Jämförelse mellan vattenburet och luftburet kylsystem i kontorslokaler

Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Miljö- och energisystem Anton Henning Jämförelse mellan vattenburet och luftburet kylsystem i kontorslokaler Med hänsyn till energibehov och komfort Comparison of water-borne - and airborne climate systems in offices In view of energy and comfort Examensarbete 22,5 hp Högskoleingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik Juni 2016 Handledare: Zane Rowe Examinator: Lena Brunzell Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60 Information@kau.se www.kau.se

Sammanfattning Examensarbetet har utförts i samarbete med Swegon AB som är marknadsledande inom ventilation- och inomhusklimatbranschen. Arbetet har utförts med hjälp av Swegons egna programvara ESBO som har använts för att simulera olika systemlösningar och därefter jämföra de med varandra. Den årliga energianvändning i världen ökar ständigt vilket leder till att vårt redan hårt påfrestande klimat kommer påverkas ännu mer. Därför är det av stor vikt att arbeta med energifrågor samt att försöka hitta sätt att minska energianvändningen, och på så vis arbeta mot ett hållbart samhälle ur ett miljöperspektiv. Inomhusklimatet är en viktig parameter för välmående och om inomhusklimatet inte uppfyller kraven för temperatur och koldioxidhalt kan det leda till sämre prestationsförmåga och bristfällig koncentration hos personer som vistas i lokalen. Energin som används för att uppnå detta godtyckliga inomhusklimat ökar kraftigt i världen och därför är en effektivisering av komfortklimatsystem önskvärd. Syftet med arbetet är att med hjälp av simuleringar jämföra ett vattenburet och luftburet klimatsystem mot varandra i avseende på energibehov och komfort. Målet med studien är att jämföra ett vattenburet och ett luftburet kylsystem mot varandra, genom att studera energibehov och komfort. Det ska göras genom simuleringar med olika stora interna värmelaster och koldioxidhalter. Till sist ska en jämförelse göras där de olika systemlösningarna placeras i fyra olika klimatzoner för att ge kunskap om vilket system som blir mest passande i de olika zonerna. Simuleringarna har utförts i programmet ESBO, som efter givna förutsättningar räknar ut behov av kyla, värme, samt energibehovet för pumpar och fläktar i en lokal. I simuleringsprogrammet har en kontorsbyggnad byggts upp med måtten 4 x 2,5 x 2,6m (längd, bredd och höjd). Kontoret har ett fönster som är placerat i söderläge och antas vara en del av en byggnad vilket, leder till att inget värmeutbyte sker inomhus. Internvärmen för rummet har utgjorts av belysning, apparater, personvärme och solinstrålning. Scheman har använts, det vill säga mellan vilka tider på dagarna som belysning, apparater och personvärme kommer bidra med internvärme. De olika schemana har använts för att bestämma när de interna värmelasterna används, för att på så vis kunna spegla verkligheten bättre. I ESBO simulerades fyra olika system för att sedan kunna jämföras. Två av systemen som simulerades var luftburna system varav ett CAV-system (Constant air volume) som kyler med konstant ventilationsflöde men med varierande temperatur. Det andra är ett VAV-system (Variable air volume) som kyler med ett varierande ventilationsflöde och konstant temperatur. Även ett vattenburet system simulerades, där rummet kyls med hjälp av en kylbaffel. Det fjärde systemet som simulerades var ett kombinerat system där luften kyls både via en kylbaffel och via ventilationen. Resultatet visade att olika system kommer vara att föredra för olika fall. Det kombinerade systemet kommer vara att föredra vid låga interna värmelaster. Kylbaffelsystemet kommer hålla bäst komfort, men det leder till att kylbaffelsystemets

energibehov blir högst för alla simuleringarna. CAV-systemet kommer inte klara kraven på temperaturen vid simuleringarna. VAV-systemet blir att föredra vid höga interna värmelaster.

Abstract The work has been carried out in cooperation with Swegon AB, the market leader for ventilation and indoor climate business. For work have their own programs ESBO be used to simulate and on the way to compare different systems. The annual energy use in the world is constantly increasing. This leads to our already highly stressful climate will be affected even more. Therefore it is of great importance to work on energy issues and to try to find ways to reduce energy consumption, and thus work towards a sustainable society from an environmental perspective. The indoor climate is an important parameter for the well-being, and if the indoor climate does not meet the requirements it can lead to poorer performance and lack of concentration for the people staying in the room. The energy that is used to reach this arbitrary indoor climate is increasing rapidly in the world and therefore is the efficiency of comfort climate systems desirable. The aim of this study is to, by using simulations; compare a waterborne and airborne climate system in terms of energy and comfort. The object of the study is to compare a water-borne and airborne cooling system, and then to compare the energy use and comfort of these systems. This will be done by simulations with different sized internal heat loads and different levels of carbon dioxide. Finally, a comparison shall be entered where the different systems solutions placed in four different climate zones to provide knowledge about which system works best in which zone. The simulations have been performed in the program ESBO, which with given conditions calculates the need for cooling, heating and energy for pumps and fans in a room. An office building has been created in ESBO with dimensions of 4 x 2.5 x 2.6 (length, width and height). The office has a window facing south. The office is assumed to be a part of a building, this leads to that no heat exchange takes place indoors. The internal heat in the room consists of lighting, appliances, personal warmth, but also solar radiation. Schedules have been used for lighting, appliances and personal warmth. It was built four different systems then compared. These were two airborne system, a CAV system that cools with constant ventilation flow. A VAV system that cools with a variable ventilation flow. It was also built up a waterborne system, which cools the room by using a chilled beam. A combined system was also built up where the air is cooled by both chilled beam and ventilation. The result shows that different systems will be preferred in different cases. The combined system will be preferred at low internal heat loads. The chilled beam system will keep the best comfort, but in the meantime it is the system that will require the greatest amount of energy in all the simulations. CAV systems can t cope with the

requirements of the temperature in the simulations. VAV systems are to be preferred at high internal heat loads.

Förord Studien är utförd av Anton Henning för ett examensarbete som har utförts vid Karlstads universitet, på fakulteten för hälsa-, natur- och teknikvetenskap. Det är det avslutande momentet på högskoleingenjörsprogrammet Energi- och miljöteknik, utbildningen omfattar totalt 180 hp. Examensarbetet är på 22,5 högskolepoäng och har genomförts våren 2016. Detta examensarbete har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete. Idén till studien har jobbats fram i samarbete med företaget Swegon AB med säte i Arvika där produktion och utveckling av komfortmoduler samt ljuddämpare sker. Ett stort tack till min handledare Zane Rowe vid Karlstads universitet och Carl-Ola Danielsson på Swegon AB för givande diskussioner under arbetets gång. Anton Henning, 2016-06-09, Karlstad

Innehåll 1. Inledning... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte... 2 1.3 Mål... 2 2. Teori... 3 2.1 Inomhusklimat och riktlinjer... 3 2.2 Komfortkyla... 3 2.3 Distribution... 4 2.3.1 Luftburet kylsystem... 4 2.3.2. Vattenburen kyla... 5 2.3.3 Kombinerade system... 7 2.4 Boverket... 7 2.5 Produktion av kyla... 8 2.5.1 Kylmaskin... 8 2.5.2 Fjärrkyla... 9 2.5.3 Frikyla... 9 2.6 Ventilation... 10 2.6.1 Luftbehandlingsaggregat... 10 2.7 Reglering... 11 2.7.2 Timerstyrning:... 11 2.7.3 CO2-styrning:... 11 2.7.4 Temperaturstyrning:... 11 2.8 Byggnaden... 11 2.10.1 Fönster... 12 2.11 Internvärme... 12

