Energianvändning för driftsatta ventilationsaggregat med värmeåtervinning

Transkript

1 Energianvändning för driftsatta ventilationsaggregat med värmeåtervinning Energy use of operational air assemblies with heat recovery Fotografi: Kaiser, Gustav. Kista Torn. Författare: Uppdragsgivare: Handledare: Examinator: Examensarbete: Anton Engwall Peter Nordbåge JM AB Kjell-Åke Henriksson, JM Hans Zetterholm, KTH Per Roald, KTH 15,0 högskolepoäng inom Byggteknik och Design Godkännandedatum: Serienummer: TRITA-ABE-MBT-1883

2

3 Sammanfattning I dagens samhälle ligger stort fokus på energianvändningen för bostäder och kommersiella fastigheter. Energianvändningen beskriver inte bara en byggnads energibehov, utan också miljö- och ekonomiska aspekter. Flerbostadshus är en del av Sveriges bostad- och servicesektor, som utgör 40 % av Sveriges totala energianvändning (Henning, 2017). Ventilationssystem i flerbostadshus utgör således en betydande del av fastighetens energianvändning och måste därför ständigt effektiviseras för att tjäna ett hållbart samhälle. I nuläget är den verkliga energianvändningen för ett flertal av JM:s driftsatta FTX-aggregat (till- och frånluftssystem med värmeåtervinning) okänd. Detta på grund av att tillgängliga energiberäkningar och deklarationer redovisar byggnadens totala energianvändning uppdelat i fyra huvudkategorier; uppvärmning, komfortkyla, tappvatten och byggnadens fastighetsenergi. Energianvändningen för ventilationssystemet framgår inte specifikt från dessa beräkningar, utan delas in i kategorierna uppvärmning och byggnadens fastighetsenergi. Rapporten undersöker, under perioden mars juni 2018, energianvändningen för totalt elva stycken FTX-aggregat i två av JM:s projekt i Stockholm, Kista Torn och Nya Kvarnen 2. Undersökningens syfte är att försöka beräkna den verkliga energianvändningen för dessa FTX-aggregat. Energiberäkningar har genomförts med värden hämtade från egna samt tidigare utförda mätningar, som jämförts med projekterade värden. Resultatet indikerar att den genomsnittliga energianvändningen för FTX-aggregaten i Kista Torn är ca kwh/år. Den större delen av energianvändningen går åt till att värma tilluften. Undersökningen visar på att den genomsnittliga temperaturverkningsgraden är ca 7 % lägre än den projekterade verkningsgraden. De beräkningar som genomförts visar även att uppvärmningskostnaden har ökat med ca kr/år, i jämförelse med de projekterade värdena. Det beror till stor del på den minskade temperaturverkningsgraden, men också på grund av förändrade luftflöden i aggregaten. Undersökningen i Nya Kvarnen 2 har inte kunnat göras lika omfattande. Beräkningarna som genomförts här tyder på att energianvändningen uppgår till ca kwh/år och aggregat. Tillförlitligheten av beräkningarna störs dock av att inga egna mätningar kunde utföras, att dokumentationen var bristfällig, samt att övervakningssystemet SCADA redovisade orimliga värden. Slutsatsen för rapporten indikerar att den verkliga energianvändningen för FTX-aggregaten generellt är högre än vad som tidigare projekterats. Energianvändningen varierar markant beroende på luftflöden och temperaturverkningsgrad. Störst påverkan på energianvändningen har dock temperaturverkningsgraden. Det visade sig att temperaturverkningsgraden vara svår att bestämma, då många felkällor och faktorer påverkar framtagningen, samt att resultatet varierar beroende på vald mätmetod. För bättre kontroll på energianvändning rekommenderas fler och mer kontinuerligt genomförda mätningar. Alternativt skulle övervakningsprogrammet SCADA kunna användas i större utsträckning för beräkning av energianvändning, förutsatt att precisionen och placering av temperaturgivare förbättras. Nyckelord: Energianvändning, temperaturverkningsgrad, SFP, FTX-aggregat, ventilationssystem, spårgasmetod. i

4 ii

5 Abstract In today's society the energy use within residential and commercial real estate is of great importance. Energy use does not only describe a building's energy needs, but also its environmental and economic aspects. Apartment buildings are a part the Swedish residential and service sector, which constitutes 40 % of Sweden's total energy use (Henning, 2017). The ventilation system in apartment buildings makes up a significant part of the property's energy use, it must therefore continuously be improved to work towards a more sustainable society. The actual energy use for several of JM's powered air assemblies is unknown today. Energy calculations and declarations show that the building's total energy use is divided into four main categories; heating, comfort cooling, tap water and property energy. The energy use of the ventilation system is not made apparent in these aforementioned calculations since it is distrubuted into two of the main categories, heating and property energy. The report examines the energy use for a total of eleven air assemblies within two of JM's projects in Stockholm, Kista Torn and Nya Kvarnen 2. The purpose of the study is to find the actual energy use of these air assemblies. Energy calculations will be carried out using values taken from our own and previously performed measurements, which will be compared to expected projected data. The result indicate that the average energy use of the air assemblies in Kista Tower is approximately kwh/year. The majority of the energy use goes to heating the supply air. The study shows that the average heat recovery efficiency is circa 7 % lower than the projected efficiency. The calculations show that the cost of heating has increased by approximately SEK/year compared to projected data. This is largely due to the reduced heat recovery efficiency but partly due to changes in the airflow within the air assemblies. The study made in Nya Kvarnen 2 was not as extensive, although calculations of energy use have been carried out. These calculations show an energy use of approximately kwh/year for each separate air assembly. The reliability of these numbers is considered low because no control measurements could be made. The documentation was inadequate along with the monitoring system, SCADA, which reported unrealistic values. The conclusion of the report shows that the actual energy use of the air assemblies is in general higher than expected. The energy use varies depending on the airflow and heat recovery efficiency, however the greatest impact comes from the heat recovery efficiency in the air assemblies. Heat recovery efficiency was proven difficult to determine because of the multiple sources and factors affecting the measurement. This made the results fluctuate greatly depending on the method chosen of calculating the heat recovery efficiency. To oversee the actual energy use in these air assemblies, more frequent measurements are recommended. Alternatively, the SCADA monitoring program could be used to calculate the energy use, but to do so the accuracy and placement of temperature sensors needs to be improved. Keyword: Energy usage, heat recovery efficiency, SFP, ventilation system, trace gas method, air assemblies. iii

6 iv

7 Förord Detta examensarbete på 15 högskolepoäng har genomförts i programmet Byggteknik och Design på KTH. Arbetet har genomförts mellan mars till juni månad 2018, tillsammans med JM AB. Examensarbetet har varit lärorik och roligt att genomföra. Vi vill tacka alla dem som hjälpt oss genomföra examensarbetet, med ett speciellt tack till följande personer: Kjell-Åke Henriksson Jonas Gotthardsson Bengt Fohrman Hans Zetterholm - Handledare & Installationsansvarig, JM - Installationsstöd, JM - Installationsstöd, JM - Handledare, KTH Anton Engwall & Peter Nordbåge Juni 2018 v

8 vi

9 Innehåll 1. Introduktion Bakgrund Syfte och frågeställningar Mål Avgränsning 2 2. Metod Känslighetsanalys 3 3. Nulägesbeskrivning Kista torn Nya Kvarnen Teoretisk referensram Energianvändning enligt Boverkets Byggregler Ventilationssystem Till- och frånluftssystem med värmeåtervinning (FTX-System) Värmeåtervinning Fläktar Övriga komponenter i ett luftbehandlingsaggregat Energianvändning för FTX-aggregat Affinitetslagar SFP (Specific Fan Power) Fläkt- och systemkurvor Svanen Svanens krav flerbostadshus Scada Mätmetoder Mätmetod för luftflöde Mätmetod för temperatur Mätmetod för fläkteffekt Genomförande Modell Insamling av data Mätmetoder Beräkning av energianvändning Ekvationer 20 vii

10 6. Resultat Resultat Kista Torn Indata Energianvändning och driftkostnad Sammanställning Resultat Nya Kvarnen Indata Energianvändning och driftkostnad Sammanställning Diskussion Kista Torn Nya Kvarnen Slutsats Vidare forskning 31 Referenser 32 Bilagor 34 viii

