Textilkanaler lågimpuls eller undanträngande ventilation?

Transkript

1 Textilkanaler lågimpuls eller undanträngande ventilation? (Del 1) Det är sedan länge känt att textilkanaler (textildon) är ytterst lämpade att dragfritt tillföra stora luftflöden. Det är också känt att de inte är lämpade för dragfri lufttillförsel vid större temperaturdifferens än 3 C (mätt som skillnaden mellan den tillförda luften och rumsluften). Frågan är om så alltid är fallet? Av civilingeniör Carsten Jespersen, KE Fibertec AS Carsten Jespersen, civilingeniör i inomhusklimat och energiekonomi vid Ålborgs Universitet. Från 1996 försäljningschef och delägare i KE Fibertec AS Vejen, Danmark. Hos KE arbetar f.n. 75 personer med utveckling, produktion och global försäljning av textilkanaler. Textilkanaler kan inte dimensioneras för mer än ca. 3 C temperaturskillnad mellan tilluft och rumsluft utan att skapa drag. Därför är de inte lämpade att installeras i bl.a. kontor, skolor och restauranger med kyld tilluft, eftersom luftmängden och därmed ventilationsanläggningen blir orimligt stor för att uppfylla temperaturkravet. Den sortens uttalanden möter vi ofta i våra kontakter med konsulter och installatörer. Av denna orsak startade KE Fibertec ett omfattande projekt på bl.a. Aalborgs Universitet. Syftet var att klargöra om man överhuvudtaget kan kyla tilluften med större T än 3 C, och samtidigt klara komfortkraven i rumskategori A och B. Dessa innebär en max lufthastighet i vistelsezonen på (kategori A) och 0,20 m/s (kategori B). Fig 1: Textilkanaler installerade i storkök med krav på dragfri lufttillförsel. Funktion För att kunna besvara ovanstående frågeställning är det viktigt att förstå fysiken bakom textilkanalernas funktion. Ofta nämns både undanträngande- och lågimpulsprincipen, och det är inte för att förvirra eller blanda samman begreppen. Det beror helt enkelt på om textilkanalerna placeras ovanför eller under värmekällorna. Om textilkanalen placeras horisontellt i tak så är det frågan om lågimpulsprincipen. Den undertempererade luften diffunderar ut genom textilytan med mycket låg och jämn hastighet, typiskt mindre än 0,1 m/s. Termiken (kall luft är tyngre än varm luft) får den tillförda luften att sjunka mot golvet. I hela förloppet, från det att luften lämnar textilkanalen och ner till vistelsezonen, sker en omblandning mellan den tillförda luften och rumsluften. Därmed utjämnas temperaturskillnaden.

2 I regel blir det mycket små temperaturdifferenser mellan golv och tak i likhet med den lodräta temperaturprofil, som karaktäriserar omblandande ventilation. Placeras textilkanalen däremot vertikalt på väggen eller lågt horisontellt i lokalen (exempelvis på sidan av stora värmeavgivande maskiner), så är det frågan om den undanträngande principen. Denna innebär att luften tilförs direkt i vistelsezonen, och konvektionsströmmar från värmekällor orsakar en dimensionerande temperaturgradient på upp till 2 C/m. De två strömningsbilderna nedan visar rökförsök enligt lågimpuls- och undanträngande princip. Fig 2: Rökförsök med horisontell textilkanal placerat vid tak (lågimpuls) Fig 3: Rökförsök med textilkanal monterad på vägg (undanträngande) I bägge fallen är det frågan om passiva system, d.v.s ökas temperaturskillnaden, T, kommer luften under donet att accelereras, och det kan uppstå en stabil kalluftzon närzonen, under textilkanalen. Förhållandet i denna zon är primärt beroende av parametrar som T, luftflöde och rumshöjden, och i mindre grad av det statiska trycket. Det är praktiskt taget omöjligt att tillföra luften med en sådan impuls att man kan uppnå en effektiv spridning bort från närzonen, såvida inte textilkanalen görs aktiv genom exempelvis ett par rader små Ø4,5 mm laserperforerade hål på ovansidan (se artikel om oblandande ventilation). Fullskaleförsök Mot bakgrund av denna kunskap utförde vi en serie fullskaleförsök. Simuleringar i ett typiskt cellkontor utfördes i syfte att påvisa sambanden mellan lufthastighet i närzonen (området närmast under textilkanalen) som funktion av T, luftflöde, och med en typisk värmelast för kontor på W/m² golvyta. Kravspecifikationerna var följande: - Rumsdimensioner (LxBxH): 4,25 x 2,5 x 2,9 m - Värmelast: 400 W (max. 450 W) - Max. lufthastighet vid arbetssplats:

