SE538309C2 - Anordning och förfarande för värmning av luft vid en luftbehandlingsanordning - Google Patents

Abstract

Anordning och förfarande för värmning av luft vid ett värmefall vid en Iuftbehandlingsanordning (1).Luftbehandlingsanordningen (1) innefattar ett luftbehandlingsaggregat (2), vilket i sin tur innefattar envärmeåtervinnare (3), för återvinning av värmeenergi ur en första Iuftström (4) och överföring avvärmeenergin till en andra Iuftström (5). Nämnda Iuftbehandlingsanordning (1) innefattar vidare envärmepump (6), för återvinning av värmeenergi ur den första luftströmmen (4) och överföring avvärmeenergi till den andra luftströmmen (5). Nämnda värmepump (6) innefattar en förångare (7)anordnad i den första luftströmmen (4), iflödesriktningen efter värmeätervinnaren (3), och enKondensor (8) anordnad i den andra luftströmmen (5), iflödesriktningen eftervärmeåtervinnaren (3).Luftbehandlingsanordningen (1) innefattar vidare en tillskottsvärmare (9) för tillförsel av externvärmeenergi till luften, utöver den återvunna energin. Uppfinningen kännetecknas av atttillskottsvärmaren (9) är placerad i den första luftströmmen (4), i flödesriktningen eftervärmeätervinnaren (3) och innan förångaren (7), varvid tillförseln av den externa värmeenergin sker idenna position och därmed bibehålls värmepumpens (6) drift och en bättre totalverkningsgrad för anläggningen erhålls. Figur 3.

Description

Anordning och förfarande för värmning av luft vid en luftbehandlingsanordning Uppfinningens område Föreliggande uppfinning avser en anordning och ett förfarande för tillförsel av extern värmeenergi tillen luftström i en luftbehandlingsanordning i första hand för att klara av att värma tilluften tillexempelvis en lokal, till önskad temperatur, oavsett utetemperatur. Luftbehandlingsanordningeninnefattar ett luftbehandlingsaggregat med en värmeåtervinnare samt även en värmepump, båda föratt ta tillvara på energi ur frånluften från lokalen och överföra denna till tilluften vid behov av värmningav tilluften. Utöver återvinningen av energi via värmeåtervinnaren och utvinning av energi ur avluftenmed hjälp av värmepumpen kan ett tillskott av extern energi behövas för att klara alla driftsfall i en anläggning varför en tillskottsvärmare även finns i anläggningen.

Uppfinningens bakgrund Det är väl känt inom luftbehandlingstekniken att på olika sätt förse en luftbehandlingsanordning mednågon form av värmeåtervinningsutrustning för att minska uppvärmningskostnaderna för värmning avkall uteluft till varm tilluft i en anläggning .Vanliga varianter är luftbaserade lösningar exempelvisroterande värmeåtervinnare och korsströms värmeåtervinnare. Vidare finns även vätskekoppladelösningar där någon form av vätska cirkulerar mellan den varma och den kalla sidan för upptagning av värme ur frånluften respektive avgivning av värme till tilluften.

För att ytterligare ta till vara på energin i frånluften används även värmepumpslösningar (Heat Pumps)där ett så kallat direktexpansionsbatteri - DX- batteri - placeras i tilluften, i luftströmningsriktningenefter värmeåtervinnaren, och ett DX-batteri placeras i avluften dvs. i frånluften efter värmeväxlaren,alltså den luft som ska släppas ut i det fria. I värmefallet utgör DX-batteriet placerat i avluftenförångare, medan DX-batteriet i tilluften utgör kondensor. DX-batterierna består i regel av ett antalkopparrör med aluminiumlameller där köldmediet passerar genom kopparrörsslingan och värme avgeseller upptas genom utbyte med omgivande luft som passerar genom DX-batteriet. Aluminium-lamellerna ökar den värmeöverförande ytan i DX-batteriet. Värmepumpsprocessen beskrivs inte inärmare detalj här. Genom värmepumpen kan ytterligare värmeenergi utvinnas ur frånluften/avluftenoch genom Värmepumpsprocessen överföras med ett högre energiinnehåll till tilluften. Även lösningar som enbart använder värmepump som "återvinnare" förekommer givetvis också.

Trots att värmeåtervinningen idag i regel är väldigt effektiv - en roterande värmeåtervinnaren kanexempelvis nå en temperaturverkningsgrad på ca 85 % - finns i många fall ett behov av att tillföraextern värmeenergi för att klara uppvärmningen av tilluften under alla delar av året, speciellt vintertidsamt delar av höst och vår, givetvis beroende på var luftbehandlingsanläggningen är placeradgeografiskt. Vanligast i de nordiska länderna är då att ett elvärmebatteri eller ett vätskekopplatvärmebatteri, till exempel kopplat till fjärrvärme, placeras i tilluften efter värmeåtervinnaren för att höja tilluftstemperaturen till önskad nivå i de fall värmeåtervinnaren och/eller värmepumpen inte klarar av hela uppvärmningen. I Europa är det vanligt att förse Iuftbehandlingsanordningarna med en så kallad"frost coil", vilket är ett värmebatteri för tillförsel av extern energi i syfte att avfrosta värmeåtervinnaren.För det syftet placeras värmebatteriet i luftströmningsriktningen innan värmeåtervinnaren på tilluftssidan, det vill säga den externa värmeenergin tillförs uteluften/tilluften i denna position.

