INSTALLATIONSTEKNIK - Inomhusmiljö, installationer, resursanvändning Stationär Byggnader Apparater Processer DCV Distribution Elan del 3 Behov Rummet Elan del 1 DCV Don Cava/Elan del 3 DC Intelligent behovsstyrning Elan del 2 DC Motorstyrning, systemlösning Formas-Bic Försörjning CEC Mobil Bilar Bussar Lastbilar Tåg Flygplan Båtar Per Fahlén Chalmers tekniska högskola
- Analysera system för ventilation, värme, kyla och belysning baserat på verkliga behov - Systemmodeller för funktionsprediktering VÅRA FORSKNINGSOMRÅDEN Tekniska installationer Värme Kyla Ventilation Styr-o. regler Tele, IT Elkraft Installationsteknik - Behov/förekomst av nya komponenter - Komponenters funktion inom vida arbetsområden, modellering, mätning Inomhusmiljö Luftkvalitet Termisk komfort Resursanvändning Miljö Energi effektivitet - Perceptionsfaktorer och deras källor - Modeller för att prediktera luftkvalitet, termiskt klimat och perception - Metoder att koppla objektiv mätning och subjektiv upplevelse för formulering av kvantifierbara krav - Miljöbelastning och energieffektivitet för alternativa system med given funktion - Samband funktionskrav - belastning - Samband belastning återvinning/lokal/central försörjning - Systemmodeller för beräkning av primärenergi vid LCA
BEHOV OCH BEHOVSRELATERAD STYRNING Verksamhet Människor Processer Klimatkrav q sol 1kW / m t ute 2 + VÅV TA W e, belysning Q ventilation t av W ef Tekniska installationer Klimatisering (värme, kyla, ventilation) Belysning Q luftläckning kallvatten t till Q värmare Q belysning gråvatten Q person t rum Q apparat Q transmission W e, apparat Försörjningssystem Energi (arbete, värme) Information (tele, data, ) Processmedia Q VA ELAN Människa och teknik
VERKSAMHETENS BEHOV Bostäder och kontor Skolor Sjukhus Butiker Komplexa behov - Butiker - Sjukhus M vent Q rad Butik Q trans Q M vent M inf - Kyldisk Kylbatteri Q int Q pers Kylmaskin W e,int W e, km
MÄNNISKORS BEHOV Termisk komfort - Lufttemperatur - Strålningstemperatur - Lufthastighet - Luftfuktighet Frisk luft - Sval och torr som champagne - Låg partikelhalt - Fri från främmande gaser Centrala nervsystemet Infomationsbehandling Styrning, reglering Lagring Presentation Receptor "Ställdon" Omgivningsmiljö "inomhusklimat" I Stimulus intensitet Kemisk till elektrisk energiomvandling V Generator spänning Spänning till frekvens omvandling f Pulsfrekvens modulerad utsignal
UPPLEVELSEFAKTORER Termisk balans (välkänt?) Psykosociala faktorer, stress Receptorer och signalbehandling 50 40 "Predicted Percentage Dissatisfied" som funktion av "Predicted Mean Vote" PPD [%] 30 20 10 0-2 -1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 PMV [-]
KONSEKVENSER AV DÅLIGT INOMHUSKLIMAT Produktivitetsförlust (kvalitet och kvantitet) Sjukfrånvaro och personalomsättning Klagomål (mer arbete för fastighetsdriften) Produktivitetsminskning [%] 20 15 10 5 Produktivitetsminskning som funktion av rumstemperatur Modell Modell Berglund, 1990 Wyon, 1996 Pepler, 1968 Johansson, 1975 Niemela, 2002 Niemela, 2001 Federspiel, 2002 Link&Pepler, 1970 0 15 20 25 30 35 Temperatur [ C]
KONTORSEKONOMI? Personalkostnad: 100 000 SEK/m 2 /år Hyra: 2 000 SEK/m 2 /år Kapitalkostnad installation: 200-1 000 SEK/m 2 /år Energikostnad: 100-500 SEK/m 2 /år
