Udvikling af mekanisk ventilation med lavt elforbrug

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Udvikling af mekanisk ventilation med lavt elforbrug"

Ingrid Lange
8 år siden
Visninger:

1 Udvikling af mekanisk ventilation med lavt elforbrug Søren Terkildsen Sektion for bygningsfysik og installationer Alectia seminar 20 September 2012.

2 Introduktion 3 årigt Ph.d studie på DTU byg. Ny type lavtryksventilation med lavt varme og elforbrug til energirenovering af bygninger Udvikle og afprøve nye løsninger til mekanisk ventilation som kan reducere energiforbruget og/eller forbedre indeklimaet. 2

energirenovering af bygninger Udvikle og afprøve nye løsninger

3 Energikrav 2020 Bygninger står 40 % af Danmarks samlede energiforbrug og heraf står ventilationsanlæg for cirka 25 %. Energirammen for bygninger i 2020 reduceres fra det nuværende 52.5 kwh/m 2 til 20 kwh/m 2 for boliger og fra 71.3 kwh/m 2 til 25 for kwh/m 2 for erhverv. Det forventede krav til SEL-værdien er 1500 J/m 3, mod det nuværende 2100 J/m 3 ved maksimum ydelse og tryktab. Varmegenindvinding på mindst 75 % for erhverv og 85 % for boliger. Det samlede energikrav til bygninger reduceret med 75 % i forhold til 2006, hvorimod kravet til ventilation alene kun bliver reduceret med 40 % (Erhvervsbyggeri). 3

Det forventede krav til SEL-værdien er 1500 J/m 3, mod det nuværende 2100 J/m 3 ved maksimum ydelse og tryktab.

4 Indeklima 2020 Der er ikke specificeret nogen krav til luftskifte eller minimumsluftmængde pr person som der er i BR 10. I stedet angives kun: CO 2 -koncentration må ikke overstige 900 ppm i længere perioder i skoler, kontorer og institutioner. Hvad er en længere periode? Hvor mange perioder må der være på en dag? Termisk indeklima må kun overskride 26 0 C nogle få timer for erhverv og 100 timer for boliger heraf maksimum 25 timer over 27 0 C. Arbejdstilsynet angiver at CO 2 -koncentrationen ikke bør overskride 0.1 % og hvis den overskrider 0.2 % er luftskiftet utilstrækkeligt. 4

Hvad er en længere periode? Hvor mange perioder må der være på en dag?

5 Hvordan? Højere ventilatorvirkningsgrad Bedre styring af luftmængder efter behov Bedre design for at mindske tryktab Producenter Rådgivere Installatører 5

6 Udvikling frem mod 2020 Ventilatorer og motorer Ved at optimere design, materialer og overfladebehandling må kunne forventes en øget virkningsgrad. Ventilatortype Nyværende effektivitet [%] Radialventilator Aksialventilator Forbedret effektivitet på 5 % i 2020 [%] Kammerventilator Der er motorer på markedet der overholder kravene til IE4 og inden 2020 må det formodes at IE5 motorer med en en virkningsgrad på % er udviklet. 6

Ventilatortype Nyværende effektivitet [%] Radialventilator 87-90 91-94 Aksialventilator 76-80 80-86 Forbedret

7 Udvikling frem mod 2020 Varmegenindvinding Forbedret virkningsgrad på 5 % frem mod 2020 vil mere end overholde kravene til varmegenindvinding, det kan gøres nu. Lidt at spare ved at forbedre virkningsgraden over 90 %, afhængig af bygningstype. Fokus bliver på at reducere tryktabet, for at mindske elforbruget til ventilatorer. Vekslertype Nuværende effektivitet [%] Krydsveksler Modstrømsveksler Roterende veksler Væskekoblet ? Vekslertype Nuværende tryktab [Pa] Krydsveksler Modstrømsveksler Roterende veksler Væskekoblet? 2! Forbedret effektivitet [%] Forbedret tryktab [Pa] 7

Fokus bliver på at reducere tryktabet, for at mindske elforbruget til ventilatorer.

