Afprøvning af rør for radiatorvarme til svinestalde

Transkript

1 Afprøvning af rør for radiatorvarme til svinestalde Institution: Afprøvning udført for Videncenter for Dansk svineprduktion Forfatter: Jesper Kirkegaard Dato: Det er afgørende for grisenes tilvækst og velfærd at klimaet i stalden er tilstrækkeligt godt. Det primære middel for at opnå dette er ventilation, men for at holde tilstrækkelig minimumsventilation om vinteren er det i de fleste stalde nødvendigt at tilsætte rumvarme. For at opnå bedst mulig udnyttelse af varmeanlægget og minimere installationsomkostningerne er det vigtigt at varmerørene er så effektive som muligt. Staldklima omfatter: Staldtemperatur Luftfugtighed Lufthastighed Gasser Støv Beskrivelse af opvarmning: Den mest effektive måde at tilsætte rumvarme er ved at installere ribberør i stalden. Ribberørenes konvektionsvarme (opvarmning af luften) er samtidig med til at understøtte den kolde luft, så man undgår træk på dyrene. Varmerørenes evne til at opvarme luften afhænger helt af den måde varmerørene er konstrueret på. En stor overflade designet til konvektionsvarme vil medføre bedre opvarmning af luften frem for en mindre overflade eller konstruktion der ikke tager hensyn til luftens naturlige strømninger under opvarmning. Luftens strømning mellem ribberne Foto: Ribberør konstrueret til konvektion Side 1 af 23

2 Sted: Afprøvningen er gennemført i HT Højgaards teststand placeret i Kibæk. MT Højgaard har i forbindelse med udvikling af deres nye konceptstald, bygget en teststand som blandt andet benyttes til udvikling af en helt ny klimastyring for ventilation. Standen er bygget i skala 1:1 indeholdende inventar og central ventilationsanlæg med gulvudsugning og vægventiler som har forbindelse til fordelingskanal. Foto: MT Højgaards teststand som benyttes til afprøvningen Komponenter: Regulering af rumtemperatur: MT Højgaards klimacomputer Måling af afsat varmeeffekt: Kamstrup energimåler type Multical 601 Datalogger: PC med Visual Vigo Varmerør til afprøvning: Navn rør dimension Ribber pr. m Ribbehøjde Ribbetykkelse Overflade og materiale mm Stk. mm mm Rør/ribber Skiold 1 33, ,0 1,0 Galv. Stål/galv. Stål Skov 1 33, ,0 1,1 Galv. Stål/galv. Stål Proseed 1 33, ,9 0,8 Galv. Stål/galv. Stål Meinertz 1 33, ,5 0,7 Sort stål/galv. Stål Deltarør 22,0 3 47,0 1,7 Aluminium/Aluminium Skiold 1½ 48, ,1 1,0 Galv. Stål/galv. Stål Skov 1½ 48, ,8 1,1 Galv. Stål/galv. Stål Meinertz 1½ 48, ,0 0,7 Sort stål/galv. stål Side 2 af 23

3 Forsøgsopstilling: Der blev foretaget måling af to typer rør på samme tid, og for at sikre at begge typer havde nøjagtigt samme forhold var opbygningen nøjagtig den samme til begge kredse. Energimålerne målte hver sin kreds og dataloggeren loggede på begge kredse. Vandmængde, fremløbstemperatur og returtemperatur blev derfor målt to gange på hver kreds. Til regulering af fremløbstemperaturen var der monteret en reguleringsshunt med manuel regulering. Figur: Principdiagram af forsøgsopstilling Side 3 af 23

4 Foto: Forsøgsopstilling Foto: Forsøgsopstilling Rumtemperaturen blev målt 180 cm over gulv, og for at undgå påvirkninger fra luftstrømninger i rummet var føleren placeret i en kop. Side 4 af 23

