Teknisk Handbok. Luftbehandlingsteknologi

Teknisk Handbok Luftbehandlingsteknologi

Innehållsförteckning 1 INLEDNING Handbokens syfte och mål 9 Presentation av handboken 9 2 ALLMÄNT OM LUFTBEHANDLINGSSYSTEM Inledning 11 3 LUFTENS EGENSKAPER Inledning 13 Torra termometerns temperatur (t) 14 Våta termometerns temperatur (t) 14 Vatteninnehåll 14 Entalpi 14 Mättnad 14 Relativ fuktighet 14 Mollierdiagram 15 Värmningsprocessen 16 Kylningsprocessen 17 Befuktning med vatten eller ånga 18 Blandning av två luftflöden 19 Blandning av två luftflöden Dimma 20 Olika klimat i Mollierdiagarammet 21 Sammanfattning 22 4 STRÖMNINGSLÄRA Inledning 25 Laminär och turbulent strömning 25 Reynolds likformighetslag 25 Definition av tryck 26 Strömning i rör och kanaler 26 Tryckfallsdata 28 Sammanfattning 29 5 VÄRMEÖVERFÖRING Inledning 31 Värmeledning 31 Konvektion 32 Strålning 32 Klassificering 32 Sammanfattning 33 6 KYLPROCESSER Inledning 35 Kylprocessen 36 Kylkapacitet 37 Energikonsumtion 37 Köldfaktorn 37 Värmefaktor 33 Sammanfattning 38 Fläkt Woods 1

7 VÄRME- OCH KYLÅTERVINNING Inledning 41 Varaktighetsdiagram 42 Definitioner 43 Verkningsgrader 43 Sammanfattning 45 8 LCC OCH ENERGIBERÄKNING Inledning 47 Livscykelenergikostnaden,LCC E 47 Energikostnad och CO 2 -emission 47 Minimera energikostnaden 48 Parametrar för energi- och LCC E -beräkning 48 Temperaturberäkning 48 Utetemperaturkompensering 49 Driftstider 49 VAV-system 50 Sammanfattning 51 9 LJUD Inledning 53 Ljud 53 Frekvens 54 Standardfilter 55 Vad alstrar ljud i ett luftbehandlingsaggregat? 55 Relationen mellan ljudeffekt och ljudtryck 56 Utomhus 56 Inomhus 56 Ljudnivå i utnyttjade utrymmen 57 Hur man väljer ett tyst luftbehandlingsaggregat 57 Sammanfattning 58 10 LUFTSPJÄLL Inledning 61 Reglering av luftflöde 61 Blandning av luftflöde 61 Blandningsegenskaper 62 Reglering av förbigångsluftflöde 63 Avstängning 63 Spjällblad 64 Luftläckage vid stängt luftspjäll 65 Luftläckage i luftspjällets hölje 65 Erforderligt vridmoment 65 Tryck 65 Sammanfattning 66 11 LUFTFILTER Inledning 69 Luftens föroreningar 69 Hur fungerar ett partikelfilter? 70 Testning och klassificering av partikelfilter 72 2

Tryckfall över partikelfilter 73 Kolfilter (Sorptionsfilter) 74 Filter i luftbehandlingsaggregat 74 Förfilter 74 Finfilter 75 Högeffektiva HEPA filter 75 Kolfilter 76 Installation 76 Sammanfattning 77 12 LJUDDÄMPARE Inledning 79 Ljuddämpning 79 Absorptionsljuddämpning 79 Reaktiv ljuddämpning 79 Bredd 80 Längd 80 Tryckfall 80 Ljudalstring 81 Placering 81 Mätmetod 81 Sammanfattning 82 13 FLÄKTAR Inledning 85 Fläkttyper 85 Radialfläkt 86 Kammarlfläkt 87 Axialfläkt 87 Fläktdiagram 88 Fläktlager 89 Systemkurvor 90 Kompatibilitet mellan fläkt- och systemkurva 90 Effekter av förändrande systemkarakteristik 90 Parallell drift av fläktar 91 Systemeffekter 92 Böjar 92 Jalusispjäll 92 Fläktens verkningsgrad 92 Temperaturökning genom fläkten 92 Fläkthjulets balansering 93 Egenfrekvens 93 Vibrationsdämparnas egenfrekvens 93 Tillåten vibrationshastighet 93 Ljud 93 Vibrationsisolering 94 Fläktens kraftöverföringssystem 95 Direktdrift, Frekvensomriktare 95 Remdriftsystem 96 Remväxeldrift 96 Kilremsväxlar 96 Planremsväxlar 96 MICRO-V eller rippenbandremväxlar 96 Fläkt Woods 3

Fläktmotorer 97 Trefas-induktionsmotorer 97 Vridmoment 97 Motorns verkningsgrad 98 Direktstart av enhastighetsmotorer 98 Y/D-start av enhastighetsmotorer 98 Start och styrning av tvåhastighetsmotorer 98 Motorskydd (överlastskydd) 98 Utrustning för tungstart 98 Fasbrottsskydd 98 EC-motorer 99 Hög verkningsgrad 99 Varvtalsreglering 99 EC-motorns användaregenskaper 99 Högeffektiva elmotorer 100 Starttid - för motorer utan frekvensomriktare 100 Kontroll av motorns tillåtna starttid 101 Kontroll av överlastskyddets utlösningstid 101 Motorkopplingsschema 101 SFP-värde och VAS-klasser 102 SFPv-värde 102 El-effektiva fläktar 103 Regleranordning 103 Sammafattning 104 14 LUFTVÄRMARE OCH LUFTKYLARE Inledning 107 Konstruktion 108 Olika kopplingar 108 Motströmskopplade vattenbatterier 109 Förångarbatterier 110 Normala hastigheter för batterier 110 Kylenhet 111 Förångaren 111 Kompressorn 111 Kondensorn 111 Expansionsventil 111 Högtryckspressostat 112 Högtryckspressostat (drift) 112 Lågtryckspressostat 112 Vätskefilter 112 Synglas 112 Passiv köldmediesamlingsbehållare 112 Vattenkyld kondensor 112 Val av kylenhet 112 Indirekt Evaporativ Kyla 113 Frånluftsfuktning eller uteluftsfuktning 114 Beräkning av kyleffekt 114 Nattkyla 114 Totalenergi 114 Säker 114 Elvärmare 115 Sammanfattning 115 4

15 VÄRMEVÄXLARE Inledning 117 Roterande värmeväxlare 118 Renblåsningssektor 119 Påfrostning 120 Avfrostning 120 Korrosionsskydd 120 Användning 120 Hygroskopisk och icke hygroskopisk rotor 121 System med dubbla rotorer 123 Plattvärmeväxlare 124 Konstruktion 124 På- och avfrostning 124 Läckage 124 Korrosionsskydd 124 Vätskekopplat system 125 Konstruktion 125 Systemet 125 Verkningsgrad 125 Reglering och frostkontroll 125 Frostskyddsmedel 125 ECONET -system 126 Systemets funktion 126 Temperaturverkningsgrad och tryckfall 127 Systemjämförelser 127 Sammanfattning 128 16 LUFTFUKTARE Inledning 131 Befuktningsprinciper 131 Kontaktbefuktare 132 Funktion 132 Hygien 132 Reglering 132 Ångfuktare 133 Dysfuktare 133 Vattenkvalitet 133 Sammanfattning 134 17 STYR OCH REGLER Inledning 137 Dynamiska egenskaper 138 Olika regulatorer/reglerprinciper 139 Tvålägesreglering (on/off-reglering) 139 Flerstegsreglering 139 Proportionell reglering (P-reglering) 140 Integrerad reglering (I-reglering) 140 PI-reglering 141 PID-reglering 141 Kaskadreglering 141 Reglercentral i luftbehandlingsaggregat 142 Fläkt Woods 5

Temperaturreglering 142 Tilluftsreglering 142 Frånluftsreglering 142 Rumsreglering 143 Flödes- och tryckreglering (fläktreglering) 143 Sekvensreglering 145 Exempel på reglering i olika funktioner 146 Roterande värmeväxlare 146 Plattvärmeväxlare 146 Vätskekopplad värmeväxlare 147 Värme- och kylbatterier 147 Vattenflödesreglering 147 Shuntreglering 148 Elvärmare 149 Tilläggsfunktioner 149 Utekompensering 149 Nattuppvärmning 150 Nattkyla (Frikyla) 150 CO 2 -kompensering 151 Drifthantering 151 Frysskydd 151 Larm 151 Kommunikation 152 Sammanfattning 153 18 MÄTTEKNIK OCH STANDARDER Inledning 155 Mätnoggrannhet 155 Temperatur 156 Termoelement 156 Resistansgivare 156 Tryck & Flöde 156 Membranmanometrar 156 Vätskepelare, U-rör 157 Beräkning av luftflöden 157 Luftfuktighet 158 Standarder 158 Sammanfattning 159 19 FORMLER Storheter och enheter 161 Omvandlingsfaktorer 162 Allmän fysikalisk data för vatten och luft 162 Formler 164 Källförteckning 170 6

Inledning

Handbokens syfte och mål Den här tekniska handboken skall ses som ett komplement till de produkttekniska kataloger som beskriver olika luftbehandlingsaggregat från Fläkt Woods. I denna handbok har vi samlat information som är viktig att känna till vid projektering, val och installation av luftbehandlingsaggregat och dess ingående komponenter. Vårt syfte med handboken är att ge dig en djupare kunskap om luftbehandlingsteknik och luftbehandlingsaggregat. Presentation av handboken Den här tekniska handboken är uppbyggd så att de första kapitlen är till för att ge en teoretisk förståelse av processerna som sker i och runt komponenterna i luftbehandlingsaggregatet. I de efterföljande kapitlen kan du följa luftbehandlingsaggregatets konstruktion, det börjar med luftspjällen och går sedan vidare i luftbehandlingsaggregatet till luftfilter osv. Boken avslutas med formler. Varje kapitel har på första sidan en ruta som beskriver vad kapitlet innehåller. I slutet av varje kapitel finns en sammanfattning. Kap. 16 Luftfuktare Kap. 13 Fläkt Kap. 15 Värmeväxlare Kap. 11 Luftfilter Kap. 10 Luftspjäll Kap. 10 Luftspjäll Kap. 14 Luftkylare Kap. 13 Fläkt Kap. 11 Luftfilter Kap. 14 Luftvärmare Kap. 17 Styr och regler Fläkt Woods 9

Allmänt om luftbehandlingssystem

Luftbehandlingsaggregat renar, konditionerar och transporterar luften som ska bidra till god komfort och bra inomhusklimat i byggnader. De kan också användas för att tillföra luft med en specifik sammansättning till industriella processer. Ofta ventilerar man ett rum för att föra bort förorenad luft. Föroreningen kan t.ex. bestå av smuts eller som i kontor, oftast av överskottsvärme. Värme kan betraktas som en typ av förorening man vill få bort. För att ersätta den bortförda luften krävs tilluft. Denna bör tillföras med rätt temperatur, dragfritt och utan störande ljud. Luftbehandlingsaggregatet är utrustat med luftfilter som renar luften innan den tillförs rummet. Olika typer av luftfilter har olika funktion. Deras uppgift är att antingen ta bort partiklar, ångor eller gaser från luften. Tilluftsfläkten suger luften genom luftbehandlingsaggregatet och blåser ut den genom kanalsystemet till rummen i byggnaden. Under tiden alstrar fläkten ljud som en biprodukt. För att dämpa ljudet i rummen kan ljuddämpare sättas in i luftbehandlingssystemet. Fläktar höjer lufttemperaturen eftersom de sätter luften i rörelse så att det bildas värme. Då luft tillförs ett rum är det i normala fall nödvändigt att utrusta det med ett från- och avluftssystem som för bort en ungefär lika stor mängd luft från rummet. Ofta används också en fläkt för att suga ut luften ur rummet. Frånluften är normalt varmare än utomhusluften, särskilt under vintern. För att minska byggnadens driftskostnader används ofta värmeåtervinnare som tar värme ur frånluften för att värma upp uteluften. I områden där förhållandet är det motsatta, frånluften är kallare än utomhusluften, kan kylåtervinning användas istället. Alla de ovannämnda processerna utförs av komponenter, inbyggda i luftbehandlingsaggregatet som har ett isolerat, lufttätt och stabilt hölje. Uteluftens temperatur och fuktighet förändras kontinuerligt och kan variera från extremt fuktig hetta till bitande torr kyla. I ett behagligt inomhusklimat ligger temperaturen mellan ca 19 C och ca 26 C. Luftbehandlingsaggregatet värmer antingen upp eller kyler ner utomhusluften till den önskade inomhustemperaturen. Detta görs med hjälp av värmebatterier eller kylbatterier. Luftens fuktighet kan också kontrolleras. När den är för låg kan fuktare användas för att tillföra vatten till luften. Då den är för hög kan t.ex. en kylaren användas för att kondensera ut fukten och reducera fuktigheten. Typiskt luftbehandlingsaggregat i ett luftbehandlingssystem Fläkt Woods 11

Luftens egenskaper

Kapitlet tar upp Luftens egenskaper Temperatur Vatteninnehåll Entalpi Relativ fuktighet Mollierdiagram Utomhusluft består av en blandning av många gaser (mest kväve och syre), ånga (mestadels vatten) och dammpartiklar. För att förstå de processer som sker i ett luftbehandlingsaggregat behöver vi endast tänka på luft som en blandning av torr luft och vattenånga. Vi kallar denna blandning fuktig luft. Det finns en gräns för hur mycket vattenånga som kan bäras av luft. Denna gräns kallas mättnad. Mättnadsgränsen beror på temperaturen och lufttrycket. När det gäller luftbehandling betraktar vi normalt luften som en gasblandning med standard atmosfäriskt tryck. När luft vid konstant tryck är mättad kan den inte längre ta upp någon mer fuktighet såvida den inte värms upp. Om den mättade luften kyls avger den kondensvatten. Detta är vad som händer när badrumsfönstret blir fuktigt på vintern. Många termer används för att beskriva egenskaperna och tillståndet på fuktig luft. För att definiera tillståndet på fuktig luft måste vi veta trycket och två andra oberoende egenskaper. Vid projektering av luftbehandlingssystem är det viktigt att den som projekterar känner till luftens egenskaper. Detta för att uppnå de krav som ställs på inomhusklimatet. Fläkt Woods 13

Terminologi Nedan följer olika termer som används för att beskriva egenskaperna och tillståndet på luft. Torra termometerns temperatur (t) Temperaturen som man mäter med en vanlig termometer, exempelvis den vi läser av innetemperaturen på hemma, kallas torr termometer. När man väljer luftvärmare, luftkylare och luftfuktare till luftbehandlingsaggregat använder vi den torra termometerns temperatur som en av de två termer som behövs. Våta termometerns temperatur (t v ) Om känselkroppen på en termometer lindas in i tyg indränkt i vatten kommer avdunstningen av vattnet från veken att kyla termometerns känselkropp, vilket kommer att medföra att termometern visar en lägre temperatur. Ju torrare luften är desto mer vatten kan avdunsta och desto mer sjunker temperaturen. På detta sätt kan våta termometerns temperatur användas som ett mått på fuktigheten i luften. Entalpi (h) Entalpi uttrycks i kj/kg och beskriver energimängden i luften jämfört med en nollgradig referenspunkt. I SI-systemet är nollpunkten för entalpi definierad som 0 C och allt vatten i form av vätska. När luften påverkas att förändra entalpi läggs antingen energi till eller tas bort. Mättnad Luftens mättnadsgrad mäts i procent och räknas fram genom att dividera det aktuella vatteninnehållet i luften med det vatteninnehåll luften har vid mättnad. Relativ fuktighet (ϕ) Luftens relativa fuktighet mäts i procent och är kvoten mellan vattenångans partiella tryck och vattenångans partiella tryck vid mättat tillstånd. Alltså andelen vattenånga i förhållande till den maximalt möjliga vattenångsmängden vid aktuell temperatur. Vatteninnehåll (x) Vatteninnehållet beskriver mängden vatten som finns i luften. Det uttrycks normalt som antal kilogram vatten per kilogram luft. Rumsluften innehåller omkring 5-10 gram vatten per kg luft. 14

Mollierdiagram Mollierdiagrammet används för att planera luftkonditioneringsprocesser och för att beräkna bl.a. temperatur och fuktighetsförändring eller det luftflöde som behövs för att värma eller kyla luft. I Fläkt Woods produktvalsprogram ACON kan ett Mollierdiagram genereras utifrån respektive aggregat och förutsättningarna för just detta aggregat. Beteckningar h = entalpi per kg torr luft, kj/kg, kcal/kg x = vatteninnehållet per kg torr luft, kg/kg ϕ = relativ fuktighet t = torra termometerns temperatur C t v = våta termometerns temperatur C ρ t = densitet kg torr luft/m 3 fuktig luft ρ = densitet kg fuktig luft/m 3 fuktig luft Diagrammet hänfört till barometertryck = 760 mm Hg = 101.3 kpa t = torra termometerns temperatur C ϕ = relativ fuktighet x = vatteninnehållet per kg torr luft, kg/kg kj/kg h kj kg + 0,000 t C 55 0,005 10 000 0,010 8000 7000 0,015 6000 0,020 5500 0,025 5000 kj/kg 0,030 4500 0,035 4000 kj/kg 0,040 0,045 0,050 0,055 x kg kg 3500 50 =0,10 45 40 35 30 25 20 40 35 30 25 20 15 wet bulb 5 h=0-5 -10-15 -20 15 10 5 0-5 -10-15 -20-25 0-2 ice-coated bulb 0 0,5 4 6 1,0 0,20 8 0,30 45 1,5 kpa 00 10 0,40 50 0,50 12 2,0 0,60 55 0,70 0,80 60 0,90 =1,00 14 85 80 75 70 kj/kg 65 16 kcal/kg 3,0 1000 18 3,5 4,0 kpa 2,5 SYMBOLS h = enthalpy pr kg of dry air, kj/kg, kcal/kg x = moisture content per kg dry air, kg/kg = relative humidity t = dry-bulb temperature, C t v = wet-bulb temperature, C ρ = kg dry air/m 3 moist air t ρ = kg moist air/m 3 moist air = ρ t (1+x) This chart refers tp a barometric pressure ρ t of 760 mm Hg = 101.3 kpa. ρ 20 90 95 22-15 -10-5 tv=0 5 10 15 tv=20 25 30 35 40 100 105 24 4,5 1500 kj/kg 110 26 1,00 1,10 1,20 1,30 115 0,60 0,20 1,40-20 60 = 1,00 120 28 5,0-10 50 ρ 125 30 135 130 5,5 0 40 32 10 30 140 6,0 160 155 150 145 34 20 20 36 6,5 kpa 30 10 40 0 7,0 ρ t 38 50-10 170 40 0,80 7,5 mmvp kp/m2 800 mm Hg 55 50 45 kg/m3 0,80 40 = 1,00 0,60 0,40 0,20 0,00 175 0,90 35 1,00 30 25 1,10 20 1,20 15 1,30 10 1,40 60-20 180 5 2000 700 600 500 400 300 2500 200 100 3000 kj/kg h = entalpi per kg torr luft, kj/kg, kcal/kg t v = våta termometerns temperatur C ρ = densitet kg fuktig luft/m 3 fuktig luft ρ t = densitet kg torr luft/m 3 fuktig luft Fläkt Woods 15

35 15 10 Värmningsprocessen I värmningsprocessen förändras inte vattenångeinnehållet och processen ritas som en rak och vertikal linje. Både entalpin och den torra termometerns temperatur ökar. För att beräkna den erforderliga värmeeffekten (P) kan följande formel användas: P=Δh. q v. ρ t = (h B h A ). q v. ρ t Där P = Värmeeffekt kw Δh = entalpiförändring per kg torr luft kj/kg q v = luftflöde m 3 fuktig luft/s ρ t = densitet kg torr luft/m 3 fuktig luft 0,000 h t kj kg; C = 0,10 0,005 0,010 0,015 kg x kg 35 0,20 30 0,30 0,40 25 20 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 = 1,00 50 55 13 60 14 65 15 70 16 15 40 kj/kg 45 11 12 9 kcal/kg 10 25 30 7 h B 8 6 5 20 5 h 0 10 3 4 15-5 5 1 2 10 2,5 våt termometer isbelagd termometer -10-15 -15-10 -5 h=0 0-1 h A -2-15 -10-5 t v = ±0 1,0 kpa 5 1,5 2,0 h = entalpi per kg torr luft, kj/kg, kcal/kg x = vatteninnehåll per kg torr luft, kg/kg = relativ fuktighet t = torra termometerns temperatur, C -20 0,5 tv= våta termometerns temperatur, C Diagrammet hänfört till barometertryck = 760 mm Hg = 101,3 kpa -25 0 16

35 15 10 Kylningsprocessen I kylningsprocessen kyls vanligen luften ner till under daggpunkten och vatten kondenseras ut. Det totala kylningsbehovet kalkyleras lätt från entalpiförändringen medan den sensibla kylningen kan kalkyleras från den torra termometerns temperaturförändring. Utseendet på denna processlinje beror delvis på kylbatteriets konstruktion. 0,000 h t kjd kg; C ϕ = 0,10 0,005 0,010 0,015 kgd x kg 35 0,20 30 0,30 0,40 Sensibel kyla 25 20 15 0,50 0,60 0,70 0,80 40 kj/kg 0,90 ϕ = 1,00 45 11 50 13 12 55 65 60 15 14 Total kyla 70 16 9 kcal/kg 10 30 8 25 7 6 5 20 5 0 10 3 4 15-5 5 1 2 10 2,5 våt termometer isbelagd termometer -10-5 h = 0 0-1 t v = ±0 5 2,0-15 -15-10 -2-15 -10-5 1,0 kpa 1,5 h = entalpi per kg torr luft, kj/kg, kcal/kgd x = vatteninnehåll per kg torr luft, kg/kgd ϕ = relativ fuktighetd t = torra termometerns temperatur, CD -20 0,5 t v = våta termometerns temperatur, CD Diagrammet hänfört till D barometertryck = 760 mm Hg = 101,3 kpa -25 0 Fläkt Woods 17

10 Befuktning med vatten eller ånga Befuktning är processen som ökar luftens vatteninnehåll. Detta kan göras till exempel genom tillförsel av ånga eller avdunstning av vatten. att påverkas av vattnets temperatur. Mycket kallt vatten tenderar att kyla luften mer medan varmt vatten ger mindre kylning. 1 Befuktning genom vattenavdunstning 1 Värmen som är nödvändig för vattenavdunstning dras ut från luften, vilken på så sätt kyls. Om vattnet cirkuleras kommer det snart att nå den adiabatiska mättnadstemperaturen. Detta betyder att processen följer den våta termometerns linjer. Om vattnet förs direkt till fuktaren kommer processen 0,000 h t kj kg; C 35 0,005 0,010 2 Fuktning med ånga 2 När man använder ånga, är riktningen på processlinjen nästan horisontell. Den torra termometerns lufttemperatur förändras inte särskilt mycket. Ångförbrukningen kalkyleras från skillnaden på vatteninnehåll multiplicerad med luftens flödesmängd. 0,015 kg x kg 0,20 30 25 20 15 2 1 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 40 kj/kg 0,90 45 11 55 50 13 12 60 14 65 15 70 16 35 9 kcal/kg 10 30 8 25 7 6 5 20 5 15 0 10 3 4 15-5 5 1 2 10 2,5 våt termometer isbelagd termometer -10-5 h = 0 0-1 t v = ±0 5 2,0-10 -5 1,5-15 -15-2 -15-10 1,0 kpa -20 0,5-25 0 18

Blandning av två luftflöden Om två torra luftmängder m 1 och m 2 vars fysiska egenskap motsvarar punkterna A 1 och A 2 blandas, kommer blandpunkten (B) att finnas på den raka linjen som sammanbinder de ursprungliga punkterna. Dess reella position kan bestämmas grafiskt genom att dela linjen A 1 A 2 i två längder så att L 1 /L 2 = m 2 /m 1. Samma resultat kan kalkyleras genom att använda absoluta fuktighetsgrader enligt följande: B = m 1. x 1 + m 2. x 2 m 1 + m 2 Där B = Blandpunkt kg/kg m, och m 2 = luftmängd i punkt 1 och 2 0,000 h t kj kg; C 0,005 0,010 0,015 kg x kg 35 0,20 30 25 20 L2 0,30 0,40 A1 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 55 60 14 65 15 70 16 50 15 10 L1 B 30 35 8 40 kj/kg 9 kcal/kg 45 10 11 12 13 25 7 6 5 20 5 15 0-5 A2 5 10 1 2 3 4 10 15 2,5 våt termometer isbelagd termometer -10-5 h = 0 0-1 t v = ±0 5 2,0-10 -5 1,5-15 -15-2 -15-10 1,0 kpa -20 0,5-25 0 Fläkt Woods 19

10 Blandning av två luftflöden - Dimma Blandas två omättade luftmassor kan detta ibland ge upphov till dimma. Detta skulle bli följden om två lika luftmassor med egenskaper motsvarande punkterna A3 och A4 blandas. Blandningspunkten B kan då falla nedanför mättnadslinjen varvid dimma bildas. 0,000 h t kj kg; C 0,005 0,010 0,015 kg x kg 35 0,20 30 0,30 0,40 25 20 0,50 0,60 0,70 A3 0,80 0,90 50 55 13 60 14 65 15 70 16 15 40 kj/kg 45 11 12 35 9 kcal/kg 10 30 8 25 7 6 5 0 10 20 15 3 B 4 5 15-5 5 1 2 10 2,5 våt termometer isbelagd termometer -10 A4-5 h = 0 0-1 t v = ±0 5 2,0-10 -5 1,5-15 -15-2 -15-10 1,0 kpa -20 0,5-25 0 20

Olika klimat i Mollierdiagrammet Nedan visas var olika klimat finns i Mollierdiagrammet och i vilket område önskat inneklimat för kontor finns. Varm och torr luft Varm och fuktig luft kj/kg h kj kg + 0,000 t C 55 0,005 10 000 0,010 8000 7000 0,015 6000 0,020 5500 0,025 5000 kj/kg 0,030 4500 0,035 4000 kj/kg 0,040 0,045 0,050 0,055 x kg kg 3500 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20-15 -20 40 35 30 25 20 15 wet bulb 5 h = 0-5 -10-2 ice-coated bulb 0 0,5 4 =0,10 6 1,0 0,20 8 0,30 45 10 1,5 kpa 0,40 50 0,50 12 2,0 0,60 55 0,70 0,80 60 0,90 =1,00 14 85 80 75 70 kj/kg 65 2,5 16 kcal/kg 3,0 18 20 3,5 90 95 22-15 -10-5 tv = 0 5 10 15 tv = 20 25 30 35 40 100 4,0 kpa 105 24 4,5 110 26 115 120 28 5,0 125 30 135 130 5,5 32 140 6,0 160 155 150 145 34 36 6,5 kpa 38 7,0 175 170 40 7,5 180 mmvp kp/m2 800 mm Hg 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 700 600 500 400 300 2500 200 100 3000 kj/kg -25 0 00 1000 1500 kj/kg 2000 Kall och torr luft Kall och fuktig luft Önskat klimat, kontor 23-26, 40-70% luftfuktighet Fläkt Woods 21

Sammanfattning Utomhusluften består av en blandning av många gaser, ånga och dammpartiklar. För att förstå de processer som sker i ett luftbehandlingsaggregat behöver vi bara tänka på luft som en blandning av torr luft och vattenånga, detta kallar vi fuktig luft. Följande termer används för att beskriva egenskaperna och tillståndet på luft: Torra termometerns temperatur (t). Temperaturen som man mäter med en vanlig termometer. Anges i C. Våta termometerns temperatur (t v ). Används som ett mått på fuktigheten i luften. Anges i C. Vatteninnehåll (x). Beskriver mängden vatten som finns i luften. Anges i kg vatten/kg torr luft. Entalpi (h). Beskriver energimängden i luften jämfört med en nollgradig referenspunkt. Anges i kj/kg torr luft. Mättnad. Räknas fram genom att dividera det aktuella vatteninnehållet i luften med det vatteninnehåll luften har vid mättnad. Anges i %. Relativ fuktighet (ϕ). Räknas fram genom att dividera vattenångans tryck och vattenångans tryck i mättat tillstånd vid samma temperatur. Anges i %. Dessa olika termer för att beskriva luftens egenskaper finns med i ett Mollierdiagram. Mollierdiagrammet används för att beskriva luftkonditioneringsprocesser som till exempel värmning, kylning, befuktning och blandning av luft. Mollierdiagrammet används även för att beräkna temperatur, energiåtgång mm. Fläkt Woods 22

Strömningslära

Kapitlet tar upp Laminär strömning Turbulent strömning Gränsskikt Reynolds tal Statiskt, dynamiskt och totalt tryck Bernoulli s ekvation Vid turbulent strömning är friktion och värmeöverföring avsevärt större än vid laminär strömning. Detta beror på de virvelrörelser som finns i turbulentströmningen. Om strömningen är laminär eller turbulent kan kraftigt påverka värme- resp. kylöverföringen. Detta gäller både för luft och för vatten. Vid laminär strömning av vatten i ett rör minskar värmeöverföringen kraftigt och styrningen blir svår. Reynolds likformighetslag För att uppskatta om strömningen är laminär eller turbulent används Reynolds likformighetslag. Strömningsteknik är grundläggande för många delar av luftbehandlingstekniken. Man kan nämna luftströmningen i fläktar, kanaler, luftfilter, batterier och vattenströmning i batterier och rör. Strömningsförhållandena är också av största betydelse för värmeöverföring samt för alstring av ljud. De krafter som verkar i en ström av vätska eller gas är tryckkrafter, masskrafter och friktionskrafter. Då alla krafterna är av samma storleksordning blir en teoretisk beräkning mycket svår. Om en eller två krafter dominerar blir beräkningarna enklare. Inom luftehandlingstekniken kan man i de flesta fall försumma masskrafterna ( ej i fläkthjulet ) och strömningen bestäms av tryck- och friktionskrafter. Laminär och turbulent strömning Två helt olika typer av strömning förekommer: Vid låga strömningshastigheter och under en startsträcka kan strömningen ske i parallella skikt och kallas laminär. Annars är strömningen normalt överlagrad av virvelrörelser av olika storlek och frekvens. Sådan strömning kallas turbulent. Reynolds tal (Re) Re = wl υ Där w = fluidens medelhastighet m/s L = en för kroppen karakteristisk längd (vid rörströmning är L = d = rörets diameter m) υ = fluidens kinematiska viskositet m 2 /s En konsekvens av Reynolds likformighetslag är att man kan avgöra om en viss strömning är laminär eller turbulent. Försök med olika geometrier har visat vid vilka ungefärliga Re- tal, Re krit, som strömningen slår om från laminär till turbulent. I ett rör sker detta vid 2300 < Re krit < 4000. Vid strömning mellan plana plattor ( flänsar) med avståndet mellan plattorna som karakteristisk längd gäller 500 < Re krit < 1000. Om den laminära strömningen störs blir Re krit lägre än vad som anges ovan. Omslaget är vidare inte abrupt utan övergången sker alltid över ett omslagsområde. Fläkt Woods 25

Definition av tryck I en fluid kan tre tryck definieras: statiskt, dynamiskt och totalt tryck. Det statiska trycket är det tryck som fluiden utövar vinkelrätt mot strömningsriktningen. I rör mäts den genom ett litet hål i rörväggen. Det totala trycket är det tryck som mediet utövar mot en liten yta vinkelrätt mot strömningsriktningen där mediet förlustfritt har bromsats upp till hastigheten noll. Det dynamiska trycket är skillnaden mellan totalt och statiskt tryck. Figuren visar schematiskt mätprincipen för kanaltryck, i detta fall är det statiska trycket i kanalen större än det atmosfäriska trycket. v Static Statiskt Tryck Pressure pt Dynamiskt Dynamic Tryck Pressure pt Totalt Tryck Pressure Strömning i rör och kanaler Bernoulli s förenklade ekvation Om vi antar att strömningen är inkompressibel och friktionsfri, och även bortser från skillnader i höjdled kommer vi fram till den enklaste versionen av Bernoulli s ekvation. Tryck i kanal och principskiss för mätning. Tryckförluster orsakad av friktion Tryckförluster kan orsakas av att det uppstår friktion mellan kanalväggarna och luften. Följande formel används för att beräkna tryckförlusten: p s + 1. v 2 = konstant ρ 2 Där ps = statiskt tryck Pa ρ = densitet kg/m 3 v = lufthastighet m/s Om formeln ovan multipliceras med densitet får vi följande ekvation. p s + ρ. v 2 = p s + p d = p t = konstant 2 Där p s = statiskt tryck Pa ρ = densitet kg/m 3 v = lufthastighet m/s p d = dynamiskt tryck Pa p t = totalt tryck Pa Bernoulli s ekvation beskriver matematiskt fenomenet att en ökning i hastighet ger en minskning av statiskt tryck och även tvärt om en minskning av hastigheten en ökning av statiskt tryck. Δp λ = λ. L. ρ. v 2 d 2 Där Δp λ = tryckförlust orsakad av friktion Pa d = kanaldiameter m L = kanallängd m v = lufthastighet m/s ρ = densiteten kg/m 3 λ = friktionsfaktorn beroende av Reynoldstal eller grovheten på ytan på kanalväggen För att beräkna friktionsfaktorn (λ) används följande formler: Vid laminär strömning (Re 2320): λ = 64 Re Vid turbulent strömning (Re 2320): 1 = 1,14 2log. k λ d Där k = ytans skrovlighet på kanalväggen mm d = kanaldiametern m 26

Tryckförluster orsakad av kanalförändringar Tryckförluster, engångsförluster, uppkommer vid t.ex. plötsliga areaförändringar av kanalen, i rörkrökar mm. Nedan ges engångsförlustkoefficienten, ζ, för några olika fall. A 1 A 2 Följande formel används för att beräkna tryckförlusten: 1,0 Δp f = ζ. ρ. v 2 2 v 1 Där Δp f = tryckförlust orsakad av kanalförändring Pa ζ = engångsförlustkoefficienten ρ = densiteten kg/m 3 v = lufthastighet m/s 0.5 0 0 0.5 1.0 A 1 A 2 Bernoulli s utvidgade ekvation Om hänsyn tas till tryckförlusterna, som beskrivs i tidigare avsnitt, och även till höjdskillnader får vi Bernoulli s utvidgade ekvation. 0,4 A 1 A 2 p 1 + ρ. v 1 2 + ρgh 1 = p 2 + ρ. v 2 2 + ρgh 2 + Δp λ 2 2 Där p = statiska trycken i punkt 1 respektive 2 Pa ρ = densitet kg/m 3 v = lufthastighet m/s g = tyngdacceleration m/s 2 h = höjd m Δp λ = tryckförluster Pa 0.2 0 0 0.5 1.0 v 1 A 1 A 2 ρ. v2 = dynamiska trycket Pa 2 ρgh = höjdtryck Pa ζ d 0,4 R h 2 v 2 2 0.2 h 1 h 0 1 v 1 0 0 2 4 6 8 10 R d Fläkt Woods 27

Tryckfallsdata för cirkulärt kanalsystem Tryckfallsdata för rektangulärt kanalsystem Fläkt Woods 28

