FI94173C - Menetelmä ja laitteisto rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi - Google Patents

Description

94173

Menetelmä ja laitteisto rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä rakennuksen 5 huonetilojen lämmittämiseksi, jonka mukaan lämpöä siirre tään kaukolämpönesteestä lämmityspiirien lämmitysnestee-seen, joka lämmittää rakennusta ja ilmanvaihtoilmaa ja vastaavaa. Keksinnön kohteena on myös laitteisto rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi.

10 Kaukolämpölaitoksissa sekä kattilalaitoksissa on laitoksesta lähtevän tuloveden lämpötila yleensä 90...110eC laitoksesta riippuen. Rakennusten lämmitykseen, ilmastointiin, käyttövedeksi jne. tarvittava vesi lämmitetään yleensä lämmönsiirtimessä, josta rakennukseen menevän 15 lämmitysveden lämpötila on yleensä 70...90eC. Huippukuor- mitustilanteessa, jonka mukaan lämmitysverkot yleensä mitoitetaan, ei rakennuksesta palaavan veden lämpötilaa pystytä yleensä pudottamaan alle 40°C:een. Kaukolämmön paluu-veden lämpötilaksi muodostuu näin ollen n. 50°C, kun pyri-20 tään kustannusminimiin. Kaukolämpöverkon investointikus tannusten, pumppaustehojen, lämpöhäviöiden yms. kannalta olisi edullista pudottaa paluuveden lämpötilaa enemmänkin, mutta lämmönsiirtimien kustannukset nousisivat hyvin nopeasti pienelläkin lisäpudotuksella, koska lämpötilaero * 25 nykyisissäkin laitoksissa on varsin pieni, noin 10eC.

Tavanomaisissa rakennuksissa ilmanvaihdon osuus rakennuksen lämmitysenergian kulutuksesta on n. 35...50 % rakennustyypistä ja siinä käytetyistä järjestelmistä riippuen. Sekä rakennuksen lämpöhäviöt että ilmanvaihdon läm-30 möntarve ovat suoraan verrannollisia sisä- ja ulkolämpöti- lan erotukseen, ts. niiden suhde on suunnilleen vakio. Ko-konaislämpötaseeseen sisältyvät lisäksi rakennuksen sisäinen lämmönkehitys (valaistus, sähkölaitteet, ihmiset jne.) sekä lämmin käyttövesi, jotka molemmat ovat ulkolämpöti-35 lasta riippumattomia ja vaikuttavat vastakkaisiin suun- 2 94173 tiin. Ilmanvaihdon osuus kokonaislämpötaseesta muuttuu siten hyvin vähän ulkolämpötilan vaihdellessa.

Tämän keksinnön päämääränä on saada aikaan menetelmä, jonka avulla kaukolämmön paluuveden lämpötilaa voidaan 5 pudottaa alemmaksi kuin tunnetuissa laitteistoissa aiheut tamatta merkittäviä lisäinvestointeja. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että kaukolämpönesteen paluulämpötilan alentamiseksi ilmanvaihdon avulla toinen mainituista nesteistä saatetaan virtaamaan siten, että se 10 kuljettaa lämpöä, jota tarvitaan rakennuksen lämmitykseen ja sen jälkeen lämpöä, jota tarvitaan ilmanvaihtoilman lämmitykseen, joka tapahtuu lämmöntalteenottolaitteiston tai vastaavan avulla.

Keksinnön perusajatus on kytkeä lämmityksen ja il-15 manvaihdon lämmönkäyttö sarjaan siten, että ensimmäisessä vaiheessa hoidetaan lämmityksen lämmöntarve korkeammalla energiatasolla ja toisessa vaiheessa ilmanvaihdon lämmöntarve matalammalla energiatasolla. Tämä saadaan aikaan joko kierrättämällä rakennuksen lämmitysvesi ensin raken-20 nuksen lämmitysjärjestelmän ja sitten ilmanvaihtojärjes telmän lämmönvaihtimien läpi tai kierrättämällä kaukoläm-pövesi ensin lämmitysjärjestelmän ja sitten ilmanvaihto-järjestelmän länunönsiirtimen läpi.

Keksinnön edut tulevat erityisen selvästi ilmi sil-*: 25 loin, kun lämpöä siirretään rakennuksen poistoilmasta tu- loilmaan lämmöntalteenottopiirin avulla.

