1. No category

l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Kontakt, översikt, index
1
Takvärme/Kyltakshandledningen
2
Plexus
3
Professor / Professor Plus
4
Premum / Premax / Solus
5
Architect
6
Polaris I & S
7
Plafond
8
Podium
9
Celo
10
Cabinett
11
Capella
12
Carat
13
Fasadium
14
Atrium / Loggia
15
Regula
16
Drypac™
17
Belysning
18
TEKNOsim
19
© 04.2014 Lindab Ventilation A/S. Varje form av eftertryck och kopiering utan skriftlig tillåtelse är förbjuden.
är Lindab AB´s registrerade varumärke.
Lindabs produkter, system, produktgrupper - och produktbeteckningar är skyddade av intellektuell egendomsrätt (IPR).
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Innehållsförteckning
1
Inledning
2
Frågor och Svar
Sida
1. Vad påverkar den termiska klimatupplevelsen?������������������������������������������������������������������������������������������������������� 20
2. Hur fungerar takvärme?�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 21
3. När kan man använda takvärme?����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 22
4. När kan man inte använda takvärme?���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 23
5. På vilken höjd kan takvärme installeras?������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 24
6. Påverkar takvärme ventilationen?����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 24
7. Blir det varmt på huvudet?���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 24
8. Blir det kallt under bordet?��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 25
9. Blir det kallras vid fönstret?�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 25
10. Vilken livslängd har Lindab Comforts takvärmare?�������������������������������������������������������������������������������������������������� 26
11. Kan takvärmeinstallationen förändras med ändrad verksamhet?���������������������������������������������������������������������������� 26
12. Vilken effekt behöver installeras?������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 27
13. Spar takvärme energi?���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 28
14. Vad kostar det?��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 28
15. Kan man återvinna Lindab Comforts produkter?������������������������������������������������������������������������������������������������������ 30
3
4
5
6
7
Fördjupning
8
9
10
11
12
13
Kapitel
I.
Hur människan upplever det termiska klimatet��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 31
II. Så här fungerar takvärme������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 33
III. Var fungerar en takvärmare bra?������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 37
IV. Konstruktionskrav på en takvärmare������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 38
V. Placering av takvärmare�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 43
VI. Temperatur och erforderlig installationshöjd������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 45
VII. Effekt och energi������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 48
VIII. Miljö och återvinning.������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 51
Dimensioneringsnyckel
Placering av paneler����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 53
Installationshöjd och temperatur���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 55
Snabbfakta
Snabbfakta – takvärme i ett nötskal���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������56
14
15
16
17
18
19
18
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Innehållsförteckning
Takvärmehandledningen är uppbygd i tre
avdelningar:
Vi på Lindab Comfort får ofta frågor som inte bara handlar om våra produkter, utan som även rör takvärme som
system och uppvärmningsprincip. Takvärme är tyvärr en
ibland underskattad och missförstådd uppvärmningsform. Det är tvärtom en mycket bra uppvärmningsform.
Alldeles för bra för att lämnas åt sitt öde.
För att ge våra kunder och andra intresserade mer information om takvärme så har vi därför sammanställt denna
skrift. Vi hoppas att det skall finnas något matnyttigt både
för projektledare och beställare, som vill få snabb information, och för den ambitiöse konstruktören som vill lära
mer om ämnet.
1
• Den första, Frågor och Svar, ger korta och ibland för-­
enklade svar på väl definierade frågor för den som
inte vill gräva på djupet i frågeställningen.
2
• Den andra, Fördjupning, ger som namnet antyder
lite mer kött på benen. Här krävs det ibland
förkunskaper motsvarande VVS-ingenjör.
3
4
• Den tredje, Dimensioneringsnyckel, ger Dig som
projekterar takvärmesystem snabba och enkla
hjälpmedel i Ditt arbete.
5
I denna skrift, som har som underlag ett stort antal svenska och utländska referenser, beställares och konsulters
erfarenheter och mätningar samt våra egna beräkningar
och mätningar, visar vi att:
6
• Takvärme värmer rummets ytor via värmestrålning.
Ytorna värmer i sin tur luften.
7
• Takvärme ger ett mycket bra termiskt inomhusklimat
tack vare detta faktum.
8
• Med Takvärme blir det varken kallt under bordet,
varmt på huvudet eller kallras från fönster, vilket
många tror.
9
• Takvärme fungerar i stort sett i alla typer av lokaler,
från stora lagerhallar till små barnstugor.
