Ventilationsanlæg (projekt 2) Titel:... Ventilationsanlæg Afleveret:...2004.05.11 DTU-diplomlinie:... By og Byg.Ing DTU-kursus:...11937... Grundlæggende indeklima-,... installations- og energidesign (2) Gruppemedlemmer:... Gitte Lerche Aalborg, s022387...marianne Rossen, s022388... Teddy Olsen, s011271
Gruppemedlemmer: Gitte Lerche Aalborg, s022387 Marianne Rossen, s022388 Teddy Olsen, s011271 Side 2
Indholdsfortegnelse: Gruppemedlemmer:... 2 Indholdsfortegnelse:... 3 Baggrund... 4 Problemformulering... 4 Ventilationssystemers udformning... 4 Bestemmelse af nødvendige ventilationsmængder... 5 Ventilationsanlæggets opbygning... 8 Skema over tryktabsberegning... 10 Tryktab... 15 Placering af spjæld... 16 SEL-værdi (det specifikke elforbrug)... 16 Tegninger 3D... 18 Konklusion... 21 Bilag... 22 Side 3
Baggrund Et firma ønsker at leje en del af den ubenyttede hal i DTUs bygning 117. Et krav fra lejerne er, at bygningen ombygges således, at der bliver to udnyttelige etager. I første omgang ønsker firmaet kun at leje 3 moduler både i stue og på 1. sal. Problemformulering Der skal dimensioneres et ventilationssystem til de kommende kontorlokaler i bygning 117, og dette gøres ved hjælp af en række beregninger. Der skal bestemmes de nødvendige ventilationsmængder, og man skal finde ud af, hvordan CO 2 -koncentrationen udvikler sig over en arbejdsdag. Der tegnes principskitser af kanalsystemerne, og ud fra disse bestemmes luftmængder og kanaldimensioner på de enkelte delstrækninger. Der udføres tryktabsberegning for kanalsystemet, og deraf ses, hvor eventuelle spjæld skal placeres. Derefter aflæses det specifikke elforbrug (SEL-værdien) ud fra ventilationsaggregatets arbejdspunkt. Også temperaturvirkningsgraden aflæses, og ud fra denne beregnes hvilken dimensionerende effekt, varmeanlægget skal levere til opvarmning af ventilationsluften. Ventilationssystemers udformning Ventilationssystemer består grundlæggende af tre dele: Forsyning, distribution og forbrug. Forsyningsdelen består af klimaaggregat, og kanaler der forbinder anlægget med udeluften. Inde i aggregatet renses luften i et filter og opvarmes i en varmeveksler ved at afkastluften, der er på vej fra bygningen og ud af systemet, afgiver noget af sin varme til udeluften. Hvis der er behov for yderligere opvarming, indsættes en varmeflade til dette formål. I aggregatet er der to ventilatorer, en der trækker udeluft ind, og en der trækker brugt luft ud. Distributionsdelen er de kanaler, der transporterer ventilationsluften mellem aggregatet og bygningens rum. Disse kanaler betegnes henholdsvis hovedkanal, fordelingskanaler og tilslutningskanaler. Forbrugsdelen er rummenes armaturer til indblæsning og udsugning af luften. I dette tilfælde skal ventilationsanlægget dimensioneres som et CAV-anlæg (CAV = Constant Air Volume), og det vil sige, at volumenstrømmen holdes konstant gennem hele aggregatet og at man regulerer på indblæsningstemperaturen. Side 4