3 Utifrån traditionellt synsätt vad gäller textilkanaler, krävs det ca. 400 m³/h för att klara kravspecifikationerna vid en temperaturskillnad på 3 C. Istället för att tänka i traditionella banor med små temperaturdifferenser valde vi att variera T från 3 till 7 C. Fullskaleförsöken visar entydigt att också relativt stora temperaturdifferenser mellan tillförd luft och rumsluft mycket väl kan fördelas dragfritt enligt lågimpulsprincipen. Vad som krävs är en korrigering av kyleffekten per meter aktiv textilkanal. Man ska med andra ord korrigera kyleffekten för den termiska accelerationen, vilken förorsakas av ett större T. Vid 3 C är det möjligt att tilföra 260 W/meter, medan det vid 6 C endast är möjligt att tillföra 100 W/meter. Det krävs således en 2,6 gånger längre textilkanal för att klara samma kyleffekt vid T=6 C i förhållande till en traditionell lösning med T=3 C. I nedanstående diagram är sambandet mellan maximal kyleffekt per meter textilkanal avbildat som funktion av T och kraven på komfort. Fig. 4: Diagram över max. kyleffekt per meter textilkanal Kategori A =, kategori B = 0,20 m/s och kategori C = 0,25 m/s. Referensorder till Digital Med dessa nya erfarenheter lyckades KE Fibertec få en order på över 400 cellkontor till Digitals skandinaviska huvudkontor i Oslo. De valde halvrunda KE-Interiør system istället för en lösning med kylbafflar. Systemen till Digital dimensionerades för att klara en tillufttemperatur på 16 C vid en önskad rumstemperatur på C, d.v.s. ett T på 6 C. Det ställdes även krav på max. lufthastighet vid arbetsplatserna. Enligt fig. 4 blev textilkanalerna därför dimensionerade för max. 100 W/meter. De första driftserfarenheterna har varit mycket positiva. Utöver god komfort har man dessutom fått ett system med låg ljudnivå som är enkelt att underhålla.

4 Lågimpuls eller undanträngande ventilation? Valet mellan undanträngande- eller lågimpulsprincip och kylning med 3 C eller 6 C, beror helt och hållet på kraven för respektive installation. Vår uppfattning är att den undanträngande principen endast är fördelaktigt i större lokaler (rumshöjd > 4,5 m) med stora konvektiva värmekällor, såsom maskiner och liknande, placerade i vistelsezonen. Lågimpulsprincipen däremot, är bäst lämpat vid jämt fördelade varmekällor (blandning av belysning, personer, maskiner etc.). Följande tabell kan tillämpas som vägledning vid val av lämplig lösning: Typ av installation Placering av textilkanal Rekommenderat T (kyla) Komfortkrav Tryckerier, plastfabriker Lågt (undanträngande) 4 C¹ (12 C) 0,20 0,25 m/s Livsmedelsfabriker Tak (lågimpuls) 3 C Laboratorier n < 5-10 h -1 n > 10 h -1 Tak (lågimpuls) 3-4 C 2-3 C Storkök Skolor Tak (lågimpuls) Tak (lågimpuls) 6 C 3-4 C 6 C 3 C 0,20 m/s 0,20 m/s Kontor Tak (lågimpuls) 6 C (< 45 W/m²) 3 C (> 45 W/m²) ¹)Inblåsning: 18 C, rumstemperatur 1,1 m över golv: 22 C, frånluft vid tak: Max. 30 C Sammanfattning De senaste erfarenheterna visar att textilkanaler är en effektiv lösning i medelbelastade kontor motsvarende ett kylbehov på W/m² golv och vid relativt stort T på upp till 6 C. Därmed faller myten om att man endast kan tillföra luft med 3 C kylning enligt lågimpulsprincipen. Den maximala kyleffektten per meter textilkanal måste dock korrigeras enligt fig. 4. Annars finns risk för dragproblem i vistelsezonen. I lokaler med större kylbehov än ca. 50 W/m² golvyta bör man enligt tidigare praxis alltid dimensionera textilkanaler för max. 3 C undertemperatur. Detta gäller särskilt i lokaler med låg takhöjd och höga komfortkrav, men så är det också möjligt att kyla upp till 200 W/m² golvyta utan dragproblem.