Sammanfattning De krafter som verkar i en ström, i en vätska eller gas är tryckkrafter, masskrafter och friktionskrafter. Inom luftbehandlingstekniken kan man i de flesta fall försumma masskrafterna (ej i fläkthjulet) och strömningen bestäms av tryck- och friktionskrafter. Strömningsteknik är grundläggande för många delar av luftbehandlingstekniken. Man kan nämna luftströmningen i fläktar, kanaler, luftfilter, batterier och vattenströmning i batterier och rör. Det finns två typer av strömning: laminär och turbulent. Om strömningen är laminär eller turbulent kan kraftigt påverka värmeresp. kylöverföringen. Detta gäller både för luft och vatten. Vid laminär strömning av vatten i ett rör minskar värmeöverföringen kraftigt och styrningen blir svår. För att uppskatta om strömningen är laminär eller turbulent används Reynolds likformighetslag. I en ström kan tre olika typer av tryck definieras: statiskt, dynamiskt och totalt tryck. Dessa tryck kan beräknas ut ifrån Bernoulli s ekvation. Bernoulli s ekvation beskriver även att en ökning i hastighet ger en minskning av statiskt tryck och även tvärt om en minskning av hastigheten ger en ökning av statiskt tryck. Fläkt Woods 29

Värmeöverföring

Kapitlet tar upp Värmeledning Fouriers lag Konvektion Strålning Klassificering av luftbehandlingsaggregats termiska isolering För en plan vägg erhålls: q = λ. dt = λ. (t 2 t 1 ) = λ. (t 1 t 2 ) dy δ δ δ q [W/m 2 ] t 1 t 2 Värme är en form av energi som alltid överförs från den varma till den kalla delen av ett ämne, eller från en kropp med hög temperatur till en kropp med lägre temperatur. Inom luftbehandlingstekniken finns det ett antal områden där kunskap om värmeöverföring är viktig. Man kan nämna batterier, värmeåtervinningssystem, kylprocesser och värmetransport genom väggar. I batterier och återvinnare önskar man material med hög värmeledningsförmåga och en stor konvektion mellan kropp och vätska/gas. I andra tillämpningar önskar man en god termisk isolering och då skall värmeledning och konvektion minimeras. Värme kan överföras på tre olika sätt: genom ledning, konvektion och strålning. För ett cirkulärt rör: Q r 1 t 1 r 2 y Temperaturvariation t 2 Värmeledning Värmeledning är en process där energiutbytet sker genom elektronrörelser i metaller eller vid vätska/gas i vila genom molekylrörelser. Värmeflödet per ytenhet skrivs med hjälp av Fouriers lag. Q = -2π. r. λ. dt [W] dr Men, då Q är oberoende av r fås vid integration värmeflödet per längdenhet till q = -λ. dt dn [W/m 2 ] Q = -2π. λ. t 2 t 1 ln r 2 r1 [W] Där λ är materialets termiska konduktivitet dt är temperaturgradienten i ytnormalens riktning. dn Minustecknet motiveras av att värmen alltid går från ett område med högre temperatur till ett område med lägre temperatur. Fläkt Woods 31

Konvektion Strålning Konvektiv värmeöverföring innebär att kroppar uppvärms eller avkyls av en omgivande fluid i rörelse. I fluiden sker värmetransporten genom en kombination av molekylär värmeledning och fluidens makroskopiska rörelser. Vid kroppsytan gäller att fluidens hastighet är noll varför värmeövergången endast sker genom värmeledning. Om fluidens rörelse åstadkomms av yttre anordningar som fläktar, pumpar med mera talar man om påtvingad konvektion. Om fluidens rörelser uppkommer till följd av densitetsvariationer (på grund av temperaturdifferens) har man naturlig konvektion. Värmeutbyte genom termisk strålning kräver inget medium för att fortplantas. Det kan uppstå mellan två ytor eller mellan yta och gas. Det kan också vara en växelverkan mellan flera ytor och gaser. Värmeutbytet genom strålning är vid temperaturer omkring rumstemperatur nästan alltid försumbart jämfört med utbytet genom konvektion. Klassificering CEN-standarden EN 1886 klassificerar aggregatets hölje med avseende på sin termiska isoleringsförmåga på två sätt. Dels värmegenomgångstalet U (W/m 2 C) i klasserna T1 till T5, och dels isolationsfaktorn K b, som anger aggregatets förmåga att motstå kondensbildning, i klasserna TB1 till TB5. Värmegenomgångstalet, U, bestäms genom uppmätning av den stationära värmeförlusten vid en temperaturskillnad av 20 C mellan temperaturen i aggregatet och utanför. Värmegenomgångstalet klassificeras enligt följande tabell. En höljesdels förmåga att motstå kondensutfällning klassificeras med hjälp av isolationsfaktorn k b. k b är en dimensionslös storhet och definieras som k b = (ts - ti) (t e - t i ) Där k b = Isolationsfaktorn t i = Luftens temperatur inuti aggregatet t e = Omgivningens temperatur t s = Aggregatdelens lägsta yttemperatur CEN klassificerar isolationsfaktorn enligt följande tabell. Klass T1: 0 < U < 0.5 Klass T2: 0.5 < U < 1.0 Klass TB1: 0.75 < k b < 1.00 Klass TB2: 0.60 < k b < 0.75 Klass TB3: 0.45 < k b < 0.60 Klass TB4: 0.30 < k b < 0.45 Klass T3: 1.0 < U < 1.4 Klass T4: 1.4 < U < 2.0 Klass TB5: Inga krav Klass T5: Inga krav Den höljesdel som har den lägsta isolationsfaktorn bestämmer vilken isolationsklass som gäller för aggregatet. 32

Sammanfattning Värme är en form av energi som alltid överförs från den varma till den kalla delen av ett ämne, eller från en kropp med hög temperatur till en kropp med lägre temperatur. Värme kan överföras på tre olika sätt: Genom ledning Värmeledning är en process där energiutbytet sker genom elektronrörelser i metaller eller vid vätska/gas i vila genom molekylrörelser. Genom konvektion Konvektiv värmeöverföring innebär att kroppar uppvärms eller avkyls av en omgivande vätska/gas i rörelse. Genom strålning Värmeutbyte genom termisk strålning kräver inget medium för att fortplantas. Det kan uppstå mellan två ytor eller mellan yta och gas. Det kan också vara en växelverkan mellan flera ytor och gaser. Klassificering För att bestämma ett aggregats termiska isolering kan aggregatet klassificeras utifrån aggregathöljets värmeförluster respektive kondensisolering. Aggregatets hölje klassificeras enligt CEN utifrån värmeförlusterna i T1-T5 och kondensisolering i TB1-TB5. Fläkt Woods 33

Kylprocesser

Kapitlet tar upp Kylkretsloppet Kylkapacitet Energikonsumtion Kylfaktorn Värmefaktorn Kylenhet För att kunna förstå kylprocessen måste vi förstå hur ett medium beter sig vid olika tryck och temperaturer. För att förstå detta tar vi vatten som exempel, men ett köldmedium beter sig precis på samma sätt. Om värme tillförs till vatten så blir vattnet naturligtvis varmare. Men om värme tillförs vatten som är 100 C så kommer vattnet börja förångas och till slut övergå helt till ånga. Den värmeenergi som tillförs så att 100 C vatten blir hundragradig ånga kallas ångbildningsvärme. Om fasomvandlingen istället går från ånga till vatten så avges samma mängd värmeenergi. Kylmaskin Vattnets kokpunkt förändras också beroende på det omgivande trycket. Till exempel är kokpunkten för vatten 3000 m.ö.h. strax under 90 C. Det beror på att det atmosfäriska trycket blir lägre desto högre upp vi kommer. På samma sätt så höjs kokpunkten med stigande tryck. Kokpunkten i en tryckkokare brukar vara ca 110 C. Det beror på att trycket i tryckkokaren är ca 50% högre än normalt atmosfäriskt tryck. En kylprocess drar nytta av tryckförändringar för att få förångnings- och kondensationstemperaturer att inträffa vid olika temperaturer. Processen kan antingen användas för att kyla ned luft direkt (så kallas dx-kyla) eller vatten som sedan används för att kyla luft. Fläkt Woods 35

Kylprocessen Kylprocessen består av fyra huvudprocesser. Efter en cykel tar nästa vid: 1. I förångaren är trycket lågt vilket leder till att köldmediet kokar vid en låg temperatur och vätskan övergår till gas. För att möjliggöra denna process tas värme från tilluften som i och med det kyls. 2. Gasen kommer in i kompressorn där den komprimeras till ett högre tryck. Detta medför att temperaturen höjs. 3. När gasen kommer in i kondensorn är trycket så högt att köldmediet kondenserar trots den höga temperaturen och all gas övergår till vätska. För att detta ska kunna ske måste värme avges till frånluften. 4. I expansionsventilen sänks trycket och därmed sänks även temperaturen på vätskan. I diagrammet finns tre olika områden. Områdena skiljs från varandra av mättnadslinjen som i diagrammet visas med fet linje. Till vänster om mättnadslinjen finns ren vätska, inom kurvan finns en blandning av vätska och gas och till höger finns ren gas. Inom linjen så sker alla fasomvandlingar, förångning och kondensering, under konstant temperatur. Inritad är en temperaturkurva som går vertikalt i vätskefasen, horisontellt inom kurvan och böjer sig nedåt i ångfasen. I ångfasen finns det linjer med konstant entropi vilka beskriver den perfekta komprimeringen. Beroende på förluster, följer komprimeringen inte riktigt dessa linjer (se diagram). CP är den kritiska punkten.. Tryck Log P CP Konstantlinjer a d Ånga Vätska b Vätska + ånga c T = konstant Q P Entalpi h b h c h d h-log P diagram 36

Kylkapacitet Kylkapaciteten ges som förändringen av entalpi i förångaren multiplicerat med köldmediets massflöde. Köldfaktor Köldfaktorn (COP k ) definieras som värmen som tas upp i förångaren dividerat med arbetet som kompressorn utför. Q = m. (h c - h b ) Där Q = Kylkapacitet kw m = köldmediets massflöde kg/s h c - h b = entalpiförändring från b till c, se bild föregående sida COP k = Q = m. (h c - h b ). P m. (h d - h c ) Där COP k = Köldfaktor Q = Kylkapacitet kw P = Effektbehov kw Energikonsumtion Kylkretsloppet drivs av kompressorn och energiförbrukningen ges av entalpiförändringen i kompressorn multiplicerad med köldmediets flödeshastighet. Vi ser att COP är ett mått på kylmaskinens konstruktion och inte är underlydande köldmediets massflöde. COP k = (h c - h b ) (h d - h c ) Värmefaktor P = m. (h d - h c ) Där P = Effektbehov kw m = köldmediets massflöde h d - h c = entalpiförändring från c till d, se bild föregående sida Värmefaktorn (COP v ) definieras som värmen som förs bort i kondensorn dividerat med arbetet som kompressorn utför. COP v = (h d - h a ) (h d - h c ) Eftersom (h d - h a ) = (h c - h b ) + (h d - h c ) blir som följer att COP v = COP k + 1 Fläkt Woods 37

Sammanfattning För att kunna förstå kylprocessen måste vi förstå hur ett medium beter sig vid olika tryck och temperaturer. För att förstå detta tar vi vatten som exempel, men ett köldmedium beter sig precis på samma sätt. Om värme tillförs till vatten blir vattnet naturligtvis varmare. Men om värme tillförs vatten som är 100 C så kommer vattnet börja förångas och till slut övergå helt till ånga. Den värmeenergi som tillförs så att 100 C vatten blir hundragradig ånga kallas ångbildningsvärme. Om fasomvandlingen istället går från ånga till vatten så avges istället samma mängd värmeenergi. Det är också väldigt viktigt att veta att vattnets kokpunkt förändras beroende det omgivande trycket. Till exempel är kokpunkten för vatten 3000 m.ö.h. strax under 90 C. Det beror på att det atmosfäriska trycket blir lägre desto högre upp vi kommer. På samma sätt höjs kokpunkten med stigande tryck. Kokpunkten i en tryckkokare brukar vara ca 110 C. Det beror på att trycket i tryckkokaren är ca 50 % högre än normalt atmosfäriskt tryck. En kylprocess drar nytta av tryckförändringar för att få förångnings- och kondensationstemperaturer att inträffa vid olika temperaturer. Processen kan antingen användas för att kyla ned luft direkt (sk dx-kyla) eller vatten som sedan används för att kyla luft. Kylprocessen består av fyra huvudprocesser. Efter en cykel tar nästa vid: 1. I förångaren är trycket lågt vilket leder till att köldmediet kokar vid en låg temperatur och vätskan övergår till gas. För att möjliggöra denna process tas värme från tilluften som i och med det kyls. 2. Gasen kommer in i kompressorn där den komprimeras till ett högre tryck. Detta medför att temperaturen höjs. 3. När gasen kommer in i kondensorn är trycket så högt att köldmediet kondenserar trots den höga temperaturen och all gas övergår till vätska. För att detta ska kunna ske måste värme avges till frånluften. 4. I expansionsventilen sänks trycket och därmed sänks även temperaturen på vätskan. Processen ritas normalt i ett h-log P diagram. Där h är entalpin, energiinnehållet i ett ämne, och P köldmediets tryck. Fläkt Woods 38

Värme- och kylåtervinning

Kapitlet tar upp Varaktighetsdiagram Verkningsgrad Värmeåtervinning vid komfortventilation är ofta mycket lönsamt. I ett nordiskt klimat kan återbetalningstiden vara under ett år. I ett varmt klimat kan också återbetalningstiden vara mycket kort beroende på att kylmaskinens storlek kan reduceras vilket medför en lägre investeringskostnad samt minskar även energikonsumtionen. Hur stor besparingen blir beror i huvudsak av ortens klimat, drifttid och effektivitet hos det återvinnarsystem som valts. Förutom en god lönsamhet så har värme- och kylåtervinning en positiv inverkan på miljön. Den yttre miljön förbättras genom att behovet av förbränning reduceras och därmed utsläpp av exempelvis koldioxid. Genom att energiförbrukningen blir låg kan också ett större luftbyte motiveras vilket har en positiv inverkan på luftkvalitén i lokalen. En mycket god egenskap med återvinnare är att ju kallare uteluften är desto mer värme kan återvinnas ur frånluften. På samma sätt utvinner man mera kyla ju varmare uteluften är. Undantaget är vid riktigt låga utetemperaturer då frånluftens fuktinnehåll kan skapa påfrostning i återvinnaren. Återvinnaren måste då nedregleras, alternativt ha en återkommande avfrostning. Det system för återvinnare som finns på markanden har olika egenskaper. Det är viktigt att välja ett system utifrån de förutsättningar som gäller i det enskilda fallet. 41

Varaktighetsdiagram Diagrammet till höger visar ett varaktighetsdiagram. Det anger utetemperaturens varaktighet i Stockholm under ett genomsnittligt år. De olika ytorna anger antalet gradtimmar, grader gånger timmar vilket multiplicerat med luftflöde (q), densitet (ρ) och specifikt värme (cp) ger ett värmebehov. Den nedre ytan mellan utetemperatur och tilluftstemperatur visar årsvärmebehovet, Q tot, utan värmeåtervinnare och vid kontinuerlig drift. Är drifttiden kortare än 100% (kontinuerlig drift) kan värmebehovet ofta med tillräckligt god noggrannhet reduceras med samma faktor som drifttiden. Vid noggranna bestämningar av drifttiden måste det beaktas att varaktighetskurvorna för dag och natt skiljer sig något från kurvan för genomsittsvärdet. När energier beräknas utifrån varaktighetsdiagram som i figuren till höger har man bortsett från inverkan av luftens fuktighet den så kallade latenta energin. Q tot = q. ρ. c p. antalet gradtimmar Där Q tot = årsvärmebehovet kwh/år utan värmeåtervinnare q = luftflöde m 3 /s ρ = densitet kg/m 3 c p = specifikt värme J/kg. C Det lilla hörnet uppe till vänster i diagrammet visas behovet av tillskottsvärme, Q rest. ( C) 30 20 10 0 t22: Tilluft efter värmeväxlaren t11: Frånluft före värmeväxlaren tf: Frånluftstemperatur tt: Tilluftstemperatur till lokal t22: Tilluft efter värme och kyla t21: Uteluft, före värmeväxlaren tu: Genomsnittlig utetemp (24 h/dag) 10 Q ( 1- η årsmedel rest = 100 Där Q rest = årsvärmebehovet kwh/år med värmeåtervinnare η årsmedel = årsmedelsverkningsgraden för värmeåtervinnaren % Q tot = årsvärmebehovet kwh/år utan värmeåtervinnare ). Q tot 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 (h) Energibehov kylbatteri Återvunnen kylenergi med värmeväxlare Energibehov värmebatteri Återvunnen energi med värmeväxlare on/off-styrning Ytterligare återvunnen energi med värmeväxlare kontinuerlig reglering Varaktighetsdiagram Då frånluften normalt är varmare än önskad tilluft kommer årsmedelverkningsgraden att vara högre än den av fabrikanten angivna verkningsgraden. Med en effektiv återvinnare kan årsmedelverkningsgraden uppgå till 85-95%. 42

Definitioner Nedan visas principen för värmeåtervinning, i exemplet. Frånluft förs genom växlaren och går ut som avluft. Uteluften tar upp värme ur frånluften och lämnar växlaren som tilluft. t12, x12 t11, x11 q 12 Frånluft q11 q 21 Tilluft q22 t21, x21 t22, x22 Temperaturverkningsgrad η t = t t 22 21. t 11 t 100 21 Fuktverkningsgrad Rum Verkningsgrad Verkningsgraden är ett mått på återvinnarens effektivitet och anges i procent av teoretisk återvinning som är fallet att tilluften skulle uppnå samma temperatur och fuktinnehåll som frånluften (verkningsgraden 100%). Temperaturverkningsgraden anger hur temperaturen ändras över återvinnaren (sensibel energi) och fuktverkningsgraden hur fuktinnehållet ändras (latent energi). Båda verkningsgraderna är dimensionslösa tal. Det innebär att även om de är uppmätta under två givna konditioner (värme- respektive kylåtervinning) så kan de för respektive fall användas för att utifrån mycket varierande utetemperaturer beräkna vilken tilluftstemperatur som kan erhållas. En given återvinnare får lägre verkningsgrad ju högre luftflödet är. Verkningsgraden sjunker också med ökande förhållande mellan uteluftflöde och frånluftsflöde. η x = x 22 x 21 x 11 x 21. 100 Beteckningar q = Luftflöde m 3 /s t = Temperatur C ϕ = Luftens relativa fuktighet % η t = Temperaturverkningsgrad % η x = Fuktverkningsgrad % Index 1 = frånluftssida 2 = tilluftssida 11 = frånluft, inlopp 12 = frånluft, utlopp 21 = tilluft, inlopp 22 = tilluft, utlopp Fläkt Woods 43

Avgörande för en återvinnares effektivitet är: - Flödesförhållandet i växlaren; Medström Motström Korsström - Antalet värmeöverföringsenheter, N tu - Om värmeöverföringen sker direkt luft/luft eller via vätskekoppling. Utifrån diagrammet ser man att verkningsgraden ökar när antalet värmeöverföringsenheter N tu ökar. För att öka antalet värmeöverföringsenheter kan man utifrån formeln se att α och F måste ökas eller så måste C min minska. Den värmeöverförande yta, F, ökas genom att welldelningen blir tätare. Nackdelen med att öka welldelningen är att tryckfallet ökar. Värmeövergångskoefficienten, α, ökar vid turbulent strömning men detta är mycket svårt att åstadkomma i en värmeväxlare. Vid låg lufthastighet ökar också verkningsgraden vilket vi ser i formeln för C min. En återvinnare som arbetar i motström har högre verkningsgrad än de som arbetar i korsström eller medström. Figuren nedan visar principiellt verkningsgraden som en funktion av N tu. t Motström Korsström Medström Antalet värmeöverföringsenheter tecknas: N tu = α F C min C min = q min ρ cp Verkningsgraden som funktion av antalet värmeöverföringsenheter. N tu Där N tu = värmeöverföringsenheter α = värmeövergångskoefficienten W/m 2 C F = värmeöverförande yta, en sida m 2 ρ = densitet kg/m 3 q min = lägsta flödet m 3 /s cp = den specifika värmefaktorn 44

Sammanfattning Värme- och kylåtervinning är en besparing, både sett ur ett ekonomiskt och ett miljöperspektiv. Varaktighetsdiagram Varaktighetsdiagram anger utetemperaturens varaktighet för en viss ort under ett genomsnittligt år. Ur diagrammet kan man utläsa årsvärmebehovet, Q tot, utan värmeåtervinnare vid kontinuerlig drift och behovet då man har en effektiv återvinnare, Q rest. Verkningsgrad Verkningsgrad är ett mått på effektivitet med avseende på energiförbrukning och anges i %. Avgörande för en återvinnares effektivitet är: - Flödesförhållandet i växlaren; Medström Motström Korsström - Antalet värmeöverföringsenheter, N tu - Om värmeöverföringen sker direkt luft/luft eller via vätskekoppling. Fläkt Woods 45

LCC och energiberäkning

Kapitlet tar upp Energieffektivitet Livscykelkostnaden (LCC, Life cycle cost) Livscykelenergikostnaden, LCC E Energikostnad och CO 2 emission Minimera energikostnaden Parametrar för energi- och LCC E beräkningen Livscykelkostnaden (LCC, Life Cycle cost) Livscykelkostnaden (LCC, Life cycle cost) är summan av alla kostnader relaterade till en produkt över dess livstid. Beräkningen baserar sig på nuvärdemetoden, att alla framtida kostnader räknas om till dagens penningvärde. Livscykelkostnaden beräknas genom att investeringskostnaderna för en utrustning och nuvärdet av energi-, underhåll och miljökostnaderna under utrustningens livslängd summeras till ett dagsvärde. LCC = Grundinvestering + LCCenergi + LCCunderhåll + LCC miljö restvärdet Studier visar att användningsfasen för ett luftbehandlingsaggregat är en större kostnad för användaren än själva inköpet, i vissa fall kan driftskostnaderna utgöra 90 procent och investeringskostnaderna mindre än 10 procent av den totala livscykelkostnaden under 20 år. I och med ökande energikostnader blir det mer och mer intressant att se på hela livslängden istället för enbart till själva investeringen. Dagens miljödebatt som bland annat tar upp uppvärmning, uttunnat ozonskikt, ökenutbredning, Kyoto protokoll gör att intresset för energieffektivitet är av globalt intresse. Vilket gör att det blir allt viktigare att beräkna livscykelkostnaden för energiförbrukare vilket bland annat inkluderar luftbehandlingsaggregat. Livscykelenergikostnaden,LCC E Den största delen av de totala kostnaderna för ett luftbehandlingsaggregat är energikostnader. Allt oftare ställs det krav på en viss LCCE-kostnad för en anläggning och leverantörerna skall kunna garantera att denna kostnad stämmer. På grund av detta har Fläkt Woods infört en LCCE-modul i sitt produktvalsprogram, där olika aggregatfunktioner och lösningar kan jämföras och optimeras för lägsta LCCEkostnad. Energikostnad och CO 2 -emission Energi 85 % Driftskostnad= Energi + Underhåll = ca 90 % Underhåll 5 % Investering 10 % Energikostnaden för ett luftbehandlingsaggregat består av två delar, elenergin för att driva fläktar och motorer och den termiska energin. Den termiska energin kan delas upp i värme- och kylenergi. I norra Europa står värmeenergin för den större delen av totala energibehovet. En stor del av kostnaden för värmeenergin kan reduceras genom användandet av värmeåtervinnare. Kostnaden för att framställa kyla är en post som kommer att öka i framtiden. I Centraloch Sydeuropa står redan nu kylan för en stor del av den totala energiförbrukningen. Detta medför att även kylåtervinning blir allt intressantare. Livscykelkostnaden för ett luftbehandlingsaggregat Fläkt Woods 47

Parametrar för energi- och LCC E - beräkning I vissa fall är kunden även intresserad av aggregatets CO 2 - emission. För att beräkna aggregatets energiförbrukning omräknat i CO 2 -utsläpp kan man utgå ifrån mängden CO 2 -emmission per kwh för att tillverka energi för värme, kyla och el. Minimera energikostnaden När energikostnaderna skall beräknas är det ytterst viktigt att använda sig av rätt förutsättningar för att få ett resultat som går att lita på. Följande har en väsentlig inverkan på slutresultatet: Den lägsta investeringskostnaden/minsta luftbehandlingsaggregatet är sällan det samma som lägsta LCC E, studier visar att ett större aggregat ofta har en mycket kort återbetalningstid, tryckfallen i aggregatet minskar och återvinningen förbättras. Ekonomiskt optimerat kanalsystem, ju lägre tryck fall i kanalsystemet dess lägre elenergiförbrukning för fläktarna. Val av rätt fläkt med rätt flöde, tryck och drivanordning för respektive uppgift. Optimerad återvinnare, rätt typ av återvinnare utifrån förutsättningarna och optimerad återvinningsgrad. Maximal återvinningsgrad är inte alltid den bästa lösningen eftersom större återvinnare även ökar tryckförlusterna i aggregatet varvid elenergiförbrukningen för fläktarna ökar. Vid val av återvinnare är det allt viktigare att denna även optimeras för kylåtervinning. När det är möjligt använda sig av VAV-system, ventilera anläggningen efter behov. Att använda aggregatet för dess rätta funktion. I exempelvis en kontorsbyggnad är uppgiften för luftbehandlingsaggregatets att ventilera och ibland kyla men inte att värma fastigheten, detta skall radiatorerna sköta om. Minsta möjliga aggregat är inte alltid ekonomiskt försvarbart. För att uppnå en hög noggrannhet på energiberäkningen krävs följande faktorer: Värmeöverföringen vid varje värmare, kylare, värmeväxlare beror på tillståndet på inkommande luft till respektive komponent. Detta innebär att luftens tillstånd, (temperatur, entalpi, hastighet, tryck) måste beräknas för varje punkt i aggregatet. Kylberäkningen vid ett kylbatteri är komplex, och för att det ska bli rätt måste hänsyn tas till kondenserande vattendroppar. Tryckfallet över vattenbatteriet ökar och den adiabatiska kylan måste beräknas. Vid värmeåtervinning med roterande värmeväxlare måste läckageflöde och balanseringstryck ingå i beräkningen. Det extra trycket och luftflödet påverkar frånluftsfläkten. Tryckfallet över filter bör beräknas som medelvärdet av starttryckfall och sluttryckfall. Alla elenergiförbrukare bör tas upp, även pumpar och andra reglermotorer som hör till aggregatet. Temperaturberäkning Vid temperaturberäkning anges till- och frånluftstemperaturerna för både sommar och vinterfall. Temperaturer beskrivs som en linjär förändring över tiden i ett varaktighetsdiagram. Över fläkten blir det en extra temperaturhöjning som måste beräknas för varje specifikt aggregat, detta påverkar både värme- och kylbehovet. Vid temperaturberäkning till både rätt temperatur och rätt fuktighet måste börvärdet för både temperatur och fukt anges. Det finns två olika sätt att beräkna kyla: 1. Beräkning till rätt temperatur. 2. Beräkning till både rätt temperatur och rätt fukt. 48

När det finns ett behov av noggrann reglering av både temperatur och relativ fuktighet behövs det en luftbehandlingsfunktion bestående av en värmare, en kylare och en eftervärmare. Denna process är mycket energikrävande, det är därför viktigt att beräkningen blir noggrann i ett sådant fall. Det första diagrammet visas hur temperaturen kyls ner till rätt temperatur. Det andra diagrammet visas hur luften först kyls ner till rätt absolut fukthalt och sedan värms till rätt temperatur och rätt relativ fuktighet. Vid utetemperaturskompensering är tilluftstemperaturen en funktion av utomhustemperaturen. Tillståndet för tilluften anges som verklig temperatur vid olika utomhustemperaturer, mellan dessa punkter blir temperaturen linjär över tiden. Frånluftstemperaturen anges som en sommartemperatur och en vintertemperatur och däremellan är den linjär över tiden. Illustrationerna nedan visar hur ett diagram kan se ut med kompensering respektive utan kompensering. t ( C) Uteluft Vinter temp. Frånluftstemp. Sommar temp. Frånluft Efter värmeväxling Önskad tilluftstemperatur Tilluftstemperatur före fläkten Kylning Tilluftstemp. Mättnadslinje Uteluftstemp. Diagram utan utetemperatursreglering Kylberäkning till rätt temperatur x (kg/kg) Vinter temp. Frånluftstemp. Sommar temp. t ( C) Uteluft Tilluftstemp. Frånluft Efter värmeväxling Önskad temp och fukt Tilluftstemp och fukt före fläkten Eftervärmning Mättnadslinje Kylning Uteluftstemp. Diagram med utetemperatursreglering x (kg/kg) Kylberäkning till rätt temperatur och rätt fuktighet Utetemperaturkompensering I de allra flesta fall då man har kyla i ett luftbehandlingsaggregat varierar tilluftstemperaturen under året beroende på belastningen. För att i dessa fall kunna göra en korrekt beräkning av energibehovet är det bra om utetemperaturkompensering är med i beräkningen. Driftstider Antalet driftstimmar har stor påverkan på energiförbrukningen. Exempelvis kommer ett luftbehandlingsaggregat som går dygnet runt året runt ha 8 760 driftstimmar per år, men i verkligheten kommer driftstiderna för exempelvis ett luftbehandlingsaggregat för kontor att bli 3-4 000 timmar. Vid beräkning av energiförbrukningen kan det därför vara bra att dela upp driften i två lägen, dag- och nattdrift. Varje driftsläge kan ha olika flödes- och temperaturinställningar. Fläkt Woods 49

Temperaturen är något kallare på natten jämfört med på dagen och detta kan ses i varaktighetsdiagram som en parallellförskjutning av kurvan. q [%] 100 40 Dagdrift och nattdrift ekonomi -15 komfort ekonomi Utomhustemperatur Varaktighetsdiagram, dag- och nattdrift VAV-system Vid beräkning av energiförbrukning på ett aggregat som är tryckreglerat mot ett VAV-system anges min- och maxluftflödet vid respektive utomhustemperatur. Vid temperaturer lägre än mintemperaturbörvärdet respektive över maxtemperaturbörvärdet förutsätts flödet vara konstant. Mellan de två temperaturerna är kurvan linjär. Varaktighetsdiagram För att åskådliggöra energiförbrukningen kan ett varaktighetsdiagram användas, se nedan. Diagrammet visar, för det specifika aggregatet, tilluftsoch frånluftstemperaturer under hela året. Under uppvärmningsperioden visar diagrammet mängd återvunnen energi (rosa fält), tillskottsvärme (rött fält) och värmetillskott från fläktmotorn (prickat fält). Under kylperioden visar diagrammet återvunnen kyla (ljusblå) och erforderlig mängd kylenergi (blått fält), samt värmetillskottet från fläktmotorn (prickat fält). Vid kylning till både rätt temperatur och rätt fukt visas även eftervärmning. Det är enbart den sensibla delen av värme och kylenergin som visas i diagrammet. Varaktighetsdiagram, från Fläkt Woods produktvalsprogram ACON 50

Sammanfattning Livscykelkostnaden (LCC, Life cycle cost) är summan av alla kostnader relaterade till en produkt över dess livstid. Upp till 90 % av den totala livscykelkostnaden för ett luftbehandlingsaggregat består av energikostnad. Energieffektiva system är därför av avgörande betydelse för den totala ekonomin och det är därmed viktigt att beräkna livscykelenergikostnaden, LCC E, för aggregatet. Det är även möjligt att räkna om energiförbrukningen till CO 2 -emission. För att uppnå en hög noggrannhet på energiberäkningen krävs följande faktorer: Luftens tillstånd, (temperatur, entalpi, hastighet, tryck) måste beräknas för varje punkt i aggregatet. Kylberäkningen vid ett kylbatteri är komplex, och för att göra rätt måste hänsyn tas till kondenserande vattendroppar. Vid värmeåtervinning med roterande värmeväxlare måste läckageflöde och balanseringstryck ingå i beräkningen. Tryckfallet över filter bör beräknas som medelvärdet av starttryckfall och sluttryckfall. Alla elenergiförbrukare bör tas upp, även pumpar och andra reglermotorer som hör till aggregatet. Vid temperaturberäkning anges till- och frånluftstemperaturerna för både sommar och vinterfall. Det finns två olika sätt att beräkna kyla: Beräkning till rätt temperatur. Beräkning till både rätt temperatur och rätt fukt. När energikostnaderna skall beräknas är det ytterst viktigt att använda sig av rätt förutsättningar för att få ett resultat som går att lita på. Följande har en väsentlig inverkan på slutresultatet: Den lägsta investeringskostnaden/minsta luftbehandlingsaggregatet är sällan det samma som lägsta LCC E. Ekonomiskt optimerat kanalsystem. Val av rätt fläkt. Optimerad återvinnare. Välj återvinnare som även optimeras för kylåtervinning. Ventilera anläggningen efter behov. Att använda aggregatet för dess rätta funktion. Fläkt Woods 51

Ljud

Högt tryck Kapitlet tar upp Tryck + Ljudtryck/Ljudtrycksnivå Effektivvärde Ljudeffektsnivå Addition av ljudnivåer Frekvens Standardfilter Lågt tryck Ljudtryck och effektivvärdet (RMS) R.M.S värde Ljudtrycksnivån definieras som Lp = 20 log ( p ) = 20 log ( p ) p 0 2. 10-5 En jämn och behaglig ljudnivå är tillsammans med temperatur och lufthastighet de viktigaste kraven på ett bra inomhusklimat. Flertalet av de klimatproblem som kan uppträda inomhus kan lösas med hjälp av en klimatanläggning som är rätt dimensionerad. Förutsättningen är att ett noggrant projekteringsarbete utförs, där de ljudtekniska beräkningarna ingår som en viktig del. Utöver fläktar och luftbehandlingsaggregat är det spjäll och don som är de största ljudkällorna i ett luftbehandlingssystem. Fläktarnas ljud kan tex spridas till lokalerna via byggnadsstommen eller genom själva kanalsystemet, något som gör att ljuddämpande åtgärder krävs. I tilluftssystemet och även i frånluftssystemet måste ofta ljuddämpare placeras vid fläktar och luftspjäll. För ett don gäller att behovet av ljudreduktion bara kan tillgodoses genom ändring av dontyp, storlek etc. Där Lp = Ljudtrycksnivå db p = Ljudtrycket Pa p 0 = Referensvärde Pa För att skapa tryckvariationer i luften behöver vi en energikälla. Ljudtryck förorsakas då av en eller flera ljudkällor som avger ljudeffekt. Ljudeffekt jämförs också med en referensnivå: Wo = 10 12 (Watt) Ljudeffektsnivån definieras som Lw = 10 log ( W ) = 10log ( W ) W 0 10-12 Där Lw = Ljudeffektsnivå db W = Ljudeffekt W W 0 = Referensvärde W Ljud Ljud är tryckvariationer i luften (eller andra medium) vilka får trumhinnan i örat att vibrera. Effektivvärdet (RMS) på dessa tryckvariationer betecknar det effektiva ljudtrycket p (Pa). Trycket p jämförs med ett referensvärde p 0 = 2 x 10 5 Pa, vilket anses vara den lägst hörbara ljudnivån; tröskeln för hörbara ljud. Med ljudeffekt kan vi beskriva den totala ljudenergin som en maskin avger oavsett omgivning. Ljudtryck beskriver bara ljudet i en punkt. När en maskin vibrerar kommer ljud stråla ut från dess hölje. Tryckvågorna vidarebefordras från den vibrerande ytan till örat, precis som ringar på vattnet i en damm. När vågorna utbreder sig genom luften, minskar gradvis friktionseffekterna dem så att ju längre bort vi står från en ljudkälla, desto svagare låter det. Fläkt Woods 53

