SE539787C2 - Förfarande för aktiv blandning vid ett luftbehandlingsaggregat - Google Patents

Description

Förfarande för aktiv blandning vid ett luftbehandlingsaggregat Uppfinningens område Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för att kontrollera tryckbalans och blandningsflöde vid en blandningsdel för inblandning av frånluft i tilluften, en så kallad blandningsfunktion vid ett luftbehandlingsaggregat.

Uppfinningens bakgrund Inom luftbehandlingstekniken förekommer olika lösningar där ett luftbehandlingsaggregat förses med en blandningsfunktion, med syfte att dels överföra mer värme eller kyla och eventuellt fukt än vad som kan återvinnas genom olika typer av värmeåtervinnare mellan frånlufts- och tilluftsflödet, men också för att spara fläktelenergi. Det senare genom att frånluftsfläkten varvas ned i takt med att frånluften styrs över/blandas in i tilluften. Beroende på användningsområde för luftbehandlingsanläggningen förekommer också vanligen krav på att tilluften till lokalen som aggregatet betjänar innehåller en viss del friskluft (uteluft), men det finns även anläggningar där 100 % återluft får användas, åtminstone under begränsade perioder.

Kända lösningar av ett luftbehandlingsaggregat, anordnat på liknande sätt som enligt uppfinningen, innefattar en frånluftssida och en tilluftssida, därfrånluftssidan i frånluftens strömningsriktning innefattar vanligen ett frånluftsfilter, därefter en blandningsdel, åtföljt av en värmeåtervinnare, efter värmeåtervinnaren en sugande, varvtalsstyrd frånluftsfläkt med någon form av flödesmätning och till sist ett avluftsspjäll av on/off-typ. Tilluftssidan i sin tur innefattar i tilluftens strömningsriktning först ett reglerbart uteluftsspjäll, sedan ett uteluftsfilter, åtföljt av värmeåtervinnaren, därefter åtföljt av blandningsdelen och till sist en sugande, varvtalsstyrd tilluftsfläkt med flödesmätning och eventuellt någon form av eftervärmare och/eller kylare. Blandningsdelen innefattar ett reglerbart blandningsspjäll som är anordnat att gradvis öppna eller stänga mellan frånluften och tilluften. En känd lösning av en blandningsanordning finns i EP 2135011 och innebär att blandningsspjället och uteluftsspjället regleras individuellt i sekvens så att först blandningsspjället öppnas till önskad öppningsgrad, varvid uteluftsspjället är helt öppet, och när blandningsspjället är fullt öppet, är uteluftsspjället anordnat att ha en önskad öppningsgrad för att balansera behovet av uteluft och inblandad frånluft. Genom ett antal därför anordnade givare och ett styr- och övervakningssystem sköts blandningsförloppet. Detta system hanterar förvisso energianvändningen på ett klokt sätt, men har dessvärre brister avseende blandningsflödets riktning och storlek initialt vid blandningens start, det vill säga en tid under det att blandningsspjället börjar öppna och uteluftsspjället är öppet, eftersom det inte finns någon kontroll av flödena och trycken kring blandningsspjället innan blandningen startar. Därmed finns det en risk att flödet genom blandningsdelen går åt fel håll och/eller att man inte har kontroll på blandningsflödets storlek. En annan känd lösning säkerställer visserligen riktningen på blandningsflödet genom att kontrollera trycken kring blandningsspjället och säkerställa undertryck i tilluften, genom att reglera ett uteluftsspjäll, men denna lösning har ingen kontroll av storleken på flödet då tryckfallet över blandningsspjället kan vara stor, särskilt initialt vid starten av blandningssekvensen, beroende på den aktuella driftpunkten. Om undertrycket på tilluftssidan är stort när blandningsspjället öppnar blir det ett högt okontrollerat flöde av frånluft över till tilluften vilket inte är optimalt.

