Naturlig ventilation med varmegenindvinding og køling

Transkript

1 Naturlig ventilation med varmegenindvinding og køling Morten S. Christensen og Olaf B. Jørgensen, Esbensen Rådgivende Ingeniører Pia Rasmussen og Søren Ø. Jensen, Teknologisk Institut Jan Guldhammer og Iver H. Iversen, IKM A/S Per Heiselberg, SBI Aalborg Universitet EFP

2

3 Indhold 1 Indledning Resumè Abstract Baggrund for NVVK-konceptet En kort introduktion til varmepumper og køleprocesser Bæredygtig køling Naturlig ventilation IKM's VL-serie Varmeveksler med lavt tryktab Beskrivelse af NVVK koncept og styrestrategi Opbygning af NVVK-konceptet Styrestrategi for NVVK-konceptet Styring af luftmængde og køling Vigtige drifts - og økonomiparametre i NVVK - systemet Resultater af forsøg og test Ydelse af og tryktab over ovalrørsvarmeveksleren Overførsel af varme fra afkastluften til ovalrørsveksleren Overførsel af varme fra ovalrørsveksleren til afkastluften Beregninger vs. målinger Tryktab over ovalrørsvarmeveksleren Ydelse af varmepumpen Køleydelse og tryktab over modificeret friskluft enhed Varierende fremløbstemperatur på væske fremløb Varierende flow, luftmængde Varierende frisklufttemperatur Trykfald over friskluft enheden Beregning af NVVK - princippets ydelse sammenlignet med andre ventilationsprincipper Valg af bygningstyper Modellering af NVVK - princippet... 39

4 7.2.1 Modellering af brutto varmeforbrug til varmeanlægget, køling og vigtige ventilationsparametre Modellering af brutto varmtvandsforbrug Modellering af varmepumpens elforbrug Modellering af elforbrug til back up ventilator Modellering af andre ventilationsprincipper Opbygning af simuleringsmodeller Resultater af simuleringsmodeller Sportshal Sportshal uden køling og med NVVK-ventilationsstyring: Sportshal med køling og med NVVK-ventilationsstyring Sportshal sammenligning mellem ventilationsalgoritmer Fællesstue i plejehjem Fællesstue i plejehjem uden køling Fællesstue i plejehjem med køling Daginstitution Daginstitution uden køling Daginstitution med køling Kontor Kontor uden køling Kontor med køling Etableringsomkostninger Etableringsomkostninger for NVVK NVVK sammenlignet med konventionelle varme og ventilationssystemer Potentiale for NVVK Anvendelsesområde og praktisk implementering af NVVK Potentiale for NVVK i nye bygninger Indtastning af NVVK i Be Potentiale for NVVK i eksisterende bygninger Alternative systemkonfigurationer Varmepumper med andre former for energiforsyning... 87

5 Fremtidig udvikling af varmepumper NVVK kombineret med termoaktive konstruktioner NVVK2 demonstrationsprojekt i en sportshal Konklusion Referencer Bilag Beskrivelse af NVVK ventilationsalgoritme Model til beregning af elforbrug til varmepumpe og tilskudsvarme Beskrivelse af forsøgsopstilling for test af afkastveksler Særlige omstændigheder og problemstillinger ved forsøg Opbygning af BSim modeller Sportshal Kontor Plejehjem Daginstitution Beregning af elforbrug til back up ventilation Statistisk beregning af naturlige drivkræfter Beregning af årligt energiforbrug til ventilator ved hybrid ventilation Maksimalt tryktab og naturlig ventilation Resultater af beregning på de 4 bygningstyper Baggrundstal for økonomiberegning på etableringsøkonomi

6

7 1 Indledning Denne rapport afslutter projektet Naturlig Ventilation med Varmegenindvinding og Køling (NVVK) finansieret af EFP midlerne (J. nr. ENS ). Projektet er udført i samarbejde mellem Teknologisk Institut, IKM A/S, Esbensen Rådgivende Ingeniører og Aalborg Universitet. Valget af naturlig ventilation som ventilationsmetode har fordele pga. det lave elforbrug til lufttransport, lave installationsomkostninger og æstetiske fordele (ingen kanalføring er nødvendig). Pga. det lave drivtryk har det hidtil ikke været muligt at finde en kommercielt tilgængelig løsning med varmegenindvinding på afkastluften, hvilket med det nuværende bygningsenergireglement - gør naturlig ventilation til en mindre favorabel løsning pga. et højere netto energiforbrug end de alternative løsninger på markedet. Derudover er det vanskeligt at ventilere med høje luftmængder med naturlig ventilation, ligesom det heller ikke er muligt at køle på indtagsluften. Dette gør, at konceptet ofte bliver fravalgt. Rapporten beskriver de teoretiske overvejelser og beregninger på et koncept (NVVK konceptet), som kan genanvende varmen i afkastluften fra naturlig ventilation Derudover gør NVVK - konceptet det også muligt at anvende overskudsvarmen fra køling af indtagsluften. Konceptet bygger på ventilationsfirmaet IKM s VL serie, som kombineres med en lavtryks luft-til-væske varmeveksler udviklet af Teknologisk Institut. For at underbygge teorien er der foretaget laboratorieforsøg med de vigtigste komponenter i konceptet. Teori og forsøg er blevet anvendt til at opbygge en beregningsmodel, som kan udregne konceptets totale energiforbrug, driftsøkonomi samt etableringsøkonomi. Beregningsmodellen er blevet anvendt til at udregne på disse parametre for forskellige bygningstyper og forskellige konventionelle ventilationssystemer. Der er derefter givet anvisninger på, hvordan NVVK konceptet kan anvendes i nybyggeri og renovering og en aktuel renoveringssag med installation af NVVK konceptet er beskrevet. Endvidere er der gjort rede for, hvordan konceptet kan videreudvikles. 1

8 2 Resumè I nærværende projekt er der udviklet et koncept om naturlig ventilation med varmegenindvinding og køling (i det følgende benævnt NVVK). Via udvikling, laboratorieforsøg og simulering på 4 bygningstyper (sportshal, kontor, fællesstue i plejehjem og en daginstitution) er det dokumenteret, at det kan lade sig gøre at genindvinde varmen fra afkastluften fra naturlig ventilation og anvende den til forvarmning af indtagsluft, opvarmning af brugsvand og rumopvarmning. Ligeledes er det dokumenteret, at der kan køles aktivt på indtagsluften ved naturlig ventilation og at al den udvundne varme herfra kan anvendes til opvarmning af varmt brugsvand. Endvidere har NVVK et bredere anvendelsesområde end traditionel naturlig ventilation, idet det udover de ovennævnte muligheder - er muligt at anvende back up ventilation med en udsugningsventilator med et meget lavt elforbrug samt ventilere med høje luftmængder. Derudover er placering af afkaståbning ikke afhængig af vindretningen i NVVK. Simuleringerne viste, at det udviklede koncept potentielt er energimæssigt fordelagtigt i forhold til energiberegningsmetoden anvendt i det danske bygningsreglement. Sammenlignet med andre konventionelle ventilationssystemer på markedet (balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding, naturlig ventilation og mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften) har NVVK et netto energiforbrug, der er op til 40 % mindre. Det lavere energiforbrug giver anledning til en lavere driftsøkonomi op til 33 % sammenlignet med ovennævnte konventionelle systemer. Beregninger på etableringsøkonomi for de 4 bygningstyper for NVVK og konventionelle ventilationssystemer viste højere etableringsomkostninger for NVVK end for traditionel naturlig ventilation og mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften. Ved mindre luftmængder, under ca m 3 /h, viste NVVK i beregningerne sig dyrere i etablering end balanceret mekanisk ventilation, men over denne grænse var NVVK billigere op til 30 %. Endvidere blev det påvist, at brugen af aktiv køling ved større luftmængder (over m 3 /h) i NVVK kan reducere den nødvendige ventilationsluftmængde og installationsudgifterne uden at forøge nettoenergiforbruget ift. Be06. Rapporten beskriver mulighederne og potentialet for praktisk implementering af NVVK i nybyggeri og hvordan NVVK indregnes i Be06. Herefter beskrives potentialet i at anvende NVVK ifm. renovering, efterfulgt af en skitsering af den fremtidige udvikling af konceptet og hvordan det kan gøres CO 2 neutralt. Derudover beskrives demonstrationsprojektet NVVK2, hvor NVVK - konceptet er ved at blive implementeret i sportshallen Diamanten i Fynshav. I forbindelse med projektet er der blevet udviklet en hjemmeside, hvor det er muligt at hente yderligere information om projektet og danne sig et overblik over NVVK konceptets potentiale indenfor energibesparelse, arkitektur og økonomi. 2

9 3 Abstract In the present project, a concept combining natural ventilation with heat recovery and cooling has been developed (in the following named NVHC). Through development, laboratory tests and simulation on 4 types of buildings (Sports hall, office, common room in nursing home and a kindergarten), it has been demonstrated, that the heat from the exhaust air can be recovered and used for heating the inlet air, hot tap water and room heating. Furthermore, it has been demonstrated, that the inlet air can be precooled in natural ventilation and that the recovered heat from the process can be used for hot tap water. Besides that, NVHC has a wider area of use than traditional natural ventilation, since besides the advantages listed above it is possible to use forced ventilation for back up and ventilate with high air rates. Finally, the placing of the outlet openings is independent of the wind direction in NVHC. Through simulations, the developed concept has proven itself to be energy efficient taken the Danish energy building regulations in account. Compared with other conventional ventilation systems (balanced mechanical ventilation with heat recovery, natural ventilation and mechanical exhaust with a heat pump on the outlet air), NVHC has a net energy consumption, which is up to 40 % lower. The low energy consumption causes a low operating cost up to 33 % compared to conventional ventilation systems. Calculations on the establishment costs for the 4 types of buildings showed higher costs for NVHC compared to conventional natural ventilation and mechanical exhaust with a heat pump on the outlet air. At small airflows (around 3,000 m 3 /h), NVHC was more expensive than balanced mechanical ventilation with heat recovery, but above this limit, NVHC was up to 30 % cheaper. Furthermore, it has been demonstrated, that the use of precooling of the inlet air at high ventilation rates (above 10,000 m 3 /h) in NVHC can reduce the necessary max. ventilation rate and establishment costs without increasing the net energy consumption calculated in Be06 (Danish calculation program for calculation the net energy consumption in new buildings). The report lists up the possibilities of practical implementation of NVHC in new buildings and how to use NVHC in the Be06 program. Furthermore, the potential of using NVHC in renovation is described followed by a description of the possible future development of the concept and how it can be made CO 2 neutral. The demonstration project NVHC2 is described, where the NVHC is currently implemented in the sports hall Diamanten in Fynshav. In connection to the project, a home page has been established, where more information can be achieved. 3

10 4 Baggrund for NVVK-konceptet Dette afsnit vil gennemgå baggrunden for principperne i NVVK konceptet. Først gennemgås princippet i en Carnot proces efterfulgt af en gennemgang af tankegangen i bæredygtig køling. Derefter gennemgås fysikken i naturlig ventilation efterfulgt af en forklaring af virkemåden bag IKM s VL produktserie. Dernæst følger en beskrivelse af en luft-til-væske varmeveksler med lavt tryktab på luftsiden udviklet af Teknologisk Institut. 4.1 En kort introduktion til varmepumper og køleprocesser Da varmepumpe og køling begge er vigtige elementer i NVVK konceptet, er det på sin plads med en ganske kort forklaring af Carnot processen, der anvendes i begge teknologier. I Carnot processen udnyttes det fænomen, at væskers kogepunkt falder ved faldende tryk samt at væske ved fordampning trækker varme ud af omgivelserne og tilfører omgivelserne varme ved kondensering. Forneden er Carnot processen skitseret for en jordvarmepumpe, som forsyner et varmeanlæg: Figur 4-1: Carnot processen anvendt i en jordvarmepumpe (kilde: Fordamperbeholderen til venstre i har et meget lavt tryk indvendigt, hvilket gør, at væsken i beholderen (en HFC-forbindelse) har et lavt kogepunkt under 0 C. Væsken i jordslangerne (også kaldet brinen), der er snoet rundt om fordamperbeholderen, har en indgangs temperatur på 2 C, hvilket får HFC-forbindelsen i beholderen til at fordampe. Ved faseovergangen fra væske til damp trækker ammoniakforbindelsen varme ud af brinen i jordvarmeslangerne, som derved køles ned. Efter nedkølingen sendes brinen retur ud i jordslangerne for at blive opvarmet (jorden er ca. 10 C). Efter fordampningen fortsætter ammoniak forbindelsen igennem kompressoren (øverst), hvor den bliver sat under kraftigt tryk - derved hæves temperaturen også, idet al den elektriske energi overført til kompressoren overføres til HFC-forbindelsen i form af varme. 4

11 Kondensatoren er forbundet til varmeanlægget i det pågældende hus, som varmepumpen forsyner. Indgangstemperaturen fra varmeanlægget er i det pågældende tilfælde 40 C og udgangstemperaturen 50 C. Da HFC-forbindelsen nu er sat under højt tryk, er kondenseringstemperaturen også steget og den ligger over temperaturen fra varmeanlægget. Derfor vil ammoniakforbindelsen kondensere og herved afgive varme til væsken i kredsen fra varmeanlægget. Tilsidst ledes HFC-forbindelsen gennem en ekspansionsventil (nederst), hvor trykket falder, og ledes videre til fordamperbeholderen kredsen er dermed sluttet. Carnotprocessen bliver anvendt både til varme og køling. I ovenstående tilfældes tilføres processen energi i form af elektrisk energi, der tilføres kompressoren. Outputtet er varmeenergi i dette tilfælde til et rumvarmeanlæg. Forholdet mellem tilført energi og udvundet energi kaldes effektfaktoren eller COP, der står for Coefficient of Performance: Varmepumper er først indenfor for de sidste 10 år begyndt at blive populær i Danmark. Dette skyldes, at COP efterhånden er blevet så høj, at den effektive varmepris ved anvendelse af en luft eller jordvarmepumpe er blevet konkurrencedygtigt i forhold til olie, naturgas og fjernvarme. Derudover tilgodeser beregningsmetoden i bygningsreglementet (fremover benævnt Be06) også varmepumper. Selvom Be06 multiplicer elforbrug med 2,5 ved beregning af det samlede nettoenergiforbrug, er COP-faktoren for varmepumper så høj, at nettoenergiforbruget samlet reduceres i forhold til bruttoenergiforbruget. Med en typisk COP for jordvarmepumpe 3,5 fås: Altså reduceres nettovarmebehovet med en faktor 0,71 i forhold til bruttovarmebehovet ved anvendelse af en jordvarmepumpe. Carnot processen er også vidt udbredt ved køling og anvendes bl.a. i air condition anlæg, kølelofter, køleskabe og frysere. I dette tilfælde anvendes faktoren EER (Energy Efficient Ratio), der er forholdet mellem udvundet køling og tilført el. Ofte bliver overvarmen ikke genanvendt, men blot udledt til omgivelserne. Næste afsnit beskriver, hvordan overskudsvarmen kan udnyttes. 5

12 4.2 Bæredygtig køling Køling har de sidste par år været ugleset i byggebranchen, idet køling har givet anledning til et højt elektricitetsforbrug og heraf CO 2 belastning og belaster energirammen. Ved traditionel kompressordrevet køling efter Carnot princippet afledes overskudsvarmen fra køleprocessen oftest til omgivelserne og bliver således ikke udnyttet. I NVVK er overskudsvarmen fra køleprocessen ikke længere et spildprodukt, men en ressource, som kan udnyttes til at dække et opvarmningsbehov. I bygninger er der sjældent noget rumvarmebehov samtidigt med et kølebehov, men der vil ofte være et varmt brugsvandsbehov, hvor overskudsvarmen kan udnyttes. Princippet anvendes en del i Asien, men er ikke så udbredt i Danmark. Som eksempel kan dog nævnes TDC Service, hvor serverne er installeret. Den udvundne varme fra køling af serverrummene bliver anvendt til rumopvarmning og produktion af varmt brugsvand. Kriteriet for bæredygtig køling må være, at udnyttelse af varmen fra køleprocessen til et givent opvarmningsformål ikke må give anledning til en større CO 2 belastning end hvis man havde anvendt en anden udbredt varmekilde. Det er derfor her relevant at undersøge, hvilken CO 2 belastning de mest anvendte varmekilder i Danmark giver, se Varmekilde Udledt g CO 2 pr. kwh varme Biomasse (regnes CO 2 neutral) 0 Varmepumpe jord som varmekilde 126 (Gns. COP på 3,5 og CO 2 belastning pr. kwh på 440 g) Fjernvarme 130 Naturgas 205 Fyringsolie 265 Tabel 4-1: Udledning fra forskellige opvarmningsformer (Kilde: Langt de fleste køleprocesser i bygninger kører som en Carnot proces, der også er kendt fra varmepumper. Forholdet mellem antal kwh tilførte el til processen og antal kwh udvunden varme er givet ved formlen: COP for f.eks. en jordvarmepumpe ligger typisk på 3,5, dvs. at processen producerer 3,5 kwh varme for hver kwh el, der bliver tilført. En erfaringsværdi for COP for bygningskøleanlæg, hvor den udvundne varme bliver genanvendt er ikke nem at fastsætte, da der som nævnt ikke er mange anlæg i Danmark. Dog er der hos TDC s anlæg blevet målt en COP på 3, hvilket der vil blive anvendt i de følgende beregninger. Kendes CO 2 belastningen for den tilførte el, kan CO 2 belastningen for en kwh varme leveret fra Carnot processen udregnes ved formlen 6

13 Energinet.dk oplyser, at produktionen af 1 kwh el i Danmark gennemsnitlig giver anledning til udledning af 440 g CO 2. Dvs. at med en COP på 3 vil en kwh varme produceret fra et bygningskøleanlæg give anledning til et udslip på 146 g CO 2. Dette er naturligvis dårligere end biomasse, men kun hhv. 12 % og 14 % dårligere end fjernvarme og jordvarmepumper og langt under CO 2 belastningen fra olie og gas jf.. Da der er frit valg af elselskab i Danmark, kan det argumenteres, om det er retfærdigt at anvende den gennemsnitlige CO 2 belastning for al strøm produceret i Danmark som grundlag for ovenstående beregning. Ejeren af et bæredygtigt køleanlæg kan vælge at købe el fra et elselskab, der udelukkende sælger strøm produceret fra vedvarende energikilder, f.eks. vind, sol eller biomasse. Herved kan CO 2 udslippet for varme produceret fra bæredygtig køling nedbringes til 0 g pr. kwh. I denne forbindelse er det også værd at se på, hvad varmeprisen fra bæredygtig køling vil være sammenlignet med de mest udbredte varmekilder i Danmark, se : Varmekilde Varmepumpe jord som varmekilde (COP på 3,5 og elpris som nedenstående) Biomasse (træpiller) 0,44 Fjernvarme 0,53 Naturgas 0,60 Fyringsolie 0,73 Energi kr. pr. kwh varme (ex. moms) 0,42 Tabel 4-2: Varmepriser for de mest udbredte varmekilder ( og fjernvarmen.dk) Elprisen pr. 1. april 2010 fra DONG ligger på 1,47 kr./kwh. ex. moms. Regnes der fortsat med en COP på 3, giver dette en varmepris på 0,49 kr./kwh, hvilket er konkurrencedygtigt sammenlignet med varmeprisen fra fjernvarme, naturgas og fyringsolie. Med denne besparelse vil det være økonomisk fordelagtigt at investere i bæredygtig køling, såfremt at etableringsomkostningerne samt udnyttelsen af overskudsvarmen også er gunstige. I den forbindelse er det værd at overveje, om man med princippet om bæredygtig køling i mente i fremtiden bevidst skal designe en bygning til aktiv køling, såfremt at der er et varmebehov, som overskudsenergien fra kølingen kan dække. Drifts og etableringsomkostningerne ved en sådan løsning skal naturligvis være fordelagtige frem for alternative løsninger, f.eks. solvarme. Ofte kan aktiv køling undgås ved at ventilere med store luftmængder, men da dette ofte også kræver energi og forøgede etableringsomkostninger, kan aktiv køling være et fordelagtigt alternativ. I visse bygninger eller bygningsafsnit (f.eks. museer, slagterier, supermarkeder, serverrum) kan køling oftest ikke undgås og etableringsomkostninger til et køleanlæg er derfor uomgængelige. 7

