1. No category

Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
Behovsstyrd ventilation (DCV) och dess
tillämpning i skolbyggnader
Mari-Liis Maripuu
CIT Energy Management AB
Swegon Air Academy, 2010­11
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
Innehåll
 Inledning
 Begreppet “Behovsstyrd Ventilation”
 Tillämpning av behovsstyrning i skolbyggnader
och tekniska aspekter
 Ekonomiska aspekter på behovsstyrd ventilation
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
INNEKLIMAT
Klimathållningssystem måste
försäkra:
• God luftkvalitet
 Ingen risk för hälsa
 För välbefinnande
• Gott termiskt klimat
 Ingen risk för drag
 Temperatur inom komfortområden
• Gott ljudklimat
 Inget buller från installationer
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
VÄRME-, VENTILATION- OCH
KOMFORTKYLSSYSTEM
Påverkar termiskt klimat och luftens renhet
Termiskt klimat
Lufttemperatur, yttemperaturer
luftens rörelse, luftfuktighet
Värme
Kyla
tillförsel (+)
bortförsel (-)
Luftföroreningar
Gaser (t.ex. CO2, H2O, O3, NO2, etc.);
Partiklar
Ventilation
Gaser
Partiklar
tillförsel (+)
bortförsel (-)
bortförsel (-)
bortförsel (-)
CAV-system
VAV-system
System med konstant luftflöde
(1 eller 2 steg, t.ex. on/off )
System med variabel luftflöde
(>2 steg eller kontinuerlig flödesändring)
System med variabelt luftflöde med kontinuerlig flödesändring
→ behovsstyrd ventilation (DCV-system)
(Demand Controlled Ventilation )
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
BEHOVSSTYRD VENTILATION
Ett ventilationssystem där luftflöde till rum
automatiskt anpassas till det behov som finns
Ventilationsbehovet bestäms av krav som ställs
på luftkvalitet och termiskt klimat
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
DCV-SYSTEM vs CAV-SYSTEM
• Styrning av termiskt
klimat (värmebortförsel)
VärmetillskottVärmeunderskott, W/m2
CAV-system kyleffekt
0
DCV-system
kyleffekt
Värmeförluster
med ventilation
Värmeöverskott
Värmeunderskott
3
6
12
9
15
18
21 24
Tid
Antal personer
• Styrning av luftkvalitet
(bortförsel av
luftföroreningar)
CAVsystem
DCVsystem
8:00
12:00
Tid
16:00
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
FÖRDELAR MED DCV-SYSTEM
• Minimering av energianvändning för ventilation
Lägre elenergianvändning för fläktdrift
Lägre uppvärmningsbehov för tilluft
Man kan utnyttja frikyla en stor del av året
Bibehålla låga tilluftstemperaturer
Inget behov av eftervärmning i rummet
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
FÖRDELAR MED DCV-SYSTEM
EXEMPEL 1
Renoverad kontorsbyggnad (CAV → DCV)
3500 m2 (BTA) med bland annat 107 kontorsrum
Energianvändning för ventilation före och efter renovering
kWh/m2 år 20
Energiåtgärd
Inneklimatförbättring
15
Före
10
Efter
5
0
Tillsatsvärme för tilluft
Elenergi för fläktdrift
Tillsatskyla för tilluft (fjärrkyla)
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
FÖRDELAR MED DCV-SYSTEM
EXEMPEL 1
Airflow
rate [m³/s]
Renoverad kontorsbyggnad (CAV → DCV)
3500 m2 (BTA) med bland annat 107 kontorsrum
Airflow rate
m3/s
Supply
airflow
Electricity
kW
Electric
Power
7
Dimensionerade flöde 5.6 m3/s
6
5
Tilluftsflöde
Electric
Power [kW]
4
Medelflöde 4.2 m3/s
Medeleffekt 2,6 kW
3
2
Eleffekt 1
0
0
2000
4000
6000
8000
Time, [h/year]
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
FÖRDELAR MED DCV-SYSTEM
EXEMPEL 2
Airflow
rate [m³/s]
Exempel 2: Ombyggd kontorsbyggnad
(universitetets admin)
2500 m2 (BTA) med bland annat 76 kontorsrum
4
Dimensionerade
flöde 3,6 m3/s
Supply airflow rate m3/s
Electricity kW
3
Electric
Power [kW]
2
Medelflöde 1,3 m3/s
1
Medeleffekt 0,5 kW
0
0
2000
4000
Time, [h/year]
6000
8000
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
ANVÄNDNING AV LOKALER
Exempel: kontorsbyggnad
(universitetets admin)
Minimum
Time
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
0.2
0.1
0.0
07:00
N Alla _ rum
Maximum
Average
06:00
OF 
N använda _ rum
Measurement every 4,5 minute
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
05:00
Samtidighetsfaktor
(occupancy factor)
Occupancy factor OF
 Totalt antal kontorsrum 76
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
BEHOVSSTYRNING I LOKALBYGGNADER
• För lokaler där det finns stor variation mellan låg
och hög belastning
Konferensrum,hörsal
Skolor;
Restauranger;
Biografer, teatrar;
Kontorsbyggnader;
• Ju mer de interna belstningarna
varierar i tiden desto större
energibesparingar kan förväntas
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
TILLÄMPNING AV DCV-SYSTEM –
ATT TÄNKA PÅ:
1) Vad dimensionerar luftflödena?
 Bortförsel av luftföroreningar (luftkvalitet)
 Bortförsel av värmetillskott (termiskt klimat)
2) Vad är lämplig “indikator” för reglering av
luftflöden?
3) Vilka mättekniker finns (typ av givare)?
4) Vilka är kraven på styrsystemet?
5) Vilka är kraven på systemkomponenterna?
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
BEHOVSSTYRNING I SKOLOR
• Luftflödena bestäms efter kravet på luftkvalitet
• Luftkvalitet påverkas av föroreningar från
människor och deras verksamhet
människor
inredning
Byggnadsmaterial
uteluft
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
VAL AV “INDIKATOR” FÖR
LUFTKVALITET
•
Koldioxid är den vanligaste indikatorn för
luftkvalitet i lokalbyggnader (lätt att mäta)
•
Luftflödesreglering efter närvaro (närvarogivare)
•
Mätning av till exempel gasformiga organiska
föroreningar (VOC) som kommer från verksamheten
 Oklara samband:
upplevd luftkvalitet ↔ koncentration av luftföroreningar ↔
hälsa och välbefinnande