Redogörelse för uppfinningen Med den nu föreliggande uppfinningen uppnås syftet att lösa ovanstående problem genom ett förfarande vid ett luftbehandlingsaggregat enligt ingressen av patentkravet 1, där efter indikering av ett behov av inblandning av frånluft i tilluften, exempelvis vid ökat värmebehov, först kontrolleras och säkerställs att tryckbalansen kring blandningsspjället är det rätta. För att erhålla en fullständig kontroll på att luften kommer att strömma genom blandningsspjället från frånluftssidan och över till tilluftssidan, måste ett övertryck råda på frånluftssidan om blandningsspjället i förhållande till trycket på tilluftssidan om detsamma. Dessutom bör det kontrolleras att övertrycket inte är för stort eftersom blandningsflödet då kan bli okontrollerat stort innan blandningsförhållandet stabiliserats. Enligt det uppfunna förfarandet säkerställs att övertrycket på frånluftssidan i förhållande till tilluftssidan innan blandningen startas, endast är något högre än 0 Pa, närmre bestämt att ett tryckfall över blandningsspjället är mellan 0< Ap < a Pa ±b Pa, där a är ett valbart börvärde och b är ett valbart intervallvärde vilket även tar hänsyn till mätonoggrannhet. När aktuell tryckuppsättning registrerats kommer antingen frånluftsspjället eller uteluftsspjället att användas för att reglera in rätt tryckbalans över blandningsspjället. Tidigare kända lösningar, använder enbart reglering av tryckbalansen med hjälp av uteluftsspjället, varför blandningsflödet initialt kan bli okontrollerat och för stort. Den nu föreliggande metoden har även möjlighet att använda ett frånluftsspjäll. Beroende på hur tryckbalansen ser ut kan antingen trycket på uteluftsidan eller på frånluftssidan behöva justeras för att balansera in tryckuppsättningen till att ligga inom det valbara och förbestämda spännet. Balanseringsförloppet pågår till dess att ovan nämnda differenstryckskriterium är uppnått, eller när en förutbestämds tid för balanseringsförloppet löpt ut, därefter stoppas balanseringen och blandningen kan starta. Blandningsförloppet sker genom att blandningsspjället och uteluftsspjället arbetar parallellt och i mottas, varvid blandningsspjället öppnar mot en önskad blandningsmängd samtidigt som uteluftsspjället stänger till önskat värde. Parallellt med spjällens reglering säkerställer frånluftsfläkten korrekt flöde i frånluften genom varvtalsreglering. Genom ovan beskriva förfarande erhålls full kontroll på både riktningen av blandningsflödet samt mängden frånluft även i det initiala skedet, så att det blir en kontrollerad och mjuk start av blandningen som därmed sedan kan fortgå till önskad blandningsgrad på ett kontrollerat sätt genom reglering med blandningsspjället och uteluftsspjället.

Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet begränsas inblandningen av frånluftsflöde via blandningsspjället till tilluften genom ett kriterium för ett minsta uteluftsflöde, för att säkerställa luftkvalitén i lokalen. Det kan finnas krav på en viss del av tilluftsflödet fortfarande innefattar en viss del friskluft/uteluft, varför uteluftsflödet beräknas genom att mäta tryckfallet över värmeåtervinnaren. I detta fall kan kravet på uteluft vara ett flödesvärde uttryckt i volymflöde per tidsenhet eller exempelvis ett procentuellt värde. Blandningsförfarandet fungerar på samma sätt som ovan beskrivits, men med tillägget att denna begränsning finns vilken stoppar en ökad inblandning av frånluften i ett visst läge. Härigenom säkerställs att en viss friskluftsmängd tillsätts i tilluften trots påkallat behov av återluft.

Enligt ytterligare en alternativ utföringsform för kontroll av att tilluften, trots inblandning av frånluft, har en viss kvalitet är att mäta frånluftens luftkvalité med en luftkvalitetsgivare. Detta kan exempelvis vara en koldioxidgivare eller dylikt, vilken ger ett mått på om luften i en lokal behöver mer friskluft/uteluft. I detta fall är det luftkvalitén som "överstyr" inblandningen av frånluft i tilluften via blandningsspjället, varvid en begränsning av blandningsförhållandet erhålls.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar förfarandet en skyddsfunktion, vilken vid ökande inblandning av frånluft i tilluften, hindrar frånluftsfläkten att komma in i det så kallade "pumpningsområdet". Eftersom det som normalt benämns frånluftsfläkten hanterar luftflödet på frånluftssidan av luftbehandlingsaggregatet innebär en ökad mängd frånluftsinblandning i tilluften att avluftsflödet minskar. Med andra ord, för att spara driftenergi, minskas frånluftsfläktens varvtal genom styr- och övervakningssystemet i takt med att blandningsspjället öppnar för ökad inblandning av frånluft, varvid fläktens driftpunkt förflyttas i fläktdiagrammet. Trycket är i storleksordningen i princip detsamma, men möjligen något lägre, medan flödet för fläkten minskas, varvid driftpunkten så att säga flyttas åt vänster i ett normalt tryck/flödesdiagram för fläkten. När driftpunkten riskerar att hamna utanför den specifika fläktens arbetsområde kan så kallad pumpning uppstå, men detta undviks genom att skyddsfunktionen stoppar fläkten när detta uppstår. Samtidigt stänger också avluftsspjället för att undvika att luft sugs in via avluftssidan.