11 Figurförteckning Figur 3.1: Kista Torn 4 Figur 3.2: Nya Kvarnen 2 5 Figur 4.1: FTX-aggregat med en plattvärmeväxlare för värmeåtervinning 7 Figur 4.2: Plattvärmeväxlare 8 Figur 4.3: System- och fläktkurva 12 Figur 4.4: Arbetspunkt för fläkt 13 Figur 4.5: Spårgasmetoden 15 Figur 5.1: Översiktlig process för framtagning av resultat 16 Figur 5.2: Swema Figur 7.1: Temperaturverkningsgrader med och utan hänsyn till värme från motor Tabellförteckning Tabell 4.1: Riktvärden för SFP-tal 12 Tabell 6.1: Gemensamma värden för FTX-aggregaten i Kista Torn och Nya Kvarnen 2 21 Tabell 6.2: Temperaturverkningsgrader för FTX-aggregaten i Kista Torn 21 Tabell 6.3: Till- och frånluftsflöden för FTX-aggregaten i Kista Torn 22 Tabell 6.4: Energianvändning och driftkostnad för FTX-aggregaten LB02-LB09, enligt injusteringsprotokollen i Kista Torn 22 Tabell 6.5: Energianvändning och driftkostnad för FTX-aggregat LB02-LB09, enligt projekterade värden i Kista Torn 23 Tabell 6.6: Energianvändning och driftskostnad för FTX-aggregat LB05-LB09, enligt egna mätningar i Kista 23 Tabell 6.7: Jämförelse av driftkostnad och energianvändning mellan projekterade värden och injusteringsprotokoll 23 Tabell 6.8: Jämförelse av driftkostnad och energianvändning för egna mätningar och injusteringsprotokoll 24 Tabell 6.9: Jämförelse av driftkostnad och energianvändning för egna mätningar och projekterade värden. 24 Tabell 6.10: Temperaturverkningsgrader för aggregat LB01-LB03 enligt SCADA och Exhausto 25 Tabell 6.11: Till- och frånluftsflöden för aggregat LB01-LB03 enligt OVK-protokoll och projekterade värden 25 Tabell 6.12: Energianvändning och driftkostnad för FTX-aggregaten LB01-LB03 med projekterade luftflöden 25 Tabell 6.13: Energianvändning och driftkostnad för FTX-aggregaten LB01-LB03, med luftflöden från OVK-protokoll 25 Tabell 6.14: Jämförelse av driftkostnad och energianvändning med luftflöden från projekteringen och OVK-protokoll 26 ix

12 1. Introduktion 1.1 Bakgrund Människor är idag beroende av energi i olika former för att kunna bo och leva i behagliga miljöer. För att skapa en bra inomhusmiljö i dagens bostäder krävs en god luftomsättning, behaglig inomhustemperatur, bra belysning med mera, vilket kräver en stor mängd energi. Detta resulterar i att bostäder och service står för ca 40 % av den totala energianvändningen i Sverige (Henning, 2017). Sverige har varit ett av de fem länderna med störst energianvändning i världen, uttryckt i kwh/person och år. Anledningen är det kalla klimatet, som kräver en stor mängd energi för uppvärmning. De fyra andra länderna med störst energianvändning är Norge, Island, Finland och Kanada. För att kunna skapa ett hållbart samhälle, och spara på de naturresurser vi har tillgång till, måste kontinuerliga energioptimeringar göras för att sänka energianvändningen (El, 2018). Ur flera perspektiv är energianvändningen för en byggnad av stor betydelse. Energianvändningen påverkar inte bara ekonomiska aspekter i form av driftkostnader för både boende och ägare. Den säger även mycket angående fastighetens påverkan på miljön. Därför är det viktigt att ta reda på den verkliga energianvändningen för dagens byggnader. Stämmer energianvändningen överens med de projekterade värdena? Ventilationssystemen i flerbostadshus är en stor del av byggnadens totala energianvändning men är också en av de viktigaste delarna för en god inomhusmiljö. Luftomsättningen renar inomhusluften från skadliga partiklar och fukt, samt bidrar till att hålla en behaglig inomhustemperatur som är nödvändigt för ett hälsosamt inomhusklimat (BBR, 2017A). För att säkerställa att ventilationssystemet håller de krav som ställs på funktion och inomhusklimat, så genomförs en obligatorisk ventilationskontroll (OVK). Denna OVK ska göras var tredje eller sjätte år beroende på ventilationssystem och kontrollen genomförs av en certifierad kontrollant. Undersökningen utförs på JM AB:s förfrågan och grundas i att JM:s fastigheter har fått ökade driftkostnader. Därför vill JM ta fram den verkliga energianvändningen för ett flertal driftsatta aggregat för att se om de är orsaken till de ökade driftkostnaderna. Den ökade energianvändningen kan också påverka JM:s miljömärkning med Svanen. Miljöcertifieringssystemet Svanen ställer likt andra certifieringssystem krav på sina märkta fastigheter, där bland annat krav på energianvändning för ett flerbostadshus ska vara maximalt 85% av kravet som ställs från BBR. (Svanen, 2018A) 1

13 1.2 Syfte och frågeställningar Syftet med rapporten är att ta reda på den verkliga energianvändningen för JM:s driftsatta FTXaggregat i två projekt. Resultatet ska jämföras med den förväntade energianvändning som projekterats med hjälp av leverantören för aggregaten. Dessutom skall det undersökas om energianvändningen är tillräckligt låg för att klara Svanens krav. Förhoppningarna är att resultatet från denna undersökning ska bidra till att belysa brister och oklarheter som finns med energianvändningen för FTX-aggregaten, och ge en tydligare bild av aggregatens energianvändning. Följande frågeställningar undersöks i rapporten: Vad är energianvändningen för FTX-aggregaten i undersökning? Skiljer sig energianvändningen mellan projekteringen och nuläget? Vad beror eventuella skillnader på? 1.3 Mål Målet med undersökningen är att tydligt visa eventuella skillnader i energianvändning för FTXaggregaten mellan projekterade- och verkliga värden. Det ska framgå vad skillnaderna i energianvändning beror på och varför dessa skillnader finns. Den framtagna energianvändningen skall jämföras med de krav som ställs från Svanen och resultatet ska visa om och i så fall hur mycket som krävs för att uppnå de krav som ställs. Rapporten ska ge en tydlig bild över hur situationen ligger till i dagens läge och kunna användas som underlag vid framtida beslut. 1.4 Avgränsning Undersökningen kommer endast att genomföras på FTX-aggregat i Stockholmsregionen och på flerbostadshus som uppförts av JM. Inga villor eller kommersiella fastigheter kommer att behandlas. Rapporten kommer inte att inkludera lösningar på hög energianvändning, utan kommer endast belysa vad den eventuellt höga energianvändningen kan bero på. Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng och utförs mellan mars och juni månad, detta innebär att en del indata såsom temperaturverkningsgraden under vintertid inte kommer att mätas. De indata som inte kan mätas kommer istället införskaffas från annan dokumentation. 2

14 2. Metod Undersökningen kommer till viss del att baseras på de mätningar som görs på plats, där mätningar kommer utföras på luftflöden, temperaturer och effekter för fläktar. Mätningarna kommer genomföras med hjälp av handledning och med temperaturgivare, tångamperemeter för effekter och en spårgasmetod för att mäta luftflöden. Resultatet från mätningen kommer jämföras med tidigare utförda mätningar och projekterade värden. Värdena kommer sedan att användas vid energiberäkningar för framtagning av energianvändningen. Beräkningar och mätningarna kommer tillsammans med de andra protokollen ligga till grund för rapportens resultat och slutsats. För att kunna utföra beräkningarna och analysera resultaten krävs kunskap inom området. Därför har en litteraturstudie genomförts där kunskapen kommer att införskaffas genom litteratur, handledning och hemsidor. En ständig kontakt kommer att upprättas med både handledare från näringslivet och från skolan för vägledning och svar på frågor som uppkommer. Dessutom kommer försök till kontakt med leverantörer att genomföras, detta för att få svar på frågor angående deras FTX-aggregat och dess prestanda. 2.1 Känslighetsanalys Årstiden för mätningen är av betydelse för resultatet eftersom temperaturerna för frånluft, uteluft och avluft är avgörande för temperaturverkningsgraden. Mätningarna utfördes i april. Detta medför en risk att utomhusluften kan vara för varmt för att kunna använda mätningen för beräkning av temperaturverkningsgraden. Frånluftsflödet i aggregaten kan variera beroende på om ett flertal personer använder sig av spisfläktar i lägenheterna, vilket skapar ett forcerat flöde, som påverkar både effekten och temperaturverkningsgraden. Därför har mätningarna genomförts på eftermiddagar mellan klockan 12-14, då det anses vara normal belastning på aggregaten utan hög forcering på fläktarna. Noggrannhet och kalibrerad utrustning är också viktigt att beakta. Avvikande mätresultat behöver analyseras. Beror avvikelsen på utrustningen kommer mätresultatet att exkluderas från rapporten. 3

15 3. Nulägesbeskrivning Undersökningen kommer att genomföras på två av JM:s driftsatta projekt i Stockholm, Kista Torn och Nya Kvarnen 2. Kista Torn som idag är Sveriges högsta bostadshus med 36 våningar och åtta FTXaggregat som betjänar lägenheter. Det andra projektet är Nya Kvarnen 2 och är ett nyare projekt som ligger ute på Kvarnholmen och omfattar tre trapphus med tre FTX-aggregat. FTX-aggregaten för båda projekten är från samma tillverkare och av liknande modeller. Energianvändningen för FTX-aggregaten är idag okänd men det finns viss dokumentation angående förväntade effekter och temperaturverkningsgrader. Dokumentationen består av injusteringsprotokoll och bygghandlingar som beskriver den förväntade prestandan på aggregaten. 3.1 Kista torn Kista Torn påbörjades 2012 och färdigställdes Byggnaden är idag Sveriges högsta (120 m) bostadshus med 40 våningar varav 35 av dessa är inredda med totalt 266 lägenheter. Lägenheternas storlekar är mellan två till fyra rum och kök, vilket medför en målgrupp av både stora och mindre familjer. Samtliga lägenheter är bostadsrätter inredda med en inglasad balkong med varierande utsikt över Stockholm. En terrass på taket av huset finns tillgänglig för alla som bor i Kista Torn, takterrassen ger en vacker utsikt över Stockholm och öppnar upp för många trevliga aktiviteter. Dessutom finns en festlokal och bastu tillgänglig. (JM, 2012 & 2015) Våning 24 och -2 är våningar inredda med undercentraler för VVS och fläktaggregat. Det var nödvändigt att ha två våningar med fläktaggregat för att kunna ha rimliga dimensioner för ventilationssystemet. Totalt finns det elva fläktaggregat och åtta av dessa betjänar bostäder, de resterande betjänar garage och lokaler. Figur Kaiser, Gustav. Kista Torn. 4