• Takvärmesystemet kan lätt förändras med ändrad
verksamhet i lokalen, man behöver inte tänka på
värmesystemet om man förändrar väggar eller golv
10
11
12
• Takvärme kan kombineras med vilket typ av
ventilationssystem som helst.
• Takvärme är bland de energisnålaste värmesystem
som finns.
• Takvärme har låg investeringskostnad jämfört
med andra system. Tillsammans med låg
energiförbrukning är det ett ekonomiskt system både
på kort och på lång sikt.
13
14
15
• Lindab Comforts Takvärmare är till 100 %
återvinnings­bara. Sammantaget med låg
energiförbrukning är det bra för kommande
generationer.
16
Vilka andra värmesystem har alla dessa fördelar?
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
19
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Frågor och svar
1
Avsnitt 1
2
Vad påverkar den termiska klimatupplevelsen?
Hur vi upplever det termiska inomhusklimatet beror
huvudsakligen på vårt totala värmeutbyte med omgivningen. Värmeutbytet påverkas av den fysiska aktivitet vi
har, vår klädsel samt av det omgivande termiska klimatet
i rummet. Det termiska klimatet kan beskrivas med hjälp
av luftens temperatur, hastighet och fuktighet samt värmestrålningsutbytet med de omgivande ytorna.
3
4
Värme överförs dock alltid så fort det finns en tem­
peraturskillnad mellan två kroppar. En människokropp
t.ex., strålar hela tiden ut värme till omgivningen. En hand
eller ett ansikte (ca. +33 °C) avger kontinuerligt värme
genom strålning till omgivande väggar och inredning
(c:a +22 °C) utan att man direkt känner det. Värme avges
även genom konvektion mot hudytan då luft värms upp
nära kroppen och därmed stiger uppåt.
5
6
Aktivitet
7
8
Värme avges alltid från kroppen.
Klädsel
Yttemperatur
Lufttemperatur
Lufthastighet
Luftfuktighet
9
Termisk komfort
Termisk komfort innebär att en person som helhet upplever att den befinner sig i termisk jämvikt d.v.s. att det
varken är för varmt eller för kallt. Termisk komfort förutsätter dessutom att det inte förekommer oönskad värmning eller kylning av en enskild kroppsdel, som t.ex. drag i
nacken eller ett alldeles för varmt golv.
Människans värmebalans och komfortkänsla inomhus
påverkas främst av;
10
11
12
13
Faktorer som påverkar det termiska klimatet i rummet.
• Konvektion direkt till omgivande luft via hud och
lungor.
Värmeöverföring
Värme kan överföras på fyra olika sätt; strålning, ledning, konvektion och fasomvandling. Värmestrålning är
det man känner från t.ex. solen eller en varm spisplatta.
Värmeöverföring genom ledning upplever man barfota
på ett kallt stengolv. Konvektion känns av när man går
barhuvad en blåsig vinterdag. Slutligen så känner man
av fasomvandling när fukt avdunstar från kroppen, d.v.s.
övergår från vätskefas till gasfas, och huden kyls av.
• Strålningsutbyte med omgivande ytor.
14
15
Dessa två sätt att överföra värme är ungefär lika stora vid normala luftrörelser i ett rum. Därför påverkas vi
ungefär lika mycket av rumsytornas temperaturer som
lufttemperaturen.
Höjs rumsytornas temperatur, i sin helhet eller delvis, kan
lufttemperaturen sänkas lika mycket som motsvarande
höjning av rumsytornas medeltemperatur. Om vi t.ex. värmer ett rum med takvärme får vi en höjd medeltemperatur
hos rumsytorna. Människan avger då mindre mängd värme genom strålning till omgivningen. För att vi inte skall
bli för varma av det kan kroppen kompensera genom en
ökad konvektiv värmeavgivning till en kallare rumsluft.
Detta är bakgrunden till att det är möjligt att ha en lägre
lufttemperatur vid strålningsuppvärmning, jämfört med
konventionell uppvärmning, och samtidigt uppnå termisk
komfort. (Fördjupning se kapitel I)
16
17
18
19
20
Värma överförs på fyre olika sätt.
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Man kan likna värmestrålning vid vanligt ljus. Det sprider
sig och reflekteras ungefär på samma sätt.