Kort beskrivning av figur Nedanstående schematiska principfigur visar: - Fig. 1 visar ett exempel på ett luftbehandlingsaggregat anordnat för blandningsförfarandet enligt uppfinningen.

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

Detaljerad beskrivning av figuren Fig.1visar en principiell bild av ett luftbehandlingsaggregat 3, anordnat för kontrollerad inblandning av en delmängd frånluftsflöde 1 i ett tilluftsflöde 2. Luftbehandlingsaggregatet 3 innefattar en frånluftssida 4, i figuren den övre halvan av aggregatet, och en tilluftssida 5, i figuren den undre halvan av aggregatet. Frånluftssidan 4 innefattar i luftens strömningsriktning först ett frånluftsspjäll 6, vilket inte måste vara monterat på luftbehandlingsaggregatet 3, utan kan likaväl vara anordnat i en frånluftskanal (visas ej). Frånluftsspjället 6 används i första hand för reglering frånluftsflödets 1 tryck efter frånluftsspjället 6. Vidare i frånluftsflödets 1 strömningsriktning passeras vanligen ett frånluftsfilter 21 och sedan en blandningsdel 7, vilken blandningsdel 7 innefattar ett blandningsspjäll 15 anordnat att öppna och stänga en passage mellan frånluftsflödet 1 och tilluftsflödet 2, det vill säga anordnat för en blandningsfunktion. Därefter passerar luften en återvinnare 8, vilket i detta fall är exemplifierat med en roterande värmeåtervinnare, vilken återvinnare 8 är anordnad att utbyta energi och, beroende på typ av värmeåtervinnare, eventuellt fukt mellan frånluftssidan 4 och tilluftssidan 5. Den luft som passerat återvinnaren 8 benämns avluft 10, och luftströmmen drivs genom en varvtalsstyrd frånluftsfläkt 9, vilken är anordnad i avluften 10. Flödet genom frånluftsfläkten 9 mäts med någon typ av flödesmätare, antingen integrerad i frånluftsfläkten 9 eller som en separat mätare, och detta exemplifieras i figuren med en första flödesmätare 16. Innan avluften 10 leds ut i det fria passerar den ett avluftsspjäll 11, vilket i detta fall är ett tvålägesspjäll, med så kallad så kallat on/off-funktion, det vill säga antingen är det öppet eller stängt. Tilluftssidan 5 innefattar i luftens strömningsriktning först ett uteluftsspjäll 12, vilket kan vara anordnat på luftbehandlingsaggregatet 3 eller i en uteluftskanal (visas ej), och vilket uteluftsspjäll 12 används för att i ett uteluftsflöde 13 reglera trycket efter uteluftsspjället 12. Därefter passerar uteluftsflödet 13 ett uteluftsfilter 22 och sedan återvinnaren 8. Efter återvinnaren 8 benämns luften istället tilluft, varvid tilluftsflödet 2 passerar blandningsdelen 7 följt av en varvtalsstyrd tilluftsfläkt 14, vilken driver tilluftsflödet 2. I tilluftsflödet 2 eller integrerat med tilluftsfläkten 14 är någon form av flödesmätning anordnad och symboliseras här med en andra flödesmätare 17. Efter tilluftsfläkten 14 fortsätter tilluftsflödet 2 vidare i en tilluftskanal (visas ej) till den eller de lokaler som ventileras med hjälp av luftbehandlingsaggregatet 3. Blandningsdelen 7 innefattar som sagt blandningsspjället 15 för inblandning av frånluftsflöde 1 i tilluftflödet 2 och luftbehandlingsaggregatet 3 innefattar dessutom minst en första tryckgivare 18 för mätning av ett första tryckfall Ap! över återvinnaren 8 och minst en andra tryckgivare 19 för mätning av ett andra tryckfall Ap2över blandningsspjället 15. Vidare kan finnas en luftkvalitetsgivare 20 av något slag i frånluftsflödet 1 alternativt i lokalen som ventileras, exempelvis en koldioxidgivare eller liknande, beroende på om anläggningen använder luftkvalitet som indikator på hur stor andel friskluft som ska finnas i tilluftsflödet 2, då inblandning av frånluftsflöde 1 används förökad återvinning. För att reglera mängden uteluft 13 (friskluft) används det första tryckfallet Ap, över återvinnaren 8 för att beräkna uteluftsflödet 13. För att hantera funktionaliteten hos luftbehandlingsaggregatet 3 inklusive blandningsfunktionen innefattas även ett styr- och övervakningssystem för registrering av mätparametrar och styrning av fläktarna 9, 14, spjällen 6, 11, 12, 15, återvinnaren 8, med mera.