5 Rumføler Foto: Placering af rumføler Kalibrering: Alle følere blev kalibreret samlet ved måling i vand. Kalibrering af følere. Den 22/4 kl. 10:43-10:47 På datalogger kl. 11:43-11:47 Kamstrupmåler nr. 1 t1=22,17 C t2=22,08 C Kamstrupmåler nr. 2 t1=22,08 C t2=22,10 C På datalogger RHF=21,7 C RHR=21,8 C RHS=21,8 C FHF=21,9 C FHR=21,8 C FHS=21,7 C IND=22,1 C OUT=22,0 C Resultaterne baseres på aflæsninger af Kamstrupmålerne og da afvigelsen mellem højeste og laveste måling her er 0,09 C korrigeres der ikke for dette. Kalibrering af rumtemperatur. Den kl. 22:45 22:48 MTH styring = 17,13 C Datalogger = 15,6 C Kamstrup 16,5 C Side 5 af 23

6 Det fastsættes at MTH styring og dataloggeren blev justeret efter Kamstrup måleren så set punktet for rumtemperaturen blev sat til 20+(17,13-16,5)= 20,6 grader på MTH styringen og 20-(16,5-15,6)= 19,1 gader på datalogger. Da resultaterne blev registret i forhold til måling fra Kamstrup energimålerne og rumtemperaturen registreret i forhold til måling fra datalogger som målte 0,9 grader lavere end Kamstrup måleren, blev rumtemperaturen derfor korrigeret med +0,9 grader. Teroi: Afsat varmeeffekt beregnes ud fra formlen kw 4,182 l / s t t = vandets fremløbs temperatur vandets retur temperatur Ved sammenligning af varmeydelsen på rørene, skal der tages højde for temperaturforskellen mellem mediet og luften, som har stor betydning for hvor meget varme der kan overføres fra rørene til luften. Derfor er der anvendt begrebet den Aritmetiske middel temperatur differens. Aritmetisk middel temperatur differens: T t 1 t 2 2 t luft t 1 = Vandets fremløbstemperatur t 2 = Vandets returtemperatur t luft = Rumtemperaturen Resultaterne fra en trepunktsafprøvning af denne type optegnet på en kurve hvor varmeafgivelsen pr. meter varmerør står i forhold til den aritmetiske temperaturdifferens vil medføre en tendenslinie efter formlen k1 T hvor k 1 og k 2 er konstanter. Ud k2 fra denne ligning kan varmeydelsen bestemmes ved forskellige temperatursæt. En forudsætning for dette er at vandmængden og dermed vandhastigheden er den samme eller i begge tilfælde så høj at der er fuldt udviklet turbulent strømning i røret. I et 1 rør vil der være turbulent strømning fra 150 l/h hvor Reynolds tal er 3606 (>3000=turbolent). I 1½ rør opnås der turbulent strømning fra 200 l/h hvor Reynoldstal = Forsøgsgennemførelse: Forsøget blev gennemført som en tre-punkts afprøvning, hvor der under hver afprøvning blev foretaget måling ved tre forskellige fremløbstemperaturer og dermed tre forskellige aritmetiske temperaturdifferencer. Fremløbstemperaturen blev reguleret til ca. 50, 60 og 70 C. Resultaterne blev indtegnet på en kurve hvor ydelsen kan sammenlignes og bestemmes ved forskellige aritmetiske temperatur differencer. For at klarlægge hvilken betydning vandhastigheden har for ydelsen, er der gennemført 2 afprøvninger med SKIOLD 1½ ribberør og Skov 1½ ribberør hvor vandmængden var ca. 590 l/h og ca. 950 l/h. Side 6 af 23