Ett känt problem med värmepumpar är att driften blir ineffektiv och i vissa fall med högt slitage påvärmepumpens komponenter som följd, när temperaturen på luften som passerar förångaren blir förlåg. Vanligt är att man rekommenderar för nordiskt klimat att värmepumpen stängs av vid entemperatur kring -15°C. När värmepumpen inte kan utnyttjas måste hela värmepumpens bidrag tillvärmen på tilluftssidan ersättas med tillskottsvärme, en tillskottsvärmare placeras då vanligen somovan beskrivits i tilluften efter värmeåtervinnaren. Hos en värmepump beskrivs förhållandet mellantillförd drivenergi och utvunnen värmeenergi som COP-värdet, och vanligt är att detta värde liggermellan COP 2-5, det vill säga att den utvunna energin är 2-5 gånger så stor som den tillförda elenergintill värmepumpen. Om motsvarande energi skall tillföras till tilluften med hjälp av ett elvärmebatteri blirkostnaden direkt proportionell mot elförbrukningen. Om istället ett vätskekopplat värmebatteri användsmåste ju motsvarande energi produceras på ett eller annat sätt och tillföras värmebatteriet. Det finnsfördelar med att installera ett elvärmebatteri eftersom det är en enkel och relativt billig installation,medan en vätskekopplad lösning är betydligt dyrare än elvårmebatteriinstallationen. I gengäld kan denvätskekopplade lösningen vara att föredra om rätt förutsättningar finns för produktion och anslutningtill värmekällan. Ytterligare nackdelar med dagens lösningar är att då hela tillskottet av värme ska ske itilluften, vid de kallaste temperaturerna, blir de fysiska dimensionerna på tillskottsvärmaren storaeftersom det är en hög effekt som ska klaras av. Vidare om elvärmebatteri används kan ävenhuvudsäkringen för anläggningen påverkas då anläggningen ska klara en kraftig effekt, vilket i sigfördyrar både installation samt att driftkostnaderna ökar i och med högre avgifter för högrehuvudsäkring, alla dessa nackdelar trots att dessa driftfall endast förekommer under ett fåtal tillfälleneller under en kortare period av den totala drifttiden för anläggningen.

Redogörelse för uppfinningen Med den nu föreliggande uppfinningen uppnås syftet att lösa ovanstående problem ur uppfinningensförsta aspekt genom en luftbehandlingsanordning enligt ingressen av patentkravet 1, vilken innefattaren tillskottsvärmare placerad i avluften i luftflödesriktningen efter värmeåtervinnaren men innanförångaren. Genom denna placering och genom att tillföra extern värmeenergi till luften strax innanförångaren förlängs drifttiden för värmepumpen, och regleringen av tillskottet anpassas optimalt förtillförsel av minimalt med tillskottsvärme för att upprätthålla värmepumpsdriften, med bibehållnapositiva prestanda hos värmepumpen. Ingående luft till förångaren hålls vid rätt temperatur ochsystemet balanseras och drivs för att erhålla lägsta möjliga driftkostnad. Totalverkningsgraden föranläggningen blir bättre, speciellt i kalla klimat som det nordiska. Vidare förbättras den totalaverkningsgraden genom att det även är möjligt att låta värmeåtervinningen (exempelvis en roterandevärmeåtervinnare) fortsätta arbeta maximalt. I äldre lösningar tvingas man att stänga av värmepumpen vid låga utetemperaturer och låta det externa tillskottet av energi stå för hela behovet utöver den värme som värmeåtervinnaren överför till tilluften. Alternativt måste exempelvisvärmeåtervinningen minskas för att temperaturen innan förångaren ska öka och därmedvärmepumpsdriften kunna fortsätta, men detta är en dålig lösning eftersom att driva envärmeåtervinnare, exempelvis en rotor, kostar "i princip ingenting” i förhållande till den högaåtervinningsgraden som den faktiskt ger. Detta är inte ekonomiskt försvarbart att kompensera med förlängd drift av värmepumpen.

Enligt en föredragen utföringsform av luftbehandlingsanordningen integreras tillskottsvärmaren medförångaren så att det blir en enhet. Systemet kan då levereras och installeras som en enhet vilketunderlättar den totala installationen i anslutning till eller i luftbehandlingsaggregatet. Det är viktigt atttillskottsvärmaren placeras på den sida om förångaren som vetter mot värmeåtervinnaren - påuppströmssidan av förångaren - för att uppfylla uppfinningstanken. Utvecklingen inomluftbehandlingstekniken går mer och mer mot så kallade ”plug and play-lösningar” där en beställareeller en entreprenör köper en färdigpaketerad lösning. På så sätt blir gränsdragningen mellan vemsom ansvarar för funktionen tydligare och leverantören ansvarar tydligt för funktionen. Det ärfördelaktigt både för entreprenören, som endast behöver ansluta exempelvis strömmatning,ventilationskanaler och eventuell röranslutning osv. och dessutom kan denne vara säker på atttillskottsvärmaren är väl anpassad till förångaren och att dessa fungerar bra ihop som en enhetliglösning. Genom att tillskottsvärmaren integreras med förångaren blir dessutom enheten mer kompakt,det vill säga tar mindre plats i eller i anslutning till luftbehandlingsaggregatet. Äldre lösningar saknarhelt tillskottsvärmare i eller i anslutning till förångaren och presenterar bara tillskottsvärmare på tilluftssidan alternativt lösningen med frost coil enligt tidigare bakgrundsbeskrivning.