8 Udvikling frem mod 2020 Filterløsninger Brug af posefiltre i stedet for kompaktfiltre og generelt større filtre. Filertype Nyværende tryktab [%] Forbedret Tryktab 2020 [%] Udvikling i design og materialer, Der kan være op til 40 Pa forskel i starttryktab ved F7 posefiltre afhængig af materiale. Panelfilter ? Kompaktfilter ? Posefilter Elektrostatiskfilter Der vil i fremtiden også komme alternative filter løsninger, nogen kan allerede fås nu. Forskellige former for oxidation silica gel rotor, plasma, photo-catalytic Elektrostatiske filtre 8

F7 posefiltre afhængig af materiale. Panelfilter 100-350 50-? Kompaktfilter 100-350 50-?

9 Udvikling frem mod 2020 Kanalsystem og komponenter Lavere tryktab ved at bruge; Større kanaler En størrelse op i kanaldimension giver 35 % større areal og 60 % lavere tryktab Bedre design Undgå knæk og bøjninger Symmetri opbygning Undgå lange kanalstrækninger og unødvendige tryktab i spjæld. Bedre komponenter LeanVent spjæld Nye Armaturer 9

lavere tryktab Bedre design Undgå knæk og bøjninger Symmetri opbygning Undgå lange

10 Udvikling frem mod Styring Resultater med et LeanVent spjæld Pressure loss [Pa] % 60 (13 %) 50 (23 %) 30 % 40 (36 %) LeanVent damper opening % Flat-plate damper angle (opening %) 30 (50 %) 50 % 70 % 90 % Air flow [l/s] Openingpercentage[%] Pressure loss [Pa] fan level * 4* 4* 4* 4* Pressure loss [Pa] fan level * 6* Pressure loss [Pa] fan level * * Pressure loss across the damper is too low for the pressure sensors to register accurately 10

20 30 40 50 60 70 80 90 100 Pressure loss [Pa] fan level 1 20 18 16 12 8 6 5* 4* 4* 4* 4* Pressure loss [Pa] fan level 3 65 60 51 38 24 13 11 9 7 6* 6*

11 Udvikling frem mod Styring Hvordan styrer i hastigheden på ventilatoren i VAV anlæg? Hvordan fastsættes trykket? 11

12 Udvikling frem mod Styring Minimering af tryktab ved brug Static pressure setpoint reset Static pressure setpoint reset styring hvor et spjæld altid er helt åbent, kan give en besparelse på % i forhold til fast statisk tryk. Tilbage betalingstid på ned til et år. Belimo har sendt deres løsning på gaden for cirka to år siden kaldet ventilator optimizer LeanVent er i gang med at udvikle et modul til deres spjæld. Lindab Pascal hvor åbningen på indblæsningsarmaturerne styres optimalt 12

13 Udvikling frem mod Styring Forsøgsopstilling med LeanVent spjæld hvor der blev udviklet en SPRalgoritme. 13

14 Udvikling frem mod Styring Minimering af tryktab ved brug Static pressure setpoint reset Total airflow CSP-1 Pressure [Pa] Airflow [l/s] CSP-2 CSP-3 SPR-1 SPR-2 SPR-3 System SPR System CSP Time [h] 0 14

Pressure [Pa] 12 10 8 6 4 2 100 80 60 40 20 Airflow [l/s] CSP-2 CSP-3

15 Udvikling frem mod Indblæsning Traditionelle armaturer har tryktab på minimum 30 Pa, hvilket ikke er hensigtsmæssig i lavtryksanlæg. Støjgener Trækgener Diffust indblæsningloft Stort indblæsningsareal giver lavt tryktab omkring 2 Pa samt ingen støj- og trækgener. 15

16 Diffust indblæsningloft Forskningsprojekter i teori og praksis til at afdække Risiko for zoner med stillestående luft Risiko for kortslutning af luftstrømmen og høje lufthastigheder Luft opblanding Trækgener i opholdszonen Temperaturfordeling Aktivering af termisk masse i loftkonstruktionen Forskellen mellem forskellige loft typer. Gipsplader Aluminiumplader træbetonplader Målinger i testkammer på DTU byg og CFD beregninger samt målinger i praksis på Vallensbæk skole. 16

Temperaturfordeling Aktivering af termisk masse i loftkonstruktionen Forskellen mellem forskellige loft typer.