2.12 Solinstrålning... 13 3. Metod... 14 3.1 Bestämning av kyleffektbehov... 14 3.2 ESBO... 14 3.3 Referenssystem... 14 3.3.1 Rummets konstruktion... 14 3.3.2 Systemkrav... 15 3.4 Internvärme... 17 3.5 Ventilationssystem... 17 3.6 Värmesystem... 18 3.7 Kylsystem... 18 3.7.1 CAV-system... 18 3.7.2 VAV-system... 18 3.7.3 Kylbaffelsystem... 19 3.7.4 Kombinerat system... 19 3.8 Produktion av kyla... 19 3.9 Klimatzoner... 19 3. 10 Klimatdata... 20 3. 11 Jämförelse CO2 halter... 20 4. Resultat... 21 4.1 Temperatur... 21 4.2 Energibehov... 26 4.4 Sammanställning - Energibehov... 27 4.5 Jämförelse på hur olika CO2 halter påverkar energibehovet... 28 5. Diskussion... 29 6. Slutsats... 32 6.1 Fortsatt arbete... 32

Referenser... 33 Bilagor... 35

1. Inledning 1.1 Bakgrund Energin som används för att skapa ett godtyckligt inomhusklimat ökar kraftigt i utvecklingsländer. Där uppgår den till ungefär 40 % av byggnadens totala energianvändning. Ökningen beror på att människor vistas mer inomhus samtidigt som det ställs högre krav på inomhusklimatet. Därför är det viktigt att reducera energianvändningen i byggnader för att upprätthålla ett hållbart samhälle. (Perez- Lombarda 2008) Boverket är en svensk myndighet som ställer allt hårdare krav på hur byggandet och ändring av byggnader i Sverige får ske. De ställer bland annat krav på hur energihushållningen i en byggnad ska se ut, vilket leder till att företag måste anpassa sina produkter för att uppnå dessa krav. Samtidigt som ägarna av byggnaderna måste anpassa sina byggnader för att uppnå kraven. För upprätthålla komfortkylbehovet finns olika typer av klimatsystem som kan användas: vattenburet kylsystem, luftburet kylsystem samt ett system som kombinerar de båda. Det som skiljer ett vattenburet och ett luftburet system åt är det medium (vatten eller luft) som transporterar kylan till lokalen. Vattenburen kyla bygger på att vatten cirkulerar till kylapparater där kyla avges till rummet, vilket gör att temperaturen i rummet sänks. Kylan kan avges antingen med hjälp av egenkonvektion eller genom strålning. En kylapparat som använder sig av egenkonvektion är kylbaffeln där, vatten flödar i kopparrör, som använder plåtlameller som kylflänsar. Kylpaneler är en apparat som fungerar som strålningsskylare (Aronsson & Bergsten, 2001). Luftburen kyla fungerar genom att luften som skickas in med ventilation kyls med hjälp av ett kylbatteri i luftbehandlingsaggregatet. Detta gör att luften som skickas in i rummet har lägre temperatur än den luft som är i rummet. Luftburen kyla kan delas in två grupper; CAV och VAV. CAV-systemet ventilerar med ett konstant flöde men med varierande temperatur. VAV-systemet har istället varierande flöde och konstant temperatur (Aronsson & Bergsten, 2001). 1

1.2 Syfte Inomhusklimat är en viktig parameter för välmående. För att skapa ett komfortabelt inneklimat för olika typer av verksamhet används olika VVS-tekniska lösningar. De olika lösningarna ska klara av att hålla en någorlunda konstant temperatur inomhus, trots en varierande utomhustemperatur över året. Det är viktigt att lösa VVSproblematiken som, om den inte utreds, kan leda till trötthet, irritation i näsa, ögon och hals, och sämre prestationsförmåga för de som vistas i lokalen. (Arbetsmiljöverket, 2016) När det uppstått ett överskott av värme i en byggnad kommer det vara av stort intresse att kunna transportera bort värmen inomhus. Detta leder till att komfortkylsystem kommer behövas för att klara alla krav som ställs på inomhusklimatet. Syftet med studien är att jämföra vattenburna kylsystem med luftburna kylsystem i en kontorsbyggnad. Hänsyn ska tas till energibehovet samt komfort. Syftet är även att ge kunskap om hur kylsystem ska utformas på fyra olika klimatzoner i Sverige enligt BBRkraven. 1.3 Mål Målet med den här studien är att med hjälp av simuleringar jämföra ett vattenburet kylsystem med ett luftburet kylsystem för kontorslokaler. Detta då syftet ligger i att jämföra energibehov samt komforten (temperatur och koldioxidhalt) på inomhusklimatet. Det som ska studeras är hur olika krav på luftkvaliteten i form av koldioxidhalt påverkar energibehovet. Studier ska även göras kring hur olika värmelaster påverkar vilket system som bör väljas. Detta ska sedan jämföras mellan olika platser i landet för att försöka hitta det bästa systemet för de olika klimatzonerna i landet. 2

2. Teori 2.1 Inomhusklimat och riktlinjer Inomhusklimatet är en stor faktor för människors välmående. Det är en mängd olika faktorer som påverkar varandra gällande inneklimat, vilket även påverkar människans upplevelse. Faktorerna är: Termiska faktorer Hygieniska faktorer Ljusmässiga faktorer Ljudmässiga faktorer Ventilationen har som huvuduppgift att hålla luften fri från föroreningar. I ventilationssystemet eftersträvas små luftflöden för att undvika dragproblematik och det finns regler om hur hög koldioxidkoncentrationen får vara i en lokal. I Sverige får koldioxidhalten inte överstiga 1000 ppm. För att detta ska kunna upprätthållas användas ofta ett flöde på 7 l per sekund och person samt 0,35 l/s per kvadratmeter golvarea. Det är viktigt att hålla hastigheten på luften i vistelsezonen låg för att undvika problematik kring drag. Hastigheten på luften får inte överstiga 0,2 m/s (Dahlblom, Warfvinge, 2010). Enligt Gullikson et al (1992) så påverkas människors prestationsförmåga av inomhusklimatet. Människans kropp reagerar olika i ett varmt respektive kallt rum. Är rummet för kallt koncentrerar sig kroppen på att hålla de viktigaste organen i kroppen varma. Detta medför att värme tas från kroppsdelar som händer och fötter, som därmed blir kalla, vilket kan leda till att prestationsförmågan försämras. Men är rummet istället för varmt måste kroppen kylas, vilket gör att vi börjar svettas och även det kan leda till att prestationen dras ner samt att koncentrationsförmågan försämras. Endast ett par grader över de ställda kraven leder till att prestationen minskar med ca 10 %. (Gullikson et al, 1992) Enligt Arbetsmiljöverkets regler AFS 2000:42 bör lufttemperaturen vintertid vara 20-24 C och sommartid 20-26 C (Dahlblom, Warfvinge, 2010). 2.2 Komfortkyla Nuförtiden vistas människor mer än någonsin inomhus vilket leder till att allt högre krav kommer ställas på inomhusmiljön. Komfortkyla blir därför önskvärt för att upprätthålla behaglig temperatur året om.. De avgörande faktorerna som påverkar om en byggnad behöver värmas eller kylas är främst dessa: Internt genererad värme Isolering och täthet i byggnaden Temperaturkrav sommar respektive vinter Utomhusklimat 3