16 3.2 Nya Kvarnen 2 Projekt Nya Kvarnen 2 stod klart för inflyttning i det tredje kvartalet 2014 och befinner sig på Kvarnholmen i Nacka, mitt emot djurgården och med utsikt över Stockholms inlopp. Nya Kvarnen 2 omfattar 87 stycken lägenheter fördelat över tre lägenhetshus på åtta respektive tio våningar. Aggregaten är placerade på översta våningen i respektive bostadshus. (JM, 2013) De boende har tillgång till takterrass för avkoppling och aktiviteter med fin utsikt över Stockholms inlopp, dessutom finns en gemensamhetslokal och övernattningsrum för medlemmarna i föreningen, samtliga lägenheter är utrustade med balkonger. Bostäderna ligger i nära anslutning till kvarnholmens centrum med bussar som transporterar en till slussen på ca en kvart. Figur Luftkompaniet Nya Kvarnen 2. 5

17 4. Teoretisk referensram 4.1 Energianvändning enligt Boverkets Byggregler En byggnads energianvändning är ett begrepp som beskriver byggnadens totala energibehov. Alla bostäder har komfort- och hygienkrav som måste uppfyllas enligt Boverkets Byggregler (BBR). För att uppnå dessa krav krävs en mängd energi inom ett flertal områden såsom VVS och belysning. Alla byggnader har dessutom krav på sin energianvändning och för att uppfylla kraven måste samtliga installationer vara energieffektiva för att inte riskera överstiga de myndighetskrav som ställs. BBR delar upp energianvändningen i fyra kategorier, uppvärmning, komfortkyla, tappvarmvatten och byggnadens fastighetsenergi. Ventilationssystemet är många gånger en del av både uppvärmningen och byggnadens fastighetsenergi (BBR, 2017B). 4.2 Ventilationssystem Alla bostäder behöver idag ett ventilationssystem för att klara de krav som ställs på luftkvalité och inomhusklimat. Ventilationssystemet är en viktig del för att få bort föroreningar och hälsofarliga ämnen från inomhusluften. Om ventilationen missköts kan det leda till fukt- och mögelproblem som kan orsaka hälsobesvär. Luftföroreningar såsom avgaser från bilar och mögel är vanliga hälsofarliga ämnen i luften och bidrar till en dålig inomhusmiljö. Enligt BBR är det minsta tilluftsflödet som behövs 0,35 l/s m² i bostäder och 0,1 l/s m² för att spara energi om ingen vistas i lägenheten. Dock finns en del praxis för luftflöden i specifika rum, exempelvis 10 l/s i kök och toalett (BBR, 2017B). Dessa krav och praxis finns för att säkerställa en tillräckligt god luftomsättning och minimera risker för dålig inomhusmiljö. Det finns tre typer av ventilationssystem som är vanliga och används idag för att klara av dessa krav på inomhusklimat och energianvändning. Det första ventilationssystemet kallas självdragsventilation, även kallat S-system, och det var ett vanligt system i många bostadshus byggda före S-systemet drivs enbart genom termiska krafter vilket betyder att ingen fläkt eller motor används i systemet, därför har systemet inte heller något effektbehov. Nackdelarna med ett S-system är att luftväxlingen varierar mellan olika våningar i byggnaden eftersom det är nivåskillnaden mellan in- och utlopp som skapar drivkraften. På grund av att luftväxlingen kan variera i olika delar av byggnaden har detta system svårt att klara de nya kraven som ställs i BBR. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Det andra ventilationssystemet som är fläktbaserat kallas frånluftssystem (F-system), och är ett av de vanligaste systemen som används i byggnader idag. Skillnaden mellan självdrag- och frånluftssystemet är att frånluftssystemet inte enbart drivs av termiska krafter, luftväxlingen kan istället styras via frånluftsfläktar. Fläktarna skapar ett undertryck i byggnaden som utgör drivkraften i systemet. Eftersom F-systemet är beroende av frånluftsfläktar så går det åt energi för att driva ventilationssystemet. I renodlade F-system finns ingen värmeåtervinning vilket skapar ett högt energibehov för uppvärmning. Dock finns det ofta goda möjligheter att komplettera systemet med en frånluftsvärmepump för att energieffektivisera uppvärmningen. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) I det tredje systemet har en tilluftsfläkt tillkommit, detta blir då ett så kallat till- och frånluftsystem (FT-system). Med en tilluftsfläkt i systemet säkerställs ett konstant luftflöde och en god luftväxling. Ett renodlat FT-system använder sig inte av någon form av värmeåtervinning vilket leder till höga uppvärmningskostnader. Det mest moderna systemet är ett till- och frånluftssystem med värmeåtervinning (FTX-system). FTX-systemet kan ta vara på den redan varma inomhusluften för att sänka uppvärmningskostnaden och energibehovet till byggnaden. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) 6

18 4.2.1 Till- och frånluftssystem med värmeåtervinning (FTX-System) Ett FTX-system är idag vanligt och förekommer oftast i lokalbyggnader, men även i bostäder. Systemet kallas ibland för balanserad ventilation eftersom det inte bildas någon tryckskillnad över klimatskalet. Ett FTX-system är uppbyggt av fyra kanalsystem; tilluft, frånluft, uteluft och avluft. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) FTX-aggregat har oftast två fläktar, en för tilluft och en för frånluft. Tilluftsfläkten suger in utomhusluft via uteluft-kanalen in till aggregatet. Uteluften passerar därefter aggregatets komponenter som brukar bestå av spjäll, filter, värmeåtervinnare, värmebatteri, tilluftsfläkt och ljuddämpare. När luften har passerat aggregatet distribueras luften ut i till samtliga kanaler och tilluftsdon. Donen är injusterade för det tilluftsflöde som är nödvändig i det aktuella rummet. Tilluftsdonen placeras vanligtvis i sovrum, arbetsrum och vardagsrum. Frånluftsdon placeras i regel i de rummen med lägre krav på luftkvalité såsom badrum och kök. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Samtidigt som tilluftsdonen tillför luft så suger frånluftsdonen ut lika mycket eller mer, vilket ger en konstant luftväxling i bostaden. Frånluftsfläkten suger luften tillbaka till aggregatet där luften passerar ljuddämpare, filter och värmeåtervinnare, för att sedan passera frånluftsfläkten som sänder luften via avluftskanalen utomhus, se figur 4.1. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Figur FTX-aggregat med en plattvärmeväxlare för värmeåtervinning Förutsatt att allt är rätt projekterat, monterat, skött och injusterat så bör inomhusklimatet bli bättre än vid tidigare nämnda system. De vanligaste problemen för ett FTX-aggregat är ljudnivån och drag. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Beroende på val av värmeåtervinnare kan energibehovet för uppvärmning av luften minskas med ca 80 %. Det krävs dubbelt så mycket el-energi för att driva fläktarna i FTX-systemet jämfört med F-systemet eftersom det är två fläktar istället för en. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) 7

19 4.2.2 Värmeåtervinning Det som sker vid värmeåtervinningen i FTX-systemet är att tilluften tar till sig värme från den varma frånluften. De tre vanligaste typer av värmeväxlare som används idag är roterande värmeväxlare, vätskekopplade batterier samt plattvärmeväxlare (Svensk Ventilation, Olika typer av värmeväxlare). SS-EN 308:1997 är den svenska standarden som används för hur temperaturverkningsgraden för värmeväxlare ska redovisas. Enligt SS-EN 308:1997 ska alltid den torra verkningsgraden redovisas. Det vill säga att ingen kondensation ska ske, och detta omfattar alla typer av värmeväxlare som redovisas nedan. Detta innebär att produktdatan som en leverantör tar fram är framtagna vid specifika förhållanden som inte alltid uppnås i driftsatta aggregat. Roterande värmeväxlare En roterande värmeväxlare använder sig av ett rotorhjul med ett stort antal små kanaler som passerar genom hjulet. Hjulet snurrar konstant mellan till- och frånluftskanalerna och på så sätt transporteras värme från frånluften till tilluften. Temperaturverkningsgraden för denna värmeväxlare kan nå upp till 80 % men har nackdelen att det kan läcka smuts och partiklar från frånluften till tilluften. På grund av risken att sprida lukter och föroreningar brukar denna typ av värmeväxlare inte användas i lokaler som sprider mycket lukter eller föroreningar t.ex. restauranger. (Svensk Ventilation, Olika typer av värmeväxlare) Vätskekopplad värmeväxlare Denna metod använder sig av två luftbatterier som kopplas samman med en vätskekrets. Det ena batterier befinner sig i frånluftskanalen och det andra i tilluftskanalen. Vattnet i kretsen cirkulerar ständigt och värms upp av frånluften och kyls av tilluften. Jämfört med den roterande värmeväxlaren så är verkningsgraden låg, endast 50 %. Däremot så förekommer inget läckage mellan till- och frånluftskanalerna och kanalerna behöver inte ligga intill varandra. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Plattvärmeväxlare I en plattvärmeväxlare korsas den varma frånluften med den kalla tilluften. Luftströmmarna korsas vinkelrätt mot varandra med tunna parallella metallplåtar mellan dem, se figur 4.2. Dessa metallplåtar har en hög värmeledningsförmåga och kan ha en verkningsgrad mellan %. Verkningsgraden beror på vilken typ av plattvärmeväxlare som används. En korsströmsväxlare har ca %, en motströmsväxlare som är en vidareutvecklad korsströmsväxlare kan nå upp till 90 % (Svensk Ventilation, Olika typer av värmeväxlare ). Skillnaden är att motströmsväxlare har ett större tvärsnitt som gör att luftströmmarna passerar varandra en längre tid och på så sätt höjer temperaturverkningsgraden. Eftersom luftflödena aldrig passerar samma yta så överförs det minimalt med föroreningar (Kuben Ventilation, 2017). Figur Plattvärmeväxlare, (Svensk Ventilation, plattvärmeväxlare ) 8