För att hålla låg kostnad och en enkel konstruktionslösning med enklast möjliga anslutningssättanvänds en elektrisk värmare, enligt en föredragen utföringsform. Elektriska värmare förekommer i enmängd olika varianter, och beroende på en beställares önskemål om särskild typ av elektrisk värmarebegränsar sig inte uppfinningen till att endast erbjuda en typ av tillskottsvärmare. Även om olika typerav elektriska värmare kan komma ifråga är det för installatören ändå enkelt att beräkna kostnader förinstallation mm. genom att anslutningen av tillskottsvärmaren sker med el. En elektrisk värmare ger dessutom en i princip förlustfri tillförsel av värmen till luften innan förångaren.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av anordningen är tillskottsvärmaren ett så kallatelvärmebatteri, eller elvärmare. Elvärmebatteriet är enkel i sin konstruktion och består i sin enklasteform av en värmeslinga med elanslutning och eventuell styrutrustning. Eftersom det är en enkel ochbillig konstruktion lämpar den sig för att agera tillskottsvärmare i samband med värmepumpen, vilketger de ovan beskrivna fördelarna genom en enkel och billig installation. Ett elvärmebatteri är enkelt attintegrera med ett luftbehandlingsaggregat eller en modul i anslutning till aggregatet eller tillvärmepumpen, beroende på vilken konstruktionslösning som eftersträvas. Äldre lösningar presenterarsom sagt tillskottsvärmare i form av elvärmebatteri, men med den skillnaden att värmaren är placerad i tilluften. Visserligen ärju verkningsgraden på själva värmaren lika bra oberoende på var i systemet den placeras, men totalverkningsgraden är den viktiga. Genom placeringen enligt uppfinningenutnyttjas ju värmepumpen fullt ut vilket totalt sett ger en bättre driftsekonomi än äldre lösningar. Iidealfallet klarar värmepumpen i stort sett hela driften, medan elvärmebatteriet endast behövs underkorta perioder, och därför är det viktigt att tillskottsvärmaren är en enkel och billig variant så som ettelvärmebatteri. Ytterligare fördelar gentemot att som i äldre lösningar värma med elvärmebatteri itilluften, är att elvärmebatteriet inte måste ha så hög effekt vid den nya placeringen, vilket påverkar storleken på huvudsäkring och utrymmesbehov, vilket nämnts ovan.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av består den elektriska värmaren av en eller flera såkallade elvärmestavar. En särskilt fördelaktig användning äri kombination med förångaren, om dennainnefattar ett antal tomrum i lamellstrukturen. Ett vanligt värme- eller kylbatteri eller en förångarebestår i regel av en kopparrörsslinga för det värmeupptagande/avgivande mediet, i ett antal rörrader,samt ett lamellpaket av exempelvis aluminiumlameller. Dessa lameller är fastkragade på kopparrörenmed god anliggning mot rörytan. Dock är det vanligt att lamellerna stansas med hål för alla möjligapositioner för kopparrören, men det är inte säkert att alla positioner är ”fyllda” med kopparrör. Batterietdimensioneras för bästa effekt men med hänsyn till att koppar är dyrt är det inte effektivt att fylla allapositioner med kopparrör i hela batteriets tvärsnitt. Det är därmed lätt att integrera dessaelvärmestavar med, i detta fall förångaren, genom att skjuta in dessa i de tomma positionerna ilamellpaketet. På så vis tar tillskottsvärmaren ingen extra plats som påverkar förångarens yttredimensioner, och tillskottsvärmaren blir på ett enkelt sätt integrerad i förångaren om så önskas.Utföringsformen begränsas dock inte till att elvärmestavarna måste vara integrerade i förångaren utankan likaväl positioneras på annat sätt i anläggningen.

En föredragen form av uppfinningen är att den elektriska värmaren består av en eller flera så kalladeelvärmefilmer. Elvärmefilm är en vanlig typ av värmare för att exempelvis värma ytor så somexempelvis bilbackspeglar. Även inom ventilation förekommer på vissa marknader elvärmefilm somkompletterande värmekälla vid till exempel värme/kylbafflar, där en plåtyta värms upp medelvärmefilmen och tilluft till en lokal passerar den varma plåtytan. På detta vis värms luften upp genomkonvektionsutbyte med plåtytan. På liknande sätt är det möjligt att värma ytor inom exempelvisluftbehandlingsaggregatet och tillföra tillskottsvärmen på positioner där luften passerar frånvärmeåtervinnaren i riktning mot förångaren. l och med att elvärmefilmen är tunn tar den i principingen extra plats eller orsakar något extra tryckfall. En lösning med elvärmefilm behöver alltså intepåverka själva grundkonstruktionen av luftbehandlingsaggregatet vilket minskar kostnaden förfunktionen och ökar funktionsfloran i produktsortimentet utan att påverka tillverkningen avluftbehandlingsaggregatets komponenter. Tillskottsvärmare enligt dagens lösningar, i en form som intepåverkar luftbehandlingsaggregatets uppbyggnad, monteras oftast som en extra detalj i kanalsystemetpå tilluftssidan, det vill säga det är en separat komponent som ska hanteras och installeras istället fören möjlig ”plug & play"-lösning enligt uppfinningen.