Bestemmelse af nødvendige ventilationsmængder De lejede lokaler skal være arbejdsplads for 20 personer. De tre moduler på 1. sal indrettes til storrumskontor til 12 personer. To af modulerne i stueetagen indrettes til arbejdsplads til 8 personer, mens det sidste modul i stuen indrettes til mødelokale. Ventilationen i mødelokalet skal dimensioneres for 10 personer. Slutkoncentrationen af CO 2 må ikke overstige 0,1 %, det vil sige at c = 0,001. Det skyldes, at arbejdstilsynet anbefaler de 0,1 % som komfortværdi. Det antages, at der er en CO 2 -udledning på 17 l/h pr. person. Atmosfærens CO 2 koncentration c e = 0,035 % = 0,00035. Først bestemmes luftstrømmen (G) for henholdsvis 4 og 10 personer. G G G G 4 4 10 10 = 4 = 10 [ pers] = 0,068 = 0,17 3 [ m / h] [ pers] 3 [ m / h] [ l / h pr. pers] 17 * 1000 3 [ l / m ] [ l / h pr. pers] 17 * 1000 3 [ l / m ] Den nødvendige ventilationsmængde q v bestemmes ved hjælp af fortyndingsligningen. c q q q v v4 v10 = c e = c + G q v G c e = 104,62 = 261,54 3 [ m / h] 3 [ m / h] Side 5
CO 2 -koncentrationens udvikling over en arbejdsdag beregnes og optegnes. Det antages at medarbejderne møder på arbejde klokken 8, og forlader kontoret fra 12-12:30 for at holde frokostpause og forlader arbejdspladsen klokken 16. Derudover antages det at luftvolumenet i hvert af de 5 kontormoduler er 100 m 3. τ [timer] c [%] τ [timer] c [%] 0 0,0350 4,25 0,0843 0,25 0,0500 4,50 0,0729 0,50 0,0615 4,75 0,0792 0,75 0,0703 5,00 0,0840 1,00 0,0772 5,25 0,0877 1,25 0,0824 5,50 0,0905 1,50 0,0865 5,75 0,0927 1,75 0,0896 6,00 0,0944 2,00 0,0920 6,25 0,0957 2,25 0,0938 6,50 0,0967 2,50 0,0952 6,75 0,0974 2,75 0,0963 7,00 0,0980 3,00 0,0972 7,25 0,0985 3,25 0,0978 7,50 0,0988 3,50 0,0983 7,75 0,0991 3,75 0,0987 8,00 0,0993 4,00 0,0990 CO 2 -koncentration 0,1200 0,1000 0,0800 c [%] 0,0600 0,0400 0,0200 0,0000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 t [timer] Side 6
Kurven er delt op i 3 dele, hvor første interval er fra mødestart til frokoststart, andet interval er frokostpausen og tredje interval er fra efter frokost til fyraften. Startkoncentrationen af CO 2 (c 0 ) vil være forskellig i de tre intervaller. nτ G nτ ( c c ) e + ( e ) c = ce + 0 e 1 qv hvor 3 qv 104,62 [ m / h] n = = = 1,04615 h 3 V 100 m [ ] 1 [ ] Slutværdien af CO 2 -koncentrationen (c) i det første interval er startkoncentrationen (c 0 ) i det andet interval og så fremdeles. Første interval: c 0 = 0,000350 Andet interval: c 0 = 0,000990 Tredje interval: c 0 = 0,000729 På grafen ses det tydeligt, at CO 2 -koncentrationen falder drastisk, mens medarbejderne er til frokost og stiger igen hen mod fyraften. Det ses også, at komfortværdien overholdes, da grafen ikke overstiger den anbefalede øvre grænse på 0,1 %. Side 7
Ventilationsanlæggets opbygning Principskitse for indblæsning: Side 8
Principskitse for udsugning: Side 9