20 4.2.3 Fläktar Fläktarna i ett ventilationssystem drivs av motorer som skapar drivkrafterna. Fläktarna ska övervinna de tryckmotstånd som uppstår i kanalsystemet, tryckmotstånd förekommer i form av engångsförluster och friktionsförluster. Typiska engångsförluster är komponenter i systemet såsom spjäll, don och filter. Vid dessa komponenter krävs ett extra tryck från fläktar för att luften ska passera. Friktionsförluster förekommer i hela kanalsystem, det sammanlagda tryckfallet i systemet och mängden luftflöde är det som avgör dimensionen för fläkten. Fläktarna placeras vanligtvis sist i strömningsriktningen för att inte störa luftströmningen. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Radialfläktar En radialfläkt omvandlar dynamiskt tryck till statiskt tryck med en spiralkåpa som är placerad över fläktens skovlar. Luften strömmar horisontellt in i fläkten och pressas genom skovlarna ut genom utloppet som är ställt 90 grader från inloppet. Skovlarnas riktning spelar en stor roll för fläktens egenskaper. Framåtböjda skovlar är billigare, har ett förhållandevis litet utrymmesbehov och kan skapa stora luftflöden med hög tryckuppsättning. Fördelarna med bakåtböjda skovlar är att de har en lägre ljudnivå, samt en högre verkningsgrad, % istället för % som framåtböjda skovlar har. Bakåtböjda skovlarna kräver dock större utrymme och är dyrare. Fläktens motor är monterad direkt på axeln vid mindre fläktar, vid större fläktar används istället en rem. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Kammarfläkt En kammarfläkt är en radialfläkt med bakåtböjda skovlar som är monterad direkt på aggregatet. Skillnaden är att kammarfläktar saknar en sprialkåpa och förlorar därmed det dynamiska bidraget. Det medför en sänkt verkningsgrad till ca 65 % istället för de bakåtböjda radialfläktarna som har ca %. Dock sparas utrymme när kåpan är borttagen, det underlättar också för städning och rengöring. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Axialfläkt En axialfläkt ändrar inte riktningen på luftflödet. Den enklaste varianten av axialfläkt är en propellertyp som skruvar fram luften genom fläkten. Axialfläktar kan installeras i väggar, kanaler och i aggregathöljen. Axialfläktar kan hantera stora luftflöden med ett lågt tryckstegringsbehov, om fläkten placeras utanför kanalen behövs remdrift. Den maximala verkningsgraden för axialfläktar är 85 %. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) 9

21 4.2.4 Övriga komponenter i ett luftbehandlingsaggregat Spjäll Spjäll kan ha olika funktioner och förekommer på flera ställen i ventilationssystemet. Den primära funktionen är att reglera eller stänga av luftflöden, detta kan göras manuellt eller med motor. Intagsspjäll placeras innan aggregatet och stänger av luftflödet när fläktarna inte är i drift, spjället förhindrar att uteluft dras in i aggregatet och orsakar frysskador. Injusteringsspjäll installeras i kanalsystemet för att reglera luftflöden till och från donen. Brandgasspjäll monteras också i kanalsystemet, de stänger av luftflöden i systemet vid brand för att förhindra spridning av brandgas och rök mellan olika brandceller. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Filter Utomhusluften innehåller en mängd olika partiklar, gaser och föroreningar. En del är naturliga och helt ofarliga medans andra ämnen är skadliga. För att säkerställa en god luftkvalité används filter. Ämnena i luften kan orsaka nedsmutsning och korrosion på kanaler och komponenter, det motverkas också med hjälp av ett filter. Det är inte bara tilluften som filtreras, även frånluften filtreras innan den passera värmeåtervinningen och eventuella värme- och kylbatterier. Filter bör bytas ut och rengöras regelbundet för att säkerställa att dess funktion inte försämras, samt för att undvika ett ökat tryckfall som höjer effekten på fläkten. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Värme- och kylbatterier För att uppnå önskad temperatur på tilluften kan värme- och kylbatteri användas. Ibland räcker värmeåtervinningen, men när utomhustemperaturen blir tillräckligt låg kan luften behövas eftervärmas. De flesta batterier är kopplade till ett vattenburet system men batterier med direktverkande el finns också. När luften passerar batteriet så överförs värme. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Ljuddämpare Ljuddämpare förekommer på flera ställen i ventilationssystemet och sänker ljudnivån för att inte överskrida de ljudkrav som ställs av BBR. Det finns ett antal ljudkällor i systemen som kräver ljuddämpning, men den största ljudkällan är fläkten. Ljuddämpare monteras i varje lägenhet, inte bara för att minska buller, utan också för att förhindra överhörning av ljud och samtal genom ventilationskanalerna. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) 10

22 4.3 Energianvändning för FTX-aggregat Energibehovet för ett FTX-aggregat kommer huvudsakligen från två faktorer, nödvändig effekt för fläktar och uppvärmning av tilluften via värmebatteriet. Hur mycket energi dessa faktorer behöver varierar. Energibehovet för uppvärmning kan begränsas kraftigt med en hög temperaturverkningsgrad på värmeåtervinnaren. Värmeåtervinningen begränsar energibehovet speciellt under vintertid när behovet för uppvärmning är som störst. Fläktens effektbehov påverkas av ett flertal faktorer som presenteras nedan. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) - Luftflöde - Tryckökning - Verkningsgraden för fläkthjulet - Transmission mellan motor och fläkthjul - Verkningsgraden för motorn. - Varvtal på fläktmotor Sambandet mellan fläktens effektbehov, luftflöde, varvtal och tryckökning kan förklaras med affinitetslagarna Affinitetslagar Affinitetslagarna visar hur fläktens varvtal, flöde, tryck och effekt förändras i förhållande till varandra. Nedan presenteras de tre sambanden (Energihandbok, Affinitetslagar för fläktar ). = 0 1 [4.1] 0 1 = ( 0 1 ) 2 [4.2] 0 1 = ( 0 1 ) 3 [4.3] q = Ursprungligt luftflöde q = Nytt luftflöde n = Ursprungligt varvtal n = Nytt varvtal p = Ursprungligt tryck p = Nytt tryck P = Ursprunglig effekt P = Ny effekt Från ekvation 4.3 framgår det att ett förhöjt varvtal ökar effekten för fläkten i kubik. Ur ekvation 4.1 och 4.2 framgår det att ett ökat luftflöde ökar varvtalet proportionellt, och att tryckökningar ökar varvtalet i kvadrat. På så vis har luftflöde och trycket en direkt koppling till fläktens effekt. 11

23 4.3.2 SFP (Specific Fan Power) SFP är ett direkt mått på hur el-effektiv en fläkt är, ett lägre SFP-tal innebär en mer el-effektiv fläkt. SFP-talet beräknas enligt: å (kw/m³/s) [4.4] P = Tillförd el för tilluftsfläkten P å = Tillförd el för frånluftsfläkten q = Det största luftflödet för antingen till- eller frånluft (kw) (kw) (m³/s) För att uppnå ett bra SFP-tal räcker det inte att endast välja en el-effektiv fläkt. Kanalsystemet behöver dessutom vara projekterat och utformat för att reducera det totala tryckfallet, detta för att minska tryckökningen i fläkten. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Tabell Riktvärden för SFP-tal (Warfvinge & Dahlblom, 2010) Systemtyp SFP-tal Äldre FTX-system 3-4 Nya FTX-system 1,5-2 Äldre F-system ca 2 Nya F-system Fläkt- och systemkurvor Fläkt- och systemkurvor beskriver hur totaltrycket i systemet varierar vid olika luftflöden. Fläktkurvan beskriver tryckökningen över fläkten och systemkurvan beskriver hur tryckfallet i kanalsystemet förändras med luftflödet. I figur 4.3 illustreras hur dessa kurvor kan se ut. Figur System- och fläktkurva 12