Vid indikerat behov av blandning, exempelvis ökat värmeåtervinningsbehov för att hålla rätt tilluftstemperatur indikerat av till exempel en temperaturgivare (visas ej), inleder styrsystemet med att först kontrollera tryckuppsättningen över blandningsspjället 15. Ett kriterium som måste vara uppfyllt innan blandning kan påbörjas är att ett visst övertryck måste råda på frånluftssidan 4 av blandningsspjället 15 i förhållande till tilluftssidan 5 av detsamma. Kriteriet innebär att det andra tryckfallet Ap2över blandningsspjället 15 måste vara större än 0 Pa och högst lika med ett valbart och förinställt börvärde a plus/minus ett valbart intervall b, det senare främst med hänsyn taget till mätonoggrannhet. Värdena på a och b kan variera beroende på aktuell tryckuppsättning mm. Om övertryck råder på frånluftssidan och det andra tryckfallet Ap2över blandningsspjället 15 är högre än vad som anges av värdet a ± intervallet b kommer frånluftsspjället 6 att stänga något, samtidigt som frånluftsfläkten 9 varvar upp något för att bibehålla önskat flöde. Genom strypningen vid frånluftsspjället 6, kommer övertrycket på frånluftssidan 4 av blandningsspjället 15 att minska, och förloppet fortgår tills kriteriet är uppfyllt. Om däremot trycket på tilluftssidan 5 om blandningsspjället 15 är för högt, det vill säga att övertryck råder på tilluftssidan 5, kommer uteluftsspjället 12 att stänga till dess att det andra tryckfallet Ap2över blandningsspjället 15 är inom intervallet 0 < Ap2 ^ a Pa ± b Pa. Först när balanseringen har utförts och avslutats och det andra tryckfallet Ap2är det rätta inleds blandningsförloppet. Härigenom säkerställs som ovan nämnts att när blandningsspjället 15 väl börjar öppna kommer luften att gå i rätt riktning samt att luftflödet inte kommer vara okontrollerat stort, så som i äldre lösningar. Alternativt inleds blandningen när en förbestämd tidsfrist för balanseringsförfarandet löpt ut.

Den påföljande blandningen går till så att blandningsspjället 15 och uteluftsspjället öppnar respektive stänger parallellt i motfas, till önskad öppningsgrad, för att erhålla önskat blandningsförhållande. Blandningsförhållandet kan vara begränsat av antingen ett kriterium för uteluftsinnehåll angivet som ett volymflöde per tidsenhet eller en procentsats av tilluftsflödet. Uteluftsflödet 13 beräknas som ovan nämnts baserat på det första tryckfallet åpiöver återvinnaren 8 och tilluftsflödet 2 uppmäts med den andra flödesmätaren 17. Alternativt kan blandningsförhållandet överstyras av värdet från en luftkvalitetsgivare 21. Då värmebehovet (eller kylbehovet samt eventuellt fuktbehov) ökar kommer blandningsspjället 15 successivt att öppna parallellt med att uteluftsspjället 12 stänger i motsvarande grad. Eftersom mer och mer frånluft styrs över till tilluftssidan 5, minskas uteluftsflödet 10 genom att frånluftsfläkten 9 successivt varvar ned. När blandningsspjället 15 närmar sig helt öppet läge eller blir helt öppet blir ju flödet vid frånluftsfläkten 9 i princip noll. Men det förekommer problem vid nedvarvning av fläktar med bibehållet eller i det närmaste bibehållet fläkttryck, eftersom fläkten "hamnar utanför" sitt arbetsområde, vanligen definierat med en avgränsningsfunktion i den vänstra delen av ett fläktdiagram, vilket innebär att fläkten kommer in i "pumpområdet". För att undvika pumpning stänger styrsystemet av frånluftsfläkten 9 när den kommer utanför sitt definierade och fläktspecifika arbetsområde under blandningsförfarandet och samtidigt stängs avluftsspjället 11 för att undvika baksug. Tilluftfläkten 14 levererar fortfarande inställt värde på tilluftsflödet 2 under hela processen och inget okontrollerat och felriktat flöde förekommer vid blandningsfunktionen.