5 Textilkanaler även för omblandande ventilation (Del 2) Textilkanaler (textildon) är inte enbart vävda tygpåsar som relativt snabbt kan sättas igen i smutsiga miljöer med dålig förfiltrering. I dag finns en mängd varianter med olika egenskaper, både för lågimpuls- och omblandande ventilation. I tidigare artikel beskrevs de passiva lågimpulssystemen. Den här gången handlar det om de nya, aktiva textilkanaltyperna med omblandande egenskaper. Av civilingeniör Carsten Jespersen, KE Fibertec AS Carsten Jespersen, civilingeniör i inomhusklimat och energiekonomi vid Ålborgs Universitet. Från 1996 försäljningschef och delägare i KE Fibertec AS Vejen, Danmark. Hos KE arbetar f.n. 75 personer med utveckling, produktion och global försäljning av textilkanaler. "Antingen - eller" har länge varit alternativen vad gäller textilbaserad ventilation. Antingen valde man passiva tygkanaler, där luften läcker ut genom hela ytan med mycket låg och jämn hastighet. Eller så valde man de aktiva Inject-systemen, där perforerade hålrader stansats i ett vaxduksliknande tätt material, och där luften tillförs med hög hastighet. Med ny produktionsteknologi är det i dag möjligt att kombinera de två produkttyperna beroende på kundens kravspecifikationer. Tekniken går ut på att laserperforera hål eller placera dysor i textilen, och på så sätt förändra produktegenskaperna. Ju fler hål/dysor, desto mer aktiv blir textilkanalerna. Funktionen ändras därmed från ett passivt lågimpulssystem till ett aktivt omblandande system. En fördel med den nya teknologin är att man kan dimensionera ett och samma system till att vara passivt i några zoner och mer eller mindre aktivt i andra zoner. Frågan är då när man ska välja rena Inject-hålsystem, när man ska välja DireJet-dysor, och om de två systemen eventuellt kan kombineras med traditionella passiva textilkanalers egenskaper? För att kunna besvara dessa frågor måste vi gå närmare in på skillnaderna mellan de två systemens funktion. Dysor eller hålperforering aktiva system Ett Inject-system består av en rad små hål placerade i bestämda grupper eller mönster. Genom dessa kan luften tillföras med mycket hög hastighet på upp till 15 m/s utan ljudproblem. Systemet kännetecknas av stor induktion, d.v.s. möjligheten att riva med och blanda in rumsluft. Därmed uppnås en jämn luftfördelning i hela lokalen i både kyl- och värmefall. P.g.a. den höga inblåsningshastigheten krävs en viss bromssträcka för att undvika dragproblem i vistelsezonen. Därför erfordras det en rumshöjd på min 3 m (vid 15 m/s). En av nackdelarna med stor induktion är att kraften i strålen avtar relativt snabbt.

6 Därför kan Inject-systemet inte tillämpas i mycket stora lokaler med krav på långa kastlängder. I stora lokaler bör däremot dyssystemet, DireJet, tillämpas. De koniska dysorna kan placeras helt flexibelt. Antalet dysor och riktning är av bedtydelse för slutresultatet. Grundläggande är att DireJet dysan endast är hälften så inducerande som Inject-hålen. Å andra sidan uppnås en mycket längre inträngningslängd i lokalen, vilket har stor betydelse vid tillförsel av uppvärmd luft i stora lokaler. Figur 1: Produktionslokal ventilerat med ett standard Inject-system. Ventilationstekniskt handlar det i båda fallen om aktiva omblandande system, d.v.s. systemen kännetecknas av att luften tillförs med hög hastighet utanför vistelsezonen. Det medför en tillströmning av rumsluft mot den inblåsta luftstrålen. I takt med att mängden inblandad rumsluft ökas (induktion), kommer lufthastigheten att avta. Om systemet är korrekt dimensionerat kommer den tillförda luftmängden att vara fulldständigt inblandad med rumsluften innan den når vistelsezonen. Dimensionering av bromssträckan, eller rättare sagt kastlängden, sker efter samma principer som vid traditionella tilluftdon för omblandande ventilation. Detta innebär följande: a) Välj huvudriktning på luftstrålarna (mot tak, horisontellt eller nedåt). b) Beräkna kastlängden när hastigheten har avtagit till ex. 0,2 m/s. c) Gör en termisk korrektion av den isotermiska hastigheten (beror på delta T (kylning/uppvärmning), antalet hål/dysor per meter och inblåsningshastigheten, eller mer korrekt, det statiska övertrycket i textilkanalen). d) Kontrollera den termiska inträngningslängden. (kan impulsen i luftstrålen övervinna kastlängden eller droppar den?). I en konkret dimensioneringssituation bör dessa upplysningar vara tillgängliga med hänvisning till producenten eller alternativt i produktkatalogen. Förfarandet är i princip det samma oavsett om man väljer hålperforering eller dysor. En typisk tillämpning för de två systemtyperna är industriell ventilation och för DireJets (dyskanaler) del även industriell kylning, eftersom textilmaterialet är luftgenomträngligt och därmed kondensfritt. Aktiva eller passiva system? Inledningsvis nämnde vi att ny produktionsteknologi har gjort det möjligt att laserperforera hål i traditionella textilkanaler och på så vis tillföra den passiva textilkanalen helt nya produktegenskaper. Det öppnar en ny värld av flexibilitet, men samtidigt är det oerhört

7 viktigt, att man är medveten om systemets kravspecifikationer. Redan ett fåtal hålrader eller dysor i en textilkanal ändrar fullständigt strömningsmodellen från ett passivt lågimpuls-system till ett aktivt omblandande system. Denna skillnad framgår mycket tydligt av de avbildade rökförsöken i figur 2, 3 och 4. Fig 2: Rökförsök med lågimpulssystem. Luften diffunderar långsamt ut genom textilytan och fortsätter direkt ner i vistelsezonen. Fig 3: Rökförsök där ca. 20% av luften tillförs genom laserperforerade Inject-hål. Luften fördelas ut med en större bredd. Fig 4: Rökförsök med dyssystem där ca. 30% av luften tillförs genom dysorna.