24 Systemkurvan visar att tryckfallet blir större och ökar nästan kvadratiskt med luftflödet, totaltrycket i systemkurvan inkluderar alla friktionsförluster och engångsförluster i systemet. Systemkurvan tas fram under projekteringsskedet och fläktkurvan ges från tillverkaren. Skärningspunkten mellan system- och fläktkurvan kallas för arbetspunkt eller driftpunkt. Arbetspunkten beskriver det tryck och luftflöde som fläkten åstadkommer i kanalsystemet. (Warfvinge & Dahlblom, 2010) I figur 4.4 illustreras hur det kan se ut. Figur Arbetspunkt för fläkt 4.4 Svanen Svanen grundades 1989 av det Nordiska ministerrådet med syfte att hjälpa konsumenter göra smarta val med miljön i fokus. Vad som började med papper och batterier gick sedan över till ett tiotusentals varor och tjänster som idag kan bli klassade med svanens miljömärkning. Miljömärkning Sverige är ett statligt bolag som ansvara för bland annat Svanen och arbetar på uppdrag av regeringen utan något vinstsyfte. (Svanen, 2018B) Svanens krav på flerbostadshus De flerbostadshus som skall svanenmärkas måste anpassa sig till alla Svanens krav. Dessa krav omfattar energi, klimat, avfall, innemiljö och produkters miljöpåverkan mm. I rapporten kommer innemiljö- och energikraven att ligga i fokus. (Svanen, 2018A) Svanen ställer krav på energianvändningen för flerbostadshus, energianvändningen skall vara max 85 % av det krav som BBR ställer på samma fastighet. BBR:s krav varierar mellan olika flerbostadshus, de utgår från 85 kwh/m²/ Atemp och år, men tillägg får göras vid speciella förhållanden. Om nya regler införs under märkningens giltighetstid av nationella myndigheter som påverkar energianvändningen ändras Svanens krav också. Justeringar kan därför behöva göras under giltighetstiden för att behålla märkningen. Samma krav gäller för tillbyggnad som för befintlig byggnad, inga undantag ges och beräkningar skall utföras. (Svanen, 2018A) Inomhusmiljön är en central del för märkningen, krav ställs på bland annat radonhalt, fukt, ljud och ljus men också ventilation. Ventilationssystemet måste funktionskontrolleras innan det tas i bruk för första gången. Kontrollen undersöker om: Ventilationssystemet innehåller föroreningar som kan spridas Om instruktioner och anvisningar finns lättillgängligt Att ventilationssystemet fungerar som det är avsett Att funktionerna och egenskaperna är de samma som står i föreskrifterna 13

25 Kontrollen skall utföras på ett representativt urval som utgör minst 10 % av lägenheterna. (Svanen, 2018A) 4.5 Scada Supervisory control and data acquisition (SCADA) är ett datasystem som används för övervakning, automation och styrning av processer eller funktioner i olika system. SCADA har sedan 1960-talet använts inom industriautomation men har idag spridits till flera användningsområden. Idag har systemet utvecklats tillräckligt för att tillämpas på fastighetsautomation och smarta hem. (Cenito, Vad är SCADA? ) Utvecklingen av SCADA för tillämpning utanför industriautomation kommer från ett ökat behov av realtidsövervakning av stora anläggningar. SCADA gör det möjligt att effektivisera övervakandet av processer och händelseförlopp i sina anläggningar. Utöver att övervaka processer i anläggningarna kan SCADA kopplas samman med anläggningars kontrollsystem, vilket tillåter en operatör att exempelvis ändra eller justera ventiler och pumpar efter behov. Med datasystemet är det möjligt att samla data från både realtid och lagra historik för senare analys. Detta gör SCADA till ett effektivt verktyg för att förbättra kontrollen över redskapen och utrustningen i sina anläggningar. (Cenito, Vad är SCADA? ) 4.6 Mätmetoder Det finns ett flertal mätmetoder för framtagning av diverse värden i ett ventilationsaggregat. Dessa mätningar är vanligt förekommande vid utförandet av OVK besiktningar och injusteringsprotokoll. Syftet med mätningar är att säkerställa funktionen och dokumentera ändringar som skett i systemet. Nedan beskrivs de metoder som använts i undersökningen för framtagning av luftflöden, temperaturer och effekt för fläktar Mätmetod för luftflöde Spårgas Spårgasmetoden kan användas för att mäta det totala tilluftsflödet till ett rum eller för luftflöden i kanaler. Metoden är anpassningsbar till alla typer av byggnader och ventilationssystem så länge en god omblandning kan säkerställas mellan spårgasen och luften. Metoden går ut på att injicera en känd mängd spårgas med konstant flöde och sedan mäta koncentrationen spårgas nedströms i kanalen. Med traditionell mätteknik kan det vara svårt att få en säker mätning av det totala luftflödet i kanalen eftersom det är svårt att finna godtyckliga raksträckor före och efter mätplanet. Spårgasmetoden påverkas inte av detta på samma sätt, böjar och spjäll i kanalerna förbättrar istället blandning av spårgasen med luften vilket i sin tur ger ett mer tillförlitligt resultat. (Svensk Standard, 2015) Det vanligaste problemet vid mätning av luftflöden med spårgasteknik är att det blir en dålig omblandning av spårgasen och luften. Därför behöver hänsyn tas till ombladningslängden som krävs för att nå en standardosäkerhet på 5-10%. (Svensk Standard, 2015) Platsen där spårgasen injiceras skall vara i rummet eller i kanalen med största flödet av utomhusluft. När luftflödet för en hel byggnad skall mätas är det viktigt att spårgasen inte injiceras in i ett rum med 14

26 ett direkt flöde ut i det fria. (Svensk Standard, 2015) Viktigt är också att mätningen börjar i frånluftskanalerna vid mätning av flöden i kanaler, detta för att inte kontaminera luften från tidigare mätning i tilluften. I figur 4.5 nedan presenteras hur spårgasmetoden kan användas, siffrorna i illustrationen förklaras i teckenförklaringen under bilden. N 2O (lustgas) är en vanlig spårgas som används i metoden. Figur Spårgasmetoden, (Svensk Standard, 2015) Teckenförklaring 1. Fläkt 2. Flödesmätare 3. Injusteringsventil 4. gastub 5. Gasanalysator Mätmetod för temperatur Temperaturmätare Med en temperaturmätare är det möjligt att mäta temperaturen på valfri plats i systemet, dock kräver det ett stickhål för mätaren. Stickhål antingen kan skapas med hjälp borrmaskin och om borrmaskin används skall hålet pluggas efteråt. Ett alternativt till att borra är om det finns ett befintligt stickhål för temperaturmätning eller om installerade temperaturgivare kan plockas bort, då kan deras stickhål användas. Det finns dock en risk att mätningen avviker från verkligheten om temperaturmätaren är felkalibrerad eller om temperaturen inte är jämnt fördelad i kanalen Mätmetod för fläkteffekt Tångamperemeter En tångamperemeter kan mäta både ström och spänning över en fas. Verktyget kan därför användas för att mäta strömmen och spänningen över samtliga faser som driver fläktarna för att sedan beräkna effekten. 15

27 16

28 5. Genomförande Modell I figur 5.1 presenteras de översiktliga stegen för framtagningen av resultatet. Figur Översiktlig process för framtagning av resultat 17

29 5.2 Insamling av data Dokumentation Kista Torn Dokumentation i form av injusteringsprotokoll, OVK-protokoll och bygghandlingar införskaffades genom projektledaren för projektet. Dokumentationen redovisade temperaturverkningsgrader, luftflöden, SFP-tal och effekter för aggregaten vilket senare användes för jämförelser och beräkningar av energianvändning. Dessutom har indata från övervakningssystemet SCADA införskaffats för att undersöka temperaturverkningsgrader från december till mars eftersom inga egna mätningar kunde göras under denna tid. Dokumentation Nya Kvarnen 2 Samma dokumentation införskaffades för Nya Kvarnen 2, däremot var inte dokumentationen lika omfattande som dokumentationen från Kista Torn. Temperaturverkningsgrader som är en betydande del vid beräkning av energianvändningen saknades i injusteringsprotokollen, därför användes temperaturverkningsgrader från Exhausto istället och jämfördes med värden från SCADA. Egna mätningar Målet med mätningarna var att ta reda på aggregatens temperaturer, till- och frånluftsflöden samt effekten för till- och frånluftsfläktar för de olika kanalsystemen. Mätningarna utfördes med hjälp av instrument och vägledning av Hans Zetterholm som är expert inom området. Resultatet från egna mätningarna kommer senare att jämföras med värden från tidigare mätningar i injusteringsprotokoll och projekterade värden, eventuella skillnader kommer att analyseras och diskuteras. Mätning Kista Torn I Kista Torn utfördes mätningar på fem FTX-aggregat, fläktrummen där aggregaten är placerade har stora utrymmen med god tillgänglighet vilket förenklade utförandet av mätningarna. Samtliga aggregat är från tillverkaren Exhausto, modell SMART, som idag inte finns kvar på den svenska marknaden. SMART-modellen är ett komplett till- och frånluftsaggregat och fanns i olika storlekar som benämndes SMART 1-10 där 1 är minst och 10 är störst. Aggregaten som används i undersökningen är i storleken 2-5. Mätning Nya Kvarnen 2 I Nya Kvarnen 2 utfördes inga mätningar, likt Kista Torn har fläktrummen stort utrymme med god tillgänglighet för aggregaten. Aggregaten var av märke Exhausto modell VEX370H, som är en nyare modell av ett komplett till- och frånluftsaggregat. 18