7 Ud over vandhastigheden har lufthastigheden omkring rørene også stor betydning for varmeydelsen. I svinestalde er lufthastigheden om vinteren, hvor der er størst varmebehov, også lavest da ventilations niveauet er minimum for at undgå for lave temperaturer i stalden. Derfor dimensioneres varmerørene efter fri konvektion omkring rørene altså uden at tage højde for evt. medrivning af luft fra ventilationen. Konvektion er vigtig da dette er med til at understøtte den kolde indblæsningsluft så der ikke opstår træk på dyrene. For at belyse hvorvidt rørenes placering i forsøget er påvirket af forskellige lufthastigheder, er der udført to identiske afprøvninger men ved forskellige luftmængder og dermed forskellige lufthastigheder i rummet. Forsøgene er udført med SKIOLD og Skov 1½ ribberør og med luftmængder fra 1500 m³/h til 5500 m³/h. SKIOLD ribberør er anvendt som reference rør i afprøvningerne af tilsvarende typer rør. Resultater: Resultaterne fra afprøvningen blev aflæst og noteret i skema hvorefter der ud fra dette tegnes en kurve til sammenligning. Beregningsprogrammet Staldvent anvendes ofte til beregning af varmebehov i svinestalde. Staldvent har en funktion til dimensionering af varmeanlæg, hvor der findes forskellige typer af varmerør og hvor varmeydelsen for rørene opgives i beregningen. Ydelserne fra afprøvningen blev sammenlignet med beregninger i Staldvent hvor vandets fremløbstemperatur, vandets returtemperatur, rumtemperaturen og vandmængden blev indtastet til at være de samme som under afprøvningen. Skov ribberør er i Staldvent benævnt Spiraflex da Skov tidligere har overtaget firmaet Spiraflex. 1½ ribberør SKIOLD/Skov med vandmængde omkring 590 l/h og luftmængde fra m³/h: Skiold 1½ Skov 1½ Side 7 af 23

8 Foto: Forsøgsopstilling med SKIOLD og Skov 1½ ribberør Dato Skiold 1½" Skov 1½" Tid for måling 10:48 12:05 14:16 10:48 12:05 14:16 Rør m 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 Temperatur frem 52,18 61,24 70,69 52,12 61,17 70,64 Temp. Retur 47,29 54,57 62,20 48,16 55,81 63,50 Temp rum 20,00 20,50 20,20 20,00 20,50 20,20 Temp rum korigeret 20,90 21,40 21,10 20,90 21,40 21,10 Vandflow 572,00 583,00 590,00 586,00 586,00 604,00 Afkøling 4,89 6,67 8,49 3,96 5,36 7,14 Aritm. Temp. Dif 28,84 36,51 45,35 29,24 37,09 45,97 samlet Ydelse 3200, , , , , ,00 Ydelse pr. m 266,67 358,33 466,67 216,67 300,00 400,00 Luftmængde m³/h Resultat for kurve Aritm. Temp. Dif 28,84 36,51 45,35 29,24 37,09 45,97 Ydelse pr. m 266,67 358,33 466,67 216,67 300,00 400,00 Staldvent W/m 267,40 364,30 471,60 Differens % 23,08 19,44 16,67-23,42-21,43-17,90 Sammenligning af varmeydelse SKIOLD / Skov 1½" 500,00 450,00 400,00 350,00 W/m 300,00 250,00 200,00 Skiold 1½ pumpe 1 Skov 1½ pumpe 1 Potens (Skov 1½ pumpe 1) Potens (Skiold 1½ pumpe 1) 150,00 100,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 Aritmetisk temperaturdifferens Side 8 af 23

9 Side 9 af 23

10 Resultatet viser at SKIOLD 1½ ribberør yder 16,7-23% mere end Skov 1½ ribberør og at Skov ydere 18-23,5% mindre end dimensionerende ydelse i Staldvent. 1½ ribberør SKIOLD/Skov med vandmængde omkring 950 l/h: Forsøgsopstilling som foregående afprøvning. Dato Skiold 1½" Skov 1½" Tid for måling 11:22 13:14 14:37 11:22 13:14 14:37 Rør m 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 Temperatur frem 51,48 60,86 68,88 51,42 60,80 68,83 Temp. Retur 48,29 56,38 63,55 48,90 57,13 64,43 Temp rum 20,00 19,70 20,20 20,00 19,70 20,20 Temp rum korigeret 20,90 20,60 21,10 20,90 20,60 21,10 Vandflow 943,00 935,00 990,00 957,00 954,00 993,00 Afkøling 3,19 4,48 5,33 2,52 3,67 4,40 Aritm. Temp. Dif 28,99 38,02 45,12 29,26 38,37 45,53 samlet Ydelse 3400, , , , , ,00 Ydelse pr. m 283,33 391,67 500,00 225,00 325,00 416,67 Resultat for kurve Aritm. Temp. Dif 28,99 38,02 45,12 29,26 38,37 45,53 Ydelse pr. m 283,33 391,67 500,00 225,00 325,00 416,67 Staldvent W/m 277,70 393,50 482,00 Differens % 25,93 20,51 20,00-23,42-21,08-15,68 Side 10 af 23