14 Såfremt der er et varmebehov, der skal dækkes, skal meromkostningen ved at etablere udnyttelse af overskudsvarmen være fordelagtig frem for andre måder at dække varmebehovet på. Ovenstående udregninger inkluderer ikke den energiafgift, som der pt. bliver pålagt proceskøling og komfortkøling, når overskudsvarmen bliver anvendt til rumopvarmning og/eller varmt brugsvand. Denne afgift udgør desværre ofte en forhindring af etablering af sådanne anlæg og der ligger et væsentlig varmebesparelsespotentiale, som ikke bliver udnyttet pga. denne afgift. 4.3 Naturlig ventilation Naturlig ventilation benytter sig af to fysiske principper: Termisk opdrift og vindinduceret trykforskel. Ved termisk opdrift stiger den varme luft i en given bygning til vejrs, mens den kolde samler sig i bunden grundet densitetsforskellen på kold og varm luft. Dette giver en trykgradient internt i bygningen, hvor lufttrykket falder med bygningens højde. Samtidig falder det omgivende atmosfæriske lufttryk med højden. Da trykgradienten internt i bygningen er større end trykgradienten for det eksterne atmosfæriske tryk, vil der nederst i bygningen være et undertryk i forhold til det atmosfæriske tryk og omvendt øverst i bygningen. I en given højde vil indeluften s tryk være det samme som det atmosfæriske dette kaldes neutralplanet. Trykforskellene giver mulighed for naturlig ventilation: Udeluft vil strømme ind i bygningen gennem åbninger placeret under neutralplanet og indeluft vil strømme ud gennem åbninger placeret over neutralplanet. Højde Overtryk Neutralplan Tryk i bygning Atmosfærisk tryk Tryk Figur 4-2: Naturlig ventilation med termisk opdrift Undertryk 8

15 Den termiske opdrift forøges, jo større afstand der er mellem indtags og afkaståbningerne. Derudover øges den termisk opdrift også med øget temperaturdifferens mellem inde og udetemperatur. Ved det vindinducerede trykforskel udnyttes det fænomen, at vinden skaber et overtryk på luvsiden af bygningen og et undertryk på taget samt læsiden af bygningen. Herved skabes der basis for at drive udeluft igennem bygningen og hermed ventilere denne. Figur 4-3: Naturlig ventilation med vindinduceret drivtryk Ved projektering af naturlig ventilation anvendes ofte begge principper. Fordelen ved naturlig ventilation er, at der ikke anvendes energi til at drive luften igennem bygningen. Ydermere er der potentiale for at reducere bruttoetagehøjden i forhold til balanceret mekanisk ventilation, da der ikke skal anvendes plads til kanaler og deraf nedhængte lofter. Derudover har brugerne af en naturlig ventileret bygning ofte selv indflydelse på deres eget indeklima, idet de f.eks. kan åbne og lukke et vindue efter behov. Ulemperne er, at der er et begrænset drivtryk - mere end 30 Pa må ikke kunne forventes. Dette gør det praktisk taget umuligt at anvende varmegenindvinding med en traditionel varmeveksler som det kendes fra balanceret mekanisk ventilation, idet denne ofte har et tryktab på mere end 100 Pa. Derudover er det i princippet heller ikke muligt at køle på indtagsluften, da den termiske opdrift om sommeren er lav pga. den lave temperaturdifferens mellem ude og inde. Dette gør, at en køleflade på indtagsluften vil give et for stort tryktab i forhold til størrelsen af det naturlige drivtryk. 9

16 Naturlig ventilation er derfor praktisk mest velegnet til bygninger med høje, store og åbne rum og lav varmebelastning. På driftssiden er naturlig ventilation sammenlignet med balanceret mekanisk ventilation - et godt valg, når varmeprisen er lav og elektricitetsprisen høj. 4.4 IKM's VL-serie Det danske firma IKM A/S har udviklet en ventilationsenhed (VL-serien) der kan udnytte varmeenergien fra afkastluften og overføre denne til centralvarme og varmt brugsvand. Indeluften suges ud via en ventilator og passerer fordampersiden på en varmepumpe, hvorved luften køles ned. På kondensatorsiden af varmepumpen overføres varmen til centralvarmesystemet og/eller varmtvandsbeholderen. Princippet er illusteret i nedenstående diagram Figur 4-4: Varmesystem med IKM s VL serie ( Driftsmæssige erfaringer viser, at den gennemsnitlige COP faktor for varmepumpen i VL serien ofte ligger på over 5, hvilket gør systemet konkurrencedygtigt med andre ventilationssystemer på markedet mht. energiforbrug og driftsøkonomi. Fordelen ved princippet er især, at afkastluftens varmeenergi kan udnyttes hele året og at der sammenlignet med balanceret mekanisk ventilation skal trækkes færre kanaler. 4.5 Varmeveksler med lavt tryktab Som nævnt i afsnit 4.3 er det normalt forbundet med vanskeligheder at anvende en varmeveksler i naturlig ventilation grundet det lave drivtryk og det store tryktab over varmeveksleren. Men dette 10

17 problem kan undgås med et alternativt design: Hvis en rørvarmeveksler opbygges med ovale rør i stedet for almindelige runde rør opnås fordele i form af lavere tryktab og i nogen grad forbedret varmeovergang. Forklaringen herpå er illustreret i nedenstående figur. Figur 4-5: Strømning over runde rør sammenlignet med strømning over ovale rør. Figuren viser strømningsmønsteret for luften over et tværsnit af de to rørtyper. For det runde rør vil luftstrømningen skabe stagnation på bagsiden, som giver tryktab. For det ovale rør vil luftstrømningen følge overfladen bedre og derved reduceret tryktab. I EFP projektet Komponenter til naturlig ventilation Del II Luft-til-væske varmeveksler (EFP, J.nr. 1213/ ) udført af Teknologisk Institut blev det dokumenteret,, at ovale rør sammenlignet med runde rør har ca. 15 % bedre varmeovergang, samtidig med at ventilator elforbruget reduceres med 25 %. Derudover har samme projekt afdækket, at ovalrørsvekslere har 60 % bedre volumenspecifik termisk ydelse sammenlignet med rundrørsvekslere. I samme projekt blev der udført test og beregninger på et system med ovale rør. Projektet analyserede et system bestående af væskekoblede vekslere med ovale rør, hvor varmen fra afkastveksleren blev overført direkte til indtagsveksleren. Disse tests viste særdeles gode resultater for både tryktab og vekslereffektivitet. Desuden benyttes en veksler, hvor rørene er placeret bag hinanden og ikke forskudt for igen at minimere tryktabet mest muligt. De runde rør er langt de mest almindelige på markedet. Der kan være lidt større omkostninger forbundet med sammenføjningerne af de ovale rør, hvorfor de kan være noget dyrere. 11

18 5 Beskrivelse af NVVK koncept og styrestrategi 5.1 Opbygning af NVVK-konceptet I NVVK konceptet anvendes afkastluftens varmeenergi ved naturlig ventilation ved at kombinere ovalrørsvarmeveksleren beskrevet i afsnit 4.5 med princippet i IKM s VL-serie beskrevet i afsnit 4.4 I praksis placeres ovalrørsvarmeveksleren i luftafkastet i et naturligt ventileret lokale. Gennem veksleren løber en cirkulerende kold væske (5 10 C), som bliver opvarmet af den varme afkastluft, som passerer gennem veksleren. Veksleren er designet således, at tryktaber ikke overstiger mere end 5 Pa og herved kan luften passere igennem med det naturlige drivtryk. Væskekredsen er forbundet til en varmepumpe, som nedkøler den cirkulerende væske og overfører den udvundne varme til varmesystemet i den pågældende bygning. Figur 5-1: NVVK princip diagram, vinter/forår/efterår situation - varmeoverførsel fra afkastluft til varmesystem Princippet forudsætter, at varmeveksleren dimensioneres med så lavt et tryktab, at luften kan passere igennem med det naturlige drivtryk, der er tilgængeligt i den pågældende bygning, samt at afkastluften kan køles tilstrækkeligt ned normalt til 5 C, som det normalt sker i IKM s VL serie. Derudover skal der være et samspil mellem varmepotentialet fra afkastluften og varmebehovet i det pågældende lokale eller bygning, hvor NVVK systemet er implementeret. På kolde dage, hvor udetemperaturen er lav (f.eks. under 0 C), vil lokalet have et netto varmebehov, idet der ikke er 12

19 varme nok i afkastluften til at opvarme selve lokalet og rummet skal derfor have tilført varme udefra. Omvendt kan lokalet på varme dage have et netto varmeoverskud, dvs. at afkastluften potentielt kan levere mere varme end lokalet skal anvende. Herved kan lokalet eksportere varme til resten af bygningen. Er der behov for køling i det pågældende lokale, kan den cirkulerende væskekreds fra varmepumpen ledes hen til en luftforkøleflade, køleloft, termoaktiv konstruktion ol. Den ekstraherede varme fra kølingen bliver via varmepumpen overført til varmesystemet i bygningen og vil som regel blive anvendt til brugsvand, da det sjældent optræder et rumvarmebehov samtidigt med et kølebehov i en bygning. På ses en illustration af princippet. Figur 5-2: NVVK princip diagram, sommer situation: Varmeoverførsel fra indtagsluft, køleloft, termoaktiv konstruktion mm. og videre til varmt brugsvand Principdiagrammet nedenunder skitserer, hvorledes et komplet NVVK system ser ud: 13

20 Luftafkast med ovalrørsvarmeveksler 2 Varmt vandsbeholder Buffertank, rumvarme Varmepumpe Buffertank, kølevand Figur 5-3: Principtegning af NVVK - koncept Buffertanken til varme er indført af flere årsager: Varmesystemet i en given bygning er ofte dimensioneret efter et temperatursæt på 70/40. Da varmepumpen kører mest økonomisk med en lav fremløbstemperatur, vil det være fordelagtigt, at varmepumpen kun hæver fremløbstemperaturen til C og en sekundær opvarmningskilde derefter hæver fremløbstemperaturen yderligere, hvis det er nødvendigt. Derudover giver buffertanken mulighed for at gemme varme til senere brug. Såfremt at der om dagen er et mindre varmebehov i bygningen end den potentielle varmemængde, der kan trækkes ud af afkastluften, kan varmen opbevares til om natten. F.eks. hvis ventilationen slukkes om natten for at spare på varmen. Buffertanken til kølevand forsyner kølesystemet, fortrinsvist til rumkøling eller køling af indtagsluften. Buffertanken gør det muligt at udnytte den ekstraherede varme fra nedkøling af buffertanken til andet formål, f.eks. rumvarme andetsteds i bygningen eller opvarmning af brugsvand. Systemet kan køre i 3 tilstande: 1. Afkøling af afkastluft og varmetilførsel til rumvarme og/eller varmt brugsvand. 2. Afkøling af indtagsluft, køleloft eller termoaktiv konstruktion og varmetilførsel til rumvarme el. varmt brugsvand. 3. Afkøling af indtagsluft, køleloft eller termoaktiv konstruktion og varmeoverførsel til afkastluften. 14

21 Ventilerne nummeret 1 og 2 på er 3 vejs ventiler, som gør det muligt at skifte mellem de tre tilstande. Ventilerne nummeret 3 5 er én-vejs ventiler, som sørger for, at væskestrømmene ikke løber i den gale retning. Nedenstående figurer 5.4, 5.5 og 5.6 viser strømmene af varme og kolde væsker i de forskellige tilstande. Den kolde kreds er markeret med blåt, mens den varme kreds er markeret med rødt. Inaktive kredsløb er markeret med stiplede linier. 10 C (TI s 2 varmevek sler) 50 C 5 C Afkøling af afkastluft og varmetilførsel til rumvarme og/eller varmt brugsvand. andsb ehold er Varmt vandsbeholder Buffertank, rumvarme tank, rumvarme Varmepumpe 30 C 1 Luftafkast med ovalrørsvarmeveksler Buffertank, kølevand Figur 5-4: NVVK koncept med overførsel af varme fra luftafkast til rumvarme og/eller varmt brugsvand med et eksempel på temperatursæt. Denne tilstand kører NVVK konceptet i det meste af tiden, dvs. forår, efterår og vinter, hvor der kun er et varmebehov og ikke et kølebehov. En kold væskekreds cirkulerer mellem varmepumpen og varmeveksleren placeret i luftafkastet og overfører varme fra afkastluften til varmepumpen. Varmepumpen booster temperaturniveauet og overfører varmen videre til en buffertank til rumvarme og/eller brugsvandsbeholderen. 15

22 Luftafkast varme veksler 2 ) 50 C 5 C Afkøling af indtagsluft, køleloft eller termoaktiv konstruktion og varmetilførsel til rumvarme el. varmt brugsvand. eer Varmt vandsbeholder Buffertank, rumvarme Varmepumpe 30 C 10 C Buffertank, kølevand 1 Figur 5-5: Køling og varmetilførsel til rumvarme el. brugsvand med et eksempel på temperatursæt.. På varme dage kan det ske, at der er behov for køling, mens der i andre dele af bygningen kan være behov for rumopvarmning (dog sjældent) eller brugsvandsopvarmning. I denne situation trækkes der varme ud af buffertanken med kølevand, således, at denne holdes kold hele tiden og forsyner kølesystement i den bygning, hvor konceptet er installeret. Via varmepumpen boostes og overføres varmen til brugsvand eller rumvarme. Med dette koncept nyttiggøres den ekstraherede varme fra kølingen og princippet gør det muligt at flytte varme rundt i en bygning. 30 C Luftafkast 2 (TI s varme veksler ) 50 C Varmt vandsbeholder Buffertank, rum varme 5 C 10 C 1 Afkøling af indtagsluft, køleloft eller termoaktiv konstruktion og varmetilførsel til afkastluft Varmepumpe Buffertank, kølevand Figur 5-6: Udelukkende køling med et eksempel på temperatursæt. 16

23 I denne situation er der udelukkende et kølebehov og intet opvarmningsbehov i resten af bygningen. Som i foregående situation trækkes der stadig varme ud af køletanken, men varmen afgives nu til afkastluften i stedet for at blive nyttiggjort i resten af bygningen. Denne driftssituation er naturligvis den energimæssigt mindst favorable, idet der ikke er nogen udnyttelse af overskudsenergien og bør derfor anvendes så lidt som muligt. Nedenstående principdiagram viser, hvorledes NVVK konceptet implementeres sammen med resten af varme og kølesystemet i en bygning. Luftafkast Hovedvarmekilde (gas, fjernvarme, olie. træpillefyr etc) Varmtvandsbeholder Buffertank, rum -varme Varmepumpe Buffertank, kølevand A Varmesystem: Radiator, gulvvarme, termoaktivt dæk, luftforvarmning Kølesystem: Køleloft, splitunits, termoaktivt dæk, køling af indtagsluften B Figur 5-7: NVVK-koncept sammenbygget med resten af varme/køle systemet. Det varme brugsvand og varme til rumopvarmning kan opvarmes yderligere via en varmeveksler eller spiral fra en ekstern varmekilde. Dette sker, når der behøves en høj fremløbstemperatur (ved lave udetemperaturer) og det ikke kan svare sig økonomisk, at varmepumpen varmer buffertanken op til denne temperatur. Derudover leverer hovedopvarmningskilden varme til både varmtvandsbeholderen og varmesystemet, når der ikke kan ekstraheres varme nok ud af afkastluften eller der ikke ventileres. 17

24 3 - vejs ventilerne A og B sørger for at regulere det kolde vand fra buffertanken til kølevand til luftindtag, køleloft, termoaktivt dæk ol. 5.2 Styrestrategi for NVVK-konceptet Styring af luftmængde og køling NVVK-princippet henter sin varmeenergi fra ventilationsluften og den energimængde, som NVVK systemet kan levere, afhænger derfor af ventilationsluftmængden i den pågældende bygning og rum, hvor NVVK er implementeret. Ventilationsluftmængden er afhængig af et tilfredsstillende indeklima. I langt de fleste bygningstyper ventileres der efter et tilfredsstillende CO 2 indhold samt temperaturniveau Om vinteren/tidligt forår/sent efterår ventileres der som regel efter CO 2 niveauet, der iflg. DS 474 helst skal være under 1000 ppm. Om sommeren ventileres der for at undgå overtemperaturer. DS 474 anbefaler max. 100 timer over 26 grader og max. 25 timer over 27 grader for arbejdspladser. Om sommeren kan der være god ræson i at ventilere ekstra, såfremt udetemperaturen er så tilstrækkelig høj, at der ikke skal anvendes forvarmning af indtagsluften og der er et samtidigt varmebehov til dækning af varmt brugsvand. Til NVVK konceptet er der i forbindelse med dette projekt blevet udarbejdet en ny ventilationsalgoritme for styring af indblæsningsluftmængden og temperatur efter inde og udetemperatur. Sammenlignet med en traditionel VAV styringsalgoritme anvender NVVK algoritmen mindre aktiv køling ved at regulere indblæsningsluftmængden efter udetemperaturen. Kort beskrevet styres der efter følgende principper: Ved behov for rumopvarmning Hvis udetemperaturen er højere end indetemperaturen, forøges luftmængden, idet udeluften hermed kan bidrage til opvarmning. Indblæsningstemperatur følger udetemperatur og der anvendes ikke forvarmning. Hvis udetemperaturen er lavere end indetemperaturen, holdes luftmængden på et niveau, der er tilstrækkeligt til at opretholde et tilfredsstillende CO 2 niveau. Indblæsningstemperatur forvarmes til et niveau, hvor trækgener undgås. Ved behov for rumkøling Er udetemperaturen lavere end indetemperaturen men over minimum indblæsningstemperatur vil der ikke opstå trækgener hvis luftmængden øges, og der skal ikke tilføres varme for at holde temperaturen på minimum. Det betyder at luftmængden gerne må øges for at udnytte udeluftens kølepotentiale. Indblæsningstemperaturen er lig udetemperaturen. Denne form for køling er den mest energivenlige, idet der ikke skal bruges 18