Ensimmäisessä portaassa kiertovesi voidaan jäähdyttää n.40eC:een ja kaukolämmön paluuvesi n. 50°C:een, kuten edellä on todettu. Keksinnön ansiosta toisessa portaassa 30 järjestelmän lämmitysvesi jäähtyy jopa alle 0eC:een, minkä * seurauksena kaukolämmön paluuveden lämpötila saadaan alen netuksi 20...30°C:een. Näin kaukolämpöverkon kapasiteettia pystytään lisäämään n. 50 % tai investointeja pienentämään n. 35 %. Pumppaustehoa voidaan pienentää n. 30... 35 % ja 35 paluuveden lämpöhäviöt voidaan pienentää alle puoleen ny- 3 94173 kyisten järjestelmien häviöistä. Lisäksi verkko tulee helpommin säädettäväksi pienillä kuormituksilla.

Keksinnön kohteena on myös laitteisto rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi, jossa laitteistossa on läm-5 mönsiirtovälineet lämmön siirtämiseksi kaukolämpönesteestä lämmityspiireissä virtaavaan lämmitysnesteeseen, joka on sovitettu lämmittämään rakennusta ja ilmanvaihtoilmaa ja vastaavaa.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, 10 että kaukolämpönesteen paluulämpötilan alentamiseksi il manvaihdon avulla rakennuksen ja ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitetut lämmityspiirit tai lämmityspiireihin lämpöä tuovat lämmönsiirtoelimet on kytketty sarjaan ja että toinen mainituista nesteistä on sovitettu virtaamaan 15 laitteistossa siten, että se kuljettaa lämpöä, jota tarvi taan rakennuksen lämmitykseen ja sen jälkeen kylmempänä lämpöä, jota tarvitaan ilmanvaihtoilman lämmitykseen, joka tapahtuu lämmöntalteenottolaitteiston tai vastaavan avulla.

20 Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheiseen piirustukseen viitaten, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteiston yhtä suoritusmuotoa yksinkertaistettuna toimintakaaviona, kuvio 2 esittää laitteiston toista suoritusmuotoa ** 25 kuvion 1 tapaan, kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaisen suoritusmuodon muunnosta, ja kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen laitteen kolmatta suoritusmuotoa.

30 Kuviossa 1 kaukolämpöverkon tuloputki on merkitty viitenumerolla 1 ja paluuputki viitenumerolla 2. Putket on yhdistetty johdolla 3 lämmönsiirtimen 4 ensiöpiiriin. Läm-mönsiirtimen 4 toisiopiiriin on yhdistetty lämmitysveden kierrätysputkisto 5 rakennuksen huonetilojen lämmittämi-35 seksi. Kuviossa 1 on esitetty kaksi lämmityspiiriä, jotka 4 94173 on merkitty katkoviivoin, nimittäin rakennuksen lämmitykseen tarkoitettu lämmityspiiri 6 ja ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitettu lämmityspiiri 7. Lämmityspiiri 6 koostuu rakennuksen lämmityksen aikaansaavista laitteista, 5 kuten lämpöpattereista ja käyttöveden kuumentamislaittees- ta ja vastaavista. Lämmityspiiri 7 vastaa oleellisesti suomalaisen patenttihakemuksen nro 915511 lämmönsiirtolai-tetta, jonka avulla lämpöä siirretään rakennuksesta poistetusta poistoilmasta B rakennukseen menevään tuloilmaan 10 A. Lämmönsiirtolaitteen toiminnan suhteen viittaamme edel lä mainittuun patenttihakemukseen.

Kierrätysputkistossa on pumppu 8, jonka avulla läm-mitysvesi johdetaan lämmityspiirin 7 tulovesiputkeen 9, joka on liitetty lämmityspiirin 7 lämmityslähteeseen 10 ja 15 siitä edelleen lämmöntalteenottopiirin tuloilman A lämmön vaihtimeen 11. Lämmönvaihtimen 11 jälkeen lämmityspiirin 7 lämmöntalteenottopiirin kierrätysputkessa 12 on kylmällä puolella kiertopumppu 13, jonka perään kierrätysputkistoon on liitetty paluuputki 14, joka on toisesta päästään yh-20 distetty kierrätysputkistoon 5. Lämmityspiirien 6 ja 7 erilaisten nestevirtojen takia laitteistossa on ohitusput-ki 15. Kierrätysputki 5 on yhdistetty lämmönsiirtimen 4 toisiopiiriin.