30 5.2.1 Mätmetoder Flödesmätning Aggregatets luftflöden mättes med hjälp av spårgasmetod. Först injicerades en känd mängd gas i frånluften för att sedan avläsa hur stor koncentrationen var i avluften. Därefter så utfördes processen igen men denna gång injicerades en känd mängd gas i uteluften för att avläsas i tilluften. Halten som avlästes antecknades och användes senare för beräkning av till- och frånluftsflöde. Temperaturmätning Temperaturmätningarna utfördes med en Swema 3000 universalmätare, se figur 5.2. Mätningarna genomfördes genom att temporärt plocka bort installerade temperaturgivare, och använda deras stickhål för verktygets mätare, vid några tillfällen borrades hål som sedan pluggades. Mätaren fick sitta ostört i några minuter för att stabilisera värdet innan temperaturen antecknades. Mätaren placerades i tilluften, frånluften, avluften och uteluften. Figur Swema 3000, (Swema, Universalmätare ) Effektmätning Effektmätningen genomfördes med hjälp av en tångamperemeter. Ström och spänning mättes via elskåpet på aggregatets framsida som har kablage för inkommande el. Tångamperemetern visade den inkommande strömmen och effekten för hela aggregatet. Affinitetslagar användes senare för att beräkna hur stor del av den totala effekten som vardera fläkt använder sig av. 19

31 5.3 Beräkning av energianvändning Ekvationer Nedan presenteras de ekvationer som har använts i undersökningen för att beräkna energianvändning och driftkostnad. Energianvändning för uppvärmning av tilluften beräknas enligt: Q = ṁ Gt driftfaktor (1 η ) (kwh/år) [5.1] ṁ=massflöde (kg/s) Gt = Gradtimmar ( C/år) Driftfaktor = Faktor för hur länge fläktarna används under ett dygn, vid konstant flöde = 1 η = Temperaturverkningsgrad (%) Temperaturverkningsgrad för en värmeväxlare kan definieras för till- och frånluftstemperaturer och beräknas enligt: η å = å å 100 (%) [5.2] η = å å 100 (%) [5.3] T å = temperatur efter återvinning T = utetemperatur T å = frånluftstemperatur T = avluftstemperatur ( C) ( C) ( C) ( C) Temperaturökning över fläkt beräknas enligt: (Svensk ventilation, 2014C) T ä = ä P ä = eleffekt från nätet till fläktens q = luftflöde ρ = luftdensitet = 1,20 cp = specifik värmekapacitet för luft; 1,00 ( C) [5.4] (kw) (m³/s) (kg/m³) (kj/kg*k) 20

32 Massflöde beräknas enligt ṁ = q 1,2 (kg/s) [5.5] q= luftflöde (m³/s) 1,2 = Densitet för luft vid 20 C (kg/m³) Den verkliga effekten för fläktarna beräknas enligt P = U I cos (φ) U = Spänning (V) I = Ström (A) Cos(φ) = Effektfaktor (-) Den teoretiska effekten för fläktarna beräknas enligt P = q P (W) [5.6] q = största luftflöde av till- och frånluft P = Totaltryck i systemet (m³/s) (Pa) Verkningsgraden för fläktarna beräknades enligt η = 100 (%) [5.7] P =Teoretisk fläkteffekt P = Verklig fläkteffekt (W) (W) SFP-tal beräknas enligt: SFP = (-) [5.8] T = Effekt för tilluftsfläkten F = Effekt för frånluftsfläkten q = Största flödet av till- och frånluften. (kw) (kw) (m³/s) Total energianvändning per år beräknas enligt: Enerianvändning per år = Q + (T + F ) 8760 (kwh/år) [5.9] Q = Energianvändning per år för uppvärmning av tilluft. TF = Verklig effekt för tilluftsfläkten FF = Verklig effekt för frånluftsfläkten 8760 = Antal timmar på ett år (kwh/år) (kw) (kw) 21

33 6. Resultat I detta kapitel kommer indata från dokumentation och mätningar att redovisas. Beräkningar på energianvändning och driftkostnad kommer att presenteras per projekt och aggregat, för att sedan sammanställas och jämföras. I indatan presenteras de avgörande värdena som används vid beräkningarna. Beräkningarna redovisar fläkteffekt, energi för uppvärmning, total energianvändning samt driftkostnad per aggregat. Vid beräkningar har samma pris för elektricitet och fjärrvärme använts som för det senaste året i Kista Torn (2017). I tabell 6.1 presenteras de värden som är gemensamma för aggregaten i undersökningen. Tabell Gemensamma värden för FTX-aggregaten i Kista Torn och Nya Kvarnen 2 Fjärrvärme Elektricitet 0,93 kr/kwh 1,21 kr/kwh Medeltemperatur 6,6 C Temperatur på tilluft 21 C Gradtimmar C /år Driftfaktor Resultat Kista Torn I Kista utfördes egna mätningar på aggregat LB05-LB09, på grund av för varm utomhustemperatur utfördes inga temperaturmätningar på aggregat LB05, LB06 och LB08. Inga mätningar har utförts på aggregat LB02-LB04 på grund av svårigheter att få ihop tillfällen för mätningarna med handledaren. Injusteringsprotokoll redovisas i bilaga 1 och bygghandlingar i bilaga Indata Tabell Temperaturverkningsgrader för FTX-aggregaten i Kista Torn Temperaturverkningsgrad Projekterat 2016 Injustering 2017 Mätning 2018 Differens LB02 57 % 55 % 2 % LB03 58 % 53 % 5 % LB04 64 % 54 % 10 % LB05 73 % 48 % 25 % LB06 54 % 57 % -3 % LB07 59 % 52 % 52 % 7 % LB08 69 % 55 % 14 % LB09 61 % 50 % 48 % 11 % 22

34 Tabell Till- och frånluftsflöden för FTX-aggregaten i Kista Torn Flöden till-/frånluft Projekterat 2016 m³/s Injustering 2017 m³/s Mätning 2018 m³/s LB02 1,75/1,45 1,89/1,58 - LB03 1,5/1,4 1,7/1,4 - LB04 1,1/1,1 1,08/1,25 - LB05 0,67/0,9 0,72/0,93 0,75/0,95 LB06 1,78/1,36 1,97/1,41 1,96/1,44 LB07 1,65/1,55 1,86/1,7 1,9/1,52 LB08 0,67/0,75 0,7/0,94 0,79/0,81 LB09 1,5/1,5 1,53/1,6 1,22/1, Energianvändning och driftkostnad Tabell Energianvändning och driftkostnad för FTX-aggregaten LB02-LB09, enligt injusteringsprotokollen i Kista Torn. Injusteringsprotokoll (2017) Fläkteffekt kwh/år Uppvärmning kwh/år Energianvändning kwh/år Driftkostnad per år (SEK) LB LB LB LB LB LB LB LB

35 Tabell Energianvändning och driftkostnad för FTX-aggregat LB02-LB09, enligt projekterade värden i Kista Torn Projekterat (2016) Fläkteffekt kwh/år Uppvärmning kwh/år Energianvändning kwh/år Driftkostnad per år (SEK) LB LB LB LB LB LB LB LB Tabell Energianvändning och driftskostnad för FTX-aggregat LB05-LB09, enligt egna mätningar i Kista Mätningar (2018) Fläkteffekt kwh/år Uppvärmning kwh/år Energianvändning kwh/år Driftkostnad per år (SEK) LB LB LB LB LB Sammanställning Tabell Jämförelse av driftkostnad och energianvändning mellan projekterade värden och injusteringsprotokoll LB02-LB09 Fläkteffekt kwh/år Uppvärmning kwh/år Energianvändning kwh/år Driftkostnad per år (SEK) Injustering Projekterat Differens Procentuell ökning ca 0,7 % ca 26 % ca 20 % ca 20 % 24

36 Tabell Jämförelse av driftkostnad och energianvändning för egna mätningar och injusteringsprotokoll LB05-LB09 Fläkteffekt kwh/år Uppvärmning kwh/år Energianvändning kwh/år Driftkostnad per år (SEK) Egna mätningar Injustering Differens Procentuell ökning ca 15 % ca 1 % ca 3 % ca 3 % Tabell Jämförelse av driftkostnad och energianvändning för egna mätningar och projekterade värden. LB05-LB09 Fläkteffekt kwh/år Uppvärmning kwh/år Energianvändning kwh/år Driftkostnad per år (SEK) Egna mätningar Projekterat Differens Procentuell ökning ca 15 % ca 31 % ca 28 % ca 28 % 6.2 Resultat Nya Kvarnen 2 Inga mätningar utfördes på Kvarnholmen på grund av svårigheter att få ihop tillfällen med handledaren. Dock fanns tillräckligt med information från Exhausto och bygghandlingar för att göra beräkningar på energianvändning och driftkostnad, se bilaga 3. Effekten för fläktarna har beräknats med Exhaustos beräkningsprogram och finns att tillgå från deras hemsida (Exhausto, EXselect ). OVK-protokollet för Nya Kvarnen 2 redovisar uppmätta luftflödena, men var inte tillräckligt omfattande för att göra fullständiga beräkningar, se bilaga 4. Inga injusteringsprotokoll fanns för projektet. Eftersom inga uppmätta temperaturverkningsgrader var dokumenterade så hämtades verkningsgrader direkt från SCADA. I bilaga 5 presenteras de avlästa temperaturverkningsgraderna för aggregaten LB01, LB02 och LB03 i januari och februari månad. Det som framgår i bilaga 5 är att alla aggregat ligger på en hög verkningsgrad, men får en sänkt genomsnittlig verkningsgrad på grund av ett flertal avvikelser. På grund av flertalet avvikelser och orimligt höga värden har inga energiberäkningar utförts med värden från SCADA. 25