17 Diffust indblæsningloft 17

18 Diffust indblæsningsloft - Tryktab 18

19 Diffust indblæsningsloft - Lufthastigheder 19

20 Diffust indblæsningsloft - CFD 20

21 Diffust indblæsningsloft - Luftopblanding Perfekt piston luftstrøm = 100 % Fortrængningsventilation = % Perfekt opblanding = 50 % Kortslutning/stillestående luft = <50 % 21

22 Vallensbæk skole Formålet er at undersøge forskellige nye designløsninger og komponenter i praksis, for at mindske tryktab og energiforbrug, herunder; Overdimensioneret aggregat Overdimensioneret kanalsystem LeanVent spjæld Diffust indblæsningsloft Behovsstyring CO 2 -sensorer PIR-sensorer 22

23 Aggregat Standard overdimensioneret VEX340 placeret på loftet. Varmegenindvinding % Luftmængde m 3 /h Ingen varmeflade Design luftmængde 450 m 3 /h per rum (5 l/s per person). Lufthastighed på 1-2 m/s = tryktabsgradient på 0,1-0,5 Pa/m 23

24 Diffust indblæsningsloft Troldtekt træbeton plader 6 aktive plader Indblæsningsareal of 9.2 m 2 Installationshøjde Cirka 20 cm 24

25 Kontrolstrategi Behovsstyring efter CO 2 -koncentrationen Brugen af rummet Holde CO 2 -koncentration under 1000 ppm. Luftmængden til rummene reguleres af LeanVent spjæld. 25

26 Målinger Energiforbrug Tryktab SFP-værdi Indeklima CO 2 -koncentration Temperatur Humidity (VOC) Diffust loftindblæsning Tracer gas (decay method), ventilation effektivitet Lufthastighed og temperatur, draught rate Elev test Indlæringsevne Trivsel og opfattet luftkvalitet 26

27 Resultater Indeklima Før installering 27

28 Results Indeklima Efter installering 28

29 Resultater Diffust indblæsningsloft Tracer gas målinger Air change efficiency 29

30 Resultater Diffust indblæsningsloft Tracer gas målinger Air change efficiency Air change efficiency [%] m3/h 1000 m3/h Local air change index [%] m3/h 1000 m3/h 30 Exhaust Measuring point 50 #1 #2 #3 #4 #5 Measuring point 30

31 Resultater - Røgforsøg 31

32 Resultater Diffust indblæsningloft Lufthastighed og temperatur målinger draught risk 0.1 and 1.1 m ved luftskifte på 500 and 1000 m 3 /h Lufthastigheden skal være under 0.15 m/s Temperaturgradient 32

33 Resultater Diffust indblæsningloft Ved 1000 m 3 /h og indblæsningstemperatur på 17 grader Airtemperature [C] Airtemperature [C] Measuring point Ved 1000 m 3 /h og indblæsningstemperatur på 10 grader Measuring point m m Measuring point Mean air velocity [m/s] Mean air velocity [m/s] Measuring point Threshold Threshold

34 Resultater Diffus indblæsningsloft Thermografi billeder for at undersøge træk, strålingstemperatur og utæthederne i pladerne. Utætheder mellem pladerne og langs kanten samt utæt uisoleret loftslem. Forkert placering af aktive plader skyld i høje lufthastigheder i det ene hjørne. 34

35 Resultater Energiforbrug SFP-værdi ved luftmængde på 1000 m 3 /h Beregnet = 650 J/m 3 Målt = 500 J/m 3 Fast statisk tryk i kanalsystem på 25 Pa til at styre ventilatoren Kun indledende målinger så der er en vis usikkerhed 35

36 Konklusion Forbedret indeklima (1000 ppm) der giver bedre trivsel og indlæring hos elever og lærere. Diffust loftindblæsning God luftfordeling Meget lav risiko for træk Lav indblæsningstemperatur = sparet varmeflade Præcis balanceret luftfordeling til de to rum ved brug af LeanVent spjæld Forholdsvis lave tryk i alle dele af anlægget hvilket gav en lav SFP-værdi på 500 J/m 3. Forvendte krav for 2020 er 1500 J/m 3 Beregnet årligt energiforbrug på 4 kwh/m 2 36

Relaterede dokumenter

Energibesparelser i ventilationsanlæg Teori og praksis v/carsten Tonn-Pedersen. KlimaKlar torsdag den 12. maj 2011

Energibesparelser i ventilationsanlæg Teori og praksis v/carsten Tonn-Pedersen KlimaKlar torsdag den 12. maj 2011 Fokus-omr områder God og energirigtig ventilation opnås ved at fokusere på: 1. Ventilationsbehov