Ljudtrycksnivån beror på ljudeffektsnivån som alstras av ljudkällan, omgivningens egenskaper t. ex. absorpt och avståndet från ljudkällan. Beroende på detta redovisas ljuddata i produktkatalogen som Ljudeffekt så att den resulterande Ljudtrycksnivån kan beräknas. en del passerar genom till den andra sidan och resten reflekteras av ytan. Se figur nedan. Hur man adderar till ljudnivåer: Eftersom ljudnivåer är logaritmiska värden, kan de inte adderas linjärt. Om vi har två ljudkällor var och en vid 50 db blir summan inte 100 db. Ljudnivåer adderas logaritmiskt. Lp = 10 log (10 ( Lp 1 ) + 10 ( Lp 2 ) 10 10 ) Summan av två ljudkällor var och en vid 50 db är alltså 10 x log (100 000 + 100 000) = 53 db. Detta betyder att när två likadana ljudkällor adderas blir den totala ljudnivån 3 db högre. När man lägger ihop två olika nivåer blir ökningen mindre än 3 db. När skillnaden mellan nivåerna är mer än omkring 12 db är ökningen försumbar. Med en skillnad på 2 db är ökningen omkring 2 db och vid en skillnad på 6 db är ökningen 1 db. Följande diagram kan användas när man adderar ljudnivåer: Ljudvågor som möter en yta Skillnaden mellan den infallande ljudeffektsnivån och överförd ljudeffektsnivå kallas dämpning. Dämpning subtraheras från ljudnivån linjärt. Frekvens Antalet vågor som slår emot din trumhinna per sekund kallas frekvens, f (Hz) och avståndet mellan våg- toppar kallas våglängd, λ (m). λ Ökning som skall adderas till den högre nivån, db 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Skillnaden mellan de två ljudnivåerna som skall adderas till Lägre frekvens Lägre våglängd Hög och låg frekvens Hastigheten, c, med vilken ljud utbreder sig beror på mediet genom vilket det utbreder sig. Genom luft är ljudets hastighet omkring 340 m/s, och relationen mellan våglängd (λ) och frekvens (f) anges som: c = f λ Högre frekvens Kortare våglängd Diagram för den logaritmiska additionen av skillnaden mellan de två ljudnivåerna som skall läggas till Där c = Hastigheten m/s f = Frekvens Hz λ = Våglängd m När ljudvågor möter en annan yta händer tre saker: en del av energin från vågen absorberas av materialet, 54

Ett musikinstrument kan producera flera rena toner vilka är ljudproducerade vid en frekvens. Maskiner producerar vanligen ljud på ett brett spektrum av frekvenser, ibland med toppar vid vissa frekvenser. För människor ligger hörbart ljud mellan 20 och 20 000 Hz. Vi hör bäst på frekvenser mellan 100 och 5000 Hz. Av praktiska skäl presenteras ljuddata i kataloger som ett totalt värde för var och en av de åtta oktavbanden: Band 1 2 3 4 5 6 7 8 Centerfrekvens, Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Frekvensområde, Hz 44 88 177 354 707 1410 2830 5660 88 177 354 707 1410 2830 5660 11300 Band 1 2 3 4 5 6 7 8 Centerfrekvens, Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 db(a) filter 26 16 9 3 0 1 1 1 Vid höga nivåer, t.ex. på en bullrig arbetsplats visar A-vägning på vår känslighet för hörselskador. Respektive lands myndigheter har föreskrivit tillåtna bullernivåer. Vad alstrar ljud i ett luftbehandlingsaggregat? Standardfilter Ofta skulle vi vilja jämföra ljudnivåer genom att använda en enda siffra. Detta kan göras genom att logaritmiskt addera ljudnivåerna i varje frekvensband för att ge en enda siffra. Denna metod används ofta för att presentera ljudnivån i fläktdiagram. Det mänskliga örat hör emellertid inte lika på alla frekvenser. Vi kan höra de högre frekvenserna mycket bättre än de lägre. För att vi skall kunna ge en indikation på ljudtrycksnivå samtidigt som man tar hänsyn till hur våra öron fungerar, har en del standardfilter uppfunnits, exempelvis db(a). A-filtret simulerar örat bra upp till omkring 55 db, men används vanligen till alla ändamål, (fläktar finner man ofta i ordningen av 80 till 100 db). db(a) filtervärdena adderas från ljudtrycksnivån i respektive band. Det totala db(a) värdet får man genom att logaritmetiskt addera de resulterande A-vägda ljudnivåerna. Vid låga nivåer, t.ex. i ett bostadshus, beskriver A-vägning hur känsligt vårt öra är för ljudnivå vid olika frekvensband. Tabellen visar A-vägningen vid de olika oktavbanden. Huvudkomponenten i ett luftbehandlingsaggregat som genererar ljud är, naturligtvis, fläkten. Fläktar, som andra maskiner producerar ett brett band av ljud, vars nivå är beroende på luftflödeshastigheten och trycket som fläkten utvecklar. Ljudet som genereras av en fläkt är vanligen en funktion av luftflödeshastigheten och trycket som genereras, men där finns andra faktorer som påverkar både nivån och egenskaperna på det genererade egentliga ljudet. Våra data från katalogen baseras på uppmätt data som vi fått genom genomförda test i vår fläkttestkammare. Ljuddata presenteras i fläktdiagrammen i katalogen i form av Total Ljudeffektsnivå; Lwt. Andra komponenter i luftbehandlingssystemet dämpar vanligen ljud, men kan också ge upphov till lite eget ljud. Det är viktigt att isolera kanalerna ordentligt eftersom ljudet inuti kanaler kan passera genom kanalväggen till luftbehandlingsaggregatrummet. Ljudtrycksnivån i luftbehandlingsaggregatrummet beror på dess form, storlek och på hur mycket ljudabsorberande material som finns i rummet. Andra maskiner i rummet kommer, naturligtvis, också att påverka den totala ljudnivån. Fläkt Woods 55

Relationen mellan ljudeffekt och ljudtryck I praktiken är utomhusljudnivåer påverkade av omgivande byggnader och vindförhållanden. Ljudtryck kan uppskattas från ljudeffektsnivån genom följande förhållanden. Ljudtrycksnivå i en kanal: Lp = Lw 10 log A Där Lp = Ljudtrycksnivån db Lw = Ljudeffektsnivån db Α = Kanalens tvärsnittsarea m 2 Om kanalen är mindre än 1 m 2 i omkrets blir värdet av ljudtrycksnivån högre än ljudeffektsnivån. För kanaler större än 1 m 2 är det motsatta sant. Inomhus Inomhus utstrålas ljudet beroende på hur källan är placerad i förhållande till väggar, golv och tak. Dessutom absorberas (sugs upp) energi av ytorna i rummet. Mjuka ytor tenderar att absorbera mer energi än hårda ytor. En ytas förmåga att absorbera energi ges av ljudabsorptionkoefficienten, α. α är ett värde som sträcker sig mellan 0 och 1 och som normalt är frekvensberoende. För att beskriva ljudabsorptionen i ett rum multipliceras ytornas områden av olika material i rummet med deras korrelationstal och sen summeras de. Utomhus Ljud strålar ut från en källa i tre dimensioner. Om det inte finns några väggar eller tak som reflekterar ljudet då kan vi anse dess fortplantning vara halvsfäriskt. A = A 1 α 1 + A 2. α 2 + A 3 α 3 + + A n α n Där A = Ekvivalent ljudabsorptionsområde m 2 A1-n = Område för de individuella ytorna i rummet α = Ljudabsorptionkoefficient Radien r från ljudkällan r Aggregatrummen är normalt ganska hårda med tanke på ljud. Väggar, golv och tak är normalt inte täckta med några mjuka material. Kanalerna borde emellertid vara isolerade och detta kan ge lite absorption i rummet. En annan definition på rumsabsorption ges av rummets efterklangstid. Efterklangstiden är tiden det tar för ljudnivån i rummet att falla med 60 db när en ljudkälla plötsligt slås av. Ljudtrycksnivån vid radien r från ljudkällan anges som: Lp = Lw 10 log 2πr 2 T = 0.16 V A Där Lp = Ljudtrycksnivån db Lw = Ljudeffektsnivån db r = Radien m Där T = Efterklangstid s V = Rumsvolymen m 3 A = Ekvivalent ljudabsorptionsområde m 2 56

Formeln gäller rum med låg absorption (α under 0.2) vilket är normalt i praktiken. Aggregatrum borde normalt ha ett mycket lågt α värde och 0,05 till 0,1 är typiskt. Detta betyder att ljudtrycksnivån i luftbehandlingsaggregatrum kommer att bli mer eller mindre densamma som summan av ljudstyrkenivåerna för varierande maskiner i rummet. Ljudnivå i utnyttjade utrymmen Luftbehandlingsaggregat levererar luft till alla sorters rum. Från stora industriella anläggningshallar till sovrum på hotell. En del rum är mycket hårda medan andra är mjuka. Tabeller finns som ger siffror på ljudabsorption i genomsnitt för olika typer av rum. Notera att ljudet kan passera till rummet genom att passera genom kanalen, men också genom väggar, golv och tak likaväl som genom luften. Man måste medräkna alla ljudvägar när man beräknar hela ljudtrycksnivån. Hur man väljer ett tyst luftbehandlingsaggregat: Det finns ett flertal faktorer som påverkar ljudnivåerna från ett luftbehandlingsaggregat. Några punkter att tänka på: 1. Välj luftbehandlingsaggregat med en låg lufthastighet. 2. Välj en stor fläkt för låg ljudnivå. 3. Använd kraftigare isolering på höljet. Överdriv inte! Kom ihåg att ljudet kan passera in i kanalen från luftbehandlingsaggregatrummet och förstöra prestandan. Kanalböjar och andra kanaldetaljer kan också generera ljud, så det kan vara bättre att installera den slutliga ljuddämparen närmare lokalen i en del fall. Kom också ihåg att till och med ljuddämpare genererar ljud och det finns en lägsta nivå som vi kan dämpa ned till, genom att använda konventionella ljuddämpare. Fläkt Woods 57

Sammanfattning En jämn och behaglig ljudnivå är tillsammans med temperatur och lufthastighet de viktigaste kraven på ett bra inomhusklimat. Ljud är tryckvariationer i luften (eller andra medium) vilka får trumhinnan i örat att vibrera. Effektivvärdet (RMS) på dessa tryckvariationer betecknar det effektiva ljudtrycket p (Pa). Det effektiva ljudtrycket tillsammans med ett referenstryckvärde, den lägst hörbara ljudnivån, används för att beräkna ljudtrycksnivån. Ljudtrycksnivå beskriver endast ljudet i en punkt. För att beskriva den totala ljudenergi en maskin avger använder vi begreppet ljudeffekt. Ljudnivåer är logaritmiska värden och måste därför adderas logaritmiskt. Antalet vågor som slår emot din trumhinna per sekund kallas frekvens, f (Hz) och avståndet mellan våg- toppar kallas våglängd, λ (m). Hastigheten, c, med vilken ljud utbreder sig beror på mediet genom vilket det utbreder sig. Hastigheten kan beräknas utifrån våglängd (λ) och frekvens (f). Ofta skulle vi vilja jämföra ljudnivåer genom att använda en enda siffra. Detta kan göras genom att logaritmiskt addera ljudnivåerna i varje frekvensband för att ge en enda siffra. För att vi skall kunna ge en indikation på ljudtrycksnivå samtidigt som hänsyn tas till hur våra öron fungerar, har en del standardfilter uppfunnits, exempelvis db(a). Ljud strålar ut från en källa i tre dimensioner. Om det inte finns några väggar eller tak som reflekterar ljudet då kan vi anse dess fortplantning vara halvsfäriskt. Inomhus utstrålas ljudet på samma sätt, men en del av dess energi absorberas, sugs upp, av ytorna i rummet. Mjuka ytor tenderar att absorbera mer energi än hårda ytor. En ytas förmåga att absorbera energi ges av ljudabsorption koefficient, α. Det finns ett flertal faktorer som påverkar ljudnivåerna från ett luftbehandlingsaggregat. Några punkter att tänka på: 1. Välj luftbehandlingsaggregat med en låg lufthastighet. 2. Välj en stor fläkt för låg ljudnivå. 3. Använd kraftigare isolering på höljet. 58

0 Luftspjäll

Kapitlet tar upp Reglering av luftflödet Blandning av luftflödet Reglering av förbigångsluftflöde Avstängning Luftspjällets prestanda Blandningsegenskaper Luftläckage Ett luftspjäll är en typ av ventil som används för att reglera flödet i en kanal eller i ett luftbehandlingsaggregat. I luftbehandlingsaggregat är luftspjäll avsedda för: Reglering av luftflödet Blandning av luftflöden Reglering av förbigångsluftflöde Avstängning Luftspjällmanövrering Reglering av luftflöde När bladen på luftspjället roteras från den horisontella positionen till den vertikala, ökar tryckfallet över luftspjällen gradvis. Denna ökning i tryckfall kommer förorsaka att flödet minskar. Blandning av luftflöde Där man tillåter returluftblandning används tre luftspjäll för att reglera returluftflödet, det friska luftflödet och avluftflödet. Blandningen regleras så att minimikravet på frisk luft uppnås, medan behovet minimeras för ytterligare värmning eller kylning. Blandning Fläkt Woods 61

Låg blandningsverkningsgrad Hög blandningsverkningsgrad Blandningsegenskaper När man överväger blandningsegenskaperna behöver man bara överväga fallet med två luftspjäll i luftbehandlingsaggregatets tilluftsdel. De två luftspjällen installeras i en blandningslåda så att det ena luftspjället används till att reglera uteluftsflödet, medan det andra reglerar returluftsflödet. De två luftströmmarna möter varandra inuti blandningslådan. Helst skulle vi vilja att de två luftströmmarna blandades helt med varandra, så att luften som lämnar blandningslådan har en jämn temperatur över luftbehandlingsaggregatets hela tvärsnitt. Blandningsdelens förmåga att blanda varm och kall luft uttrycks som blandningsverkningsgrad och har definierats i form av en CEN-standard. Man har funnit ut att där blandningsdelar har luftspjäll placerade vid räta vinklar mot varandra är vanligen blandningsverkningsgraden hög, medan de som har luftspjäll placerade på samma vägg bredvid varandra tenderar att ge lägre verkningsgrader. Där blandningsverkningsgraden är låg ser vi att luftströmmen efter blandningslådan är skiktad, så att luften är kallare vid botten av funktionsdelen. Detta kan ge problem med komponenter som är placerade nedströms, sådana som batterier och luftfilter. I extrema fall kan den kalla luften få ett batteri att frysa sönder. Temperaturgivare som placeras efter blandningsdelen i avsikt att reglera, kan ge en felaktig temperatursignal. 62

Reglering av förbigångsluftflöde Luftspjäll kan också användas för att reglera förbigångs flödet i vissa funktioner i luftbehandlingsaggregatet som t.ex. plattvärmeväxlaren. I detta fall tillåts en del av luften att passera förbi plattvärmeväxlaren för att reglera värmemängden som återvinns och därmed tilluftens temperatur. Förbigångsfunktionen används också för avfrostning. För roterande värmeväxlare kan ett spjäll användas för att skapa undertryck innan rotorn på frånluftssidan. Detta för att förhindra att luft smiter ut från tilluften. Förbigång används ibland för värme- och kylbatteri som regleringsmetod. Luftbehandlingsaggregatets funktionsdel delas in i två delar; den ena består av batteriet och den andra av luftspjället. Batteriet kan också vara utrustat med ett frontspjäll, för att tillåta full reglering av luftströmmarna. När det gäller värmebatterier tillåter denna metod reglering av tilluftstemperaturen, utan något behov av att minska vattenflödets hastighet. Detta är ett sätt att undvika frostbildning i batteriet i kalla klimat. När det gäller kylbatterier kan förbigångsspjället användas, i viss utsträckning, för att reglera tillluftens tillstånd genom att blanda temperatur och fuktighet. Det finns dock en risk att kondens bildas på ytorna i aggregatet efter kylbatteriet. Avstängning Det finns ett antal olika sorters avstängningsspjäll. Vart och ett avsett för en speciell uppgift. Enkla regleringsspjäll såsom luftspjäll med motgående spjällblad används till att stänga av kanalsystemet när fläkten inte går. Mer komplicerade luftspjäll finns på marknaden för brand- och röksektionering. Dessa luftspjäll hålls normalt fullt öppna, men vid upptäckt av rök eller höga temperaturer, stängs de snabbt för att förhindra spridning av brand och rök. (Läs mer i Fläkt Woods brandskyddshandbok). En annan typ av avstängningsspjäll är backspjäll. Denna typ används ofta på frånluftsfläktens utloppssida för att förhindra vind från att blåsa in luft i fel riktning genom kanalen och fläkten, när fläktarna inte går. Öppet spjäll, bakom spjället syns filtret Stängt spjäll Fläkt Woods 63

Spjällblad Luftspjäll kan tillverkas med antingen motgående eller parallellt roterande blad. De två olika utförandena har olika regleringsegenskaper. Luftspjällets regleringskaraktäristik är också en funktion av tryckfallet i hela systemet. Om tryckfallet i hela systemet är högt, behövs ett högt tryckfall över luftspjället, om luftflödet skall kunna påverkas genom att spjälläget justeras. Normalt kommer tryckfallet i systemet att vara avsevärt högre än spjällets tryckfall i öppet läge. Diagrammen visar exempel på hur luftflödet varierar med luftspjällets bladläge för olika värden av α där α är förhållandet mellan tryckfallet över hela systemet och tryckfallet över luftspjället i fullt öppet läge. Den ideala karaktäristiken är den som ger en linjär relation mellan luftspjällets position och luftflödet. Diagrammen visar att luftspjällen med motgående spjällblad ger en mer linjär karaktäristik vid högre värden av α vilket är önskvärt i ett luftbehandlingssystem. Av den orsaken används luftspjäll med motgående spjällblad vanligen i luftbehandlingsaggregat. Luftflöde Air flow % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 200 100 20 50 5 10 3 2 α = 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % of av fully fullt opened öppet spjäll 90 Parallella spjällblad 80 70 60 50 200 100 50 20 10 5 3 α = 1 Luftflöde Air flow % 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % of av fully fullt opened öppet spjäll Motgående spjällblad 64

Luftläckage vid stängt luftspjäll Luftläckaget över ett luftspjäll i stängt läge är en viktig egenskap och definieras av en CEN-standard. Ett luftspjälls täthet i stängt läge beror på spjällbladens styvhet, kvaliteten hos spjällbladkantstätningarna och tätningen mellan bladets ända och luftspjällets ram. Täthetsklasser för spjäll monterade i luftbehandlingsaggregat Luftläckage i luftspjällets hölje Luftläckage genom luftspjällets hölje definieras också av en CEN-standard. Erforderligt vridmoment För att kunna välja passande spjällställdon måste man veta det erforderliga vridmomentet för att kunna vrida bladen. VVS AMA 98 4 3 2 1 CEN-klasser 4 3 2 1 Tryck Ett spjäll är konstruerat för en viss tryckdifferns som inte får överskridas. Det är därför viktigt att kontrollera spjälleverantörens tekniska data. Fläkt Woods 65

Sammanfattning Ett luftspjäll är en typ av ventil som används för att reglera, blanda och stänga av luftflödet. I luftbehandlingsaggregat är luftspjäll avsedda för: Reglering av luftflödet Blandning av luftflöden Reglering av förbigångsflöde Avstängning Spjällblad Luftspjäll kan tillverkas med antingen mot gående eller parallellt roterande blad. De två olika utföranden har olika regleringsegenskaper. Luftspjällets regleringskaraktäristik är en funktion av tryckfallet i hela systemet. Luftspjäll med motgående spjällblad används vanligen i luftbehandlingsaggregat pga att dessa spjäll har en karaktäristik som passar luftbehandlingssystem bra. Blandningsegenskaper Där blandningsdelar har luftspjäll placerade vid räta vinklar mot varandra är vanligen blandningsverkningsgraden hög, medan de som har luftspjäll placerade på samma vägg bredvid varandra tenderar att ge lägre verkningsgrader. Där blandningsverkningsgraden är låg ser vi att luftströmmen efter blandningslådan är skiktad, så att luften är kallare vid botten av funktionsdelen. Täthet och läckage Ett luftspjälls täthet i stängt läge beror på spjällbladens styvhet, kvaliteten hos spjällbladkantstätningarna och tätningen mellan bladets ända och luftspjällets ram. Luftläckage definieras genom en CEN standard. För att kunna välja passande spjällställdon måste man veta det erforderliga vridmomentet för att kunna vrida bladen. Fläkt Woods 66

1 Luftfilter

Kapitlet tar upp Luftfiltrets uppgift Luftens föroreningar Hur fungerar ett partikelfilter? Testning och klassificering av partikelfilter Tryckfall över partikelfilter Kolfilter Filter i luftbehandlingsaggregat Installation De luftburna föroreningar som alstras av människor, material och processer i en byggnad måste föras bort genom ventilation. Då är det viktigt att den uteluft som ersätter den bortförda luften är så ren som möjligt. För att rena luft används luftfilter. I de flesta luftbehandlingssystem är ett filter placerat strax efter inloppet i luftbehandlingsaggregatet och renar inkommande uteluft. På liknande sätt renas ofta frånluften, det vill säga den luft som kommer från lokalen. Filtret skyddar luftbehandlingsaggregat och tillufts-kanaler från smuts, minskar rengöringsbehov och luftens kvalitet i lokalerna, vid ett givet luftutbyte, förbättras. För ventilation av operationssalar och känsliga tillverkningsprocesser kan reningen behöva drivas mycket långt. Då används högeffektiva HEPA- filter (high efficiency particulate air filter). Vid t ex flygplatser, i museer och vid avluft från kök renas luften från gaser med kolfilter. Luftbehandlingssystemets uppgift är att skapa en god luftkvalitet i lokalerna. Vi andas varje dag in 20 30 m 3 luft varav huvuddelen (ca 80 %) inomhus. Undersökningar har visat att luften inomhus är sådan att många människor blir sjuka. Vilken kravnivå man har beror på hur lokalen används. Medan kontorslokaler kräver en viss nivå och därmed en viss filterlösning så kräver till exempel operationssalar och renrum helt andra filterlösningar. Luftens föroreningar Luften i vår omgivning innehåller en mängd föroreningar. Många har ett naturligt ursprung som virus, pollen, sporer från växter etc. Andra kommer från mänskliga aktiviteter t ex förbränning, trafik och industri. De senare är generellt de skadligaste på grund av att de innehåller större halt gift och att de är mera respirabla. Föroreningar som består av partiklar, eller är bundna i partiklar, tas bort med partikelfilter medan de föroreningar som är i gasform avskiljs med kolfilter. Luftens föroreningar finns i mycket varierande storlek, se figur på nästa sida. De finns som molekyler, virus som är mindre än 0.01 μm, och pollen och damm som kan vara upp till 100 μm. Partiklar större än 10 μm faller relativt snabbt mot marken. Koncentrationen av dessa är därför störst nära mark. Uppskattningsvis är endast 0.1 % av atmosfärens partiklar nära mark större än 1 μm, men den andelen innehåller ca 70 % av stoftets totala massa. Föroreningarnas variation i storlek ställer olika krav på luftfiltret. För att ta bort de större föroreningarna räcker det med enklare filter med relativt grova fibrer så kallade grovfilter. För att avskilja mindre partiklar krävs finfilter eller högeffektiva HEPA- filter med finmaskiga nät av tunna fibrer. Fläkt Woods 69

(= 1 mm) 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 Oljig rök Flygaska Tobaksrök Aska Metallurgiskt damm Gasmolekyler Kol, svart Partikel skadlig för lungorna Flytande atmosfäriska föroreningar Pigment Cementdamm Pollen Fallande damm Virus Bakterier Hår Sporer från växter Tungt industriell Kolfilter Finfilter Förfilter Absolutfilter Electrofilter 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 Partikelstorlekar Hur fungerar ett partikelfilter? Ett partikelfilter består i huvudsak av ett eller flera skikt med tunna fibrer av mikroglas eller syntetiskt material (plast), veckat eller sytt till påsar och sammanhållet av en ram av stål, plast eller trä. Fibrernas diameter är av storleksordningen 1 10 μm. Mikroglasfilter har tunnare fibrer än de syntetiska filtren. Det finns även enkla filter uppbyggda av aluminiumväv. Dessa filter är tvättbara. Då luften passerar genom filtret kommer en viss andel av luftens partiklar att fastna på eller mellan filtrets fibrer. Ju fler och tunnare fibrer filtret har desto större andel av partiklarna kommer att avskiljas. 70

Tryckfallet över filtret ökar då stoft ansamlas. Även avskiljningsförmågan ökar. Tryckfallsökningen sänker anläggningens luftflöde eller, i de fall man kompenserar luftflödet, ökar fläktens energiåtgång. För att minska tryckfallet över filtret och öka livslängden byggs filtret upp av ett antal påsar. Avskiljningen i ett partikelfilter sker generellt genom fyra olika mekaniska effekter och en elektrostatisk. De mekaniska effekterna är: Silverkan, Uppfångningseffekt, Tröghetseffekt och Diffusionseffekt. Den elektrostatiska effekten förekommer i samband med vissa syntetiska filter. Effekten finns samtidigt som de mekaniska men avtar relativt snabbt. Kvar finns då bara de mekaniska effekterna. Den totala avskiljningsgraden är den sammanlagda effekten av de olika avskiljningssätten. I diagram nedan visas hur de fyra mekaniska effekterna samverkar till att ge en total avskiljningsgrad för ett mikroglasfilter av klass F7. Man ser att avskiljningsgraden varierar med partikelstorleken och har ett minimum för partiklar med diametern ca 0.25 μm. Ett sådant minimum är typiskt för alla partikelfilter och partikelstorleken där benämns MPPS (most penetrating particle size). Penetrationen i ett filter är lika med 100 - avskiljningsgraden i %. Diffusion är den helt dominerande effekten för små partiklar. För att filtret skall ha en hög avskiljningsgrad för små partiklar krävs det att filtret har många tunna fibrer. Silverkan Uppfångningeffekt Tröghetseffekt Diffusionseffekt 100 Diffusionseffekt Uppfångningseffekt Tröghetseffekt Silverkan 80 Total avskiljningsgrad Avskiljningsgrad % 60 40 20 0 0.01 0.02 0.04 0.06 0.1 0.2 0.4 0.6 1 2 4 6 8 10 Partikeldiameter m Avskiljningsgrad för F7 filter Fläkt Woods 71

Testning och klassificering av partikelfilter Ett partikelfilter avsett för en ventilationsanläggning testas och klassificeras enligt den svenska standarden SS- EN 779: 2002. Avskiljningsgraden, som anges i procent, testas för en aerosol av storleken 0.4 μm. Test sker i ett antal steg med tillsatser av ett syntetiskt stoft upp till sluttryckfallet och medelvärdet av avskiljningsgraden, E m beräknas. Om E m är mindre än 40 % är filtret ett grov-filter (G) och det klassas då efter sin förmåga att av-skilja det syntetiska stoftet, A m. Om E m är lika med eller större än 40 % är filtret ett finfilter (F) och klassas utifrån ett medelvärde på förmågan att avskilja 0.4 μm partiklar då man i steg tillför filtret syntetiskt stoft upp till sluttryckfallet 450 Pa. För att klargöra hur mycket filtrets avskiljningsförmåga beror av sin (eventuella) elektrostatiska laddning anger EN 779 i ett appendix hur filtrets laddning skall elimineras. Efter neutralisering skall filtret testas och resultatet skall anges i testprotokollet. Ett filter för mycket hög avskiljningsgrad till exempel ett HEPA- eller ULPA-filter klassificeras enlighet SS - EN 1822. Klassificeringen baseras på avskiljningsgraden för den partikelstorlek som ger den minsta avskiljningsgraden det vill säga vid MPPS. Varje filter av HEPA klass H 13 och H 14 testas individuellt i samband med tillverkningen. Klassificering av luftfilter enligt EN779 Filter kan även klassificeras enligt nedan: Klass Sluttryckfall Pa Förmåga att avskilja det syntetiska stoftet, A m G 1 250 50 A m <65 - G 2 250 65 A m <80 - Medelvärdet av avskiljningsgraden, E m EUROVENT 4/5 ASHRAE G 3 250 80 A m <90 - EU3 G85 G 4 250 90 A m - EU3 G90 F 5 450-40 E m <60 EU5 F45 F 6 450-60 E m <80 EU6 F65 F 7 450-80 E m <90 EU7 F85 F 8 450-90 E m <95 EU8 F95 F 9 450-95 E m 72

Tryckfall över partikelfilter Ett partikelfilter i drift ansamlar stoft och bygger kontinuerligt upp ett allt större tryckfall. Om filterytan är stor sker uppbyggnaden långsammare än om filtret har en liten yta. Leverantören av ventilationsutrustningen anger ett lämpligt sluttryckfall för filtret liksom ett dimensionerande tryckfall. Det senare ligger normalt mitt emellan begynnelsetryckfallet (rent filter) och sluttryckfallet och är det tryckfall som används vid dimensionering av fläkten. I ett ventilationssystem där fläkten går med ett konstant varvtal kommer flödet att vara något högre då filtret är rent än då det har nått sitt sluttryckfall. Skillnaden beror på fläktens karakteristik samt hur stort tryckfallet är över filtret sett i relation till det totala tryckfallet. Om fläkten styrs mot ett konstant luftflöde kommer fläkteffekten att öka då filtret blir smutsigt. Diagrammet nedan visar typiska tryckfall över rena filter som funktion av luftflödet genom en filterkassett 600x 600mm. Tabellen anger rekommenderade tryckökningar för olika filterklasser till dimensionerande och sluttryckfall. Rekommenderad tryckökning för rent filter, Pa G 2 G 3 - G 4 F 5 F 6 - F 9 Till dim. tryckfall 35 35 50 50 Till sluttryckfall 70 70 100 100 300 Tryckfall över rena filter, Pa 250 200 F 8-F 9 F 7 F 6 G 3, 100 F 5 G 3, kort 80 Tryckfall över rena filter, Pa 60 40 30 G 2 G 3, lång 20 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4m 3 /s Luftflöde genom en filterkassett 600x600 Fläkt Woods 73

Kolfilter (Sorptionsfilter) För att avlägsna odörer och andra oönskade föreningar i gasform krävs gasfilter. De är vanligtvis kolbaserade. Luften passerar genom en bädd av aktiverat kol. Det är ett mikroporöst material med en aktiv area upp till 1500 m 2 per gram. Det aktiverade kolet har ett tätt nätverk av porer och sprickor där framförallt stora molekyler som t ex odörer binds genom adsorption. Genom impregnering med en kemisk substans kan ett kolfilter anpassas till att avskilja en eller flera specifika gaser som t ex svavelväte, svaveldioxid och ammoniak. Kolfilter har nästan 100 % avskiljningsgrad fram till den punkt då kolet börjar bli mättat. Då sjunker avskiljningsgraden mycket snabbt. Kolfilter som blivit mättat genom adsorption kan reaktiveras genom upphettning. En viktig parameter för att få en bra avskiljning är luftens kontakttid med kolet. Ju lägre koncentration man vill ta bort desto längre kontakttid behövs. Det finns idag ingen europeisk standard för testning och klassning av kolfilter. Det finns en Nordtest standard. Filter i luftbehandlingsaggregat Filterkassetter förekommer i en mängd dimensioner. Vanligast är de så kallade hel- och halvkassetterna 600x600 och 600x300 mm. Filter skall bytas senast vid sluttryckfallet. Om luften är förhållandevis ren kan det ta lång tid innan detta sker. Av hygieniska skäl rekommenderas därför att åtminstone göra ett filterbyte varje år t ex efter hösten då säsongen för pollen och andra mikrobiologiska föroreningar är avslutad. Då har man ett förhållandevis rent filter under lång tid. Förfilter Förfilter används i luftbehandlingsaggregat för att man skall öka livslängden för de dyrare finfiltren och de placeras före dessa. Som förfilter används ofta grovfilter av klass G3 G4. Trots att de är enkla filter och endast tar de större föroreningarna så avskiljs huvuddelen av stoftmängden i förfiltren. 74

Finfilter Finfilter är uppbyggda med tunnare fibrer än grovfilter och har förmågan att avskilja ända ned till submikrona partiklar. De mindre partiklarna är generellt sett skadligare för hälsan än de större. Finfilter finns som påsfilter och kompaktfilter. Påsfilter har en stor filteryta vilket är gynnsamt för både tryckfall och avskiljningsgrad. Kompaktfiltret är ett alternativ då utrymmet för filtret är begränsat. Det är ett tätt veckat filter monterat i en ram. Kompaktfiltrets täta veckning i kombination med det fina filtermaterialet ger, trots den korta bygglängden, en relativt stor filteryta och ett godtagbart tryckfall. Partikelfilter av klass F5 F7 ger i de flesta fall ett bra skydd mot försmutsning av luftbehandlingsaggregat, tilluftskanaler och lokaler. I stadsmiljöer då uteluften är starkt förorenad av fordonstrafik rekommenderas på tilluftsidan finfilter av mikroglas i klass F8 eller F9. Påsfilter Kompakt filter Då sådana filter används är det ekonomiskt motiverat att skydda dessa med förfilter, t ex av klass G3. Normalt skall långa filter väljas eftersom de ger den bästa totalekonomin. Korta filter väljs endast på grund av utrymmesbrist. Högeffektiva HEPA filter Högeffektiva HEPA - filter används då det krävs extremt ren luft. Dessa filter består av ett tunt och mycket tätt och djupt veckat filterpapper med fiberdiameter ca 1 μm mycket tätt infogat i en ram av trä eller metall. Den genomströmmade arean kan vara mer än 70 gånger större än frontarean vilket gör att lufthastigheten genom materialet blir låg. Detta är gynnsamt för tryckfall och avskiljningsgrad. Filtren har ändå, jämfört med finfilter, relativt stora tryckfall men i en väl utförd installation med förfiltrering ökar tryckfallet endast marginellt med tiden. På grund av att dessa filter är så exklusiva skall de skyddas av förfilter och finfilter av hög klass för att kunna brukas under flera år. HEPA filter med plåtram klarar 100 % luftfuktighet men får inte bli våta. Maximal temperatur är 70 C. Fläkt Woods 75