37 6.2.1 Indata Tabell Temperaturverkningsgrader för aggregat LB01-LB03 enligt SCADA och Exhausto. Temperaturverkningsgrad SCADA Januari 2018 SCADA Februari 2018 Exhausto 2018 LB01 97 % 78 % 80 % LB02 86 % 62 % 80 % LB03 95 % 89 % 82 % Tabell Till- och frånluftsflöden för aggregat LB01-LB03 enligt OVK-protokoll och projekterade värden Till- och frånluftsflöden OVK (2014) Projekterat (2014) LB01 1,36/1,48 1,6/1,6 LB02 1,4/1,4 1,4/1,4 LB03 1,08/1,18 1,4/1, Energianvändning och driftkostnad Tabell Energianvändning och driftkostnad för FTX-aggregaten LB01-LB03 med projekterade luftflöden Projekterat LB01 LB02 LB03 Fläkteffekt (kwh/år) Uppvärmning (kwh/år) Energianvändning (kwh/år) Driftkostnad kr kr kr Tabell Energianvändning och driftkostnad för FTX-aggregaten LB01-LB03, med luftflöden från OVK-protokoll OVK LB01 LB02 LB03 Fläkteffekt (kwh/år) Uppvärmning (kwh/år) Energianvändning (kwh/år) Driftkostnad kr kr kr 26

38 6.2.3 Sammanställning Tabell Jämförelse av driftkostnad och energianvändning med luftflöden från projekteringen och OVK-protokoll LB01-LB03 Fläkteffekt kwh/år Uppvärmning kwh/år Energianvändning kwh/år Driftkostnad per år Projekterat kr OVK kr Differens kr Procentuell ökning 0 % ca 14 % ca 9 % ca 8 % 27

39 7. Diskussion 7.1 Kista Torn I resultatet kan vi se att den totala energianvändningen för aggregaten i Kista Torn har ökat från 791 MWh/år till 959 MWh/år. Denna ökning med 167 MWh/år motsvarar en förhöjd energianvändning med ca 20 % jämfört med de projekterade värdena som togs fram I samband med den förhöjda energianvändning ökade driftskostnaderna för aggregaten med ca kr/år vilket också är en ökning med ca 20 % jämfört med de projekterade driftkostnaderna. Att energianvändningen ökat beror till stor del på de sänkta temperaturverkningsgraderna. Den genomsnittliga projekterade temperaturverkningsgraden är ca 60 % men när mätningar gjordes i slutet av 2017, i samband med injusteringsprotokollen, uppmättes en ny genomsnittlig verkningsgrad på 53 %. Det är denna minskning med 7 % på temperaturverkningsgraden som står för majoriteten av de ökade kostnaderna. Den sänkta temperaturverkningsgraden står för ca 67 % av den ökade driftkostnaden för aggregaten, vilket motsvarar ca kr per år. Den resterande kostnaden på kr kommer från de ökade flödena och effekt för fläktar. Orsaken till varför temperaturverkningsgraden har sjunkit är oklart och svår att precisera eftersom det finns många faktorer som kan påverka effektiviteten hos en värmeväxlare. Kända orsaker och faktorer till sänkt effektivitet på värmeväxlare är nedsmutsning av filter, avfrostning och ändrade flöden. Det framgick av injusteringsprotokollen och egna mätningar i tabell 6.3 att många flöden i aggregaten har ändrats i samband med att alla lägenheter fått nya spiskåpor. Detta byte av spiskåpor resulterade i att balansen i luftflödena ändrades över många aggregat, och att det totala luftflödet höjdes med 8 % i byggnaden. Att ändra flöden kan få stora effekter på temperaturverkningsgraden, då förhållandet mellan tilluft och frånluft fungerar som en korrigeringsfaktor vid beräkning av temperaturverkningsgraden för en värmeväxlare. Därför antas det att detta har ett samband med de sänkta verkningsgraderna för värmeväxlarna. Det krävs dock mer omfattande mätningar än vad som gjordes i denna undersökning för att kunna fastställa exakt hur stor påverkan de ändrade flödena har haft på verkningsgraden. Men det har framgått från Exhausto, Svensk Ventilation och den gällande standarden SS-EN 308:1997 att flöden har en stor påverkan på verkningsgraden. Men för att kunna mäta och kontrollera detta skulle hänsyn till faktorer som luftens entalpi, förmåga att lagra energi, tas med i undersökningen. Entalpi ändras med flöden och fuktigheten i luften, vilket påverkar värmeväxlaren och dess verkningsgrad. Därför skulle beräkningar med hänsyn till entalpi ge ett säkrare resultat. Ett annat betydande problem som framkom vid mätningarna var svårigheten att få fram korrekta temperaturer vid beräkning av temperaturverkningsgraden. Beräkning av temperaturverkningsgrad är i teorin enkel, men visade sig i praktiken svår att bestämma. Detta beror på att det fanns problem med att i hitta lämpliga platser för att mäta temperaturer i de kompakta aggregaten. Mätningarna gjordes därför via stickhål placerade efter fläktarna i luftströmmen, på samma ställen som aggregatens egna termometrar är placerade. Mätningen kunder inte genomföras intill värmeväxlare på grund av bristande utrymme och utrustning. När mätningen inte genomförs intill värmeväxlaren utsätter man temperaturen för felkällor såsom värme från fläktar, läckage och ojämna temperaturer i kanalen. Mätningarna utfördes med en stavtermometer som är ett vanligt verktyg för denna typ av mätningar, men det innebär att endast en del av luftströmmens temperatur kan mätas. Detta ger ett sämre genomsnittligt värde eftersom temperaturen kan variera på olika platser i kanalen. Mätningarna utfördes dessutom bakom fläktarna i luftströmmen vilket också påverka mätningen av temperaturer. Alla dessa faktorer är felkällor som kan påverka beräkningen av temperaturverkningsgraden och är vanligt förekommande vid denna typ av mätundersökning. I SMART-aggregaten i Kista Torn noterades det att placeringen av många temperaturgivare sitter 28

40 efter fläktarna, se bilaga 7. Dessa termometrar är sedan kopplade till SCADA som övervakar aggregatet och beräknar temperaturverkningsgraden för värmeväxlaren. Men eftersom alla SMARTaggregat i Kista Torn använder sig av kammarfläktar, som är placerade mitt i luftströmmen, behöver hänsyn till värmen från fläktar tas med i beräkningarna. Termometrarnas placering och SCADA:s beräkningsmodell bidrar återigen till felkällor, som ger osäkra mätningar av temperaturer och beräkningar av temperaturverkningsgrader i aggregaten. Mätningarna i SCADA är i Kista Torn tillräckligt bra för att visa större brister och dippar, men kan i många fall höjas eller sänkas med 0-5% beroende på vilka faktorer som tagits hänsyn till vid beräkningen. För att visa skillnaden mellan dessa beräkningssätt utfördes flera beräkningar, med och utan hänsyn till motorvärme från fläktarna. Figur 7.2 visar temperaturverkningsgraden för aggregat LB07 i Kista torn under en 12 timmars period. Figuren visar temperaturverkningsgrader beräknade med och utan hänsyn till motorvärme som jämförs med temperaturverkningsgraden hämtad direkt från SCADA. Figur Temperaturverkningsgrader med och utan hänsyn till värme från motor jämfört mot SCADA. I figur 7.2 är temperaturerna tagna från samma givare under samma tidsperiod. Beräkningarna som gjordes med hänsyn till motorvärme antog att värmetillskottet var 0,5 C eftersom det inte uppmättes på plats. Ett tillskott på 0,5 C från avluftsfläkten är tillräcklig för att skapa skillnader på 2-5 % för temperaturverkningsgraden. Vid beräkningar i enlighet med Svensk Ventilation påvisas dock att värmetillskottet från fläkten kan vara högre beroende på fläktens verkningsgrad och effekt (Svensk ventilation, 2014C). Dock användes inte formeln från Svensk Ventilation då effekt och verkningsgrad på fläktar varierar mellan aggregaten, och syftet med beräkningar var att enbart jämföra olika beräkningssätt. Beräkningarna visar däremot hur mycket denna faktor kan påverka temperaturverkningsgraden och hur viktigt det är att ta hänsyn till denna faktor. Som tidigare nämnt har energianvändningen ökat med ca 20 % för FTX-aggregaten i Kista Torn. Denna ökning är dock enbart för de lägenhetsbetjänande aggregaten LB02-LB09. Tidigare har det inte funnits några mätningar som visar hur stor del av fastighetens totala energianvändning FTXaggregaten bidrar med. Det är därför svårt att avgöra hur stor påverkan denna ökning med 20 % på aggregatens energianvändning har på byggnadens Svanenmärkningen. Svanen ställer inga specifika krav på aggregaten, istället ställs kraven på fastigheten och dess totala energianvändning. Men eftersom Svanen ständigt uppdaterar sina krav på energianvändning, kan detta leda till problem i framtiden om det skulle innefatta hårdare krav på ventilationsaggregat. 29