11 Sammenligning af varmeydelse SKIOLD / Skov 1½" 600,00 550,00 500,00 450,00 W/m 400,00 350,00 300,00 Skiold 1½ Skov 1½ Potens (Skov 1½) Potens (Skiold 1½) 250,00 200,00 150,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 Aritmetisk temperaturdifferens Side 11 af 23

12 Side 12 af 23

13 Resultatet viser at SKIOLD 1½ ribberør yder 20-25% mere end Skov 1½ ribberør og at Skov ydere 15,7-23,4% mindre end dimensionerende ydelse i Staldvent, og at denne forskel ikke er anderledes end ved 590 l/h. 1½ ribberør SKIOLD/Skov med vandmængde omkring 590 l/h og luftmængde fra m³/h: Forsøgsopstilling som foregående afprøvning. Dato Skiold 1½" Skov 1½" Tid for måling 06:08 05:27 05:07 06:08 05:27 05:07 Rør m 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 Temperatur frem 52,22 61,26 70,60 52,18 61,21 70,50 Temp. Retur 47,28 55,04 62,83 47,97 55,95 63,89 Temp rum 18,90 20,20 20,50 18,90 20,20 20,50 Temp rum korrigeret 19,80 21,10 21,40 19,80 21,10 21,40 Vandflow 597,00 604,00 637,00 594,00 612,00 637,00 Afkøling 4,94 6,22 7,77 4,21 5,26 6,61 Aritm. Temp. Dif 29,95 37,05 45,32 30,28 37,48 45,80 samlet Ydelse 3400, , , , , ,00 Ydelse pr. m 283,33 358,33 466,67 233,33 300,00 400,00 Luftmængde m³/h Resultat for kurve Aritm. Temp. Dif 29,95 37,05 45,32 30,28 37,48 45,80 Ydelse pr. m 283,33 358,33 466,67 233,33 300,00 400,00 Staldvent W/m Differens ydelse % 21,43 19,44 16,67 Differens luft % -27,20-34,54-47,09 Sammenligning af varmeydelse ved forskellig lufthastighed 500,00 450,00 400,00 W/m 350,00 300,00 250,00 Skiold 1½ lav vandm. og høj lufthastighed Skov 1½ lav vandm. og høj lufthastighed Skiold 1½" lav vandm. og lufthastighed Skov 1½" lav vandm. og lufthastighed 200,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 Aritmetis temperaturdifferens Side 13 af 23

14 Resultatet viser at ribberørene tilnærmelsesvis yder det samme ved de to luftmængder. Dette viser at forsøgsopstillingen ikke påvirkes af forskellige lufthastigheder og at resultaterne derfor godt kan sammenlignes selvom ventilationsmængden er forskellig. 1½ ribberør SKIOLD/Meinertz: Skiold 1½ Meinertz 1½ Foto: Forsøgsopstilling med SKIOLD og Meinertz 1½ ribberør Dato Skiold 1½" Meinertz 1½" Tid for måling 05:45 06:19 06:50 05:45 06:19 06:50 Rør m 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 Temperatur frem 64,09 61,10 51,30 64,15 61,17 51,30 Temp. Retur 58,80 56,22 47,80 60,87 58,35 49,30 Temp rum 20,50 20,00 19,10 20,50 20,00 19,10 Temp rum korrigeret 21,40 20,90 20,00 21,40 20,90 20,00 Vandflow 1000,00 982,00 943, ,00 986,00 943,00 Afkøling 5,29 4,88 3,50 3,28 2,82 2,00 Aritm. Temp. Dif 40,05 37,76 29,55 41,11 38,86 30,30 samlet Ydelse 5900, , , , , ,00 Ydelse pr. m 491,67 450,00 308,33 308,33 258,33 175,00 Resultat for kurve Aritm. Temp. Dif 40,05 37,76 29,55 41,11 38,86 30,30 Ydelse pr. m 491,67 450,00 308,33 308,33 258,33 175,00 Staldvent W/m Differens % 59,46 74,19 76,19 Side 14 af 23