I Sverige ska temperaturen inomhus aldrig underskrida 20 C, detta krav leder till att lokaler i Sverige under större delen av året kommer förlora värme till omgivningen, på grund av att utomhustemperaturen större elen av året underskrider 20 C och att det då oftast är kallare ute än inne. Dock kommer värme att genereras inomhus från människor, apparater och belysning. Det är alltså den internt genererade värmen som kommer bestämma om byggnaden kommer behöva tillföras värme eller om den kommer behöva kylas för att kraven på temperaturen ska lyckas hållas inom de satta gränserna. Enligt Warfvinge och Dahlblom (2010) kan upplevelsen av det termiska klimatet beskrivas med sex inomhusklimatparametrar. Två av dem är personspecifika och gäller klädsel och aktivitet. De fyra andra parametrarna är temperaturen på luften, dess hastighet i rummet, omgivande ytors temperatur och luftfuktigheten, vilka alla är beroende av omgivningen (Dahlblom, Warfvinge, 2010). 2.3 Distribution För att en byggnad ska kunna upprätthålla ett bra termiskt klimat samt ha en god luftkvalité krävs det att rummen ventileras. Komfortkylsystem kan delas upp i tre olika typer: Luftburen kyla Vattenburen kyla Kombinerade system 2.3.1 Luftburet kylsystem I ventilationssystem som använder sig av luftburen kyla är den huvudsakliga uppgiften att klara de termiska kraven för rummet. Dessa system kan användas för kylning om överskottet av värme inte är alltför stort så att komforten inte påverkas negativt. Det är luftflödet som dimensioneras för att klara kylbehovet. Detta sker genom att den inkommande tilluften kyls vid ett luftbehandlingsaggregat där sedan luftflödet får regleras för att uppnå önskad effekt. I figur 1 visas en principiell skiss över ett luftburet kylsystem. Figur 1. Principskiss på luftburet kylsystem (Aronsson & Bergsten, 2001) 4

Den luftburna kylan kan delas in i två grundtyper; CAV-system (Constant Air Volume) som har ett konstant luftflöde, och VAV-system (Variable Air Volume) där luftflödet kommer vara beroende av hur stort kylbehovet är (Aronsson & Bergsten, 2001). CAV-system: I ett CAV-system hålls luftflödet konstant, men temperaturen kan variera. Det leder till att det rum med högst kylbehov bestämmer tilluftstemperaturen som behandlas i ett centralt luftbehandlingsaggregat och tilluftstemperaturerna kan variera. För att erhålla en sådan variation kan olika metoder av styrning användas vilka listas nedan (Aronsson & Bergsten, 2001). En temperaturstyrning som sker i värmebatteriet som i sin tur är direkt ansluten till de olika zonerna i bygganden. Denna typ av styrning används vid momentana ändringar i värmeöverskottet medan temperaturen utomhus är irrelevant. En temperaturstyrning i ett centralt beläget aggregat. Detta görs då utomhustemperaturen är den beroende faktorn. En kombination av de två alternativen. VAV-system: I ett VAV-system är luftflödet som tillförs varje rum beroende av behovet samtidigt som tilluftstemperaturen hålls konstant. Om den interna värmen ökar leder det till att luftflödet måste öka medan tilluftens temperatur hålls konstant. Reglering sker efter personnärvaro, koldioxidkoncentrationen samt rumstemperaturen. En styrning av tilluftens temperatur som är beroende av utomhustemperaturen görs också efter årstid. Luftflödet regleras i varje rum med hjälp av spjäll som är direkt anslutna till det angivna rummet, medan fläktarna kontrolleras med hjälp av varvtalsstyrda fläktmotorer eller ledskenereglering. Då VAV-systemets uppgift är att klara kraven på luftkvalitén krävs styrning för att upprätthålla konstant tryck i tilluften. Därför kommer flödet variera, den varmaste dagen behövs maximal effekt från systemet medan det den kallaste dagen endast kan komma att krävas 20 % av den maximala effekten (Aronsson & Bergsten, 2001). 2.3.2. Vattenburen kyla När ventilationssystemet inte klarar av kraven för kylbehovet behövs ett vattenburet kylsystem installeras. Ventilationssystemet har till uppgift att klara kraven på luftkvalitén och den vattenburna kylan står för att klara kraven som ställs på det termiska inomhusklimatet. I figur 2 visas en principiell skiss över ett vattenburet kylsystem. 5

Figur 2. Principskiss på vattenburet kylsystem (Aronsson & Bergsten, 2001) Att transporter kyla till rummet kan ske på flera olika vis. Här nedan beskrivs två olika sorters rumskylare. Kylbaffel: En kylbaffel består av flera plåtlameller som är parallellplacerade. Lamellerna fungerar som kylflänsar till två rör som är gjorda av koppar i vilka kallvatten strömmar. När luften passerar plåtlamellerna vertikalt kallas det egenkonvektionsbaffel. I normala fall dimensioneras kylbafflarna för 14/18 C vilket innebär 14 C framledningstemperatur och 18 C returtemperatur. Detta görs främst för att kylvattnets temperatur ska ha en högre temperatur än rumsluftens daggpunktstemperatur. Om inte dimensioneringen skulle göras skulle kondens uppstå och på så sätt begränsas baffelns maximala kyleffekt (Dahlblom, Warfvinge, 2010). I figur 3 visas en kylbaffel och dess funktion. Figur 3. Principskiss på hur en kylbaffel fungerar (Swegon, 2007) Kylpanel: Kylpaneler placeras i takhöjd och är ett element som kyler. Nedkylning sker främst genom strålningmen även genom egenkonvektion. Likt kylbaffeln så dimensioneras kylpanelerna för 14/18 C för att undvika att vattentemperaturen är lägre än rummets daggpunktstemperatur. Figur 4 visar kylpanelens funktion (Dahlblom, Warfvinge, 2010). 6

Figur 4. Principskiss på hur en kylpanel fungerar (Swegon, 2007) 2.3.3 Kombinerade system Kombinerade system är ett system som kombinerar luftburen och vattenburen kyla. Dessa system används ofta då ett luftburet system är att föredra, men kylbehovet är för stort. Ett kombinerat system är då önskvärt för att undvika höga luftflöden som kan bidra till dragproblematik (Nilsson, P-E, 2001). 2.4 Boverket Boverket är en förvaltningsmyndighet som jobbar inom många olika områden och med frågor inom byggnation, hushållning av mark och vattenområden, men även inom fysisk planering och bostadsfinansiering (Boverket, 2016). I Boverkets byggregler (BBR) har en indelning av Sverige gjorts som delat upp landet i fyra klimatzoner, vilka framgår i figur 5 (Svensk energiutbildning, 2015). Figur 5. Klimatzoner enligt BBR (BBR, 2015) 7

De olika zonerna kommer ha olika krav för byggnation, och därmed olika krav på energianvändning. Till exempel har lokaler i zon 4 enligt Boverkets byggregler 22 (föreskrifter och råd hur byggandet ska ske) dessa krav vad gäller energianvändning: Kontor ca 75 kwh/m 2 Skolor ca 95 kwh/m 2 Sjukhus ca 111 kwh/m 2 Kontor som ska klara energikrav enligt BBR22,antas ha komfortkyla på 15kWh/m 2 (Svensk energiutbildning, 2015). 2.5 Produktion av kyla För att producera komfortkyla finns det många olika metoder att tillgå. Den vanligaste metoden är att producera kylan i en kompressordriven kylmaskin. Nedan beskrivs de metoder som idag används för att producera kyla. 2.5.1 Kylmaskin Det vanligaste sättet att producera kyla är, som nämnts ovan, med hjälp av en kompressordriven kylmaskin. Det finns fyra huvudkomponenter i en kylmaskin: Förångare Kompressor Kondensor Strypventil Kylmaskinen fungerar att ett köldmedium cirkulerar i en krets där det tar upp värme vid lågt tryck i förångaren och köldmediet övergår då från vätskeform till gasform och omvandlingen gör att köldbäraren förlorar värme. Efter det passerat förångaren transporteras det vidare till kompressorn som har i uppgift att höja trycket. Nästa steg i kretsen är kondensorn som avger värme till omgivningen. Sedan sänks trycket i strypventilen och processen upprepas. En principskiss över den ovan beskrivna processen kan ses i figur 6 (Dahlblom, Warfvinge, 2010). 8

