Skolventilation energibesparing med textilkanaler och smarta sensorer

Transkript

1 Skolventilation energibesparing med textilkanaler och smarta sensorer Text: Svante Lundbäck: Kyl och Ventilation Datasimuleringar: Börje Johansson Energianalys I en lektionssal kan energiförbrukningen minskas med ca 2000 om samma klassrum dimensioneras för i medeltal 10 elever istället för 30. Beräkningen bygger på en jämförelse mellan ett konstantflödessystem () med tilluftflödet 240 l/s och ett behovsstyrt system med variabelt tilluftflöde () på l/s. Förutom möjligheten till energibesparing bör man även beakta möjligheten att överdimensionera luftsidan i -systemet, för att därigenom sänka lokaltemperaturen varma vår och höstdagar. För datasimulering av energiförbrukningen och rumstemperaturen vid varierande personlast antas huvuddata enligt följande: Klassrum: Dim. 6 x 10 x 3 m. Treglasfönster med mellanliggande persienn U-värde: 1,5 W/m 2 C Drifttid: , lunch Luftflöde: 8 l/s och person Tillufttemperatur sommar: utetemperatur +1 C p.g.a. fläktarbetet Tillufttemperatur vinter: 18 C Infiltration: 0,2 oms/h Interna värmelaster: Personer och belysning 15 W/m 2, maskiner 150 W Verkningsgrad återvinnare: 50% För ett -system framgår av fig 1 rumstemperaturen en solig majdag i ett klassrum med varierande personlast och konstant tilluftflöde på 240 l/s. Här syns också skillnaden mellan rummet orienterat i norr- respektive söderläge. Eftersom personlasten är den största värmekällan är det naturligt att lokaltemperaturen kan sänkas genom att färre personer vistas i lokalen. Temperaturförlopp i rum, solig majdag 240 l/s 30 elever syd Temp C 30 elever norr 20 elever syd 10 elever syd fig 1 Klockan

2 Under denna soliga majdag klarar man inte rumstemperaturer under 21 o C, även om bara 10 elever är närvarande. Övertemperatur råder i rummet redan kl och därför går fläkten på fullvarv. Vid ren temperaturstyrning i ett -system, kan tilluftflödet variera mellan ett inställbart minflöde och ett maxflöde. Med CO 2 -/temperaturstyrning kan flödet däremot hela tiden anpassas efter luftkvalité och temperaturbehovet. I ex. fallet med 10 elever närvarande kan flödet minska till 80 l/s, förutsatt att inte lokalen kräver kylning. Med utgångspunkt från -systemet i fig 1 görs motsvarande beräkning för ett -system enligt tabell 1. Den visar energibehovet vid kombinerad CO 2 -/temperaturstyrning. motsvarar medellasten 20 elever, motsvarar 15 elever och motsvarar 10 elever. Tabell 1: sammanställning energi Fläktenergi Belysning Totalt Även i -fallet med oner gäller att fläkten går på fullvarv kl 08.00, eftersom rummet är övertempererat. Däremot blir energiförbrukningen under året lägre i -fallet då tilluftflödet under delar av året kan reduceras. Kan vi då öka energibesparingen ytterligare? Om man studerar förloppet dag för dag finner man att med 20 elever i klassrummet åtgår det vid 3 C undertemperering av tilluften mer luft för kylning av rummet än vad som motsvarar minluftflöde 8 l/s pers. I fallet 20 elever kommer tilluftflödet under drift därför att variera mellan l/s. Om luften undertempereras mer klarar vi sett över året ett lä gre tilluftflöde. En person avger ca 90 W sensibelt värme. Med flödet 8 l/s per person och 6 C undertemperering kan 58 W bortföras via tilluften och med undertemperering 8 C kan 77 W bortföras etc. Det ska dock inte glömmas bort att vi även har värmeförluster via t.ex. transmission, varför max 6-8 C undertemperering troligen räcker. I tabell 2 anges den årliga energiförbrukningen för respektive fall om vi accepterar 6 respektive 8 C undertemperering av tilluften. Under vinterhalvåret har konstant tillufttemperatur på 15 C ( T=6 C) respektive 13 C ( t=8 C) använts. Över 15 C respektive 13 C följer tillufttemperaturen utetemperaturen med +1 C tillägg för fläktarbetet.

