan vara uppbyggd. Det finns en franluftskanal 2 for att leda ut franluft Lf ut ur fastigheten i vilken varmevaxlaren är installerad och en tilluftskanal 3 for att leda in tilluft Lt in till fastigheten. Sasom namnts ovan mats temperaturer i anslutning till varmevaxlaren for att beralcna varmevaxlarens verkningsgrad. Givare sitter i anslutning till varmevaxlaren for att pa insidan, kallat INNE i figuren, mata temperatur i tilluftskanalen, Ttill och temperatur i franluftskanalen, Tfran samt pa utsidan (UTE) fOr att mata utetemperaturen, Tuto. Varmevaxlarens verkningsgrad, ri beraknas enligt fOljande: Tau Tute frail Tute 6 537 16 Varmevaxlarens verkningsgrad, kan vara en medelverkningsgrad som beraknas som ett medelvarde av verkningsgraden under ett visst antal timmar, exempelvis 1, 2, 4, 8 eller 12 timmar. Dock sker kontinuerlig registrering av de parametrar som matutrustningen 11 5 mater.

Dessutom är det lampligt att en givare sitter i anslutning till franluftsflakten 4 fOr att mata en parameter relaterad till rotationen av franluftsflakten. Parametern relaterad till rotationen av franluftens fiat kan t ex vara att mata varvfrekvensen fOr flakten (vanligen i enheten vary per minut) eller en styrsignal till flakten som bestammer dess rotation (exempelvis en spanningssignal). Franluftsflakten 4 sitter i franluftskanalen pa insidan av varmevaxlaren. Varmevaxlaren innefattar aven en flakt 6 for att leda in tilluft, denna sitter lampligen pa utsidan av varmevaxlaren i tilluftskanalen. Vidare innefattar varmevaxlaren en varmevaxlande enhet 5 for att overfora energi mellan franlufts- och tilluftskanalen.

Figur 5 ar ett flodesdiagram som illustrerar villkoren i en utforingsform av en metod fOr att styra avfrostning av en varmevaxlare enligt fareliggande uppfinning. Sasom beskrivits ovan i samband med figur 1 och 2 är berakningsenheten 12 anpassad att sanda en verkningsgradssignal ST1 och registreringsenheten 13 är anpassad att sanda en rotationsparametersignal SN. Dessa signaler innehaller information om aktuell verkningsgrad 11 och aktuellt varde pa parametern relaterad till rotationen av franluftens Mkt N, vilka utvarderas i flodesdiagrammet enligt fOljande.

Inledningsvis Ors en verifiering om avfrostning skett Mom en tid tAF. Om avfrostning har skett Mom denna tid Ors en ny bedOmning om varmevaxlaren behOver avfrostas tiden tAF efter senaste avfrostningen. Under kallare perioder kan det vara lampligt att avfrostning sker hogst tva ganger per dygn, dvs. med ca 12 timmars mellanrum, sasom beskrivits ovan.

Darefter Ors en bedOmning om avfrostning ska ske genom att beakta varmevaxlarens verkningsgrad TI, dar verkningsgraden jamfors mot en forutbestamt varde Om den aktuella verkningsgraden i da är lagre an det fOrutbestamda vardet ri ska en avfrostning 7 537 16 genomfdras. Om daremot den aktuella verkningsgraden r är hagre an det forutbestamda vardet ii ska atminstone ytterligare ett villkor bedamas for aft avgora om en avfrostning ska ske.

I nasta steg bedtims om en avfrostning ska genomfOras genom aft bade beakta varmevaxlarens verkningsgrad och parametern relaterad till rotationen av franluftens flakt N. DA bade villkoret att den aktuella verkningsgraden r ar lagre an det farutbestamda vardet TI2 och det aktuella vardet pa parametern relaterad till forandringen av frAnluftsflaktens rotation k är hogre an ett forutbestamt varde k2 ska en avfrostning genomforas. Ar nagot av dessa bada villkor inte uppfyllda kommer avfrostningen inte bedOmas nadvandig, utan da bedoms ytterligare eft villkor for att avgara om en avfrostning ska ske.

Slutligen kommer i ett sista steg bedomningen om avfrostningen ske enbart aft goras utifran parametern relaterad till rotationen av frAnluftens flakt N. DA den aktuella parametern relaterad till rotationen av franluftens flakt N är stOrre an a + bxNnorm, gOrs bedomning att avfrostning av varmevaxlaren ska ske. Nnorm är ett farutbestamt normvarde av parametern relaterad till rotationen av franluftens flakt samt a och b är forutbestamda faktorer.

Far att Ora en bedomning om avfrostning bor ske kan det alltsa enbart med hjalp av varmevaxlarens verkningsgrad vara mojlig aft bestamma nar avfrostning behOver ske. Alternativt sa kombineras detta med att aven beakta parametern relaterad till rotationen av frAnluftens flakt.