Figur 6. Principskiss av kylmaskin Effektiviteten på en kylmaskin är en viktig faktor och betecknas COP, Coefficient Of Performance. Hur effektiv kylmaskinen är bestäms med hjälp av formel 1. COP = P förångare P kompressor (1) P förångare är den kyla som levereras och P kompressor är eleffekten som krävs för att driva kompressorn. Vanligt COP-värde för äldre kylmaskiner är runt 3, de nyare kan ha uppemot 6 (Dahlblom, Warfvinge, 2010). 2.5.2 Fjärrkyla Vid fjärrkyla sker produktionen av kyla centralt i en anläggning för att sedan distribueras via ledningar ut till byggnader. Själva produktionen kan ske med en kylmaskin eller absorptionskylmaskin. Väl vid byggnaden är fjärrkylvattnet anslutet till byggnadens system. Vattnet kommer då att cirkulera till de olika kylelementen, men även till luftbehandlingsaggregatets kylbatteri (Dahlblom, Warfvinge, 2010). 2.5.3 Frikyla Med frikyla menas kylan som finns naturligt och kräver alltså ingen energi förutom el till fläktar och pumpar. Frikyla existerar i olika former, bland annat som nattkyla. 9

Nattkyla innebär att byggnaden under nattetid kommer att kylas ned av den kalla uteluften. Hur effektivt detta är påverkas av byggnadens konstruktion och framförallt dess värmetröghet (Dahlblom, Warfvinge, 2010). Vid frikyla i luftsystem blir den själva huvuddelen att temperaturen på luften utomhus större delen av året är lägre än temperaturen på inomhusluften. Ju mer luft som används för att kyla desto mer kyla kan tillgodoräknas. Detta blir ofta anledningen till att luftsystem framstår som mer energieffektiva än vattensystem i vissa fall. 2.6 Ventilation Som tidigare nämnts så är ventilationens huvuduppgift att föra in ny luft i byggnaden samtidigt som den för bort den förorenade luften. Detta motverkar att föroreningar sprids i byggnaden. Föroreningar ska föras bort utan att äventyra inomhusklimatet och därför ska stora temperaturskillnader och drag undvikas. För att minimera energiåtgången till ventilationssystemet är det viktigt att inte behandla mer luft än vad som kommer behövas för att tillgodose kraven. Genom att optimera ventilationssystemet blir energiåtgången så låg som möjligt och fläktarna inte behöver arbeta lika mycket, samt att värme som annars förts ut från rummet stannar kvar och bidrar till att ingen uppvärmd luft måste tillföras rummet. 2.6.1 Luftbehandlingsaggregat Den viktigaste komponenten i ett ventilationssystem är luftbehandlingsaggregatet och dess uppbyggnad visas i figur 7. Figur 7. Principskiss på luftbehandlingsaggregat Figur 7 visar luftbehandlingsaggregatet med samtliga komponenter. Utomhusluft tas in och förs först igenom ett filter som tar bort partiklar från luften så att dessa inte sprids inomhus. Luften transporteras sedan vidare till en värmeåtervinnare som efter behov kan värmeväxla luften med den utgående luften. Sedan följer värme/kylbatterier, vars främsta uppgift är att skapa komfort i byggnaden. Sista komponenten är en tilluftsfläkt som distribuerar luften till byggnaden. Frånluften, alltså den luft som tagits från byggnaden, transporteras ut via aggregatet där den, som tidigare nämnts, kan växla energi till den inkommande luften. Efter den förts 10

förbi värmeåtervinnaren kommer luften försvinna ur byggnaden (Dahlblom, Warfvinge, 2010). 2.7 Reglering Styrning av klimatsystem kan styras och regleras på många olika vis. Alla systemen har gemensamt att det finns någon form av sensor som exempelvis känner av hur många grader det är i ett rum, och därefter signalerar resultatet till reglatorn. Om signalen visar att temperaturen gått över eller under den önskade temperaturen sker en reglering. (Norlander & Wigermo, 2013). Nedan kommer några typer av styrning att presenteras 2.7.2 Timerstyrning: Timerstyrning passar bra till lokaler som används under regelbundna tider som till exempel skolor och kontorslokaler. Styrningen utgår från att systemet är på under bestämda tider (till exempel 08:00-17:00) och under resterande timmar stängs det av. Det negativa med timerstyrning är att risken för överdimensionering av ventilationssystemet är stor eftersom det är troligt att det ibland kommer befinna sig färre folk i lokalen i lokalen än vad systemet är dimensionerat för. 2.7.3 CO2-styrning: CO2-styrning fungerar genom att ventilationen ökar när en viss lokals börvärde för koldioxidhalten uppnås och på så vis hålls koldioxidkoncentrationen på en bra nivå i rummet (oftast runt 1000 ppm). Detta används främst där många personer ska vistas samtidigt, som till exempel i föreläsningssalar. Koldioxidstyrningen kan ske i kombination med närvarostyrning. 2.7.4 Temperaturstyrning: Nästan alla typer av klimatsystem har någon form av styrning av temperaturen. Det kan ske på olika sätt, exempelvis genom en termostat som stänger av uppvärmningen när den nått högsta tillåtna temperatur. Det finns även mer avancerade sätt att göra det på som integrerande system av ventilation, kyla och värme. 2.8 Byggnaden Det är viktigt att byggnaden oavsett temperatur utomhus, alltid kan hålla en komfortabel temperatur inomhus. Samtidigt finns krav på att förutsättningarna för luft, ljus och ljud ska vara goda. När temperaturen byggnaden underskrider temperaturen utomhus kommer värme att transporteras in genom klimatskalet vilket skapar ett kylbehov i byggnadens lokaler. Byggnadens klimatskal är de omslutande ytor som isolerar huset, alltså dess väggar, tak och golvet. Valet av material på en byggnads klimatskal är därför av stort intresse för att få ett bra inomhusklimat och ett lågt energibehov till värme- och kylsystem som möjligt. Det är viktigt att ta tillvara på de termiska egenskaperna i de olika byggnadsmaterialen för att på så vis minska energianvändningen (Petersson, 2013). Termisk massa brukar användas för att beskriva värmelagringsförmågan i ett material. Förmågan att absorbera, förvara och sedan släppa vidare värmen är grundläggande 11

egenskaper för termisk massa. Ett material med följande egenskaper anses passande för termisk massa: God värmeledningsförmåga Hög specifik värmekapacitet Hög densitet Om den termiska massan utnyttjas leder det till att temperaturen inomhus inte kommer ha stora variationer över året samt att den maximala temperaturen som kommer att uppnås i lokalen kommer minska. Att utnyttja den termiska massan kommer alltså leda till ett bekvämligare inomhusklimat (Hassan 2009). Genomspringor och andra hål från till exempel tak och väggar i en byggnad kommer luftläckage förekomma, vilket leder till värmeförluster genom klimatskalet. Byggnaden kommer under stora delar av året att förlora värme till omgivningen (Petersson, 2013). 2.10.1 Fönster Fönster i byggnader släpper in ljus och värme. När utomhustemperaturen understiger inomhustemperaturen kommer fönstret att släppa ut värme. Därför är det viktigt att ha fönster med bra egenskaper för att dra ner på värmeförlusterna från byggnaden. Bra egenskaper i det här fallet menas ett lågt U-värde (värmegenomgångskoefficient) vilket leder till låga värmeförluster. Energirådgivningen har beräknat ut hur stor värmeförlusterna blir vid olika U-värden för en byggnad i Stockholm med en fönsteryta på 15m 2 som syns i tabell 1. (Energirådgivningen, 2015) Tabell 1 visar hur stora värmeförluster olika fönstertyper har per år Fönstertyper U-värde Värmeförlust/år Tvåglasfönster 2,9 Ca 4000 kwh Treglasfönster 1,9 Ca 2600 kwh Nytt energifönster 1 Ca 1600 kwh 2.11 Internvärme Internt genererad värme är ett tillskott av värme som uppstår från verksamheten som bedrivs i lokalen, men även av solinstrålning som bidrar till att värma upp lokalen. Detta sker från människor, apparater, belysning och liknande. Eftersom detta kommer sker över hela året bidrar det till att kylbehovet under året ökar. Enligt Warfvinge och Dahlblom (2010) så alstras 105 W från en sittandes person med kroppsytan 1,8m 2. Vid skrivbordsarbete kommer alstringen uppgås till 125 W (Dahlblom & Warfvinge, 2010). 12