Keksinnön mukaisesti lämmityspiirit 6, 7 on kytket-*: 25 ty sarjaan siten, että niillä on yhteinen kierrätysputkis- to 5, jossa lämmitysvesi virtaa ensin rakennuksen lämmitykseen tarkoitetun lämmityspiirin 6 läpi ja tämän jälkeen ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitetun lämmityspiirin 7 läpi. Keksinnön mukainen laitteisto toimii seuraavalla 30 tavalla.

Kaukolämpöverkon tuloputken 1 vesi, jonka lämpötila on yleensä noin 90...110eC, virtaa johdon 3 kautta lämmönsiirtimen 4 ensiöpiiriin ja siitä kaukolämpöverkon paluu-putkeen 2. Kierrätysputkistossa 5 virtaava lämmitysvesi 35 kuumenee lämmönsiirtimen toisiopiirissä lämpötilaan 70...

5 94173 90°C ja virtaa lämmönsiirtimestä lämmityspiiriin 6, joka aikaansaa rakennuksen lämmityksen ja lämpimän käyttöveden, ja siitä edelleen pumpun 8 ja johdon 9 kautta lämmöntal-teenottopiirin lämmönvaihtimeen 11, jossa lämmityspiirissä 5 6 jäähtynyt vesi luovuttaa edelleen lämpöä tuloilmaan A.

Jos oletamme, että tuloilman lämpötila on -25®C, lämmitys-veden lämpötila kierrätysputkistossa 12 lämmöntalteenotto-piirin kylmällä puolella laskee n. -15°C:een. Tämä edellyttää luonnollisesti jäätymättömän lämmitysnesteen, esi-10 merkiksi vesi-glykoliseoksen käyttämistä koko järjestel mässä. Alle 0eC lämmitysvesi lämmönsiirtimen 4 toisiopii-rissä alentaa kaukolämpöverkon paluuveden lämpötilan n.

20...30°C:een, mistä on seurauksena edellä mainitut edut.

Lämmöntalteenottopiirin tasapainon vuoksi saattaa 15 joissakin tapauksissa olla edullista kytkeä paluuputki 14 lämmöntalteenottopiirin lämpimään puoleen, eli nesteen virtaussuuntaa ajatellen poistoilman lämmönvaihtimen jälkeen, jossa lämmitysnesteen lämpötila on esim. noin 20°C. Tällöin kaukolämmön paluuvesi saadaan jäähtymään noin 20 30®Creen. Tämä vaihtoehto on merkitty kuvioissa 1 ja 2 pistekatkoviivalla.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen laitteiston toinen suoritusmuoto, jossa kuvion 1 mukainen lämmön-siirrin 4 on korvattu kahdella lämmönsiirtimellä 16 ja 17, '· 25 joista ensin mainittu on lämmityspiiriä 6 ja myöhempi läm- mityspiiriä 7 varten. Kummallakin lämmityspiirillä on oma erillinen kierrätysputkistonsa 18 ja vastaavasti 19. Lämmönsiirtimet 16, 17 on kytketty sarjaan siten, että johto 3 ohjaa kaukolämpöveden tuloputkesta 1 ensin lämmönsiirti-30 meen 16 ja sen jälkeen lämmönsiirtimeen 17, josta vesi virtaa kaukolämpöverkon paluuputkeen 2.

Tässä suoritusmuodossa kaukolämpöverkosta tuleva vesi virtaa säätöventtiilin 20 kautta lämmityspiirin 6 lämmönsiirtimeen 16, jossa se jäähtyy n. 50°C:een, ja 35 edelleen pumpun 21 avulla johdon 22 ja säätöventtiilin 23 6 94173 kautta lämmityspiirin 7 lämmönsiirtimeen 17, jossa kauko-lämpövesi jäähtyy edelleen n. 20...30°C:een, ja palaa kaukolämpöverkon paluuputkeen 2.