25 energi til andet end lufttransport såfremt naturlig ventilation ikke er tilstrækkelig. I denne situation kan man i praksis bypasse forvarmeflader og i stedet benytte åbning af vinduer. Er udetemperaturen lavere end minimumsindblæsningstemperaturen øges luftmængden og der forvarmes for at undgå træk. Denne form for køling er den næstmest økonomiske, idet en begrænset opvarmning ikke koster ret meget energi. Er udetemperaturen højere end rumtemperaturen vil en øget luftmængde betyde yderligere behov for køling. Luftmængden holdes derfor på et minimum og der køles aktivt på indblæsningsluften. Indblæsningstemperaturen afgøres med en ønsket maks. differenstemperatur (f.eks. 6 grader) mellem rumtemperatur og indblæsningstemperatur. Fremløbstemperaturen på kølevandet holdes så vidt muligt over dugpunktstemperaturen for at undgå kondensdannelse. Setpunktet for køling sættes lavere i NVVK - ventilationsstyringen end i VAV - styringen. Normalt sættes setpunktet for køling i VAV- styringen til omkring 25 C, men i NVVK - styringsalgoritmen sættes dette til C. I NVVK - styringen luftes der (medmindre udetemperaturen er over indetemperaturen) først kraftigt ud og så lidt mindre kraftigt med stigende indetemperatur, men uden at køle aktivt på indtagsluften. Hvis udetemperaturen overstiger indetemperauren, drosles luftmængden ned til et minimum som beskrevet foroven. Er det dette ikke nok, øges luftmængden lidt igen. Med dette princip anvender NVVK-styringen mere varme til at opvarme indblæsningsluften end VAV styringen. Til gengæld reduceres brugen af aktiv køling på indblæsningsluften, idet det ventilerede rum køles ned præventivt. Forskellen er forsøgt vist i nedenstående figurer 19

26 Luftflow Luftflow Ventilation øges kraftigt ved overskridelse af kølesetpunkt (22 C) og når udetemperaturen er under indetemperaturen. Om nødvendig forvarmes indtagsluften for at undgå træk Grundventilation Grundventilation Hvis udetemperaturen kommer over indetemperaturen, reduceres luftmængden til minimum og der køles aktivt på indtagsluften. 22 C 25 C 27 C Indetemperatur Figur 5-8: Luftstyring med NVVK-algoritme Når udetemperatur er under indetemperatur, forøges luftmængde kraftigt Når udetemperatur er over indetemperatur (eller over ønsket indblæsningssetpunkt) forøges både luftmængde og køling trin for trin 22 C 25 C 27 C Indetemperatur Figur 5-9: Luftstyring med traditionel VAV--algoritme Ved at ventilere kraftigt allerede ved 22 C minimeres eller undgås helt aktiv køling med NVVK - styringen, idet bygningens termiske masse undgår at blive opvarmet. Der anvendes noget ekstra energi på forvarmning på indtagsluften sammenlignet med VAV-styringen, men dette forventes opvejet af det reducerede køleforbrug. 20

27 Derudover styres fremløbstemperaturen på væsken til forvarme/forkøle fladen. Temperaturen af denne reguleres således, at denne er så høj ved køling som muligt og så lav ved forvarmning som muligt. Dette tilgodeser en god COP på varmepumpen. Denne styring er baseret på praktiske forsøg med IKM s friskluft enhed beskrevet i afsnit 6.3 Algoritmerne til styring af luftmængde og fremløbstemperatur af væske med NVVK- styringen er beskrevet yderligere i bilag NVVK - styringen har været indarbejdet i BSim s ventilationsmodul siden sommeren 2008 med navnet NvCoolCtrl. I afsnit beskrives en sammenlignende BSim modellering og energiberegning ved NVVK og VAV-styringen af luftmængden Vigtige drifts - og økonomiparametre i NVVK - systemet NVVK systemet er primært et varmegenindvindingssystem til udnyttelsen af varmeenergien i afkastluften. Derudover er der yderligere mulighed for udnyttelsen af varmeenergien fra køling på indtagsluft eller anden aktiv køling (køleloft, termoaktiv konstruktion, split unit etc.). For at udnytte varmepumpen så effektivt som muligt prioriteres opvarmning af den beholder som kræver lavest temperatur. Kræves der f.eks. 70 C til rumvarme prioriteres brugsvand (55 C) og hvis der er gulvvarme (40 C) prioriteres rumvarme. Derved udnyttes varmepumpens effektivitet bedst muligt. Optimal udnyttelse af overskudsvarme fra afkastluften Som nævnt tidligere kan NVVK systemet i perioder gøre en given bygning selvforsynende med varme. Dette sker, når varmepotentialet i afkastluften kan dække bygningens varmeforbrug. Når der ikke er tilstrækkeligt varmepotentiale i afkastluften til at dække bygningens varmeforbrug er det nødvendigt at anvende hovedvarmekilden. Hovedvarmekilden er eksempelvis nødvendig, når der ikke ventileres og der derfor ikke er nogen afkastluft at trække varme ud af. Den eksterne varmekilde skal tages i brug, når det ikke er økonomisk rentabelt at køre med varmepumpen. Med sidstnævnte faktor menes, at COP værdien for varmepumpen kan blive så lav og elprisen så høj (hvis der er valgt en variabel elpris), at den resulterende pris for levering af varme fra varmepumpen vil blive så høj, at det vil være mere rentabelt at slukke for varmepumpen og køre med den eksterne varmekilde. Denne parameter kan sammenfattes i følgende ulighed: Varmepris, ekstern var mekilde Elpris COP aktuel aktuel Eksempel: I en given driftssituation er elprisen 2 kr./kwh og COP 3. Dette giver en effektiv varmepris på 0,67 kr./kwh for varme fra NVVK-systemet. Hvis den eksterne varmekilde f.eks. er fjernvarme med en pris på 0,5 kr./kwh, kan det altså bedre svare sig at slukke for varmepumpen og køre med fjernvarme. 21

28 Fremløbstemperaturen til rumvarme kan på kolde dage blive så høj (f.eks. 70 C), at det ikke er rentabelt, at varmepumpen leverer varme ved denne høje temperatur. Hvis returtemperaturen fra rumvarmeanlægget ligger på 40 C, som i traditionelle radiatorsystemer, kan varmepumpen levere noget af opvarmningen, f.eks. fra 40 til 50 C, og den eksterne varmekilde resten fra 50 til 70 C. Ønskes bedst udnyttelse af NVVK systemet s dækningspotentiale bør rumvarmekredsen udføres med så lave fremløbstemperaturer som muligt, dvs. gulvvarme eller lavtemperaturkonvektorer. Optimal udnyttelse af varmeenergien fra køling Ventilationsstyringsalgoritmen for NVVK systemet beskrevet i afsnit fokuserer på at opretholde et godt indeklima og tilgodeser ikke direkte, om der altid er basis for at afsætte varmen fra kølingen. Dette beror meget på, hvilken type bygning, der ventileres med NVVK-konceptet et plejehjem, svømmehal, sportshal etc. vil have et markant højere varmt brugsvandsforbrug end f.eks. en kontorbygning. De dage, hvor der forekommer aktiv køling, men ikke noget varmeforbrug, vil overskudsvarmen fra kølingen gå til spilde, men indeklimaet vil være sikret. Alternativet kan være at dimensionere kølebuffertanken og varmebuffer og brugsvandstanken så store, at de kan dække et worst case kølebehov, evt. over flere dage, indtil der kommer et varmebehov. Fokuserer brugeren af den pågældende bygning på, at kølingen altid skal være bæredygtig, vil dette princip overstyre ventilationsalgoritmen og indeklimaet vil derfor afhænge af, om der er et stort varmeforbrug på varme dage. Dette kan være en noget usikker styringsparameter og man bør derfor overveje, hvor konsekvent man vil være er kølingen bæredygtig i 90 % af driftstiden, vil det jo være tilfredsstilende for mange. Fokuserer brugeren på økonomisk køling, dvs. at prisen fra at genanvende varme fra kølingen altid skal være under prisen for at anvende den eksterne varmekilde jf. den forrige ligning, giver dette også visse usikkerheder på det termiske indeklima, som bør overvejes. Energiforbrug til back up ventilation Naturlig ventilation udmærker sig som nævnt i afsnit 4.3 ved, at der ikke er noget elforbrug til transport af ventilationsluften. Naturlig ventilation har den svaghed at være afhængig af det termiske drivtryk og vindforholdene, som af gode grunde er svære at regne med. Derfor anvendes der ofte en back up ventilator ifm. naturlig ventilation for at sikre tilstrækkeligt ventilation på dage uden det nødvendige naturlige drivtryk. Derudover giver valget af en back up ventilator også mulighed for at reducere størrelsen af indtags- og afkaståbninger netop for ikke at skulle dimensionere størrelsen af disse til dage med lavt drivtryk. Elforbruget til back up ventilationen skal være lavt dette sikres ved at dimensionere for et lavt tryktab selv ved store luftstrømme - omkring 30 Pa og en lav driftstid. Dette kræver igen for NVVK-systemet, at der stiles efter et lavt tryktab over afkastveksleren og forvarme/forkøle fladerne. Dette vil blive afklaret i det næste afsnit. 22

29 6 Resultater af forsøg og test I dette afsnit opsummeres de væsentligste resultater fra forsøgene på de vigtigste komponenter i NVVK systemet. Det drejer sig om ovalrørsvarmeveksleren omtalt i afsnit 4.5. Derudover er der lavet forsøg på en varmepumpe og en friskluft enhed fra IKM A/S, som er ombygget til køling. Resultaterne anvendes til modelleringen i afsnit Ydelse af og tryktab over ovalrørsvarmeveksleren Dette afsnit beskriver ydelse af ovalrørsveksleren mht. afkøling og opvarmning af luften. Derudover beskrives tryktabet over veksleren. Beskrivelse af forsøgsopstillingen er at finde i bilag Overførsel af varme fra afkastluften til ovalrørsveksleren Testmatricen blev defineret således: Forsøgsnummer Luftflow (Ca.) Lufttemp Væsketemp Væskeflow Ca m 3 /h 20 ºC 0 ºC 1250 L/h m 3 /h 20 ºC 5 ºC 1250 L/h m 3 /h 20 ºC 15 ºC 1250 L/h m 3 /h 25 ºC 5 ºC 1250 L/h m 3 /h 25 ºC 15 ºC 1250 L/h m 3 /h 30 ºC 15 ºC 1250 L/h De seks forsøg dækker differencer fra 5 til 20K ved 3 forsk. lufttemp m 3 /h 20 ºC 5 ºC 1000 L/h m 3 /h 20 ºC 5 ºC 1500 L/h m 3 /h 25 ºC 5 ºC 1500 L/h De tre forsøg + forsøg 2 og 4 dækker variation af væskeflow m 3 /h 20 ºC 5 ºC 1500 L/h m 3 /h 20 ºC 5 ºC 1500 L/h m 3 /h 20 ºC 5 ºC 1500 L/h m 3 /h 25 ºC 5 ºC 1500 L/h De fire forsøg + forsøg 8 og 9 dækker variation af luftflow ved forsk. temp.diff Tabel 6-1: Testmatrice for test af veksler som varmeopsamler (kold glykol, varm luft) Effekten af variation på luftflowet måles af hensyn til andre brugssituationer med større friskluftbehov og ikke tilsvarende større varmtvandsbehov. Resultaterne fra testen ses i følgende tabel. 23

30 Energioverførsel [kw] Væske Luft Væske Luft T_ind T_ud T_luft_ind T_luft_ud flow flow [ C] [ C] [ C] [ C] [L/h] [m^3/h] [kw] ,08 4, ,84 5,36 7, ,98 9, ,74 9,93 5, ,97 16, ,78 16,82 1, ,89 10, ,93 10,47 7, ,00 16, ,60 17,17 2, ,01 17, ,96 17,59 3, ,97 9, ,12 9,88 5, ,73 7, ,92 9,27 5, ,04 9, ,51 10,23 7, ,81 7, ,51 8,47 3, ,79 8, ,30 10,51 7, ,02 11, ,05 12,62 10, ,13 10, ,58 12,14 9,77 Q glycol, forsøg Tabel 6-2: Testresultater for afkøling af luften. Energioptaget til væsken er vist i sidste søjle. Energioverførslen er afhængig af flere parameter; temperaturdifferencen mellem luft og væske, væskeflow, luftflow og luftfugtigheden. Tendenser for energioverførslen er vist i Temperaturdifference væske/luft [K] V_luft=750m^3/h, m_væske=1500l/h V_luft=1200m^3/h, m_væske=1250l/h V_luft=1800m^3/h, m_væske=1500l/h V_luft=3500m^3/h, m_væske=1500l/h V_luft=1200m^3/h, m_væske=1000l/h V_luft=1200m^3/h, m_væske=1500l/h Figur 6-1: Tendenser for energioverførsel ved test af veksler som varmeoptager Figuren viser tydeligt hvordan større temperaturdifference og større luftflow giver større varmeoverførsel. Til gengæld synes væskeflowet ikke at spille den store rolle for energioverførslen. Det kan forklares med at variationen i væskeflowet kun giver en begrænset forskel i væskeretur temperaturen på op til halvanden grad. Derved er effekten på den gennemsnitlige 24

31 Energioverførsel [kw] temperaturdifferens mellem luft og væske begrænset og derved også på energioverførslen. Dette kan evt. forklares ved, at væskeflowet i alle tilfælde er tilstrækkeligt højt til at begrænse opvarmningen. Ved lavere flow ville det formentlig se anderledes ud. I følgende figur er tendensen ved isoleret variation af luftflowet illustreret Temperaturdiff erence ca. 15K 4 2 Temperaturdiff erence ca. 19K Luftflow [m 3 /h] Figur 6-2: Tendenser for energioverførsel ved varierende luftflow ved test af veksler som varmeoptager Beregninger vs. målinger Et af hovedformålene med vekslertesten er at kvantificere energioverførslen i forhold til varierende driftsbetingelser, således at der kan laves årssimuleringer for systemet. Derfor sammenlignes de beregnede værdier med de målte værdier. Målingerne på væskesiden antages at være korrekt i forhold til energioptaget. Denne måling sammenlignes med den opstillede model for veksleren i varmeopsamlingsfunktionen. Input til beregningsmodellen vil være tilgangstemperaturer for luft og væske, samt luftfugtigheden i tilgang. De svært målbare lufttemperaturer og luftfugtigheder efter veksleren er herved ikke et input til modellen. Beregningsmodellens nøjagtighed kan vurderes ved at sammenligne beregnet og målt energioptag. Med en antagelse om, at temperaturmålingen på væskesiden er korrekte, kan beregningen af væsketemperaturen efter veksleren ligeledes sammenlignes med den tilsvarende målte værdi. Dette vil være et udtryk for samme usikkerhed som på energioptaget, men afvigelsen på væsketemperaturen giver også en ide om, hvorvidt afvigelsen er i størrelsesordenen af den generelle måleusikkerhed. 25

32 Beregnet varmeoptag [kw] 12 Y=X Sammenligning beregnet og målt varmeoptag Målt varmeoptag væske [kw] Figur 6-3: Sammenligning af beregnet og målt varmeoptag til glycolen i veksleren. I herunder ses den procentvise afvigelse i forhold til den målte værdi. I tabellen er ligeledes vist afvigelsen mellem målt og beregnet væsketemperatur efter veksleren. Forsøgsnr. Q glycol, forsøg [kw] Q beregnet [kw] Afvigelse [%] Afvigelse målt/beregnet [C] 1 7,03 6,71-4,5% -0,22 ºC 2 5,94 5,86-1,4% -0,06 ºC 3 1,83 2,34 27,4% 0,35 ºC 4 7,26 6,96-4,1% -0,20 ºC 5 2,72 3,09 13,7% 0,26 ºC 6 3,67 4,07 10,9% 0,28 ºC 7 5,10 5,08-0,4% -0,01 ºC 8 5,21 5,26 1,0% 0,03 ºC 9 7,12 6,98-2,0% -0,09 ºC 10 3,98 3,68-7,6% -0,17 ºC 11 7,22 7,19-0,4% -0,01 ºC 12 10,86 10,29-5,2% -0,33 ºC 13 9,77 9,59-1,9% -0,11 ºC Tabel 6-3: Afvigelse mellem målt og beregnet varmeoptag, samt korrektion på beregnet afgangstemperatur, glycol Afvigelsen mellem beregnede og målte temperaturer er forholdsvis lille. I de tilfælde hvor energioptaget er meget lille, bliver afvigelsen dog noget større. Vurderes alene forskellen mellem 26

33 målte og beregnede afgangstemperaturer er afvigelsen generelt lille. Det vurderes derfor, at beregningsmodellen er velegnet til at beregne størrelsen af optaget varme i væsken fra luften og derved inputtet til varmepumpen i NVVK - systemet. I beregningsprogrammet tages derfor udgangspunkt i denne modellering af varmeveksleren Overførsel af varme fra ovalrørsveksleren til afkastluften Testmatricen for afkøling af glykol og opvarmning af luft blev defineret således: Forsøgsnummer Luftflow Lufttemp Væsketemp Væskeflow (Ca.) m 3 /h 25 ºC 35 ºC 1000 L/h m 3 /h 25 ºC 40 ºC 1000 L/h m 3 /h 25 ºC 50 ºC 1000 L/h m 3 /h 30 ºC 35 ºC 1000 L/h m 3 /h 30 ºC 50 ºC 1000 L/h De fem forsøg dækker differencer fra 5 C til 25K ved 2 forsk. lufttemp m 3 /h 25 ºC 40 ºC 1250 L/h m 3 /h 25 ºC 40 ºC 1500 L/h De to forsøg + forsøg 2 dækker variation af væskeflow ved middel temp. diff m 3 /h 25 ºC 40 ºC 1250 L/h m 3 /h 25 ºC 40 ºC 1250 L/h m 3 /h 25 ºC 50 ºC 1250 L/h De tre forsøg + forsøg 6 dækker variation af luftflow ved forsk. temp. diff m 3 /h 25 ºC 50 ºC 1250 L/h m 3 /h 30 ºC 35 ºC 1250 L/h m 3 /h 30 ºC 40 ºC 1250 L/h m 3 /h 25 ºC 50 ºC 1250 L/h m 3 /h 25 ºC 40 ºC 1250 L/h De fem forsøg dækker varierende luftflow samt temperaturdifferencer fra 5 til 25 K Tabel 6-4: Testmatrice for test af veksler som varmeafgiver (varm væske, kold luft) viser resultatet af målingerne i testpunkterne. 27