BYGGNADENS BEHOV Byggnad - Flexibilitet, planlösning - Estetik - Materialval - Energi&Miljö (LCA) Verksamhet - Drift och underhåll (LCC) - Energi - Teknisk utrustning Yttre laster! Inre laster! (1+1=2) Inre och yttre försörjningssystem
INSTALLATIONSTEKNISKA SYSTEM Klimatstyrande installationer VERKSAMHETSKRAV (värme, kyla, ventilation, vatten, elektricitet, belysning,...) Inomhusklimat och komfort -Behovsstyrning - Framkoppling - Prognosstyrning Byggnadsautomationssystem Mängd och kvalitet Person, process (t.ex. kw/ C, luftmängd/ C+renhet) Byggnad Installationstekniska system Försörjningssystem Yttre förhållanden Installationer Inre förhållanden Installationstekniska system, konstruktion Försörjningssystem konstruktion Uppfyllda krav? Behovsstyrning Yttre försörjningssystem Framkoppling
Behov Inomhusmiljö: Behovsanalys (beteende, verksamhet) Behovs- styr- ning Tekniska installationer: Behovsstyrning önskad funktion med låg el-användning Styr- och reglerteknik Energi och Miljö Värme Kyla Vent. Belysn. Verks. / Q W e / Q W e / V W e W / W e pers, m, Överföring Distribution Överföring Distribution Rening Distribution Apparater Distribution Apparater Distribution e / 2
VART TAR ENERGIN VÄGEN I BYGGNADER? Lokalbyggnad ur en installationsteknikers perspektiv
PERSONALRESURSER Kategori Antal Årsekv. Professor 1 1 Ekonom/tekniker 2 1 Seniorforskare, lektorer 5+1 3,2+1 (adj. och bitr. professorer, docenter) Seniorforskare ( outsourcade ) 3 1 Forskarassistenter 1 1 Doktorander (anställda) 6+1 6+1 Doktorander (stipendiater) 0 0 Doktorander (industrin) 6 3-4 TOTALT 25 18-19
LABORATORIERESURSER Inomhusmiljö Installationer Energi/miljö Borrhålslager GT-BH-1 -- 9 KMK1 RV-BH1 till 9 AV-KMK1-1 AV-KMK1-2 P-BH1 till 9 GT-KMK1-2 P-KMK1-1 DN50 GT-KMK1-1 EK-KB1-1 VV-KMK1-1 EK-KB2-1 GT-BH-10 -- 19 AV-VP1-1-2 SÄV-EK- AV-KB1-3 GT-VP1-1-2 GT-VP1-1-1 VP2 KB1-1 VVX-KMK1 P-KB1-1 AV-VP1-1-1 P-VP1-1 GF-KB1-1 GT-VVX- GT-AT1-1 GT-KB1-1 GT-AT2-1 GT-VVX- KMK1-1 GT-KB1-2 Toppen Toppen KMK1-2 AV-KB1-4 AV-KB1-5 AT1 EP2 P-KB2-1 AT2-10--+10 C VP1 +5--+15 C DN50 AV-KB1-6 Botten Botten GT-AT1-2 GT-KB1-3 GT-AT2-2 AV-AT1-2-1 -- 3 AV-KB1-7 P-VP1-2 AV-VP1-2-1 GT-VP1-2-1 VP2 - AV-KB1-1 KB AV-VP1-2-2 GT-VP1-2-2 P-KB1-2 P-KB2-2 1-2 AV KB1 processköldbärare KB2 processkylvatten
ÖVRIGA RESURSER (OMVÄRLDSFÖRANKRING) Ett flertal företag medverkar i utbildningen (t.ex. i projekteringskursen) Ett 40-tal företag medverkar i våra forskningsprojekt Implementering av forskningsresultat i system och produkter (t.ex. kapacitetsreglerade kompressorer, pumpar, fläktar; återladdning av borrhål, tilluftsdon, styr- och reglerprinciper, miljövärderingssystem,...) Nya lösningar på gång! Företag satsar på våra experimentella resurser (en stor del av övriga laboratorier läggs ned; lab. behöver verksamhet!) Internationell och nationell samverkan (USA, Kina, Norden, CEC, SP, KTH, LTH...) Våra civilingenjörer och forskare är eftersökta Många prisbelönta avhandlingar och examensarbeten
GRUNDUTBILDNING (B.Sc.nivå) Byggingenjörsutbildning - VA-teknik (6 p) - Installationsteknik (6 p) - Sanitetsinstallationer (4,5 p) - Projektarbete VVS (4,5 p) - Värme- och ventilationsinstallationer (7,5 p) - Installationssamordning (3 p) - Mätteknik - Kandidatarbeten Grundutbildning (V, M, A) - Byggnaden som klimatsystem (V3, 4 p) - Kandidatarbeten