STYCKLISTA 1 = frånluftsflöde 2= tilluftsflöde 3= luftbehandlingsaggregat 4= frånluftssida 5= tilluftssida 6= frånluftsspjäll 7= blandningsdel 8= återvinnare 9= frånluftsfläkt 10= avluftsflöde 11= avluftsspjäll 12= uteluftsspjäll 13= uteluftsflöde 14= tilluftsfläkt 15= blandningsspjäll 16= första flödesmätare 17= andra flödesmätare 18= första tryckgivare 19= andra tryckgivare 20= luftkvalitetsgivare 21= frånluftsfilter 22= uteluftsfilter (Api) = första tryckfall (Ap2) = andra tryckfall

Claims (4)

1. Förfarande för kontrollerad inblandning av en delmängd frånluftsflöde (1) i ett tilluftsflöde (2) vid ett luftbehandlingsaggregat (3), vilket luftbehandlingsaggregat innefattar en frånluftssida (4) och en tilluftssida (5), varvid frånluftssidan (4) i luftens strömningsriktning innefattar ett frånluftsspjäll (6) för reglering av trycket i frånluftsflödet (1) efter frånluftsspjället (6), en blandningsdel (7), en återvinnare (8) för utbyte av energi eller för utbyte av både energi och fukt mellan frånluftssidan (4) och tilluftssidan (5), en varvtalsstyrd frånluftsfläkt (9) anordnad i ett avluftsflöde (10), och ett avluftsspjäll (11), och varvid tilluftssidan (5) i luftens strömningsriktning innefattar ett uteluftsspjäll (12) för reglering av trycket i ett uteluftsflöde (13) efter uteluftsspjället (12), återvinnaren (8), blandningsdelen (7), och en varvtalsstyrd tilluftsfläkt (14) anordnad i tilluftsflödet (2), och blandningsdelen (7) innefattar ett blandningsspjäll (15) för inblandning av frånluftsflöde (1) i tilluftflödet (2), och vidare innefattar luftbehandlingsaggregatet (3) minst en första flödesmätare (16) för mätning av avluftsflödet (10) samt minst en andra flödesmätare (17) för mätning av tilluftsflödet (2), minst en första tryckgivare (18) för mätning av ett första tryckfall (Ap^ över återvinnaren (8) på tilluftssidan (5) och minst en andra tryckgivare (19) för mätning av ett andra tryckfall (Ap2 ) över blandningsspjället (15), ett styr- och övervakningssystem för registrering av mätparametrar och styrning av fläktar (9, 14), spjäll (6, 11, 12, 15), och återvinnare (8), kännetecknat av följande steg: a) indikering av behov av inblandning av frånluftflöde (1) i tilluftsflödet (2), b) kontroll och säkerställning av positiv tryckbalans (Ap2 ) över blandningsspjället (15), det vill säga att trycket är högre på frånluftssidan (4) av blandningsspjället (15) än på tilluftsidan (5) av detsamma, med kriteriet 0 < Ap2 <, a Pa ± b Pa, där a är ett valbart börvärde och b är ett valbart intervallvärde, och varvid balanseringen sker genom reglering av antingen frånluftsspjället (6) eller uteluftsspjället (12) där vilket spjäll (6, 12) som reglerar bestäms av aktuell driftpunkt, varvid om det andra tryckfallet Ap2 > a Pa + b Pa kommer frånluftsspjället (6) att stänga något samtidigt som frånluftsfläkten (9) varvar upp något för att bibehålla önskat flöde, och om Ap2<<> 0 Pa kommer uteluftsspjället (12) att stänga något, tills dess att Ap2 är inom intervallet 0 < Ap2 £ a Pa ± b Pa, c) balanseringen stoppas när kriteriet enligt b) är uppfyllt alternativt att en förbestämd tid för erhållande av rätt tryckbalans enligt b) löpt ut, d) blandning påbörjas varvid blandningsspjället (15) öppnar samtidigt som uteluftsspjället (12) stänger, det vill säga spjällen (15, 12) arbetar parallellt och i motfas, tills önskad blandningsmängd erhålls, och parallellt säkerställer frånluftsfläkten (9) korrekt flöde i frånluften (1), genom varvtalsreglering.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att inblandningen av frånluftsflödet (1) via blandningsspjället (15) begränsas av ett kriterium för en minsta uteluftsflöde (13), vilket uteluftsflöde (13) beräknas med hjälp av det första tryckfallet (Ap^ över återvinnaren (8).

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att inblandningen av frånluftsflödet (1) via blandningsspjället (15) begränsas av ett kriterium för luftflödeskvalitet, genom mätning med en luftkvalitetsgivare (20), anordnad i frånluftsflödet (1) eller i en lokal som ventileras med hjälp av luftbehandlingsaggregatet (3).

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att frånluftsfläkten (9) stoppas och avluftsspjället (11) stängs om avluftsflödet (10) under blandningsförfarandet sjunker under en fläktspecifik begränsning för driftpunkten, vid vilken så kallad pumpning annars kan uppstå i frånluftsfläkten (9).