Skema over tryktabsberegning Indblæsning Betegnelse q v d v R l p Σ p kommentar: STUEN [l/s] [mm] [m/s] [Pa/m] [m el. antal] [Pa] [Pa] Armatur N 20 M-N friktion 14,53 100 1,85 0,7 7,8 5,5 Fig. 5.3 M-N reduktion 14,53 125 100 1,18 1,85 0,6 Katalog M-N forgrening 29,06 14,53 125 125 2,37 1,18 1,2 Katalog M-N bøjning 14,53 100 1,85 1 1,1 Katalog tryk i punkt M 28,4 Armatur X 20 M-X friktion 14,53 100 1,85 0,7 0,8 0,6 Fig. 5.3 M-X forgrening 29,06 14,53 125 100 2,37 1,85 2,5 Katalog tryk i punkt M 23,1 p = 5,3 [Pa] J-M friktion 29,06 125 2,37 0,7 6,8 4,8 Fig. 5.3 J-M reduktion 29,06 250 125 0,59 2,37 0,6 Katalog J-M forgrening 130,8 29,06 250 250 2,66 0,59 1,5 Katalog J-M bøjning 29,06 125 2,37 1 1,6 Katalog tryk i punkt J 36,8 Armatur L 20 K-L friktion 14,53 100 1,85 0,7 7,8 5,5 Fig. 5.3 K-L reduktion 14,53 125 100 1,18 1,85 0,6 Katalog K-L forgrening 29,06 14,53 125 125 2,37 1,18 1,2 Katalog K-L bøjning 14,53 100 1,85 1 1,1 Katalog tryk i punkt K 28,4 Armatur Y 20 K-Y friktion 14,53 100 1,85 0,7 0,8 0,6 Fig. 5.3 K-Y forgrening 29,06 14,53 125 100 2,37 1,85 2,5 Katalog tryk i punkt K 23,1 p = 5,3 [Pa] J-K friktion 29,06 125 2,37 0,7 4,0 2,8 Fig. 5.3 J-K reduktion 29,06 250 125 0,59 2,37 0,6 Katalog J-K forgrening 130,8 29,06 250 250 2,66 0,59 2 Katalog tryk i punkt J 33,8 p = 3 [Pa] Side 10
Armatur P 20 O-P friktion 36,33 160 1,81 0,4 7,8 3,1 Fig. 5.3 O-P reduktion 36,33 200 160 1,16 1,81 0,3 Katalog O-P forgrening 72,65 36,33 200 200 2,31 1,16 1,2 Katalog O-P bøjning 36,33 160 1,81 1 1 Katalog tryk i punkt O 25,6 Armatur Z 20 O-Z friktion 36,33 160 1,81 0,4 0,8 0,3 Fig. 5.3 O-Z forgrening 72,65 36,33 200 160 2,31 1,81 2,5 Katalog tryk i punkt O 22,8 p = 2,8 [Pa] J-O friktion 72,65 200 2,31 0,4 6,8 2,7 Fig. 5.3 J-O reduktion 72,65 250 200 1,48 2,31 0,4 Katalog J-O forgrening 130,8 72,65 250 250 2,66 1,48 2,5 Katalog J-O bøjning 72,65 200 2,31 1 1,2 Katalog tryk i punkt J 32,4 p = 4,4 [Pa] 1. SAL Armatur F 20 E-F friktion 14,53 100 1,85 0,7 7,8 5,5 Fig. 5.3 E-F reduktion 14,53 125 100 1,18 1,85 0,6 Katalog E-F forgrening 29,06 14,53 125 125 2,37 1,18 1,2 Katalog E-F bøjning 14,53 100 1,85 1 1,1 Katalog tryk i punkt E 28,4 Armatur Æ 20 E-Æ friktion 14,53 100 1,85 0,7 0,8 0,6 Fig. 5.3 E-Æ forgrening 29,06 14,53 125 100 2,37 1,85 2,5 Katalog tryk i punkt E 23,1 p = 5,3 [Pa] B-E friktion 29,06 125 2,37 0,7 6,8 4,8 Fig. 5.3 B-E reduktion 29,06 200 125 0,93 2,37 0,7 Katalog B-E forgrening 87,18 29,06 200 200 2,78 0,93 2,1 Katalog B-E bøjning 29,06 125 2,37 1 1,6 Katalog tryk i punkt B 37,5 Armatur D 20 C-D friktion 14,53 100 1,85 0,7 7,8 5,5 Fig. 5.3 C-D reduktion 14,53 125 100 1,18 1,85 0,6 Katalog C-D forgrening 29,06 14,53 125 125 2,37 1,18 1,2 Katalog C-D bøjning 14,53 100 1,85 1 1,1 Katalog tryk i punkt C 28,4 Armatur Ø 20 C-Ø friktion 14,53 100 1,85 0,7 0,8 0,6 Fig. 5.3 C-Ø forgrening 29,06 14,53 125 100 2,37 1,85 3 Katalog tryk i punkt C 23,1 p = 5,3 [Pa] B-C friktion 29,06 125 2,37 0,7 4,0 2,8 Fig. 5.3 B-C reduktion 29,06 200 125 0,93 2,37 0,7 Katalog B-C forgrening 87,18 29,06 200 200 2,78 0,93 1,7 Katalog tryk i punkt B 33,6 p = 3,9 [Pa] Side 11