34 Energioverførsel [kw] Luft Luftflow [m 3 /h] t_luft_ind [ C] t_luft_ud [ C] Væske Massestrøm [L/h] t_ind [ C] t_ud [ C] Q glycol, forsøg [kw] ,4 32, ,0 32,3 2, ,4 35, ,9 35,7 4, ,8 43, ,9 43,0 7, ,1 32, ,3 33,7 1, ,5 44, ,5 45,3 5, ,0 36, ,3 36,8 5, ,4 36, ,2 36,9 4, ,5 36, ,5 37,5 4, ,8 35, ,4 36,1 6, ,9 38, ,2 39,8 13, ,4 34, ,5 35,4 7, ,2 43, ,5 44,7 6, ,9 33, ,5 34,1 1, ,1 37, ,5 38,4 2, ,1 41, ,8 42,2 9,18 Tabel 6-5: Testresultater for opvarmning af luften. Energiafgivelse til væsken er vist i sidste søjle V_luft=900m^3/h, m_væske=1250l/h V_luft=1200m^3/h, m_væske=1000l/h V_luft=1250m^3/h, m_væske=1250l/h V_luft=1250m^3/h, m_væske=1500l/h V_luft=1800m^3/h, m_væske=1250l/h Temperaturdifference væske/luft [K] V_luft=3000m^3/h, m_væske=1250l/h Figur 6-4: Tendenser for energioverførsel ved test af veksler som varmeafgiver 28

35 Beregnet varmeafgivelse fra glycol [kw] Energioverførsel [kw] Figur 6-4 viser, hvordan varmeoverførslen som forventet stiger med øget temperaturdifference mellem væske og luft. Ligeledes viser figuren, hvilken rolle særligt luftflowet spiller for varmeovergangen. Jo større luftflow, jo større energioverførsel. Generelt tyder det på, at væskeflowet kun spiller en mindre rolle i forhold til de andre parametre. Herunder er vist effekten af ændringer i luftflowet alene Temperaturdiffere nce ca. 15K Temperaturdiffere nce ca. 23K Luftflow [m 3 /h] Figur 6-5: Tendenser for energioverførsel ved varierende luftflow ved test af varmeveksler som varmeafgiver Beregninger vs. målinger På ses, hvorledes den beregnede varmeafgivelse stemmer overens med den målte for glycolen X=Y Beregnet værdi Målt varmeafgivelse fra glycol [kw] Figur 6-6: Sammenligning af beregnet og målt varmeafgivelse fra glycolen 29

36 Q glycol, forsøg [kw] Q beregnet [kw] Afvigelse [%] Afvigelse målt/beregn [C] 1 2,93 3,30 12,67% 0,33 2 4,68 4,99 6,45% 0,27 3 7,62 7,94 4,17% 0,28 4 1,76 2,11 20,22% 0,31 5 5,85 6,45 10,29% 0,53 6 5,01 5,40 7,68% 0,27 7 4,74 5,08 7,26% 0,24 8 4,24 4,28 0,97% 0,03 9 6,01 6,78 12,84% 0, ,17 14,80 12,38% 1, ,08 8,39 18,44% 0, ,75 6,64-1,60% -0, ,96 2,44 24,71% 0, ,93 3,49 18,92% 0, ,18 10,02 9,14% 0,60 Tabel 6-6: Afvigelse for beregnet ift. målt varmeafgivelse, samt korrektion af beregnet afgangstemperatur På figuren og i tabellen ses en tendens til, at det beregnede energioptag er større end det målte. Tendensen er væsentlig mere markant i forhold til tilfældet, hvor luften afkøles med kondensering. Det er også interessant at de tre målinger fra forrige afsnit for varmeoptag til glycolen i og Tabel 6-6 som skyder over det målte varmeoptag, netop er de tre målinger, hvor der ikke forekommer kondensation. Dette kunne tyde på, at modellen estimerer varmeoptag med kondensation godt, men rammer for højt, når der ikke er kondensation. Beregningsmodellen korrigeres derfor efter disse tendenser Tryktab over ovalrørsvarmeveksleren Tryktabet er ligeledes blevet målt over ovalrørsveksleren for at afgøre den optimale luftstrøm. Ved naturlig ventilation er drivtrykket sjældent mere end 5 10 Pa jf. afsnit 4.3 og for at være på den sikre side bør veksleren ikke have et tryktab på mere end 5 Pa. Derfor virker det relevant at undersøge, hvor meget lufthastigheden gennem veksleren er ved dette tryktab. Følgende figur viser tryktabet for veksleren ved henholdsvis afkøling og opvarmning af afkastluften som funktion af lufthastigheden. 30

37 Tryktab [Pa] 9 8 Tryktab/luftflow Afkøling Tryktab/luftflow Opvarmning ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Lufthastighed [m/s] Figur 6-7: Målt tryktab som funktion af lufthastighed for afkøling af luft og opvarmning af luft. viser hvordan tryktabet stiger lineær med større lufthastighed, når det drejer sig om opvarmning af luftstrømmen. Mht. afkøling af luftstrømmen er tendensen knap så lineær, men dette kan skyldes måleusikkerheder ved flow over 1 m/s. Normaldriftområdet ligger ved ca. 0,75 m/s og her er tryktabet under de ønskede 5 Pa. Dette svarer med vekslerens strømningsareal på 0,49 m 2 til en volumenstrøm på m 3. Varmeveksleren med 15 rørrækker bør derfor kunne opfylde kravene til tryktab i veksleren, såfremt lufthastigheden ikke overstiger 0,75 m/s. 6.2 Ydelse af varmepumpen Varmepumpen er oprindeligt en luft-væske varmepumpe fra IKM s VL - serie. Luftvarmeveksleren er derfor blevet udskiftet med en væske-væske veksler, så varmepumpen svarer til det endelige system. Varmepumpen indeholder to kompressorer af forskellige størrelse. På den måde kan varmepumpen reguleres i de tre følgende trin. Trin 1: Lille kompressor i drift Trin 2: Stor kompressor i drift Trin 3: Begge kompressorer i drift Der installeres kontakter til de to kompressorer, hvorved varmepumpen kan testes på det ønskede trin. Varmepumpen skal testes på alle tre trin ved forskellige temperaturer. Da antallet af forsøg vil blive alt for stort, hvis varmepumpen skal testes i alle punkter, opstilles testmatricen så udviklingen ved varierende temperaturer kan bruges generisk på andre trin. Testmatricen indeholder 16 testpunkter og ses i nedenstående tabel. 31

38 Køleydelse [kw] Væsketemperatur, fordamper side Væsketemperatur, kondensator side 20 C 10 C 5 C 30 C 1 1,2,3 1,2,3 40 C 1,2,3 50 C 1 1,2,3 1,2,3 Tabel 6-7: Testmatrice for varmepumpetest En analyse af belastningsprofilen for varmepumpen viser, at en væsketemperatur på 20 C på fordampersiden kun optræder ved lave belastninger. Derfor testes varmepumpen kun i trin 1 ved denne temperatur. Herunder ses resultater for køleydelsen som funktion af væsketemperaturen i fordamperen og i kondensatoren Komptrin 1 (T_kond 30ºC) Komptrin 1 (T_kond 40ºC) Komptrin 1 (T_kond 50ºC) Komp trin 2 (T_kond 30ºC) Komp trin 2 (T_kond 40ºC) Komp trin 2 (T_kond 50ºC) Komp trin 3 (T_kond 30ºC) Komp trin 3 (T_kond 40ºC) Komp trin 3 (T_kond 50ºC) Temperaturdifference [K] Figur 6-8: Målte køleydelser ved test af varmepumpe viser køleydelsen som funktion af temperaturdifferencen mellem de to væskeflow. Trekanterne med de gule nuancer er målt for kompressortrin 1. De grønne firkanter er kompressortrin 2 og de blå romber er kompressortrin 3 svarende til den lille og den store kompressor i drift samtidig. Mørkere nuancer svarer til højere temperaturniveau. 32

39 COP [-] Figuren viser logisk nok at ydelsen er større for højere kompressor trin. Ligeledes falder ydelsen med stigende temperaturdifference. Desuden ses at indflydelsen på ydelsen i højere grad skyldes fordampningstemperaturen i forhold til kondenseringstemperaturen. Variationer i temperaturdifferencen med fastholdt kondenseringstemperatur giver en større effekt i forhold til varierende kondenseringstemperatur. Tendenserne for COP værdien ses i Figur 6-9 herunder Komptrin 1 (T_kond 30ºC) Komptrin 1 (T_kond 40ºC) Komptrin 1 (T_kond 50ºC) Komp trin 2 (T_kond 30ºC) Komp trin 2 (T_kond 40ºC) Komp trin 2 (T_kond 50ºC) Komp trin 3 (T_kond 30ºC) Komp trin 3 (T_kond 40ºC) Komp trin 3 (T_kond 50ºC) Temperaturdifference [K] Figur 6-9: Målt COP ved test af varmepumpe Figur 6-9 viser, at energieffektiviteten i høj grad afhænger af temperaturdifferencen og kun i mindre grad af kompressorstørrelse og det faktiske temperaturniveau. Måleresultaterne sammenlignes med oplysningerne fra producenten og illustreres i. 33

40 Målt COP [-] Målt ydelse/forbrug [kw] Q køl P kompresso r Q varme Beregnet ydelse/forbrug [kw] Figur 6-10: Sammenligning af målt og beregnet ydelse og energiforbrug under testbetingelserne. Måleresultaterne viser sig at ligge 15 % højere end beregningsresultaterne for både køle- og varmeydelse og for elforbruget. Tendensen er konstant over alle testpunkterne, og det vurderes at være en generel tendens. Samtidig har IKM A/S tilsvarende erfaring med disse varmepumper, hvor IKM A/S også oplever at varmepumperne yder mere end producenten oplyser. Det betyder samtidig at COP værdierne stemmer særdeles godt overens, som vist i figuren herunder COP Beregnet COP [-] Figur 6-11: Sammenligning af COP under testbetingelserne. 34

41 viser en virkelig god sammenhæng mellem målte og beregnede værdier. Resultaterne viser at producentens ligninger til beregning af ydelse og elforbrug kan benyttes i beregningsmodellen, når blot ydelsen og elforbruget opskaleres 15 %. Herved forbliver COP værdierne uændrede. 6.3 Køleydelse og tryktab over modificeret friskluft enhed. Udetemperaturen og fremløbstemperaturen på vand til friskluft enheden i samspil med luftmængden vil give varierende temperaturer på indblæsningsluften idet der er forskellige kapacitetsbehov i de forskellige driftssituationer. For at vurdere friskluftenhedernes egnethed til brug i kølesituationer, er der foretaget en række test hvor ovennævnte parametre er varieret. Alle test er udført i IKM A/S s laboratorium i Ribe med kontrollerede luftmængder, vandmængder mm. Data er loggede med Testo måleudstyr Varierende fremløbstemperatur på væske fremløb Konstant luftmængde på 300m 3 /h, vandflow 95 l/h og friskluft temperatur 30 C Det fremgår af målingerne at der er en næsten lineær sammenhæng imellem fremløbstemperatur og opnået afkøling af luften. Der er i den aktuelle situation ikke opstået kondensering på fladen, idet der er kørt med luft med relativ fugtighed på 45 % for netop at undgå kondensering. Ved kondensering vil kurven ikke være lineær når dugpunktet nås, fordi en del af køleeffekten vil blive brugt til kondensering og dermed vil indblæsningstemperaturen blive højere. Variation af fremløbstemperaturen 26,0 25,0 T ind 24,0 23,0 22,0 21,0 20,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 T frem Figur 6-12: Indblæsningstemperaturen, luft, som funktion af fremløbstemperaturen, væske Varierende flow, luftmængde Konstant fremløbstemperatur på 5 C, vandflow 92 l/h og friskluft temperatur 30 C Det fremgår af målingerne at indblæsningstemperaturen ikke påvirkes væsentligt af varierende luftmængde. Dette skyldes at kølefladens overgangstal til luften forbedres i samme takt som 35

42 luftmængden øges, og dermed øger køleeffekten når luftmængden øges. Variation af luftmængden T ind 29,0 27,0 25,0 23,0 21,0 19,0 17,0 15, m 3 /h Figur 6-13: Indblæsningstemperaturen, luft, som funktion af luftflow Dette har betydning for de algoritmer der skal bestemme fremløbstemperaturen mest hensigtsmæssigt set ud fra energieffektivitet. Idet luftmængden ikke påvirker indblæsningstemperaturen væsentligt, kan omvendt siges at der kan benyttes samme temperatur på fremløb til alle enheder uanset de enkelte enheders luftmængder Varierende frisklufttemperatur Konstant fremløbstemperatur på 5 C, vandflow 92 l/h og luftmængde 200 m 3 /h Det fremgår af målingerne at indblæsningstemperaturen kan betragtes som lineær med frisklufttemperaturen. Dette gælder naturligvis kun i et begrænset område. Når friskluft temperaturen bliver koldere og nærmer sig fremløbstemperaturen vil kølingen aftage pga. vigende temperaturdifferens. 36

43 Variation af frisklufttemperaturen 20,0 19,5 T ind 19,0 18,5 18,0 17,5 17,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0 31,0 T frisk Figur 6-14: Indblæsningstemperaturen, luft, som funktion af temperatur af friskluft Det viser sig at enhederne er velegnede til køling af indblæsningsluft. Der er udfra disse målinger opstillet algoritmer for fremløbstemperaturer til enhederne som tager hensyn til kondenseringspunkt, energi og ønsket indblæsningstemperatur. Disse er nærmere beskrevet i bilag Af komforthensyn er det valgt at indblæsningsluften ikke må blive for kold i forhold til rumtemperaturen. Dette er valgt for at undgå trækgener. Det er derfor heller ikke nødvendigt at benytte fremløbstemperaturer der ligger under de aktuelle dugpunkter, og dermed undgås kondensering. Kondensering er energikrævende og man opnår ikke noget rent komfortmæssigt, idet den benyttede køleeffekt afsættes i kondensvand og ikke i luften Trykfald over friskluft enheden Nedenstående figur viser tryktabet over en friskluft enhed som funktion af lufthastigheden. 37

44 Tryktab [Pa]l 35 Tryktab som funktion af luftflow Luftstrøm [m 3 /h] C100-3 m front Tendenslinie Målt Figur 6-15: Tryktab som funktion af luftflow for friskluft enhed Enhedens max. kapacitet mht. opvarmning af luft er 360 m 3 /h og ved denne luftstrøm ligger tryktabet på 25 Pa. Ved lufthastigheder over 360 m 3 /h er der et indbygget vindspjæld i friskluft enheden, som lukker til og forårsager det stigende trykfald. Der er ikke målt på lufthastigheder under 200 m 3 /h, men den blå tendenslinje viser det forventede trykfald under denne luftmængde. Ligningen for denne tendenslinje er blevet anvendt under beregningerne på back up ventilatorens elforbrug. Tryktabet er noget større end målt over ovalrørsveksleren omtalt i afsnit Dette skyldes, at friskluft enheden ikke anvender ovale rør i varmefladen og at lamellerne sidder mere tæt, hvilken gør fladen mere kompakt og mindre i tykkelse sammenlignet med ovalrørsveksleren. 38

45 7 Beregning af NVVK - princippets ydelse sammenlignet med andre ventilationsprincipper Dette afsnit vil undersøge, hvordan NVVK princippets ydelse kan blive beregnet og simuleret og sammenlignet med andre ventilationsprincipper. Først vil 4 bygningstyper blive udvalgt, som er egnet til NVVK princippet. Derefter vil det blive gennemgået, hvorledes NVVK princippet kan modelleres efterfulgt af en beskrivelse af modelleringen af de øvrige ventilationsmetoder på markedet i dag. 7.1 Valg af bygningstyper For at beregne på energibalancen og rentabiliteten af NVVK - systemet er det valgt at simulere på forskellige bygningstyper, der egner sig til princippet. NVVK - princippet egner sig som tidligere nævnt specielt til bygningstyper med et relativt højt ventilationskrav og et forventet højt varmtvandsforbrug. Dette er i særlig grad plejehjem, daginstitutioner, sportshaller, hospitaler og i mindre grad skoler, universiteter og kontorbygninger. Det havde naturligvis været ønskeligt at foretage beregninger på alle ovennævnte bygningstyper, men af ressourcemæssige årsager er det valgt at fokusere på 4 bygningstyper med en beregning af hver. Som bygningstyper er valgt: Sportshal Daginstitution Plejehjem Kontor Sportshal, daginstitution og plejehjem er specifikt valgt ud, da der er et forventet stort sammenfald mellem brugsvandsforbrug og ventilationsbehov. Derudover er der valgt at simulere på en kontortype, da dette er en ret udbredt bygningstype. For at gøre beregningerne så realistiske som muligt er det valgt at basere designet af hver enkelt bygningstype på eksisterende design og/eller opført byggeri, hvor hele bygningen eller visse dele af den er velegnet til naturlig ventilation. Der er derfor valgt følgende rum eller bygninger ud: Tilbygningen til Hørninghallen, Hørning, på 635 m 2 Fællesområdet i den integrerede institution Bifrost, Århus, på 200 m 2 Fællesområdet på Skovvang Plejehjem, Slagelse, på 77 m 2 Kontorområdet i København Energi s hovedsæde, København på 4256 m Modellering af NVVK - princippet NVVK systemet har et energiforbrug, som kan opdeles i 3 overordnede dele: Elforbrug til varmepumpe Elforbrug til back up ventilator til den naturlige ventilation Ekstern tilførsel af varme til varmt brugsvand og varmeanlægget (alt det, som varmepumpen ikke dækker - benævnt netto varmetilskud i det følgende) Modelleringen af disse 3 energistrømme er praktisk delt i 4 undermodeller: 39

46 Model til beregning af brutto varmeforbrug til varmeanlæg, køling og simulering af vigtige ventilationsparametre Model til beregning af brutto varmtvandsforbrug Model til beregning af varmepumpens elforbrug Model til beregning af elforbrug til back up ventilator Modellering af brutto varmeforbrug til varmeanlægget, køling og vigtige ventilationsparametre Her opbygges en dynamisk model af den pågældende bygning eller rum, der ventileres med NVVK konceptet. Modelleringen foregår i bygningsenergisimuleringsprogrammet BSim fra SBI, der er blevet opdateret til at simulere på NVVK systemet. Bsim modellen bruges til at afklare: Brutto varmebehov til rumvarme Brutto varmebehov til forvarmning af ventilationsluften Brutto kølebehov til køling af ventilationsluften Ventilationsluftmængder Fremløbstemperatur til forvarmning eller køling af indtagsluften Temperatur af afkastluften Outputtet bliver værdier for ovennævnte faktorer på timebasis over et helt år. Som nævnt i afsnit 5.2 er der i Bsim s ventilationsmodul indbygget en speciel styring, modulet NvCoolCtrl, som udregner ventilationsluftmængden, bruttoenergiforbrug til forvarmning og forkøling af indtagsluften samt fremløbstemperaturen til luftindtagsfladerne. Max. fremløbstemperaturen er sat til 55 C for opvarmning og kan ikke blive lavere end 5 C for køling. Mht. rumvarmesystemet er dette sat til at være et 55/35 C temperatursæt, hvor fremløbstemperaturen styres af rumvarmeeffektbehovet Modellering af brutto varmtvandsforbrug Der findes ingen standardmetode til modellering af varmtvandsforbrug på timebasis for en given bygning og dens brugsmønster. For plejehjemmet og daginstitutionen er der anvendt data fra rapporten Vandforbrug og forbrugsvariationer (2005) fra Miljøministeriet. Dataene er baseret på aktuelle timemålinger og variationen måned for måned er også opgjort. Målingerne er foretaget på det totale vandforbrug og det er efter konsultation med Dansk Vand og Spildevandsforening antaget, at 60 % af dette vandforbrug er varmt vand. 40