Kolfilter Kolfilter och kemiska filter tar bort matos från gatukök, reducerar ångor från flygbränsle vid flygplatser och tar bort korrosiva och andra skadliga ämnen ur luften vid arkiv och museer etc. Ett kolfilters livslängd är svår att förutse. Den beror på luftflöde, föroreningens koncentration, vilken oftast är dåligt känd, samt hur mycket kol som finns i filterbädden. Det kan också vara svårt att avgöra när ett kolfilter har tjänat ut. Efter en tid kan filtret fungera så att det främst avskiljer pikar i koncentrationen medan låga koncentrationer, som tidigare avskiljts, passerar filtret. Kolfilter med impregnering (kemiska filter) kan skräddarsys för rening där traditionella kolfilter är verkningslösa. Installation Det är önskvärt att ett filter har en jämn luftfördelning över inloppet. Man bör undvika tvära krökar före filtren. Man bör också utforma uteluftsgaller och intagskanal så att man minskar risken för att filtren skall bli våta. I kustnära trakter kan filtret ändå bli vått på grund av långvarig dimma som förs in i luftintaget. I sådana fall bör ett rostfritt tråg placeras under filtren för att förhindra att aggregatets botten korroderar. Anläggningar med värmeåtervinnare bör skyddas med filter även på frånluftsidan. För att ge högeffektiva HEPA - filter och kolfilter maximal livslängd skall de skyddas av mikroglasfilter av lägst klass F8. Högeffektiva filter måste installeras på tilluftsfläktens trycksida eller i förekommande fall på frånluftfläktens sugsida. Där extremt giftiga eller potenta substanser kan förväntas i avluften skall luftfiltren installeras i så kallade säkra omvandlingsskåp och inte i luftbehandlingsaggregat. Installationen av luftfiltret måste ges ordentligt utrymme och möjlighet måste finnas till filterbyte på uppströmssidan och mätning på nedströmssidan. Det är viktigt att filter byggs in i aggregatet på ett sådant sätt att by-pass läckaget blir litet. Särskilt viktigt är detta för filter med stor avskiljningsförmåga. CEN anger en gräns där by-pass läckaget för F och G filter får uppgå till högst 10 % av penetrationen. Då är inläckaget mellan filter och fläkt inräknat. Filter av klass F8 och F9 bör därför installeras på fläktens trycksida så att ingen luft kan läcka in i aggregatet efter filtret. För högeffektiva filter med avskiljningsgrader som kan vara av storleksordningen 99.99 % krävs att bypass läckaget är extremt litet. Filter för allmänventilation bör av hygieniska skäl bytas åtminstone en gång per år. Lämplig tidpunkt är hösten efter växtsäsongen. 76

Sammanfattning Med luftfilter renar man luften från föroreningar. Det finns partikelfilter för rening av partikulära föroreningar och kolfilter för gasformiga föroreningar. Vanliga föroreningar är dammpartiklar, mikroorganismer och restprodukter från trafik, förbränning och industri. Det aktiva materialet i ett partikelfilter är ett skikt av tunna fibrer av mikroglas eller syntetiskt material (plast). Kolfilter består av aktiverat kol ibland med tillsats av kemikalier. Partikelfilter delas in i olika grupper: Grovfilter, finfilter och högeffektiva HEPA- filter. Testförfarande och klassning inom varje grupp beskrivs i standarden SS- EN 779 för grov- och finfilter och i standarden SS- EN 1822 för de högeffektiva filtren. Det finns idag ingen europastandard för testning och klassning av kolfilter. Avskiljningen i partikelfilter sker genom fyra fysikaliska mekanismer och för vissa filter även en elektrostatisk. De fyra fysikaliska mekanismerna är: Silverkan, Uppfångningseffekt, Tröghetseffekt och Diffusionseffekt. Silverkan och tröghetskrafter dominerar för större partiklar medan diffusionseffekten är helt dominerande för de submikrona partiklarna. Den elektrostatiska avskiljningseffekten finns bara i samband med syntetiska filter. För allmänventilation räcker det i de flesta fall med tilluftsfilter av klass F7. I känsliga innemiljöer nära stark fordonstrafik rekommenderas minst F8. För att få en lång livslängd skall högeffektiva filter och sorptionsfilter skyddas av finfilter av lägst klass F8. Filtret bör vara av mikroglas. Små, lätta partiklar följer luften runt filterfibrerna. Om de kommer nära nog så attraheras de till fibrerna och sätter sig fast. Fläkt Woods 77

2 Ljuddämpare

Kapitlet tar upp Absorptionsljuddämpning Reaktiv ljuddämpning Hur ljuddämparens bredd och längd påverkar ljuddämpningen Tryckfall Ljudalstring från ljuddämparen Placering Mätning För att undvika att fibrer rycks loss och följer med luftströmmen kan man placera en fiberduk, till exempel Cleantec, på absorbentens yta. Principen för en absorptionsljuddämpare visas i figuren nedan. absorbent Principskiss för absorptionsljuddämpare Att en ljuddämpare ska sänka ljudnivån är det nog ingen som har missat. Hur detta sker och vilka parametrar som bestämmer ljuddämpningen kräver lite mer förståelse. Oavsett om en ljuddämpare sitter i ett aggregat eller i en kanal är den grundläggande funktionen densamma. Till och med komponenter som inte kallas ljuddämpare kan ha en ljuddämpande funktion och följer samma fysikaliska principer som en ljuddämpare. Ljuddämpning Att energi inte försvinner är idag en välkänd sanning. När vi talar om ljuddämpning innebär det att ljudet antingen övergår till värme eller att ljudenergin förflyttas till områden där den gör mindre skada. För att öka absorptionsljuddämpningen ytterligare kan bafflar placeras i mitten av ljuddämparen. Principen för ljuddämpningen i bafflarna är densamma som för det övriga absorbentmaterialet i ljuddämparen. Reaktiv ljuddämpning Reaktiv ljuddämpning innebär att ljudenergi reflekteras eller fås i resonans. Principen för reflektionsljuddämpning visas i figuren nedan. Vid en förändring av kanalarea kommer en del av ljudenergin reflekteras tillbaka och på så sätt minskar ljudnivån efter ljuddämparen. Även en böj eller krök på kanalen liksom ett don in till rummet kommer att skapa reflektion och på så sätt ljuddämpning. Absorptionsljuddämpning Som teknisk term använder man absorption eller resistiv ljuddämpning när ljudenergi övergår till värme. När ljudvågen vandrar genom en absorbent rör sig förutom luftmolekylerna även absorbentens fibrer eller porväggar. Friktionen i fibern för över vibrationsenergi till värme. En öppen fiber- eller porstruktur ger en så hög och i frekvens så bred absorption som möjligt. reflektion transmission Principskiss för reflektionsljuddämpare Fläkt Woods 79

Ett indirekt sätt att dämpa ljudet är att låta det läcka ur systemet. En kanalvägg har en begränsad dämpning och läcker ljud till sin omgivning. Nackdelen med denna typ av ljudeffektfördelning är givetvis att även rummet, som kanalväggen befinner sig i, kan ha ljudkrav ställda på sig. Bredd Längd Att öka längden på ljuddämparen möjliggör dämpning vid lägre frekvenser. Nackdelen är att en lång ljuddämpare introducerar fler resonanser vid de högre frekvenserna. Figuren nedan ger ett förklarande exempel för tre ljuddämpare av olika längd, där ljuddämpning som funktion av frekvens är presenterad i graferna. En bredare ljuddämpare har två fördelar. Beroende på kanaldiameter finns möjlighet till en stor areaskillnad mellan kanal och ljuddämpare. Ju större denna skillnad är desto högre blir reflektionen och också ljuddämpningen. Figuren nedan ger ett förklarande exempel på effekten av denna diameterförändring. Var kurva i grafen visar dämpningen för en ljuddämpare med areaförhållandet mellan ljuddämpare och kanal angett i figur. Till exempel är ljuddämparens area fyra gånger större än kanalarean för m=4. L (db) d L (db) d f (Hz) f (Hz) L (db) d L (db) d m=25 m=16 m= 9 f (Hz) Ökad längd på ljuddämparen ökar ljuddämpningen (L d ) vid lägre frekvenser men introducerar resonanser. m= 4 f (Hz) Ljuddämpning (L d ) som funktion av frekvens och areaförändring. Förhållandet mellan ljuddämpararea (A d ) och kanalarea (A k ) betecknas med m i figuren (m=a d /A k ). Krävs dämpning vid låga frekvenser väljs lämpligen en lång ljuddämpare. En längre dämpare ger liksom i fallet med en bredare ljuddämpare tillgång till större volym för absorptionsmaterial och en ökad absorptionsljuddämpning. Den andra fördelen med en bredare ljuddämpare är att den tillgängliga volymen att placera absorptionsmaterial i är större och följaktligen ökar då ljudabsorptionen. Om utrymmet tillåter är det alltså fördelaktigt att välja en så bred ljuddämpare som möjligt. Tryckfall Vid val av ljuddämpare är det alltid en balansgång mellan ljuddämpning och tryckfall. Kan man tolerera ett högre tryckfall har man bättre förutsättningar att nå en hög ljuddämpning. Vid konstruktion av bafflar till ljuddämpare är det extra viktigt att ta hänsyn till tryckfallet. 80

Figuren nedan illustrerar bafflarna i en ljuddämpare. Det är viktigt att hitta balans mellan storleken på bafflarna (A) och de fria ytor (B) som tillåter luften att strömma igenom ljuddämparen. Om bafflarna är för stora ökar inte enbart ljuddämpningen utan även tryckfallet och ljudalstringen. För att ge lägsta möjliga tryckfall är bafflarna ofta utformade med rundade fronter och med en avsmalnande form i luftriktningen. egenljudet. Till en komponent som skapar turbulens, till exempel en fläkt, måste ett visst avstånd hållas. För att ljuddämparen skall fungera optimalt ska luftströmmen vara jämn. Om avståndet är för kort har inte luftströmmen återgått till jämnt flöde och ljuddämpningen når inte upp till specificerad prestanda. Även tryckfallet över ljuddämparen kommer att öka vid en allt för ojämn luftström. Montage bör därför inte ske i direkt anslutning till fläkt, böj, spjäll eller annan komponent som kan störa luftströmningen. Om två ljuddämpare används tillsammans skall de placeras med ett inbördes avstånd. Figuren nedan visar principen för hur ljuddämpningen påverkas av avståndet. Det är framförallt den lågfrekventa dämpningen som minskar vid för kort avstånd. A B L (db) d Rektangulär ljuddämpare med bafflar. Ljudalstring Den lägsta ljudnivå som kan åstadkommas efter en ljuddämpare är beroende av hur mycket egenljud/ regenererat ljud ljuddämparen producerar. När luften flödar igenom dämparen kommer den att generera ljud. Oavsett ljudnivån före ljuddämparen kommer denna ljudnivå vara den lägsta möjliga efter den. Om lufthastigheten ökar kommer nivån på det regenererade ljudet att öka. På grund av egenljudet är det inte säkert att två ljuddämpare efter varandra kommer resultera i högre ljuddämpning än med enbart en ljuddämpare. Ljudalstringen på en ljuddämpare med uttagbara bafflar är känslig för hur väl bafflarna har monterats. Uppstår en springa vid baffelns överkant kan ljuddämpningen försämras och visselljud genereras. Placering En ljuddämpare ska generellt sett placeras så nära ljudkällan som möjligt. Anledningen till detta är att nivåskillnaden mellan ljudet som skall dämpas och ljuddämparens egenljudnivå där blir som störst. Ljuddämpningen riskerar därmed inte att drunkna i L (db) d Mätmetod f (Hz) f (Hz) Ljuddämpning (L d ) minskar om två ljuddämpare placeras med för kort avstånd Den av tillverkaren specificerade ljuddämpningen ska mätas upp enligt SS-EN ISO 7235 eller SS-EN ISO 11691. Standarden anger hur en ljudkälla alternativt en flödeskälla, till exempel en fläkt, ska anslutas till ljuddämparen. Ljuddämpningen mäts upp som skillnaden mellan med och utan ljuddämpare närvarande. En ersättningskanal används när inte ljuddämparen är monterad. Tillverkaren skall förutom ljuddämpning specificera tryckfall, dimensioner, vikt, materialval samt information angående montering, inspektion och underhåll. Fläkt Woods 81

Sammanfattning En ljuddämpare har till uppgift att sänka ljudnivån. Oavsett om en ljuddämpare sitter i ett aggregat eller i en kanal är den grundläggande funktionen densamma. När vi talar om ljuddämpning innebär det att ljudet antingen övergår till värme eller att ljudenergin förflyttas till områden där den gör mindre skada. Som teknisk term använder man absorption eller resistiv ljuddämpning när ljudenergi övergår till värme. När ljudvågen vandrar genom en absorbent rör sig förutom luftmolekylerna även absorbentens fibrer eller porväggar. Friktionen i fibern för över vibrationsenergi till värme. Reaktiv ljuddämpning innebär att ljudenergi reflekteras eller fås i resonans. Vid en förändring av kanalarea kommer en del av ljudenergin reflekteras tillbaka och på så sätt minskar ljudnivån efter ljuddämparen. En bredare ljuddämpare har två fördelar: Ju större areaskillnad mellan kanal och ljud dämpare är desto högre blir reflektionen och också ljuddämpningen. Den tillgängliga volymen att placera absorptionsmaterial i är större och då ökar ljudabsorptionen. Att öka längden på ljuddämparen möjliggör dämpning vid lägre frekvenser. Nackdelen är att en lång ljuddämpare introducerar fler resonanser vid de högre frekvenserna. Vid val av ljuddämpare är det alltid en balansgång mellan ljuddämpning och tryckfall. Om bafflarna i ljuddämparen är för stora ökar inte enbart ljuddämpningen utan även tryckfallet och ljudalstringen. Den lägsta ljudnivå som kan åstadkommas efter en ljuddämpare är beroende av hur mycket egenljud/regenererat ljud ljuddämparen producerar. När luften flödar igenom dämparen kommer den att generera ljud. Fläkt Woods 82

3 Fläktar

Kapitlet tar upp Radialfläkt Kammarfläkt Axialfläkt Fläktdiagram Systemkurvor Verkningsgrad Temperaturökning Ljud Egenfrekvens Vibrationsisolering Direktdrift Remdrift Fläktmotorer SFP skovlarna med luften på så sätt att lufttrycket ökas. Tryckdifferensen mellan fläkten och till exempel rummet vid slutet av kanalen får luften att röra sig. Normalt drivs fläkthjulet av en elektrisk motor. Fläkten genererar en totaltryckökning som består av statiskt och dynamiskt tryck på luften som passerar genom den. Eftersom vi vill att luften rör sig ganska sakta i kanalen för att minimera både tryckförlusterna och ljudet, är vi inte intresserade av att generera ett högt dynamiskt tryck i fläkten. Vid 10 m/s i kanalen är det dynamiska trycket ungefär 60 Pa, vilket är litet jämfört med normal tryckökning över fläkten. Av denna orsak är fläktar konstruerade så att allt dynamiskt tryck förvandlas till statiskt tryck inom eller vid utloppet av fläkten. Fläkttyper Fläktarna kan anses vara hjärtat i varje luftbehandlingssystem. Det är fläkten som får luften att röra sig från ytterväggen, genom kanalsystemet och olika luftbehandlingsprocesser. De enklaste systemen består endast av en fläkt, monterad i vägg och som blåser direkt in i rummet. Klart är att fläkten måste vidarebefordra tillräcklig energi till luften för att övervinna tryckförlusterna och få luften att röra sig. En fläkt består bla av fläkthjulet vilket i sin tur består av ett antal skovlar som är fastsatta vid ett nav. När fläkthjulet roterar arbetar Fläktar för komfortventilation kan delas upp i två grupper: Radialfläktar och Axialfläktar. I axialfläkten passerar luften genom fläkten i en riktning parallell med fläkthjulets axel. I radialfläkten kommer luften in i fläkten i en riktning parallell med fläkthjulets axel men lämnar den i en riktning som är radiell (vinkelrät) med axeln. Kammarfläkten är en radialfläkt utan spiralformad kåpa. Alla dessa tre fläkttyper används vanligen i luftbehandlingsaggregat men den mest vanliga, åtminstone i Europa, är radialfläkten och kammarfläkten, dvs fläktar med radialfläkthjul. Kammarfläkt Radialfläkt Fläkt Woods 85

Radialfläkt När man stryper en sådan fläkt som arbetar med konstant varvtal, reduceras luftflödet och effektbehovet utan att trycket förändras särskilt. Detta betyder att ett enkelt luftspjäll effektivt kan användas till reglering. Effektkurvornas form säger oss att effekten kommer att öka då flödet ökar. Stora tryckförluster i systemet kan leda till att motorn överbelastas. Syftet med fläktens spiralformade kåpa är att förvandla dynamiskt tryck till statiskt tryck. Radialfläkt med framåtböjda skovlar Radialfläket med framåtböjda skolvlar skapar mest dynamiskt tryck i fläkthjulet och fläktkåpans spiralform är nödvändig för dess funktion. För en given hjuldiameter och varvtal genererar emellertid den framåtböjda fläkten det högsta trycket och ger därför den mest kompakta konstruktionen för ett givet tryck. I förhållande till fläktens storlek levererar den även ett avsevärt flöde. Fläkten med framåtböjda skovlar är billig att tillverka, vilket bidragit till att den har varit så populär i luftkonditioneringsindustrin. Den huvudsakliga nackdelen med den framåtböjda fläkten är dess relativt låga effektivitet och maximalt begränsade toppvarvtal vilket gör den olämplig för större luftflöden. Det specifika ljudet är också ganska högt. Radialfläkten med framåtböjda skovlar används vanligen i små luftbehandlingssystem till låg kostnad. I ett fläktdiagram för en radialfläkt med framåtböjda skovlar kan man se att varvtalskurvorna är flacka och driften är vanligen stabil genom hela arbetsområdet. Radialfläkt med bakåtböjda skovlar Det bakåtböjda fläkthjulet består av flera skovlar som utformar radiella diffusorer. Statiskt tryck genereras då luften strömmar genom fläkthjulet och fläktkåpan är inte så viktig som vid den framåtböjda hjultypen men har ändå samma spridningsfunktion och ger fläkten en hög effektivitet. Ett bakåtböjt fläkthjul måste rotera omkring två gånger varvtalet för ett framåtböjt fläkthjul av samma diameter för att uppnå samma tryck och flöde. Det bakåtböjda fläkthjulet ger också hög effektivitet och den robusta konstruktionen tillåter högre maxvarvtal än radialfläkten med framåtböjda skovlar. Radialfläktar med bakåtböjda skovlar har en relativt låg specifik ljudnivå. I fläktdiagrammet kan man se att fläktkurvorna är branta, vilket betyder att tryckförändringarna i systemet har jämförelsevis liten effekt på luftflödets hastighet. Vi ser från effektkurvornas form att en fläkt som går vid konstant varvtal inte överbelastar dess motor om systemtrycket förändras. Radialfläkt med kåpa drivs oftast av motor via remdrift. Remväxeln dimensioneras för varje kombination för att få önskat varvtal. Radialfläkt med kåpa kräver en tom raksträcka efter fläkten, på grund av att den har en mindre utloppsarea. Detta leder till att en tom raksträcka behövs för att luften ska hinna fördela sig jämt i aggregatet förekommande funktionsdel. 86

Kammarfläkt Kammarfläkten har ett fläkthjul med bakåtböjda skovlar utan fläktkåpa. Dess prestanda liknar radialfläkten med bakåtböjda skovlar, men utan fördel av den statiska tryckåtervinningen i fläktkåpan. Fördelen med kammarfläktar är att de är direktdrivna och saknar remdrift som kräver underhåll. Detta gör att kammarfläktar är mer hygieniska tack vare att de inte har några remmar som kan avge stoft. Kammarfläktens öppna konstruktion möjliggör lätt åtkomlighet för service och rengöring. Direktdriften som innebär att fläkthjulet är placerat direkt på motoraxeln möjliggör att fläkten kan balanseras till låga nivåer. För att erhålla olika rotationsvarvtal måste fläktens motor varvtalsregleras med exempelvis frekvensomvandlare, se fläktdiagram för kammarfläkt längre fram i kapitlet. På vissa marknader förekommer remdrivna kammarfläktar. En annan fördel med kammarfläkten är att man direkt efter fläkten kan installera en efterföljande funktion såsom värme- eller kylbatteri. Axialfläkt Axialfläktar producerar relativt stora luftflöden vid låga tryck. Ju större fläktdiameter och rotationsvarvtal desto större blir trycket. Radialfläktar har en fast geometri och prestanda kan bara ändras genom att byta fläktvarvtal. Axialfläktar å andra sidan kan ha olika navdiametrar och antal skovlar. Härigenom är det också möjligt att välja nivå likaväl som varvtal. Av denna orsak är axialfläktar vanligen direktdrivna. Axialfläktar som är utrustade med ledskenor efter utloppet har hög verkningsgrad. För att uppnå normala tryck som man finner i luftbehandlingsanläggningar, måste axialfläktar gå med högt varvtal. Detta gör att de inte passar för små luftbehandlingsaggregat eftersom de diametrar, som det är fråga om, innebär att höga rotationsvarvtal behövs. I fläktdiagrammet kan man se att axialfläktar har branta varvtalskurvor och flacka effektkurvor med högre effektbehov mot låga flöden. Detta betyder att effektbehovet ökar när man stryper axialfläkten till ett mycket lågt flöde. Fläkt Woods 87

Fläktdiagram Fläktens prestanda presenteras normalt i ett diagram med luftflöde inritat på X-axeln och trycket på Y- axeln. För radialfläktar har kurvor för olika rotationsvarvtal inritats, medan för axialfläktar har kurvor för olika skovelvinklar inritats. I diagrammen finns också kurvor för verkningsgrad och ljudnivå inritade, likaväl som kurvor för fläkteffekt. I diagrammet (nedan) för radialfläkten redovisas totaltrycksökning Δpt, Pa och fläkthjulets axeleffekt P, kw som funktion av luftflödet q, m 3 /s och vid ett antal fläktvarvtal. Vidare visas ett antal arbetslinjer längs vilka verkningsgraden är konstant. I diagrammet redovisas den A-vägda ljudeffektsnivån LwA, db till fläktutloppet. Ljudeffekten per oktavband Lw, db (icke A-vägd) till utloppet, till inloppssidan och till omgivningen genom aggregathöljet beräknas med hjälp av korrektionsvärden som redovisas under avsnitt ljudberäkning. För att underlätta motorvalet finns en skala P M, kw, som anger minsta tillåtna motoreffekt med hänsyn till fläkteffekt, remväxelförlust och starttid. När det gäller fläktar med F-hjul avses fläkteffekten i arbetspunkten medan för B-fläktar avses effektkurvans maxvärde vid det aktuella varvtalet. Slutligen innehåller diagrammen skalor för dynamiskt tryck i fläktutloppet pd, samt inbyggnads- och anslutningsförlusterna Δpa och Δpb + pd. Fläktdiagrammet gäller för luft med densiteten 1,2 kg/m 3. Beteckningar: 5 1 = Luftflöde, m 3 /s (x-axel) 2 = Luftflöde, m 3 /h (x-axel) 4 3 = Totaltrycksökning, Pa (y-axel) 4 = Fläktvarvtal, r/min (RPM) 3 5 = Fläktverkningsgrad, % d 1 6 2 6 = Ljudeffeksnivå, L wa, db (prickad) 7 = Fläktens effektbehov, P, kw 8 = Motorns uteffekt, P M,kW 9 = Hjulets tröghetsmoment, kgm 2 10 = Tryckfall över standardiserad utloppskanal, 7 9 8 Δpa, Pa 11 = Anslutningsförlust vid anslutning till aggregat, Δpb, Pa 12 = LwA K ljudeffektsnivå för fläkt i hölje d 10 11 d 12 d Fläktdiagram för radialfläkt med bakåtböjda skovlar 88

2600 2000 60 r/min 2140 2038 1799 5 70 75 η% 15 kw- 4 77 4 11 kw- 4 75 Fläktdiagrammet gäller för naken fläkt och för luft med densiteten 1,2 kg/m 3. Vid inbyggnad i aggregatdel uppstår en inbyggnadsförlust Δp 1. Fläktkurvorna i fläktdiagrammet visar maxvarvtal för kombinationer fläkt och motorstorlek. 1626 7.5 kw- 4 70 3 Δp s,pa 1000 1066 500 200 1335 1208 1467 2.2 kw- 6 1.5 kw- 6 4 kw- 4 3 kw- 6 5.5 kw- 4,dB 82 86 90 94 98 L wa 6 100 1 m 3 1 /s 2 3 4 5 6 7 8 m 3 qv /h 7 5000 10000 15000 20000 25000 2 Δp 10 20 40 60 80 100 120 Pa 1,Pa 60 50 1 = Luftflöde, m 3 /s (x-axel) 2 3 4 5 6 7 = Luftflöde, m 3 /h (x-axel) = Totaltrycksökning, Δps Pa (y-axel) = Total fläktverkningsgrad, ηstat % = Max. varvtal för respektive motor, kw-poltal = Total ljudeffektsnivå LwA (db), streckad linje = Inbyggnadsförlust Δp1 Pa, Fläktdiagram för kammarfläkt? p t, Pa P,kW q, m 3 /h x 1000 0 10 20 30 40 800 p d : n = 980 r/min 700 p dd : 600 500 400 300 60 200 91 55 60 55 50 100 89 45 40 35 30 0 20 25 0 2 4 6 8 10 q, m 3 /s 0 20 25 30 35 2 40 45 4 6 101 99 95 93 72 70 68 J = 4,3 kg m 2 75% 50 2 4 6 8 10 55 10 20 50 100 150 200 200 97 L wt 60 p d p dd q, m 3 /s? p a Fläktlagar Omräkningar med avseende på ändrat varvtal för samma fläkt och arbetslinje. Flödet q 1 = n 1 q 2 n 2 Trycket Δp 1 = ( n 1) 2 Δp 2 n 2 Effekten P 1 = ( n 1) 3 P 2 n 2 Där q = Luftflöde m 3 /s n = Varvtal varv/min p = Tryck Pa P = Effekt kw 0 50 100 150 200? p b 1200 x 1200 Fläktdiagram för axialfläkt Fläkt Woods 89

Systemkurvor Kompatibilitet mellan fläkt- och systemkurva Fläktkurvor har olika former beroende på typ av fläkt. Systemkurvor kan också variera, se nedan. Normalt är det inget problem så länge som det finns en enkel och tydlig skärningspunkt mellan kurvorna. Fläkten kommer att arbeta vid skärningspunkten, se diagram nedan. Detta problem uppstår normalt endast med fläktar som har flacka kurvor med en sadel såsom fläktar med framåtböjda skovlar som drivs mot ett system med en hög konstant. Effekter av förändrande systemkarakteristik Systemkarakteristiken för ett normalt kanalsystem följer följande relation: p = p 0 + k. q n Där p = Tryck Pa p 0 = Trycket vid noll flöde, det konstanta trycket Pa k = Systemkonstanten q = Luftflöde m 3 /s n= Systemexponent, vilken normalt ligger nära 2. Skärning mellan fläkt- och systemkurva I de fall då fläktens kurva skärs två gånger av systemkurvan kan det bli problem, se diagram nedan. I ett normalt system är det inte troligt att värdet på n varierar. Vanligen kommer n att vara 2 för nästan alla komponenterna inom systemet. Emellertid där laminärflödet inträffar kommer värdet på n att vara mindre än 2. Filtren och några typer av värmeväxlare har sådan karakteristik. Effekten på dessa delar i systemet är att reducera helhetsvärdet på n. Denna effekt kan bli betydelsefull i system som involverar höga nivåer av filtrering såsom renrumstillämpningar. Fläktkurva som skär systemkurvan två gånger 90

Värdet på k kan förändras om till exempel en spjällinställning ändras eller allt eftersom filtren fylls. I ett enkelt system är filtren huvudorsaken till tryckförändring. När de blir smutsiga ökar tryckfallet. Fläktar drivs vanligen av helkapslade kortslutna 3-fas induktionsmotorer vilka arbetar vid huvudsakligen konstant varvtal oberoende av belastning. Detta betyder att fläktens arbetspunkt måste röra sig utmed varvtalskurvan då trycket förändras, som illustreras i diagrammet nedan. Parallell drift av fläktar När två fläktar körs parallellt kvarstår det bildade trycket oförändrat, men flödet fördubblas. Den kombinerade kurvan är mycket flackare än den individuella kurvan och om fler än två fläktar körs parallellt kan kurvan bli mycket flack. Inga problem inträffar normalt då båda fläktarna startar samtidigt om arbetspunkten ligger väl åt höger om den maximala punkten. Fläktar med en karakteristik som ovan, radialfläkt med framåtböjda skovlar kan emellertid generera samma tryck vid två olika flöden. Arbetspunkter till vänster om den maximala kan ge ökad instabilitet, reducerat flöde och till och med reverserat flöde genom en av fläktarna. Normalt borde detta inte inträffa men det kan hända om systemet är mycket strypt eller om fläktarna har överdimensionerats. Fläktens arbetspunkt rör sig utmed varvtalskurvan (radialfläkt med bakåtböjda skovlar) Här ser vi att tryckfallet i systemet ökar; arbetspunkten rör sig mot vänster utmed fläktkurvan. Notera att luftflödets hastighet reduceras. Figuren nedan representerar en radialfläkt med framåtböjda skovlar med dess flacka karakteristik. Här ser vi att flödesreduktionen blir mycket större. Samma tryck vid två olika flöden q 1 q 2 Fläktens arbetspunkt rör sig utmed varvtalskurvan (radialfläkt med framåtböjda skovlar) Fläkt Woods 91

Systemeffekter Tryckförluster förorsakade av ogynnsam kanalkonstruktion efter fläktarnas utlopp kallas systemeffekter. Den höga utloppshastigheten och bristen på symmetri är orsakerna till systemeffekten. Hastighetsprofilen utvecklar sig till en normal hastighetsprofil efter 2,5 gånger kanaldiametern rör vid hastigheter upp till 12 m/s. Denna längd är känd som effektiv kanallängd. Avslutning Radialfläkt Effektivt utloppsarea A E Nominellt utloppsarea A N a. b 25 % 50 % 75 % 100 % Effektiv kanallängd L E Systemeffekter För Fläkt Woods radialfläktar med V-tunga krävs endast 0.5 gånger kanaldiametern som 100 % effektiv kanallängd. Böjar En böj strax efter fläktutloppet kommer att ge upphov till en systemeffekt. Bristen på symmetri i hastighetsprofilen är här orsaken. Till dubbelsugande fläktar som används i luftbehandlingsaggregat är vänster och höger böjar lika. Till kammarfläktdel finns ingen förlust på grund av böj. Jalusispjäll Ett jalusispjäll monterat på fläktutloppet ger en systemeffekt. Tryckfallet kommer att bli 5 gånger större än det normala tryckfallet för spjället. Fläktens verkningsgrad Fläktens verkningsgrad definieras som förhållandet mellan flödet multiplicerad med det totala trycket och axeleffekten på fläkthjulets axel η f = P f = k p. q vi. p tf P R P R Där η f = Fläktverkningsgrad % Pf = Effekt W P R = Fläkthjulets effekt W k p = Kompressibilitetsfaktorn qvi = Fläktens luftflödet vid inloppet m 3 /s ptf = Fläktens totala tryckökning Pa Kompressibilitetsfaktorn är försumbar när man arbetar med fläktar för komfortventilation, eftersom tryckökningarna genom fläkten är så små. Fläktverkningsgraden är inritad i fläktarnas diagram. Temperaturökning genom fläkten När luften passerar genom fläkten bearbetas den och dess temperatur stiger. Temperaturökningen betecknas som: Δt = kp. Ptf ρ. η. cp Utloppsriktning D Utloppsriktning C Där Δ t = Temperaturökning C eller K Utloppsriktning B kp = Kompressibilitetsfaktorn som är försumbar p tf = Fläktens totala tryckökning Pa η = Fläktens verkningsgrad L ρ = Luftens densitet kg/m 3 C p = Den specifika värmefaktorn Som tumregel kan vi uppskatta ρ = 1.2, η = 0.80 och C p = 1008 och därför Inlopp Böjar Utloppsriktning A Δt P/1000 eller 1 C per 1000Pa. 92

Notera att värmen från fläktens drivmotor inte har något med denna temperaturökning att göra! De flesta fläktar i luftbehandlingsaggregat installeras med motorer och remdrift inom höljet och som tillägg till den ovan nämnda temperaturökning, blir det en ökning genom ineffektivitet i motor och remväxel. samma som den som en serie förbränningar i motorn, när bilen går vid en viss hastighet, kan chassit börja vibrera eller skaka hårt. Sådan vibration kan undvikas genom att montera bilens motor på ett dämpningsmaterial såsom gummi för att isolera chassit från motorn. Samma sak gäller naturligtvis för fläktar. kp. p Δt = tf ρ. η f. η m. η tr. c p Där Δt = Temperaturökning C eller K kp = Kompressibilitetsfaktorn som är försumbar p tf = Fläktens totala tryckökning Pa η f = Fläktens verkningsgrad η m = Motorns verkningsgrad η tr = Transmissions verkningsgrad ρ = Luftens densitet kg/m 3 Cp = Den specifika värmefaktorn Fläkthjulets balansering Alla fläkthjul balanseras dynamiskt enligt ISO 1940/1 1973. För Fläkt Woods fläktar gäller följande: Balanseringsgraden för kammarfläkthjul är G 6.3 för storlekarna 022-031. För storlekarna 035-100 är balanseringsgraden G 2.5. Balanseringsgraden för dubbelsugande fläkthjul är G 6.3 för storlekarna 022-031. För storlekarna 035-100 är balanseringsgraden G 2.5. Egenfrekvens Varje svängande föremål har en egenfrekvens, som är frekvensen som ett svängande föremål tenderar att utjämna sig till om det inte blir stört. Fenomenet där en relativt liten, upprepad given kraft förorsakar amplituden på ett svängande system att bli mycket stor kallas resonans. Många av de allvarliga vibrationsproblemen förorsakas av resonans. Om till exempel egenfrekvensen hos ett bilchassi är Vibrationsdämparnas egenfrekvens Vibrationsisoleringen på Fläkt Woods fläktar är dimensionerad så att installationsfrekvensen/natural frequensy är lägre än 8 Hz eller 480 varv/min med gummidämpare och 4Hz eller 240 varv/min med stålfjäderdämpare. Tillåten vibrationshastighet En komplett fläktenhet innehållande fläkt, motor, remväxel och balkram, monterad på vibrationsdämpare, tillåts ha vibrationshastighet på max 7.1 mm/sek. Vibrationsmätningen skall utföras på fläktens lagerbärarmar och på motorns lagersköldar. Ljud A-vägda ljudeffektsnivåer L WA på en fläkts utloppsida vid kanalanslutning anges i fläktdiagrammet. För uppdelning på respektive oktavband och ljudväg används följande formel: L Wokt(s) = L WA + K okt(s) Där L Wokt(s) = Ljudeffektsnivå per oltavband db L WA = A-vägda ljudeffektsnivåer db K okt(s) = Kokt är en faktor för att korrigera varje enskilt oktavband beroende på fläktens varvtal. Läs mer om fläktar och ljud i kapitel Ljud. Fläkt Woods 93

Vibrationsisolering Syftet med vibrationsisolering är att skydda bärande golv från krafter som alstras av fläkten. Den principiella kraften alstras av den oundvikliga resterande obalansen i fläktrotorn. Vibrationsdämparna kan användas för att effektivt förhindra obalanskrafterna från att fortplantas till det bärande golvet. Isoleringseffekten på alla vibrationsdämpare förbättras lyckligtvis med ökad frekvens, och kraften som överförs av vibrationsdämparna kommer därför att fortsätta att vara låg, till och med vid höga fläktvarvtal. Denna relation illustreras klart i figuren nedan där den överförda kraften, T, i procent av fläktrotorns vikt, R, är inritad som en funktion av fläktvarvtalet för gummi och stålfjäderdämpare med olika nedfjädring. Om man utrustar fläkten med mjuka stålfjädrar kan det bli problem med att starta fläkten, då reaktionskraften från luftrörelsen förorsakar fläkten att tippa ur linje. Detta kan förorsaka häftigt tryckfall, ytterligare buller och överföring av vibration från fläkten till kanalsystemet, genom den flexibla anslutningen mellan fläkt och aggregat. Häftiga fläktrörelser kan också leda till slitning i den flexibla anslutningen och eventuellt brott. Erfarenhet har visat att det är viktigt att säkerställa att golvet har en tillräckligt stor yta och massa för att undvika resonans. Följande tumregel kan användas: Golvet på en yta 4 gånger aggregatets yta skall motsvara minst 5 gånger så stor massa som aggregatet. T/R % 10.00 1.00 η, 60 % η, 90 % 2 3 6 8 Rubber Gummi 0.10 25 50 Steel Stålfjäder spring 0.01 100 1000 3000 n r/m Vibrationsdämpning 94

