Alternativa systemlösningar för energibesparing i byggnader

lindab | vi förenklar byggandet

Alternativa systemlösningar för

energibesparing i byggnader

Göran Hultmark,


Luftburen lösning Vattenburen lösning

CAV/VAV

• Ventilation med tempererad luft

• Kylning direkt med uteluft

• Hög sommareffekt eller återcirkulation av luft

• Omkoppling eller separat värmning

KYLBAFFLAR/FLÄKTKONVEKTOR

• Mindre ventilationssystem och lägre byggnadshöjd

• Separat vattensystem

• Återcirkulation av luft i varje rum

• Parallell kylning och värmning


Luftburen lösning

Dimensioneringskriterier för luftflöde är luftkvalitet och rumstemperatur

Ett VAV-system anpassar sig till aktuell situation för att minimera

energianvändningen.

Temperatursensorer, närvarosensorer eller CO2-sensorer används för

att ställa in luftflödet.

Energibehovet för värmning och kylning av tilluft minskas genom

minimering av luftflödena i kombination med tillämpning av effektiva

värmeväxlare. Återcirkulation av luft i byggnaden är i vissa fall ett

alternativ.

Energibehovet för transport av luft i byggnaden kan minskas genom

överdimensionerade kanalsystem och aggregat. Optimering av

fläkthastigheten för varje rum ger lägsta möjliga tryckfall hela tiden och

följaktligen den lägsta fläktenergiförbrukningen.


Traditionell VAV-lösning

För att sänka ljudnivåerna används konstanta tryckzoner

Ljud-

dämpare

Ljud-

dämpare

VAV-don VAV-don

Flöde

Sensor SpjällTryckgivare

Rumsenhet

Temperatur-

regulator

Flödes-

regulator

Rumsenhet


Pascal

Målet är att minimera luftflödena och använda lägsta möjliga fläkthastighet

samtidigt som kriterierna för luftkvalitet och -temperatur uppfylls.

För att kraven ska uppfyllas måste det vara en ”öppen kanal” mellan

Aggregatet och det rum till vilket det är störst tryckfall.

För att det perfekta systemet ska kunna utformas måste enheterna i rummet

klara av att hantera ett flöde på 0-100 % och ett tryckfall på 0-200 Pa vid en

avgiven ljudeffektnivå på maximalt 35 dB(A).

Pascal använder den nyligen utvecklade rumsenheten (MBBV) för detta syfte.


Rumsenhet

Syfte

• Reglerar luftmängden

• Mäter luftflödet

• Dämpar ljudet

• Ge låga lufthastigheter i rummet

Enheten ska vara

• Tyst

• Exakt

• Liten

• Enkel

• Läsbar

• Designad


Utveckling av CAV donlåda

Tillförlitlig balansering

1. Före spjället

2. Över spjället

3. Efter spjället

4. Över donet

1. Konspjäll

2. Stängd perforerad

plåt

3. Öppen perforerad

plåt

Litet format Tyst drift

Korrekt mätning

1. Roterande

2. Glidande

3. Linjärt

4. Linjärt koniskt


VAV donlåda

• Reglering av luftflödet med

flödesmätning i lådan

• Rätt luftflöde oberoende av tryck

• Ingen minimigräns – kan reglera 0-100 %

• Klarar upp till 200 Pa med låga ljudnivåer


VAV Rumsenhet - don

Donen kan hantera variabla luftflöden med liten dragrisk


FläktoptimeringTilluftsfläkt

Frånluftsfläkt

Öppet spjäll

Öppet

spjä

ll


FläktoptimeringTilluftsfläkt

Frånluftsfläkt

Öppet spjäll

Öppet

spjä

ll


För att åstadkomma ett tillförlitligt system måste det

bestå av ett minimalt antal komponenter


• Behovsstyrning

• Frånluftsstyrning

• Fläktoptimering – på

rumsnivå

• Nattkylningsfunktion

• Uteluftkylningsfunktion

• Uppvärmningslägen

Pascal egenskaper


Villkor

Pascal fläktenergi

• Dimensioneringsvillkor– Luftflöde per don

= 70 l/s

– Tryckfall don (LCP+MBBV)= 40 Pa

– Tryckfall kanalsystem (mellan aggregat och don) = 100 Pa

– Tryckfall Aggregat (kyl- och värmebatteri, filter osv.)= 200 Pa

• VAV driftvillkor

– Systemets genomsnittliga luftflöde uppskattat till 50 % avdimensioneringsluftflödet