47 For kontorberegningen er der anvendt aflæste værdier for varmtvandsforbruget i Københavns Energi s hovedsæde igennem 3 år. Baseret på skøn fra brugsvandstankfabrikanten Ajva er størstedelen af forbruget placeret morgen og eftermiddag. For sportshalsberegningen er der anvendt værdier fra og derefter antaget en variation af varmtvandsforbruget. Her er der antaget et ligeligt forbrug i brugstiden Modellering af varmepumpens elforbrug Denne model er opbygget af Teknologisk Institut i simuleringsprogrammet EES (Engineering Equation Solver). Inputtene til modellen er alle outputtene fra BSim modellen (undtagen udetemperatur og vindforhold). De anvendte output er: Elforbrug til varmepumpen Netto varmebehov til varmt brugsvand Netto varmebehov til rumvarme EES modellen er nærmere beskrevet i bilag Modellering af elforbrug til back up ventilator Som input bruges her ventilationsluftstrømmen og lufttemperaturen fra BSim modelleringen samt data for udetemperatur og vindforhold fra TRY (Test Reference Year et vejrdataår, som bygger på 30 års vejrdata for Danmark). Derudover anvendes målinger på tryktabet over Friskluft enheder og afkastveksleren. På basis af målingerne på friskluft enheden har IKM udviklet en større enhed, kaldet Entra, som både er i stand til at varme og køle på indtagsluften og som har en kapacitet på op til 900 m 3 /h med et max. tryktab på 25 Pa. Entra enheden forventes på markedet i løbet af 2010 og en prototype er pt. installeret i sportshallen Diamanten (omtalt i afsnit 11). I beregningerne sættes max. tryktabet over afkastveksleren til max. 5 Pa og tryktabet over Entra enhederne sættes til max 25 Pa, idet det giver et totalt lavt tryktab kombineret med en god ydelse af afkastvarmeveksleren. Med en ventilatorvirkningsgrad på 20 % giver dette en max. SEL faktor på 0,18 kj/m 3, hvilket anses for værende tilfredsstillende sammenlignet med mekanisk ventilation, der har SEL faktorer, der er meget højere (trad. 1 kj/m 3 for udsugning og 2,1 kj/m 3 for balanceret mekanisk ventilation). Den lave virkningsgrad på ventilatoren skyldes, at der er valgt en vifteventilator (også kaldet aksialventilator), som regnes for mest velegnet som backup ventilator: Den er billig i anskaffelse, den kan skaleres ned til små luftmængder, afkastluften kan passere ind gennem ventilatorbladene, når den står stille og den har en lille indbygningstykkelse, hvilket gør det nemt at kombinere med afkastveksleren, hvis de skal sidde i serie. 41

48 For at udregne det naturlige drivtryk og det nødvendige elforbrug til backup ventilator anvendes statistiske data på timebasis fra Aalborg Universitet for udetemperatur, vindhastighed og vindretning ved forskellige ruhedsklasser (by, land, etc.). Udfra viden om bygningens geometri udregnes det naturlige drivtryk fra vindinduktion og termisk opdrift. Nærmere beskrivelse af denne metode er at finde i bilag Nedenunder er hele modellerings og beregningsprocessen for NVVK-systemet for overskuelighedens skyld stillet op: Brugsvandforbrug baseres på empiri Brutto varmeforbrug, brugsvand Brutto kølebehov Beregning af varmepumpes Elforbrug, varmepumpe Simulering af brutto varmeforbrug til Brutto varmeforbrug, rumvarme Brutto varmeforbrug, luftforvarmning elforbrug og eksternt varmebehov Netto varmebehov, brugsvand varmeanlægget, køling og vigtige ventilationsdata (BSim). Fremløbstemperatur til luftforvarmning og køling Temperatur af afkastluften Ventilationsluftmængde (EES model udarbejdet af Teknologisk Institute) Netto varmebehov, rumvarme og luftforvarmning Beregning af Indelufttemperatur elforbrug til backup ventilation (Excel regneark Elforbrug, ventilator fra AAC) Figur 7-1: Modelleringsproces og beregningsproces for NVVK-princippet Ventilationsluftmængden beregnes efter kriterier beskrevet i afsnit Modellering af andre ventilationsprincipper For at kunne afklare NVVK princippets ydelse er det relevant at sammenligne med de mest anvendte ventilationsprincipper på markedet i dag. Disse er Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding og køling Naturlig ventilation Mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften (Det samme som VL serien beskrevet i afsnit 4.4) Derudover er det nødvendigt at dele sammenligningen op i to dele: Med og uden køling, da det pt. ikke er muligt at køle på indtagsluften i naturlig ventilation og mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften. Derfor sammenlignes NVVK konceptet med balanceret mekanisk 42

49 ventilation med varmegenindvinding og køling. Derefter bliver alle 4 ventilationsformer sammenlignet uden køling. For at sikre det bedst mulige sammenligningsgrundlag er det nødvendig at anvende de samme bruttoenergibehov og luftmængder ved en simulering af alle 4 ventilationsformer. Derfor anvendes udregningerne for ventilationsluftmængde, temperaturniveauer og bruttovarmeforbrug beskrevet i afsnit og for alle 4 ventilationsformer. Derudover anvendes det samme bruttokølebehov ved sammenligning mellem NVVK med køling og balanceret mekanisk ventilation med køling som beskrevet i afsnit For at udregne netto el og varmeforbruget af de andre 3 principper anvendes følgende parametre. Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding og køling Netto varmeforbrug til forvarmning og køling af ventilationsluften udregnes udfra en varmegenindvindingsgrad for varmeveksleren på 85 % Der regnes med en SEL faktor på 2,1 kj/m 3 under normal drift. Ved situationer, hvor varmeveksleren kan bypasses (ved f.eks. natventilation) regnes med en SEL faktor på 1,7 kj/m 3 I kølemodellen regnes der med en alm. kølekompressor påkoblet indblæsningsluften med en COP på 2,5 Netto varmeforbrug til rumvarme og brugsvand er det samme som brutto varmeforbrug til rumvarme og varmt brugsvand Naturlig ventilation Ingen varmegenindvinding netto totalt varmebehov er det samme som brutto. Elforbrug til ventilation sættes til 0. Mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften Netto varmeforbrug er det samme som beregnet for NVVK-princippet Der anvendes en SEL faktor på 1,0 kj/m 3. Som energipriser regnes der med en kwh el ex. moms koster 1,47 kr. (jf. tidligere nævnte pris fra Dong i afsnit 4.2), mens en kwh varme sættes til 0,5 kr. ex. moms, hvilket sammenlignet med virker som en rimelig størrelse. 7.4 Opbygning af simuleringsmodeller Opbygning af Bsim modellerne for de i afsnit 7.1 valgte rum eller bygninger er beskrevet nærmere i bilag For alle modellerne er der tilstræbt en CO 2 koncentration på max ppm og overholdelse af det termiske indeklima efter Dansk Standard 474 Norm for specifikation af termisk indeklima. Dette vil sige, at følgende kriterier er overholdt for opholdstiden: 43

50 Operativ temperatur, generelt: 20 C < t o < 24 C - Operativ temperatur, sommerforhold: 23 C < t o < 26 C - Ovennævnte forhold tillades overskredet med følgende grænser : maks. 100 timer over 26 C maks. 25 timer over 27 C 44

51 8 Resultater af simuleringsmodeller 8.1 Sportshal Sportshal uden køling og med NVVK-ventilationsstyring: I Bsim modellen blev der anvendt et luftskifte på lidt over 3 h -1 for at overholde temperaturkravene svarende til en luftmængde på m 3 /h. Nedenstående tabel med opsummering af resultater fra BSim og data om brugsvandsforbrug viser sportshallens samlede brutto varmebehov til ventilation og varme uden varmegenindvinding: Rumvarme Luftforvarmning Brugsvandsopvarmning Varmebehov, totalt: kwh kwh kwh kwh Tabel 8-1 Bruttovarmebehov, sportshal uden køling Dette er i praksis hallens varmeforbrug ved ren naturlig ventilation uden varmegenindvinding. Sportshallen netto varmetilførsel og varmepumpens elforbrug ved drift med NVVK systemet er fra de beskrevne simuleringsmodeller og beregninger blevet udregnet til følgende: Total ekstern varmetilførsel kwh Elbehov, varmepumpe kwh COP 4,34 Tabel 8-2: Ekstern varmetilførsel, eltilførsel til varmepumpe og COP med NVVK simulering, sportshal uden køling Netto varmetilførsel er ca. en fjerdedel af hallens brutto varmeforbrug. Dette skyldes en COP for varmepumpen, som er ret høj. Dette skyldes de fordelagtige lave temperaturniveauer, som der bliver anvendt i Entra enhederne og rumvarmesystemet og at varmepumpen kører med brugsvandsprioritering. Mht. hallens elforbrug til back up ventilation ser tallene således ud efter beliggenhed og vindretning for en placering i læ: 45

52 Vindforhold Land Forstad By Gennem Verdenshjørne Øst Vest Nord Syd Øst Vest Nord Syd Øst Vest Nord Syd snit Elforbrug til backup (kwh) % tid med mekanisk udsugning % tid med naturlig ventilation Tabel 8-3: Elforbrug til back up ventilation, sportshal uden køling, placering i læ Det årlige elforbrug til ventilation er meget lavt gennemsnittet ligger på 114 kwh, hvilket er 0,16 kwh pr. m 2 (0,4 kwh pr. m 2 med en faktor 2,5 ganget på elforbruget) og resulterer i en gns. SELfaktor på 0,024 kj/m 3. Dette er på trods af, at den mekaniske udsugning kører i over halvdelen af tiden. Som det kan ses, varierer elforbruget ikke meget efter verdenshjørnerne der er en max. afvigelse på ca. 25 % mellem det højeste og laveste elforbrug. For en placering på en eksponeret lokation ser tallene således ud: Vindforhold Land Forstad By Gennemsnit Verdenshjørne Øst Vest Nord Syd Øst Vest Nord Syd Øst Vest Nord Syd Elforbrug til backup (kwh) % tid med mekanisk udsugning 57 % tid med naturlig ventilation 43 Tabel 8-4: Elforbrug til back up ventilation, sportshal uden køling, eksponeret placering På trods af de bedre vindforhold er elforbruget kun marginalt lavere. Dette sammenholdt med tabellen ovenover tyder på, at tryktabet i NVVK - systemet er så lavt, at selv uden naturlige drivkræfter er elforbruget til backup ventilation marginalt. Fjerner man både bidraget fra den termiske opdrift og det vindinducerede tryk fra beregningerne, vil elforbruget ligge på 196 kwh, hvilket stadigt er lavt 0,3 kwh pr. m 2. Sammenlægges det gennemsnitlige elforbrug til back up ventilation (114 kwh) med elforbruget til varmepumpen ( kwh) fås i alt et netto elforbrug på kwh. Forskellen mellem hallens brutto varmebehov ( kwh) og netto varmebehovet med NVVK-systemet ( kwh) er kwh. Dvs. at forholdet mellem antal forbrugt kwh elforbrug til varmepumpe og back up ventilation og varmebesparelse er heraf 4,3 kwh. 46

53 kwh/m²/år Dette er et fordelagtigt forhold set udfra vægtningen mellem el og varme i bygningsenergireglementet Be06, hvor én kwh el skal vægtes med en faktor 2,5, hvilket umiddelbart giver et merforbrug i nettoenergiberegningen. Hvis 1 kwh el brugt i NVVK - systemet giver et udbytte på netto 4,3 kwh varme, bliver forholdet mellem netto energiforbrug og udbytte fordelagtigt: Dvs. at for hver netto kwh, der bliver tilført NVVK systemet er der et netto udbytte på 1,72 kwh. Altså er NVVK mere energimæssigt fordelagtigt sammen med ren naturlig ventilation for det pågældende tilfælde. Rent økonomisk ser det også fordelagtigt ud: Det koster at spare en kwh varme. Sålænge denne pris ligger under den aktuelle varmepris, hvilket den ofte vil gøre (se ), er NVVK systemet rentabelt på driftssiden, sammenlignet med situationen uden varmegenindvinding. Det samlede energiforbrug sammenlignet med konventionelle ventilationssystemer ser således beregnet efter det gældende bygningsreglement, således at elforbruget er ganget med en faktor 2,5: 140 Netto energiforbrug NVVK uden køling Naturlig ventilation Udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 8-1: Netto energiforbrug, sportshal uden køling 47

54 Kr. pr. år Driftsøkonomi NVVK uden køling Balanceret mekanisk ventilation uden køling Naturlig ventilation Udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 8-2: Driftsøkonomi, sportshal uden økonomi Ventilationsmetode NVVK princippet Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding Naturlig ventilation Samlet varmeforbrug kwh kwh kwh Udsugning med varmepumpe på afkastluften kwh Samlet elforbrug kwh kwh 0 kwh kwh Energiforbrug med Be06 83 kwh/m 2 /år 89 kwh/m 2 /år kwh/m 2 /år prioritering kwh/m 2 /år Besparelse i energiforbrug med Be06 prioritering ved at anvende NVVK systemet - 7 % 30 % 18 % frem for alternativt anlæg Driftsudgifter kr kr kr kr. Differens, driftsudgifter - 5 % 23 % 18 % Tabel 8-5 Sammenligning af ventilationssystemer uden køling sportshal Energimæssigt set er NVVK-princippet bedre end de pt. tilgængelige systemer på markedet. Nærmeste konkurrent er balanceret mekanisk ventilation, hvor NVVK-konceptet har en driftsbesparelse på 7 %. NVVK har et elforbrug, der er kwh større end balanceret mekanisk ventilation, men da varmebesparelsen er på kwh, altså et forhold på 3,7, giver dette energimæssigt en favorabel balance, selv hvis der indregnes en vægtning af elforbruget på 2,5. 48

55 Sammenlignes NVVK med naturlig ventilation overstiger varmebesparelsen for NVVK klart det ekstra elforbrug. Sammenlignes NVVK med mekanisk udsugning med en varmepumpe på afkastluften, er der ingen varmebesparelse at hente, men den mekaniske udsugning har et ekstra elforbrug på næsten kwh, der gør NVVK til et fornuftigt alternativ. Økonomisk set er NVVK-systemet også et fordelagtigt alternativ: Ved alle sammenligningerne viser NVVK-systemet sig at være billigst i drift. Ved sammenligningen med balanceret mekanisk ventilation overstiger varmebesparelsen ved brug af NVVK-systemet udgiften til det større elforbrug. Det samme gør sig gældende ved sammenligningen med naturlig ventilation. Ved sammenligning med mekanisk udsugning med en varmepumpe på afkastluften, giver den mekaniske udsugning anledning til et merelforbrug, der gør NVVK mere attraktivt Sportshal med køling og med NVVK-ventilationsstyring Der blev anvendt et luftskifte på 2,3 h -1 for at overholde temperaturkravene. Anvendelse af køling har gjort det muligt at anvende et lavere luftskifte, hvilket betyder en max. ventilationsluftmængde på m 3 /h. Bruttovarmebehovet er den samme som oplistet i. Derudover optræder der et brutto kølebehov på 431 kwh. Dette kølebehov fordeler sig således: Kølebehov, som NVVK systemet har dækket. 411 kwh Kølebehov, som må klares af en ekstern kølekompressor 20 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 108 kwh er blevet anvendt til varmt brugsvand Varme overført til brugsvand fra køling 132 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 303 kwh bliver afsat til afkastveksleren % nyttiggjort køling 26 % Gns. EER 5,19 Tabel 8-6 Energibalance for køling sportshal Dvs. af det totale kølebehov på 431 kwh dækker NVVK de 411 kwh resten må klares af en ekstern kølekompressor. Med en EER på 2,5 for den eksterne kompressor betyder det et elforbrug til denne på 8 kwh. Af de 411 kwh, NVVK systemet har dækket, bliver 108 kwh brugt til brugsvandsopvarmning og med tilskudsvarmen fra kompressoren i varmepumpen inkluderet bliver der i alt overført 132 kwh til brugsvandstanken. De resterende 303 kwh varme fra kølingen bliver ledt op til afkastveksleren og videre væk med afkastluften og er i princippet spildvarme. Dvs. af det totale kølebehov på 431 kwh bliver 26 % nyttiggjort som varme til varmt brugsvand og resten går til spilde. Dette skyldes primært, at der ikke er et varmtvandsbehov, der tidsmæssigt og omfangsmæssigt matcher overskudsenergien fra kølingen. 49

56 Netto elforbruget til back up ventilation ser således ud for én placering i læ og én eksponeret.: Vindforhold Land Forstad By Gennemsnit Verdenshjørne Øst Vest Nord Syd Øst Vest Nord Syd Øst Vest Nord Syd Elforbrug til backup (kwh) % tid med mekanisk udsugning % tid med naturlig ventilation Tabel 8-7: Elforbrug til back up ventilation, sportshal med køling, placering i læ Vindforhold Land Forstad By Gennemsnit Verdenshjørne Øst Vest Nord Syd Øst Vest Nord Syd Øst Vest Nord Syd Elforbrug til backup (kwh) % tid med mekanisk udsugning % tid med naturlig ventilation Tabel 8-8: Elforbrug til back up ventilation, sportshal med køling, eksponeret placering Som i tilfældet med sportshallen uden køling er elforbrug til back up ventilation generelt meget lav den gns. SEL-faktor ligger på 0,026 kj/m 3. Elforbruget er lidt højere end i beregningen uden køling dette skyldes, at max. luftskiftet er faldet og derved er antallet af nødvendige Entra enheder, som luften passerer ind igennem, også faldet, idet der er mindre luft, der skal forvarmes. Færre Entra enheder betyder også lidt mere tryktab ved høje lufthastigheder og herved stiger elforbruget til back up ventilation over et helt års beregning. Dette er dog meget lidt (fra 114 kwh til 122 kwh) og det vurderes, at det er driftsøkonomisk acceptabelt i forhold til den besparelse, der opnås i mindre udgifter til Entra enheder. (for nærmere oversigt over antallet af anvendte Entra enheder, se afsnit 14.6 i bilag). Igen er der ikke meget variation i elforbruget til back up ventilation efter verdenshjørnerne max. variation er 18 %. Fjernes både det vindinducerede tryk og det termiske drivtryk, ville elforbruget blive 226 kwh, hvilket heller ikke er højt. I de følgende udregninger vil kun det gns. elforbrug til back up ventilation fra alle placeringer, vindforhold og verdenshjørne orientering blive vist, idet den samme tendens er gældende for alle 4 simuleringsmodeller: 50

57 kwh/m²/år Elforbruget til back up ventilation er lavt i forhold til det samlede bruttoareal af bygningen uanset hvilken situation der er tale om (med eller uden køling, verdenshjørneorientering eller eksponeringen af bygningen) Elforbruget varierer ikke markant efter bygningens orientering. Baggrundsberegningerne vil være at finde i bilag Sammenholdt med det eksterne varmeforbrug og elforbruget til varmepumpen ser det totale energiregnskab for NVVK systemet for en sportshal med køling således ud: Total ekstern varmetilførsel Elforbrug, varmepumpe Elforbrug, back up ventilator Elforbrug, backup kølekompressor kwh kwh 122 kwh 8 kwh Tabel 8-9 Total energibehov med NVVK simulering, sportshal med køling Sammenlignet med bal. mekanisk ventilation ser energiforbrug og driftsøkonomi således ud: Netto energiforbrug NVVK med køling Balanceret mekanisk ventilation med køling Figur 8-3: Netto energiforbrug, sportshal med køling 51