Armatur H 20 G-H friktion 14,53 100 1,85 0,7 7,8 5,5 Fig. 5.3 G-H reduktion 14,53 125 100 1,18 1,85 0,6 Katalog G-H forgrening 29,06 14,53 125 125 2,37 1,18 1,2 Katalog G-H bøjning 14,53 100 1,85 1 1,1 Katalog tryk i punkt G 28,4 Armatur Å 20 G-Å friktion 14,53 100 1,85 0,7 0,8 0,6 Fig. 5.3 G-Å forgrening 29,06 14,53 125 100 2,37 1,85 2,5 Katalog tryk i punkt G 23,1 p = 5,3 [Pa] B-G friktion 29,06 125 2,37 0,7 6,8 4,8 Fig. 5.3 B-G reduktion 29,06 200 125 0,93 2,37 0,7 Katalog B-G forgrening 87,18 29,06 200 200 2,78 0,93 2,1 Katalog B-G bøjning 29,06 125 2,37 1 1,6 Katalog tryk i punkt B 37,5 FÆLLES A-J friktion 130,8 250 2,66 0,4 5,2 2,1 Fig. 5.3 A-J reduktion 130,8 315 250 1,68 2,66 0,5 Katalog A-J forgrening 218 130,8 315 315 2,80 1,68 1,5 Katalog A-J bøjning 130,8 250 2,66 1 2 Katalog tryk i punkt A 42,9 A-B friktion 87,18 200 2,78 0,4 1,3 0,5 Fig. 5.3 A-B reduktion 87,18 315 200 1,12 2,78 0,9 Katalog A-B forgrening 218 87,18 315 200 2,80 2,78 4 Katalog tryk i punkt A 42,9 Armatur T 30 T-A friktion 218 315 2,80 0,4 5,2 2,1 Fig. 5.3 T-A bøjning 218 315 2,80 2 2,6 Katalog tryk i punkt T 77,6 B og J er fordelere med 4 lige store åbninger, hvor indsnævningerne kommer lige efter = godt for tryktab, men nok lidt dyre i komponenter. Side 12
Udsugning Betegnelse q v d v R l p Σ p kommentar: STUEN [l/s] [mm] [m/s] [Pa/m] [m el. antal] [Pa] [Pa] Armatur 9 20 6-9 friktion 29,06 125 2,37 0,7 3,6 2,5 Fig. 5.3 6-9 udvidelse 29,06 250 125 0,59 2,37 2 Katalog 6-9 forgrening 130,8 29,06 250 250 2,66 0,59 0 Katalog 6-9 bøjning 29,06 125 2,37 1 1,6 Katalog tryk i punkt 6 26,1 p = 6,5 [Pa] Armatur 8 20 6-8 friktion 29,06 125 2,37 0,7 0,6 0,4 Fig. 5.3 6-8 udvidelse 29,06 250 125 0,59 2,37 2 Katalog 6-8 forgrening 130,8 29,06 250 250 2,66 0,59 1,5 Katalog tryk i punkt 6 23,9 p = 8,7 [Pa] Armatur 7 20 6-7 friktion 72,65 200 2,31 0,4 3,6 1,4 Fig. 5.3 6-7 udvidelse 72,65 250 200 1,48 2,31 10 Katalog 6-7 forgrening 130,8 72,65 250 250 2,66 1,48 0 Katalog 6-7 bøjning 72,65 200 2,31 1 1,2 Katalog tryk i punkt 6 32,6 1. SAL Armatur 5 20 2-5 friktion 29,06 125 2,37 0,7 3,6 2,5 Fig. 5.3 2-5 udvidelse 29,06 200 125 0,93 2,37 1,5 Katalog 2-5 forgrening 87,18 29,06 200 200 2,78 0,93 0 Katalog 2-5 bøjning 29,06 125 2,37 1 1,6 Katalog tryk i punkt 2 25,6 Armatur 4 20 2-4 friktion 29,06 125 2,37 0,7 0,6 0,4 Fig. 5.3 2-4 udvidelse 29,06 200 125 0,93 2,37 1,5 Katalog 2-4 forgrening 87,18 29,06 200 200 2,78 0,93 2 Katalog tryk i punkt 2 23,9 p = 1,7 [Pa] Armatur 3 20 2-3 friktion 29,06 125 2,37 0,7 3,6 2,5 Fig. 5.3 2-3 udvidelse 29,06 200 125 0,93 2,37 1,5 Katalog 2-3 forgrening 87,18 29,06 200 200 2,78 0,93 0 Katalog 2-3 bøjning 29,06 125 2,37 1 1,6 Katalog tryk i punkt 2 25,6 Side 13
