FI90466B - Menetelmä ja jakolaite ilman johtamiseksi huoneeseen - Google Patents

Description

1 90466

Menetelmä ja jakolaite ilman johtamiseksi huoneeseen Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ilman johtamiseksi huoneeseen, jonka menetelmän mukaisesti 5 - tuloilmaa johdetaan huoneeseen päättyvään jako- laitteeseen ja - puhalletaan jakolaitteesta sisäänpuhallusaukko-jen kautta huoneeseen, jolloin - tuloilma johdetaan jakolaitteessa ainakin kah-10 den erillisen virtaustien kautta eri sisäänpuhallusauk- koihin, ja - tuloilmalle aiheutetaan kunkin virtaustien si-säänpuhallusaukoilla toisenlaiset sisäänpuhallusolosuh-teet kuin muiden virtausteiden sisäänpuhallusaukoilla.

15 Ilman tuomiseksi huoneeseen on kehitetty monen laisia laitteita, jotka voidaan jakaa karkeasti kolmeen pääryhmään:

Ns. sekoittavilla ilmanjakolaitteilla ilma tuodaan yleensä huoneen yläosaan yhdestä pisteestä suureh-20 kolia nopeudella erilaisten rakojen, suuttimien tai aukkojen kautta. Niistä virtaava ilma vetää mukaansa suuren määrän ympäröivää huoneilmaa ja sekoittuu siihen. Koko huoneen ilmamassa joutuu näin liikkeelle ja sekoittuu sekä lämpötilaltaan että epäpuhtauspitoisuudeltaan lähes 25 homogeeniseksi.

Suuren virtausnopeuden takia syntyy helposti häiritsevää ääntä. Suuria ilmasuihkuja on vaikea hallita. Mikäli ilman nopeus on liian suuri, syntyy häiritsevää vetoa. Jos se taas on liian pieni, syntyy huoneeseen 30 helposti kuolleita alueita, joilla ilma ei vaihdu. Lämpöolojen hallintaa vaikeuttaa termisten voimien vaikutus ilmasuihkuun sekoittumisesta huolimatta. Jos tuloilma on huoneilmaa lämpimämpää, ilmasuihku taipuu ylöspäin, jolloin ilma huoneen alaosassa ei vaihdu. Jos ilma on kyl- 2 90466 mempää, se taipuu alaspäin ja aiheuttaa vetoa. Huonelämpötilan hallinta tuloilman lämpötilaa säätämällä on siten mahdollista vain rajoitetusti. Ilmavirtaa ei voi myöskään kovin paljon säätää aiheuttamatta edellä selos-5 tettuja haittoja.

Ns. syrjäyttävässä ilmanjaossa ilma tuodaan pienellä nopeudella suoraan oleskelualueelle suurehkon pinnan kautta.

Veto- ja ääniongelmilta yleensä vältytään, mikäli 10 tulo- ja huoneilman lämpötila on sama. Jos lämpötilaero nousee 2-3 asteeseen, termiset voimat alkavat hallita virtausta. Kun tuloilma on huoneilmaa kylmempää, virtaus "putoaa”, nopeus kasvaa termisten voimien ansiosta ja lattiatasolla syntyy vetoa. Jos tuloilma on huoneilmaa 15 lämpimämpää, se nousee ylös, jossa poistokin yleensä on. Seurauksena on ns. oikosulkuvirtaus ja huono ilmanvaihto oleskelualueella. Huonelämpötilaa ei siten voida sanottavasti säätää. Koska ei ole ilmasuihkua, joka vetäisi huoneilmaa mukaansa, liikkuva ilmamassa on pieni ja vir-20 taus siten arka häiriöille. Konvektiovirtaukset, ilmaa liikkeelle saavat koneet, ihmisten liikkuminen, erilaiset virtausesteet jne. saattavat hallita ilman virtauksia huoneessa. Seurauksena voi olla huono paikallinen ilmanvaihtuvuus. Ilmavirtaa voidaan säätää haittoja ai-25 heuttamatta laajalla alueella.