Foreliggande uppfinning är inte begransad till ovan beskrivna foredragna utfaringsformer. Olika altemativ, modifieringar och ekvivalenter kan anvandas. Ovan namnda utfdringsformer skall dad& inte betraktas som begransande for uppfinningens skyddsomfang, vilket definieras av de bifogade patentkraven. 8

Claims (12)

537 16 Patentkrav 1. Metod for att styra avfrostning av en varmevaxlare, ddr varmevaxlaren (1) innefattar en franluftskanal (2), en tilluftskanal (3), en flakt (4) for att leda franluft genom franluftskanalen (2) och en vdrmeydxlande enhet (5) for att overfora energi mellan dessa bada kanaler (2, 3), varvid metoden innefattar att

1. bestamma varmevaxlarens (1) verkningsgrad 11, ddr vdrmevaxlarens verkningsgrad, 11 beraknas enligt foljande: Tti11Tute 71 = Tfran — Tute 2. beakta varmevaxlarens (1) verkningsgrad som är relaterad till rotationen av franluftens Mkt (4), 3. bedoma om varmevaxlaren (1) behover avfrostas, varvid varmevaxlarens (1) verkningsgrad 11 jamfors mot ett forutbestamt varde ri, och da 11 <11 Ors bedomning att avfrostning av varmevaxlaren (1) ska ske, och kannetecknad av att beakta en parameter (N), sasom varvfrekvens, relaterad till rotationen av franluftens flakt (4), ddr parametern (N) relaterad till rotationen av franluftens flat innefattar att mata varyfrekvensen for flakten, eller en styrsignal till flakten (4) som bestammer dess rotation sasom en spanningssignal, varvid varmevaxlarens (1) verkningsgrad (i) jamfors mot ett forutbestamt varde ri2 och parametern (N) sammanstalls under en viss tid for att berakna forandringen (N') av denna parameter (N) Over tiden, N' = kxN, varvid da k> k2 och 11 < 112, ddr k2 är ett forutbestdmt vdrde, Ors bedomning att avfrostning av varmevaxlaren (1) ska ske.

2. Metod enligt krav 1, varvid det forutbestamda vdrdet ti ligger i intervallet mellan 0,60 och 0,90.

3. Metod enligt krav 1, varvid det forutbestamda vardet 11i = 0,84.

4. Metod enligt krav 3, varvid k2 ligger i intervallet mellan 0,0001 och 0,1, samt 12 ligger i intervallet mellan 0,80 och 0,90. 9 537 16

5. Metod enligt krav 3, varvid k2 = 0,005 ochfl2 = 0,88.

6. Metod enligt krav 1, varvid dâ parametern relaterad till rotationen av franluftens Mkt, N> (a + bxNuutm) Ors bedomning att avfrostning av varmevaxlaren ska ske, och ddr Nuurm är ett normvarde av parametern relaterad till rotationen av franluftens flakt samt ddr a ligger i intervallet mellan 0 och 0,5 samt b ligger i intervallet mellan 0,6 och 1,3.

7. Metod enligt krav 6, varvid a = 0,3 och b = 0,85.

8. Metod enligt nagot av foregaende krav, innefattande att detektera att varmevaxlaren har varit is- och frostfri under atminstone en tid tis vid en genomsnittlig utomhustemperatur Tut, for att kalibrera matutrustning (11) i anslutning till varmevaxlaren samt for att kalibrera normvardet av parametern relaterad till rotationen av franluftens fldkt Nnorm.

9. Metod enligt krav 8, varvid tis ligger i intervallet mellan 12 och 48 timmar och Tut = +4 °C.

10. Metod enligt nagot av foregaende krav, innefattande verifiering om avfrostning skett inom en tid tAF, har avfrostning skett inom denna tid gars en ny bedomning om varmevaxlaren behOver avfrostas tiden tAF efter senaste avfrostningen.

11. Metod enligt krav 10, varvid tiden fcir senaste avfrostningen, tAF ligger i intervallet mellan 6 och 24 timmar.

12. System for en varmevaxlare (1) innefattande en franluftskanal (2), en tilluftskanal (3), en flakt for att leda franluft genom franluftskanalen (4), och en varmevaxlande enhet (5) for att overfora energi mellan dessa bada kanaler (2, 3), varvid systemet innefattar matutrustning (11) i anslutning till varmevaxlaren (1), varvid matutrustningen (11) är anpassad att samla in data for varmevaxlarens (1) verkningsgrad 11, vilken data är avsedd att anyandas i en berdkningsenhet (12) for att berdkna varmevaxlarens (1) verkningsgrad ddr varmevaxlarens verkningsgrad, r berdknas enligt foljande: TtillTute = Tfran — Tute 10 537 16 och varvid berdkningsenheten (12) är anpassad att sanda en verkningsgradssignal (Si), ddr systemet innefattar en utvdrderingsenhet (14) anpassad att mottaga verkningsgradssignalen (S1) och att bedOma om varmevaxlaren (1) behOver avfrostas baserat pa verkningsgradenn, verkningsgraden 11 jamfors mot ett forutbestamt varde ni, och dari k2 och i < 112, ddr k2 är ett forutbestamt varde, Ors bedomning att avfrostning av varmevaxlaren (1) ska ske. 11 537 16 Varmevaxlare 11 12 utvardering'-- 14