– 50 % lägre luftflöde → 75 % lägre tryckfall

– Luftflöde per don = 35 l/s

– Tryckfall don (LCP+MBBV)

= 10 Pa

– Tryckfall kanalsystem (mellan aggregat och don) = 25 Pa

– Tryckfall Aggregat(kyl- och värmebatteri, filter osv.)= 50 Pa

2

2

1

2

1

q

q

Δp

Δp

Rehva Journal artikel

Oktober 2011 från Oslo Universitet


Pascal fläkttryckCAV system VAV system – Konstant tryck

VAV system – Fläktoptimering zonnivå Pascal VAV system – Fläktoptimering rumsnivå

Totaltryckfall 340 PaTotaltryckfall 190 Pa

Totaltryckfall 115 Pa Totaltryckfall 85 Pa

Δp kanal = 100 Pa

Δp kanal = 25 Pa Δp kanal = 25 Pa

Δp kanal = 25 Pa


Energiförbrukning

Pascal fläktenergi

• Villkor för energiberäkningar

– Energi använd för fläktdrift definieras som:

• flöde [m³/s] x tryck [Pa] x tid[timmar]/fläkteffektivitet [n] x 1 000 = energiförbrukning [kWh]

– Drifttimmar = 3 000 timmar per år

– Fläkteffektivitet CAV = 70 %

– Fläkteffektivitet VAV = 50 %

Pascal energibesparingar

83 % mot CAV

55 % mot VAV med konstant tryck

26 % mot VAV med fläktoptimering zonnivå

• Energiförbrukning (per don)

– CAV:

0,07 x 340 x 3000 / 0,7 x 1000 = 102,0 kWh

– VAV (konstant tryck):

0 035 x 190 x 3000 / 0,5 x 1000 = 39,9 kWh

– VAV (fläktoptimering zonnivå):

0 035 x 115 x 3000 / 0,5 x 1000 = 24,2 kWh

– Pascal (fläktoptimering rumsnivå):

0,035 x 85 x 3000 / 0,5 x 1000 = 17,9 kWh


CAV/VAV

• Ventilation med tempererad luft

• Kylning direkt med uteluft

• Hög sommareffekt eller återcirkulation av luft

• Omkoppling eller separat värmning

KYLBAFFLAR/FLÄKTKONVEKTOR

• Mindre ventilationssystem och lägre bygghöjd

• Separat vattensystem

• Återcirkulation av luft i varje rum

• Parallell kylning och värmning

Luftburen lösning Vattenburen lösning


Lindab Solus vattenkrets

• Högtemperaturkylning och låg-

temperaturvärmning

• En vätskekrets används samtidigt

för värmning och kylning

• Inget behov av samtidig drift av

centrala kyl- och värmepumpar

• Ingen rumsreglerutrustning eller

isolering av rör


Kylbaffel

Lindabs Solus-baffel

• Hög effekt vid lågtemperaturvärmning

och högtemperaturkylning

• Motströms värmeväxlarbatteri

Exempel

3,6 m Solus-baffel i ett rum med 25 °C

Luft = 25 l/s vid 100 Pa, 20 °C

Vatten = 20 °C in – 23 °C ut

Total kylkapacitet = 700 W


Förväntad inomhustemperatur

• Vattenflödet är konstant

• Utomhustemperaturen bestämmer tilloppstemperaturen

• Skillnad i externa/interna belastningar kommer att påverka rumstemperaturen

• Sommar:

intern + extern belastning = +600W

rumstemperatur = 24,4°C

• Vår/höst:

intern + extern belastning = -230W

rumstemperatur = 20°C

• Vinter:

intern + extern belastning = -400W

rumstemperatur = 20°C

Kapacitet per baffel, 3,0 m [W]

Rumstemperatur [°C]

Sommar

Vår/höst

Vinter

Temperatur kontra belastning


Systembeskrivning – sommar

Högtemperaturkylning (HTC)

• Stora möjligheter till frikyla

• Högre COP i kylenheter jämfört med

konventionellt kylbaffelsystem

• Liten kondensrisk på grund av den

höga tilloppstemperaturen.