Tässä suoritusmuodossa on se etu, että lämmityspii-5 rl 6 voi tällöin olla kokonaan vesijärjestelmä ja vain kierrätysputkistossa 12 ja lämmönsiirtimen 17 toisiopii-rissä virtaavan nesteen on oltava jäätymätöntä, esimerkiksi vesi-glykolinestettä. Vesi ei aiheuta samoja erikoisvaatimuksia komponenteille kuin vesi-glykoliseos, joten 10 kuvion 2 mukaisen laitteiston hinta on alhaisempi kuin kuviossa 1 esitetyn laitteiston hinta. Erillisten lämmi-tyspiirien 6, 7 säätö on myös helpompaa kuin kuviossa 1, jossa piireillä on yhteinen kierrätysputki 5.

Kuviossa 3 on esitetty suoritusmuoto, jossa kumpi-15 kin lämmönsiirrin 16, 17 on varustettu omalla kierto- vesipumpulla 24, minkä ansiosta kaukolämpöveden käyttö voidaan minimoida ja/tai laitteiston säädettävyyttä voidaan parantaa.

Kuviossa 4 on osoitettu, kuinka lämmityspiiri 6 voi 20 olla jaettu kahteen osapiiriin 6' ja 6* * - Piirit on esite tyssä suoritusesimerkissä kytketty rinnakkain ja niillä on yhteinen lämmönsiirrin 16. Vaihtoehtoisesti kummallakin osapiirillä 6' ja 6'’ voi olla oma lämmönsiirtimensä ja osapiirit voidaan kytkeä sarjaan, mikä on edullista var-*· 25 sinkin jos toinen piireistä tuottaa lämmintä käyttövettä.

Osapiirejä voi myös olla useampia kuin kaksi.

Lämpimän käyttöveden lämmönvaihdin voidaan kytkeä sarjaan lämmitysjärjestelmän kanssa ilmastoinnin lämmönvaihtimen rinnalle, jos lämmityksen, ilmastoinnin ja käyt-30 töveden tarve on samanaikaista.

Yleensä lämpimän käyttöveden käyttö on jaksoittaista ja sitä tarvitaan myös kesällä, jolloin rakennus tai sen ilmastointi ei vaadi lämpöä. Koska lämmitysjärjestelmän paluuveden lämpötila saadaan keksinnön mukaisesti 35 yleensä riittävän alas jo ilmastoinnilla, kannattaa yleen- 7 94173 sä näin ollen rakentaa lämpimän käyttöveden valmistamista varten erillinen suoraan kaukolämpöverkkoon kytketty piiri, joka voidaan mitoittaa alhaiselle paluuveden lämpötilalle.

5 Edellä on esitetty vain suoritusesimerkkejä, jotka eivät rajoita keksinnön suojapiiriä. Kuvioiden toimintakaavioita on tahallisesti yksinkertaistettu jättämällä niistä pois sellaisia osia ja toimintoja, jotka eivät ole välttämättömiä keksinnön perusajatuksen ymmärtämisen kan-10 naita. Myös lämmityspiiri 7 voi olla hajautettu vastaaval la tavalla kuin lämmityspiiri 6 kuviossa 4, jolloin lämpötekniset toiminnot, kuten ilmanlämmitys, jätelämmön talteenotto ja lämmön talteenotto poistoilmasta voidaan haluttaessa järjestää eri osapiireihin. Kaukolämpövedellä 15 tai -nesteellä tarkoitetaan tässä myös muissa vastaavissa laitoksissa, kuten talon kattilalaitoksessa, tuotettua lämmintä nestettä.

» ·

Claims (10)

1. Menetelmä rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi, jonka mukaan lämpöä siirretään kaukolämpönesteestä läm- 5 mityspiirien (6,7) lämmitysnesteeseen, joka lämmittää rakennusta ja ilmanvaihtoilmaa, tunnettu siitä, että kaukolämpönesteen paluulämpötilan alentamiseksi ilmanvaihdon avulla toinen mainituista nesteistä saatetaan virtaamaan siten, että se kuljettaa lämpöä, jota tarvitaan raken-10 nuksen lämmitykseen ja sen jälkeen lämpöä, jota tarvitaan ilmanvaihto ilman lämmitykseen, joka tapahtuu lämmöntalteen-ottolaitteiston tai vastaavan avulla.

2. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, jonka mukaan lämpöä siirretään rakennuksen poistoilmasta tuloil- 15 maan lämmöntalteenottopiirin avulla, tunnettu siitä, että ilmanvaihtoilmaa lämmittävä lämmitysneste saatetaan kiertämään lämmöntalteenottopiirissä sijaitsevan lämmönvaihtimen kautta, jossa neste luovuttaa lämpöä tuloil-maan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että lämmitysneste poistetaan lämmöntal-teenottopiiristä ennen sen saapumista poistoilman lämmönvaihtimeen tai sen kuljettua poistoilman lämmönvaihtimen kautta. 25

*4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että mainittu virtaava neste on lämmitys-piirin lämmitysneste, joka kierrätetään lämmönsiirtimestä (4) rakennuksen lämmitykseen tarkoitetun lämmityspiirin (6) ja sen jälkeen ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitetun 30 lämmityspiirin (7) kautta takaisin lämmönsiirtimeen (4).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu virtaava neste on kaukoläm-pövesi, joka kierrätetään kaukolämpöverkosta (1,2) rakennuksen lämmitykseen tarkoitetun lämmityspiirin lämmönsiir-3 5 timen (16) kautta ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitetun 9 94173 lämmityspiirin lämmönsiirtimeen (17) ja sieltä takaisin kaukolämpöverkkoon (1,2) .

6. Laitteisto rakennuksen huonetilojen lämmittämiseksi, jossa laitteistossa on lämmönsiirtovälineet (4;16, 5 17) lämmön siirtämiseksi kaukolämpönesteestä lämmityspii- reissä (6,7) virtaavaan lämmitysnesteeseen, joka on sovitettu lämmittämään rakennusta ja ilmanvaihtoilmaa, tunnettu siitä, että kaukolämpönesteen paluulämpötilan alentamiseksi ilmanvaihdon avulla rakennuksen ja ilmanvaih-10 tollman lämmitykseen tarkoitetut lämmityspiirit (6,7) tai lämmityspiireihin (6, 7) lämpöä tuovat lämmönsiirtoelimet (16, 17) on kytketty sarjaan ja että toinen mainituista nesteistä on sovitettu virtaamaan laitteistossa siten, että se kuljettaa lämpöä, jota tarvitaan rakennuksen lämmityk-15 seen ja sen jälkeen kylmempänä lämpöä, jota tarvitaan ilmanvaihto ilman lämmitykseen, joka tapahtuu lämmöntal-teenottolaitteiston tai vastaavan avulla.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, jossa r on lämmöntalteenottopiiri lämmön siirtämiseksi rakennuksen 20 poistoilmasta tuloilmaan, tunnettu siitä, että ilmanvaihtoilmaa lämmittävän lämmitysnesteen kierrätysputkis-to on kytketty lämmöntalteenottopiiriin siten, että lämmi-tysneste kiertää tuloilman lämmönvaihtimen kautta ja poistetaan mainitusta piiristä ennen sen saapumista poistoilman 25 lämmönvaihtimeen tai sen jälkeen.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että rakennuksen ja ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitetuilla lämmityspiireillä (6,7) on yhteinen lämmitysnesteen kierrätysputkisto (5), jossa lämmitys- 30 neste on sovitettu kiertämään nestettä lämmittävästä läm-mönsiirtimestä (4) rakennuksen lämmitykseen tarkoitettuun lämmityspiiriin (6) ja siitä edelleen ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitettuun lämmityspiiriin (7).

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, t u n-3 5 n e t t u siitä, että rakennuksen ja ilmanvaihtoilman läm- 10 94173 tilitykseen tarkoitetuilla lämmityspiireillä (6,7) on kummallakin oma lämmönsiirtimensä (16,17) piirin lämmitysnesteen lämmittämiseksi, jolloin kaukolämpöneste on sovitettu virtaamaan ensin rakennuksen lämmitykseen tarkoitetun lämmi-5 tyspiirin ja sen jälkeen ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitetun lämmityspiirin lämmönsiirtimen (16,17) läpi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, jossa on lämmityspiiri lämpimän käyttöveden lämmittämiseksi, tunnettu siitä, että lämpimän käyttöveden lämmitys-10 piirin lämmönsiirrin on kytketty rinnan ilmanvaihtoilman lämmitykseen tarkoitetun lämmityspiirin lämmönvaihtimen kanssa. u 94173