2.12 Solinstrålning Solinstrålning bidrar till uppvärmning av lokalen. Solavskärmning används för att reglera hur mycket solstrålning som kommer in i en byggnad. Avskärmningen kan göras på flera olika sätt. Några exempel listas nedan. Yttre solskydd Mellanliggande solskydd Inre solskydd De yttre solskydden är de som är mest effektiva eftersom de hindrar värmen att komma in i byggnaden. Exempel på yttre solskydd är markiser, markisolett, fasadpersienner eller screen. Dessa alternativ är praktiska och enkla att använda, när solen lyser är det bara fälla ut dem manuellt. Det finns även yttre solskydd som reagerar på temperatur och därefter fälls ut automatiskt. Balkong eller takutsprång är exempel på fasta yttre solskydd. Persienner är ett exempel på ett mellanliggande solskydd. De kan stoppa solinstrålningen genom att monteras in emellan fönsterglasen. Detta blir inte lika effektivt som ett yttre solskydd då solinstrålningen når hela vägen till byggnaden innan den skärmas av. Vilket leder till att byggnaden värms upp. Inre solskydd är den avskärmning som ger sämst skydd då dessa främst används för att enkelt kunna reglera ljuset i rummet. Används inre solskydd som avskärmning för värmens skull behöver därför dessa ofta kompletteras med ett annat skydd (Dahlblom & Warfvinge, 2010). 13

3. Metod 3.1 Bestämning av kyleffektbehov När kyleffektbehov ska avgöras har flera olika parametrar betydelse. Även faktorer av byggnadstekniska betydelser kommer spela roll vid bestämning av kylbehovet. I studien har hänsyn tagits till komfortkrav, belysning, elapparater samt antal personer i lokalen. Hänsyn har även tagits till solinstrålning som byggnaden har, som beror av bland annat storleken på fönstret, i vilket väderstreck det ligger åt och stark beroende av fönstrets egenskaper. För att kunna bestämma kyleffektsbehovet har en anpassning gjorts efter byggnadens ventilation och ventilationsflöden, tilluftstemperatur och drifttiden var därför i åtanke under arbetet. Själva byggnaden i sig är också intressant för hur stort kyleffektbehovet blir. Stomtyp och ytskikt på byggnaden har också varit parametrar som undersökts i studien. 3.2 ESBO Simuleringarna som gjorts i det här projektet har utförts i ESBO (Early Stage Building Optimization). ESBO är ett simuleringsprogram som med givna värden och förutsättningar räknar ut konsekvenser för energibehov och komfort. ESBO är ett program som utgår från IDA ICE men har tillägg från Swegon ABs egna produktkatalog. I ESBO är det enkelt att placera sig var som helst i världen och få rätt förutsättningar för att göra en simulering där. 3.3 Referenssystem För att kunna jämföra de olika systemen har ett referenssystem byggts upp i programmet ESBO. Nedan kommer det beskrivas vilka förutsättningar som valts för rummet såväl som byggnaden som använts i simuleringarna. 3.3.1 Rummets konstruktion Referenssystemet är ett kontor med måtten 2,5 x 4 x 2,6m (bredd, längd, höjd). Rummet har ett fönster med måttet 1,5 x 1,2m och ligger i söderläge. Figur 8 visar en skiss över referenskontoret. Rummet antas vara en del av en byggnad, vilket innebär att det antas finnas många likadana rum. Detta leder till att inget värmeutbyte kommer ske inomhus, mellan rumsväggarna, men ytterväggen kommer att ha ett värmeutbyte. Simuleringarna som utförts har gjorts på bara ett rum. 14

Figur 8. Rummets konstruktion (bild från ESBO) 3.3.2 Systemkrav Inomhustemperaturen har antagits få variera mellan 20-24ºC. Det innebär att när temperaturen understiger 20 C i rummet sätts värmen på. Om temperaturen istället överstiger 24 C sätts kylsystemet på. Koldioxidhalten i rummet har antagits få nå upp till 1000 ppm. Yttervägg: Ytterväggen är den vägg där värmeutbytet ett värmeutbyte sker. U-värdet för ytterväggen är framräknat till 0,647 W/m 2 K med angivna material. Ytterväggens uppbyggnad syns i tabell 2. Tabell 2. Ytterväggens uppbyggnad Material Tjocklek [m] Byggplast (render) 0,010 Betong 0,250 Byggplast 0,010 Innerväggar: Innerväggen skulle inte att något värmeutbyte då temperaturen i rummet antas ha samma temperatur som rummet bredvid. Innerväggens uppbyggnad syns i tabell 3. Tabell 3. Innerväggens uppbyggnad Material Tjocklek [m] Gips 0,026 Luftspalt 0,032 Isolering 0,030 Luftspalt 0,032 Gips 0,026 15

Tak: Som nämnts tidigare i texten har det antagits att rummet är placerat i en byggnad. Detta leder till att inget värmeutbyte skulle ske. Uppbyggnad av tak syns i tabell 4. Tabell 4. Takets uppbyggnad Material Tjocklek [m] Tak beläggning 0,005 Betong 0,020 Betong 0,150 Golv: Golvets uppbyggnad har antagits vara identisk med takets. Tabell 5 visar golvets uppbyggnad. Tabell 5. Golvets uppbyggnad Material Tjocklek [m] Golv beläggning 0,005 Betong 0,020 Betong 0,150 Fönster: Ett fönster kommer påverka byggnadens värmebalans via strålning och ledning. Fönstrets U-värde kommer vara starkt bidragande till hur stora värmeförlusterna från byggnaden blir. U-värdet som använts vid simuleringarna har varit 1,9 W/m 2 K. Fönstret är ett treglasfönster med luftspalter. Tabell 6 visar fönstrets uppbyggnad. Fönstret är placerat i söderläge och arean på fönstret är 1,8 m 2. Ingen solavskärmning har använts vid simuleringarna. Tabell 6. Fönstrets uppbyggnad Material Tjocklek [mm] Glas 4 Luftspalt 12 Glas 4 Luftspalt 12 Glas 4 Köldbryggor som använts vid simuleringarna har varit "typiska värden". För att se värden se Bilaga 1. 16

3.4 Internvärme Internvärme i kontorslokalen kommer främst från belysning, apparater samt från personnärvaro. Vid simulerade tider har närvarograden uppgått till 100 % det vill säga mellan 08:00 och 12:00 samt 13:00 och 17:00. Samtidigt som personer är i rummet har belysning antagits vara igång. Apparaterna som används har antagits vara igång hela dagen (08:00-17:00). Under helger och semesterdagar har ingen intern generering av värme från dessa ovan nämnda antagits. Se tabell 7 för en sammanfattning av tidpunkterna för internvärme som antagits. Tabell 7. Tidpunkter för internvärme Internvärme Tid Apparater Igång mellan 08:00-17:00 Belysning Igång mellan 08:00-12:00 samt 13:00-17:00 Personnärvaro Närvaro mellan 08:00-12:00 samt 13:00-17:00 Internvärmen har delats upp i tre olika stora laster för att kunna jämföras vid simuleringarna: Last 1: Den första lasten är den så kallade "standard lasten" vilken utgår från att en person vistas i rummet, samtidigt som 8W/m 2 från belysning och 10W/m 2 från apparater genereras i form av värme. Last 2: Den andra lasten har antagits ha högre generering från apparater och belysning. Båda dessa har antagits till 20W/m 2. Samtidigt sitter det en person i rummet. Last 3: Den tredje lasten har även den här en högre last än de två föregående. Här har det antagits att två personer sitter i lokalen. Samtidigt genereras det 25W/m 2 värme från både belysning och apparater. 3.5 Ventilationssystem Ventilationssystemet som simulerats har ett standard luftbehandlingsaggregat. Vattnet som cirkulerar till kylbatteriet antas ha en framledningstemperatur på 5 C. Pumpens effektivitet har antagits till 50 % på grund av förluster från friktion, strömning och läckage. Det statiska trycket i systemet har antagits vara 30000 Pa. Figur 9 visar en skiss över det simulerade luftbehandlingsaggregatet. 17