41 7.2 Nya Kvarnen 2 Undersökningen i Nya Kvarnen 2 blev inte lika omfattande eftersom inga egna mätningar kunde utföras. Trots detta kunde en uppskattad energianvändning på 175 MWh/år tas fram för de tre lägenhetsbetjänande aggregaten LB01-LB03. Det motsvarar 38 % av den totala energianvändningen för Nya Kvarnen 2 enligt energideklarationen som gjordes Tidsbristen som hindrade utförandet av egna mätningar resulterade i att undersökningen blev en analys av befintliga data och dokumentation. Trots hjälp från projektledare var dokumentationen inte tillräckligt omfattande och ansågs vara bristfällig jämfört med Kista Torn. En stor anledning till att dokumentationen ansågs vara bristfällig var på grund av att inga injusteringsprotokoll kunde hittas. Varför dessa handlingar inte kunde finnas kan bero på att ingen injustering genomförts i Nya Kvarnen 2, eller att dokumenten inte överförts till digitala kopior som gjort dom svåra att hitta. Den dokumentation som kunde hittas var OVK protokoll och bygghandlingarna som togs fram 2014, men dessa handlingar redovisar inga temperaturverkningsgrader och effekter på aggregaten. Detta förhindrade jämförelser med SCADA och resulterade i att inga värden från SCADA kunde användas i energiberäkningarna. Detta beslut togs eftersom SCADA:s uppmätta verkningsgrader och temperaturer dessutom ansågs vara orimliga, då de redovisade temperaturverkningsgrader på 100 % under långa perioder, se bilaga 5. Enligt Svensk Ventilation ligger den maximala temperaturverkningsgraden för en motströmsväxlare runt 90 %. Exhaustos egna temperaturverkningsgradskurvor som framtagits enligt SS-EN 308, visar att dessa aggregat ska ligga runt 80 %, se bilaga 6. Orsakerna till de missvisande värdena i SCADA tros ligga i felaktigt placerade temperaturgivare. Temperaturgivarnas placering är som tidigare nämnt viktig då de kan bli påverkade av värmen från fläktar och värmebatterier, vilket påverkar resultatet för beräkningen av temperaturverkningsgraden. Det kunde också uppmärksammas att driftkorten från 2013 inte stämmer överens med driftbilderna i SCADA, se bilaga 8. I bilaga 8 noteras det att temperaturmätare GT42 sitter i tilluften på driftkortet, men sitter i frånluften i SCADA:s driftbild. Därför antas det att en ändring har skett i systemet, vilket också kan ha påverkat den första injusteringen av mätarna och SCADA. Eftersom det fanns ett flertal avvikelser och ändringar i handlingarna och SCADA, skulle det krävas flera reviderade dokument med nya mätningar på temperaturverkningsgrader. En ny mätning och injustering under lämplig årstid skulle kunna kontrollera SCADA:s värden och konstatera om det finns något fel i SCADA:s system eller själva aggregaten. Problem som följer med om temperaturverkningsgraden är lägre än vad SCADA visar är att energianvändningen blir högre. Detta framgår i energideklarationen som utfördes 2017, som klassade Nya Kvarnen 2 i energiklass D, men vid nybyggnation var det projekterat i energiklass C. Denna ökade energianvändning skulle kunna bero på sänkta verkningsgrader i aggregaten och riskerar nu påverka framtida Svanen märkningar. Dock skulle det behövas extra mätningar på FTX-aggregaten i Nya Kvarnen 2 för att kontrollera detta. 30

42 8. Slutsats I denna undersökning var syftet att ta fram ett representativt värde för den verkliga energianvändningen hos driftsatta FTX-aggregat i Kista Torn och Nya Kvarnen 2. Dessutom skulle det undersökas om den förändrade energianvändningen påverkar JM:s Svanenmärkning. För att kunna ta fram denna energianvändning för aggregaten har fokus lagts på faktorer som värmeväxlarnas temperaturverkningsgrad, fläktarnas effekter och luftflöden genom aggregaten. På grund av att två olika projekt undersöktes presenteras en slutsats för respektive projekt. I Kista Torn indikerar resultatet på att temperaturverkningsgraderna i aggregaten inte stämmer överens med de projekterade handlingarna. Enligt uppmätta värden i injusteringsprotokoll, egna mätningar och SCADA kan en minskad temperaturverkningsgrad på 7 % påvisas i Kista Torn. Det är den största anledningen till att energianvändningen ökat med så mycket som 20 %. På grund av denna ökning visar resultatet att energianvändning för Kista Torns aggregat ligger runt ca 959 MWh/år, det vill säga, en ökning med 167 MWh/år från Dessa värden på energianvändningen är den bästa uppskattningen av aggregatens verkliga energianvändning som kunnat göras utifrån den insamlade datan. Det anses vara en uppskattning eftersom metoderna som använts vid framtagning av värdena kan förbättras, detta skulle då leda till bättre uppskattningar av den verkliga energianvändningen. I Nya Kvarnen 2 kunde inte lika omfattande studier göras, på grund av att inga egna mätningar kunde utföras och bristande handlingar för framtagning av aggregatens energianvändning. Det mest intressanta som uppkom i Nya Kvarnen 2 var SCADA:s beräknade temperaturverkningsgrader som uppgick mot 100 % vid flera tillfällen under januari och februari månad. Detta tyder på att något i SCADA:s system inte stämmer, då Exhaustos egna beräkningar av temperaturverkningsgrader för VEX370 aggregaten inte går över 90 %. Dock har en beräkning utförts med projekterade värden och riktvärden från Exhausto, i denna beräkning görs en uppskattning som påvisar att energianvändning ligger kring ca 175 MWh/år för aggregaten i Nya Kvarnen 2. Det som framgått från undersökningen är att den förväntade temperaturverkningsgraden från leverantören sällan stämmer med det uppmätta värdet på verkningsgraden i drift. Detta kan bero på att faktorer som motorvärme och balans i luftflöden inte tas till hänsyn vid beräkningar av temperaturverkningsgraden. För att förbättra kontrollen av energianvändningen krävs flera kontinuerliga mätningar av temperaturverkningsgraden, där hänsyn till fler korrigeringsfaktorer tas med i beräkningen. På grund av dessa osäkerheter vid beräkning av energianvändningen är det svårt att avgöra hur stor påverkan det får på Svanenmärkningen i Kista Torn och Nya Kvarnen 2. Eftersom energianvändningen har ökat med 20% i Kista Torn riskerar fastigheten att få stor ökning på sin totala energianvändning som kan komma att påverka Svanenmärkningen. Dock är det osäkert i Nya Kvarnen 2 om fastighetens totala energianvändning ökat, därför är det svårt att avgöra om Svanenmärkningen blir påverkad. Detta grundas i att Svanen endast bedömer fastighetens totala energianvändning och inte energianvändningen för de separata aggregaten. Därmed måste en ny undersökning för fastighetens totala energianvändning göras för att avgöra om man fortfarande uppnår Svanens krav i de båda projekten. 8.1 Vidare forskning Genom denna undersökning har flera nya frågor och problem uppkommit angående hur energianvändning för FTX-aggregaten tas fram. Framtida studier skulle kunna fokusera på att bestämma hur stor påverkan faktorer såsom motorvärme och obalans i flöden har på temperaturverkningsgraden, samt hur avvikelser från dessa faktorer kan behandlas. Resultatet i dessa studier skulle sedan kunna tillämpas i SCADA för att förbättra systemets. 31

43 Referenser BBR. 2017A. Luft och ventilation i bostäder. (Hämtad ) BBR. 2017B. Energihushållning. BFS 2017:5. Kap pdf (Hämtad ) Cenito. Vad är SCADA?. Malmö. (Hämtad ) El Elanvändning i världen. (Hämtad ) Energihandbok. Affinitetslagar för fläktar. Stockholm. (Hämtad ) Exhausto. EXselect (Hämtad ) Henning, Dag Energieffektivisering i bostäder och lokaler. Naturvårdsverket. (Hämtad ) JM JM bygger Stockholms högsta bostadshus. (Hämtad ) JM Stockholms högsta bostadshus har nu nått toppen. (Hämtad ) JM Bostadsfakta, Nya Kvarnen 2. (Hämtad ) Kaiser, Gustav. Kista Torn. [Fotografi] (Hämtad ) Kuben Ventilation Värmeväxlare (Hämtad ) Luftkompaniet Nya Kvarnen 2. [Fotografi] Kvarnen-2 (Hämtad ) Svanen. 2018A. Svanenmärkning av småhus, flerbostadshus och byggnader för skola och förskola. version 3.5. Stockholm. PDF hämtas här: (Hämtad ) Svanen. 2018B. Om oss. Stockholm. (Hämtad ) Svensk Standard SS-EN 16211:2015. Stockholm. 32

44 Svensk Ventilation. Olika typer av Värmeväxlare. Stockholm. (Hämtad ) Svensk Ventilation. Plattvärmeväxlare. [Fotografi]. Stockholm. (Hämtad ) Svensk Ventilation. 2014A. Riktlinjer verkningsgrad. Stockholm. (Hämtad ) Svensk Ventilation. 2014B. Verkningsgrader i värmeväxlare. Stockholm. (Hämtad ) Svensk Ventilation. 2014C. Riktlinjer årsverkningsgrad. Stockholm. (Hämtad ) Swema. Universalmätare. [Fotografi] (Hämtad ) Warfvinge, Catarina. Dahlblom, Mats Projektering av VVS-installationer. 11. uppl. Polen: Dimograf. 33

45 Bilagor Bilaga 1 - Injusteringsprotokoll, Kista Torn Injusteringsprotokoll LB02 34