Viime aikoina on kehitetty ns. aktiivinen syrjäytys, joka poistaa osan syrjäyttävän ilmanjaon heikkouksista. Ilman jako on levitetty suurelle pinnalle. Ilma virtaa huoneeseen pienistä suuttimista suurella nopeu-30 della ja saa liikkeelle suuren ilmamassan. Kun ilmasuih-ku pienestä suuttimesta on pieni, ei äänihaittoja suuresta nopeudesta huolimatta synny. Ilman nopeus pienessä suihkussa laskee nopeasti, joten vetoa ei helposti esiinny. Kun suuri ilmamassa on liikkeellä, eivät häi- 3 90466 riöt vaikuta virtaukseen kuin aivan paikallisesti, joten ilmanvaihto koko tilassa on tasainen. Tulo- ja huoneilman suuren sekoitussuhteen ansiosta lämpötilaerot tasoittuvat, joten kylmääkin tuloilmaa voidaan tuoda oles-5 kelualueelle virtauksen "putoamatta". Lattiavetoa ei esiinny vielä 15 asteenkaan lämpötilaerolla.

Jos kuitenkin tuloilma on huoneilmaa huomattavasti lämpimämpää, saa voimakkaankin sekoituksen jälkeinen pieni lämpötilaero ilman nousemaan pois oleskelualueelle» ta.

Ilmavirtaa voidaan säätää laajoissa rajoissa. Aktiivinen syrjäytys soveltuu siten erittäin hyvin jäähdytykseen, mutta rajoitetusti lämmitykseen. Tätä ilman-jakotapaa on selostettu FI-patenttijulkaisuissa 79 608, 15 73 513, 72 800 ja 71 417.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, joka poistaa edellä mainitut epäkohdat ja mahdollistaa etenkin aktiivisen syrjäytyksen moitteettoman toiminnan myös silloin, kun tuloilma on huomattavasti 20 huoneilmaa lämpimämpää. Huoneen lämpötilaa voidaan tällöin täysin hallita ja säätää. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, että tuloilma johdetaan valinnaisesti yhden tai useamman erillisen itsenäisen virtaustien kautta.

25 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että tuloil ma johdetaan jakolaitteesta huoneeseen kahta eri valinnaista virtaustietä pitkin, niin että tuloilmalle saadaan erilaisten sisäänvirtaussuuttimien avulla kehitettyä erilaiset sisäänvirtausolosuhteet riippuen siitä, 30 kumman virtaustien kautta ilma puhalletaan huoneeseen. Toista virtaustietä voidaan käyttää lämmitystilanteessa ja toista jäähdytystilanteessa. Silloin kun ei tarvita lämmitystä eikä jäähdytystä, voidaan tuloilma johtaa osittain molempia virtausteitä pitkin.

4 9 n! 6 6

Keksintö soveltuu erikoisesti aktiiviseen syrjäytykseen, mutta sillä voidaan parantaa myös muiden ilman-jakomenetelmien ominaisuuksia.

Keksinnön kohteena on myös ilmanjakolaite edellä 5 kuvatun menetelmän soveltamiseksi. Tälle ilmanjakolaitteelle on tunnusomaista se, että jakolaitteessa on sul-kuvälineet virtauskanavien erottamiseksi toisistaan, ja että kumpikin virtauskanava on muodostettu itsenäiseksi ilmanjakolaitteeksi, jotka toimivat samanaikaisesti yh-10 dessä tai erikseen.

Jakolaitteen perusajatuksena on se, että sisään-puhallusaukot, esimerkiksi suuttimet, on jaettu ainakin kahteen erilliseen ryhmään, joihin tuloilma voidaan johtaa toisistaan erillään olevien virtauskanavien kautta. 15 Näin voi suuttimien lukumäärä ja suuntaus, ilman virtausnopeus suuttimissa ja jopa suuttimien koko ja muoto olla erilainen kussakin ryhmässä. Samasta ilmanjakolait-teesta saadaan täten kaksi tai useampia erilaisia ilman-jakojärjestelmiä, joiden ominaisuudet voivat muuttua 20 lähes portaattomasti järjestelmästä toiseen.