Figur 9. Luftbehandlingsaggregatet som använts (bild från ESBO) 3.6 Värmesystem I alla simuleringar som utförts har värmen antagits komma från fjärrvärme. Det har inte funnits någon begränsning på hur mycket värme som kan produceras. Eftersom det har varit kylan, och inte värmen, som undersökts i det här projektet har värmesystemet under alla simuleringar varit detsamma. 3.7 Kylsystem Det är fyra olika system som simulerats för att klara kraven på kyla för rummet. Dessa system är: Luftburet - CAV-system Luftburet - VAV-system Vattenburet - Kylbaffelsystem Kombinerat system Dessa fyra olika system har byggts upp i ESBO och har sedan simulerats. Kylsystemet har antagits sättas på när rummets temperatur överstiger 24 C. 3.7.1 CAV-system I CAV-systemet ligger flödet på ventilation konstant på 1,5 l/s m 2 vilket innebär ett flöde på 15 l/s. Tilluftsflödet och returluftsflödet har antagits vara lika stora. Temperaturen på tilluften har antagits få variera mellan 12-24 C. 3.7.2 VAV-system VAV-systemet har en variation på luftflödet där det får variera mellan 0,3 l/s m 2 och 5,0 l/s m 2 vilket innebär ett flöde mellan 3 l/s och 50 l/s. Högre flöden bör undvikas på grund av risk för drag. Det som kommer vara styrande för hur stort flödet blir kommer 18

vara temperaturen i rummet samt CO2 halten i rummet. Schemat för internvärme som används i ESBO kommer även det att styra hur stora flödena blir. Styrning sker med givare som sänder ut signaler då temperaturen alternativt CO2 halten uppnåtts. Detta för att klara kraven för både temperaturen i rummet samt kraven för koldioxidhalten. Temperaturen på tilluften har antagits vara konstant 16 C. 3.7.3 Kylbaffelsystem I rummet kommer kylbafflar användas för kyla, och ett CAV-system kommer ventilera rummet. Ventilationens luftflöde har antagits till 1,5 l/s m 2. Framledningstemperaturen för vattnet har satts till 14 C och returtemperaturen till 17 C. Temperaturen på tilluften har antagits variera mellan 12-24 C. 3.7.4 Kombinerat system Det kombinerade systemet utgår från en kombination av vattenburen och luftburen kyla. För att få fram variationen har kylbafflar använts tillsammans med ett VAV-system. VAV-systemets luftflöde har antagits vara mellan 0,3 1,5 l/s m 2 och kylbafflarnas designade flöde är på 1,5 l/s m 2. Tilluftstemperaturen har antagits vara konstant 16 C. 3.8 Produktion av kyla Produktionen av kyla i referenssystemet har skett med hjälp av en kompressordriven kylmaskin. Kylmaskinens COP-värde har antagits vara konstant 3, som ett medelvärde över året. 3.9 Klimatzoner Boverket har delat upp Sverige i fyra zoner vilka energikraven på byggnader ser olika ut. I dessa zoner har en stad simulerats för att representera den angivna zonen. Tabell 8 visar vilka städer som valts för de olika zonerna och figur 10 visar de olika klimatzonerna samt vald plats för simulering. 19

Tabell 8. Klimatzoner Zon 1 Zon 2 Zon 3 Zon 4 Luleå Karlstad Stockholm Malmö Figur 10. Klimatzonerna från BBR och valda platser för simuleringarna (BBR, 2015) 3. 10 Klimatdata All klimatdata som har använts i ESBO kommer ursprungligen från Ashrae fundamentals 2013. 3. 11 Jämförelse CO2 halter För att kunna jämföra hur olika krav på koldioxidhalten påverkar energibehovet har simuleringar gjorts med två olika koldioxidkoncentrationer. Detta har gjorts för att enkelt få en bild av hur ett högre krav på luftkvalitén påverkar energianvändningen. Koncentrationerna av koldioxid som undersökts är 1000 ppm och 800 ppm. Detta har bara jämförts på en plats för att få kunskap om hur olika krav på koldioxid påverkar energianvändningen för olika system. 20

4. Resultat 4.1 Temperatur Temperaturgrafer för varje simulering har tagits fram för att se om kraven på rummets temperatur uppnås. Simuleringarna har utgått från det så kallade worst case scenario vilket var last 3. På så sätt togs grafer fram över hur temperaturen i rummet i de olika zonerna ändrades under året vid den högsta lasten. Graferna visar utomhustemperaturen, tilluftstemperaturen och frånluftstemperaturen. Temperaturgrafer har tagits fram för samtliga system och samtliga klimatzoner. 21

Luleå: Figur 11 visar temperaturen i rummet när ett CAV-system används för att klara kylbehovet. Resultatet visar tydligt att systemet inte når upp till kraven som ställs på hur varmt det ska vara i rummet. Figur 11 visar att temperaturen i ett CAV system överstiger 30 C under sommaren med angivet luftflöde. Eftersom systemet inte uppnådde kraven för inomhusklimatet vad gäller temperatur beräknades inte energibehovet för detta system. Figur 12 visar temperaturen i ett rum vid användning av ett VAV-system. Den visar att temperaturen kortvarigt har temperaturtoppar som överstiger 26 C vilket anses vara acceptabelt under sommaren. Figur 13 visar temperaturen i rummet vid användning av ett kylbaffelsystem. Den visar att temperaturen ligger mellan 20-25 C. Figur 14 visar temperaturen i ett kombinerat system. Temperaturen är relativt konstant på 25 C. Figur 11. Temperaturgraf för CAV Figur 12. Temperaturgraf för VAV Figur 13. Temperaturgraf kylbaffelsystem Figur 14. Temperaturgraf kombinerat system 22

Karlstad: Figur 15 visar temperaturen i rummet när ett CAV-system används för att klara kylbehovet. Resultatet visar tydligt att det systemet inte når upp till kraven som ställs på hur varmt det ska vara i rummet. Figur 15 visar att temperaturen i ett CAV system överstiger 30 C under sommaren med angivet luftflöde. Eftersom systemet inte uppnådde kraven för inomhusklimatet vad gäller temperatur beräknades inte energibehovet för detta system. Figur 16 visar temperaturen i ett rum vid användning av ett VAV-system. Den visar att temperaturen kortvarigt överstiger 26 C vilket anses vara acceptabelt. Figur 17 visar temperaturen i rummet vid användning av ett kylbaffelsystem. Den visar att temperaturen konstant ligger mellan 20-24 C. Figur 18 visar temperaturen i ett kombinerat system. Temperaturen är relativt konstant på 25 C. Figur 15. Temperaturgraf för CAV Figur 16. Temperaturgraf för VAV Figur 17. Temperaturgraf kylbaffelsystem Figur 18. Temperaturgraf kombinerat system 23

Stockholm: Figur 19 visar temperatur i rummet när ett CAV-system används för att klara kylbehovet. Resultatet visar tydligt att det systemet inte når upp till kraven som ställs på hur varmt det ska vara i rummet. Figur 19 visar att temperaturen i ett CAV system överstiger 30 C under sommaren med angivet luftflöde. Eftersom systemet inte uppnådde kraven för inomhusklimatet vad gäller temperatur beräknades inte energibehovet för detta system. Figur 20 visar temperaturen i ett rum vid användning av ett VAV-system. Den visar att temperaturen ligger under 25 C till april. Sen kommer temperaturen ha flera toppar som kortvarigt överstiger 26 C under kortare perioder. I slutet av året håller temperaturen sig under 25 C. Figur 21 visar temperaturen i rummet vid användning av ett kylbaffelsystem. Den visar att temperaturen konstant ligger mellan 20-25 C. Figur 22 visar temperaturen i ett kombinerat system. Temperaturen på luften varierar mellan 20-26 C. På sommaren är temperaturen varierande mellan 23-26 C. Figur 19. Temperaturgraf för CAV Figur 20. Temperaturgraf för VAV Figur 21. Temperaturgraf kylbaffelsystem Figur 22. Temperaturgraf kombinerat system 24