GRUNDUTBILDNING (M.Sc.nivå) Mastersprogam (både system och teknik!): Structural Engineering and Building Performance Design (BoM) - HVAC systems engineering - HVAC systems design - Examensarbeten Architecture and Engineering (A) - Indoor climate and HVAC - Examensarbeten Sustainable Energy Systems (EoM) - Heating, Ventilation and Air Conditioning Systems Engineering - Air-conditioning, refrigeration and heat pump technology - Examensarbeten
UTBILDNINGENS OMFATTNING Nordens största utbildning av civilingenjörer och forskare med inriktning installationsteknik 10-20 specialutbildade civilingenjörer per år 5-15 examensarbeten per år 3-6 forskarexamina per år - 5 10 egna doktorander - 5 10 industridoktorander Antal per år 10 8 6 4 2 0 Bitr.prof. Doc Dr Lic Medel 2000-2004 1,6 dr/år 3,4 lic/år 10,5 civing/år Installationsteknik: Forskarmeritering 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Examensår Bitr. professor Doc Dr Lic
Praktik 1 MARKVÄRME MED VÄRMEPUMP - Värme, kyla (frikyla) och lagring i berg Installationsteknik Solstrålning Nederbörd Värmestrålning Värmekälla Värmesänka Värmelager Grundvattenflöde i berg Värmeledning i berg Borrhål Borrhål Geotermiskt värmeflöde Borrhål Borrhål 10-20 m Neutral zon Påverkas av årstidsväxlingar Temperatur stabil i tiden Ökar med ökande djup
Praktik 4 SMÅHUS: FÖRUTSÄTTNINGAR Borås (Nutek/STEM referens) - Klimatzon 4, t år = +5,8 C Byggnad: 1977, fristående - BRA = 140 + 10 m 2 - torpargrund - isolering 12 cm (U 0,35 W/m 2 /K), - fönster 2-glas (U 2 W/m 2 /K) Installationer: - F-ventilation, 165 m 3 /h (0,5 oms/h) - Direktel, 10,3 kw - El-beredare, 300 liter, 1,5/3 kw Totalt köpt energi: 25 MWh/år, 167 kwh/m 2 /år Pris [SEK/kWh] 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Elprisets utveckling Moms Energiskatt Fast kostnad Energipris 1980 1985 1990 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 År
Praktik 5 VINNARKONCEPT Fast pris 39 000 SEK - värmepump ca. 4 kw - borrhål 60 m - fläktkonvektor ca. 4 kw Tillägg 3 000 SEK - större fläktkonvektor - en radiator Förväntad besparing - 9000 kwh/år (uppvärmning) Utvärdering + förberedelse av framtida modifieringar
Praktik 13 OMBYGGNAD 3+4: RESULTAT Ökad besparing: SPF = 2,7 SPF = 3,7 (varmvatten + lägre värmesystemtemperatur) Längre drifttider, färre starter (tillförlitlighet) Bättre reglerbarhet Elanvändning [MWh] 30 25 20 15 10 5 Årlig elanvändning: Visthusgatan 6 Värmepump installerad våren 1996 (bara för värme, inte för Återladdning våren 2000 Ackumulatortank hösten 2004 Hushållsel Varmvatten Uppvärmning Komplettering radiatorer våren 2006 IVAs Energiframsyn 0 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 År
SAMMANFATTNING Naturen ställer upp som värmekälla och lager - Kraftigt minskat behov av köpt energi Besparing: 25 MWh/år 9-10 MWh /år - 4,5 MWh/år för värme och varmvatten - 167 kwh/m 2 /år 63 kwh/m 2 /år Typiskt 70-tals direktelvärmt småhus med lägre specifik energianvändning än moderna passivhus Bättre styrning av inomhusklimatet än i passivhus Ekonomi: Rak pay-off 5 år, nuvärde 260 000 SEK - Investering ca. 80 000 SEK, besparing ca. 16 000 SEK/år