Keksintöä selitetään lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuviot 1 ja 2 esittävät keksinnön mukaisen jako-laitteen erästä toteutusmuotoa sivulta nähtynä ja vas-25 taavasti leikkauksena pitkin kuviossa 1 olevaa viivaa II-II, kuviot 3A ja 3B esittävät kaavamaisesti huoneeseen jakolaitteesta puhalletun ilman aiheuttamaa vir-tauskuviota huoneessa jäähdytystilanteessa ja vastaavas-30 ti lämmitystilanteessa, ja kuvio 4 esittää jakolaitteen toista toteutus-muotoa sivulta nähtynä.

Piirustusten kuvioissa 1 ja 2 esitetty ilmanjakolaite käsittää pitkänomaisen tuloputken 1, joka on toi- li 5 90466 sesta päästään liitetty esittämättä jätettyyn tuloilman A syöttöjärjestelmään ja ulottuu ilmastoitavaan huoneeseen 2. Putki on asennettu vaakasuoraan oleskelualueen yläpuolelle. Tuloputki on jaettu keskeisellä välilevyllä 5 3 kahteen pituussuuntaiseen puolikkaaseen, jotka muodos tavat kaksi toisistaan eristettyä virtauskanavaa 4 ja 5, jotka päättyvät tuloputken suljettuun päätylevyyn 6. Välilevyn alkupäässä on läppäpellin muodostama vaihtopelti 7, joka on kääntyvästä laakeroitu välilevyyn. Vaihtopel-10 ti on käännettävissä kahden ääriasennon välillä, joissa vaihtopelti sulkee vaihtoehtoisesti kokonaan jommankumman virtauskanavan. Vaihtopelti on myös asetettavissa väliasentoihin, joissa molemmat virtauskanavat ovat osittain auki. Olennaista on, että tuloputken ylemmän 15 virtauskanavan ja alemman virtauskanavan virtausten sää-tösuunta on vastakkainen, ts. toisen kanavan virtauksen sulkeutuessa toisen kanavan virtaus avautuu. Vaihtopelti voi olla käsikäyttöinen tai kytketty sopivaan säätölaitteeseen .

20 Tuloputken ylemmän virtauskanavan 4 vaippapintaan on asennettu suuri määrä suuttimia 8, jotka ohjaavat tu-loilmaa säteettäisesti huoneeseen. Alemman virtauskanavan vaippapintaan on samoin asennettu lukuisia suuttimia 9, jotka myöskin ovat säteettäissuuntaisia. Ylemmän ka-25 navan suuttimet ovat virtausaukoiltaan pienempiä kuin alemman kanavan suuttimet.

Kuviot 1 ja 2 esittävät jakolaitteen toimintaa jäähdytystilanteessa, ts. silloin kun tuloilma A on huoneilmaa kylmempää. Tällöin on vaihtopelti 7 käännetty 30 sulkemaan alemman virtauskanavan 5, niin että huoneeseen virtaa tuloilmaa vain ylemmän virtauskanavan 4 suutti-mien 8 kautta.

Kuvio 3A esittää kaavamaisesti virtauskuviota, joka syntyy huoneeseen jäähdytystilanteessa. Tuloputken 35 ylemmistä suuttimista 8 lähtevät ilmasuihkut B suuntau- 6 9 Π 4 6 6 tuvat ylöspäin ja sivuille ja vetävät mukaansa alhaalta-päin ns. induktioilmaa ja sekoittuvat siihen. Koska ilma suihkuissa on ympäristöä kylmempää ja siis raskaampaa, suihkut pyrkivät taipumaan alaspäin. Tuloputken alapuo-5 lella vallitsee suihkujen takia pieni alipaine, joka pyrkii taivuttamaan alaspäin kääntynyttä virtausta, jossa ei enää ole lämpötila- ja tiheyseroja, sivulle ja takaisin ylöspäin. Eri suuntiin vaikuttavat voimat synnyttävät kuvion 3A mukaisen kaksoispyörrevirtauksen, 10 jossa päävirtaussuunta keskellä on ylös- ja reunoilla alaspäin. Vaikka virtausnopeudet ovat erittäin pieniä, ne voidaan kokeellisesti osoittaa. Kuten pakotetut pyör-revirtaukset yleensäkin, on pyörre sen synnyttäneen impulssin suuruuteen verrattuna erittäin stabiili ja pa-15 lautuu häiriön jälkeen hyvin nopeasti alkuperäiseen muotoonsa .