Malmö: Figur 23 visar temperatur i rummet när ett CAV-system används för att klara kylbehovet. Resultatet visar tydligt att det systemet inte når upp till kraven som ställs på hur varmt det ska vara i rummet. Figur 11 visar att temperaturen i ett CAV system överstiger 30 C under sommaren med angivet luftflöde. Eftersom systemet inte uppnådde kraven för inomhusklimatet vad gäller temperatur beräknades inte energibehovet för detta system. Figur 24 visar temperaturen i ett rum vid användning av ett VAV-system. Den visar att temperaturen stadigt under året är under 25 C, men kortvarigt har toppar omöverstiger 26 C vilket anses vara acceptabelt. Figur 25 visar temperaturen i rummet vid användning av ett kylbaffelsystem. Den visar att temperaturen konstant varierar mellan 20-24 C. Figur 26 visar temperaturen i ett kombinerat system. Temperaturen på luften varierar mellan 20-26 C. På sommaren är temperaturen varierande mellan 23-26 C. Figur 23. Temperaturgraf för CAV Figur 24. Temperaturgraf för VAV Figur 17. Temperaturgraf kylbaffelsystem Figur 18. Temperaturgraf kombinerat system 25

4.2 Energibehov Energibehovet för de olika systemen visas i figurerna 27-29. Det som syns i figurerna är hur stora kylbehov, värmebehov samt behovet för fläkt- och pumpenergi är. Simuleringarna har utförts utifrån de olika värmelasterna, som förklarades under avsnittet metod. Simuleringarna har utförts i de fyra olika klimatzonerna. Det intressanta är hur stort kylbehovet och behovet av fläkt- och pump energin då detta har varit parametrar som ändrats. Resultatet vid simulering av VAV-systemet visas i figur 27. Figuren visar hur systemet påverkas av olika stora interna laster för olika klimatzoner. Figur 27. Resultat från simulering med ett VAV-system Resultatet vid simulering av kylbaffelsystemet visas i figur 28. Figuren visar hur systemet påverkas av olika stora interna laster för olika klimatzoner. 26

Figur 28. Resultat från simulering med ett kylbaffel-system Resultatet vid simulering av ett kombinerat-systemet visas i figur 29. Figuren visar hur systemet påverkas av olika stora interna laster för olika klimatzoner. Figur 29. Resultat från simulering med ett kombinerat-system 4.4 Sammanställning - Energibehov Resultatet av simuleringar med olika stora laster visar att variation i laster kommer ha ett stort inflytande på vilket system som ska väljas. Sammanställningen av den totala energin (kyla, värme, pumpar och fläktar) som kommer krävas för de olika systemen 27

syns i figur 30. Notera att det som varit av intresse i det här arbetet är kylbehovet och energibehovet för fläktar/pumpar. Figur 30. Sammanställning av resultatet från olika stora interna värmelaster 4.5 Jämförelse på hur olika CO2 halter påverkar energibehovet Resultatet av simuleringar för hur koldioxidhalten i rummet påverkar energibehovet visas i figur 21. Förutsättningar vid simulering är en hög intern värmelast (Last 3). Det totala energibehovet syns i figur 31. Figur 31. Resultat från simulering med olika halter koldioxid gräns i rummet 28

5. Diskussion Simuleringar är den metod som använts i arbetet, vilket ger en ungefärlig bild av verkligheten, men som med största sannolikhet inte kommer kunna ge några exakta, helt överensstämmande data. Exempelvis så kommer temperaturdatan, antagligen inte att helt överensstämma med verkligheten. En slående punkt i resultatet visar i alla simuleringar att kylbehovet är större i Stockholm än i Malmö. Eftersom Malmö ligger längre söder ut, och därför oftast har ett varmare klimat än Stockholm, hade ett förväntat resultat varit att kylbehovet skulle vara större i Malmö. Det som kan tänkas vara förklaringen är den klimatdata som använts. De data som använts utgår från ett visst års temperaturer, och det är därför möjligt att simuleringarna inte ger ett resultat som är representativt för verkligheten då temperaturen kan skilja sig från år till år. Resultatet hade kunnat bli annorlunda om simuleringar hade gjorts med andra års data. Att hålla temperaturen på en godtycklig nivå underlättas med hjälp av vattenburen kyla. Men detta kommer vara mer energikrävande, vilket framkommer i resultaten. Därför blir en diskussion mellan energi kontra komfort väldigt intressant. Kylbaffelsystemet kommer klara att hålla temperaturen i rummet på en bra nivå, medan de luftburna systemen kommer ha sina toppar över 26 C under korta perioder. Detta är acceptabelt eftersom när det är som varmast inne är det även som varmast ute. Under dessa perioder har människor överlag inte lika tjocka kläder på sig som under kallare perioder. Men när det under en längre tid överskrider 26 C kommer det som nämnts tidigare i texten påverka människors prestation och koncentrationsförmåga. I rum med hög värmebelastning kommer system med vattenburen kyla att vara att föredra då dessa system klarar av att hålla temperaturen på en godtycklig nivå. Vid simuleringarna har personnärvaron i rummet antagits vara 100 % vilket troligtvis inte skulle vara fallet i verkligheten. Detta beror på att den/de som vistas i lokalen ibland lämnar rummet för exempelvis toalettbesök, möten eller en fika. Personer kan även råka ut för sjukdomar, vilket gör att rummet står tomt och ingen utrustning används. Därför borde eventuellt en lägre närvaroprocent satts för att få ett mer realistiskt resultat. Vid jämförelse av de olika fallen som simulerats märks det att när de interna lasterna ökar så ökar fläkt och pumpenergin i ett VAV-system och den energin som behövs för uppvärmning minskar och energin som krävs för kyla ökar. Det vattenburna systemet (kylbaffelsystemet) är det liknande men den stora skillnaden är att fläktenergin inte ökar eftersom det är konstantflöde på luften. Kylan kommer öka och värmen minskar vilket är logiskt då vid ökad internvärme blir det varmare i rummet och på så vis kylas mer. För det kombinerade systemet minskar fläkt och pumpenergin i jämförelse med kylbaffelsystemet, vilket är ett väntat resultat. När de interna lasterna ökar så kommer fläktenergin öka men inte lika signifikant som i VAV-systemet. Om jämförelsen görs mellan hur den geografiska platsen påverkar resultatet, visar det att rummet i Luleå är det som har lägst kylbehov men samtidigt högst värmebehov. När de interna lasterna ökar så kommer inte kylbehovet öka så pass mycket på grund av att 29