8 Med kombinationssystemen är det alltså möjligt att göra en passiv lågimpulskanal aktiv. På motsvarande sätt man reducera kastlängden i ett Inject/dyssystem genom att tillföra en del av luften genom textilen. I nedanstående tabell visas en översikt av de olika strömningsbilderna som uppstår genom kombinering av systemen: Textilkanaltyp Luft genom hål Strömningsbild Användning Lågimpulskanal (textil) (A) 0% Inject/dyskanal (textil) (B) 5-10% uppåt Inject/dyskanal (textil) (C) 15-30% uppåt/sida Inject/dyskanal (textil) (D) > 40% Luften faller direkt ner under textilkanalen Luften faller direkt ner under textilkanalen En delluftmängd faller ner. Spridning 2-3 m Luften sprids efter hålens huvudriktning Passiv termisk undanträngning/lågimpuls Bestrykning av taket pga. kondensproblem Spridning av närzonen vid kylning > 5-6 C Aktivt omblandning. Beräknas enligt kastlängdsprincipen Redan vid en fördelning mellan tyg och hål på 60/40 är systemets funktion fullständigt ändrat från ett passivt termiskt lågimpulssystem till ett aktivt omblandande system, vilket beräknas enligt kastlängdsprincipen. Naturligvis kommer hastigheten och därmed kastlängden att bli större om förhållandet ändras till 0/100, men principiellt ändrar det inte strömningsbildens utseende. Systemval Som avslutning på denna miniserie om textilkanalers funktion visar vi en kort översikt av de olika typerna och deras olika användningsområden: Lågimpuls Användning: Dragfri lufttillförsel () i lokaler med stora luftomsättningar. Kylning/upppvärmning: Endast till kyla/ventilation. Kan vid T = 3 C dragfritt klara upp till 200 W/m² golvyta och vid T = 6 C ca. 80 W/m². Förfiltrering: Minimum F7 förfilter med hänsyn till tvättfrekvensen. Utförande: Runt och halvrunt utförande till industriell kylning och till komfortventilation. Typiska installationer: Processlokaler i livsmedelsindustrin, laboratorier, tryckerier storkök, skolor, kontor. Inject-hålsystemet Användning: I lokaler med krav på jämn temperatur. Utjämnar temperaturskillnaden mellan golv och tak i lokaler med en höjd från 3-6 m. Säkerställer en jämn och energisnål ventilation. Kylning/upppvärmning: Rekommenderat max. kyl/uppv.: T = 8 C/6 C. Förfiltrering: Inte speciell känslig för svävstoff. Sätter inte igen.

9 Typiska installationer: Bilverkstäder, butiker, simhallar, idrottshallar, produktionslokaler (3-6 m rumshöjd). DireJet-dys systemet Användning: Till ventilation av störe lokaler från 5 m och upp till 8-9 m höjd. Dysorna kan vid tillverkning placeras i valfri riktning. Dessutom är kanalmaterialet luftgenomsläppligt, vilket innebär att det håller sig kondensfritt och fritt från irriterande svästoff på ovansidan. Kylning/upppvärmning: Rekommenderat max. kyl/uppv.: T = 10 C/8 C. Förfiltrering: God förfiltrering rekommenderas. Typiska installationer: Bilverkstäder, lagerhallar, idrottshallar, produktionslokaler (5-9 m rumshöjd). Både processkylning och processventilation. Kombinationssystemet Inject-laser Användning: Göra traditionella textilkanaler mer aktiva vid exempelvis: A) Att bestryka taket med 5-10% av luften för att undika kondens B) Att reducera och sprida ev. kallras i närzonen direkt under textilkanalen genom att tillföra 15-30% av luften genom Injecthålen. C) Att säkerställa en optimal luftfördeling vid uppvärmningsbehov. Kylning/upppvärmning: Rekommenderat max. kyl/uppv.: T = 6 C/4 C. Förfiltrering: God förfiltrering rekommenderas, men kräver mindre tvätt och underhåll än traditionella textilkanaler. Typiska installationer: Primärt till komfortventilation i stora kontorsmiljöer, restauranger och skolor.