58 Kr. pr. år Driftsøkonomi NVVK med køling Balanceret mekanisk ventilation med køling Figur 8-4: Driftsøkonomi, sportshal med køling Ventilationsmetode NVVK princippet Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding Samlet varmeforbrug kwh kwh Samlet elforbrug kwh kwh Energiforbrug med Be06 prioritering 83 kwh/m 2 /år 87 kwh/m 2 /år Driftsudgifter kr kr. Tabel 8-10: Sammenligning af ventilationssystemer med køling sportshal I Be06-regnskabet er der ingen forskel på NVVK-systemets energiforbrug med og uden køling. I forhold til beregningen i Tabel 8-5 bruger NVVK-systemet med køling lidt mindre varme og lidt mere el. Sammenlignet med balanceret mekanisk ventilation er der igen en besparelse at hente ved NVVK - systemet på energisiden, om end den er lidt mindre end i forrige afsnit 5 %. Økonomisk er der stadig en besparelse, men kun 2 % Sportshal sammenligning mellem ventilationsalgoritmer Som beskrevet i afsnit er der udviklet en ny algoritme (NVVK-algoritmen) til styring af luftmængder og køling. Dette afsnit vil afklare, om der opnås væsentlige besparelser med NVVK styringsalgoritmen frem for VAV algoritmen. Anvendes VAV- styringen for samme sportshal uden køling fås følgende tal for bruttovarme: 52

59 Rumvarme Luftforvarmning Brugsvandsopvarmning Varmebehov, totalt: kwh kwh kwh kwh Tabel 8-11 Bruttovarmebehov, sportshal uden køling alm. VAV-styring af luft og køling Sammenlignet med anvendes der med VAV-styringen brutto mindre varme til rumvarme og mere varme til forvarmning af luften. Sammenlagt giver dette et mindre totalt bruttovarmebehov. Set over et helt år har VAV-styringen anvendt m 3 til ventilation, mens NVVK styringen har anvendt m 3, altså 7 % mere. Sammenligningen mellem netto energi forbrug og driftsøkonomi ser således ud for de to driftsformer: NVVK-styring VAV styring Total ekstern varmetilførsel kwh kwh Elbehov, varmepumpe kwh kwh COP, varmepumpe 4,34 4,12 Elbehov, back up ventilator 113 kwh 114 kwh Energiforbrug med Be06 prioritering 83 kwh/m 2 /år 84 kwh/m 2 /år Driftsudgifter kr kr. Tabel 8-12: Sammenligning i netto energiforbrug mellem NVVK styring og VAV styring, sportshal uden køling Den totale eksterne varmetilførsel er næsten ens for de to styringsprincipper, men NVVK-styringen giver anledning til et mindre elforbrug til varmepumpen, som samlet set gør NVVK-styringen til den energimæssigt mest fordelagtige. Dette skyldes primært, at NVVK-styringen arbejder med en lav fremløbstemperatur på vandsiden til luftforvarmningsfladerne, som giver anledning til en høj COP, som igen giver anledning til et mindre elforbrug. Elforbrug til back up ventilation er næsten det samme i de to tilfælde. Dette skyldes, at NVVK-styringen bruger store luftmængder ved en lavere udetemperatur end VAV-styringen. Ved lave udetemperaturer er der en større termisk opdrift og dermed skal der anvendes mindre energi på back up ventilation. Anvendes VAV-styring for samme sportshal, men med køling, fås følgende tal for bruttovarme og køling: Kølebehov, totalt Rumvarme Luftforvarmning Brugsvandsopvarmning Varmebehov, totalt: 647 kwh kwh kwh kwh kwh Tabel 8-13 Bruttovarmebehov, sportshal med køling alm. VAV 53

60 Ikke overraskende bliver der et større bruttokølebehov end for tilfældet med en sportshal med NVVK styring af ventilationen, der kun har et brutto kølebehov på 431 kwh. Derudover fordeler kølebehovet ved VAV-styring sig således mht. udnyttelse: Kølebehov, som NVVK systemet har dækket. 509 kwh Kølebehov, som må klares af en ekstern kompressor 138 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 73 kwh er blevet anvendt til varmt brugsvand Varme overført til brugsvand fra køling 93 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 436 kwh bliver afsat til afkastveksleren % nyttiggjort køling 11 % Gns. EER 4,06 Tabel 8-14 Energibalance for køling sportshal VAV-styring Ikke blot giver VAV styringen anledning til et større bruttokølebehov, men der er også en væsentlig mindre del af varmen fra kølingen, der bliver nyttiggjort. Sammenlignes alle parametre for netto energiforbrug, falder dette ud til NVVK styringens fordel: NVVK-styring VAV-styring Total ekstern varmetilførsel kwh kwh Elbehov, varmepumpe kwh kwh Elbehov, back up ventilator 122 kwh 111 kwh Elbehov, ekstern kompressor 8 kwh 55 kwh Energiforbrug med Be06 prioritering 83 kwh/m 2 /år 85 kwh/m 2 /år Driftsudgifter kr kr. Tabel 8-15: Sammenligning i netto energiforbrug mellem NVVK styring og VAV styring, sportshal med køling NVVK-styringen anvender mere luft til ventilation end VAV-styringen og har derved et større elforbrug til back up ventilation. Men dette reducerer også kraftigt behovet for aktiv køling. Det er hermed eftervist, at NVVK-styringsalgoritmen til styring af luftmængder og køling er bedre den traditionelle VAV-styringsalgoritme. 8.2 Fællesstue i plejehjem Fællesstue i plejehjem uden køling For denne simulering er der valgt en ny tilgangsvinkel. Selve fællesstuen er ret lille (brutto 84 m 2 ), men har et stort kølebehov i kraft af sin sydlige orientering og deraf store belastning fra solen. Dermed kan der forventes et stort energipotentiale i afkastluften og derfor er det i denne model valgt at inkludere brugsvandsbehovet fra de 20 værelser, der er i forbindelse med fællesstuen. 54

61 Hermed kan varmeenergien i afkastluften også udnyttes om sommeren. Dette gør, det samlede bruttovarmebehov ser således ud med et varmt brugsvandsbehov, der udgør en stor del. Rumvarme Luftforvarmning Brugsvandsopvarmning Totalt: kwh kwh kwh kwh Tabel 8-16: Bruttovarmebehov, fællesstue i plejehjem uden køling Brutto varme behovet, hvis man kun betragter fællesstuens bruttoareal er på 435 kwh/m 2 /år. Dette er naturligvis meget højt, men brugsvandsopvarmningen udgør 76 % heraf nemlig 330 kwh/m 2 /år. Dette giver 105 kwh/m 2 /år til rumvarme og forvarmning af indtagsluften. Sammenlignet med det nutidige bygningsreglement er dette meget, men plejehjemmet er af ældre dato (fra 1970 erne) og renoveret i 2004 under det daværende bygningsreglement, hvor energirammen var noget højere end i dag. Det er også nødvendigt med et ret højt luftskifte for at overholde indetemperaturkravet op til 5 h -1 eller m 3 /h Fællesstuens netto varmetilførsel og varmepumpens elforbrug ved drift med NVVK-systemet er fra de beskrevne simuleringsmodeller og beregninger blevet udregnet til følgende: Total ekstern varmetilførsel kwh Elbehov, varmepumpe kwh Gns. COP 4,68 Tabel 8-17: Ekstern varmetilførsel og eltilførsel til varmepumpe med NVVK simulering, fællesstue i plejehjem uden køling. Som det fremgår af Tabel 8-17, skal der tilføres en del varme udefra, hvilket skyldes, at hele brugsvandsbehovet ikke dækkes af varmeenergien i afkastluften. Gennemsnits COP for varmepumpen er høj og gør det driftsøkonomisk rentabelt at trække varme ud af afkastluften taget den anvendte varmepris i betragtning. Ventilator, elforbrug 14 kwh % tid med ventilator back up 78 % Gns. SEL-faktor 0,031 kj/m 3 Elforbrug pr. m 2 gulvareal med Be06 prioritering 0,4 kwh/m 2 /år Ventilator, elforbrug, uden naturlige drivkræfter 18 kwh Tabel 8-18: Elforbrug, back up ventilation Igen er der tale om et meget lavt elforbrug til back up ventilation, som kun ville blive en lille smule højere, hvis der ikke var nogen naturlige drivkræfter. Sammenlignet med de andre ventilationskoncepter ser energiforbrug og driftsøkonomi således ud: 55

62 Kr. pr. år kwh/m²/år Netto energiforbrug NVVK uden køling Bal. mek. uden køling Naturlig vent. Udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 8-5: Netto energiforbrug, fællesstue i plejehjem uden køling Driftsøkonomi NVVK uden køling Bal. mek. uden køling Naturlig vent. Udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 8-6: Driftsøkonomi, fællesstue i plejehjem uden køling 56

63 Ventilationsmetode NVVK princippet Samlet varmeforbrug kwh Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding Naturlig ventilation kwh kwh Udsugning med varmepumpe på afkastluften kwh Samlet elforbrug kwh kwh 0 kwh kwh Energiforbrug med Be kwh/m 2 /år kwh/m 2 /år prioritering kwh/m 2 /år kwh/m 2 /år Besparelse i energiforbrug med Be06 prioritering ved at anvende NVVK systemet - 12 % 15 % 4 % frem for alternativt anlæg Driftsudgifter kr kr kr kr. Differens, driftsudgifter - 11 % 13 % 6 % Tabel 8-19 Sammenligning af ventilationssystemer uden køling fællesstue i plejehjem Energiforbruget er generelt meget højt pr. m 2, men dette skyldes som tidligere nævnt primært varmtvandsforbruget, der ligger på brutto 330 kwh/m 2 /år. Igen ligger NVVK bedst af de 4 systemer med en energibesparelse på 4 12 % alt efter hvilket system, der bliver sammenlignet med. Sammenlignet med bal. mekanisk ventilation anvender NVVK-systemet ca kwh mere el, men bruger til gengæld næsten kwh mindre varme. Samme mønster gentager sig ved sammenligning med naturlig ventilation: Her har NVVK et mer elforbrug på ca kwh, men en meget stor besparelse på varmesiden på næsten kwh. Ved sammenligning med mekanisk udsugning med en varmepumpe på afkastluften er der ingen varmebesparelse (det er jo grundlæggende også det samme princip), men ved at anvende naturlig ventilation med back up ventilation fremfor kun mekanisk udsugning spares lidt over 500 kwh el. Energibesparelsen ved NVVK afspejler sig også i driftsøkonomien: Her er NVVK 6 12 % billigere i drift end de andre alternativer pga. det favorable forhold mellem merelforbrug og varmebesparelse Fællesstue i plejehjem med køling I dette tilfælde har plejehjemmet følgende brutto varme og kølebehov. Kølebehov, totalt Rumvarme Luftforvarmning Brugsvandsopvarmning Varmebehov, totalt 119 kwh kwh kwh kwh kwh Tabel 8-20: Bruttovarmebehov, fællesstue i plejehjem med køling Varmeforbruget til luftforvarmning er faldet lidt, da det maksimale luftskifte er faldet (fra 5 h -1 til 3 h -1 og ned til 612 m 3 /h) og der derfor ikke er så meget luft, der skal forvarmes 57

64 Anvendelsen af overskudsenergien fra køling fordeler sig således: Kølebehov, som NVVK systemet har dækket. 119 kwh Kølebehov, som må klares af en ekstern kompressor 0 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 119 kwh er blevet anvendt til varmt brugsvand Varme overført til brugsvand fra køling 151 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 0 kwh bliver afsat til afkastveksleren Gns. EER 4,32 Tabel 8-21 Energibalance for køling - fælles plejehjem Al bruttokølebehovet er i dette tilfælde blevet dækket af NVVK og der er derfor ikke behov for en back up kompressor. Ydermere er al varmeenergien fra køling blevet udnyttet 100 % til opvarmning af varmt brugsvand. Dette er sket med en god EER (svarende til en COP værdi på 5,32)og den effektive varmepris er ved at udnytte overskudsenergien 0,278 kr./kwh, hvilket er lavt se evt.. Fællesstuens netto varmetilførsel og varmepumpens elforbrug ved drift med NVVK-systemet er blevet udregnet til følgende: Total ekstern varmetilførsel kwh Elbehov, varmepumpe kwh Gns. COP 4,48 Tabel 8-22: Ekstern varmetilførsel, eltilførsel til varmepumpe og COP med NVVK simulering, fællesstue i plejehjem med køling. Som det fremgår af Tabel 8-22 er den gns. COP for varmepumpen 4,48, hvilket er fornuftigt. Ventilator, elforbrug 11 kwh % tid med ventilator back up 75 % Gns. SEL-faktor 0,03 kj/m 3 Elforbrug pr. m 2 gulvareal med Be06 prioritering 0,3 kwh/m 2 /år Ventilator, elforbrug, uden naturlige drivkræfter 15 kwh Tabel 8-23: Elforbrug, back up ventilation Igen er der tale om en god drift med varmepumpen og igen er det et lavt elforbrug til back up ventilation. Det er lidt højere end tilfældet uden køling pga. brug af færre Entraenheder til opvarmning. Selvom back up ventilatoren kører i 75 % af tiden, er elforbruget til ventilation stadig lavt sammenlignet med f.eks. balanceret mekanisk ventilation. 58

65 Kr. pr. år kwh/m²/år NVVK med køling Netto energiforbrug Bal. mek. med køling Figur 8-7: Netto energiforbrug, fællesstue i plejehjem med køling NVVK med køling Driftsøkonomi Bal. mek. med køling Figur 8-8: Driftsøkonomi, fællesstue i plejehjem uden køling 59

66 Ventilationsmetode NVVK princippet Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding Samlet varmeforbrug kwh kwh Samlet elforbrug kwh kwh Energiforbrug med Be06 prioritering 373 kwh/m 2 /år 422 kwh/m 2 /år Besparelse i energiforbrug med Be06 prioritering ved at anvende NVVK systemet frem for - 11 % alternativt anlæg Driftsudgifter kr kr. Differens, driftsudgifter - 11 % Tabel 8-24 Sammenligning af ventilationssystemer med køling fællesstue i plejehjem I forrige afsnit blev energiforbruget med Be06 prioritering beregnet til 371 kwh/m 2 /år, mens den i tilfældet med køling er på 373 kwh/m 2 /år altså en lille stigning. Dette skyldes, at når NVVK systemet kører i kølemode, henter den energi fra kølebuffertanken, der er C isf. afkastluften, der har en temperatur på ca. 25 C. Dette giver en dårligere COP, et højere elforbrug og derved et lidt dårligere energiregnskab. NVVK - systemet er stadig energimæssigt og økonomisk bedre end bal. mekanisk ventilation 8.3 Daginstitution Daginstitution uden køling Daginstitutionen uden brug af køling har følgende brutto varmebehov: Rumvarme Luftforvarmning Brugsvandsopvarmning Totalt: kwh kwh kwh kwh Tabel 8-25: Brutto varmebehov, daginstitution uden køling Bruttovarmebehov er relativt højt kwh/m 2 /år. Dette skyldes et relativ højt forbrug til varmt brugsvand 78 kwh/m 2 /år - men dette er dokumenteret i Danva s rapport. De 121 kwh/m 2 /år til rumopvarmning og forvarmning af luft er også højt sammenlignet med nutidig standard, men institutionen er fra 2004 og før det gældende bygningsreglement. Derudover er det et højloftet rum (5 m) hvilket giver et stort rumvarmebehov om vinteren. Rummet er derudover udstyret med store ovenlyspartier, hvilket giver en høj termisk belastning fra solindstråling og et stort ventilationsbehov (op til 5 h -1 eller m 3 /h). Netto varmetilførslen samt varmepumpens elforbrug er blevet beregnet til følgende 60

67 kwh/m²/år Total ekstern varmetilførsel kwh Elbehov, varmepumpe kwh Gns. COP 4,49 Tabel 8-26: Ekstern varmetilførsel, eltilførsel til varmepumpe og COP med NVVK simulering, daginstitution uden køling. Som i de andre tilfælde har varmepumpen kørt med en høj COP. Ventilator, elforbrug 150 kwh % tid med ventilator back up 82 % Gns. SEL-faktor 0,07 kj/m 3 Elforbrug pr. m 2 gulvareal med Be06 prioritering 1,9 kwh/m 2 /år Ventilator, elforbrug, uden naturlige drivkræfter 182 kwh Tabel 8-27: Elforbrug, back up ventilation Elforbruget til ventilation er her væsentlig højere end i de forrige tilfælde, men luftskiftet er som nævnt også højt. Ikke desto mindre falder sammenligning med andre ventilationssystemer igen ud til NVVK princippets fordel: 250 Netto energiforbrug NVVK uden køling Bal. mek. uden køling Naturlig vent. Mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 8-9: Netto energiforbrug, daginstitution uden køling 61

68 Kr. pr. år Driftsøkonomi NVVK uden køling Bal. mek. uden køling Naturlig vent. Mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 8-10: Driftsøkonomi, daginstitution uden køling Ventilationsmetode NVVK princippet Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding Naturlig ventilation Udsugning med varmepumpe på afkastluften Samlet varmeforbrug kwh kwh kwh kwh Samlet elforbrug kwh kwh 0 kwh kwh Energiforbrug med Be06 prioritering Besparelse i energiforbrug med Be06 prioritering ved at anvende NVVK systemet frem for alternativt anlæg 146 kwh/m 2 /år 219 kwh/m 2 /år 193 kwh/m 2 /år - 33 % 24 % 22 % 187 kwh/m 2 /år Driftsudgifter kr kr kr kr. Differens, driftsudgifter - 33 % 18 % 23 % Tabel 8-28 Sammenligning af ventilationssystemer uden køling daginstitution Det høje luftskifte fremhæver en af NVVK-princippets fordele sammenlignet med bal. mekanisk ventilation: Det lavere elforbrug til ventilation. I dette tilfælde har balanceret mekanisk ventilation både et større varmebehov og elforbrug end NVVK-princippet og er 33 % billigere og mere energieffektivt. Ligeledes er der også en klar distance til de to andre alternativer. 62