En särskilt föredragen utföringsform av uppfinningen är att värmeåtervinnaren är en reglerbarroterande värmeåtervinnare. Den roterande värmeåtervinnaren har hög temperaturverkningsgrad ochroterar med ett bestämt varvtal vid full drift, för maximal återvinning av värme ur frånluften ochöverföring av värmen till tilluften. På frånluftsidan finns också värmepumpens förångare för upptagningav värmeenergi ur den luft som passerat värmeåtervinnaren på väg ut till uteluften, enligt tidigarebeskrivning. En roterande värmeåtervinnare förbrukar inte mycket energi under drift. Den enda energisom behövs är för att rotera rotorhjulet med konstant varvtal. Med andra ord kostar det inte mycket attlåta rotorn gå för maximal värmeåtervinning och på grund av den höga temperäturverkningsgraden ärdet önskvärt med hög nyttjandegrad av den roterande värmeåtervinnaren, då värmebehov föreligger.Temperaturen, på frånluft/avluftsidan, innan förångaren påverkas ju av hur mycket värmeenergi somåtervinns genom den roterande värmeåtervinnaren, varför en förlängd drift hos värmepumpen ävenkan åstadkommas genom nedreglering av rotorns varvtal, det vill säga minska återvinningen av värmevilket därmed höjer temperaturen efter rotorn och innan förångaren. Mot detta talar docktotalverkningsgraden eftersom driften av rotorn förbrukar mindre energi än att vad driften avvärmepumpen för att kompensera med motsvarande värmetillskott, gör. Vidare optimering ochsamverkan sker även då med tillskottsvärmaren och samspelet mellan dessa komponenter iförhållande till olika driftfall är viktig, eftersom det i vissa fall, eller under kortare tider, kan vara idé attmed minskad rotordrift, i andra fall full rotordrift samt tillskott, osv. Det är med andra ord fördelaktigt attanvända en reglerbar roterande värmeåtervinnare för att kunna optimera driften under olika tider pååret och under vissa betingelser, i samarbete med värmepumpens drift och användandet avtillskottsvärmaren. Genom att hela tiden styra aggregatet mot så bra totalverkningsgrad som möjligterhålls en låg driftskostnad.

Som alternativ till att använda en reglerbar roterande värmeåtervinnare är det enligt en alternativutföringsform föredraget att använda en reglerbar korströmsvärmeväxlare. Dessa är reglerbara på såsätt att de är sektionerade, varvid det är möjligt att öppna och stänga spjäll som reglerar mängden luftigenom, respektive vid sidan värmeåtervinnaren. Samma fördelar finns som ovan även om regleringen är något trubbigare, men i vissa fall tillräcklig.

För de fall då tillskottsvärmen, enligt önskemål från exempelvis en beställare, skall vara vätskeburenär tillskottsvärmaren av en sådan typ. Uppfinningstanken är densamma, det vill säga att tillföra värmeni positionen, i strömningsriktningen efter värmeåtervinnaren men innan förångaren. Vätskeburnalösningar kan motiveras om anläggningen har tillgång till extern värme, annan än el, till exempelfjärrvärme eller liknande. Uppfinningen begränsar sig inte till en speciell typ av extern tillskottsvärmare utan det är positionen som möjliggör förlängd drift av värmepumpen som är det viktigaste.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar luftbehandlingsanordningen enstyrutrustning, vilken är anordnad att mjukstyra den elektriska värmaren, för en huvudsakligenkontinuerlig anpassning av värmeeffekten. Detta görs företrädesvis genom en så kallad TRlAC, vilken gör att det är möjligt att balansera värmeeffekten så att temperaturen mellan värmeåtervinnare och förångare är tillräcklig för att värmepumpen ska fortsatt vara i drift, även om temperaturen är låg.Mjukstyrningen innebär att värmeeffekten justeras ismå steg, vilket ger en i princip kontinuerligeffektkurva för den avgivna effekten i värmaren. Åtminstone en av värmeslingorna/stavarna/filmernahar denna mjukstyrning. Det vanligaste vid äldre lösningar är att styrningen sker genom att koppla in olika effektsteg eller kombinationer härav, vilket ger en trubbigare styrning.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är styrutrustningen anordnad att stegvis styraeffektavgivningen hos den elektriska värmaren, företrädesvis genom ett eller flera effektsteg, och attstyrutrustningen dessutom kombinerar mjukstyrningen med den stegvisa styrningen för bästa möjligaanpassning av effekten så att temperaturen mellan värmeåtervinnaren och förångaren balanseras och anpassas för minimal energiförbrukning och bästa totalverkningsgrad.

Ur uppfinningens andra aspekt uppnås syftet att lösa ovanstående nämnda problem genom ettförfarande för värmning av luft enligt ingressen av patentkravet 12, vilket innefattar att tillskottsvärmetillförs genom en tillskottsvärmare placerad i avluften i luftflödesriktningen efter värmeåtervinnarenmen innan förångaren, istället för som i kända lösningar tillföra tillskottsvärme på tilluftssidan. Genomatt tillföra extern värmeenergi till avluften strax innan förångaren förlängs drifttiden för värmepumpen isystemet för de fall när värmepumpen normalt sett måste stängas av på grund av för låg temperaturpå ingående luft till förångaren. l de äldre kända lösningarna måste, då värmepumpen stängs av, allvärmeenergi som behövs för att nå rätt tilluftstemperatur, utöver det som återvinns medvärmeåtervinnaren, tillföras med ett tillskott på tilluftssidan. Skillnaden blirju den att genom tillsättningav extern värme på tilluftssidan blir utbytet i bästa fall 1:1 av tillförd energi kontra erhållenvärmeenergi, medan för värmepumpen blir åtminstone ett utbyte av - lågt räknat- 1:3. Regleringenav tillskottsvärmen anpassas optimalt för tillförsel av minimalt med tillskottsvärme för att upprätthållavärmepumpsdriften, med bibehållna positiva prestanda hos värmepumpen. Ingående luft tillförångaren hålls vid rätt temperatur och systemet balanseras och drivs för att erhålla lägsta möjligadriftkostnad. Totalverkningsgraden för anläggningen blir bättre, speciellt i kalla klimat som detnordiska. Vidare förbättras den totala verkningsgraden genom att det även möjligt att låtaåtervinningen fortsätta arbeta maximalt. I äldre lösningar tvingas man att stänga av värmepumpen videxempelvis en utetemperatur av ca -15°C, och låta det externa tillskottet av energi, placerat i tilluften, stå för hela behovet, utöver den värme som värmeåtervinnaren överför till tilluften.

Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet påbörjas tillförseln av extern värmeenergi tillavluften, via tillskottsvärmaren, när temperaturen innan förångaren närmar sig ett nedre gränsvärdeför vilket värmepumpen normalt skulle stanna, exempelvis ca -15°C. Genom att placera entemperatursensor i avluften efter värmeåtervinnaren och innan förångaren, mäts den aktuellatemperaturen på luften som är på väg in i förångaren. Då ett nedre gränsvärde nås, vilketföreträdesvis är en temperatur något högre än värmepumpens nedre gränsläge för drift, påbörjasvärmningen av luften via tillskottet. Givetvis begränsas inte uppfinningen till att tillskottet endast kan sätta igång vid det nedre gränsvärdet, utan hela tiden är det totalverkningsgraden som är intressant, det vill säga hur energieffektivt man kan köra anläggningen. Optimeringen av driften görs ju genom balansering av värmepumpsdrift, värmeåtervinning och tillskottsvärme.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av det uppfunna förfarandet påbörjas tillförseln av denexterna värmeenergin, via tillskottsvärmaren placerad innan förångaren, när påfrysning på förångarenindikeras _ Hur indikeringen görs definieras inte här, men det finns ett antal sätt att upptäckapåfrysning i förångaren, det viktiga är att indikeringen initierar en avfrostningssekvens. Förångarenavfrostas under lämplig tid med hjälp av tillskottet av extern värmeenergi, alternativt medkombinationer av andra avfrostningstekniker. Sökanden har inlämnat ett patent- SE 1200784-5 -vilket beskriver dubbelsidig avfrostning av en förångare i en luftbehandlingsanläggning med enreglerbar värmeåtervinnare och en värmepump, likt anläggningen i denna ansökan. I SE 1200784-5sker avfrostningen dubbelsidigt genom att höja temperaturen på köldmediet inuti förångaren på olikasätt, samtidigt som värmeåtervinnaren regleras ned för att höja temperaturen på inkommande avluft tillförångaren och på så sätt åstadkomma en snabbare avfrostning genom värmning både inifrån ochutifrån. Med den nu föreliggande uppfinningen går det kombinera eller alternera den, utifrån höjda,temperaturen på avluften genom att antigen använda tillskottsvärmaren och/eller den reglerbara värmeåtervinnaren för att åstadkomma den dubbelsidiga avfrostningen.

Enligt en föredragen utföringsform av det uppfunna förfarandet är tillskottsvärmaren en elektriskvärmare och luftbehandlingsanordningen innefattar en styrutrustning, vilken mjukstyr den elektriskavärmaren, för en huvudsakligen kontinuerlig anpassning av värmeeffekten. Detta görs företrädesvisgenom en så kallad TRIAC, vilken gör att det är möjligt att balansera värmeeffekten så atttemperaturen mellan värmeåtervinnare och förångare är tillräcklig för att värmepumpen fortsatt kanvara i drift, även om temperaturen är låg. Mjukstyrningen innebär att värmeeffekten justeras i små steggenom 0-10VDC eller kommunikation, vilket ger en i princip kontinuerlig effektkurva för den avgivnaeffekten i värmaren. Åtminstone en av värmeslingorna/stavarna/filmerna har denna mjukstyrning. Detvanligaste vid äldre lösningar är att styrningen sker genom att koppla in olika effektsteg eller kombinationer härav, vilket ger en trubbigare styrning.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av förfarandet styrs effektavgivningen i den elektriskavärmaren stegvis, företrädesvis genom ett eller flera effektsteg, och styrutrustningen kombinerardessutom mjukstyrningen med den stegvisa styrningen för bästa möjliga anpassning av effekten så atttemperaturen mellan värmeåtervinnaren och förångaren balanseras och anpassas för minimal energiförbrukning och bästa totalverkningsgrad.

Genom uppfinningen har ett antal fördelar gentemot kända lösningar erhållits: - Förlängd drifttid för värmepumpen vilket ersätter ett behov av värmetillskott i tilluften, vilket ger ettbättre nyttjande av tillförd värmeenergi från (i bästa fall) 1:1 till storleksordningen 1:3-1:5 om manjämför elvärmebatteri placerat i tilluften och ett elvärmebatteri placerat innan förångaren.

- Mindre start/stopp för värmepumpen, och därmed mindre slitage.

