7,5 högskolepoäng Ventilation och Uppvärmningssystem-1 Provmoment:

Transkript

1 7,5 högskolepoäng Ventilation och Uppvärmningssystem-1 Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: TentamensKod: Tentamen A162TG Tentamensdatum: Fredagen den 12 januari 2018 Tid: Hjälpmedel: Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller (S. O. Elovsson och H. Alvarez, Studentlitteratur), Kursboken med titeln: Byggnaden som system ( E. Abel och A Elmroth). I kursboken får innehållsförteckningen förstärkas med klisterlappar. Viktiga textavsnitt av kursboken får markeras med gult (eller rött). Totalt antal poäng på tentamen: 100p För att få respektive betyg krävs: Betyg 3: 50p, betyg 4: 67p och betyg 5: 85p Allmänna anvisningar: Läs noga igenom frågorna och följ anvisningarna i uppgifterna. Var noga med att redovisa arbetsgången vid beräkningar och problem samt motivera eventuella antaganden/tabellvärden. Om du använder diagrammet för att hitta ett värde, måste du visa alla punkter och linjer i diagrammet och bifoga det till tentamen. OBS! Börja besvara varje fråga på ny sidan. Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, till detta tillkommer upp till 5 arbetsdagar för administration, annars är det detta datum som gäller: Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in. Lycka till! Ansvarig lärare: Telefonnummer:

2 Del 1: Teorifrågor Teorifråga 1:1 Inneklimat Ge exempel på 4 faktorer som bestämmer det termiska klimatet? (4p) Teorifråga 1:2 Luftkvalité Ge exempel på två faktorer som bestämmer luftkvaliteten? (2p) Teorifråga 1:3 Termiskt klimat, (4p) Vad är 1 met? Vad är 1 clo? Vad är PMV-index? Vad är PPD-index? Teorifråga 1:4 Fangers klimatdiagram, (4p) En kall vinterdag sitter energiingenjören på sitt kontorsrum på Högskolan i Borås för att förbereda en tentamen. Klädsen är normal motsvarande 1 clo, dvs normal inomhusklädsel som är vanliga underkläder, skjorta och kavaj. Aktivitetsnivån för att få till det med tentamenstesen är 1,5 met, motsvarande det som gäller för sittande skrivbordsarbete. a) Markera var i Fangers klimatdiagram som energiingenjören hamnar? (2p) Lufttemperaturen i rummet visar 20,5 C och energiingenjören sitter i vistelsezonen, det vill säga 0,5 m från fönstret. b) Är det troligt att energiingenjören kommer att klaga på att det är för kallt? Motivera svaret. (2p) Figur 3.2 Exempel på diagram över Fangers klimat-samband. [3.5] Diagrammet visar vad den operativa temperaturen ska vara vid olika aktivitetsnivå och klädsel för att PPD 10 % ska uppnås. De rosa fälten anger hur mycket temperaturen får variera under dagen då den optimala temperaturen ligger inom respektive rosa fält.

3 Teorifråga 1:5 Ekonomisk värdering, (3p) Vad är: Nominell ränta Real ränta Realkalkylränta Korrigerad kalkylränta Svara genom att rita en figur (diagram) som visar hur de olika räntebegreppen förhåller sig till varandra. Teorifråga 1:6 Ekonomisk värdering, (3p) Vilka tre olika syften har ekonomiska analyser?

4 Del 2: Beräkningsuppgifter Tentaltal 2:1. Värmeåtervinning i ett varaktighetsdiagram I denna uppgift används ett värmeåtervinningsaggregat enligt skissen nedan: Byggnaden, ett sjukhus där denna värmeåtervinning äger rum ligger i Sundsvall. Använd bifogade varaktighetsdiagram (på sidan 3) för att lösa denna uppgift. Från och tilluftsflödet är 5,5 m 3 /s. Luftens densitet (ρ) är 1,2 kg/m 3. c p = 1000 J/kg (luft), C Frånlufttemperatur: t från =+23 C Tilluftstemperatur: t till =+17 C Sjukhuset byggdes redan 1965, då med ett till- och frånluftssystem för ventilationen utan värmeåtervinning men med ett värmebatteri där t till var +17 C renoverades sjukhuset och kravet på energieffektivisering gjorde att man investerade i ett värmeåtervinningsaggregat (VÅV) med principskissen ovan. Hur stor var energitillförseln av värme i värmebatteriet uttryckt som kwh? 10p 2. Hur stor blev energibesparingen, dvs hur mycket minskade tillförd värmeenergi i värmebatteriet markerat med +? 1985 var temperaturverkningsgraden, η T,1985 =0,45. 10p sker åter igen en renovering och man byter ut hela ventilationssystemet till ett CAVsystem (Constant Air Volume flow) med rena fräscha ventilationskanaler och tilluft- och frånluftsdon. För att eliminera risken för läckage mellan frånluft och tilluft installeras en plattvärmeväxlare med temperaturverkningsgraden, η T,2005 =0,65. Hur står blev energibesparingen, dvs hur mycket minskade tillförd värmeenergi i värmebatteriet markerat med + när η T ökade från 0,45 till 0,65? 10p Eftersom det är ett sjukhus är ventilationssystemet är igång hela året, alla årets 8760 timmar.