Frågor och svar
Från takvärmaren strålar alltså värmen ut mot alla ytor
som den kan ”se”. Även ytor som ”skuggas” från värmestrålarna kommer att värmas upp då dels en del av
värmestrålningen, precis som synligt ljus, reflekteras mot
alla ytor och dels sker ett strålningsutbyte mellan rumsytor som har olika temperatur. Därför kommer temperaturskillnader i rummet och på olika ytor att hela tiden sträva
efter att jämna ut sig. Det medför att rummet får en mycket jämn temperaturfördelning mellan tak och golv.
Temperatur
Upplevd
temperatur
(operativ
temperatur)
Luftvärmare
Rumsytor
1
2
3
4
5
Takvärme
Max 80 °C yttemperatur.
40 % konvektion.
6
Luft
7
Takvärme ger varma rumsytor och medger därför lägre
lufttemperatur.
8
Avsnitt 2
Hur fungerar takvärme?
Varm luft stiger, så varför sätta ”elementet” i taket. Ja,
det är en vanlig kommentar från människor som ser med
tveksamhet på takvärme. I detta avsnittet vill vi försöka
förklara hur takvärme fungerar och varför det blir varmt i
hela rummet och inte bara vid taket.
Värmesystem avger värme till omgivningen genom en
blandning av konvektion och värmestrålning. Konvektionen värmer upp luften i närheten av en värmare medan
värmestrålningen sprider sig åt alla håll i rummet. Den
konvektivt värmda luften stiger i rummet medan värmestrålarna ”färdas” rakt ut från värmaren tills de möter
någon av de omgivande ytorna.
Takvärmesystem bygger på en hög andel värmestrålning
och låg andel konvektion. Typiska värden är c:a 60 %
strålning och c:a 40 % konvektion. Lindab Comforts takvärmesystem är vattenburet och bygger på värmestrålning vid låga tempera­turer (30-80 °C). Det gör att man
inte upplever värmestrålningen så intensivt som från t.ex.
solen eller en elektrisk infravärmare.
Andelen konvektion för ett takvärmesystem (c:a 40 %)
motsvarar ungefär den andel av värme­förlusterna genom
byggnadens klimatskal som takets värme­förluster utgör.
Resten av energin från en takvärmare, d.v.s. strålningsandelen, kommer alltså de övriga delarna av byggnaden
direkt till godo.
60 % värmestrålning
Fördelning av strålning och konvektion för Lindab
Comforts takvärmare.
De ytor dit strålningsvärme överförs kommer att v­ ärmas
upp till en temperatur som är högre än de man skulle haft
vid konventionell uppvärmning. Normalt kommer t.ex.
innerväggar att få en yt­temperatur som ligger över rummets lufttemperatur. En sällan uppmärksammad fördel
med strålnings­värmen från taket är att den ger varma
golv! Normalt blir golvtemperaturen c:a 2-3 °C över lufttemperaturen vid ankelhöjd.
Det är alltså inte svårt att få nöjda hyresgäster med takvärme installerad!
Den värme som takvärmen ger upphov till, och som en
person upplever, kommer alltså till stor del från den indirekta värmen från omgivande ytor. Endast en liten del
kommer direkt från tak­värmepanelen. Upplevelsen av det
termiska klimatet kommer av att människokroppen förlorar mindre mängd värme till omgivningen när omgivande
ytor är varmare. Det räcker alltså inte med att bara luften
omkring oss är varm! Se även avsnitt 1.
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
21
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
1
2
3
Frågor och svar
Avsnitt 3
En stor fördel med strålningsvärme är, att ju kallare en
omgivande yta är desto mer värmeenergi kommer den
att ”suga” åt sig. Det innebär att värmestrålningen automatiskt kommer att fördela sig så att kallare ytor, t.ex.
fönster eller dåligt isolerade väggpartier, kommer att få
en större andel av värmen, d.v.s. värmen hamnar där den
bäst behövs. (Fördjupning se kapitel II)
När kan man använda takvärme?
Takvärme har ett mycket brett användningsområde­, bredare än de flesta andra uppvärmningsformer. Allmänt kan
man säga att takvärme kan användas som uppvärmning
för i stort sett alla typer av fastigheter. Mest använd är
takvärmen i stora lokaler som t.ex. idrottshallar, verkstäder, industrihallar, lager och köpcentra. Men även i lokaler
som barn­daghem, vård­lokaler, bostäder, skolor och laboratorier fungerar takvärme utmärkt.