69 8.3.2 Daginstitution med køling Daginstitutionen med brug af køling har følgende brutto køle og varmebehov: Kølebehov, totalt Rumvarme Luftforvarmning Brugsvandsopvarmning Varmebehov, totalt: 327 kwh kwh kwh kwh kwh Tabel 8-29: Brutto varmebehov, daginstitution med køling Varmeforbruget til luftforvarmning bliver, sammenlignet med tilfældet uden køling, lidt lavere og max. luftskiftet er også faldet fra 5 h -1 til 3,5 h -1 eller m 3 /h). Som i tilfældet med fællesstuen i på plejehjemmet er der god afsætning af overskudsenergien fra kølingen: Kølebehov, som NVVK systemet har dækket. 322 kwh Kølebehov, som må klares af en ekstern kompressor 5 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 274 kwh er blevet anvendt til varmt brugsvand Varme overført til brugsvand fra køling 342 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 48 kwh bliver afsat til afkastveksleren % nyttiggjort køling 84 % Gns. EER 4,43 Tabel 8-30 Energibalance for køling - daginstitution Den eksterne kompressor skal kun dække 5 kwh og kølekapaciteten kunne sikkert godt sænkes, så den eksterne kompressor helt kunne undvære. Hele 84 % af bruttokøleenergien går til varmt brugsvand og som i tilfældet med plejehjemmet er det billig varme: Den gns. EER på 4,43 giver anledning til en varmepris på 0,271 kr./kwh. Mht. elforbrug til ventilation er dette blevet mindre end i det forrige tilfælde Ventilator, elforbrug 130 kwh % tid med ventilator back up 80 % Gns. SEL-faktor 0,07 kj/m 3 Elforbrug pr. m 2 gulvareal med Be06 prioritering 1,5 kwh/m 2 /år Ventilator, elforbrug, uden naturlige drivkræfter 162 kwh Tabel 8-31: Elforbrug, back up ventilation Der skal stadig anvendes det samme antal forvarmeflader som i tilfældet uden køling. Derved falder elforbruget til ventilation, idet mindre luft bliver anvendt i tilfældet med køling. Sammenligningen med balanceret mekanisk ventilation falder stadig fordelagtigt ud: 63

70 Kr. pr. år kwh/m²/år 250 Netto energiforbrug NVVK med køling Bal. mek. med køling Figur 8-11: Netto energiforbrug, daginstitution med køling Driftsøkonomi NVVK med køling Bal. mek. med køling Figur 8-12: Driftsøkonomi, daginstitution med køling 64

71 Ventilationsmetode NVVK princippet Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding Samlet varmeforbrug kwh kwh Samlet elforbrug kwh kwh Energiforbrug med Be06 prioritering 144 kwh/m 2 /år 220 kwh/m 2 /år Besparelse i energiforbrug med Be06 prioritering ved at anvende NVVK systemet frem for - 34 % alternativt anlæg Driftsudgifter kr kr. Differens, driftsudgifter - 33 % Tabel 8-32 Sammenligning af ventilationssystemer med køling daginstitution Faktisk giver introduktionen af kølingen anledning til et mindre netto energiforbruget pr. m 2 end hvis køling undværes, da næsten alt overskudsvarmen fra kølingen udnyttes og elforbruget til back up ventilation er mindre. Beregningerne fra daginstitutionen giver også anledning til en interessant overvejelse: Der er her anvendt et ret højt luftskifte for naturlig ventilation. Dette har også medført, at der må anvendes back up ventilation meget af tiden, men alligevel er SEL-faktoren ret lav gns. 0,07 kj/m 3 - og elforbruget tilsvarende lavt. Er der ingen naturlige drivkræfter, vil elforbruget til ventilation stige 25 %, men det er ikke noget, der markant ændrer på besparelsen ved at anvende NVVK-princippet. Dette leder til to konklusioner for dette tilfælde: Der kan med NVVK-princippet regnes med højere luftskifter end der normalt regnes med ved brug af naturlig ventilation. Den termiske opdrift betyder ikke meget. Dvs. at indtags og afkaståbninger i princippet kan ligge i samme højdeplan, hvilket gør NVVK-princippet mere fleksibelt i installation end naturlig ventilation 8.4 Kontor Kontor uden køling Beregningen på et kontor gav følgende resultater: Rumvarme kwh Luftforvarmning kwh Brugsvandsopvarmning kwh Totalt: kwh Tabel 8-33: Bruttovarmebehov, kontor uden køling 65

72 Københavns Energi s bygning er fra 2004, men er konstrueret bedre end den daværende bygningsstandard med 3 lags lavenergi ruder og ekstra isoleringstykkelse. Dog havde PC og lys udstyr dengang et relativt højt elforbrug og deraf termisk belastning sammenlignet med nutidig standard. Dette sammenholdt med personbelastningen (1 person pr 13 m 2 ) gør, at rumvarmeforbruget i bygningen er lavt (brutto 3 kwh/m 2 /år), mens varmeforbruget til luftforvarmning er noget højere (brutto 38 kwh/m 2 /år). Brutto varmtvandsforbruget ligger på 8 kwh/m 2 /år, hvilket er normalt (standard forbrug med Be06 beregninger ligger på 10 kwh/m 2 /år for erhvervsbygninger) I denne modellering kører varmepumpen med en COP på næsten 5, hvilket leder til et lavt elforbrug og en ekstern varmetilførsel: Total ekstern varmetilførsel kwh Elbehov, varmepumpe kwh Gns. COP 4,91 Tabel 8-34: Ekstern varmetilførsel, eltilførsel til varmepumpe og COP, kontor uden køling. Ligeledes er elforbruget til ventilation også lavt: Ventilator, elforbrug 1284 kwh % tid med ventilator back up 62 % Gns. SEL-faktor 0,06 kj/m 3 Elforbrug pr. m 2 gulvareal med Be06 prioritering 0,75 kwh/m 2 /år Ventilator, elforbrug, uden naturlige drivkræfter 2087 kwh Tabel 8-35: Elforbrug, back up ventilation Hvilket giver anledning til en fordelagtig sammenligning mellem NVVK og de alternative varme og ventilationsmetoder: 66

73 Kr. pr. år kwh/m²/år Netto energiforbrug NVVK uden køling Bal. mek. uden køling Naturlig vent. Mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 8-13: Netto energiforbrug, kontor uden køling Driftsøkonomi NVVK uden køling Bal. mek. uden køling Naturlig vent. Mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 8-14: Driftsøkonomi, kontor uden køling 67

74 Ventilationsmetode NVVK princippet Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding Naturlig ventilation Udsugning med varmepumpe på afkastluften Samlet varmeforbrug kwh kwh kwh kwh Samlet elforbrug kwh kwh 0 kwh kwh Energiforbrug med Be06 prioritering 29 kwh/m 2 /år 37 kwh/m 2 /år Besparelse i energiforbrug med Be06 prioritering ved at anvende NVVK systemet frem for alternativt anlæg 49 kwh/m 2 /år - 22 % 41 % 30 % 41 kwh/m 2 /år Driftsudgifter kr kr kr kr. Differens, driftsudgifter - 23 % 33 % 31 % Tabel 8-36 Sammenligning af ventilationssystemer uden køling kontor Som i de andre modeller kan der opnås væsentlige besparelser ved at anvende NVVK-princippet frem for de øvrige ventilationsprincipper. Max. luftskiftet er 2 h -1 eller m 3 /h hvilket med det store bygningsetageareal i kontorområdet (4.256 m 2 ) giver anledning til meget elforbrug til ventilation for balanceret mekanisk ventilation. Herudover kommer, at afkastluftens energi kan udnyttes bedre med NVVK-princippet. Varmeforbruget ved naturlig ventilation er så stort, at det giver et netto energibehov, der er 70 % større end NVVK-princippets. Varmeforbruget for mekanisk udsugning med en varmepumpe på afkastluften er det samme som ved NVVK, men elforbruget til udsugningen trækker ned i den endelige sammenligning. Det kan her diskuteres, hvorvidt det er rimeligt at anvende en varmegenindvindingsgrad på 85 % ved balanceret mekanisk ventilation ved disse høje luftmængder. Den høje varmegenindvindingsgrad vil ikke være noget problem at opnå med en modstrømsvarmeveksler, men det har i praksis været svært at finde én, der kan klare de høje luftmængder, der har været anvendt i kontorberegningen. En roterende varmeveksler kan klare de høje luftmængder, men 85 % er også det maksimale, der kan opnås og ikke i hele vekslerens driftsområde jf. Den lille blå om ventilation. En gns. varmevirkningsgrad på 80 % virker udfra samme kilde mere realistisk, hvilket vil give et øget varmeforbrug på kwh og en meromkostning på kr. årligt Kontor med køling Modelleringen gav følgende resultater: 68

75 Kølebehov, totalt Rumvarme Luftforvarmning Brugsvandsopvarmning Varmebehov, totalt: kwh kwh kwh kwh kwh Tabel 8-37: Bruttovarme og kølebehov, kontor med køling Varmeforbruget til luftforvarmning er reduceret væsentligt. Dette skyldes dels introduktionen af køling, dels at der ikke forvarmes på indtagsluften under natventilation, som det var tilfældet i den forrige beregning (dette var for at holde ventilationsbehovet nede om dagen). Brutto kølebehovet bliver dækket således: Kølebehov, som NVVK systemet har dækket kwh Kølebehov, som må klares af en ekstern kompressor 39 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som 674 kwh er blevet anvendt til varmt brugsvand Varme overført til brugsvand fra køling 830 kwh Kølebehov, som NVVK systemet har dækket og som kwh bliver afsat til afkastveksleren % nyttiggjort køling 33 % Gns. EER 4,65 Tabel 8-38 Energibalance for køling - kontor 33 % af brutto kølebehovet bliver nyttiggjort til varmt brugsvand. Ca. 2 % må klares af en ekstern kompressor og resten bliver overført til afkastluften. Dette er naturligvis ikke en lige så god udnyttelse som i tilfælde med plejehjemmet og daginstitutionen, men da brugsvandsforbruget er lavere i dette tilfælde, er det ikke overraskende. Varmepumpen har også denne gang kørt med tilfredsstillende driftsdata: Total ekstern varmetilførsel kwh Elbehov, varmepumpe kwh Gns. COP 4,79 Tabel 8-39: Ekstern varmetilførsel, eltilførsel til varmepumpe og COP, kontor med køling. Max. luftskiftet er nu nede på 1,5 h -1 eller m 3 /h, hvilket medvirker til et lavere elforbrug til ventilation, da antallet af Entra enheder ikke er blevet nedsat så meget, at det giver anledning til forøget tryktab. 69

76 kwh/m²/år Ventilator, elforbrug 1118 kwh % tid med ventilator back up 61 % Gns. SEL-faktor 0,06 kj/m 3 Elforbrug pr. m 2 gulvareal med Be06 prioritering 0,7 kwh/m 2 /år Ventilator, elforbrug, uden naturlige drivkræfter 1845 kwh Tabel 8-40: Elforbrug, back up ventilation Også med køling på indtagsluften er NVVK et bedre alternativ end balanceret mekanisk ventilation: Netto energiforbrug NVVK med køling Bal. mek. med køling Figur 8-15: Netto energiforbrug, kontor med køling 70

77 Kr. pr. år Driftsøkonomi NVVK med køling Bal. mek. med køling Figur 8-16: Driftsøkonomi, kontor med køling Ventilationsmetode NVVK princippet Balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding Samlet varmeforbrug kwh kwh Samlet elforbrug kwh kwh Energiforbrug med Be06 prioritering 23 kwh/m 2 /år 35 kwh/m 2 /år Besparelse i energiforbrug med Be06 prioritering ved at anvende NVVK - 31 % systemet frem for alternativt anlæg Driftsudgifter kr kr. Differens, driftsudgifter - 31 % Tabel 8-41 Sammenligning af ventilationssystemer med køling kontor Det lavere luftskifte og fravalget af opvarmning af indtagsluften gør, at nettoenergiforbruget for NVVK - ventilationen er faldet fra 29 kwh/m 2 /år til 23 kwh/m 2 /år det kan altså betale sig at køle. Mht. driftsøkonomien er denne faldet fra kr. til kr. årligt til varme og ventilation, så også på økonomisiden er det et velbegrundet valg. Generelt falder sammenligningen mellem NVVK konceptets energiforbrug og driftsøkonomi fordelagtigt ud i alle 4 tilfælde: Der er påvist driftsbesparelse på op til over 40 % på nettoenergiforbruget og på op til over 30 % på driftsøkonomien. Derudover er det eftervist, at brugen af køling ikke belaster hverken energiforbrug eller driftsøkonomi, idet kølingen i visse tilfælde væsentlig kan reducere ventilationsbehovet. 71

78 9 Etableringsomkostninger I dette afsnit bliver der først redegjort for etableringsomkostninger for NVVK. Derefter bliver der sammenlignet med etableringsomkostningerne for andre varme og ventilationssystemer på markedet. 9.1 Etableringsomkostninger for NVVK Et komplet NVVK - system består materialemæssigt af Varmepumpe Buffertank, varme Buffertank, køling Blandesløjfe til varme/køling til forsyning af forvarme/forkøleflader Rør og kabel føring til forvarme/forkøleflader Forvarme/forkøle flader Afkastunit (afkastveksler med tilbehør, dvs. spjæld, back up ventilator, kabinet og ventiler) Rør og kabelføring til afkastunit For at regne en pris ud, er der taget udgangspunkt i de 4 bygningsmodeller fra afsnit 7 og 8. Her er afkastvekslere og indtagsenheder placeret mest hensigtsmæssigt for minimering af rørføring, samtidigt med at indtagsenhederne er placeret for bedst mulig luftfordeling. Som prisgrundlag er der anvendt V&S data fra bygnet.dk for prissætning af rørføring og buffertanker (inkl. isolering), mens der er anvendt data for Eloverslagsprisbogen for kabelføring og kabelbakker. Pris for varmepumpe og Entra enheder er opgivet af IKM A/S og pris for afkastveksler + kabinet er hentet fra fabrikanten. Derudover er der anvendt priser fra Lindab for ventilator, ventiler og spjæld. Udgifter til CTS er ikke medregnet. Dette gav følgende prisopstilling for et NVVK anlæg med køling. Nærmere økonomiopstilling kan ses i bilag

79 Etableringsudgifter for NVVK, bygninger med køling Sportshal Fællesstue i plejehjem Daginstitution Kontor Afkastunit, rør og kabler Afkastunit Luftindtag, rør og kabler Luftindtag, forkøle/varmeflader Varmepumpe, buffertanke, blandesløjfe Figur 9-1: Etableringsomkostninger for NVVK, bygninger med køling Som det kan ses af Figur 9-1 udgør rørtræk til både luftafkast og luftindtag de mindste poster på budgettet ved små anlæg. Installationsprisen på luftafkast og forvarme/forkøleflader med tilhørende rørføring stiger proportionalt med luftmængden undtagen ved kontorbyggeriet, hvor stigningen er mere eksponentiel. Dette skyldes, at max. luftmængden kun stiger med en faktor 2,5 (fra m 3 /h til m 3 /h) fra sportshallen til kontoret. Til gengæld stiger netto arealet med en faktor 7 (fra 608 m 2 til m 2 ), der er 4 etager i kontorbygningen, ligesom bygningsomkredsen stiger fra 108 m til 224 m hvilket forøger længden af rørtræk til forvarme/forkøle fladerne. Varmepumpe, blandesløjfer og buffertank udgør en stor del af etableringsomkostningerne ca. 65 % - ved et lille byggeri og dermed lille luftmængde (f.eks. plejehjemmet), men falder ved større luftmængder ned til under 30 %. Dette skyldes, at varmepumpen og blandingssløjfen bliver ret omkostningstunge set i forhold til totalomkostningerne ved et lille ventilationsbehov. Set i forhold til ventilationsluftmængden falder etableringsomkostningerne pr. m 3 transporteret luft hastigt med stigende ventilationsluftmængder. 73

80 kr. pr m 3 luft Etableringsomkostninger pr. m 3 luft ved stigende luftmængde - NVVK med køling Fællesstue i plejehjem Daginstitution Sportshal Kontor Ventilationsluftmængde [m 3 /h] Figur 9-2: Etableringsomkostninger pr. m 3 luft ved stigende luftmængde NVVK med køling Forskellen i etableringsomkostning pr. m 3 /h ved en lille ventilationsluftmængde på ca. 600 m 3 /h (som ved plejehjemmet) og en stor luftmængde (som ved kontoret) på lidt over m 3 /h er en faktor 5 fra en installationspris på 426 kr. pr. m 3 /h til 84 kr. pr. m 3 /h. Derudover stabiliserer prisen sig omkring en luftmængde på m 3 /h. Dette indikerer, at ventilationsluftmængden skal op på en vis størrelse, før den kan konkurrere med andre ventilationsformer på markedet. Dette vil blive nærmere afklaret i afsnit 9.2. For bygninger uden køling ser etableringsomkostningerne således ud: Etableringsudgifter for NVVK, bygninger uden køling 0 Sportshal Fællesstue i plejehjem Daginstitution Kontor Afkastunit, rør og kabler Afkastunit Luftindtag, rør og kabler Luftindtag, forvarmeflader Varmepumpe, buffertank Figur 9-3: Etableringsomkostninger for NVVK, bygninger uden køling 74

81 kr. pr m 3 luft Betragtes Figur 9-1 og Figur 9-3, kan det ses, at de totale etableringsomkostninger for kontor og sportshallen faktisk er højere i tilfældet uden køling end i beregningen med køling. Dette skyldes, at reduktionen i max. luftmængden ved anvendelse af køling udløser en så stor besparelse på investering i forvarme/forkøleflader, luftafkast og tilhørende rør- og kabeltræk, at denne besparelse overstiger merinvesteringen i kølebuffertank og blandesløjfe. F.eks. reduceres max. luftmængde i kontorberegningen fra ca m 3 /h til ca m 3 /h ved brug af køling på indtagsluften. Herved reduceres udgifterne til forvarme/forkøleflader, rørtræk og afkastunit med kr., idet der er mindre luft, der skal forvarmes. I teknikrummet skal der ved etablering af køling kun investeres ca kr. ekstra i blandesløjfe og kølebuffertank altså er der en netto besparelse i etableringsomkostninger på kr. eller ca. 14 % - ved at etablere køling. I afsnit 8.4 blev udregnet en driftsbesparelse for kontoret på kr. årligt ved at anvende køling Sammenholdes dette med ovennævnte besparelse i etableringsomkostninger, er det i dette tilfælde attraktivt at vælge køling. Betragtes etableringsomkostninger for sportshallen er der 1 % (7.000 kr.) at spare i etableringsomkostninger ved at tilvælge køling og driftsudgifterne er uændrede. For daginstitutionen koster et anlæg med køling kr. eller 36 % - ekstra og driftsudgifterne er uændrede. Etableringsomkostningen pr. m 3 /h luft falder naturligvis, da der ikke skal investeres i blandesløjfe og kølebuffertank: Etableringsomkostninger pr. m 3 luft ved stigende luftmængde - NVVK uden køling Fællesstue i plejehjem Daginstitution Sportshal Kontor Ventilationsluftmængde [m 3 /h] Figur 9-4: Etableringsomkostninger pr. m 3 luft ved stigende luftmængde NVVK uden køling 75