Jakolaite toimii edellä kuvatulla tavalla vielä silloinkin, kun tuloilma on hiukan huoneilmaa lämpimäm-pää. Tasapainotilassa alipaine tuloputken alapuolella on 20 yhtä suuri kuin tiheyseron aiheuttama terminen noste. Jos lämpötilaero kasvaa, virtaus taipuu ylöspäin, eikä tuloilma enää tule oleskelualueelle. Tilanne on monimutkainen, sillä lämpötilaeron pienetessä pyörteiden stabiilisuus vähenee. Tällöin saattaa melko pienikin häi-25 riö, virtauseste tms. kokonaan muuttaa virtausten luonteen .

Kun tuloilma on huoneilmaa lämpimämpää, käännetään vaihtopelti 7 asentoon, joka on kuviossa 1 piirretty katkoviivoilla. Tällöin tuloilman pääsy ylempään vir-30 tauskanavaan 4 on estetty ja tuloilmaa virtaa huoneeseen vain alemman virtauskanavan 5 suuttimista 9. Ilmasuihkut C suuntautuvat alaspäin ja vetävät huoneilmaa mukaansa tuloputken yläpuolelta. Termiset voimat taivuttavat suihkuja ylöspäin. Jos virtauksen impulssi on valittu 35 sopivasti, muodostuu kuviossa 3B esitetty virtauskuvio.

li 7 90466

Jos molempien virtauskanavien suuttimet 8 ja 9 ovat samanlaisia, voidaan impulssiin vaikuttaa ainoastaan muuttamalla alemman kanavan suuttimien 9 lukumäärää, jolloin myös virtausnopeus niissä muuttuu. Jotta 5 lämmin ilma saataisiin menemään oleskelualueelle asti, on impulssin ja virtausnopeuden suuttimissa 9 oltava yleensä selvästi suurempi kuin ylemmän kanavan suuttimissa 8, ts. alempia suuttimia 9 on oltava vähemmän kuin ylempiä suuttimia 8. Kuvion 1 tyyppisessä ilmanjakolait-10 teessä suuttimien 9 määrän vähentäminen vaikuttaa edullisesti myös niiden suuntaukseen. Määrän vähetessä pienenee ympyränsektori, jolla suuttimia on, ja suihkut suuntautuvat enemmän ja keskitetymmin alaspäin.

Virtausnopeutta alemman kanavan suuttimissa 9 ei 15 kuitenkaan voida kasvattaa rajoituksitta: painehäviö tai äänitaso nousee helposti liian suureksi. Tämäkin ongelma voidaan keksinnön mukaisessa järjestelmässä ratkaista valitsemalla suuttimet 9 toisentyyppisiksi kuin suuttimet 8 siten, että suuttimien 9 impulssi ja erityisesti 20 ns. heittopituus on suurempi kuin suuttimien 8.

Mm. valmistusteknisistä syistä voi olla edullista pitää suuttimet 8 ja 9 samanlaisina. Virtaus saadaan halutuntyyppiseksi lisäämällä alemman kanavan suuttimien 9 joukkoon muutama suurikokoinen suutin, jotka täl-25 löin toimivat kantosuihkuina ja vievät ilman oleskelualueelle. Tällainen ratkaisu on myös siinä mielessä edullinen, että tulo- ja huoneilman sekoitussuhde säilyy suurena.