4
En takvärmares effektavgivning är c:a 40 % konvektivt
(värme till taket) och c:a 60 % strålning (värme nedåt). För
en byggnad är det normalt samma fördelning av värmeförlusterna genom väggar, tak och golv, d.v.s. c:a 40 %
av värme går ut genom taket och 60 % genom resten av
byggnaden. Därför är takvärme, tillsammans med alla
andra fördelar, alldeles utmärkt för uppvärmning av i stort
sett alla byggnader.
5
6
7
Bostäder är ett område där takvärme mycket ­
sällan
installeras. En starkt bidragande orsak är sannolikt att
bostadsuppvärmning bygger på starka traditioner. Det
har dock visats i undersökningar att takvärme­
paneler,
med kombinerat uteluftsintag för frånluftssystem, visat
mycket goda resultat klimatmässigt jämfört med ett konventionellt radiatorsystem. Takvärmepanelerna monterades i försöket i taket direkt ovanför fönstret i ett sovrum.
Uteluften togs in genom ett galler i ytterväggen och för­
värmdes mellan taket och takpanelen.
8
9
10
Sammanfattningsvis kunde man konstatera att:
11
12
• Tilluften värmdes i genomsnitt till 15,5 °C vid en
utetemperatur på -2 °C.
Värmestrålningen går dit där den bäst behövs.
13
• Operativtemperaturen låg i genomsnitt c:a 1,1 °C
högre än för ett motsvarande referensrum med
panelradiatorer.
• Inget kallras kunde konstateras (fönstret värmdes av
takvärmaren, se även avsnitt 9).
14
c:a 40 % värmeförlust
via tak.
15
16
17
18
19
22
c:a 40 %
konvektion
c:a 60 % värmestrålning
Luft +20 °C
c:a 60 %
värmeförlust
via ytterväggen
och golv.
Golv +22 °C
Takvärme ger varma golv!
Fördelning av värmeavgivning från takvärme och från en
byggnad.
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Frågor och svar
Avsnitt 4
Takvärme fungerar lika bra i lokaler där personer ­sitter
med koncentrerat arbete som i lokaler där personer står
upp eller rör sig. Takhöjden har praktiskt sett ingen betydelse vare sig uppåt eller nedåt för att få ett varmt klimat i
vistelsezonen (se även avsnitt 5 och 7).
När kan man inte använda takvärme?
Det är inte många tillfällen där takvärme inte fungerar,
men varje teknik har sina begränsningar. Följande exempel kan belysa takvärmens begränsningar:
Zonuppvärmning
Takvärme fungerar också utmärkt om endast en del av
en lokal skall värmas, s.k. zonuppvärmning. Det kan t.ex.
vara fasta arbetsplatser i lokaler där verksamheten kräver
en låg temperatur. Då kan strålningsvärme bidra till att
höja den upplevda temperaturen (s.k. operativ temperatur) genom att lokalt höja omgivande ytors temperaturer,
och även i viss mån luftens temperatur, och på så sätt
skapa en drägligare arbetsmiljö.
Andra fördelar med takvärme:
En stor fördel med takvärme är att värmarna är ”ur
vägen”. Ingen eller lite hänsyn behöver tas vid placering
av inredning, maskiner och annan utrustning och takvärmepanelerna tar ingen plats på väggen eller golvet.
1
2
För att förhindra luftläckage vid öppna portar f­ungerar
inte takvärme bättre än andra värmesystem. Golv, väggar och eventuell inredning intill porten värms visserligen
upp men takvärmen förhindrar inte luftläckning genom en
öppen port. Däremot bidrar takvärmen till att skapa bästa
möjliga ter­miska klimat i zonen omkring porten genom att
ytorna behålls varma medan kall luft strömmar in då porten är öppen.
3
4
5
I ett högt torn, t.ex. i ett fyrtorn, fungerar takvärme också
sämre då väldigt lite av den utstrålade värmen når golvet
och vistelsezonen. Inte på grund av att det är långt till
golvet utan därför att golvet är en relativt liten yta av den
totala ytan som takvärmaren ”ser”. En stor del av värmestrålningen kommer att upptas av väggytorna.
6
7
8
Takvärmepaneler och värmestrips är också relativt enkla
att flytta på om en lokal skall användas för annan verksamhet eller om väggar skall flyttas.
9
I t.ex. skolor och offentliga lokaler är värmarna ej tillgängliga för åverkan.
(Fördjupning se kapitel III och kapitel VI)
10
11
I ett högt smalt utrymme
fungerar takvärme sämre.