3 Tabell 2: årliga energiförbrukningen för respektive fall vid T 6 C resp. 8 C Fläktenergi Belysning Totalt Ett bra och kostnadseffektivt sätt att åstadkomma behovsstyrning, är att installera smarta sensorer i aktuella rum. Dessa givare kan från en och samma enhet lokalt styra inneklimatet genom att reglera till- och frånluftsspjäll baserat på temperatur och CO 2 -halt. Dessutom kan enheten samtidigt hantera kyl- och värmesidan genom styrning av kylventiler, värmeventiler, närvarogivare etc. Programmeringsmöjligheterna och nätverkskommunikation gör att varje sensor lätt kan anpassas för individuellt behov. Smarta sensorer kan installeras både i - och -system enligt ovan. Här ges några exempel på besparingar man kan göra genom att enkelt kunna ställa om givaren för olika driftfall. Ett rum dimensionerat för 20 elever får en ene rgiförbrukning på 4744 enligt tabell 3, om man styr på 18 C från kl och accepterar denna temperatur på morgonen (personlasten får värma upp rummet). Givaren kopplar automastiskt om till ett ekonomiläge via tidur eller närvarogivare. 20 C C Fläktenergi Belysning Totalt Tabell 3: Årlig energiförbrukning oner med ekonomilägesstyrning på rumstemp. 20 resp. 18 C från kl

4 Om man låter rumstemperaturen under helger gå ned från 18 C till 14 C kan en besparing på ca 160 kwh uppnås. Givaren kan koppla om till helgdrift via tidur. Om lokalen nyttjas helger kan givaren aktiveras till normaldrift via närvarogivare eller tryckknapp. Om man under jullovet låter rumstemperaturen gå ned till 12 C reduceras rummets värmeförbrukning med ca 30 %, vilket motsvarar ca 34 kwh. Om energibesparingar kan uppnås genom att undertemperera luften, blir nästa fråga om vi kan tillföra lokalen 6-8 C undertempererad luft utan att få dragproblem? Textildon är traditionellt sett utomordentligt lämpade för att tillföra stora luftflöden dragfritt. Den kritiska faktorn, undertempereringen, har dock gjort det svårt att tillföra luften med T > 4-5 C utan att problem med kallras börjat uppstå. Så har varit fallet med rena lågimpulsdon, d.v.s. don där luften tillförs genom hela textilytan och med mycket låg hastighet. Dagens produktionsteknologi möjliggör att lågimpulsdonen kan perforeras, vilket skapar en kombination av lågimpuls- och impulsdon. En bestämd del av luften tillförs fortfarande med låg hastighet genom textilen, och resterande med hög hastighet via perforeringen. På så sätt skapas turbulens runt den nedåtgående luftströmmen från textilen. Eftersom denna effektivt blandas in med rumsluften kan risken för kallras reduceras kraftigt. Tabell 4 visar lufthastigheter i vistelsezonen vid olika undertempereringar och donlängder. Takhöjden är antagen till 3,5 m. Donlängd (m) Lufthastighet (m/s) vid undertemperering 6 C Lufthastighet (m/s) vid undertemperering 8 C 5 0,21 0,25 8 0,17 0,22 Tabell 4 Lufthastigheter i vistelsezonen i kyl respektive värmefall vid varierande donlängd och undertemperering. Av fig 1 framgick att vi hade övertemperatur i rummet hela dagen även vid 10 elever i rummet. Klimatkylning av rummet antas inte vara aktuellt. Ett sätt är då att öka tilluftflödet. En intressant jämförelse kan vara att t.ex. jämföra fallet 30 elever och 240 l/s med ett fall där man fortfarande har 30 elever men möjligheten att öka flödet till 480 l/s. Vi ser av fig 2 att rumsklimatet kan förbättras högst avsevärt, men det gäller att klara denna lufttillförsel dragfritt. Om samma textildon som i tabell 4, men nu med dubbla flödet och med 2 C undertempererad tilluft används, kommer lufthastigheterna fortfarande att ligga på 0,22-0,23 m/s. Däremot kommer tryckuppsättningen över donet att öka från 60 till 150 Pa. En överdimensionering av fläkt och kanalsystem, måhända inte till dubbla flödet -är dock ett bra sätt att skapa ett drägligare arbetsklimat.

5 Temperaturförlopp solig majdag vid olika luftflöden Temp C 240 l/s 480 l/s Klockan fig 2 Idag har vi teknik för att till en rimlig kostnad utforma energisnåla anläggningar och samtidigt dimensionera för ett bra inneklimat. Textildon kan utföras individuellt anpassade för olika behov och är mycket lämpade för att tillföra stora luftflöden dragfritt. Med smarta sensorer för komplext lokalt beslutsfattande flyttas intelligensen från undercentraler till respektive rum eller klimatzon. Därmed minskar behovet av undercentraler samt kabeldragning, samtidigt som energioptimerade inneklimat kan uppnås. En mängd skolor med dessa produkter finns redan installerade och fler kommer det att bli!