- Fortsatt drift av värmepumpen vid låga temperaturer innebär ökat slitage - nu tillåts aldrigvärmepumpen gå vid för låga temperaturer utan genom ett mindre tillskott av värmeenergi innanförångaren kan värmepumpen arbeta vid gynnsamma betingelser.

En ny typ av avfrostning av förångaren med hjälp av tillskottsvärmaren, vilken också möjliggör attvärmeåtervinnare fortsatt arbetar med full återvinning mellan frånluft och tilluft, för de fall det ärgynnsamt ur ett totalekonomiskt driftperspektiv.

- Mindre dimensioner och lägre amperetal på huvudsäkringen jämfört med om motsvarandeeffektbehov skulle tillföras som elektrisk värmare i tilluften, vilket ger bättre totalekonomi.

I kombination med reglerbar värmeåtervinnare erhålls hög flexibilitet för driften vilket möjliggörbättre styrning mot god totalverkningsgrad.

Mjukstyrning i kombination med stegvis styrning av olika effektslingor i den elektriska värmarengör att en flexibel och precis styrning av effekten från tillskottsvärmaren erhålls vilket gör atttemperaturen innan förångaren anpassas för upprätthållen värmepumpsdrift och optimaltotalverkningsg rad.

Kort beskrivning av figurerna Nedanstående schematiska principfigurer visar:Fig.1 visar en principskiss av ett luftbehandlingsaggregat där den externa värmeenergin tillförsgenom en tillskottsvärmare placerad på tilluftssidan i luftens strömningsriktning innanvärmeåtervinnaren.Fig.2 visar en principskiss av ett luftbehandlingsaggregat där den externa värmeenergin tillförsgenom en tillskottsvärmare placerad på tilluftssidan i luftens strömningsriktning eftervärmeåtervinnaren.Fig.3 visar en principskiss av ett luftbehandlingsaggregat enligt uppfinningen där den externavärmeenergin tillförs genom en tillskottsvärmare placerad på frånluftssidan i luftensströmningsriktning efter värmeåtervinnaren och innan förångaren.

- Fig.4a och 4b visar schematiska stapeldiagram över energibehov och energiförbrukning hos ettluftbehandlingsaggregat enligt dagens teknik jämfört med ett luftbehandlingsaggregat enligtpatentansökan.

Den konstruktiva utformningen hos den föreliggande uppfinningen framgår i efterföljande detaljeradebeskrivning av ett utföringsexempel på uppfinningen under hänvisning till medföljande figurer som visar ett föredraget, dock ej begränsande utförandeexempel av uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av figurerna Fig.1 visar en översiktlig principskiss över en luftbehandlingsanordning (1) enligt befintlig teknik, vilkeninnefattar ett luftbehandlingsaggregat (2), en värmeåtervinnare (3) -i detta fall en roterandevärmeåtervinnare, en tilluftsfläkt (19) respektive en frånluftsfläkt (20), en värmepump (6) inklusive enförångare (7) och en kondensor (8). Värmepumpen (6) kan vara av varierande typ och definieras eller förklaras inte närmare här. Luftbehandlingsaggregatet (2) innefattar en första luftström (4), vilken i figuren är positionerad i den övre halvan av Iuftbehandlingsaggregatet (2) och är riktad från höger tillvänster. Den första luftströmmen (4) innefattar i luftens flödesriktning frånluft (15), vilken eftervärmeåtervinnaren (3) sedan benämns avluft (16). Vidare innefattar luftbehandlingsaggregatet (2) enandra luftström (5), vilken i figuren är positionerad i den nedre halvan av Iuftbehandlingsaggregatet (2)och i figuren riktad från vänster till höger. Den andra luftströmmen (5) innefattar i luftens flödesriktninguteluft (17), vilken efter värmeåtervinnaren (3) benämns tilluft (18). I den första luftströmmen (4) ärförångaren (7) placerad, det vill säga det DX-batteri som för det aktuella driftsfallet värmning utgörförångaren (7). Förångaren (7) är anordnad iflödesriktningen efter värmeåtervinnaren (3) och genomvärmepumpsprocessen hämtas värme ur avluften (16). l den andra luftströmmen (5), i flödesriktningenefter värmeåtervinnaren (3) är ytterligare ett DX-batteri anordnat, vilket för värmefallet blir kondensor(8) och genom värmepumpsprocessen lämnas värmen till tilluften (18) med hjälp av kondensorn (8).Värmepumpsprocessen som sådan diskuteras inte närmre i denna ansökan. l figuren visas även entillskottsvärmare (9) , vilken idet aktuella fallet är placerad i den andra luftströmmen (5), innanuteluften (17) når värmeåtervinnaren (3). Denna placering förekommer främst i mellersta och södraEuropa och fungerar som en avfrostare för den roterande värmeåtervinnaren (3) - en så kallad ”frostcoil". Tillskottet av värme till tilluftssidan kan vara i form av elvärme eller Vattenburen värme. Dennalösning blir dock ett rent tillskott till tilluftssidan, vilket inte förbättrar värmepumpens drift vid lågatemperaturer och är en sämre totalekonomisk lösning än föreliggande uppfinning. Syftet ärju dockdelvis ett annat.