Operativ temperatur c:a 2-6 °C
12
13
högre än lufttemperaturen
14
15
16
17
18
Zonuppvärmning ger en högre operativ temperatur i del av lokal.
Rätt till ändringar förbehålles
19
23
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Frågor och svar
1
Avsnitt 6
Avsnitt 5
2
På vilken höjd kan takvärme installeras?
Så länge luften i lokalen är normalt ren så finns ingen
begränsning, annat än byggnaden själv, för hur högt
takpanelerna kan monteras. Strålningsvärmen hindras inte av luften och fördelar sig mot golv, väggar och
inredning oavsett installationshöjd och yttemperatur på
takvärmarna.
3
4
Däremot finns det begränsningar nedåt för hur lågt takvärme kan monteras. Det som spelar störst roll för lägsta
installationshöjd är takvärmarens yttemperatur. Därefter
kommer faktorer som värmarens längd/bredd-förhållande
och om personen i rummet sitter eller står. Ju varmare yta
desto högre måste takpanelen monteras för att en person
under den inte skall känna obehag. Det är dock moderata
gränser för lägsta installationshöjd, se avsnitt 7.
5
6
7
Ett exempel kan visa på detta:
En takvärmepanel med måtten 3,6 x 0,6 m och maximal
yttemperatur på 50 °C (55/45 °C system) kan installeras
så lågt som 2,1 m (!). Om yttemperaturen ökas till 70 °C
(80/60 °C system) blir lägsta installations­höjd 2,8 m.
8
9
10
Det är i sammanhanget viktigt att påpeka att vi här talar
om dimensionerande värmetemperaturer som, statistiskt, inträffar några enstaka dagar per år. Under större
delen av året är värmetemperaturen i systemet lägre.
(Fördjupning se kapitel II och IV)
11
Påverkar takvärme ventilationen?
Takvärmen ger i sig inte upphov till några luftrörelser som
kan påverka någon form av ventilation. Det innebär att
takvärme är idealiskt i lokaler där det är höga krav på
kontroll av luftflöden inom lokalen.
Vid projektering av ny- eller ombyggnad av fastigheter
och lokaler medför det alltså att man är helt fri i valet av
ventilationssystem vid kombination med takvärme. (Fördjupning se kapitel V)
Avsnitt 7
Blir det varmt på huvudet?
Strålningstemperaturasymmetri (STA) är ett begrepp som
används för att ange hur stor skillnad i temperaturer på
olika omgivande ytor en människa kan acceptera utan
att uppleva besvär. STA märks t.ex. om man vänder ena
ansiktshalvan mot en varm braskamin och den andra mot
ett kallt fönster.
STA mäts på ett litet plan på antingen 0,6 m höjd, som
motsvarar en sittande person, eller 1,1 m höjd vilket motsvarar en stående person. STA är skillnaden mellan värmestrålningen på ömse sidor om mätplanet.
Som tidigare nämnts i avsnitt 2 kommer värme­strål­ningen
från takvärmen att värma upp om­givande ytor och speciellt golvet. Det medför att STA kommer att jämnas ut. En
viktig faktor för att STA ligger inom acceptabla gränser
är dock att takvärmaren är korrekt dimensionerad med
hänsyn till dess maximala temperatur.
Är den förutsättningen uppfylld kommer STA att ligga
inom de gränser för behagligt inomhusklimat som anges i
Svenska Inneklimatinstitutets riktlinjer (R1) och även den
internationella inneklimatstandarden ISO 7730.
12
13
14
+50° C
15
16
+21° C
19
24
+50° C
+21° C
Mätyta
17
18
+24° C
Takhöjden spelar ingen roll, all strålningsvärme når alla
väggar och golv. Det är bara intensiteten som avtar med
höjden.
+23° C
1,1 m
eller
0,6 m
Exempel på hur strålningstemperaturasymmetri (STA)
mäts. STA är skillnaden mellan värmestrålning på ömse
sidor om mätytan. Temperaturerna är givna endast som
exempel.
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Frågor och svar
Avsnitt 9
Avsnitt 8
Blir det kallt under bordet?
Det är en utbredd missuppfattning att det blir kallt under
bord och andra horisontella ytor med takvärme som uppvärmningssystem. Lika lite som det blir kallt under ett
bord blir det heller inte kolsvart under ett bord när enbart
taklampan är tänd.