Fläktens kraftöverföringssystem Fläktar kan antingen vara direktdrivna och är då monterade på motoraxeln eller kan de vara kopplade till motorn genom ett kraftöverföringssystem. Direktdrift, Frekvensomriktare Med direktdrift avses att fläkthjulet är monterat direkt på motoraxeln eller såsom vid ytterrotormotorer eller planankarmotorer där det är monterat på motorns roterande ytterdel. När direktdrift används slipper man underhåll på överföringssystemet och detta är den normala metoden att driva axialfläktar och kammarfläktar. Vid direktdrift slipper man även friktionsförluster i överföringen och damm från remmarna. Nackdelar med direktdrift är att fläktvarvtalet begränsas till samma som motorn. De flesta axialfläktarna har emellertid antingen justerbar eller reglerbar skovelvinkel, vilket tillåter anpassning av arbetspunkten. Radialfläktar har emellertid inte justerbara skovlar och driftspunkten måste justeras genom att reglera varvtalet på motorn. Den vanligaste metoden är att justera motorvarvtalet med hjälp av en frekvensomvandlare. Energivinsterna vi erhåller genom att undvika transmissionssystem kan olyckligtvis gå förlorade i frekvensomriktaren, eftersom anordningens effektivitet är en funktion av motorns/frekvensomriktarens belastningsgrad. Direktdrift kan inte, med undantag för mycket små fläktar, användas på dubbelsugande radialfläktar. Den långa fläktaxel, som då skulle behövas, råkar i böjkritisk svängning. Kammarfläkt med direktdrift, frekvensomriktare monterad direkt på motorn. Fläkt Woods 95

Remdriftsystem Remväxeldrift Remväxeldrift gör det möjligt att åstadkomma godtyckliga varvtal hos fläkten i 6%-iga steg under, mellan och över de asynkrona varvtal, som står till förfogande hos vanliga till nätet direktkopplade trefasmotorer. Remväxeln gör det också möjligt att välja lämpligt poltal på motorn. Slutligen ger remväxeln stor frihet vid motorplaceringen, vilket är viktigt vid inbyggnad i aggregat. En rad olika remväxelsystem finns på marknaden, det mest vanliga är kilremväxlar. Kilremsväxlar Kilremmar är V-formade och är konstruerade att passa remskivor med likformade spår. Verkningsgraden vid effekter över 3 kw är ca 95% men kan vara betydligt sämre vid lägre effekter. Remskivorna och remmarna finns lätt tillgängliga och är lätta att underhålla. Beroende på friktionen mellan remmen och remskivan, tenderar remmarna att slitas ut då de är i drift och det är nödvändigt att byta ut dem regelbundet. Då de slits skapas damm vilket kan ta sig in i kanalsystemet om luftfilter saknas efter fläkten. Konventionella kilremmar tenderar också att töja sig lite och det är viktigt att efterspänna dem enligt de instruktioner som normalt medföljer. Planremsväxlar Teknisk utveckling inom detta område tillåter oss nu att använda remmar som inte töjer sig och inte slits riktigt så mycket. En av dessa är den plana remmen. Fördelarna med de plana remmarna är att de inte slits ner, de behöver inte spännas om efter den första spänningen, de erbjuder bättre kraftöverföringseffekt, har lång livslängd (ca 5 år), hög verkningsgrad (ca 98%) och obetydlig stoftgenerering. Planremmar bör inte användas vid utomhusdrift och om fläkten har start och stopp. Det går däremot bra vid kontinuerlig drift. MICRO-V eller rippenbandremväxlar MICRO-V eller Rippenband-remmar är ett mellanting mellan kilremmar och planremmar. De har kilremsväxelns nackdelar med efterspänning, slitage, begränsad livslängd, skötsel och stoftavgivning men har något bättre verkningsgrad än kilremmen. Fläkt Woods 96

Fläktmotorer Anslutningsplintar Uteffektsaxel Rotor Kylfläkt Statorlindning Trefas-induktionsmotorer I en trefas-induktionsmotor genereras ett roterande magnetiskt flöde av koppartrådsspolar. Rotorns kärna är laminerad och består av aluminiumstänger, vilka är kortslutna vid varje ända. En emk, elektromotorisk kraft, genereras i rotorns ledare. Emk gör att en ström cirkulerar, vilket får flödet att böja sig runt ledaren och förstärka på den ena sidan medan den försvagar på den andra sidan. Konsekvensen blir att ledaren utsätts för kraft som får rotorn att spinna. Flödet roterar snabbare än rotorn. Ju större skillnaden i hastighet är desto större blir den genererade emk och vridmomentet. Om rotorn skulle nå synkront varvtal så skulle ingen emk genereras och därmed ingen kraft för att hålla den spinnande. Om rotorn saktade ner på grund av belastningen på motorn så skulle vridmomentet öka tills det blev lika med vridmomentet förorsakat av belastningen och rotorförlusterna. Skillnaden mellan rotorns varvtal och det av det roterande flödet kallas glidning. Vid full belastning varierar glidningen mellan omkring 2 % och 7 %, så induktionsmotorn kan anses som en så gott som konstant varvtalsmaskin. Det fulla belastningsvarvtalet ges i motordatatabeller. Vridmoment Vridmomentskurvan för en motor är lik den streckade kurvan i diagrammen nedan. När man väljer en motor måste belastningsvridmoment vara under minimum vridmoment för motorn. Vridmoment Vridmoment Fel Fläktens vridmoment Rätt Driftpunkt Belastning med platt vridmoment Varvtal Fläktens vridmoment Belastning med platt vridmoment Varvtal Vridmoment för motor och belastningsvridmoment Effekt för roterande maskiner P= M. f Där P = Effekt W M = Moment Nm f = Frekvens Hz Fläkt Woods 97

Motorns verkningsgrad Verkningsgrad är ett mått på hur bra en motor förvandlar elektrisk energi till nyttigt arbete. Energi som går förlorad i processen avges från motorn som värme. Direktstart av enhastighetsmotorer Det enklaste sättet att starta en kortsluten elmotor är genom direkt tillslag av nätspänningen till motorns lindning. Startutrustningen behöver då endast bestå av en direktstartomkopplare. Beroende på att startströmstyrkan blir så hög vid direktstart har denna startmetod sina begränsningar. Elverken tillåter normalt inte direktstart av kortslutna motorer med märkeffekt överstigande 3 5 kw. Dispens kan ofta erhållas. Om ström-tidkurvan för överlastskyddet (motorskyddet) visar att motorskyddet löser ut på grund av för lång starttid kan antingen motorn bytas ut mot en större eller startapparat med utrustning för tungstart väljas. Y/D-start av enhastighetsmotorer Y/D-start används endast då direktstart ej tillåts. Motorn måste då vara lindad för nätspänningen vid D-koppling, exempelvis 400 VD. Som startapparat används en Y/D-kopplare som Y-kopplar motorns lindningar under första delen av startförloppet. Vid användning av Y/D-start måste man kontrollera att motors momentkurva vid Y-koppling är högre än fläktens momentkurva upp till 90 % av slutvarvtalet. Detta villkor innebär oftast att det krävs en större motor vid Y/D-start än vid direktstart. Start och styrning av tvåhastighetsmotorer Varvtalsreglering i två steg av fläktar utförs normalt med hjälp av tvåhastighetsmotorer. Genom omkoppling mellan två poltal kan två hastigheter erhållas. För start och omkoppling mellan poltalen (varvtalen) används en polomkopplare. Viktigt! Tvåhastighetsmotorer kan normalt inte Y/D-startas. Starta motorn på lågt eller högt varvtal. Motorskydd (överlastskydd) Motorskyddet är avsett att skydda motorn mot skadlig överström. Skyddet är inbyggt i startapparaten. Vid för hög motorström värms en bimetall upp så mycket att skyddet löser ut och strömmen till motorn bryts. Utrustning för tungstart Vid start av motorer med särskilt lång starttid kan överlastskyddet (motorskyddet) lösas ut under startförloppet. För att förhindra detta kan skyddet kompletteras med utrustning för tungstart. Fasbrottsskydd Eftersom en trefasmotor kan skadas om en fas faller ur bör överlastskydd med fasbrottsskydd väljas. Detta bygger på en differensfunktion i överströmsreläet som gör att utlösning erhålls vid skillnad i fasströmmar, dvs. då en fas faller ur. 98

EC-motorer I diagrammet nedan visas en jämförelse av totalverningsgraden för en Kammarfläkt GPEB-031 med EC-motor och induktionsmotor. Totalverkningsgraden är baserad på tillförd effekt. Statorn Verkningsgrad/tot = verkningsgrad/hjul x verknings grad/motor x verkningsgrad/regler., totalverkningsgrad 0.60 0.55 0.50 EC motor Rotor 0.45 0.40 0.35 Induktansmotor EC-motorer har blivit ett begrepp inom elmotorteknologin och kommer att få en betydande roll för fläktmotordrift. EC-motorn är en elektroniskt kommuterad electronically commutated likströmsmotor. Med kommutering i EC-motorn menas, att strömmens riktning i statorn i förhållande till rotorn, kontrolleras med Hallgivare. Likströmsmotorn benämns även som DC-motor direct current motor. I traditionella likströmsmotorer sker kommutering mekaniskt med hjälp av kolborstar. Mekanisk kommutering innebär kort livslängd och dyrt underhåll. Elektronisk kommutering innebär att motorns varvtal kan kontrolleras på ett mycket effektivt sätt. Motorns varvtal styrs av hur snabbt magnetfälten i motorn växlar. Rotorns permanentmagneter skapar det magnetiska fältet i motorn. 0.30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Varvtalsreglering Fi, dimensionslöst flöde Elektronisk kommutering gör att EC-motorns varvtal kan kontrolleras på ett mycket effektivt sätt. Motorns varvtal styrs av hur snabbt magnetfälten i motorn växlar. Ingen hänsyn behöver tas till poltalsbundna varvtal som är fallet vid induktionsmotorer. EC-motorn har ett brett varvtalsområde med bibehållen hög verkningsgrad och är därför lämplig för direktdrivna fläktar. Kombinationen fläkt och motor kan optimeras i dess bästa arbetsområde. EC-motorn kräver alltid en reglerenhet. Denna kan vara integrerad i motorn eller vara placerad som en separat enhet. I Fläkt Woods EC-motorer är styrenheten integrerad i motorn. Hög verkningsgrad Vekningsgrad är ett mått på hur bra en motor förvandlar elektrisk energi till nyttigt arbete. Förluster av energi i motorn avges som värme. EC-motorn har lägre energiförluster än en induktionsmotor och därmed motsvarande lägre temperaturökning. EC-motorns användaregenskaper Kort inbyggnadslängd. Mindre fysiska mått i alla riktningar jämfört med induktionsmotorer. Låg ljudalstring. Låga vibrationer. 1-fasmatning vid låga effekter. 3-fasmatning. Fläkt Woods 99

Högeffektiva elmotorer EU och den europeiska tillverkarorganisationen CEMEP har tagit fram ett klassificerings- och märkningssystem för lågspända växelströmsmotorer efter verkningsgradsklasser. Klassificeringen gäller än så länge trefas asynkronmotorer, 2- och 4-poliga, 50 Hz, 400 V och med nominell effekt mellan 1 och 90 kw. För dessa motorer finns det tre effektivitetsklasser, EFF1, EFF2 och EFF3. Klass EFF1 omfattar de mest energieffektiva motorerna. Energimyndigheten har en lista på vilka krav som ställs på motorerna i de olika klasserna. Diagrammet visar en generell översikt mellan klasserna. Klass EFF1 motorer bör väljas om denna valmöjlighet finns. Starttid - för motorer utan frekvensomriktare Starttiden används till att kontrollera två saker. Dels att motorns tillåtna starttid inte överskrids, dels att överlastskyddet inte löser ut under startförloppet. För att beräkna starttiden: a) Välj motor med märkuteffekt, P, baserad på fläktens effektbehov, Pf, vid normal arbetspunkt, (= öppna ledskenor/spjäll). b) I formeln för beräkning av starttid sätts värdet på Pf = fläktens effektbehov vid stängda ledskenor/spjäll. Motorverkningsgrad (%) 100 95 EFF1-motorer ovanför övre kurvan Använd följande formel: t = J. n f 2. 10-3 46 ( P ( M max M + st ) - Pf ) M M 90 85 EFF2-motorer mellan kurvorna EFF3-motorer under nedre kurvan Den beräknade starttiden är den tid det tar att accelerera fläkten från stillastående till fullt varvtal. 80 Gräns mellan EFF1 och EFF2 Gräns mellan EFF2 och EFF3 75 0 25 50 75 100 Motorklasser Effekt (kw) För att beräkna starttiden för Y/D-start använd följande formel: t = J. n f 2. 10-3 46 ( P ( 1 x M max + 1 x M st ) + Pf ) 3 M 4 M Den beräknade starttiden är den tid som Y/D-kopplaren skall ligga i Y-läge för att fläkten skall nå ca 90 % av fullt varvtal. Därefter slås den över till D-läge. Vid Y/D-start måste man också kontrollera att motorns moment är högre än fläktens under Y-fasen. Forts. nästa sida 100

Beteckningar P = motorns märkuteffekt kw Pf = fläktens effektbehov vid driftvarvtal kw (Inkl.ev. remväxelförluster vid remdrift) PY/D = lägsta motoreffekt vid vilken Y/D-start är möjlig kw Mst/M = Kvoten av motorns startmoment och normalmoment Mmax/M = Kvoten av motorns max moment och normalmoment η f = motorns driftvarvtal rpm J = systemets tröghetsmoment hänfört till fläktaxeln kgm 2 Tröghetsmoment för fläkthjul anges i fläktdiagrammet och rotorns tröghetsmoment kan i regel försummas. Kontroll av motorns tillåtna starttid Maximal tillåten starttid är beroende av startsätt samt motorns storlek och poltal och kan variera mellan olika motorfabrikat. Kontroll av överlastskyddets utlösningstid Motorskyddets utlösningstid vid start redovisas med hjälp av diagram med ström-tidkurvor. Utlösningstiden kan variera mellan olika typer och fabrikat av överlastskydd. Motorkopplingsschema Enhastighetsmotor Tvåhastighetsmotor med en omkopplingsbar lindning, så kallad Dahlanderkoppling Δ - koppling Höga hastigheten L1 L2 L3 L1 L2 L3 W2 U2 V2 U1 V1 W1 L1 L2 L3 Y- koppling 1U 1V 1W 2U 2V 2W Konstant moment. Koppling YY/Δ 1U 1V 1W 2U 2V 2W Fallande moment. Koppling YY/Y L1 L2 L3 Låga hastigheten Tvåhastighetsmotor med skilda lindningar Höga hastigheten 1U 1V 1W 2U 2V 2W L1 L2 L3 L1 L2 L3 Låga hastigheten Observera att tvåhastighetsmotorer med en omkopplingsbar lindning, s k Dahlanderkoppling, har högre uteffekt än motsvarande motorstorlek med skilda lindningar. Fläkt Woods 101

SFP-värde och VAS-klasser För att få ett mått på hur eleffektivt ett luftbehandlingssystem är kan man beräkna aggregatets SFP värde (Specific Fan Power). Svenska Inneklimatinstitutet (SIKI) har givit ut riktlinjer och anvisningar där olika VAS-klasser redovisas. I skriften klassindelade luftdistributionssystem, R2, delas ventilationen in i olika VAS-klasser beroende på en anläggnings SFP. VAS 1500 innebär en anläggning med ett SFP på högst 1,5 kw/m 3 /s. I SIKI:s skrifter A2 och R2 definieras tre standardklasser, VAS 1500, VAS 2500 och VAS 4000. Med VAS-klass X ges möjlighet att definiera krav som ligger mellan de övriga klasserna. För att kunna bestämma vilken VAS-klass anläggningen hamnar i måste projektören räkna fram SFP-värdet som anges i kw/(m 3 /s). Den specifika fläkteleffekten, SFP, för en hel byggnad är lika med summan av tillförd eleffekt till byggnadens samtliga fläktar i kw dividerat med byggnadens största projekterade mätbara till- eller frånluftsflöde i m 3 /s. (Obs! Ej utelufts eller avluftsflöde.) Specifik fläkteleffekt för en hel byggnad SFP = ΣP nät q max SFP = byggnadens specifika fläkteleffektbehov P nät = summan av tillförd eleffekt till byggnadens samtliga fläktar kw q max = byggnadens största projekterade mätbara tilleller flånluftsflöde m 3 /s VAS-klass Ventilation Air conditioning System VAS 1300 VAS 1500 VAS 2500 VAS 4000 VAS x SFP v -värde SFP Specific Fan Power = 1.3 kw/(m 3 /s) = 1.5 kw/(m 3 /s) = 2.5 kw/(m 3 /s) = 4.0 kw/(m 3 /s) = x/1000 kw/(m 3 /s) Ovan har beskrivits hur en hel byggnads SFP-värde beräknas. En byggnad består ju ofta av flera olika delar som var och en betjänas av separata luftbehandlingsaggregat. För att vid projekteringsarbetet kunna se om ett enskilt aggregat uppfyller önskade delkrav på energieffektivitet har föreningen V (Föreningen Ventilation- Klimat-Miljö) i V-skrift 1995:1 definierat ett kompletterande SFP-värde med index V. Specifik fläkteleffekt för värmeåtervinningsaggregat med till- och frånluftsfläktar SFPv = P nät TF + P nätff q max SFP v = värmeåtervinningsaggregatets specifika fläkteleffektbehov kw/(m 3 /s) P nättf = tilluftsfläktens fläkteleffekt kw P nätff = frånluftsfläktens fläkteleffekt kw q max = aggregatets största till- eller frånluftsflöde m 3 /s För CAV-system gäller SFP-flödet vid 100 % av det projekterade luftflödet medan det för VAV-system gäller vid 65 % av detta luftflöde. I tryckfallet som fläktarna skall övervinna inräknas tryckfall i luftdistributionssystem och övriga anordningar som luftbehandlingsapparater, filter och värmeåtervinningsanordningar. Även systemeffekter skall vara inräknade. För att anläggningen skall hamna i exempelvis VAS-klass 1500 får det beräknade SFP-värdet uppgå till högst 1,5 kw/(m 3 /s). För att få ner energiförbrukningen är det inte bara trycket i aggregatet som har inverkan utan även kanaltrycket. Som en enkel tumregel kan följande användas: För att få ett SFP V =1,5 får kanaltrycket vara max 150Pa. För att få ett SFP V =2,0 får kanaltrycket vara max 200Pa. För att få ett SFP V =2,5 får kanaltrycket vara max 250Pa. 102

η fläkt Beräkning av fläkteleffekt, P nät η transm P fläkt P nät = q fläkt. Δp fläkt η fläkt. η transmission. η motor. η regler. 1000 η motor η regl P nät q fläkt x Δp fläkt η = verkningsgrader för fläkt, transmission, motor och reglerutrustning (se fig). För aggregat med roterande värmeväxlare skall vid beräkning av näteffekten till frånluftsfläktens motor, läckage och renblåsningsflöde ingå. Även den eventuella strypning på frånluftssidan som behövs för att uppnå rätt tryckbalans och läckageriktning i aggregatet skall inräknas. El-effektiva fläktar För att uppnå låg VAS-klass dvs låg specifik fläkteleffekt SFP i en anläggning måste man i första hand se till att tryckfallen i aggregat och distributionssystem hålls låga eftersom eleffektanvändningen är direkt proportionell mot fläktens tryckökning. Det är naturligtvis viktigt att fläktens, motorns, eventuella transmissioners och regleranordningars verkningsgrader är så höga som möjligt eftersom eleffektanvändningen är omvänt proportionell mot dessa verkningsgrader. Regleranordningar Det enklaste och billigaste sättet att reglera luftflödet genom en fläkt är att ändra motståndet dvs strypa luftflödet med ett spjäll. Metoden är dock energimässigt ogynnsam. En annan metod är att styra flödet med ställbara ledskenor i fläktinloppet, vilket ger minskat luftflöde med mindre förluster än med spjällreglering. Det mest energieffektiva sättet att styra en fläktdrift är genom kontinuerlig anpassning av 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 fläktvarvtalet efter behovet, med hjälp av en frekvensomriktare. Genom att styra varvtalet exakt efter behovet kan energibehovet minskas med 50% jämfört med strypreglering. Figuren visar hur effektbehovet beror på volymflödet vid olika reglermetoder. Fläkteffekt (%) Spjällreglering Ledskenereglering Varvtalsreglering System 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Effektbehov beroende av volymflöde Fläkt Woods 103

Sammanfattning Fläktarna kan anses vara hjärtat i varje luftbehandlingssystem. En fläkt består bla av fläkthjulet vilket i sin tur består av ett antal skovlar som är fastsatta vid ett nav. När fläkthjulet roterar arbetar skovlarna med luften på så sätt att lufttrycket ökas. Tryckdifferensen mellan fläkten och till exempel rummet vid slutet av kanalen förorsakar luften att röra sig. Normalt drivs fläkthjulet av en elektrisk motor. Fläkten ökar totaltrycket, det statiska och det dynamiska trycket, på luften som passerar genom den. Eftersom vi vill att luften rör sig ganska sakta i kanalen för att minimera både tryckförlusterna och ljudet, är vi inte intresserade av att generera ett högt dynamiskt tryck i fläkten. Av denna orsak är fläktar konstruerade så att allt dynamiskt tryck förvandlas till statiskt tryck inom eller vid utloppet av fläkten. Fläktar för komfortventilation kan brett delas in i två grupper: Radialfläktar och Axialfläktar. I radialfläkten kommer luften in i fläkten i en riktning parallell med fläkthjulets axel men lämnar den i en riktning som är vinkelrät med axeln. Kammarfläkten är en radialfläkt utan spiralformad kåpa. För en given hjuldiameter och varvtal genererar emellertid den framåtböjda fläkten det högsta trycket och ger därför den mest kompakta konstruktionen för ett givet tryck. I förhållande till fläktens storlek erbjuder den även ett avsevärt flöde. Den huvudsakliga nackdelen med den framåtböjda fläkten är dess relativt låga effektivitet och maximalt begränsade toppvarvtal. Den framåtböjda fläkten används vanligen i små luftbehandlingssystem. Radialfläkt med det bakåtböjda fläkthjulet består av flera skovlar som utformar radiella diffusorer. Statiskt tryck genereras då luften strömmar genom fläkthjulet och fläktkåpan är inte så viktig som vid den framåtböjda fläkten men har ändå samma spridningsfunktion och ger fläkten en hög effektivitet. Ett bakåtböjt fläkthjul måste drivas omkring två gånger varvtalet för ett framåtböjt fläkthjul av samma diameter för att uppnå samma tryck och flöde. Det bakåtböjda fläkthjulet ger hög effektivitet och har en mer robust konstruktion vilket tillåter högre maxvarvtal. Kammarfläkten har ett fläkthjul med bakåtböjda skovlar utan fläktkåpa. Dess prestanda liknar fläkten med bakåtböjda skovlar med spiralformad kåpa, men saknar fördel av den statiska tryckåtervinningen i fläktkåpan. Fördelen med kammarfläktar är att de är direktdrivna och har inte remdrift som kräver underhåll. Axialfläktar producerar relativt stora luftflöden vid låga tryck. Ju större fläktdiameter och rotationsvarvtal desto högre blir trycket. Axialfläkten är mest lämpad för stora luftbehandlingsaggregat. Fläktens prestanda presenteras normalt i ett fläktdiagram med luftflöde inritat på X-axeln och trycket på Y-axeln. Fläktkurvor har olika former beroende på typ av fläkt. Fläktens systemkurva kan också variera. Normalt är det inget problem så länge som det finns en enkel och tydlig skärningspunkt mellan kurvorna. Fläkten kommer att arbeta vid skärningspunkten. 104

Fläktens verkningsgrad definieras som förhållandet mellan flödet multiplicerad med det totala trycket och axeleffekten på fläkthjulets axel. Varje svängande föremål har en egenfrekvens. Många av de allvarliga vibrationsproblemen förorsakas av resonans. Fläkten i ett luftbehandlingsaggregat kan förorsaka resonans. Vibrationsdämparna kan användas för att effektivt förhindra obalanskrafterna från att fortplantas till det bärande golvet. Fläktar kan antingen vara direktdrivna, och är då monterad på motoraxeln, eller så kan de vara kopplade till motorn genom ett kraftöverföringssystem, remdrift. När man väljer en motor måste belastningsvridmoment vara under minimum vridmoment för motorn. Motorns verkningsgrad är ett mått på hur bra en motor förvandlar elektrisk energi till nyttigt arbete. En motor kan startas genom direktstart eller Y/D-start. EC-motorn är en elektroniskt kommuterad likstömsmotor. Elektronisk kommutering innebär att motorns varvtal kan kontrolleras på ett mycket effektivt sätt. För att få ett mått på hur eleffektivt ett luftbehandlingssystem är kan man beräkna aggregatets SFP värde (Specific Fan Power). Fläkt Woods 105

4 Luftvärmare och Luftkylare

Kapitlet tar upp Luftvärmare och luftkylare batterier Kylenhet Indirekt evaporativ kyla, Coolmaster Elvärmare Batterier används för att värma och kyla luft i ett luftbehandlingssystem. Eftersom varje produkt anpassas för en speciell uppgift är det sällan två batterier ser likadana ut. Men den grundläggande principen är alltid densamma. Batterierna byggs upp av ett stort antal tunna plåtar, lameller, med hål för rör. I lamellhålen monteras rör som mekaniskt expanderas fast i lamellerna. Denna konstruktion gör att vatten som strömmar genom rören kan värma eller kyla luften som passerar genom batteriet på ett mycket effektivt sätt. Vanligen är lamellerna av aluminium och rören av koppar, men flera andra material förekommer. Batterier är huvudsakligen avsedda för värmning eller kylning av luft och andra gaser. Som värmemedium används bland annat varmeller hetvatten, kondenserande köldmedium, olja, processvätska eller ånga. Som kylmedium används kylvatten, förångande köldmedium, olja eller annan vätska. Fläkt Woods 107

Hölje Konstruktion Ett batteri är uppbyggt av ett antal zigzag-ställda rör i en eller flera rader, i luftströmmens riktning. Rören är sammankopplade till slingor med längder avpassade för de olika batterityperna. Värme- eller köldbäraren strömmar genom slingorna och luften strömmar utvändigt. För att få tillräckligt stor värme- eller kylarea och därmed kompensera det lägre värmeövergångstalet på luftsidan är rören försedda med profilerade lameller. Lamellerna är fixerade på tuberna, genom expansion av respektive tubrör. Detta gör att en mycket god värmeöverföring till lamellerna erhålles. Koppartuben skyddas helt av lamellen. Rören är med hårdlödning anslutna till samlingsrör som har anslutningar utförda med utvändig gänga. Samlingsrören har nipplar med proppar för luftning och dränering. Dräneringsnippeln kan förses med givare till frysskyddstermostat. Tubpaket Lamellpaket Zigzag-ställda rör Olika kopplingar Rören/slingorna kan kopplas så, att värme- eller köldbäraren strömmar på olika sätt i förhållande till luftströmmen, se fig. nedan. KORSSTRÖMS- KOPPLING används för kondenserande ånga och på värmebatterier med litet effektuttag. MEDSTRÖMS- KOPPLING används ibland på värmebatterier där möjligheten att ha givare till frysskyddstermostat prioriteras. Vid felaktigt monterade värmeväxlare där detta kopplingssätt använts, kan effektreduktionen bli upp till 10%. I de fall luftens eller värme-/köldbärarens strömriktning är avgörande för batteriets funktion är riktningen markerad på batteriet. Samlingsrör med anslutningsnipplar och anslutningsrör MOTSTRÖMS- KOPPLING är vanligast och används för kylbatterier, värme batterier och värmeåtervinning med hög effekt. Denna koppling ger största effekten. Vänsterutförande Högerutförande 108

Motströmskopplade vattenbatterier Med ökande antal rörrader, ökat djup, så höjs värmeväxlarens effekt. Nackdelen är då att tryckfallet på luftsidan ökar, vilket gör att fläkten konsumerar mer energi för att upprätthålla luftflödet. Vid ett försök att öka värmeväxlarens effekt bör det första som ändras vara att öka antal vattenvägar. Bara om tryckfallet på vattensidan överstiger maximalt tillåtna eller om effekten inte räcker till ökas antalet rörrader på värmeväxlaren. Vattentryckfallet och vattentemperaturdifferensen ökar med antal vattenvägar. Antal rörrader eller rördjup betecknar antal rör i luftriktningen och avgör lamellpaketets fysiska djup. Batteri sett uppifrån, 4 vattenvägar, 1 krets. Antal rörrader eller rördjup 1 2 3 4 Batteri sett uppifrån, 2 vattenvägar, 2 kretsar. Fläkt Woods 109

Förångarbatterier Batterier för förångande köldmedium kan delas upp i två eller flera effektsteg (beroende på batteriets höjdmått). Två effektsteg är som standard kopplade så att varannan slinga hör till effektsteg 1 och varannan till effektsteg 2 (interlace-koppling). Steguppdelning, märkning Normala hastigheter för batterier Kylbatteri, m/s Värmebatteri, m/s Lufthastighet 2 3 1 ) 2 5 Vätskehastighet 0,2 2 3 ) 0,2 1,5 3 ) 1) För hastigheter över 3 m/s bör droppavskiljare monteras. 2) Min. hastighet beroende på vätsketemperatur. 3) Max. hastighet för kopparrör beroende på erosionsrisk. För batterier med stålrör i slingorna bör 3 m/s ej överskridas. Expansionsventil Fastlödd kopparbricka Luftrikt - ning Air Luftflöde flow Fastlödd kopparbricka Tre eller flera effektsteg är normalt uppdelade i höjdled Expansionsventil Fastlödd kopparbricka Luftriktning Fastlödd kopparbricka 110

Kylenhet Kylenheten är ett färdigt kylaggregat, komplett med alla komponenter inklusive styr och regler. Fläkt Woods kylenhet har produktnamnet Cooler. Kylprincipen är direkt expansion med kapacitetsreglering i tre steg. Kondensorn är placerad i frånluften och förångaren i tilluften. Förångaren I förångaren kokar köldmediet och övergår från vätska till gas. För att detta ska kunna ske upptas värme från tilluften som därmed kyls. Förångaren är ett batteri som är uppbyggt av kopparrör och aluminiumlameller. Förångaren är utrustad med ett dräneringstråg tillverkat i rostfri plåt. Expansionsventil Expansionsventilen fungerar som en strypventil som reglerar mängden köldmedium som cirkulerar i köldmediekretsen. Detta gör den genom att optimera temperaturen efter förångaren. Därigenom så undviks också att någon vätska kommer in i kompressorn. Kompressorn är en gaspump som havererar då den försöker komprimera vätska. Det är viktigt för expansionsventilens funktion att köldmediet är ren vätska utan gasinblanding innan strypningen. Kompressorn Gasen kommer in i kompressorn och komprimeras till ett högre tryck. Detta medför också att temperaturen höjs. Förångare Kondensorn I kondensorn kondenserar köldmediet och övergår från gas till vätska. För att detta ska kunna ske måste värme avges till frånluften. Kondensorn är ett batteri som är uppbyggt av kopparrör och aluminiumlameller. Kondensor Kompressor Fläkt Woods 111

Högtryckspressostat På kompressorernas utloppssida finns pressostater monterade som stoppar kompressorn då trycket blir för högt. Dessa finns för att säkra systemet och förhindra kompressorerna från att höja trycket för mycket. Under normal gång ska de inte lösa ut. Högtryckspressostaterna är utrustade med manuella återställningsknappar. Högtryckspressostat (drift) Den första kompressorn i systemet är också utrustad med en andra högtryckspressostat som har en automatisk återställning och som är inställd att lösa ut vid ett lägre tryck än högtryckspressostaterna ovan. Denna pressostat löser ut när båda kompressorerna går och belastningen på kondensorn blir för hög. Pressostaten stänger då av den första kompressorn vilket gör att kylmaskinen går från det tredje kylsteget till det andra. Detta reducerar belastningen på kondensorn och tillåter maskinen att fortsätta gå, fast då med en lägre kyleffekt. Detta händer då konstruktionsvillkoren har blivit överskridna. Eftersom pressostaten har automatisk återställning kommer det tredje steget att återstarta då trycket är lågt nog. Lågtryckspressostat På kompressorernas sugsida finns lågtryckspressostater monterade. Dessa stoppar kompressorerna då trycket är för lågt, vilket kan inträffa när lufttemperaturerna är låga. Lågtryckspressostaterna löser även ut om det skulle uppstå ett köldmedieläckage. Vätskefilter Synglas Efter filtren finns ett synglas monterat med integrerad fuktighetsindikator. Den fuktighetskänsliga känselkroppen ändrar färg med fuktighetsinnehållet. Synglaset kan också indikera om något köldmedieläckage har inträffat. Passiv köldmediesamlingsbehållare På vissa kylare är en vätskemottagare monterad. Detta är en köldmediebehållare som kan användas till att förvara köldmediet i om komponenterna i köldmediekretsen behöver bytas ut. Eftersom mottagaren inte har någon roll att spela i maskinens normala drift, isoleras den av avstängningsventiler från resten av systemet. Vattenkyld kondensor Den vattenkylda kondensorn fungerar som ett komplement till den luftkylda kondensorn. Den kan väljas som tillval om den luftkylda kondensorn inte kan föra bort tillräckligt med värme. Detta kan bero på att frånluftstemperaturen är lite för hög eller för att flödeshastigheten är lägre än hastigheten på tilluftsidan. Den vattenkylda kondensorn kan också användas till att återvinna värme till det varma vattenledningssystemet i byggnaden Val av kylenhet Valet av kylenhet beror först och främst på aggregatstorleken. Därefter väljs den effektvariant som motsvarar kylbehovet. Precis innan expansionsventilen sitter ett vätskefilter monterat. Dess funktion är att ta bort partiklar samt att rensa kretsen från vattenånga. 112