FÆLLES 1-6 friktion 130,8 250 2,66 0,4 5,6 2,2 Fig. 5.3 1-6 udvidelse 130,8 315 250 1,68 2,66 0,5 Katalog 1-6 forgrening 218 130,8 315 315 2,80 1,68 1,5 Katalog 1-6 bøjning 130,8 250 2,66 1 2 Katalog tryk i punkt 1 38,9 1-2 friktion 87,18 200 2,78 0,4 1,3 0,5 Fig. 5.3 1-2 udvidelse 87,18 315 200 1,12 2,78 2 Katalog 1-2 forgrening 218 87,18 315 200 2,80 2,78 4 Katalog tryk i punkt 1 32,1 p = 6,8 [Pa] Armatur T 30 T-1 friktion 218 315 2,80 0,4 6,2 2,5 Fig. 5.3 T-1 bøjning 218 315 2,80 2 2,6 Katalog tryk i punkt T 74,0 Side 14
Tryktab q v betegnes strømningens flow eller volumenstrøm målt i l/s. Det er tidligere bestemt hvor stor en volumenstrøm, der skal være i henholdsvis kontormodulerne og mødelokalet, og ud fra disse værdier og principskitser bestemmes volumenstrømmene på de enkelte delstrækninger. d er kanalernes diameter i mm, og disse dimensioner findes ved hjælp af de før bestemte volumenstrømme. Figur 4.8 på side 33 i notatet Komfortventilation bruges. Hvis man har en luftstrøm på 0,02906 m 3 /s vælges en rørdiameter på 125 mm, da der rundes op. v er hastigheden af luftstrømmene målt i m/s, og disse hastigheder beregnes som forholdet mellem den pågældende luftstrøm og det tilhørende tværsnitsareal. R er trykgradienten målt i Pa/m, og disse værdier er fundet ved hjælp af figur 5.3 på side 37 i notatet Komfortventilation. Ud fra en given volumenstrøm og den samhørende rørdiameter aflæses enkelttabet i diagrammet. l er længden af de enkelte kanalstrækninger målt i meter eller antallet af bøjninger, og disse værdier er bestemt ud fra principskitserne. p er tryktabet målt i Pascal. På lange lige strækninger i kanaler forekommer der friktionstab, som er proportionalt med længden l og kan skrives p f = R * l Enkelttab er det tryktab der opstår på grund af ændringer i en strømnings retlinede forløb, som f.eks. afgrening, bøjning eller en indsat komponent. Generelt kan det siges at enkelttabene er uvæsentlige, når tværsnittene indsnævres blødt, da luften kan følge væggen, hvorimod tryktabene er væsentlige når tværsnittet udvides. Enkelttabene er fundet ud fra Lindab kataloget. Eksempel, strækning M-N: På strækningen mellem M og N findes der en bøjning og rørdiameteren er 100 mm på dette sted. Vi har valgt at bruge BU 90º fra Lindabkataloget, se bilag 1. Ud fra den givne volumenstrøm og den tilhørende diameter aflæses tryktabet i diagrammet: q v = 14,54 l/s og d = 100 mm giver et tryktab på 1,1 Pa. På strækningen sker der en reduktion fra 125 mm til 100 mm, og dette giver også et tryktab. Vi har valgt en reduktion af typen RCU fra Lindabkataloget, se bilag 2. På bilag 3, 4 og 5 findes diagrammer for henholdsvis indblæsning (reduktion) og udsugning (udvidelse). Der aflæses på samme måde som ved bøjning: q v = 14,54 l/s og d = 125 mm 100 mm giver et tryktab på 0,6 Pa. Til sidst er der en forgrening. Vi har valgt forgreningstypen TCPU og XCPU fra Lindabkataloget, se bilag 6. Ud fra hastighederne på de to luftstrømme der opstår ved forgreningen og om det er en forgrening der knækker eller fortsætter i samme retning findes tryktabet. Tryktabene aflæses på henholdsvis bilag 7 og 8: v 1 = 2,37 m/s, v 2 = 1,18 m/s og v 1 /v 2 > 1 medfører et tryktab på 1,2 Pa. Σ p er summen af friktionstab og enkelttab målt i Pascal. Der summeres op over de enkelte delstrækninger. Side 15