15 Sammenligning af varmeydelse SKIOLD / Meinertz 1½" 700,00 600,00 500,00 W/m 400,00 300,00 Skiold 1½" Meinertz 1½" Potens (Skiold 1½") Potens (Meinertz 1½") 200,00 100,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 Aritmetisk temperaturdifferens Resultatet viser at SKIOLD 1½ ribberør yder 60-76% mere end Meinerts 1½ ribberør. 1 ribberør SKIOLD/Skov: Skiold 1 Skov 1 Foto: Forsøgsopstilling med SKIOLD og Skov 1 ribberør Side 15 af 23

16 Dato Skiold 1" Skov 1" Tid for måling 01:50 02:28 02:59 01:50 02:28 02:59 Rør m 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 Temperatur frem 69,10 61,44 51,05 69,12 61,36 50,98 Temp. Retur 63,17 55,44 46,96 64,70 56,71 47,86 Temp rum 20,40 19,40 19,40 20,40 19,40 19,40 Temp rum korrigeret 21,30 20,30 20,30 21,30 20,30 20,30 Vandflow 615,00 482,00 478,00 626,00 486,00 486,00 Afkøling 5,93 6,00 4,09 4,42 4,65 3,12 Aritm. Temp. Dif 44,84 38,14 28,71 45,61 38,74 29,12 samlet Ydelse 4100, , , , , ,00 Ydelse pr. m 341,67 275,00 183,33 258,33 208,33 141,67 Luftmængde m³/h Resultat for kurve Aritm. Temp. Dif 44,84 38,14 28,71 45,61 38,74 29,12 Ydelse pr. m 341,67 275,00 183,33 258,33 208,33 141,67 Staldvent W/m 329,80 267,90 185,20 Differens % 32,26 32,00 29,41-27,66-28,59-30,73 Sammenligning af varmeydelse SKIOLD / Skov 1" 500,00 450,00 400,00 350,00 W/m 300,00 250,00 200,00 Skiold 1" Skov 1" Potens (Skiold 1") Potens (Skov 1") 150,00 100,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 Aritmetisk temperaturdifferens Side 16 af 23

17 Side 17 af 23

18 Resultatet viser at SKIOLD 1 ribberør yder 28-32% mere end Skov 1 ribberør og at Skov ydere 28-31% mindre end dimensionerende ydelse i Staldvent. 1 ribberør SKIOLD/Proseed: Skiold 1 Proseed 1 Foto: Forsøgsopstilling med SKIOLD og Proseed 1 ribberør. Side 18 af 23

19 Dato Skiold 1" Proseed 1" Tid for måling 01:32 02:20 03:03 01:32 02:20 03:03 Rør m 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 Temperatur frem 69,70 59,70 49,90 69,70 59,75 49,90 Temp. Retur 63,70 54,60 46,50 65,10 56,10 47,37 Temp rum 20,70 19,40 18,90 20,70 19,40 18,90 Temp rum korrigeret 21,60 20,30 19,80 21,60 20,30 19,80 Vandflow Afkøling 6,00 5,10 3,40 4,60 3,65 2,53 Aritm. Temp. Dif 45,10 36,85 28,40 45,80 37,63 28,84 samlet Ydelse Ydelse pr. m 341,67 275,00 183,33 266,67 200,00 141,67 Luftmængde m³/h Resultat for kurve Aritm. Temp. Dif 45,10 36,85 28,40 45,80 37,63 28,84 Ydelse pr. m 341,67 275,00 183,33 266,67 200,00 141,67 Differens % 28,13 37,50 29,41 Sammenligning af varmeydelse SKIOLD / Proseed 1" 400,00 350,00 300,00 W/m 250,00 200,00 Skiold 1" Proseed 1" Potens (Proseed 1") Potens (Skiold 1") 150,00 100,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 Aritmetisk temperaturdifferens Resultatet viser at SKIOLD 1 ribberør yder 28-37% mere end Proseed 1 ribberør. Side 19 af 23