Indirekt Evaporativ Kyla Ytterliggare ett sätt att kyla är genom att använda indirekt evaporativ kyla. Fläkt Woods produkt för indirekt evaporativ kyla heter COOLMASTER. Indirekt Evaporativ Kyla (IEK) innebär en kylning av frånluft eller uteluft med en evaporativ fuktare (läs mer om detta i kapitlet om fuktare) och överföring av kyl-effekten till tilluften via en effektiv icke fuktöverförande värmeväxlare. Med IEK går det i många fall att skapa en bra inomhustemperatur sommartid. Det är möjligt att få en kyleffekt på 7 8 C vilket har stor betydelse för trivsel och prestationsförmåga. När vatten avdunstar, upptar det värme ur sin omgivning. Fuktaren kyler alltså luften när den tillför fukt. Huvuddelarna i en COOLMASTER luftbehandlingsenhet är evaporativfuktaren som kyler frånluften och en effektiv värmeväxlare som överför kyleffekten till tilluften. Vid hög utomhustemperatur kyler luftfuktaren frånluften från lokalen. Via värmeväxlaren kyler från- luften sedan uteluften innan den förs in i lokalen. För att systemet skall få maximal effekt är det viktigt att såväl luftfuktare som värmeväxlare har högsta möjliga verkningsgrad. Det är också önskvärt att systemet (speciellt på tilluftssidan) har låga tryckfall samt att effektivast möjliga fläkt och motor används för att ge låg temperaturhöjning över fläkt och kanaler på tilluftssidan. COOLMASTER kan kompletteras med en fuktare på tilluftssidan för att skapa ytterligare kyla. I många fall är uteluften så torr att en viss uppfuktning kan tolereras utan att luftfuktigheten i rummet blir för hög. Den roterande värmeväxlaren kan ersättas av en plattvärmeväxlare eller ett batteriåtervinningssystem. Den maximala kylförmågan kommer då reduceras med ca 15-20%. COOLMASTER med ECONET kan ge samma effekt som med roterande värmeväxlare. Bästa förutsättningar har COOLMASTER : vid små internlaster (temperatur och fukt) med deplacerande luftföring (lågimpulsdon) på orter med relativt torrt klimat. COOLMASTER Fläkt Woods 113

Frånluftsfuktning eller uteluftsfuktning Lägst installationskostnad får man genom att utnyttja frånluften för evaporativ kylning. Installationsexempel visas i figuren nedan. Beräkning av kyleffekt COOLMASTER -systemets kyleffekt beror på uteluftens absoluta fuktighet. Ju torrare luft, desto lättare att kyla den och desto mer kyla kan systemet ge. Om frånluft används beror kyleffekten också på internlasten (temperatur och fukt). Uteluft Frånluftsfuktning Vid stora internlaster blir frånluften varmare än uteluften. Effekten blir då större genom att kyla uteluft istället för frånluft. Installationskostnaden blir större än vid frånluftskylning då fläkt och spjäll m m tillkommer. Installationsexempel visas i figuren nedan. Frånluft Tilluft Nattkyla För att ge en maximal kyleffekt kan COOLMASTER köras även nattetid. Man utnyttjar då byggnadens värmelagrande förmåga genom att byggnadsstomme m m kyls ned. Detta hjälper sedan till att hålla nere temperaturen under dagen. Komforten kan på så sätt bli mycket god även under en långvarig värmebölja. Totalenergi Avluft Uteluft Uteluft Tilluft Frånluft Tilluft Driftkostnaden beror på klimatet på platsen och på hur systemet används, samt naturligtvis på el- och vattenkostnaderna på platsen. Tryckfallet över fuktaren innebär en högre energikostnad för att driva frånluftsfläkten. Ökningen kan dock halveras om fuktarkassetten tas ut under vinterhalvåret. Uteluftsfuktning Frånluftsfuktning är att föredra om internlasten Δt intern är 6 C eller lägre. ( Δt intern = t från t till). Internlast, t från t till C 2 4 6 8 10 Frånluftsfuktning Uteluftsfuktning Detta är fallet i de flesta kontors- och industrilokaler. Är internlasterna 6 C eller högre är uteluftsfuktning att föredra. Säker Överallt där det finns fukt, finns risk för bakterietillväxt. Denna risk finns för såväl kylslingor som luftfuktare. För att undvika förorening av tilluften är det viktigt att undvika bildandet av aerosoler, som kan sprida bakterier, samt att underhållet sköts korrekt. Bra filter i såväl från- som tilluftskanalerna är en annan viktig del av god ventilationshygien. Avdunstningen i evaporatorn skapar inga aerosoler och luftfuktaren i COOLMASTER sitter dessutom i frånluftströmmen. Detta innebär ett minimum av fukt i luftbehandlarens tilluftsdel. 114

Elvärmare En elvärmare består av ett antal värmeelement som är placerade i luftströmmen i luftbehandlingsaggregatet. Då ström passerar genom elementen blir de heta och värmen överflyttas till luften. Varje individuellt element ger en konstant värmeeffekt. Genom att sätta på ett lämpligt antal element regleras lufttemperaturen. En stegkopplarenhet kopplad till reläer ger denna funktion. Naturligtvis betyder detta att lufttemperaturen tenderar att förändras i steg, vilket kan vara oönskat. För att ge en variabel uteffekt kan en tyristorregulator användas. Luftbehandlingsaggregat med elektrisk luftvärmare får uppsättas i torra icke brand- eller explosionsfarliga rum och i sådana garage där tappning av bensin normalt ej förekommer. Lufthastigheten över värmarens fronthastighet får inte vara lägre än 1,5 m/s. Max lufttemperatur efter värmaren får ej överstiga 40 C. Sammanfattning Batteriluftvärmare och luftkylare Batterier används för att värma och kyla luft i t ex luftbehandlingssystem. Batterierna byggs upp av ett stort antal tunna plåtar, lameller, med hål för rör. I lamellerna monteras rör som expanderas fast mekaniskt. Denna konstruktion gör, att vatten som strömmar genom rören kan värma eller kyla luften som passerar genom batteriet, på ett mycket effektivt sätt. Rören/slingorna kan kopplas så, att värmeeller köldbäraren strömmar på olika sätt i förhållande till luftströmmen; korsströmskoppling, motströmskoppling och medströmskoppling. Motströmskoppling är vanligast och används för kylbatterier, värmebatterier och värmeåtervinning med hög effekt. Kylenheten Kylenheten är ett färdigt kylaggregat, komplett med alla komponenter inklusive styr och regler. Kylprincipen är direkt expansion med kapacitetsreglering i tre steg. En Kylenhet består av förångare, kompressor, kondensor, expansionsventil, högtryckspressostat, högtryckspressostat (drift), lågtryckspressostat, vätskefilter, synglas, passiv köldmediesamlingsbehållare och vattenkyld kondensor. Indirekt Evaporativ Kyla (IEK) Ytterliggare ett sätt att kyla är genom att använda Indirekt Evaporativ Kyla (IEK). Vilket innebär en kylning av frånluft eller uteluft med en evaporativ fuktare och överföring av kyleffekten till tilluften via en effektiv icke fuktöverförande värmeväxlare. Elvärmare En elvärmare består av ett antal värmeelement som är placerade i luftströmmen i luftbehandlingsaggregatet. Då ström passerar genom elementen blir de heta och värmen överflyttas till luften. Fläkt Woods 115

5 Värmeväxlare

Kapitlet tar upp Roterande värmeväxlare Renblåsningssektor På- och avfrostning Korrosionsskydd Icke-hygroskopiska rotorer Hygroskopiska rotorer Plattvärmeväxlare Avfrostning Läckage Vätskekopplade system Verkningsgrad Reglering och frostskydd ECONET -systemet Roterande värmeväxlare Det finns ett flertal system för återvinning av värme och kyla inom komfortventilation. De helt dominerande systemen är: Roterande värmeväxlare Plattvärmeväxlare Vätskekopplade system Vid val av system så finns det ett antal faktorer som måste beaktas. Några av de viktigaste är: Verkningsgrad och tryckfall (energi) Utrymme Möjlighet till kanalanslutning Läckage, luktöverföring Verksamhet i byggnaden Typ av energikällor Plattvärmeväxlare Det är viktigt att man väljer system utifrån de förutsättningar som råder i det enskilda fallet. Vätskekopplad värmeväxlare Fläkt Woods 117

Roterande värmeväxlare Den roterande värmeväxlaren består av rotor, hölje och drivanordning. Rotorn utgörs av en matris av tunn aluminiumplåt eller mikroglas formad till triangulära kanaler. Ytan kan vara hygroskopisk och därför även överföra fukt. Kanalerna är så små att strömningen är laminär eller semiturbulent. Fläkt Woods produktnamn för roterande värmeväxlare är Regoterm och Turboterm. Rotorn arbetar i ren motström och utan ett mellanliggande medium och har därför en mycket hög verkningsgrad (för ett givet tryckfall) jämfört med övriga återvinningssytem. Temperaturverkningsgraden regleras med rotorvarvtalet, eller via by-pass spjäll. Drivanordningen har motor för reglerbart eller konstant varvtal, växel och drivrem. Styrutrustningen reglerar rotor varvtalet från maximalt cirka 20 varv per minut ned till cirka 0,5 varv per minut. Vid en hygroskopisk rotor sker nedregleringen snabbare för fukt än för temperatur då varvtalet minskar. Om man behöver avfrosta rotorn görs detta enklast genom nedreglering av rotorvarvtalet via en drivutrustning med variabelt varvtal. Vid kraftig påfrostning kan dräneringstråg erfordras vid avfrostning. Frånluften ska placeras nederst i luftbehandlingsaggregatet för att vattnet vid avfrostningen inte ska kunna frysa till is. Konstant varvtal kan med fördel användas i tropikerna vid kylåtervinning. Uteluft Avluft Hölje Tilluft Renblåsningssektor Frånluft Rotor Drivanordning Roterande värmeväxlare principskiss 118

Renblåsningssektor För att hindra frånluft att medrotera till tilluftssidan används en renblåsningsssektor. I sektorn finns en direkt förbindelse mellan ren luft och frånluft/avluft. Om den rena luften har ett högre tryck än frånluften kommer en kanal vid sin passage genom sektorn att tömmas på frånluft. Frånluften trycks ut av den rena uteluften. Nedan visar ett exempel på hur en sektor fungerar. Renblåsningsflödet är vid korrekta tryckförhållanden försumbart litet. Är sektorn för liten för att klara renblåsning vid aktuellt varvtal och tryckdifferens, p 21 -p 11,läck- er frånluft till tilluft och det blir risk för luktöverföring. Är sektorn för stor får man ett visst läckage av ren luft till frånluftsidan. Även om renblåsningssektorn är väl tilltagen kan starkt luktande gaser och partiklar i frånluften (t ex cigarettrök och matos) överföras till tilluften genom adsorbtion på rotorns ytor. Konstruktionen med rotor ger upphov till läckageflöden q 21, medrotationsflöde q m, by-passflöden q by-pass och eventuellt även renblåsningsflöde q renblåsning. Läckageflödet minimeras och ges rätt riktning genom en bra tryckbalans runt rotorn. Detta kan erhållas med rätt fläktplacering, och effektiva tätningar. Eventuellt krävs det ett trimspjäll i frånluftskanalen. p 22 > p 11 Frånluft, q 11 Avluft q p m 12 q 21 Frånluft p 11 q renblåsning Uteluft, q 21 Uteluft p 22 Tilluft p 21 q by-pass Exempel på hur en sektor fungerar Läckageflöden och överföring L r Fläkt Woods 119

Påfrostning Vid låga utetemperaturer kommer kondens att utfällas på frånluftsidan som sedan normalt förångas på tilluftsidan. Vid hög fukthalt i frånluften och mycket låg utetemperatur blir kondensationen större än förångningen och man får överskottsvatten i rotorn. Om medeltemperaturen under varvet är lägre än 0 C kommer vattnet att frysa till frost och man måste ha ett system för avfrostning. Vid normal komfortventilation utan luftbefuktning klarar sig en hygroskopisk rotor ned till cirka 25 C utan överskottsvatten och avfrostning. En kontroll kan göras med hjälp av Mollierdiagrammet. Om den räta linjen mellan frånlufts- och utetillstånd ej skär mättnadslinjen uppstår inget överskottsvatten. En ickehygroskopisk rotor klarar ned till cirka 15 C. Avfrostning Avfrostning kan ske genom att varvtalet regleras ned till cirka 0,5 varv/minut. Den startas med pressostat vid ett värde som ligger cirka 50 Pa högre än tryckfallet efter avfrostningen som i sin tur ligger cirka 30 % högre än normaltryckfallet på grund av vattnet i rotorn. Alternativt kan avfrostningen styras med tidur som aktiveras under 15 C och ger avfrostning 2-3 gånger per dygn. Ett påfrostningsförlopp kan ta många timmar. Avfrostning kan ske på 15-20 minuter. Under den tiden är temperaturverkningsgraden låg (20-30%) och man bör tillföra värme i värmebatteriet. Ett alternativ till att avfrosta är att förvärma uteluften till en temperatur där påfrostning ej sker. Med en hygroskopisk rotor kan man använda Mollier diagrammet för att avgöra gränstemperaturen. Korrosionsskydd I vissa miljöer kan rotorn behöva korrosionsskydd. Rotorn förses då med kantförstärkning. I starkt korrosiva miljöer kan epoxibelagd aluminium användas. Användning På grund av sin höga verkningsgrad är den roterande återvinnaren förstavalet då man: Har tillräckligt ren frånluft Har till- och frånluftskanaler sammandragna Har nytta av fuktåtervinning Kan tolerera en viss återföring av gaser och partiklar ur frånluften 120

Hygroskopisk och ickehygroskopisk rotor Roterande återvinnare kan indelas i två huvudgrupper: Ickehygroskopiska och hygroskopiska. Om vi bortser från den fuktöverföring som under vissa temperaturvillkor kan ske så överför den ickehygroskopiska rotorn endast sensibelt värme. Den hygroskopiska rotorn däremot överför under alla omständigheter både sensibelt och latent värme. Medan en ickehygroskopisk rotors verkningsgrad i allt väsentligt bestäms av den värmeöverförande ytans storlek och varvtalet så är det mera komplicerat med den hygroskopiska rotorn. Där kommer det hygroskopiska ytskiktets egenskaper in som en viktig parameter. Det finns hygroskopiska rotorer med helt olika prestanda i detta avseende. Icke-hygroskopiska De ickehygroskopiska rotorerna är uppbyggda av tunn obehandlad aluminiumplåt i vissa fall epoxibelagd för att ge ett korrosionsskydd. Dessa rotorer överför endast sensibel värme utom i de fall då kondensutfällning bidrar till en viss fuktöverföring. Då uteluften är tillräckligt kall och frånluften är varm och fuktig kommer luftfuktigheten att kondensera på frånluftsidan och förångas på tilluftsidan och på det sättet ge en viss fuktöverföring. Är uteluften mycket kall kommer frost att bildas i rotorn som måste avlägsnas genom avfrostning. Om frost bildas, och hur snabbt det sker beror i huvudsak på uteluftens temperatur och frånluftens fuktinnehåll. Vid komfortventilation utan fukttillförsel till lokalerna klarar rotorn ned till ca -15 C utan frostproblem. Ickehygroskopiska rotorer används i huvudsak för värmeåtervinning under vintertid. Kylåtervinningen under sommaren blir mycket begränsad eftersom rotorn bara överför sensibel värme. Hygroskopisk De hygroskopiska rotorer som är uppbyggda av aluminiumplåt har genomgått en behandling som gjort ytan hygroskopisk d v s ytan har en stor förmåga att ta upp och avge vattenmolekyler. Det finns också rotormaterial av mikroglas som har gjorts hygroskopisk genom olika typer av beläggningar. Då en rotorkanal befinner sig på den sida som har högst ångtryck för vattenånga kommer vattenmolekyler att adsorberas på ytan för att sedan kunna avges till luften på den torrare sidan. Man får en fuktöverföring och överföring av latent värme som är analog med värmeöverföringen av sensibel värme. En hygroskopisk rotor klarar frostproblemet bättre än en ickehygroskopisk rotor. Vid normal komfortventilation kan rotorn fungera ned till en utetemperatur på ca 25 C utan påfrostningsproblem. Har frånluften genom uppfuktning av lokalerna en relativ fuktighet av 50 % är gränstemperaturen däremot ungefär 8 C. Påfrostning vid komfortventilation är en process över ett antal timmar och om anläggningen t ex bara utnyttjas under dagtid så kan den avfrostas under icke drifttid. Genom att den hygroskopiska rotorn är fuktöverförande bidrar den till ett bättre inomhusklimat under vintern då annars inomhusluften tenderar att bli för torr. Sommartid då utomhusluften är varm och fuktig torkar rotorn luften och ger ett torrare och svalare inomhusklimat. I varma klimat ger den hygroskopiska rotorn en mycket stor besparing av kylenergi. Fläkt Woods 121

15 15 35 15 10 35 15 10 Exemplet visar en jämförelse av fuktöverföring i vinterfallet för en icke-hygroskopisk rotor (vänster) och hygroskopisk rotor (höger). Utifrån detta kan vi se att fukthalten är högre i den hygroskopiska rotorn. kg x kg kg x kg 0,000 h t kj kg; C 0,005 0,010 0,015 0,000 h t kj kg; C 0,005 0,010 0,015 35 35 0,20 0,20 30 0,30 30 0,30 0,40 0,40 25 20 15 2 3 0,50 35 0,60 0,70 0,80 40 kj/kg 0,90 ϕ = 1,00 45 10 11 55 50 13 12 60 14 65 15 70 16 25 20 15 2 3 0,50 35 0,60 0,70 0,80 40 kj/kg 0,90 ϕ = 1,00 45 10 11 55 50 13 12 60 14 65 15 70 16 10 30 8 9 kcal/kg 10 30 8 9 kcal/kg 25 7 25 7 6 6 5 20 5 5 20 5 0-5 5 10 4 1 2 4 3 10 15 2,5 0-5 4 5 10 1 2 4 3 10 15 2,5 våt termometer våt termometer isbelagd termometer isbelagd termometer -10 1-10 -5 h = 0 0-1 -5 t v = ±0 5 1,5 2,0-10 1-10 -5 h = 0 0-1 -5 tv = ±0 5 1,5 2,0-15 -2-10 -15-2 -10-15 -15 1,0 kpa -15-15 1,0 kpa -20 0,5-20 0,5-25 0-25 0 Icke-hygroskopisk rotor Hygroskopisk rotor Exemplet visar en jämförelse av fuktöverföring i sommarfallet för en icke-hygroskopisk rotor (vänster) och hygroskopisk rotor (höger). Här ser vi att den hygroskopiska rotorn överför mer energi (linje 3-4) än den icke-hygroskopiska rotorn. Det beror på att den även överför latent energi. kg x kg kg x kg 0,000 h t kj kg; C 0,005 0,010 0,015 0,000 h t kj kg; C 0,005 0,010 0,015 35 35 0,20 0,20 30 25 20 1 2 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 50 45 ϕ = 1,00 3 4 55 13 60 14 65 15 70 16 30 25 20 1 0,30 0,40 4 3 2 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 50 45 ϕ = 1,00 55 13 60 14 65 15 70 16 15 11 12 15 11 12 40 kj/kg 40 kj/kg 9 kcal/kg 9 kcal/kg 10 30 8 10 30 8 25 7 25 7 6 6 5 20 5 5 20 5 0 10 3 4 15 0 10 3 4 15-5 5 1 2 isbelagd termometer 10 2,5-5 5 1 2 isbelagd termometer 10 2,5-10 -5 h = 0 0-1 våt termometer t v = ±0 5 2,0-10 -5 h = 0 0-1 våt termometer tv = ±0 5 2,0-10 -5 1,5-10 -5 1,5-15 -2-10 -15-2 -10-15 -15 1,0 kpa -15-15 1,0 kpa -20 0,5-20 0,5-25 0-25 0 Icke-hygroskopisk rotor Hygroskopisk rotor 122

System med dubbla rotorer Ett system med dubbla rotorer är uppbyggt av en hygroskopisk rotor, ett kylbatteri och en sensibel rotor. Fläkt Woods system för detta kallas Twin Wheel. Systemet används för kyla och torka luften. Detta är viktigt i vissa aplikationer såsom kylbaffelsystem där låg fukthalt är önskvärt för att undvika kondens. I traditionella aggregat åstadkoms detta ofta genom att först kyla luften i ett kylbatteri, detta för att kondensera ut oönskat fuktinnehåll, för att sedan passera genom ett värmebatteri, där temperaturen höjs till önskad nivå. Nackdelen med det är att driftkostnaderna för värme- och kylbatteriet är höga. När det finns kylbehov och uteluften är varmare än frånluften, arbetar den hygroskopiska rotorn med att sänka temperaturen på den inkommande uteluften och samtidigt överföra viss del fukt från uteluft till avluft, om även den absoluta fuktigheten i uteluften är större än i frånluften. Efter att uteluften passerat den hygroskopiska rotorn, går den vidare genom kylbatteriet, där temperaturen sänks ytterligare och fukt kondenseras till önskad nivå. Den nu avfuktade och kylda luften fortsätter sedan genom den sensibla rotorn, där den högre temperaturen i frånluften värmer luften till önskad temperatur, för att sedan slussas in som tilluft till byggnaden. Slutresultatet blir en anpassad temperatur med kontrollerad fuktighet. Detta gör att systemet är speciellt lämpat för kylbafflar där så låg fuktighet som möjligt i tilluften önskas. I växlingen mellan temperatur i den sensibla rotorn, sänks alltså temperaturen i frånluften, vilket medför att kylåtervinningen den hygroskopiska rotorn förbättras. I och med att tilluftstemperaturen sänks innan den når kylbatteriet minskar även effektbehovet på kylbatteriet. Upp till halva kyleffekten kan avlägsnas, samtidigt som behovet av värmebatteri i de flesta fall försvinner. Avluft Frånluft Hygroskopisk Rotor Sensibel Rotor Uteluft Kylbatteri Tilluft Fläkt Woods 123

Plattvärmeväxlare På- och avfrostning Uteluft Frånluft Tilluft Vid utetemperatur under cirka 7 C kan kondensatet frysa till is. För att förhindra igensättning finns flera metoder: Sektionsvis, kontinuerlig avfrostning under en viss utetemperatur By-pass av uteluft så att avluftstemperaturen alltid är över noll och ingen is kan bildas. Avstängning av tilluftsfläkten tills isen smält. Avluft Konstruktion Plattvärmeväxlare består av ett antal kvadratiska, parallella plattor. Mellan plattorna går varm och kall luft i varannan kanal och värmen överförs genom plattorna. Fläkt Woods produktnamn för plattvärmeväxlare är RECUTERM. Plattorna är tunna och gjorda av ett värmeledande material för att värmegenomgångstalet skall bli stort. För att möjliggöra luftanslutningar måste växlaren byggas i korsström. Detta gör att temperaturverkningsgraden blir betydligt lägre än för den roterande växlaren. Det innebär också att hörnet mellan uteluftsida och avluftsida blir ett så kallat kallt hörn med låg tilluftstemperatur. Vid kall uteluft kommer frånluften att avkylas under sin daggpunkt och man får en kondensutfällning. Man måste därför ha ett tråg under frånluftsdelen med ett avlopp. På grund av risk för vattenmedryckning bör man vid lufthastigheter över ca 3 m/s ha droppfångare på avluftsidan. Vid hög luftfuktighet kan det behövas ett tråg även på tilluftsidan. För att kunna reglera tilluftstemperaturen och förhindra påfrostning byggs ofta växlaren med en bypass av uteluft. Plattavståndet i värmeväxlarna anpassas till storleken så att stora värmeväxlare har större avstånd mellan plattorna än mindre. Detta gör att lämpligt tryckfall alltid kan erhållas. Sektionsvis avfrostning (sektionsavfrostning) är en effektiv metod. Växlarens tilluftsida delas upp i 2 till 4 sektioner. Dessa stängs sedan för kall uteluft i sekvens och den varma frånluften smälter den is som finns i sektionens frånluft. Under sektionsavfrostning sjunker tilluftsflödet marginellt. Verkningsgraden sjunker också beroende på hur många sektioner man har. Vid fyra sektioner sjunker verkningsgraden med cirka 10 % på grund av att flödesbalansen på den aktiva delen ändras. Vid två sektioner sker en reduktion med 50 %. En annan metod är att förhindra påfrostning genom att använda ett by-pass spjäll. Spjället styrs modulerande så att avluftstemperaturen vid kalla hörnet aldrig understiger till exempel 2 C. Med denna metod begränsas verkningsgraden vid låga utetemperaturer och lika massflöden på till- och frånluftssida till 20-25 %. Läckage Plattvärmeväxlare kan byggas mycket täta, med läckage mindre än 0,5 % vid tryckdifferens på 400 Pa. Tillser man sedan att trycket är högre på tilluften än frånluften så får man ingen överföring av gaser eller partiklar från frånluft till tilluft. Korrosionsskydd I starkt korrosiva miljöer där korrosionsskydd av plattvärmeväxlaren behövs används expoxibelagd aluminiumplåt. 124

Vätskekopplat system Frånluft Avluft På grund av sin flexibilitet är systemet användbart i anläggningar där tillufts- och frånluftskanaler ej kan sammanföras. Systemet är relativt enkelt att installera i befintliga anläggningar. Verkningsgrad Tilluft Uteluft Temperaturverkningsgraden beror i huvudsak av antalet rörrader i värmeväxlarna. Vid en lufthastighet av 3 m/s genom värmeväxlaren är verkningsgraden ca 50 % vid 6 rörrader och 55 % vid 8 rörrader. Med 10 rörrader kan man nå 60 % men tryckfallet blir då relativt stort. Konstruktion Ett vätskekopplat system består av värmeväxlare i tilloch frånluft. Fläkt Woods vätskekopplade system har produktnamn ECOTERM och ECONET. Som värmebärare används vatten med tillsats av frostskyddsmedel som pumpas runt och överför värme från det varma batteriet till det kalla. Värmeväxlaren på varma sidan skall normalt vara utrustad med rostfritt tråg som tar hand om kondensvattnet och vid behov även av droppfångare. Värmeväxlarna är uppbyggda av kopparrör med profilerade aluminium- eller kopparlameller. Lamelldelningen är normalt 2 mm. Vattenkretsen har pump och regulator med 2- eller 3-vägsventil (ECOTERM ) eller frekvensstyrd pump (ECONET ) för effektreglering och frostkontroll. Vätskekopplade återvinnare finns från små upp till mycket stora luftflöden. För varje storlek finns oftast flera effektvarianter, d v s olika antal rörrader. Luftvärmeväxlare skall kopplas så att man får en motströmskoppling. Systemet Ett vätskekopplat system har några värdefulla egenskaper som skiljer ut det från de övriga systemen: Tillufts- och frånluftsflödena är effektivt separerade vilket förhindrar läckageflöde. Reglering och frostkontroll By-pass Denna reglering innebär att värmebäraren kan gå i bypass förbi tillluftsvärmeväxlare. Genom styrning av bypassflödet kan man reglera ned återvinningen. Man kan också tillse att temperaturen efter tillluftsvärmeväxlare aldrig blir så låg att påfrostning kan ske. Denna reglerprincip kan användas för system med flera luftvärmeväxlare om dessa alltid går parallellt. Flödesreglering Används i större system med flera tilluftsvärmeväxlare då individuell reglering erfordras. I ECONET systemet används en kombination av by-pass och flödesreglering vid nedreglering av återvinningen och för frostskydd. Frostskyddsmedel Frostskyddsmedlet är en säkerhet om pumpen skulle stanna och är även en säkerhet vid återvinning av låga temperaturer. Inblandning av frostskyddsmedel inverkar alltid negativt på verkningsgraden. För varje 10 % inblandning av till exempel etylenglykol reduceras verkningsgraden med cirka 1 procentenhet. En glykolkoncentration av 15 % är teoretiskt tillräckligt men för att få en viss marginal rekommenderas 30 % glykolinblandning. Fläkt Woods 125

ECONET -system Det finns en variant av vätskekopplade system som kallas ECONET. ECONET är ett produktnamn och produkten är patenterad av Fläkt Woods. I ECONET - konceptet är alla energifunktioner samlade i en gemensam krets för värme-/kyl-återvinning, värme och kyla. Härigenom krävs färre komponenter i form av värmekylbatterier, pumpar, ventiler, rör, isolering osv. Resultatet blir ett kortare och mer kompakt aggregat. När värme och kylåtervinning inte räcker till tillförs värme- eller kylenergi in i tilluftsbatteriet. Genom att batteriet på tilluftssidan är uppdimensionerat (10 12 rörrader) och extremt effektiva får man en bra värmeåtervinning och kan använda lågtemperaturvatten som tillsatsvärme. Spillvärme och spillkyla kan användas i högre utsträckning. Tidigare i avsnittet om vätskekopplade system har vi nämnt att tryckfallet blir stort vid 10 rörrader men detta kompenseras i ECONET -system av att det inte behövs någon ytterligare luftvärmare eller kylare eftersom detta är integrerat i systemet. ECONET -systemet består av två eller tre värmeväxlare, dvs. ett eller två batterier i tilluftsenheten och ett i frånluftsenheten. Då ett förvärmebatteri önskas som skydd mot uteluftsfiltret används två batterier i tilluftsdelen. I denna lösning kan både till- och utluftsbatteri utnyttjas för återvinning, vilket gör att systemet blir effektivare och enklare än traditionell lösning. I leveransen ingår även en pumpenhet, bestående av pumpenhet och styrfunktion för optimering av energiåtervinning. Alla nödvändiga givare i pumpenheten, programvaran samt projektbaserade parametrar i frekvensomriktaren och styrskåpet är på fabrik installerade. Rören i pumpenheten är isolerade och pumpenheten står på eget stativ. ECONET kan kompletteras med verkningsgradsmätning samt förses med två pumpar. Systemets funktion Värmeåtervinning: Systemet optimerar vätskeflödet i batterierna så att bästa möjliga värmeåtervinning åstadkoms. Vätskeflödet regleras med den frekvensstyrda pumpen. Värmeåtervinning + tilläggsvärme: Systemet optimerar vätskeflödet i batterierna så att bästa möjliga värmeåtervinning åstadkoms. Tilläggsvärme kan tillföras kretsen, antingen direkt eller via en värmeväxlare. Kyla: Frånluftsbatteriet kopplas bort och tilläggskyla tillförs kretsen så att kylvätskan endast cirkulerar genom tilluftsbatteriet. Tilläggskyla tillförs kretsen direkt eller via en kylväxlare. Kylåtervinning (tex; IEK): Frånluften kyls genom befuktning med indirekt evaporativ kyla (Coolmaster). Kyleffekten överförs via återvinningssystemet till tilluften. Vätskeflödet optimeras och vid behov kan tilläggskyla tillföras. 126

Temperaturverkningsgrad och tryckfall Temperatur verkningsgrad, % Tryckfall, Pa Nedan visas temperaturverkningsgrader och tryckfall för de tre systemen. Jämförelsen är gjord för installation i samma luftbehandlingsaggregat. Rotorhöljet kan i vissa fall vara större än höljet i övrigt. Roterande återvinnare 75 150 Plattvärmeväxlare 58 150 Vätskekopplad 1), 50 210 ECOTERM 6 rörrader Vätskekopplad 1), 55 270 ECOTERM 8 rörrader Vätskekopplad, 65 330 2) ECONET 1) 30 % etylenglykol 2) Det totala tryckfallet för hela systemet blir ej högt på grund av att luftvärmare och kylare är inegrerat i ECONET -systemet. Systemjämförelser Tabellen visar en jämförelse av de olika systemen med avseende på ett antal systemfaktorer. Rotor Plattvvx Vätskekopplat Vätskekopplat system, ECOTERM system, ECONET Verkningsgrad ++ + + Tryckfall + + + Effektbesparing ++ + + + Luftläckage + ++ ++ Utrymmesbehov + _ + ++ Kanaldragning ++ ++ Reglering + + + + Luktöverföring + ++ ++ Frostproblem ++ + + + Fuktöverföring ++ Kylåtervinning ++ + + + Miljötålighet + + ++ ++ Tillförlitlighet + + + + Spillvärme/Kyla - - - ++ ++ betyder mycket goda egenskaper + betyder goda egenskaper betyder mindre goda egenskaper Vilka av faktorerna ovan som tillmäts störst vikt beror av förhållandena i det enskilda fallet. Fläkt Woods 127

Sammanfattning Värme- och kylåtervinning är en besparing, både ur ett ekonomiskt och ett miljöperspektiv. Varaktighetsdiagram Ett varaktighetsdiagram anger utetemperaturens varaktighet för en viss ort under ett genomsnittligt år. Ur diagrammet kan man utläsa årsvärmebehovet, utan värmeåtervinnare vid kontinuerlig drift och behovet då man har en återvinnare. Verkningsgrad Verkningsgraden är ett mått på återvinnarens effektivitet med avseende på återvinning av temperatur eller fukt och anges i procent av den teoretiskt möjliga återvinningen. Det finns ett flertal system för återvinning, de helt dominerande systemen är: Roterande återvinnare Roterande återvinnare har hög verkningsgrad jämfört med andra återvinningssystem. Hygroskopiska rotorer återvinner även fukt (latent energi) Verkningsgraden regleras med varvtalet. Drivanordningen har motor med reglerbart varvtal, växel och drivrem. Styrutrustningen reglerar rotorvarvtalet. För att hindra frånluft att medrotera till tillluftssidan används en renblåsningsssektor. Vid låga utetemperaturer kommer kondens att utfällas på frånluftsidan som sedan normalt förångas på tilluftsidan. Vid hög fukthalt i frånluften och mycket låg utetemperatur blir kondensationen större än förångningen och man får överskottsvatten i rotorn. Om medeltemperaturen under varvet är lägre än 0 C kommer vattnet att frysa till frost och man måste ha ett system för avfrostning. Plattvärmeväxlare Plattvärmeväxlare består av ett antal kvadratiska, parallella plattor. Mellan plattorna går varm och kall luft i varannan kanal i korsström och värmen överförs genom plattorna. Plattorna är tunna och gjorda av ett värmeledande material för att värmegenomgångstalet skall bli stort. Temperaturverkningsgraden är betydligt lägre än för den roterande växlaren. Vid kall uteluft kommer frånluften att avkylas under sin daggpunkt och man får en kondensutfällning. Man måste därför ha ett tråg under frånluftsdelen med ett avlopp. Vid utetemperatur under cirka 7 C kan kondensatet frysa till is. För att förhindra igensättning finns flera metoder: Sektionsavfrostning By-pass av uteluft Avstängning av tilluftsfläkten Plattvärmeväxlare kan byggas mycket täta. Tillser man sedan att trycket är högre på tillluften än frånluften så får man ingen överföring av gaser eller partiklar från frånluft till tilluft. Vätskekopplade återvinnare Den vätskekopplade återvinnaren består av värmeväxlare i till- och frånluft. Som värmebärare används vatten med tillsats av frostskyddsmedel som pumpas runt och överför värme från det varma batteriet till det kalla. Värmeväxlarna är uppbyggda av kopparrör med profilerade aluminium- eller kopparlameller. Ett vätskekopplat system har några värdefulla egenskaper som skiljer ut det från de övriga systemen: Inget överläckage Kan användas där tillufts- och frånluftskanaler ej kan sammanföras. Enkelt att installera i befintliga anlägg ningar. Det finns en variant av vätskekopplade system som kallas ECONET. I ECONET - konceptet är alla energifunktioner samlade i en gemensam krets för värme-/kylåtervinning, värme och kyla. Härigenom krävs färre komponenter i aggregatet. Resultatet blir ett kortare och mer kompakt aggregat. 128