Norra fasaden

Kylbehov

Södra fasaden

Kylbehov


Systembeskrivning – vinter

Lågtemperaturvärmning (LTH)

• Lägre vattentemperaturer jämfört med

traditionella radiator- eller

kylbaffelsystem

• Mindre värmeförlust från rör eftersom

drifttemperaturen ligger nära rums-

temperaturen.

Norra fasaden

Värmebehov

Södra fasaden

Värmebehov


Systembeskrivning – vår och höst

• Den tilloppstemperatur som krävs

uppnås helt eller delvis genom att

returvattnet blandas

• Besparingar på 5 % av den totala

energianvändningen (besparingar från

frikyla ej inräknat)

• Endera värme- eller kylenheten måste

vara i drift. Men inte båda samtidigt

Norra fasaden

Värmebehov

Södra fasaden

Kylbehov

Högtemperaturkylning (HTC) och lågtemperaturvärmning (LTH)


• Jämfört med ett traditionellt kylbaffelsystem

1: Frikyla PÅ/AV – Spara 32 % energi

2: Frikyla MODULERING – Spara 45 % energi

Scenarionr.

1 2

Frikyla (%) Utomhustemperatur [°C]

Konventionell

kylbaffel

100 ≤ 10 ≤ 10

75 - 10-11

50 - 11-12

25 - 12-13

SOLUS

100 ≤ 16 ≤ 16

75 - 16-17

50 - 17-18

25 - 18-19

15.03 14.47

10.2

7.94

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Scenario 1 Scenario 2

Årligt energibehov för kylning [kWh/m²]

Conventional Chilled beam

SOLO

Frikyla

SOLUS

Konventionell

kylbaffel


Kapacitet kylmaskin

• Kylkapacitet

Högre kyltemperaturer i Solus

systemet, möjliggör en mer effektiv användning

av kylmaskinen.

• Coefficient Of Performance (COP)

Δt mellan utomhustemperaturen och

vattnets inloppstemperatur i kylfallen

kommer normalt vara minst 5°C lägre i

Solus-lösningens vattenkrets än i ett

konventionellt system.

COP värdet på kylmaskinen kan därför

förväntas bli 25% högre än i ett

konventionellt system.

Standard kylbaffellösning Soluslösning


Inneklimat

Lindab Solus Conventional chilled beam

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

18 20 22 24

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

18 20 22 24

Ta

kh

öjd

[m

]

Rumstemperatur [C°]T

akhöjd

[m

]Rumstemperatur [C°]

Solussystemets bafflar kyler rummet med hjälp av höga luftflöden och hög temperatur

Solussystemets bafflar värmer rummet med hjälp av höga luftflöden och låg temperatur

vilket reducerar gradienten i rummet

Konventionell kylbaffel


Energihushållning

Förnybar energi

• Solus höga kylvattentemperaturer gör det

möjligt att använda uteluft som energikälla

• Solus låga värmevattentemperaturer maximerar

solenergianvändningen

• Markenergikällor kan användas direkt eller i kombination

med värmepumpar


Sammanfattning

Inga reglerventiler, ställdon etc.

System i kontinuerlig drift.

Inget individuellt reglerbehov på baffeln.

Inget behov av rör- eller kanalisolering.

Frikyla

Högtemperaturkyla resulterar i mer

frikyla.

Inga radiatorer eller rör för värme

Värme levereras av Solussystemets krets.

Inget behov av separat radiatorsystem.

Återvunnen

energianvändning

Soluskretsen behåller den termiska

energin i byggnaden.

Endast skillnaden mellan värme och

kylbehov i rummen behöver tillföras.

Bättre COP

Den höga kylvattentemperaturen i Solus-

systemets krets spar energi i kylmaskinerna.

Förnybar energi

Solussystemet medger en mycket

bättre energieffektivitet då man

använder förnybara energikällor.



Engineering

Alternativa systemlösningar för energibesparing i byggnader