Jos alemman kanavan suuttimet 9 joudutaan mitoit-30 tamaan suurta lämmitystehoa ja siis suurta lämpötilaeroa varten, joka on säädettävä nollasta maksimitehoon, voi suuttimista 9 lähtevä virtaus olla liian voimakas ja aiheuttaa vetoa oleskelualueella silloin, kun lämpötilaero on pieni. Jakelulaite saadaan tällöinkin toimimaan 35 moitteettomasti siten, että päästetään pienehkö osa tu- 8 90466 loilmasta vaihtopellin 7 avulla ylemmän kanavan suutti-mien 8 kautta.

Ilmavirta ja siten myös nopeus alemman kanavan suuttimissa 9 pienenee, jolloin myös ilmasuihkun im-5 pulssi ja heittopituus pienenee. Tämän lisäksi suuttimista 8 hitaasti virtaava tuloilma joutuu suuttimien 9 ilmasuihkun vetämänä sen sekoitusilmaksi, jolloin ilman lämpötila suihkussa nousee ja terminen noste kasvaa pyrkien voimakkaammin hidastamaan alaspäin suuntautunutta 10 suihkua. Lisäksi suuttimista 8 vastakkaiseen suuntaan lähtevä virtaus jarruttaa suuttimista 9 lähtevää virtausta ja siten pienentää suihkun impulssia ja heittopi-tuutta. Virtauskenttä saadaan tällä tavoin aina muokattua sellaiseksi, että tuloilma huuhtelee koko oleskelu-15 alueen aiheuttamatta haitallista vetoa.

Kuviossa 4 esitetty jakolaitteen toteutusmuoto poikkeaa edellä esitetystä vain siinä, että tuloputken 1 eri virtauskanavien 4, 5 sulkuvälineenä on ns. perhos-pelti 10. Tämä pelti käsittää kaksi kiinteästi kohtisuo-20 rasti toisiaan vastaan sijaitsevaa puoliympyrän muotoista levyä, jotka on kääntyvästä laakeroitu välilevyyn kohtisuorasti sitä vastaan. Pelti 10 toimii samalla tavalla kuin edellä selitetty vaihtopelti 7.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tar-25 koitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan voivat keksinnön mukainen mentelmä ja jakolaite vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Jakolaitteen tuloputki voi olla poikkileikkaukseltaan myös suorakaide, soikio jne. ja pituuden suhde halkaisijaan 30 voi vaihdella. Välilevy voi olla kulman muotoinen, kaareva jne. Sen ei myöskään tarvitse olla putken keskiviivan tai suorakaideputken sivujen suuntainen pituussuunnassa. Putki on piirretty suorana, mutta se voi olla myös kartiomainen ja siinä voi olla supistuskappaleita 35 jne. Vaihtopeltinä voi olla esimerkiksi johtosiipisää- li 9 9 Π A 6 6 din. Tuloputken sisäänpuhallusaukot voivat suuttimien asemesta olla pelkkiä aukkoja tai reikiä tms.

Kääntyvän vaihtopellin asemesta voidaan käyttää ratkaisua, jossa on kiinteästi välilevyyn 3 liittyvä 5 ohjauslevy. Välilevy on laakeroitu siten, että se kiertyy putken 1 keskiviivan ympäri. Kääntämällä välilevyä 180 astetta saadaan tuloilma ohjattua joko suuttimiin 8 tai 9. Tämän ratkaisun heikkous on, ettei ilmaa voida ohjata osittain suuttimiin 8 ja 9 muuttamatta olennai-10 sesti ilmasuihkujen suuntaa ja niiden synnyttämää vir-tauskenttää. Suurikokoisten, usein monta metriä pitkien välilevyjen laakerointi on vaikeaa ja tulee huomattavasti kalliimmaksi kuin kuvion 1 mukainen yksinkertainen pelti 7. Myöskin putken 1 muoto on rajoitettu.