Placering af spjæld Ud fra opsummeringen over de enkelte delstrækninger ses det, at der er trykforskel i disses samlingspunkter, og her indsættes spjæld til regulering af luftstrømmen. Ved hjælp af skemaet for tryktabsberegningen ses det, at der skal placeres spjæld på følgende strækninger: Indblæsning: M-X, K-Y, O-Z, J-K, J-O, E-Æ, C-Ø, G-Å og B-C. Udsugning: 6-9, 6-8, 2-4 og 1-2. Dette er også angivet på principskitsen. SEL-værdi (det specifikke elforbrug) SEL-værdien kaldes det specifikke elforbrug og er et udtryk for ventilationsanlæggets energieffektivitet. Der benyttes VEX140 med EC-motor. Der er interpoleret mellem den totale sum af tryktab for indblæsning og udsugning og ud fra denne værdi og den højeste luftstrøm aflæses SEL-værdien på de stiblede linier til 1050 [J/m 3 ]. For et CAV-system skal SEL-værdien være under 2500 [J/m 3 ], og dette er overholdt i vores tilfælde. Side 16
Temperaturvirkningsgraden aflæses til η t = 0,65. Ved hjælp af formlen; t η t = t 2,2 1,1 t t 2,1 2,1 bestemmes temperaturen på indblæsningsluften, t 2,2. Temperaturen på udeluften sættes til t 2,1 = -12 C og temperaturen på udsugningsluften sættes til t 1,1 = 20 [ C]. t t 2,2 2,2 ( t t ) = ηt 1,1 = 8,8 [ C] 2,1 + t 2,1 Det vil sige at ventilationsluften skal opvarmes til 20 [ C] - 8,8 [ C] = 11,2 [ C]. Der skal bruges en dimensionerende effekt til at opvarme luften de 11,2 [ C], og den beregnes ved hjælp af understående formel, hvor c = 1005 [J/kg*K] og ρ = 1,205 [kg/m 3 ] ved 20[ C] og 1013 mbar. φ = ρ * c * q( θ θ ) v φv = 1,205[ kg / m φ = 2956 [ W ] v i 3 e ]*1005[ J / kg * K]*0,21795[ m 3 / s](20[ C] 8,8[ C] ) Side 17
Tegninger 3D Perspektiv: Top: Side 18
Side Bagfra Side 19
Detalje (rendering): Detalje (stregtegning) Side 20
Konklusion For at kunne dimensionere et ventilationssystem til de kommende kontorlokaler i bygning 117, er der først beregnet de nødvendige luftstrømme og ud fra disse kan man udføre en tryktabsberegning, og deraf finde ud af om SEL-værdien overholder kravene. SEL-værdien er 1050 [J/m 3 ] og overholder kravet på max 2500 [J/m 3 ]. Ud fra tryktabsberegningen kan man også se hvor i ventilationssystemet der opstår en trykforskel, og dermed hvor der skal indsættes spjæld til regulering af luftstrømmene. Temperaturvirkningsgraden på 0,65 kan aflæses ud fra det totale tryktab, som er interpoleret mellem indblæsning på 77,6 [Pa] og udsugning på 74 [Pa]. Ved hjælp af temperaturvirkningsgraden kan man finde frem til hvor stor en effekt der skal bruges til at opvarme ventilationsluften til den ønskede temperatur i rummene. Temperaturforskellen er 11,2 [ C] hvilket medfører, at der skal bruges 2956 [W]. Side 21
Bilag Bilag 1 Side 22
Bilag 2 Side 23
Bilag 3 Side 24
Bilag 4 Side 25
Bilag 5 Side 26
Bilag 6 Side 27
Bilag 7 Side 28
Bilag 8 Side 29