Vissa givare uppfyller inte kravet för inneklimatstyrning
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
CO2 SOM INDIKATOR
CO2 används som indikator för upplevd luftkvalitet
•
CO2 är en indirekt mätning av luftföroreningar från
människor
•
CO2 påverkar inte
människors välbefinnande
vid koncentrationer under
5000 ppm
Rekommenderad CO2 -halt
för gott välbefinnande är
runt 1000 ppm
Notera: gäller för
vuxna besökare !
Fanger, 1988
•
Andel missnöjda (PPD) %
•
CO2 koncentration (ppm)
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
KOLDIOXIDHALT OCH LUFTFLÖDE
Luftflöde
Õhuvooluhulk
CO2 kontsenratsioon,
koncentration, ppm
3000
1 l/s inim.
kohta
per person
2 l/s inim.
kohta
per person
2000
4 l/s inim.
kohta
per person
per person
6 l/s inim.
kohta
8 l/s inim.
kohta
per person
per person
10 l/s inim.
kohta
per person
12 l/s inim.
kohta
1000
0
0
30
120
60
90
Ruumis
viibimise aeg, minutid
Tid, minuter
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
TEKNISKA ASPEKTER
TRADITIONELLT VENTILATIONSSYSTEM:
till- och frånluftssystem med konstant
luftflöde (CAV-system)
Avluft
Uteluft
kanalsystem
Spjäll
(i fast läge)
ventilationsaggregat
Frånluftsdon
Tilluftsdon
Kontorsrum
CAV → constant air volume flow rate
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
TEKNISKA ASPEKTER
BEHOVSSTYRD VENTILATIONSSYSTEM
Konstant tryckreglering
VAV- spjäll
VAV- don
Luftkvalitet
Temperatur
DCV-system → varierande
luftflöde→ varierande tryck
DCV → demand controlled air
volume flow rate
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
OMBLANDANDE VENTILATION OCH
DEPLACERANDE VENTILATION
16°C
24°C
Frånluft
26°C
Frånluft
Tilluft
24°C
24°C
Tilluft18°C
Omblandande ventilation Deplacerande ventilation
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
OMBLANDANDE VENTILATION OCH
DEPLACERANDE VENTILATION
• DCV-system för skolor baseras på omblandade
ventilationsprincip
• Deplacerande ventilation mer komplicerad för
behovsstyrning
 Högre luftflöden behövs
 Högre tilluftstemperatur (min +18 °C)
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR VÄLFUNGERANDE
DCV-SYSTEM
• Genomtänkta systemfunktioner och
noggrann projektering
• Rätt val av komponenter
• Genomtänkt och väl tillämpat styroch reglersystem
• Rätt utförd installation
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
TEKNISKA KRAV PÅ DCV SYSTEM
• Vid styrning av termiskt klimat måste alla don
klara av låga tilluftstemperaturer
• Kanalsystem måste kunna klara låga
tilluftstemperaturer (isolering är viktig)
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
TEKNISKA KRAV PÅ DCV SYSTEMKOMPONENTER
• Tilluftsdon måste försäkra att det inte uppstår
drag i rummet inom luftflödesvariation
• Inget buller inom regleringsområdet av
luftflödena
• Flödesreglering inom brett flödesområde
(10-100 %)
• För temperaturreglering och
energieffektivitet låga tilluftstemperaturer
(+15 °C) utan risk för drag
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
TEKNISKA KRAV PÅ GIVARE
• Givare måste väljas enligt kraven på
inneklimat
• Mätnoggranhet måste vara tillräcklig för att
inneklimatet ska kunna hållas inom
önskade krav
• Snabbheten måste vara tillräcklig för
reglering av luftflöden
• Placering av givare måste ske med
hänsyn till aktiviteter i rum och
rummets egenskaper
Inte i andningszon
Rekommenderad placering i
frånluftskanal för klassrum
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
BEDÖMNING AV LÖNSAMHET FÖR
BEHOVSSTYRNING
• Värdera möjligheterna för den enskilda byggnaden
 Hur varierar belastningarna i tid och mellan olika rum?
 Vad är samtidighetsfaktor för verksamheten i
byggnaden?
• Beräkning av energianvändning
• Bedömning av energibesparing jämfört
med CAV- system
• Bedömning av investeringar
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
ANVÄNDNING AV LOKALER
Exempel: skolbyggnad för
högstadiet
 Totalt antal klassrum 43
 Antal klasser 16,
350 elever
Samtidighetsfaktor
(occupancy factor)
OF 
N använda _ rum
N Alla _ rum
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
ANVÄNDNING AV LOKALER I EN SKOLBYGGNAD
• Beror på typen av skola
• Förskolor, låg- och mellanstadier
använder lokalerna kontinuerligt
(få lediga klassrum)
• Högstadiet och gymnasiet har
förutom hemklassrum också
ämnesklassrum och grupprum
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
BEDÖMNING AV POTENTIALEN FÖR
BEHOVSSTYRNING
• Antal klassrum och antal klasser i skolan
• Lägsta luftflöde som inte får underskridas
• Systemets dimensionerade
luftflöde
Total luftflöde
i system
Max luftflöde
(dimensionerade luftflöde)
Luftflödesbehov
Medelflöde
Min luftflöde som behövs
Ventilations
drifttid
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
BERÄKNING AV ENERGIANVÄNDNING
Elenergi för fläktdrift i ett DCV-system:
• Luftflöde och fläkteffekt följer inte det teoretiska
sambandet
• Beror på tryckreglering i system och placering av
tryckgivare
Fläkteffekt,
W t
W t design
Konstant tryckstyrning