Fig.2 visar en översiktlig principskiss över luftbehandlingsanordningen (1) enligt befintlig teknik ochmed ingående komponenter likt beskrivningen ovan avseende figur 1. Skillnaden gentemot lösningen ifigur1 är att den externa värmeenergin tillförs genom tillskottsvärmaren (9) placerad i tilluften (18), iden andra luftströmmen (5) och i luftens strömningsriktning efter den roterande värmeåtervinnaren (3).Detta är en mycket vanlig lösning i de nordiska länderna för att tillföra extern värmeenergi för attupprätthålla tilluftens (18) temperatur. Med denna lösning finns dock de tidigare beskrivnanackdelarna att vid låga utetemperaturer stängs värmepumpen (6) av och tillskottsvärmaren (9) måstedå klara av hela värmebehovet utöver vad den roterande värmeåtervinnaren (3) ger. Därmed måstetillskottsvärmaren (9), oavsett om det är ett elvärmebatteri eller ett vätskekopplat batteri,dimensioneras för att klara av dessa effekttoppar med följden att dimensionerna på tillskottsvärmaren(9) blir stora. Vidare, om tillskottsvärmaren är elektrisk, kan även huvudsäkringen till anläggningenbehöva dimensioneras upp jämfört med en lösning enligt uppfinningen. Tillskottsvärmaren (9) kanexempelvis vara elektrisk eller vätskekopplad.

Fig.3 visar en principskiss av luftbehandlingsaggregatet (1) enligt uppfinningen där den externa värmeenergin tillförs genom att tillskottsvärmaren (9) är placerad i den första luftströmmen (4), det villsäga på frånluftssidan, och i luftens strömningsriktning efter den roterande värmeåtervinnaren (3) ochinnan förångaren (7). Tillskottsvärmaren (9) kan vara av varierande typ enligt uppfinningstanken, menföredraget i form av en elektrisk värmare (10) och då i form av ett så kallat elvärmebatteri (11). Andra utföringsformer som är presenterade i figuren är alternativa utföringsformer av tillskottsvärmaren (9), i form av en eller flera elvärmestavar (12) alternativt en eller flera elvärmefilmer (13). Oavsett typ kantillskottsvärmaren (9) vara en separat del eller integrerad tillsammans med förångaren (7), dock måstetillskottet av värme ske innan förångaren (7). I figur 3 finns även en temperatursensor (14) för mätningav en temperatur T1 innan förångaren (7) och mätningen används för att avgöra om värmepumpen (6)ska vara i drift eller inte och för att styra om tillskottsvärmaren (9) ska värma eller inte. Enstyrutrustning (21), ej visad, används för styrning av tillskottsvärmaren (9), driften av den roterandevärmeàtervinnaren (3), driften av värmepumpen (6) och företrädesvis för övrig drift avluftbehandlingsaggregatets (2) ingående och styrbara komponenter. Tillskottsvärmaren (9) användsäven med fördel som avfrostare vid indikerad påfrysning i förångaren (7). Som tidigare förklaratsinnebär placeringen att värmepumpen (6) utnyttjas betydligt mer än vid konventionella anläggningar vilket bidrar till bättre totalekonomi och mindre dimensioner på värmaren osv.

Fig. 4a och 4b visar schematiska stapeldiagram över energibehov och energiförbrukning vid lågutetemperatur hos ett standard luftbehandlingsaggregat (2) enligt dagens teknik jämfört med ettluftbehandlingsaggregat (2) utfört enligt patentansökan. I figur 4a syns att det självklart är sammaenergibehov oavsett vilken anläggning det gäller och att värmeåtervinningen (VÅV) ur frånluften (15)och överföring till tilluften (18), genom värmeàtervinnaren (3), bidrar till stor del för att täckaenergibehovet. Denna post (VÅV) varierar med typen av värmeåtervinnare (3) och kan uppgå till runt85 % för en roterande värmeàtervinnare. För ett standardaggregat enligt dagens teknik - den vänstrastapeln - måste tillskottet (TS) av extern värmeenergi fylla upp resterande energibehov utöver det somåtervunnits genom värmeàtervinnaren (3). l den högra stapeln ~ patent - utläses att tillskottet (TS) avextern energi, i detta fall elenergi, utgör en mindre del medan värmepumpen (6) ger resten avenergibehovet (VP) genom att vi tillför det externa tillskottet (TS), dels som drivenergi tillvärmepumpen (6) och som extra tillskott genom tillskottsvärmaren (9) vid behov för att hålla värmepumpen (6) igång vid den låga utetemperaturen.

I figur 4b studeras schematiskt energiförbrukningen för luftbehandlingsaggregatet (2) enligt dagensteknik jämfört med teknik enligt patentansökan. Den energi som åtgår för att driva rotorn (VÅV) hosden roterande värmeåtervinnaren (3) är som synes låg, varför det motiverar att använda denna såmycket som möjligt med hög värmeåtervinning. Vid en anläggning enligt dagens teknik - standard -stängs värmepumpen (3) av och tillskottet (TS) står för en hög energiförbrukning och ett högteffektuttag ur elvärmebatteriet (10), vilket dessutom måste ha större dimensioner och troligen högreamperetal på huvudsäkringen jämfört med det nya sättet att tillföra värmeenergi. Storleken påhuvudsäkringen varierar beroende på aggregatstorlek och variantflora på elvärmebatterier. Med enlösning enligt den nu föreliggande uppfinningen utgör tillskottet (TS) av extern energi den el som åtgårför att driva värmepumpen samt att värma med tilluftsvärmaren (9) för att upprätthållavärmepumpsdriften. Som synes minskas energiförbrukningen och besparingen blir större ju kallare detär samtju längre period som annars en konventionell anläggning skulle låta värmepumpen stå still.