Värmestrålningen liksom ljusstrålarna från taket sprider
sig till omgivande ytor. Dessa ytor absorberar det mesta
av värmeenergin men reflekterar också en mindre del.
Denna del av värmestrålningen ”studsar” runt till rummets olika ytor och värmer omgivande ytor inklusive golvet under bords­ytan. Även bordsytan blir varm på både
över- och undersida genom direkt och indirekt värmestrålning. Det gör att skillnaden i lufttemperatur eller strålningstemperatur blir mycket liten under ett bord jämfört
med bredvid bordet.
(Fördjupning se kapitel II)
1
Blir det kallras vid fönstret?
Vid 2- och 3-glasfönster kan det uppstå risk för kallras
(d.v.s. luftrörelser som orsakas av luft som kyls mot en
kall yta) om det inte finns någon form av värmekälla vid
fönstret som motverkar den nedåtgående luft­strömmen.
Värmekällan behöver dock absolut inte sitta under fönstret. En radiator under ett fönster ger upphov till en varm
uppåtgående luftström som skall motverka det eventuella
kallraset från fönstret. Takvärmen däremot hindrar kallraset vid dess källa, d.v.s. fönstrets kalla yta. Takvärmarna
värmer nämligen upp fönstrets yta så att risken minimeras för kallras.
2
3
4
5
Takvärmen kommer alltså att genom värmestrålning
direkt värma upp de ytor som är kalla. Som nämndes i
avsnitt 2 så fördelas värmestrålningen till rummets ytor i
proportion till dess yttemperaturer. Mer värmeeffekt går
alltså till kallare ytor. Värmestrålningen från taket k
­ ommer
därför att dels värma upp fönsterytan och fönsternischen
och dels värma upp fönsterbänken. Därigenom kan kallraset från fönstret elimineras direkt vid ”källan” dels p.g.a.
den varmare fönsterytan och dels fönster­nischens och
fönsterbänkens värmande effekt.
Störst risk att uppleva obehag av kallras har m
­ änniskan
vid stillasittande arbete och klädd i lättare inomhusklädsel med arbetsplatsen nära ett ytterfönster och utan värmekälla som motverkar eventuellt kallras. Vid rörligt eller
stående arbete en bit från ett ytter­fönster är risken obefintlig, speciellt vid nyare lokaler med 3-glas fönster. (Fördjupning se kapitel II)
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Värmestrålarna reflekteras delvis och utjämnar skillnaden
i temperatur.
16
17
Takvärmaren förhindrar kallras genom att värma upp
fönsterytan.
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
25
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Frågor och svar
1
Avsnitt 11
Avsnitt 10
2
Vilken livslängd har Lindab Comforts takvärmare?
Lindab Comforts baselement, vårt världspatent, används
både i värme- och kylsystem samt i sol­fångare världen­
över, där temperaturerna blir ända upp till 250 °C. På
Statens Provnings- och Forsknings­institut har man haft
ytor i över 200 °C temperatur och sedan chockat dessa
med 10-gradigt vatten. Man har även haft ytorna utomhus för att efter flera år ta in och kontrollera dem igen.
Man har också tryckprovat ytorna med ett tryck av
10-11 bar – 16000 gånger! Inte några av dessa tester har
påverkat produktens kvalitet eller prestanda.
3
4
5
Vi känner inte till någon produkt på marknaden som är
så grundligt testad som Lindab Comforts. Därför vågar
vi påstå att Lindab Comforts takvärmare kan fungera lika
länge som huset de är monterade i.
(Fördjupning se kapitel IV)
6
7
Kan takvärmeinstallationen förändras med ändrad
verksamhet?
Idag är det vanligt att en byggnad och dess inre genomgår stora förändringar under sin livstid. Det är därför nödvändigt att både väggar och installationer kan förändras
och flyttas utan allt för stora kostnader.
Takvärmen har stora fördelar därvidlag. Rör­syste­met är
ofta monterat synligt eller i undertak som är lätt demonterbart vilket gör det enkelt att demontera eller bygga om.
Om takvärmarna är installerade i ett kassettundertak kan
de mycket lätt byta plats med undertakskassetter på de
ställen där takvärmarna behövs. Är de pendlade kan de
också lätt demonteras och flyttas till annat ställe.
Här finns också fördelen med just Lindab Comforts takvärmeprodukter. De har marknadens lägsta vikt vilket gör
att förändringar av takvärmeinstallationen, speciellt vid
hög takhöjd, går extra lätt.