15 Jos välilevy 3 on ympyrän kaari, jonka säde on hieman pienempi kuin putken 1 ja joka kääntyy putken keskiviivan ympäri, siitä muodostuu sulkulevy, joka voidaan kääntää sulkemaan joko suuttimet 8 tai 9. Heikkoudet ovat samat kuin edellä selostetussa sovellutuksessa. 20 Etuna on pienempi painehäviö, koska ilma virtaa suutti-mille putken 1 koko poikkipinnan kautta.

Välilevy 3 voidaan tehdä myös kiinteäksi ja laakeroida putki 1 kiertymään sen ympäri. Välilevy voi tässä ja edellisessä sovellutuksessa olla myös putken 1 25 ulkopuolella.

Claims (9)

1. Menetelmä ilman johtamiseksi huoneeseen, jonka menetelmän mukaisesti 5. tuloilmaa (A) johdetaan huoneeseen (2) päättyvään jakolaitteeseen (1) ja - puhalletaan jakolaitteesta sisäänpuhallusaukkojen (8,9) kautta huoneeseen, jolloin - tuloilma (A) johdetaan jakolaitteessa (1) ainakin 10 kahden erillisen virtaustien (4,5) kautta eri sisäänpuhal- lusaukkoihin (8,9), ja - tuloilmalle aiheutetaan kunkin virtaustien si-säänpuhallusaukoilla (8,9) toisenlaiset sisäänpuhallusolo-suhteet (B,C) kuin muiden virtausteiden sisäänpuhallusau- 15 koilla, tunnettu siitä, että tuloilma (A) johdetaan valinnaisesti yhden tai useamman erillisen itsenäisen virtaustien (4,5) kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuloilma (A) johdetaan valin- 20 naisesti lämmitystilanteessa ja jäähdytystilanteessa eri virtausteiden (4,5) kautta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuloilma (A) johdetaan osittain molempia virtausteitä (4,5) pitkin silloin, kun ei 25 tarvita lämmitystä eikä jäähdytystä.

4. Jakolaite ilman tuomiseksi huoneeseen, joka ja-kolaite (1) on liitettävissä putkeen tuloilmaa (A) varten ja on varustettu aukoilla (8,9) tuloilman puhaltamiseksi huoneeseen (2), ja jossa jakolaitteessa (1) on vähintään 30 kaksi erillistä virtauskanavaa (4,5) tuloilmaa (A) varten, jolloin eri virtauskanavat (4,5) on varustettu omilla si-säänpuhallusaukoilla (8,9), ja sisäänpuhallusaukot (8,9) on sovitettu aikaansaamaan eri virtauskanavien (4,5) kautta virtaavalle tuloilmalle erilaiset sisäänpuhallusolosuh- 35 teet (B,C), tunnettu siitä, että jakolaitteessa I! 11 9 Ο Λ ή 6 on sulkuvälineet (7;10) virtauskanavien (4,5) erottamiseksi toisistaan, ja että kumpikin virtauskanava on muodostettu itsenäiseksi ilmanjakolaitteeksi, jotka toimivat samanaikaisesti yhdessä tai erikseen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jakolaite (1), joka on putken muodostama, tunnettu siitä, että siitä, että jakolaite (1) on jaettu aksiaalisella väliseinällä (3) kahteen pituussuuntaiseen virtauskanavaan (4,5) ja että väliseinän tulopäässä on sulkuläppä (9;10), joka 10 on käännettävissä jommankumman virtauskanavan tuloilmalta (A) sulkevaan asentoon.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jakolaite, tunnettu siitä, että sulkuläpän (9;10) asento on säädettävissä kummankin virtauskanavan (4,5) sulkevien 15 asentojen välillä.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 4-6 mukainen jako-laite, jossa sisäänvirtausaukot (8,9) ovat suuttimien muodostamia, tunnettu siitä, että eri virtauskana-viin (4,5) kuuluvat suuttimet (8,9) ovat erikokoisia 20 ja/tai lukumäärältään erilaisia.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 4-7 mukainen jako-laite, tunnettu siitä, että eri virtauskanaviin (4,5) kuuluvat suuttimet (8,9) ovat olennaisesti vastakkaissuuntaisia. i2

9 P 4 6 6