de har tillgång på frikyla för luften. Värmen kommer inte den heller minska speciellt mycket på grund av ett större behov av att värma tilluften. En jämförelse har gjorts mellan VAV-systemet och det kombinerade systemet i Stockholm med en hög intern last (last 3). Detta visar att VAV systemet har ett totalt energibehov på 603 kwh/år varav 260 kwh/år för att täcka kylbehovet. Det kombinerade systemet har istället ett totalt energibehov på 715 kwh/år varav 504 kwh/år för att täcka kylbehovet. Det intressanta blir att se över hur kylan producerats. Produceras den i en vanlig kompressordriven kylmaskin som vanligtvis har ett COP runt 3, leder det till att kylbehoven för respektive fall kommer minska med en faktor 3. Detta gör att i sin tur kommer totala energibehovet att minska och i det här fallet kommer VAV-systemets energibehov är nu istället högre än för det kombinerade, vilket visas i tabell 9 och 10. Denna jämförelse blir dock inte helt komplett då antaganden även måste göras utifrån var värmen kommer ifrån. Tabell 9. Energibehov utan medräknad kylmaskin Utan kylmaskin Kyla Värme Fläktar/pumpar Total VAV 260 kwh/år 154 kwh/år 189 kwh/år 603 kwh/år Kombinerat 504 kwh/år 120 kwh/år 91 kwh/år 715 kwh/år Tabell 10. Energibehov medräknad kylmaskin Med kylmaskin Kyla Värme Fläktar/pumpar Total VAV 87 kwh/år 154 kwh/år 189 kwh/år 430 kwh/år Kombinerat 168 kwh/år 120 kwh/år 91 kwh/år 379 kwh/år En annan intressant aspekt angående energibehov är hur frikyla påverkar resultatet. Frikyla är implementerat i programmet för luftburna system men inte för vattenburna. Detta leder följaktligen till att systemen med luftburen kyla, alltså VAV-systemet kommer få gratis kyla. Därför bör VAV-systemet vara ett bättre alternativ desto längre norrut systemet placeras på grund av kallare klimat. Resultatet för VAV-systemet visar tydligt att simuleringarna som utförts i Luleå med ett VAV-system kommer vara fördelaktiga vad gäller kyla. En noga granskning av resultaten visar att det är energibehovet för kyla som kommer öka mest för det kombinerade systemet när lasterna ökar. En möjlighet är då att utnyttja frikylan även för det vattenburna systemet för att minska energibehovet. En teori till varför ökningen av kylbehovet är så stor i just detta system är för att ESBO endast har med frikyla för luft och inte för vatten. Frikylan utnyttjas därför endast vid kylning med hjälp av ventilation, och inte när kylbafflarna används. Ventilationen kommer klara det första kylbehovet själv, men när sedan de interna värmelasterna ökar kommer kylbafflarna behöva hjälpa till med kylningen då ventilationen inte har tillräcklig kapacitet för detta. Resultatet från simuleringar där kravet på koldioxidhalten i rummet ändras har ett intressant resultat. Då hårdare krav ställs på inomhusmiljön i form av koldioxidkoncentration borde det leda till att det ventileras mer och på så sätt ökar 30

energibehovet. Detta stämmer bra överens med alla resultatet, förutom för kylbaffelsystemet. Där kommer energibehovet vara exakt detsamma för båda koldioxidhalterna. Detta beror på att CAV-systemet, som i det här fallet används hela tiden och tillför frisk luft med en koldioxidhalt på 400 ppm (uteluft). Det här leder i sin tur till att koldioxidhalten i rummet aldrig kommer att vara ett problem, så länge det inte är fler personer i rummet än vad CAV-systemet har kapacitet att ventilera ut. Om en simulering görs med fler personer i rummet än vad det är kapabelt till kommer energibehovet att öka. Fläktarna i luftbehandlingsaggregatet följer ett schema mellan 07:00-19:00. Detta schema har även följts under helgerna. Detta leder till att resultaten med kylbafflarna kommer kräva mer energi för kyla men mindre för fläktar och värme. En förenkling som gjorts i luftbehandlingsaggregatet kommer påverka resultatet för CAV-systemet och då framförallt när det är i kombination med kylbafflarna. Tabell 11 visar hur förenklingen påverkar energibehovet. Tabell 11. Visar hur scheman för fläktar i luftbehandlingsaggregat påverkar energibehovet Kyla Värme Fläkt/pump Totalt Avstängd på helger Igång på helger 721 kwh/år 156 kwh/år 81 kwh/år 958 kwh/år 662 224 110 996 De interna laster som använts vid simuleringar har använts för att kunna likna ett kontorsrums förutsättningar så gott som möjligt. För att minska de interna lasterna för en kontorslokal finns olika åtgärder som kan göras. Det kan vara bra att se över den utrustning som används då det hela tiden sker utveckling inom området, och nya produkterna är generellt mindre energikrävande. Det kan göras både på val av dator samt hur användandet sker, vilket är något som många kan bli bättre på. När datorn inte används bör den stängas av och inte låta den stå i viloläge och därmed dra onödig el som genererar ett större kylbehov. Modellen på datorerna kommer även spela stor roll, en stationär dator kommer i allmänhet att generera mer värme och vara mer energikrävande än en laptop. Även belysningen är viktig parameter. För att dra ner på belysningens värmelast kan ett smart alternativ vara att byta ut glödlampor till Led-lampor som genererar mindre värme. Under vinterhalvåret kan detta dock leda till att extra värme behöver tillföras eftersom internvärmen efter ett byte till LED-belysning blir lägre. 31

6. Slutsats Slutsatsen av jämförelsen visar att kylbaffelsystemet ger bäst komfort i rummet, samtidigt som det kommer vara det system som är mest energikrävande. CAV-systemet når inte upp till kraven på temperaturen som ska upprätthållas vid simuleringarna. Det kombinerade systemet kommer vara att föredra vid låga interna värmelaster. VAVsystemet blir bäst för höga interna värmelaster då de kan utnyttja frikyla. Olika klimatzoner kommer såvida ha olika system att föredra. 6.1 Fortsatt arbete En intressant frågeställning som skulle kunna vara ett fortsatt arbete av detta arbete är att undersöka om vattnet i det vattenburna systemet skulle kunna styras mot inomhustemperaturen och på så sätt kunna spara energi. Samtidigt vore det intressant bara att se om frikyla används för det vattenburna systemet. Därför bör ett annat simuleringsprogram användas för att säkerställa resultatens överensstämmelse med verkligheten. 32

Referenser Arbetsmiljöverket, (2016) Inomhusmiljö och hälsobesvär. Tillgänglig: https://www.av.se/inomhusmiljo/inomhusmiljo-och-halsobesvar/ [2016-05-18] Aronsson, S & Bergsten, B (2001) Energieffektivisering i komfortkylsystem. Tillgänglig: https://www.sp.se/sv/index/research/effektiv/publikationer/documents/projektrapporter/ Rapport%2001-06.pdf [2016-05-18] Boverket, (2016) Om Boverket. Tillgänglig: http://www.boverket.se/sv/om-boverket/ [2016-05-18] Boverket, (2015) Konsekvensutredning BBR. Tillgänglig: http://www.boverket.se/contentassets/a9a584aa0e564c8998d079d752f6b76d/konsekven sutredning-bbr-22.pdf [2016-05-18] Dahlblom, M. & Warfvinge, C. (2010). Projektering av VVS-installationer. 1:10 uppl. Lund: Studentlitteratur. Energirådgivningen (2015) Fönster. Tillgänglig: http://www.energiradgivningen.se/sites/default/files/root/faktablad/fonster_faktablad.pd f [2016-05-18] Gulliksson, H (1992). Bra innemiljö i skolan. Byggforskningsrådet Stockholm. Hassan, Q (2009) Termisk värmelagring i kontorsbyggnader. Tillgänglig: http://www.diva-portal.se/smash/get/diva2:423883/fulltext01.pdf [2016-05-18] Nilsson, P-E (2001) Komfortkyla. Tillgänglig: https://www.sp.se/sv/index/research/effektiv/publikationer/documents/temarapporter/ Rapport%2001-01.pdf [2016-05-18] Norlander, L & Wigermo, M.(2013) En lokals energibehov - Jämförelse och modellering av olika klimatsystem. Tillgänglig: https://www.divaportal.org/smash/get/diva2:627018/fulltext01.pdf [2016-05-18] Petersson, B-Å (2013). Tillämpad byggnadsfysik. 5:1 uppl. Lund: Studentlitteratur. Perez-Lombarda, L, Ortiz, J & Pout C. (2008) A review on buildings energy consumption information. Tillgänglig: http://www.esi2.us.es/~jfc/descargas/articulos/paper_lpl_1_off-print.pdf [2016-05-18] Svensk energiutbildning, (2015) Svensk energiutbildnings BBR-dag. 33

Swegon, (2007) Teknikavsnitt Vattenburna klimatsystem. Tillgängligt: https://swegon.com/global/pdfs%20archive/waterborne%20climate%20systems/ge neral/_sv/climate-tech.pdf [2016-05-18] 34

Bilagor Bilaga 1. 35