5

6 Tentaltal 2:2. Kylning av fuktig luft i ett värmeåtervinningsaggregat. I denna uppgift skall förhållandet i det luftbehandlingsaggregat behandlas som installerades på sjukhuset i Sundsvall Plattvärmeväxlaren som användes då visas nedan: Uteluftens temperatur (1) är -4 C och RF = 80%. Frånluftens temperatur (t från, punkt 4) är 23 C och RF = 40%. Luftflödena VV tttttttt och VV ffffånn genom aggregatet är 5,5 m 3 /s. Temperaturverkningsgraden, η T,1985 =0,45 Luftens densitet (ρ) är 1,2 kg/m 3. c p = 1000 J/kg (luft), C Använd Mollier diagrammet för fuktig luft på nästa sida. a) Rita in värmningen av frånluften från punkt 1 (t ute =-4 C) till punkt 2, t å. Bestäm luftens temperatur, t å och RF ( i i Mollierdiagrammet) efter värmeväxlaren (punkt 2). (5p) b) Rita in kylningen av frånluften frånpunkt 4, t från =+23 C till t avluft.,(punkt 5). Beräkna t avluft. Vad är RF i punkt 5? Ta fram daggpunktstemperaturen för tillståndet i punkt 4. Bildas det kondens i värmeåtervinningsaggregatet? Motivera ditt svar. (5p) c) Hur stor värmeeffekt [kw] överförs i värmeväxlaren (vvx). (5p) d) I sjukhuset som aggregatet betjänar produceras en del fukt (H 2 O (g) ). Beräkna hur mycket i enheten [kg/h]. Ingen befuktning sker i aggregatet. (5p)

7

8 Tentaltal 2:3a. Utspädningsekvationen. För att bestämma luftflödet i ett rum har en spårgasmätning genomförts. Kurvan nedan visar den uppmätta spårgashalten vid frånluftsdonet. Rummets mått är 12 x 7 x 3,3 m. Bestäm med avklingningssmetoden luftflödets VV vvvvnntt storlek. (3p)

9 Tentaltal 2:3b. Kontroll av ventilationens funktion. Studera rummet nedan: Man misstänker en så kallat kortslutning av ventilationsluften eftersom brukarna klagar på att luften är dålig. Man bestämmer sig för att kontrollerar ventilationens funktion medan brukarna sitter kvar i rummet. En energiingenjör mäter upp CO 2 -halten på tre ställen i rummet; vid tilluftsdonet, frånluftsdonet och i vistelsezonen. Resultatet blev följande: c F = 600 ppm c T = 450 ppm c p = 900 ppm Hjälp energiingenjören med att beräkna: a) lokalt luftkvalitetsindex (εε pp cc ) och avgör om ventilationens funktion är tillfredsställande. (3p) b) Om luftkvaliten varit godtagbar med fullständig omblandning i rummet av inkommande ventilationsluft: Vilket värde på den lokala koncentrationen av CO 2 i rummet där brukarna sitter (c p ) hade man mätt upp i detta fall? (2p) c) Vilket värde på εε pp cc får man då? (2p)

10 Tentaltal 2:4. Lönar det sig att byta fönster? I ett gammalt hus utanför Jönköping har en energiingenjör räknat på olika energieffektiva lösningar för att minska energiförbrukningen i huset. Ett förslag är att byta fönster på huset. Befintliga fönster är U f,g =3,0 W/m 2, C. Nya treglasfönster sänker U-värdet till 1,2 W/m 2, C. Totalt planeras att byta alla 19 fönster på huset och man begär in en offert från en känd fönstertillverkar. Priset landar på 4800 kr för varje fönster. Energibesparingen beräknades till 4028 kwh till ett värde av 1 kr/kwh. a) Lönar det sig ekonomiskt att byta fönster med en kalkylränta (r k ) på 4% och en kalkyltid (n) på 20 år. Montaget av nya fönster utförs av energiingenjören själv med hjälp av sonen och kostnaden för det blir 0 kr (5p) Använd den metod som visas i figuren nedan. Figur 10.6 Annuitets-metoden. Den årliga nettobesparingen eller netto-intäkten jämförs med den årliga kapitalkostnaden som fås med den aktuella kalkylräntan r k. Den årliga nettobesparingen a, ska vara större än den årliga kapitalkostnaden b för att investeringen ska vara lönsam. Under energiingenjörens kalkylering ändras förutsättningarna. Sonen vill ha 1000 kr för varje fönster som monteras i ersättning och arbetet skall genomföras som ett sommarjobb ihop med energiingenjören. Utöver det anser kommunens konsumentrådgivare att energipriserna kommer att öka med 2% per år alla 20 åren som utgör kalkyltiden, dvs q =2%. b) Med de nya förutsättningarna: Är bytet av 19 fönster ekonomiskt försvarbart? (5p)

11 Tentaltal 2:5. Upplevd rumstemperatur, riktad operativ temperatur I denna uppgift skall den riktade operativa temperaturen (den upplevda rumstemperaturen) beräknas för en person som står i ett rum enligt nedan. framför ett dåligt fönster En korrekt lösning ger 10p. Mer specifikt skall beräkningen utföras för personen på bilden nedan i P1 och P2. Följande frågeställning och indata gäller i beräkningen:

12 Beräkna den riktade operativa temperaturen, ROT dels i punkten P 1 som är placerad mitt framför fönstret dels i punkten P 2 mitt framför radiatorn. Vad blir skillnaden i ROT mellan P 1 och P 2? Följande gäller: Rumsluftens temperatur är 20 C. DVUT är -30 C. Radiatorns medelyttemperatur är 40 C. Fönsterhöjd = 1,6 m. Fönsterbredd= 1.8 m. Radiatorbredd=1.8 m. Radiatorhöjd= 0,3 m. T yta = 40 C, (yttemperaturen på radiatorn) Förutsättningarna för att använda schablonmetoden är uppfyllda. För att lösa uppgiften kan följande diagram användas:

13

14