Utöver detta finns som sagt fördelarna avseende dimensioner och huvudsäkring mm. 11 STYCKLISTA 1= luftbehandlingsanordning2= Iuftbehandlingsaggregat3= värmeåtervinnare4= första Iuftström = andra luftström 6= värmepump 7= förángare 8= Kondensor 9= tillskottsvärmare10= elektrisk värmare11= elvärmebatteri12= elvärmestav 13= elvärmefilm 14= temperatursensor15= frånluft 16= avluft 17= uteluft 18= tilluft 19= tilluftsfläkt = frånluftsfläkt 21= styrutrustning TS= tillskott (extern tillförd värmeenergi)VÅV= värmeåtervinning (återvunnen värmeenergi) VP= värmepump

Claims (9)

1. Luftbehandlingsanordning (1) innefattande ett luftbehandlingsaggregat (2), vilketluftbehandlingsaggregat (2) innefattar en reglerbar värmeåtervinnare (3), anordnad att i ett värmefallåtervinna värmeenergi ur en första luftström (4) och överföra till en andra luftström (5), nämndaluftbehandlingsanordning (1) innefattar vidare en värmepump (6), anordnad att i ett värmefallåtervinna värmeenergi ur den första luftströmmen (4) och överföra till den andra luftströmmen (5), ochvilken värmepump (6) innefattar en förångare (7) anordnad i den första luftströmmen (4), iflödesriktningen efter värmeåtervinnaren (3), och en kondensor (8) anordnad i den andra luftströmmen(5), i flödesriktningen efter värmeåtervinnaren (3), vidare innefattar luftbehandlingsanordningen (1) entillskottsvärmare (9) för tillförsel av extern värmeenergi, utöver den återvunna energin, kännetecknadav att tillskottsvärmaren (9) är en elektrisk värmare (10) och är placerad i den första luftströmmen (4), iflödesriktningen efter värmeåtervinnaren (3) och innan förångaren (7), och attluftbehandlingsanordningen (1) vidare innefattar en styrutrustning (21), vilken är anordnad attmjukstyra den elektriska värmaren (10), varvid värmeeffekten ökas eller minskas huvudsakligenkontinuerligt, för balansering kring en viss temperatur T1, mellan värmeåtervinnaren (3) ochförångaren (7).

2. Luftbehandlingsanordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att tillskottsvärmaren (9) är anordnad integrerat med förångaren (7) på den sida som vetter mot värmeåtervinnaren (3).

3. 4G Luftbehandlingsanordning enligt något av ovanstående patentkrav 3, kännetecknad av att tillskottsvärmaren (9) innefattar minst ett elvärmebatteri (11).

4. ä» Luftbehandlingsanordning enligt något av patentkraven 1 eller Zapatentkrav-â, kännetecknad avatt tillskottsvärmaren (9) innefattar minst en elvärmestav (12).

5. à Luftbehandlingsanordning enligt något av patentkraven 1 eller Zapatentlçrav-ê, kännetecknad avatt tillskottsvärmaren (9) innefattar minst en elvärmefilm (13).

6. % Luftbehandlingsanordning enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av attvärmeåtervinnaren (3) är en reglerbar roterande värmeåtervinnare (3).

7. 8» Luftbehandlingsanordning enligt något av patentkraven 1-5 4-ê, kännetecknad av att värmeåtervinnaren (3) är en reglerbar/sektionerbar korsströms värmeåtervinnare (15). 13

8. 44-. Förfarande för värmning av luft vid ett värmefall vid en Iuftbehandlingsanordning (1), nämndaIuftbehandlingsanordning (1) innefattar ett luftbehandlingsaggregat (2), vilket luftbehandlingsaggregat(2) innefattar en reglerbar värmeàtervinnare (3), för återvinning av värmeenergi ur en första Iuftström(4) och överföring av värmeenergin till en andra Iuftström (5), nämnda Iuftbehandlingsanordning (1)innefattar vidare en värmepump (6), för återvinning av värmeenergi ur den första luftströmmen (4) ochöverföring av värmeenergi till den andra luftströmmen (5), nämnda värmepump (6) innefattar enförångare (7) anordnad i den första luftströmmen (4), i flödesriktningen efter värmeàtervinnaren (3),och en Kondensor (8) anordnad i den andra luftströmmen (5), i flödesriktningen eftervärmeàtervinnaren (3), vidare innefattar luftbehandlingsanordningen (1) en tillskottsvärmare (9) förtillförsel av extern värmeenergi till luften, utöver den återvunna energin, kännetecknat av att tillförselnav den externa värmeenergin via tillskottsvärmaren (9) görs i den första luftströmmen (4), iflödesriktningen efter värmeàtervinnaren (3) och innan förångaren (7), och att tillskottsvärmaren (9) ären elektrisk värmare (10) och att luftbehandlingsanordningen (1) innefattar en styrutrustning (21),vilken mjukstyr den elektriska värmaren (10), varvid värmeeffekten ökas eller minskas huvudsakligenkontinuerligt, för balansering kring en viss temperatur T1, mellan värmeàtervinnaren (3) ochförångaren (7).

9. 45» Förfarande enligt patentkrav 8 44, kännetecknat av att styrutrustningen (21) även stegvis styr värmeeffekten hos den elektriska värmaren (10), och att styrutrustningen (21) vidare kombinerar 14 mjukstyrning och stegvis styrning, för balansering kring temperaturen T1, mellan värmeàtervinnaren(3) och förångaren (7).