20 1 ribberør SKIOLD/Meinertz: Skiold 1 Meinertz 1 Foto: Forsøgsopstilling med SKIOLD og Meinertz 1 ribberør Dato Skiold 1" Meinertz 1" Tid for måling 03:52 04:16 04:41 03:52 04:16 04:41 Rør m 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 Temperatur frem 67,65 60,78 51,23 67,80 60,87 51,29 Temp. Retur 61,90 55,80 47,60 63,26 57,22 48,74 Temp rum 20,30 19,60 18,80 20,30 19,60 18,80 Temp rum korrigeret 21,20 20,50 19,70 21,20 20,50 19,70 Vandflow 594,00 590,00 583,00 608,00 597,00 594,00 Afkøling 5,75 4,98 3,63 4,54 3,65 2,55 Aritm. Temp. Dif 43,58 37,79 29,72 44,33 38,55 30,32 samlet Ydelse 3800, , , , , ,00 Ydelse pr. m 316,67 275,00 200,00 258,33 208,33 141,67 Luftmængde m³/h Resultat for kurve Aritm. Temp. Dif 43,58 37,79 29,72 44,33 38,55 30,32 Ydelse pr. m 316,67 275,00 200,00 258,33 208,33 141,67 Differens % 22,58 32,00 41,18 Side 20 af 23

21 Sammenligning af varmeydelse SKIOLD / Meinertz 1" 400,00 350,00 W/m 300,00 250,00 200,00 150,00 Skiold 1" Meinertz 1" Potens (Meinertz 1") Potens (Skiold 1") 100,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 Aritmetisk temperaturdifferens Resultatet viser at SKIOLD 1 ribberør yder 22,5-41,2% mere end Meinertz 1 ribberør. Deltarør: Deltarør Foto: Forsøgsopstilling af Deltarør Side 21 af 23

22 Dato Deltarør Tid for måling 23:51 00:36 01:21 Rør m 12,00 12,00 12,00 Temperatur frem 67,57 57,86 48,80 Temp. Retur 64,27 54,99 46,70 Temp rum 18,60 18,80 18,30 Temp rum korrigeret 19,50 19,70 19,20 Vandflow 482,00 428,00 432,00 Afkøling 3,30 2,87 2,10 Aritm. Temp. Dif 46,42 36,73 28,55 samlet Ydelse 1800, , ,00 Ydelse pr. m 150,00 108,33 83,33 Luftmængde m³/h Resultat for kurve Aritm. Temp. Dif 46,42 36,73 28,55 Ydelse pr. m 150,00 108,33 83,33 Differens % Sammenligning af varmeydelse Deltarør W/m 200,00 180,00 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 Aritmetisk temperaturdifferens Deltarør Potens (Deltarør) Resultatet viser at Deltarør yder 85 W/m ved en aritmetisk temperatur differens på 30 C og 148 W/m ved en aritmetisk temperatur differens på 45 C, hvilket er 50-60% af varmeydelsen for SKIOLD 1 ribberør. Side 22 af 23

23 Konklusion: Konklusionen på denne afprøvning er at SKIOLD har de mest effektive varmerør. SKIOLD 1½ er fra 16-76% mere effektiv en de øvrige og SKIOLD 1 ribberør er 22-37% bedre end de øvrige 1 ribberør samt % mere effektiv end Deltarør. Afprøvningen viser også at Skov ribberør ikke lever op til den varmeydelse som beregnes i Staldvent. Skovs 1½ ribberør yder 15-24% mindre end Staldvent beregner og Skovs 1 ribberør yder 28-31% mindre end Staldvent beregner. Side 23 af 23