W t  f (VVAV
)
α≈2
Ingen tryckstyrning i
system
3
W t  f (VVAV
)
Luftflöde, V
V design
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
INVESTERINGAR FÖR BEHOVSSTYRD
VENTILATION
Befintliga byggnader
(renovering och ombyggnad)
Konstant tryckreglering
VAV- spjäll
Investeringar för luftdistributionssystem
VAV- don
Luftkvalitet
Temperatur







Demontering och bygg
Nya kanaler (vid behov)
VAV-don och/eller
VAV-spjäll + ljuddämpare
Aktiva zonspjäll (vid behov)
Givare + kabeldragning
Styr- och reglersystem (+driftsättning)
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
INVESTERINGAR FÖR BEHOVSSTYRD
VENTILATION
Befintliga byggnader
(renovering och ombyggnad)
Konstant tryckreglering
VAV- spjäll
Investeringar för centralt
ventilationsaggregat
VAV- don
Luftkvalitet
Temperatur
Tryckstyrning efter konstant tryck i system
(varvtalsreglering+ tryckgivare)
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
INVESTERINGAR FÖR BEHOVSSTYRD
VENTILATION
Nya byggnader
Konstant tryckreglering
VAV- spjäll
Investeringar för luftdistributionssystem
(mer kostnader jmfr med CAV-system)
VAV- don
Luftkvalitet
Temperatur
 VAV-don och/eller
 VAV-spjäll + ljuddämpare
 Aktiva zonspjäll (vid behov)
 Givare + kabeldragning
 Styr- och reglersystem (+driftsättning)
Kanalsystem kan optimeras!
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
INVESTERINGAR FÖR BEHOVSSTYRD
VENTILATION
Nya byggnader
Konstant tryckreglering
VAV- spjäll
VAV- don
Luftkvalitet
Temperatur
Investeringar för centralt
ventilationsaggregat
Tryckstyrning efter tryckgivare i system
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
LÖNSAMHET AV BEHOVSSTYRNING
Interränta vid 20 år brukstid
DCV-system för skolsalar
15%
14%
13%
12%
11%
10%
9%
8%
7%
6%
5%
4%
3%
2%
1%
0%
Drif ttid 2 200 h/år
Elpris 1 kr/kWh
SFP 2,5 kW/(m³/s)
Fläktelef f ekt = medelluf tf löde2,0
Investering [SEK/skolsal f ör 25 elever; 260 l/s]
10 000 SEK
12 000 SEK
14 000 SEK
16 000 SEK
Rimligt internräntekrav
18 000 SEK
20 000 SEK
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
Medelluftflöde under drifttiden
80%
90%
100%
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
MER INFORMATION
 Mari-Liis Maripuu ”Demand Controlled Ventilation
(DCV) Systems in Commercial Buildings” avhandling,
2009, Installationsteknik, Chalmers tekniska högskola
http://www.energy-management.se/publications/public
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
FRÅGOR?
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
BEDÖMNING AV ENERGIANVÄNDNING
CAV-system
2
SFP,
3
kW/(m /s)
VL=1 m3/s
3
tsp
3
1
2
1
T
0
0
1000 2000
Elenergi
VAV-system
t vt
T
t sp
Elektritarve,
MWh/år
MWh/a