82 Ved små luftmængder betyder det, at etableringsomkostningerne falder med over 50 %, opgjort i kr. pr. m 3 /h fra ca. 450 kr. pr. m 3 /h til lidt over 200 kr. pr. m 3 /h. Ved større luftmængder bliver besparelse %, fra kr. pr. m 3 /h til ca. 70 pr. m 3 /h. Men en ensidig fokusering på etableringsprisen pr. m 3 /h er ikke tilrådeligt, da de totale etableringsomkostninger som vist ovenfor kan falde ved etablering af køling. 9.2 NVVK sammenlignet med konventionelle varme og ventilationssystemer Til prissætning af konventionelle ventilationssystemer er der arbejdet med følgende kriterier og kilder: For balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding og køling er der anvendt priser fra V&S data fra bygnet.dk. For anlægspriser for naturlig ventilation er empiri desværre sparsom. Baseret på Esbensen s erfaring med anlægspriser indenfor området og artiklen Hybridventilation er fremtiden i kontorbygninger (HVAC 6, 2009) sættes anlægsprisen på naturlig ventilation til halvdelen af balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding. For mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften anvendes priser for varmepumpe + udsugningsventilator fra IKM A/S. Som luftindtag anvendes Entra enheder også med pris fra IKM A/S. Priser for kanalføring (dog kun nødvendig i kontorberegningen) og for rør og kabel føring til forvarme/forkøleflader er hentet fra V&S data fra bygnet.dk og Eloverslagsprisbogen. Alle priser er excl. CTS-anlæg. Sammenligningen mellem etableringsomkostninger for bygninger med køling faldt således ud: 76

83 Etableringsomkostninger, NVVK og bal. mek. ventilation, med køling Sportshal Fællesstue i plejehjem Daginstitution Kontor NVVK Balanceret mekanisk ventilation Figur 9-5: NVVK og bal. mekanisk ventilation med køling Den relativt høje etableringsomkostning for NVVK ved lave luftmængder betyder, at balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding og køling er billigst i installation for fællesstuen i plejehjemmet. NVVK er ca kr. (svarende til 34 %) dyrere, hvilket ikke opvejes af de få tusind kroner, der blev udregnet i driftsbesparelse i afsnit 8.2 For daginstitutionen er etableringsudgifterne for balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding og køling og NVVK næsten ens - NVVK er 0,7 % billigere (og er derudover jf. afsnit % billigere i drift). Dvs. at ved den luftmængde, der anvendes her (3.200 m 3 /h) er der nået et punkt, hvor NVVK og balanceret mekanisk ventilation med varmegenindvinding og køling har de samme etableringsomkostninger. Ved højere luftmængder ca m 3 /h for sportshallen og m 3 /h for kontoret, har NVVK en etableringsomkostning, der er hhv og kr. lavere, svarende til en besparelse på 23 % i begge tilfælde. Sammenholdt med driftsbesparelserne fra kapitel 8 indikerer dette, at NVVK er et attraktivt alternativ ved høje luftmængder. Grunden til denne store forskel er, at varmepumpen ved større luftmængder er mindre omkostningstung set i forhold til totalomkostningerne og NVVK s fordele ved forholdsvist lavere udgifter til rørtræk og kabelføring begynder at slå igennem. Etableringsomkostninger for anlæg uden køling hvor naturlig ventilation og mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften er med, ser således ud for de 4 bygningskategorier: 77

84 Etableringsomkostning, sportshal, uden køling NVVK Balanceret mekanisk ventilation Naturlig ventilation Udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 9-6: Etableringsomkostninger, sportshal, uden køling Etableringsomkostning, fællesstue i plejehjem, uden køling NVVK Balanceret mekanisk ventilation Naturlig ventilation Udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 9-7: Etableringsomkostninger, fællesstue i plejehjem, uden køling 78

85 Etableringsomkostning, daginstitution, uden køling NVVK Balanceret mekanisk ventilation Naturlig ventilation Udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 9-8: Etableringsomkostninger, daginstitution, uden køling Etableringsomkostning, kontor, uden køling NVVK Balanceret mekanisk ventilation Naturlig ventilation Udsugning med varmepumpe på afkastluften Figur 9-9: Etableringsomkostninger, kontor, uden køling 79

86 Fraværet af udgifter til køling gør, at NVVK nu mht. etablering er en billigere løsning end balanceret mekanisk ventilation til daginstitutionen ca. 21 %. Det samme gør sig stadig gældende for sportshallen og kontoret, hvor NVVK er hhv. 30 og 23 % billigere. Dog er NVVK stadig en dyrere løsning end balanceret mekanisk ventilation for fællesstuen i plejehjemmet. Sammenlignet med mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften er NVVK dyrere i etableringsudgifter ved alle 4 sammenligninger. Udgifterne til luftindtag er det samme ved begge ventilationsmetoder. Udgifterne til luftafkast er derimod lidt mindre ved mekanisk udsugning med varmepumpen på afkastluften. Dette skyldes, at en varmepumpe med indbygget ventilator (og i beregningen for kontoret kanaler til luftudsugning) koster mindre end en NVVK varmepumpe med afkastvekslere og tilhørende kabling. I afsnit 8 blev det klarlagt, at NVVK havde lavere driftsudgifter end mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften. Nedenstående tabel opgør meromkostningen på etableringssiden ved at anvende NVVK frem for mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften samt forskellen i driftsudgifter og den simple tilbagebetalingstid for de 4 bygningstyper: Bygning Sportshal Fællesrum i plejehjem Daginstitution Kontor Meromkostning i etablering ved NVVK fremfor mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften Årlig driftsbesparelse ved NVVK fremfor mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften Simpel tilbagebetalingstid Tabel 9-1: Sammenligning af økonomi mellem NVVK og mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften Normalt skal en merinvestering i byggebranchen betales hjem på 3 5 år og set udfra den betragtning er det kun rentabelt i kontorberegningen at vælge NVVK fremfor mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften. Dog må medtages det faktum, at Be06 beregningerne fra afsnit 8 alle viste, at NVVK har et mindre netto energiforbrug for beregningerne på alle 4 bygningstyper. Dette kan indirekte give NVVK en fordel, idet der med et valg af mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften fremfor NVVK skal foretages merinvesteringer i energibesparende tiltag som f.eks tykkere isolering, solceller, solfangere mm. Det skal her nævnes, at normalt vil mekanisk udsugning med varmepumpe på afkastluften ikke kun blive etableret i fællesrummet på et plejehjem, da dette er for omkostningsfyldt i forhold i andre løsninger jf. Figur 9-7. Normalt vil et sådant ventilationssystem ved etablering i et plejehjem også forsyne beboelsesområdet med ventilation med en bedre etablerings og driftsøkonomi som følge 80

87 heraf. IKM A/S oplyser, at firmaet har solgt flere anlæg til plejehjem og kan bekræfte den fordelagtige økonomi. Ved alle sammenligningerne på etableringsomkostninger er naturlig ventilation en billigere løsning i etablering end NVVK. Dette er ikke overraskende, da udgifterne til afkastunits, varmepumpe, rør og kabeltræk og forvarmeflader ved NVVK kan forventes at være større end udgifterne til naturlig ventilation, der stort set kun omfatter udgifter til vinduesmotorer, merudgifter til oplukkelige vinduer og kabeltræk. Forskellen i meromkostning, driftsbesparelse og simpel tilbagebetalingstid ser her således ud Bygning Sportshal Plejehjem Daginstitution Kontor Meromkostning i etablering ved NVVK fremfor naturlig ventilation Driftsbesparelse ved NVVK fremfor naturlig ventilation Simpel tilbagebetalingstid Tabel 9-2: Sammenligning af økonomi mellem NVVK og naturlig ventilation Set udfra en ren økonomisk betragtning kan det ikke betale sig at investere i NVVK fremfor traditionel naturlig ventilation på trods af lavere driftsomkostninger. Men igen er der den vinkel, at nettoenergi forbruget jf. kapitel 8 er væsentlig lavere for NVVK ved alle 4 bygningstyper og derfor i den sidste ende kan være en bedre økonomisk løsning, hvis der kan spares på andre energibesparende tiltag. Udfra beregningerne ses en generel tendens til, at NVVK ved større luftmængder bliver en mere konkurrencedygtig løsning sammenlignet med de øvrige løsninger. Det må dog tages i betragtning, at der i sagens natur ikke er mange erfaringspriser med etablering af NVVK og derfor er ovennævnte besparelser på installationssiden indtil videre kun teoretiske. I kapitel 11 beskrives et NVVK demonstrationsanlæg i sportshallen Diamanten i Fynshav på Als. Dette er forsynet med køling og kan klare op til m 3 /h. Hele demonstrationsanlægget koster kr. Anvendes en prisestimering baseret på førnævnte luftmængde og Figur 9-2 fås en installationspris på kr., altså en forskel på 10 %. Det skal dog nævnes, at installationsprisen for denne ventilationsstørrelse er udregnet primært på basis af installationsprisen for den fiktive sportshal på 635 m 2 netto, der har et ventilationsbehov på m 3 /h ved brug af køling. Området, som NVVK betjener i Diamanten er på m 2 netto, så rørføringen er betydeligt større, hvilket forklarer afvigelsen mellem beregnet og teoretisk pris. 81

88 Totalt fravalg af forvarmeflader og rørføring. Umiddelbart kunne det virke oplagt helt at undvære forvarmefladerne, når NVVK installeres uden køling og i stedet tage luften ind gennem oplukkelige vinduer. Herved spares endnu mere el til back up ventilation (endskønt forbruget i forvejen er lavt), og der kan spares på udgifterne til forvarmefladerne og rør og kabler til samme, som jf. Figur 9-3 udgør % af totaludgifterne for et NVVK anlæg. Energiforbruget med en Be06 beregning kan forventes at være nogenlunde det samme, hvis det antages, at varmeforbruget er uændret. Dog er der visse ulemper: Når muligheden for at forvarme luften er væk, stiger risikoen også for træk. Derudover skal der investeres i oplukkelige vinduer og vinduesmotorer samt kabling af samme og ekstra radiatorkapacitet for at opveje den manglede forvarmning af indtagsluften. En forvarmeflade fra IKM A/S, der kan opvarme en luftmængde på 900 m 3 /h med en effekt på 10 kw koster pt kr. ex. moms. Dette giver en pris pr. installeret effekt på 1,9 kr./w. Den billigste radiatortype (panelradiatorer) koster iflg. V&S prisbogen 2,2 kr./w, så hvis prisen til rør og kabelføring antages at være den samme i begge tilfælde er der intet sparet udfra denne betragtning. Dog bør andre faktorer medregnes: I NVVK-konceptet dimensioneres antallet af forvarme/forkøle flader således, at der med en given ventilationsluftmængde er et tryktab på max. 25 Pa. Dette har f.eks. betydet for kontorberegningen, at der skal anvendes 32 forvarmeflader til max. luftmængden på m 3 /h. Forvarmeflader inkl. rørføring udgør for kontorberegningen ca kr. Antages det, at der i stedet for forvarmefladerne etableres trad. naturlig ventilation skal der investeres min kr. i ekstra radiatorkapacitet for at opveje den manglede forvarmning af indtagsluften og dertil kommer merudgifter til rørføring. Herudover kommer en udgift til etablering af oplukkelige indtagsvinduer, motorer mm. Antages denne udgift at være halvdelen af etableringsudgiften til naturlig ventilation fra Figur 9-9, dvs kr., kommer denne løsning op på at koste kr. plus merudgifter til rørføring. Dvs. at en lille besparelse kunne i teorien opnås på denne løsning på kr., men der vil stadig være en risiko for træk. Brug af forvarmeflader til grundventilation og vinduer til øget ventilation En anden mulighed kunne være, at der blot blev installeret forvarmeflader nok til at kunne opvarme min. luftmængden, der var nødvendig for at holde CO 2 niveauet nede på ppm og så antage, at indtagsvinduer kan anvendes til den luftmængde, der skal anvendes derudover for at undgå overtemperaturer. I kontorberegningen er min. luftmængden for at holde CO 2 niveauet nede på ppm på m 3 /h, hvilket vil betyde en udgift til forvarmeflader og rørføring på anslået kr. Tages resten af max. luftmængden ( m 3 ) ind gennem oplukkelige vinduer, vil dette betyde en etableringsudgift på kr. i alt kr. Altså er der en lille besparelse at hente på lidt over kr. eller ca. 10 % af totalomkostningen ved denne løsning frem for at tage al luften ind gennem forvarmefladerne. 82

89 10 Potentiale for NVVK De foregående afsnit har vist, at NVVK både mht. energibesparelse, driftsøkonomi og installationsomkostninger har fordele frem for eksisterende varme- og ventilationssystemer. Dette afsnit vil afklare, hvordan NVVK kan anvendes i byggesektoren i fremtiden samt potentialet for videreudvikling af konceptet med fokus på varmepumpen Anvendelsesområde og praktisk implementering af NVVK Lavt energiforbrug, god driftsøkonomi og lave etableringsomkostninger Først og fremmest har NVVK systemet, sammenlignet med andre ventilationssystemer på markedet, et lavt energiforbrug til drift, hvilket gør det attraktivt ved både renovering og nybyggeri (se afsnit 10.2 og 10.3 for nærmere redegørelse). Endvidere er de lave installationsomkostninger også attraktive, men fordrer også en vis ventilationsluftmængde jf. forrige afsnit Lav afhængighed af naturligt drivtryk I kapitel 8 blev det afklaret, at elforbruget til back up ventilation var meget lavt (Beregnet SEL faktor ligger på 0,02 0,07 kj/m 3 ) og at elforbruget ikke var markant afhængigt af det naturlige drivtryk. Dette gør, at NVVK ikke har de bindinger, som der normalt er forbundet med naturlig ventilation mht. placering af indtags og afkaståbninger efter maksimal udnyttelse af den termiske løftehøjde, korrekt placering af neutralplanet og orientering efter det vindinducerede drivtryk. Herved kan indtags og afkaståbninger placeres mere frit blot skal indtagsåbningen helst ligge under afkaståbningen og tryktabet skal samlet være så lavt, at den lave SEL faktor bibeholdes. Fleksibel installation Endvidere giver NVVK konceptet gode muligheder for en fleksibel installation: Fabrikanten af afkastveksleren oplyser, at veksleren kan laves efter ønskede mål. Dette betyder, at der kan vælges mellem én stor afkaståbning eller opdele afkastarealet op i mindre åbninger. Endvidere markedsføres Entra enhederne i mange størrelser. Dette betyder sammen med muligheden for fravalg af nedhængte lofter - at der er god basis for arkitekten for at implementere åbningerne i overensstemmelse med de æstetiske ønsker. Varmepumpe, buffertank, køletank mm. kræver et areal på m 2, hvilket ikke er meget sammenlignet med f.eks. balanceret mekanisk ventilation, der ofte har et større pladskrav. Mulighed for anvendelse i mange bygningstyper Muligheden for et stort luftskifte giver en sikkerhed ved NVVK og en udbredelsesmulighed, som ikke findes med naturlig ventilation i dag. Normalt anvendes naturlig ventilation kun ved et krævet luftskifte på gns. 3 h -1 og max. 5 h -1. Men ved NVVK er der mulighed for at gå højere op i luftskifte, hvilket udvider anvendelsesmulighederne for konceptet til bygningstyper med mere krævende ventilationsbehov uden brug for luftbehandling, f.eks. lettere industri, auditorier, kulturcentre, mødelokaler, caféer, biografer, teatre, dyrehold o.l. 83

90 Pt. er der en udfordring ved at anvende NVVK i etageboliger: Det nuværende bygningsreglement kræver, at der er mekanisk udsugning fra køkken, toilet og bad. Køkkenet placeres i etageboliger ofte ved facaden, hvilket gør det muligt at etablere en grundudsugning med NVVK. Men badeværelser og toiletter placeres som regel indeliggende, hvilket indebærer en udfordring: For at imødekomme brandkravene vil det være hensigtsmæssigt at føre en separat kanal ned til hver boligenhed. I etageboliger med mere end 2 etager vil kanalføringen blive pladskrævende og derfor svær at implementere. Optimal udnyttelse af køling Beregningerne i kapitel 8 viser, at der ofte er mulighed for at anvende overskudsvarmen fra den aktive køling på indtagsluften og at anvendelsen af køling i visse tilfælde kan forbedre Be06 regnskabet. Det højere luftskifte samt brugen af aktiv køling gør også NVVK anvendeligt under varmere forhold end det danske klima. Konceptet kan installeres uden aktiv køling og opgraderes senere, hvis det bliver nødvendigt. I to af beregningerne (sportshallen og kontoret) blev al varmeenergien fra kølingen ikke anvendt til opvarmning af brugsvand og noget af overskudsvarmen måtte derfor udledes til omgivelserne eller afkastluften. I praksis kan al overskudsvarmen fra den aktive køling af indtagsluften anvendes til opvarmning af brugsvand, når blot der er et varmtvandsbehov, der tilsvarer overskudsvarmen fra køling Potentiale for NVVK i nye bygninger Pr. 1. januar 2006 blev energibestemmelserne i de to danske bygningsreglementer (BR95 og Bygningsreglementet for småhuse) skærpet væsentligt. Målet var bl.a. at nedsætte energiforbruget i nybygninger med % og endvidere skulle elforbruget til drift medregnes bl.a. til ventilation. Derudover blev der indført 2 lavenergitypeklasser Lavenergiklasse 2 og 1 hvis energiforbrug skal ligge på hhv. 75 og 50 % af normalklassen. De nuværende rammer (pr. 1. april 2010) ligger således for boliger og andre typer bygninger: Energiklasse Boliger Andre bygninger end boliger Normal /A kwh/m 2 pr. år /A kwh/m 2 pr. år Lavenergi /A kwh/m 2 pr. år /A kwh/m 2 pr. år Lavenergi /A kwh/m 2 pr. år /A kwh/m 2 pr. år Tabel 10-1: Energiklasser pr. 1. april 2010 Det er meningen, iflg. den energipolitiske aftale fra 21. februar 2008, at i 2010 skal bygningsenergiforbruget reduceres med min. 25 %, i 2015 yderligere 25 % og endelig 25 % ekstra i 2020 altså i alt 75 %. Dette vil sætte høje krav til reduktion af energiforbruget til varme og ventilation, som pt. er langt den største post på energibudgettet: I boliger udgør varme og ventilation 100 % af nettoenergiforbruget og i andre bygninger er det %. 84

91 I kapitel 8 blev det klarlagt, at NVVK medfører en netto energibesparelse på 5 40 % alt efter hvilket varme og ventilationssystem, det bliver sammenlignet med. Dette vil give NVVK en fordel frem for andre varme og ventilationskoncepter specielt med de planlagte stramninger af bygningsenergireglementet. Udover at være mindre energieffektive har de alternative ventilationssystemer en række ulemper Indtastning af NVVK i Be06 Indtastning af NVVK systemets ydelse er en relativ nem sag i Be06. I ventilationsfanebladet indtastes luftmængder for de områder, hvor der anvendes NVVK. SEL -faktor sættes til mellem 0,02 0,07 kj/m 3 alt efter, hvilken bygningstype, der ligger tættest på eksemplerne i kapitel 8. I forsyningsfanebladet under varmepumper indtastes værdier for varmepumpen. Dette gøres nemmest ved at downloade programmet IKMtools fra Programmet kan udregne alle de nødvendige inputdata til Be06 udfra data om ventilationsluftmængde, rumvarmebehov og behov for varmt brugsvand. Effekt for ventilator sættes til 0, i det dette energiforbrug allerede er blevet indtastet. Figur 10-1: Skærmbillede fra IKMtools til indtastning i Be06 85