6 Luftfuktare

Kapitlet tar upp Allmänt om luftfuktare Kontaktfuktare Ångfuktare Dysfuktare Vid luftbefuktning är de hygieniska aspekterna viktiga. Olämplig användning av utrustningen, bristande skötsel och underhåll, kan i extrema fall skapa hälsoproblem genom att bakterier, alger, mögel kan växa i systemet och spridas med tillluften ut i lokalerna. I de fall man har värmebehov i lokalen kostar luftbefuktning mycket energi. Har man kylbehov kan evaporativa fuktare användas för att sänka temperaturen. Befuktningsprinciper Friska människor är relativt okänsliga för variationer i luftfuktigheten. Vid temperaturer mellan 20 22 C kan den relativa fuktigheten få variera mellan 30 och 65 % utan att man upplever obehag. Med ökande temperatur ökar känsligheten för låg luftfuktighet. Hög rumstemperatur i kombination med låg luftfuktighet ger uttorkning av hud, ögon och slemhinnor. Risken för infektioner ökar och man känner obehag. I övrigt gäller att luftfuktighet under 50 % kan ge statiska uppladdningar i syntetiska golvbeläggningar och att många industriella processer kräver en lägsta relativ luftfuktighet av 45 50 %. Luftbefuktning kan ske antingen genom att man tillför luften vattenånga med en ångfuktare eller genom att låta luften komma i kontakt med en vätskeyta så att vattnet förångas, sk evaporativ befuktning. Med ångfuktare tillförs luften den energi som är bunden i vattenångan. I de evaporativa fuktarna tas energin från luften för att förånga vattnet. Evaporativa luftfuktare finns i två utföranden, kontakt och dysfuktare. I kontaktfuktare skapar man en stor kontaktyta mellan luft och vatten med hjälp av våta kontaktblock. I dysfuktare (lufttvättar) skapas finfördelade droppar som förångas i luftströmmen. Fläkt Woods 131

Kontaktbefuktare I kontaktbefuktare förångas vattnet från våta, ouppvärmda fuktarblock. Det som driver processen är skillnaden i ångtryck mellan luften nära vattenytan och i den fria luftströmmen. Energin för förångning tas ur luften vars temperatur sänks 2.5 C per gram uppfuktning. Kontaktblockens uppgift är att bilda en stor kontaktyta mellan luft och vatten. Materialet i blocken är aluminium, som har behandlats hygroskopiskt för att ge en vätande yta, eller mikroglas. Ytorna är utformade med struktur som styr vattnet mot uppströmssidan för att balansera förhållandet att luften pressar vattnet nedströms. Funktion Kontaktblocken påvattnas uppifrån med hjälp av t ex strilrör. Vattnet rinner ned och väter hela ytan. Vanligtvis förångas en mindre del av vattnet medan huvuddelen når tråget under kontaktblocken. Det finns två system för påvattning: Direktvattensystem System med cirkulerande vatten I direktvattenfuktaren rinner vattnet från tråget direkt ut i avloppet. Påvattning sker med kranvatten. Direktvattenfuktaren uppfyller höga krav på hygien, men vattenförbrukningen blir relativt hög. Vid fuktare med cirkulerande vatten har man en pump i tråget som pumpar upp vattnet till strilrören. Kranvatten innehåller alltid en viss mängd mineraler och salter. Därför måste man ha en avblödning av vatten från systemet för att undvika en koncentration i vattnet och mineralutfällning på fuktarblocken. Vid hög lufthastighet genom fuktaren kan droppar lämna ytan och följa med luftströmmen. Aluminiumblock klarar en fronthastighet av minst 3.0 m/s utan stänk. Vid högre lufthastigheter skall droppavskiljare användas. Maximal lufthastighet är 4.0 m/s. I figuren till höger visas principen för fuktare med cirkulerande vatten. Hygien Kontaktbefuktare är mycket hygieniska: Vattnet hålls samman i en vattenfilm på fuktarblocken och avger inte aerosoler Tillståndet efter fuktaren blir inte övermättat vilket minimerar risken för kondensutfällning nedströms. Har man extremt höga hygieniska krav bör fuktare för direktvatten användas. Reglering Kontaktbefuktarna regleras genom: On/off reglering Fuktaren delas upp i steg ( by-pass ) Daggpunktsreglering Vid on/off reglering skall hygrostaten placeras i frånluftskanalen eller i rummet så att man undviker alltför korta gångtider. Har man högre krav kan man använda flerstegsreglering i två eller flera steg. Vid mycket höga krav måste daggpunktsreglering tillgripas. Först fuktar man luften så man når över önskat vatteninnehåll. Sedan kyls luften till rätt daggpunktstemperatur. Slutligen värmer man till önskad temperatur. Fördelarrör Fuktarblock Flottör Avloppsventil Fuktare med cirkulerande vatten Pump Breddavlopp Avlopp 132

Ångfuktare I ångfuktare tillförs ånga till luften via sk ångspjut som sitter i luftströmmen. Ångfuktare karakteriseras av: Befuktningen kan ske utan att luftens temperatur ändras väsentligt. Befuktning kan ske var som helst i kanalsystemet Kalk och salter avskiljs där ångan produceras Enkel och snabb modulerande reglering Försumbart luftmotstånd Figuren till höger visar en ångfuktare. Det är viktigt att luften inte blir övermättad med ånga så att man får kondens i kanalerna vilket kan skapa hygieniska problem. Det är också viktigt att avståndet från ångspjuten till närmaste komponent är tillräckligt lång. Annars bildas kondens på komponenten. När ångan blåses in i kanalen bildas först droppar som sedan förångas så att det inte sker kondensering på efterföljande komponent. För att producera ånga krävs elektrisk energi. Ångfuktaren kräver normalt också en vattenbehandling. Ånga Partikelavskiljare Reglerventil Ångfuktare Separator Kondensatavskiljare Vattenlås Ångspjut (förvärms) Kondensat Dysfuktare Dysfuktare har en kammare med ett antal dysor som sprutar fina strålar uppströms mot en avvattningsfill. En kraftig pump skapar ett relativt högt tryck i dysorna som ger tunna strålar vilka bryts upp till små droppar. Nedströms dysorna sitter droppavskiljare. Liksom vid kontaktbefuktare är det viktigt att man avblöder vatten för att hålla nere mineralkoncentrationen. Då vattnet finfördelas i droppar som förångas så innebär detta att föroreningar som finns i dropparna kan föras över till luften. Detta är en betydande nackdel med dysfuktare och kan medföra en besvärlig stoftbeläggning och hygieniska problem om vattnet innehåller bakterier. Vattenkvalitet Med hänsyn till kontaktblockens funktion och livslängd bör färskvattnet vara av dricksvattenkvalitet med ett ph- värde mellan 5.0 och 8.0. Droppavskiljare Dysor Max. vattenstånd Min. vattenstånd Kammare Inlopp Magnetventil Breddavlopp Pump Dysfuktare Filter Avlopp Fläkt Woods 133

Sammanfattning Luftbefuktning kan ske antingen genom att man tillför luften vattenånga med en ångfuktare eller genom att låta luften komma i kontakt med en vätskeyta så att vattnet förångas, sk evaporativ befuktning. Evaporativa luftfuktare finns i två utföranden, kontaktfuktare och dysfuktare. Kontaktbefuktare I kontaktbefuktare förångas vattnet från våta, ouppvärmda fuktarblock. Det som driver processen är skillnaden i ångtryck mellan luften nära vattenytan och i den fria luftströmmen. Energin för förångning tas ur luften vars temperatur sänks 2.5 C per gram uppfuktning. Kontaktblockens uppgift är att bilda en stor kontaktyta mellan luft och vatten. Materialet i blocken är aluminium, som har behandlats hygroskopiskt för att ge en vätande yta, eller mikroglas. Ytorna är utformade med struktur som styr vattnet mot uppströmssidan för att balansera förhållandet att luften pressar vattnet nedströms. Ångfuktare I ångfuktare tillförs ånga till luften via sk ångspjut som sitter i (kanalen) luftströmmen. Det är viktigt att luften inte blir övermättad med ånga så att man får kondens i kanalerna vilket kan skapa hygieniska problem. Det är också viktigt att avståndet från ångspjuten till närmaste komponent är tillräckligt lång. Annars bildas kondens på komponenten. Dysfuktare Dysfuktare har en kammare med ett antal dysor som sprutar fina strålar uppströms mot en avvattningsfill. En kraftig pump skapar ett relativt högt tryck i dysorna som ger tunna strålar vilka bryts upp till små droppar. 134

Fläkt Woods 135

7 Styr och regler

Kapitlet tar upp För att förstå de kommande sidorna är det bra att känna till grunden för hur ett luftbehandlingsaggregats komponenter styrs och regleras. För att visa detta tar vi hjälp av ett blockschema som visar ett slutet system, ett system med återkoppling. Börvärdessignal + - Ärvärdessignal Regulator Ställsignal Allmänt styr och regler Dynamiska egenskaper/tidsfördröjning i reglersystem Olika typer av regulatorer/reglerprinciper PID-reglering Kaskad-reglering Tvåstegsreglering Flerstegsreglering Temperaturreglering Luftflödes/tryckreglering Frysskydd Utekompensering Nattuppvärmning Nattkyla CO 2 -kompensation Larm Kommunikation Ärvärdesgivare Störning Regler objekt Reglerad variabel Någon form av störning påverkar reglerobjektet. En givare (ärvärdesgivare) läser av den reglerade storheten, exempelvis temperatur, som kommer från systemet som regleras. Detta värde, ärvärdet, är det värde som kommer ut från komponenten just nu. Ärvärdet skickas till en jämförelsepunkt i systemet, till denna punkt kommer även en signal från givaren som vet vilket värde det ska vara, börvärdet. Om dessa inte överensstämmer skickas en felsignal vidare till regulatorn som reglerar in rätt värde. Mätsignal Hur kan vi nu översätta detta till ett luftbehandlingsaggregat? TF1 LOKAL Den viktigaste orsaken till att luftbehandlingssystem regleras är för att skapa ett komfortabelt inomhusklimat. Rummets temperatur och ventilationsgrad, som är ett mått på luftomsättningen i rummet, är det som påverkar inomhusklimatet mest. Därför måste temperatur och luftflöde från aggregatet regleras. Eftersom vi alltid vill minimera energiförbrukningen måste reglersystemet vara utformat för att klara detta. Det är också nödvändigt att skydda och underhålla luftbehandlingssystemet och därför behöver styroch reglerutrustningen utrustas med vakter och larm. M ST1 RC1 GT5 SV1 CP1 GT1 Den variabel som ska regleras i detta exempel är temperaturen och komponenten som ska regleras är luftvärmaren. Temperaturgivare GT1 (ärvärdesgivaren) känner av vilken temperatur det är på luften just nu (ärvärdet). Ärvärdet skickas till regulator RC1 som vet börvärdet och reglerar till rätt temperatur och skickar en styrsignal till ventilställdon (SV1) som antingen öppnar eller stänger. M Fläkt Woods 137

Dynamiska egenskaper Reglersystem som har egenskapen att ändringar i insignalen tar en viss tid för att fortplanta sig till utsignalen kallas dynamiska system. Exempel på dynamiskt system är temperaturreglering i ett rum. När värmeeffekten från radiatorn har höjts tar det en viss tid innan rummets temperatur ändras. Värmeeffekt Rum Temperatur För att lättare se tiden det tar innan temperaturen ändras, systemets dödtid, efter att värmeeffekten har höjts förskjuter vi kurvorna. Figuren nedan visar även tidskonstanten som motsvarar hur lång tid det tar att nå upp till 63% av slutvärdet. Om man har en liten tidskonstant kommer processen bli snabb, men i de flesta fall inom luftbehandling vill man att processen ska vara långsam. Värmeeffekt Värmeeffekt Tid Tid Tidpunkt när värmeeffekten höjs Temp. Temp. 22 C 100 % 63 % 19 C Tidpunkt när värmeeffekten höjs Tid { { Dödtid Tidskonstant Tid 138

Olika regulatorer/reglerprinciper Nedan följer en kort beskrivning av de mest förekommande reglerprinciperna. Tvålägesreglering (on/off-reglering) Tvålägesreglering är den enklaste formen av reglering. Den enda som behövs är en anordning som kan slå om styrsignalen beroende på om reglersystemets utsignal är större eller mindre än utsignalen, exempelvis en termostat. Regulator slår alltså till eller ifrån beroende på felsignalen, skillnaden mellan ärvärdet och börvärdet. Reglerprincipen har därför även fått namnet on/off-reglering. Fördelar med tvålägesreglering är att det är enkelt och billigt, men nackdelarna är att det kan ge upphov till stora svängningar i reglersystemet, se figur nedan, och kan ge mekaniskt slitage på regulatorn. Styrsignal Börvärde Tid Styrsignal 100 % 0 % Svängningar vid tvålägesregulator Tid Flerstegsreglering Flerstegsregulatorerna har fler steg i stället som bara av och på som för tvålägesregulatorn. Detta gör att svängningarna i reglersystemet inte blir lika stora som för tvålägesregleringen. Denna typ av reglering används ofta i elvärmare och även i batterier med dx-kyla. Styrsignal Steg 3 Steg 2 Steg 1 Hög effekt Av Låg effekt Tid Fläkt Woods 139

Proportionell reglering (P-reglering) För proportionell reglering är styrsignalen proportionell mot insignalen till regulatorn, felsignalen. Integrerad reglering (I-reglering) Utsignalen från regulatorn är integralen av felet enligt följande: u = P x e Där u = Styrsignalen P = Förstärkning e = Felsignalen u(t) = 1 T I t e(t) dt o Där u(t) = Utsignalen från o till t T I = Integreringstiden e = Felsignalen Vid ett lågt P får vi en stabil men långsam reglering, medan vid ett högt värde på P blir systemet snabb men har en hög svängning, se bild nedan. Svagheten med en P-regulator är att vi aldrig uppnå önskat börvärde. Om det uppstår ett reglerfel kommer styrsignalen att minska eller att öka. När felet sedan försvinner kommer styrsignalen att lägga sig konstant på sitt nya värde. Proportionell reglering (P-reglering) 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 P=0.3 P=1.0 P=0.7 P=1.2 0.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 Tid [s] Förstärkningens påverkan på styrsignalen 140

PI-reglering Oftast kombineras P- och I-reglering och kallas då PIreglering. PI-regulatorn är den vanligaste typen av regulator. På detta sätt kombineras fördelarna från de båda typerna av regulatorer. 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 P=0.2 I=0.2 P=0.8 I=0.5 P=1.5 I=0.6 0.00 0.0 2.0 4.00 6.00 8.00 10.00 Tid [s] Förstärkningen och på verkan på styrsignalen PID-reglering D:et står för deriverande delen. Utsignalen från D-blocket beror på derivatan av insignalen. Deriverande reglering förkommer aldrig ensamt utan används alltid tillsammans med PI-reglering eller P-reglering. D-reglering har till uppgift att stabilisera systemet. 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 P=1.3 I=0.45 D=0.35 0.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 Tid [s] Kaskadreglering Kaskadreglering används när reglerprocessen kan delas upp i flera block och där det kommer in störningar från flera olika håll, se figur nedan. Denna typ av reglering används ofta i luftbehandlingssystem. Dessutom kan börvärdet för den inre delprocessen begränsas. Börvärdesbegränsning Börvärdes- signal, r Kaskadregulator Ärvärdessignal 2 Störning 1 Störning 2 Regulator 1 System 1 System 2 Ärvärdessignal 1 Mätsignal, y Regulator 1 har till uppgift att minska störning 1 så den inte får för stor inverkan på system 2. Fläkt Woods 141

Reglercentral i luftbehandlingsaggregat Reglercentralens huvuduppgift är att reglera egenskaperna hos den behandlade luften, hantera driften av aggregatet samt övervaka uppkomsten av eventuella larm. Exempel: Huvudfunktioner Temperaturreglering Luftflödes/tryckreglering Tilläggsfunktioner Frysskydd Utekompensering Nattuppvärmning Nattkyla CO 2 -kompensation Temperaturreglering Reglercentralens funktion är reglering av tilluften till begärd temperatur. Temperaturen kan regleras genom att använda en av tre grundmetoder: Frånluftsreglering Med tilluftstemperaturreglering har reglercentralen ingen återföring för vare sig rumstemperatur eller frånluftsluftstemperatur och har därför ingen vetskap om vad temperaturen i rummen verkligen är. Detta kan förbättras genom att installera temperaturgivare i både tillufts- och frånluftskanalerna. Frånluftstemperaturen ger ett gott medelvärde på temperaturen i rummen. Reglercentralen reglerar tilluftstemperaturen till en passande nivå, för att hålla frånluftstemperaturen vid önskad nivå. Metoden passar till ventilationssystem som förser ett antal liknande rum. I några fall, där rum har mycket olika värmebehov, kan denna metod vara olämplig eftersom temperaturen kan vara låg i ett rum och hög i ett annat. Reglercentralen på luftbehandlingsaggregatet kommer inte att känna denna skillnad, utan kan bara läsa genomsnittstemperaturen. I sådana fall skulle tilluftstemperaturreglering vara mycket bättre. Används vid reglering av batterier med dx-kyla. Tilluftsreglering Med denna metod är en temperaturgivare placerad i tilluftskanalen och är kopplad till luftbehandlingsaggregatets reglercentral. Den önskade tilluftstemperaturen ställs som ett börvärde i reglercentralen. Tilluftsregulatorn styr sedan exempelvis värmeväxlare och luftvärmare till att möta värmebehovet i tilluften. Tilluftstemperaturreglering passar när luftbehandlingsaggregatet försörjer ett antal rum. Normalt levereras relativt kall luft till rummen och radiatorerna eller någon annan värmekälla används för att reglera rumstemperaturen. M Principskiss över frånluftsreglering M Principskiss över tilluftsreglering 142

Rumsreglering Rumsreglering ger bäst reglering av temperatur i ett specifikt rum och används där luftbehandlingsaggregatet endast tjänar detta rum. En temperaturgivare placeras i rummet, ofta finns det möjlighet att manuellt justera temperaturbörvärdet på denna rumsenhet. En annan givare placeras i tilluftskanalen. Båda kopplas till reglercentralen. Denna metod passar normalt endast till mycket stora rum. M Principskiss över rumsreglering Flödes- och tryckreglering (fläktreglering) Luftbehandlingssystem kan grovt delas in i två typer: CAV-system, system med konstant luftflöde och VAV-system, system med variabelt luftflöde. I ett CAV-system regleras fläkten till att hålla ett konstant luftflöde, medan fläkten styr mot ett visst tryck i kanalen i ett VAV-system. CAV CAV Båda fläktarna regleras av trycket. Skillnaden i trycket kan användas för att skapa ett börvärde för frånluftsfläkten. Ger bättre reglering av trycket i rummet. VAV Tilluftfläkten regleras av kanaltrycket. Frånluftsfläkten regleras parallellt. Enkelt system men tryckvariationer i rummet kan uppstå. I VAV-system kan tilluftsfläkten regleras av trycket. Tilloch frånluftsflödet mäts och skillnaden mellan dessa värden används som felsignal för att reglera fläkten. På detta sätt ändras tilluften och frånluften följer. Fläkt Woods 143

Luftflödet från fläkten och trycket som genereras av fläkten bestäms av skärningspunkten mellan fläktkurvan och systemkurvan. För att förändra flödet eller trycket måste antingen systemkurvan eller fläkt kurvan ändras. Systemkurvan är en funktion av tryckfallet i systemet och för att förändra den måste tryckfallet ändras på något sätt. Fläktkurvan är en funktion av fläkthjulets utformning och hastigheten i vilken den körs. För att förändra fläktkurvan måste vi antingen förändra fläktutformningen eller förändra hastigheten. Traditionella metoder innefattar: Strypning av luftflödet genom att använda ett luftspjäll (systemkurvan förändras) Ledskenor som förändrar fläktens karaktäristik (fläktkurvan förändras) Skovelvinkelreglering som också förändrar fläktens karaktäristik (fläktkurvan förändras). Idag är emellertid varvtalsreglering den vanligaste regleringsformen. Frekvensomriktare (fläktkurvan förändras) Frekvensomriktaren används för att reglera motorns varvtal, som ger oss en riktig metod för tryck- och flödesreglering. Frekvensomriktaren kan användas i både VAV- och CAV-system för att hålla kvar börvärdet för tryck eller flöde. I några fall kan frekvensomriktaren byggas in i motorn men funktionen är densamma. Den ändrar sedan spänningens frekvens elektroniskt innan den matar ut den till motorn. Från fläktens fläktkurva kan vi se att olika fläkthastigheter ger olika tryck och flöden. Det medför att genom att ändra motorns varvtal kan vi reglera trycket eller flödet i systemet. Normalt placeras tryckgivare för tryckreglering av VAV-system efter fläkten i kanalen, medan givare för flödesreglering av CAV-system mäter från fläktens dysa, se figur nedan. Givaren skickar en återföringssignal till en PI-regulator, som antingen är placerad i frekvensomriktaren eller i aggregatets reglercentral. I PI-regulatorn jämförs mätsignalen med aktuellt börvärde. Börvärdet är vanligen en inställning i regulatorn som gjordes under igångkörningen. Flöde Börvärde Regulator Frekvensomriktare Motor Fläkt Verkligt luftflöde Flödesreglering Ärvärdessignal Tryckgivare Dysa Tryck Börvärde Regulator Frekvensomriktare Motor Fläkt Kanal Verkligt tryck Ärvärdessignal Tryckreglering Tryckgivare Mätnippel för tryck 144

Sekvensreglering En av reglercentralens viktigaste uppgifter är att reglera tilluftstemperaturen till en passande nivå. Temperaturnivån avviker oftast från utomhustemperaturen, vilket medför att luften behöver värmas och kylas. I de flesta fall finns det också något slag av värmeåtervinningssystem som kan användas för uppvärmning och nedkylning. Vi vill också ha en energieffektiv reglering av temperaturen, så vi behöver maximera användningen av värmeåtervinningssystemet. Metoden som används för att utföra detta kallas sekvensreglering, se figur nedan. Figuren visar utsignalen från regulatorn till olika komponenter i luftbehandlingsaggregatet vid olika temperaturer. I diagrammet kan vi se att det finns två olika börvärden för temperatur; en för uppvärmning (T2) och en för nedkylning (T3). Dessa är önskade temperaturer som har ställts in i reglercentralen. Typiska temperaturer är 18º C för T2 och 22º C för T3. Detta betyder att om temperaturen är under 18ºC behövs uppvärmning och om temperaturen är över 22º C behövs kyla. Orsaken till att ha två börvärden är att temperaturen då kommer att vara lite lägre på vintern och lite högre på sommaren. Detta är både energieffektivt och i praktiken mer bekvämt för personerna som vistas i lokalen. Det är naturligtvis möjligt att ställa in två punkter till samma temperatur, men ju närmare de är desto högre blir energikostnaden. Anta att temperaturen är precis över T2. Vare sig uppvärmning eller nedkylning behövs och bara fläktarna går. Om temperaturen faller något till precis under T2 startar värmeåtervinningssystemet och värme återvinns från värmekällorna i byggnaden. Om temperaturen fortsätter att falla ökar utsignalen till värmeåtervinningssystemet, så att mer energi återvinns. När det når 100% startar värmaren. Uppvärmningen ökar sedan successivt upp till 100 % medan värmeåtervinningssystemet går vid 100 %. När temperaturen överstiger T3 behövs nedkylning. Om kylåtervinning används går den vid 100 % när utomhustemperaturen är över frånluftstemperaturen. Styrsignal (%) 100 Värme Återvinning Kyla 50 T0 T1 T2 T3 T4 Temperatur C Sekvensreglering Fläkt Woods 145

Exempel på reglering i olika funktioner Roterande värmeväxlare För att reglera lufttemperaturen när en roterande värmeväxlare används behöver man endast reglera rotormotorns hastighet. Diagrammet visar att verkningsgraden på den roterande värmeväxlaren är en funktion av rotorhastigheten och verkningsgraden i sin tur är ju förhållandet mellan de olika temperaturerna i aggregatet. Reglering av motorhastighet används även vid avfrostning av rotorn. η = t tilluft t uteluft t avluft t frånluft Där t = temperaturen på olika luftströmmar Plattvärmeväxlare Temperaturen regleras med hjälp av spjäll när en plattvärmeväxlare används. För att skapa rätt temperatur släpps en del av luften förbi värmeväxlaren och detta regleras med hjälp av spjället. Spjäll används även vid avfrostning av plattvärmeväxlaren. Det finns två huvudsätt att avfrosta värmeväxlaren: Förbigångsavfrostning Sektionsavfrostning Vid förbigångsavfrostning öppnas plattvärmeväxlarens förbigångssektion medan frontspjället stängs. Därmed reduceras värmeväxlarens temperaturverkningsgrad och frosten får möjlighet att smälta. Vid sektionsavfrostning stängs varje individuellt spjällblad på värmeväxlaren ett i taget i sekvens. 100 Verkningsgrad % 80 60 40 20 t x Hygroskopisk rotor 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % av max. hastighet 100 146

Vätskekopplad värmeväxlare Temperaturen regleras antingen genom att en del vatten släpps förbi frånluftsbatteriet vilket gör att mängden energi som återvinns ur frånluften minskar. Den andra metoden är att varvtalet på pumparna regleras istället. Värme- och kylbatterier Det finns ett antal olika sätt att reglera batteriets värmeuteffekt, vilka alla innebär reglering antingen av vattenflödet, av vattentemperaturen eller av båda. Huvudmetoderna för reglering är: Vattenflödesreglering med hjälp av en ventil. Shuntreglering med hjälp av en sekundär kretspump och ventil. Vattenflödesreglering Varmvatten levereras från en central panna och pumpas runt en vattenkrets i byggnaden av en central pump. Trycket i systemet är dimensionerat att vara högt nog att tvinga vattnet genom varierande antal värmeväxlare såväl som den verkliga kretsen. Den enklaste metoden som används är en tvåvägsventil, som stryper vattenflödet i kretsen. Med trevägssystem kan en högre returtemperatur på vattensidan hållas vid delbelastning, vilket är önskvärt i olje- eller gaseldade pannanläggningar. Låga returtemperaturer medför kondensation av rökgaser som kan förorsaka korrosion i pannanläggningen. Tvåvägsventil + + Luft Trevägsventil Fläkt Woods 147

Shuntreglering En shuntgrupp är länken mellan ett primär och sekundärsystem i vattenburna värme och kylsystem t.ex. mellan värmepanna (primärkrets) och radiatorsystem (sekundärkrets). Det sekundära systemet arbetar ofta med andra temperaturer och flöden än det primära. Shuntgruppen sitter monterat mellan dessa två och blandar medierna (primär/sekundär) på ett kontrollerat sätt med hjälp av styrventil och ställdon så att rätt temperatur uppnås på det sekundära systemet. Cirkulationspumpen ser till att rätt flöde cirkulerar i det sekundära systemet. En shuntgrupp består vanligtvis av komponenterna nedan: Styrventil som reglerar flödet i shuntgruppens primära och sekundära krets. Styrventilen styrs av en ställmotor kopplad till reglercentral i fastigheten. Styrventilen är av 2- eller 3-vägs utförande beroende på kopplingsalternativ. Cirkulationspump som håller cirkulationen i gång på sekundärsidan. Injusteringsventil(er) används för att justera (balansera) flöde och tryckfall i shuntgruppens sekundära sida och/eller primära sida så att shuntgruppens driftpunkt uppnås optimalt. Avstängningsventiler monteras på samtliga tillopp och returledningar för att kunna demontera shunt gruppen utan att tömma hela systemet. Värme/kylspärr förhindrar oönskad energiöverföring mellan shuntgruppens primära och sekundära system. Dessa finns i antingen mekanisk eller termiskt utförande. Bypass möjliggör cirkulation i shuntens sekundärkrets även om styrventilen är stängd mot den sekundära kretsen. Backventil förhindrad att mediet tar fel väg vid spänningsbortfall av sekundärpump. Termometrar monterade på tillopp och returledning. Dessa är endast till för att få en överblick om att shuntgruppens driftläge och system fungerar. Mätuttag monterade i vår shuntgrupp är till för fullständig kontroll och felsökning. I batterier hålls vattenflödet genom batteriet konstant, medan vattenflödestemperaturen regleras med hjälp av shuntreglering. Detta uppnås genom att installera en pump på ingången till batteriet och en trevägsventil på utloppet, som visas i diagrammet nedan. Med detta system kan returvattentemperaturen hållas konstant, vilket kan vara ett krav när det gäller exempelvis fjärrvärmesystem. I shuntkopplingen tvingar pumpen ett konstant flöde av vatten genom batteriet och trevägsventilen blandar en del av det primära varma vattnet med en del av det kalla returvattnet från batteriet, för att ge riktig värmeuteffekt. I samtliga fall driver ställdon kopplade till luftbehandlingsaggregatets reglerenhet vattenregleringsventilerna. + Shuntkoppling Fläkt Woods 148

Elvärmare I en elvärmare är en stegkopplarenhet kopplad till reläer som styr lufttemperaturen. För att reducera antalet steg som behövs och därmed hålla kostnaden så låg som möjligt, används ett binärt system. Kapacitetsstegen arrangeras så att vart och ett har dubbel kapacitet av det föregående. Till exempel: 1+2+4+8+16+32 eller 3+6+12+24+48 Naturligtvis betyder detta att lufttemperaturen tenderar att förändras i steg, vilket kan vara oönskat. För att ge en variabel uteffekt kan en tyristorstyrning användas. Det är en elektronisk temperaturstyrning som reglerar effekten från värmaren genom att pulsera ut full effekt periodvis till elementen (s.k. Puls/Paus-teknik), t.ex. 30 sekunder på och 30 sekunder av. Detta ger en mycket noggrann temperaturreglering. Lufttemperaturen beror på tiden mellan pulserna och längden av pulserna. För tillförlitlighet och lägsta kostnad är det tillrådligt att kombinera användningen av binär stegregulator med tyristorstyrning på de minsta effektstegen. Det första steget kan regleras hela tiden mellan 0 och 1, så om vi behöver 13,65 kw kopplar vi in 0,65 kw (använder tyristorn i det första steget) + 1 + 4 + 8. Att kontrollera hela effekten med en enda tyristor kan vara mycket dyrt. Tilläggsfunktioner Utekompensering Börvärdestemperaturen för tilluft eller rumsluft kan justeras upp eller ner beroende på utomhustemperaturen. Komfort kan förbättras både på kalla vinterdagar och heta sommardagar om börvärden sätts högre. På sommaren kommer denna ökning också att spara energi. Börvärde +30 +25 +20 +15-20 -15-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 Utomhus Startpunkt, Startpunkt, temperatur vinter sommar Utekompensering Fläkt Woods 149

den och innehållet. Om enheten har värmeåtervinning ordnas en förbigång så att tilluftsfläkten och återvärmaren kan köras för att ge en cirkulation av varm luft. Nattuppvärmning Nattuppvärmning används för att förhindra byggnaden från att kylas ner för mycket på natten. Detta görs för att säkerställa komfortvillkor vid igångsättning tidigt på morgonen, men också för att skydda byggna- Belagt Rumstemp. [ C] 22 Ärvärde Ej belagt Belagt 20 18 16 14 Ej belagt värmeläge 10 8 tid Nattuppvärmning Nattkyla (Frikyla) Nattkyla används för att reducera kylbehovet vid aggregatstart och för att begränsa maximal temperatur under icke arbetstid, genom att använda den fria nedkylningen som finns till hands under de svala sommarnätterna. Fläktarna körs men ingen kylenergi behöver användas. [ C] 26 24 22 20 Nattkyla aktiv Rumstemp. Utetemp. 18 16 14 12 Beläggningstidens slut Nattkyla Beläggningstidens början tid 150

CO 2 -kompensering Luftflödet till rummet kan justeras upp eller ner beroende på CO 2 -halten. Drifthantering Reglercentralen är också ansvarig för att starta luftbehandlingsaggregatet med korrekt funktionssekvens, sådan som att öppna luftspjällen och sedan starta fläktarna. Reglercentralen kan programmeras till att starta och stanna luftbehandlingsaggregatet vid vissa tider på dagen och till att svara på vissa förhållanden, sådana som låg temperatur i byggnaden eller att känna av rök. En annan funktion som ofta ingår är att köra pumparna några minuter då och då under långa perioder när luftbehandlingsaggregatet inte är i drift. Frysskydd Det är viktigt att skydda vattenbatterier från att frysa sönder vid låga utetemperaturer. Detta kan antingen göras genom att mäta lufttemperaturen nära batteriet eller genom att mäta vattentemperaturen i batteriet. Larm Reglercentralen hanterar också olika larm. Larm används för att indikera när någonting är fel eller om service behövs, sådant som filterbyte. Larmen indikeras på reglercentralen men det är också möjligt ge ut ett allmänt larm till ett högre nivåsystem, tex ett överordnat styr- och övervakningssystem (SCADA/BMS*), via kommunikation. * BMS = Building Management System, Fastighetsautomationsystem. Exempel på vanliga larm: Flödesvakt En tryckvakt övervakar trycket över fläkten och ger en signal om det faller under ett inställt värde. Uteblivet flöde kan indikera att fläkten har stannat beroende på t.ex. motorproblem eller remhaveri. Filtervakt En filtervakt är en tryckvakt som övervakar tryckfallet över filtret. När trycket har nått det inställda värdet skickas en signal till reglercentralen som sedan indikerar att ett filterbyte behövs. Andra larm innefattar frostskydd, överhettningsskydd och brandskydd. Fläkt Woods 151

KOMMUNIKATION TOPOLOGI BMS interface Fläkt Woods interface VAV Närvarodetektor AHU Temperaturregulator Kommunikation Luftbehandlingsaggregat kan ingå som en del i byggnadens automationssystem (BMS = Building Management System). Ett modernt byggnadsautomationssystem bör vara uppbyggt av standardiserad och öppen kommunikation. Detta ger möjlighet till integration av olika fabrikat till en låg kostnad, samtidigt som användarvänligheten och funktionaliteten hamnar i fokus och systemet kan skräddarsys efter kundens behov. Fläkt Woods styrutrustning kan hantera följande öppna kommunikationsmöjligheter. BACnet BACnet är en öppen världsstandard, speciellt framtagen för byggnadsautomation. BACnet ansluts via TCP-/IP-nätverk eller RS 485. OPC OPC är en öppen industristandard som via ett gemensamt gränssnitt förenklar integration av olika produkter i samma system. OPC ansluts via TCP-/IP-nätverk. LonWorks Lonkorten är försedda med automatisk utskickning av alla SNVT's vilket möjliggör enkel idrifttagning. LonWorkskorten ansluts via Lon-nätverk. Modbus Modbus är en öppen industriell defactostandard och ansluts via RS 485 alternativt TCP/IP. Modbuskortet kan konfigureras som antingen master eller slave. Web-kommunikation Flera styrleverantörer erbjuder numera reglercentraler med inbyggd webserver, vilket innebär att något speciellt övervakningsprogram inte behövs, det räcker med en standardwebbrowser på valfri dator i nätverket (TCP/IP). Fläkt Woods 152