6
Variabel
Muutuv
5
luftflöde
õhuvooluhlk
VAV
4
VAV
3
3 V
==1
1m
Lmax
m3/s
/s
maks
2
1
0
3000 4000 5000 6000
Tööaeg,
tundi/a
Drifttid, h/år
3
SFP, kW/(m /s)
SFP,
3
kW/(m /s)
3
2
1
0
SFP – specifik fläkteffekt kW/(m3/s)
1000 2000
3000 4000 5000 6000
Tööaeg,h/år
tundi/a
Drifttid,
Abel, 2010
tvt
Elenergi
Elektritarve,
MWh/år
MWh/a
6
Konstant
Konstantne
5
luftflöde
õhuvooluhulk
CAV
4
CAV
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
UPPVÄRMNING AV TILLUFT
CAV-system
tsp
Tillsatsvärme MWh/år
tvt
Luftflöde 1 m3/s, tfrån=+20°C
16 MWh/år
7 MWh/år
Tilluftstemperatur ttill, °C
VAV-system
t sp
ηT- temperaturverkningsgrad
Luftflöde 1 m3/s, tfrån=+20°C
4,5 MWh/år
Tilluftstemperatur ttill, °C
Abel, 2010
T
Drifttid 2800 h/år
Tillsatsvärme MWh/år
t vt
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
FÖRDELAR MED DCV-SYSTEM
EXEMPEL 2
Airflow
rate [m³/s]
Exempel 2: Ny byggnad (universitetets admin)
2500 m2 (BTA) med bland annat 13 kontorsrum, 7
mötesrum, hörsal
6
3
Supply
m /sm3/s
Supply airflow,
airflow rate
Dimensionerade flöde 5 m3Electric
/s Power,
Electricity
kW kW
5
4
Electric
Power [kW]
3
Medelflöde 2 m3/s
2
1
Medeleffekt 0,9 kW
0
0
2000
4000
Time, [h/year]
6000
8000
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
METODER FÖR LUFTFLÖDESSTYRNING
DCV-system → varierande luftflöde→ varierande tryck
Konstant
tryckreglering
VAV
20-120 Pa
Illustration: Fläktwoods
VAV spjäll
Luftflödesreglering med
variabelflödesspjäll (VAV-box)
Fördelar:
-tryckoberoende
-Klarar av stora luftflöden
Nackdelar:
-begränsade minimiluftflöden
-begränsade tilluftstemperaturer
-Ljudproblem kan förekomma
-Val av tilluftsdon är viktigt
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
METODER FÖR LUFTFLÖDESSTYRNING
DCV-system → variation av luftflöde→ variation av tryck
Luftflödesrerglering med
VAV-don
Konstant
tryckreglering
Tryckgivare
VAV
Aktiva
zon-späll
20-50 Pa
VAV-don
Illustration:Lindinvent
Illustration:Swegon
20-120 Pa
Fördelar:
-stabil luftströmning
-låga tilluftstemperaturer
-Klarar av stora tryckvariationer
-låga ljudnivåer
-Stor flödesvariation (10-100%)
Nackdelar:
-begränsat maxflöde
-aktiva zon-spjäll kan behövas
Energy
Management AB
A Chalmers Industriteknik Company
BERÄKNING AV ENERGIANVÄNDNING
• Elenergi för fläktdrift
Fläkteffekt,
W t
W t design
6
Konstant tryckstyrning

W t  f (VVAV
)
α ≈ 2 Ingen tryckstyrning i
system
3
W t  f (VVAV
)
Luftflöde, V
V design
Teoretiskt samband mellan fläkteffekt
och luftflöde
Fan power [kW]
5
4
1, 73




W

f
(
V
W t 0.18  0.21 V VAV )
3
1.73
VAV
t
2
1
0
0
1
2
3
4
5
Supply airflow rate [m³/s]
Exempel: uppmätta eleffekter och
luftflödena i en kontorsbyggnad