Sammanfattning Den viktigaste orsaken till att luftbehandlingssystem regleras är för att skapa ett komfortabelt inomhusklimat. Eftersom vi alltid vill minimera energiförbrukningen måste reglersystemet vara utformat för att klara detta. Det är också nödvändigt att skydda och underhålla luftbehandlingssystemet och därför behöver styr- och reglerutrustningen utrustas med vakter och larm. Reglersystem som har egenskapen att ändringar i insignalen tar en viss tid för att fortplanta sig till utsignalen kallas dynamiska system. Exempel på dynamiskt system är temperaturreglering i ett rum. Det finns olika typer av regulatorer/reglerprinciper: Tvålägesreglering (on/off-reglering) Flerstegsreglering Proportionell reglering (P-reglering) Integrerad reglering (I-reglering) PI-reglering PID-reglering Kaskadreglering Reglercentralen i luftbehandlingsaggregatet har som huvuduppgift är att reglera egenskaperna hos den behandlade luften, hantera driften av aggregatet samt övervaka uppkomsten av eventuella larm. Huvudfunktioner Temperaturreglering Luftflödes/tryckreglering Tilläggsfunktioner Frysskydd Utekompensering Nattuppvärmning Nattkyla CO 2 -kompensation Reglercentralen är också ansvarig för att starta luftbehandlingsaggregatet med korrekt funktionssekvens. Reglercentralen kan även indikera larm alternativt ges det ut ett allmänt larm till ett högre nivåsystem, tex ett överordnat styr- och övervakningssystem (SCADA/BMS*), via kommunikation. Luftbehandlingsaggregat kan ingå som en del i byggnadens automationssystem. Ett modernt byggnadsautomationssystem bör vara uppbyggt av standardiserad och öppen kommu-nikation. Fläkt Woods styrutrustning kan hantera följande öppna kommunikationsmöjligheter. BACnet OPC LonWorks Modbus Web-kommunikation * BMS = Building Management System Fläkt Woods 153

8 Mätteknik och standarder

Kapitlet tar upp Mätnoggranhet Temperaturmätning - Termoelement - Resistansgivare Tryckmätning - Membranmanometer - Vätskepelare Beräkning av luftflöden Luftfuktighet Standarder I luftbehandlings branschen görs mätningar i huvudsak för två syften, dels utveckla produkter till bättre prestanda, energi effektivare, utveckling mm. Det andra huvudsyftet syftet är att skapa underlag för dimensionering av produkter/system i form av kataloger och produktvalsprogram. Dessa två syften görs i laboratorier och följer oftast en standard. Det görs även fältmätningar där produkterna ingår i ett system. Dessa fältmätningar är svåra att utföra och följer oftast ingen standard. Mätnoggrannhet Alla mätningar som utförs innehåller ett visst fel. Om man delar upp dessa fel i tre kategorier. Mätinstrumentets fel m 1, mätmetodens fel m 2 och avläsnings fel m 3. Det sannolika felet räknas ut enligt följande formel. Mätteknik eller metrologi är läran om mätning, en vetenskapsgren inom fysik och elektronik som handlar om hur olika fysikaliska storheter mäts. Detta är ett mycket brett vetenskapligt område, och är omfattande och komplicerat. Exempel på svårigheter är att det inte går att mäta någonting utan att påverka det objekt man mäter på, störningar från omgivningen eller mätning av en liten skillnad mellan två mycket stora värden med mera. m = m 2 + m 2 + m 2 1 2 3 Fläkt Woods 155

Temperatur Temperaturmätning är den vanligaste mätningen, och fysikaliska parameter som kanske mest påverkar vår miljö och oss människor. Följaktligen mäts den också allra mest av alla fysikaliska parametrar och mätapplikationerna är de mest skiftande. Vi mäter på material i dess tre aggregationstillstånd - fast, flytande och gasform. För detta krävs mätutrustning som fungerar i olika miljöer med rätt utformning, noggrannhet och tillförlitlighet. Nedan beskrivs några vanliga typer av givare för temperatur samt några praktiska aspekter på dess användning. Termoelement Termoelementet utnyttjar principen att två metaller av olika sammansättning förbundna i en punkt genererar en elektrisk spänning proportionell mot differenstemperaturen över metallerna. Sambandet spänning/ temperatur är tämligen komplext. Termoelement utförs i praktiken som två isolerade trådar som förbinds i ena änden (mätänden). I dess andra ände monteras vanligen ett kontaktdon speciellt avsett för ändamålet. Ett stort antal olika typer av termoelement med olika egenskaper förekommer. Några i praktisk användning mycket vanliga typer är J, K och T. Se vidare nedan. Typ Material Färg, Område C kontakt J Fe - Cu/Ni Svart (svart) 20-700 K Ni/Cr - Ni/Al Gul (grön) 0-1100 T Ni - Cu/Ni Blå (brun) - 185-300 Termoelement kan köpas på rulle där man själv kan kapa till lämplig längd och tillverka sin givare genom att stansa eller svetsa ihop ändarna. Det finns även mantlade i mycket små dimensioner samt utförda som handprober. Mätnoggrannheten är måttlig, i praktiken ca ±1 C som bäst. Referenspunkten (kalla lödstället) måste mätas av det instrument som används och här finns en stor källa till mätfel. Speciella kompensationsledningar krävs förförlängning av termoelement. Kriterier för val av givare är bl.a. mekaniskt utförande, temperaturområde och miljö. Resistansgivare Resistansgivare har en annan mätprincip än termoelementen. I princip är det ett motstånd vars resistans ändras proportionellt mot temperaturen. En klassisk givare är uppbyggd av en metalltråd lindad på en isolerad kropp av glas eller keramik. Metaller som används är t.ex. platina (Pt) och nickel (Ni). Ofta benämns givaren efter dess resistans vid 0 C t.ex. Pt100 (R=100 ohm) eller Ni1000 (R=1000 ohm). Sambandet resistans temperatur är väl känt (nästan linjärt) och definieras i olika DIN-normer där även onoggrannhet specificeras. Resistansgivare är för ömtåliga för att användas nakna och kapslas därför i allmänhet i olika typer av metallrör. En mycket vanlig temperaturgivare i industriella sammanhang är Pt100. Den är synnerligen välbeprövad och tillverkas i stora antal. Den finns i många olika utföranden (kaps-lingar) för olika användningsområden. Andra fördelar är känd noggrannhet och långtidsstabilitet. En nackdel med givaren är dess låga utsignal ca 0.39 ohm/ C. Detta innebär att mätfel kan uppstå på grund av resistansen i anslutningskabeln. För att lösa detta används 4-tråds-koppling som eliminerar inverkan av ledningsresistans. Pt100 har blivit industristandard. Tryck & Flöde Nedan beskrivs några vanliga sätt att mäta tryck. Utifrån tryckmätningar kan sedan flödet beräknas. Membranmanometrar Detta är den typ av givare som oftast används i praktiken. I sin enklaste form består den av ett elastiskt membran som flyttar sig beroende på tryckdifferensen mellan in och utsidan. Moderna elektroniska mätare använder denna princip då membranets förskjutning motverkas av en magnetspole som reglerar kraften. En del elektroniska givare är inte bara läges beroende utan kan också påverkas av vilket underlag som de är placerade på. 156

Vätskepelare, U-rör I den enklaste formen används vätskepelare som bygger på grundläggande principer. Ett u-rör fylls med en vätska, om u-röret har exakt samma diameter kan kapilärkraften bortses från och formeln för trycket blir då. p = F = ρ. g. h. A = ρ. g. h A A Där p = Trycket Pa F = Kraften N A = Arean mm 2 ρ = Densitet mm 3 g = Acceleration vid fritt fall m/s 2 h = Höjd m vilket kan tolkas som en energiökning per volymenhet. Summan av dessa energier benämns totaltrycket p t. Volymflöde q v anges ofta i dokumentation, vilket definieras som q v = A. v Där q v = Volymflöde m 3 /s A = Tvärsnittsarean m 2 v = Hastighet m/s I ett slutet system ändras volymflödet när gasen komprimeras, ändrar temperatur och då tätheten ändras, då kommer massflödet q m in i bilden kg/s. Massflödet är alltid konstant i ett slutet system q m = ρ. q v Densiteten på vätskan måste vara känd. Med fördel kan mätröret lutas för att öka känsligheten, då man får multiplicera med vinkeln tg (φ) i ovanstående formel. Exempel: Vanlig data i dokumentation: Densitet = 1,2 kg/m 3 Tryck = 101,325 kpa Temperatur = 20 C Relativ luftfuktighet = 46% Om vi sedan mäter dessa en varm sommardag Beräkning av luftflöden Att mäta luftflöden i fält är erkänt svårt till och med i laboratorium räknas en noggrannhet av 5 % som precisionsmätning. Det är endast under speciella omständigheter som den absoluta noggrannheten kan pressas ned mot 1-2 %. De vanligaste metoderna bygger på antingen att man mäter lufthastigheten i ett antal punkter och summerar över en viss area eller att man mäter ett tryckfall över någon typ av strypning. I en strömmade gas eller vätska räknar man med rörelseenergin per volyms enhet, detta får då dimensionerna av ett tryck, det så kallade dynamiska trycket p d. Då luft passerar genom en fläkt går energi åt att öka det dynamiska trycket p d, men en större del går åt att till att komprimera luften och öka det statiska trycket p s, Tryck = 97,325 kpa Temperatur = 30 C Relativ luftfuktighet = 60% Så söker vi densiteten för dessa förhållanden ρ 1 = ρ 0. T 0. P 1. 1 + x T 1 P 0 x 1 + 0.622 = 1.153 kg/m 3 Inverkar på densiteten ändrar som tidigare nämnt volymflödet. Nedan visas hur mycket de olika parametrarna påverkar i procent för detta exempel. Temperatur = 10% Tryck = 4% Fuktinnehåll = 1% Fläkt Woods 157

Luftfuktighet Traditionell metod att mäta fukt är att mäta den relativa fuktigheten genom att använda en torr och en våt termometer och utvärdera resultatet i ett Mollierdiagram (Se kapitel Luftens egenskaper). Modernare givare typ konduktiva instrument brukar ha en noggrannhet av ca 1%-enhet. Ett sådant instru- ment består i princip av platinatrådar ingjutna i ett gelatinblock som dra åt sig mer eller mindre fukt och genom att mäta resistensen över detta block. Ljud (Se kapitel ljud). Standarder Standarder är dokument som beskriver hur en mätning skall utföras för att likställa mätmetoden och kunna jämföra resultat med andra tillverkare och minimera mätfel. Tryckkammare på Fläkt Woods i Jönköping som används för att prova aggregat använder följande standarder: Luftflöde Tryckökning Fläkt som testas Mikrofon Tryckkammare Efterklangsrum Ljud: Kapacitet: Mekaniskt: Efter- AHU: SS-EN 5801 Läckage: EN 1886 Class L1-L3 klangsrum: SS-EN ISO 3741 AMCA 210-99 Hållfasthet: EN 1886 Class D1-D3 AMCA 300-96 BS 848-1 Filter: EN 1886 G1-F9 BS 848-2 Värme- Utlopp: SS-EN ISO 9614:2-3 läckage: EN 1886 TB1-TB5 Utöver detta mäts även motoreffekten med hjälp av en effektmätare som kalibreras årligen på SP (Sveriges Tekniska Forskningsinstitut). Detta görs för att säkerställa hög mätnoggranhet. 158

Sammanfattning Mätteknik eller metrologi är läran om mätning, en vetenskapsgren inom fysik och elektronik som handlar om hur olika fysikaliska storheter mäts. I luftbehandlingsbranschen görs mätningar i huvudsak för två syften, dels utveckla produkter till bättre prestanda, energieffektivare, utveckling mm. Det andra huvudsyftet är att skapa underlag för dimensionering av produkter/ system i form av kataloger och produktvalsprogram. Dessa två typer av mätningar görs i laboratorier och följer oftast en standard. Det görs även fältmätningar där produkterna ingår i ett system. Dessa fältmätningar är svåra att utföra och följer oftast ingen standard. Alla mätningar som utförs innehåller ett visst fel. Dessa fel kan delas in i tre kategorier; mätinstrumentets fel, mätmetodens fel och avläsnings fel. Temperatur Temperaturmätning är den vanligaste mätningen. Några vanliga typer av givare för temperatur är termoelementet och resistansgivare. Tryck och flöde För att mäta tryck kan exempelvis en membranmanometer eller en vätskepelare (U-rör) användas. För att få fram luftflödet är den vanligaste metoderna att man mäter lufthastigheten i ett antal punkter och summerar över en viss area eller att man mäter ett tryckfall över någon typ av strypning. Fukt Traditionell metod att mäta fukt är att mäta den relativa fuktigheten genom att använda en torr och en våt termometer och utvärdera resultatet i ett Mollierdiagram. Standarder Standarder är dokument som beskriver hur en mätning skall utföras för att likställa mätmetoden och kunna jämföra resultat med andra tillverkare och minimera mätfel. Fläkt Woods 159

9 Formler

Storheter och enheter Storhet Enhet L Längd m Meter B Bredd m Meter H Höjd m Meter A Area m 2 Kvadratmeter V Volym m 3 Kubikmeter t tid s Sekund f Frekvens Hz Hertz v eller c Lufthastighet m/s Meter per sekund a Acceleration m/s 2 Meter per sekundtvå g Acceleration vid fritt fall m/s 2 Meter per sekundtvå q Volymflöde m 3 /s Kubikmeter per sekund m Massflöde kg/s Kilogram per sekund m Massa kg Kilogram ρ Densitet kg/m 3 Kilogram per kubikmeter F Kraft N (= kg m/s 2 ) Newton E Energi J (= Nm) Joule P Effekt W (= J/s) Watt ps Statiskt tryck Pa (= N/m 2 ) Pascal pd Dynamiskt tryck 1) Pa Pascal pt Totaltryck Pa Pascal ΔPf Tryckförlust Pa Pascal W Arbete J Joule T Absolut temperatur K Kelvin t Torr temperatur C Grader Celsius tv Våt temperatur C Grader Celsius td Daggpunkt C Grader Celsius Q Värmemägnd J Joule cp Specifikt värme J/kg C Joule per kilogram grader η Verkningsgraden - (%) Procent h Specifik entalpi J/kg Joule per kilogram ϕ Relativ fuktighet - (%) Procent M Molvikt kg/kmol Kilogram per kilomol n Materiemängd (antal kmol) - R Allmänna gaskonstanten 2) 8 314 J/(kmol K) Lp Ljudtrycksnivå db Decibel Lw Ljudeffektsnivå db Decibel 1) pt = ps + pd = ps +( ρ v2 ) 2 2) p V = n R T Fläkt Woods 161

Omvandlingsfaktorer Energi Joule (Nm, Ws) kwh kpm kcal 1 2,778 10-7 0,1020 0,2388 10-3 3,6 10 6 1 3,671 10 5 859,8 9,807 2,724 10-6 1 2,342 10-3 4,187 10 3 1,163 10-3 426,9 1 Effekt Watt (Nm/s, Js) kpm/s kcal/s hk (metrisk) 1 0,1020 0,2388. 10-3 1,360. 10-3 9,807 1 2,342. 10-3 1,333. 10-2 4,187. 10 3 429,9 1 5,692 735,5 75 0,1757 1 Tryck Pa (N/m 2 ) bar kp/cm 2 torr (metrisk atm (atmosfärer) 1 10-5 1,02. 10-5 7,501. 10-3 9,869. 10-6 10 5 1 1,02 750,1 0,9869 9,807. 10 3 0,9807 1 735,6 0,9678 133,3 1,333. 10-3 1,360. 10-3 1 1,316. 10-3 1,013. 10 5 1,013 1,033 760 1 Temperatur Kelvin (K) Celcius ( C) Fahrenheit ( F) x x - 273,15 x. 9/5-459,67 x + 273,15 x x. 9/5 + 32 5/9. (x - 32) + 273,15 5/9. (x - 32) x Allmänn fysikalisk data för vatten och luft Kemisk formel Formelvikt u Densitet r kg/m 3 Dynamisk viskositet 10 6 x h Ns/m 2 Värmekonduktivitet W/(m x K) Specifik värmekapacitet C p kj(kg x K) Smält temperatur C Specifik smältentalpi I f (r s ) kj/kg Ångbildningstemperatur vid 1 bar C Specifik ångbildningsentalpi I v (r å ) kj/kg Vatten* H 2 O 18 999 1005 0.60 4.18 0 334 100 2260 Densitet ρ kg/m 3 Dynamisk viskositet 10 6 x h Ns/m 2 Värmekonduktivitet W/(m x K) Specifik värmekapacitet C p kj(kg x K) C p /C v Smält temperatur C Ångbildningstemperatur C Specifik smältentalpi I f (r s ) kj/kg Luft** 1.28 17.0 25 1.00 1.4-213 -193 209 * Densitet och värmekonduktivitet vid 18 C ** Densitet vid 0 C och 1 bar 162

Medium Temp C Specifik värmekapacitet C p J(kg x C) Densitet ρ kg/m 3 Värmekonduktivitet λ W/(m x C) Dynamisk viskositet 10 6 x η Pa x s Kinematisk viskositet 10 6 x υ m 2 /s Värmediffusivitet 10 6 x α m 2 /s Vatten 0 4225 999.8 0.559 1792 1.792 0.132 vätska vid 5 4206 1000 0.568 1519 1.519 0.135 p = 1 bar 10 4194 999,7 0.577 1308 1.308 0.138 M = 18.016 20 4181 998,2 0.597 1005 1.004 0.143 R = 460 30 4175 995,7 0.615 801 0.805 0.148 t krit = 374.15 C 40 4175 992,2 0.633 656 0.661 0.153 p krit = 221.29 bar 50 4177 988,1 0.647 549 0.556 0.157 60 4180 983,2 0.659 469 0.477 0.161 70 4186 977,8 0.668 406 0.417 0.163 80 4193 971,8 0.674 357 0.367 0.165 90 4201 965,3 0.678 317 0.328 0.167 100 4210 958,4 0.682 284 0.296 0.169 Vatten 120 4231 943,5 0.685 232 0.245 0.171 vätska vid 140 4256 926,3 0.684 196 0.210 0.173 mättningstryck 160 4284 907,6 0.680 174 0.189 0.175 180 4395 886,9 0.674 152 0.172 0.174 200 4500 864,7 0.665 139 0.161 0.171 220 4600 840,3 0.653 125 0.149 0.169 240 4730 813,6 0.634 114 0.142 0.165 260 4980 748 0.613 105 0.137 0.158 280 5230 750,7 0.589 98 0.133 0.151 300 5690 712,5 0.565 92 0.130 0.139 Vatten -20 1846 0,00088 0.0172 - - 8800 mättad ånga 0 1855 0,00484 0.0180 9 1900 2070 20 1859 0,01734 0.0188 9.5 550 605 40 1859 0,05118 0.0195 10 196 211 60 1867 1301 0.0205 11 85 87 100 1884 0,5984 0.0234 12.5 21 21.3 200 (1935) 7.857 0.0356 18.6 2.37 1.55 300 (1990) 46.24 0.0605 31.2 0.683 0.66 374,5 (2040) 329 0.0110 50 0.155 0.164 Luft (torr) -190 4.2 0.0069 5.5 1.3 gas vid -150 1027 2.79 0.0115 8.2 3.1 4.0 p = 1 bar -100 1012 2.02 0.0158 11.4 5.6 7.18 M = 28.96-80 1009 1.81 0.0177 12.6 6.9 8.95 R =287-40 1005 1.49 0.0209 15.0 10 13.9 t krit = -140.7 C -20 1005 1.38 0.0226 16.0 11.6 16.4 p krit = 36 bar 0 1005 1.276 0.0242 1701 13.4 18.9 20 1005 1.189 0.0254 18.1 15.2 21.3 40 1005 1.113 0.0267 19.1 17.2 24.0 60 1009 1.046 0.0279 20.0 19.1 26.5 80 1009 0.987 0.0303 20.9 21.2 29.6 100 1010 0.934 0.0318 21.8 23.3 32.8 200 1027 0.736 0.0386 25.8 35.0 50.6 300 1045 0.608 0.0454 29.5 48.5 70.5 400 1070 0.517 0.0515 32.9 63.5 92.0 500 1093 0.450 0.0570 35.9 79.8 114 600 1115 0.399 0.0623 38.8 97 138 700 1135 0.358 0.0668 41.5 115 162 800 1152 0.324 0.0707 44.0 135 186 900 1168 0.297 0.0742 46.5 155 210 1000 1184 0.273 0.0770 48.8 179 237 1100 1192 1200 1205 1300 1215 1400 1222 1500 1230 1750 1245 2000 1260 Fläkt Woods 163

Formler Luftens egenskaper För att beräkna den erforderliga värmeeffekten (P) kan följande formel användas: P = Δh. q v. ρ t = (h B h A ). q v. ρ t Där P = Värmeeffekt kw Δh = entalpiförändring q v = luftflöde m 3 fuktig luft/s ρ t = densitet kg torr luft/m 3 fuktig luft Blandning av två luftflöden B = m 1. x 1 + m 2. x 2 m 1 + m 2 Där B = Blandpunkt kg/kg m, och m 2 = luftmängd i punkt 1 och 2 P s + ρ. v 2 = P s + P d = P t = konstant 2 Där P s = statiskt tryck, Pa ρ = densitet, kg/m 3 v = lufthastighet, m/s P d = dynamiskt tryck, Pa P t = totalt tryck, Pa Tryckförluster ΔP λ = λ. L. ρ. v 2 d 2 Där d = kanaldiameter, m L = kanallängd, m v = lufthastighet, m/s ρ = densiteten, kg/m 3 λ = friktionsfaktorn beroende av Reynoldstal eller grovheten på ytan på kanalväggen Strömningslära För att beräkna friktionsfaktorn (λ) används följande formler: Reynolds tal Re = wd υ Där w = fluidens medelhastighet m/s L = en för kroppen karakteristisk längd (vid rörström är L = d = rörets diameter m) υ = fluidens kinematiska viskositet m 2 /s Bernoulli s förenklade ekvation Vid laminär strömning (Re 2320): λ = 64 Re Vid turbulent strömning (Re 2320): 1 = 1,14 2log. k λ d Där k = ytans skrovlighet på kanalväggen, mm d = kanaldiametern, m Tryckförluster orsakad av kanalförändring P s + 1. v 2 = konstant ρ 2 Där Ps = statiskt tryck, Pa ρ = densitet, kg/m3 v = lufthastighet, m/s Om formeln ovan multipliceras med densitet får vi följande ekvation. Följande formel används för att beräkna tryckförlusten: ΔP f = ζ. ρ. v 2 2 Där ζ = engångsförlustkoefficienten ρ = densiteten, kg/m 3 v = lufthastighet, m/s 164

Bernoulli s utvidgade ekvation P 1 + ρ. v 1 2 + ρgh 1 = P 2 + ρ. v 2 2 + ρgh 2 + ΔP λ 2 2 För ett cirkulärt rör: t 1 Temperaturvariation Där t 2 P = statiska trycken refererat till höjdnivån h = 0, Pa ρ = densitet, kg/m 3 Q v = lufthastighet, m/s r 1 g = acceleration vid fritt fall, m/s 2 h = höjd, m ΔP f = tryckförluster, Pa r 2 ρ. v2 = Dynamiska trycket 2 ρgh = Höjdtryck Värmeöverföring Fouriers lag q = -λ. dt dn [W/m 2 ] Där λ är materialets termiska konduktivitet dt är temperaturgradienten i ytnormalens riktning. dn Q = -2π. r. λ. dt dr [W] Men, då Q är oberoende av r fås vid integration värmeflödet per längdenhet till Q = -2π. λ. t 2 t 1 [W] ln r 2 r1 Isolationsfaktorn k b = (ts - ti) (t e - t i ) För en plan vägg erhålls: q = λ. dt = λ. (t 2 t 1 ) = λ. (t 1 t 2 ) dy δ δ [W/m 2 ] Där t i = Luftens temperatur inuti aggregatet t e = Omgivningens temperatur t s = Aggregatdelens lägsta yttemperatur δ Kylprocesser Kylprocessen t 1 q t 2 y Q = m. (h c - h b ) Där Q = Kylkapacitet kw m = köldmediets massflöde kg/s h c - h b = entalpiförändring från b till c, se bild på sidan 34 Fläkt Woods 165

Effektbehov Tillskottsvärme P = m. (h d - h c ) Där P = Effektbehov kw m = köldmediets massflöde (h d - h c ) = entalpiförändring från c till d, se bild på sidan 34 Kylfaktorn COP k = Q = m. (h c - h b ) P m. (h d - h c ) Där COP k = Köldfaktor Q = Kylkapacitet kw P = Effektbehov kw COP k = (h c - h b ) (h d - h c ) Värmefaktorn COP v = (h d - h a ) (h d - h c ) Eftersom (h d - h a ) = (h c - h b ) + (h d - h c ) blir som följer att COP v = COP k + 1 Värme- och kylåtervinning Årsvärmebehov Q rest = (1 η årsmedel ). Q tot 100 Där Q rest = årsvärmebehovet, kwh/år med värmeåtervinnare η årsmedel = årsmedelsverkningsgraden för värmeåtervinnaren, C Q tot = årsvärmebehovet, kwh/år utan värmeåtervinnare Verkningsgrad η t = t 22 t 21 t 11 t 21 η x = x 22 x 21 x 11 x 21 Beteckningar q = Luftflöde m 3 /s t = Temperatur C ϕ = Luftens relativa fuktighet % η t = Temperaturverkningsgrad, % η x = Fuktverkningsgrad, % Index 1 = frånluftssida 2 = tilluftssida 11 = frånluft, inlopp 12 = frånluft, utlopp 21 = tilluft, inlopp 22 = tilluft, utlopp Värmeöverföringsenheter Q tot = q. ρ. c p. antalet gradtimmar Där Q tot = årsvärmebehovet, kwh/år utan värmeåtervinnare q = luftflöde m 3 /s ρ = densitet kg/m 3 c p = specifikt värme, J/kg. C Antalet värmeöverföringsenheter tecknas: N tu = α F C min C min = q min ρ Cp Där α = värmeövergångskoefficienten W/m 2 C F = värmeöverförande yta, en sida m 2 ρ = densitet kg/m 3 q min = lägsta flödet m 3 /s Cp = den specifika värmefaktorn 166

Ljud Ljudtrycksnivå utomhus Ljudtrycksnivå Ljudtrycksnivån definieras som Lp = 20 log ( P ) = 20 log ( P ) P 0 2. 10-5 Där Lp = Ljudtrycksnivå, db P = Ljudtrycket, Pa P 0 = Referensvärde, Pa Ljudtrycksnivån vid radien r från ljudkällan anges som: Lp = Lw 10 log 2πr 2 Där Lp = Ljudtrycksnivå, db Lw = Ljudeffektsnivån, db r = Radien, m Ljudadsorption i ett rum Ljudeffektsnivå A = A 1 α 1 + A 2. α 2 + A 3 α 3 + + A n α n Ljudeffektsnivån definieras som Lw = 10 log ( W ) = 10log ( W ) W 0 10-12 Där Lw = Ljudeffektsnivå, db W = Ljudeffekt, W W 0 = Referensvärde, W Addition av ljudnivåer Lp = 10 log (10 ( Lp 1 ) + 10 ( Lp 2 ) 10 10 ) Ljudhastighet Där A = Ekvivalent ljudabsorptionsområde, m 2 A1-n = Område för de individuella ytorna i rummet α = Ljudabsorptionkoefficient Efterklangstid T = 0.16 V A Där T = Efterklangstid, s V = Rumsvolymen, m 3 A = Ekvivalent ljudabsorptionsområde, m 2 c = f λ Där c = Hastigheten, m/s f = Frekvens, Hz λ = Våglängd, m Ljudtrycksnivå i kanal Ljudtrycksnivå i en kanal: Lp = Lw 10 log A Där Lp = Ljudtrycksnivå, db Lw = Ljudeffektsnivån, db Α = Kanalens tvärsnittsarea, m 2 Fläktar Fläktlagar Flödet q 1 = n 1 q 2 n 2 Trycket Δp 1 = ( n 1) 2 Δp 2 n 2 Effekten P 1 = ( n 1) 3 P 2 n 2 Där q = Luftflöde, m 3 /s n = Varvtal, varv/min p = Tryck, Pa p = Effekt, kw Fläkt Woods 167

Systemkarakteristiken för ett normalt kanalsystem P = P 0 + k. q n Där P = Tryck, Pa P 0 = Trycket vid noll flöde, det konstanta trycket, Pa k = systemkonstanten n= systemexponent, vilken normalt ligger nära 2. Fläktens verkningsgrad η f = P f = k p. q vi. p tf P R P R Där η f = Fläktverkningsgrad, % Pf = Effekt, W P R = Fläkthjulets effekt, W k p = Kompressibilitetsfaktorn qvi = Fläktens luftflödet vid inloppet, m 3 /s ptf = Fläktens totala tryckökning, Pa Temperaturökning genom fläkten Δt = kp. Ptf ρ. η. cp Där Δ t = Temperaturökning, C eller K kp = Kompressibilitetsfaktorn som är försumbar p tf = Fläktens totala tryckökning, Pa η = Fläktens verkningsgrad ρ = Luftens densitet, kg/m 3 C p = Den specifika värmefaktorn Som tumregel kan vi uppskatta ρ = 1.2, η = 0.80 och C p = 1008 och därför Δt P/1000 eller 1 C per 1000Pa. Temperaturökning vid motorer med remdrift kp. p Δt = tf ρ. η f. η m. η tr. c p Där Δt = Temperaturökning, C eller K kp = Kompressibilitetsfaktorn som är försumbar p tf = Fläktens totala tryckökning, Pa η f = Fläktens verkningsgrad η m = Motorns verkningsgrad η tr = Transmissions verkningsgrad ρ = Luftens densitet, kg/m 3 Cp = Den specifika värmefaktorn Effekt för roterande maskiner P= M. f Där P = Effekt, W M = Moment, Nm f = Frekvens, Hz Ljudeffektsnivå per oktavband L Wokt(s) = L WA + K okt(s) Där L Wokt(s) = Ljudeffektsnivå per oltavband, db L WA = A-vägda ljudeffektsnivåer, db K okt(s) = Kokt är en faktor för att korrigera varje enskilt oktavband beroende på fläktens varvtal. Starttid för motorer utan frekvensomriktare För att beräkna starttiden: a) Välj motor med märkuteffekt, P, baserad på fläktens effektbehov, Pf, vid normal arbetspunkt, (= öppna ledskenor/spjäll). b) I formeln för beräkning av starttid sätts värdet på Pf = fläktens effektbehov vid stängda ledskenor/spjäll. Använd följande formel: J. 2 n t = f. 10-3 46 ( P ( M max M + st ) - Pf ) M M Den beräknade starttiden är den tid det tar att accelerera fläkten från stillastående till fullt varvtal. 168

För att beräkna starttiden för Y/D-start använd följande formel: t = J. n f 2. 10-3 46 ( P ( 1 x M max + 1 x M st ) + Pf ) 3 M 4 M Fläkteleffekten η transm P fläkt η fläkt Den beräknade starttiden är den tid som Y/D-kopplaren skall ligga i Y-läge för att fläkten skall nå ca 90 % av fullt varvtal. Därefter slås den över till D-läge. Vid Y/D-start måste man också kontrollera att motorns moment är högre än fläktens under Y-fasen. η motor η regl q fläkt x Δp fläkt Beteckningar P = motorns märkuteffekt kw Pf = fläktens effektbehov vid driftvarvtal kw (Inkl.ev. remväxelförluster vid remdrift) PY/D = lägsta motoreffekt vid vilken Y/D-start är möjlig kw Mst/M = Kvoten av motorns start- och normalmoment Mmax/M = Kvoten av motorns max- och normalmoment η f = motorns driftvarvtal rpm J = systemets tröghetsmoment hänfört till fläktaxeln kgm 2 SFP Specifik fläkteleffekt för en hel byggnad SFP = ΣP nät q max SFP = byggnadens specifika fläkteleffektbehov P nät = summan av tillförd eleffekt till byggnadens samtliga fläktar, kw q max = byggnadens största projekterade mätbara till- eller flånluftsflöde, m 3 /s SFPv Specifik fläkteleffekt för värmeåtervinningsaggregat med till- och frånluftsfläktar Beräkning av fläkteleffekt, Pnät P nät = q fläkt. Δp fläkt η fläkt. η transmission. η motor. η regler. 1000 η = verkningsgrader för fläkt, transmission, motor och reglerutrustning (se fig). För aggregat med roterande värmeväxlare skall vid beräkning av näteffekten till frånluftsfläktens motor, läckage och renblåsningsflöde ingå. Även den eventuella strypning på frånluftssidan som behövs för att uppnå rätt tryckbalans och läckageriktning i aggregatet skall inräknas. Tryck p = F = ρ. g. h. A = ρ. g. h A A Där P nät p = Trycket, Pa F = Kraften, N A = Arean, mm 2 ρ = Densitet, mm 3 g = Acceleration vid fritt fall, m/s 2 h = Höjd, m SFPv = P nät TF + P nätff q max SFP v = värmeåtervinningsaggregatets specifika fläkteleffektbehov kw/(m 3 /s) P nättf = tilluftsfläktens fläkteleffekt, kw P nätff = frånluftsfläktens fläkteleffekt, kw q max = aggregatets största till- eller frånluftsflöde, m 3 /s Volymflöde q v = A. v Där A = Tvärsnittsarean, m 2 v = Hastighet, m/s Fläkt Woods 169

Källförteckning Fläkt Woods dokumentation Syftet med luftbehandling, SEFLE 4267 SE 2001.12 Luftegenskaper, SEFLE 4268 SE 2001.12 Luftbehandlingspeocesser, SEFLE 4269 SE 2002.08 Kylning, SEFLE 4270 SE 2002.08 Strömningslära Värmeöverföring Batteriteknik, SEFLE 4271 SE 2001.06 Ljud, SEFLE 4272 SE 2002.08 Mätteknik och Standarder, SEFLE 4274 SE 2000.10 Spjäll, SEFLE 4275 SE 2002.08 Filter, SEFLE 4276 GB 2002.08 Värmeåtervinnare, SEFLE 4279 SE 2002.08 Luftbefuktare, SEFLE 4280 SE 2002.08 Fläktar, SEFLE 4282 SE 2001.12 Indirekt evaporativ kyla, SEFLE 4283 SE 2002.07 Elektrisk teknologi, SEFLE 4290 SE 2002.02 Fläkt Woods Inneklimatsystem, FWG Inneklimathandbok SE 08-8686 Fläkt Woods Produktkatalog Luftbehandlingsaggregat EU, Fläkt Woods 8009SE 2007.10 Luftbehandlingsaggregat EC, Fläkt Woods 8376SE 2007.08 Basics of modern fan and ventilation technology, ABB SEIND Dep. FMVM 1997-09 100 Anställda vid Fläkt Woods AB Modern Reglerteknik, 2:a upplagan Liber ISBN-91-47-01305-2, 1999 Regler handbok, ISBN-91-643-0630-6 170

Anteckningar Fläkt Woods

Anteckningar 172

Anteckningar Fläkt Woods

Anteckningar 174

Anteckningar Fläkt Woods

Anteckningar 176

We Bring Air to Life Fläkt Woods Group kan erbjuda ett komplett sortiment av produkter och lösningar för ventilation, luftbehandling och industriell luftteknik Försäljningskontor Luleå 0920-25 83 30 Skellefteå 0910-393 36 Umeå 090-71 40 90 Sundsvall 060-67 82 80 Uppsala 018-67 79 40 Västerås 021-83 10 00 Sollentuna 08-626 49 00 Karlstad 054-12 09 50 Örebro 019-26 15 80 Norrköping 011-32 02 50 Jönköping 036-19 30 00 Växjö 0470-71 77 00 Kalmar 0480-156 66 Göteborg 031-83 65 30 Halmstad 035-15 71 20 Helsingborg 042-26 91 80 Malmö 036-19 30 00 FWG-ClimaFläkt Chillers Catalogue-SE 2009.03-8399 Copyright 2009 Fläkt Woods Group Condesign Fläkt Woods AB Kung Hans väg 12 SE-192 68 Sollentuna Tel. 0771-26 26 26 www.flaktwoods.se