Fastighetsägaren/förvaltaren är inte bunden till en speciell typ av hyresgäst. De kan växla mellan t.ex. tillverkande
industri, dansstudio och lager. Ingen hänsyn till värmesystemet behöver tas vid renovering eller ombyggnad av
golv eller väggar.
8
9
10
11
12
13
14
Tvärsnitt av vattenkanalen i Lindab Comforts takvär­
mare.
15
16
17
18
19
26
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Frågor och svar
1
Avsnitt 12
2
Vilken effekt behöver installeras?
Vid beräkning av dimensionerande värmeeffek­tbehovet
beräknas först byggnadens olika byggnadsdelar vad
gäller area och värmegenomgångstal (U-värde). Detta
beräknas på normalt sätt enligt gällande bygg­regler och
Svensk Standard. Dessutom bestäms vilken tempe­ratur
det skall vara inomhus och den dimensionerande utetemperaturen, DUT. Den senare beräknas normalt enligt
Svensk Standard. Därefter kan en beräkning av dimensionerande värmeeffekten för byggnaden göras.
3
4
5
Emellertid bör man vid beräkningarna ta hänsyn till att det
är temperaturskillnad mellan tak och golv (temperatur­
gradient). Temperaturgradienten kan ge stora skillnader
i temperatur mellan tak och golv vid höga takhöjder. En
av takvärmens stora för­delar är att temperaturgradienten
är, relativt andra värme­system, liten, c:a 0,5 °C/m. Detta
förhållande ger små skillnader i temperatur mellan tak
och golv. Uppvärmning med t.ex. fläktluftvärmare (aerotemper) ger en temperaturgradient på c:a 2 °C/m. En liten
temperaturgradient ger naturligtvis ett lägre värmeeffektbehov, då inomhustemperaturen vid taket blir lägre.
6
7
8
9
10
11
Takhöjd [m]
12
13
6,0
5,0
14
Takvärme
4,0
15
Luftburen värme
3,0
16
2,0
1,0
17
0
0
17
18
19
20
21
22
23
Exempel på temperaturfördelning i luften i en lokal med olika värmesystem.
Rätt till ändringar förbehålles
24
Lufttemperatur [°C]
18
19
27
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
1
2
3
4
5
Frågor och svar
Avsnitt 13
Förutom den låga temperaturgradienten kan man för
takvärme också normalt räkna med c:a en till två g
­ rader
lägre inomhustemperatur vid nybyggnation, p.g.a.
strålningstillskottet från omgivande ytor (se avsnittet
1 och 2), och därmed sänka installerade uppvärmningseffekten. Vid ombyggnad eller renovering bör dock en noggrannare analys göras för att undersöka om byggnadens
standard efter åtgärder och verksamheten i den är sådan
att det är möjligt att räkna med sänkt inomhustemperatur.
Spar takvärme energi?
På den frågan kan man svara ja i de allra flesta fall när
man jämför med andra konventionella värmesystem.
Att takvärme spar energi beror dels på att man kan hålla
en lägre lufttemperatur i vistelsezonen (c:a 1-2 °C) utan
att den upplevda(operativa) temperaturen sänks och
dels på att skillnaden mellan tak och golvtemperaturen
­(temperaturgradienten) är mindre (se avsnitt 1 och 12). Det
senare medför att det inte blir en stor varmluftskudde i taket
som skulle kunna ge stora värmeförluster genom taket.
Hur stor energibesparingen blir beror på vilken typ av
fastighet det är och eventuellt tidigare värmesystem. För
fastigheter med takhöjd på 2-3 meter kan man räkna med
en besparing på 2-7 %. För fastigheter med större takhöjd kan energibesparingen bli ännu större, speciellt om
byggnaden är av äldre datum, är otät eller har stora portar
eller öppningar som ger stor andel luftläckage (ofrivillig
ventilation). Besparingar på upp till 30 % redovisas i både
svenska och utländska forskningsrapporter.
(Fördjupning se kapitel VII)
Temperatur
6
7
Upplevd
temperatur
(operativ
temperatur)
8
Luftvärmare
9
10
11
12
13
16
17
18
Takvärme
Rumsytor
Luft
Takvärme ger varma rumsytor och medger därför lägre
lufttemperatur. Det medför ett lägre värmeeffektbehov.
Ett exempel kan förklara skillnaden i effektbehov p.g.a.
lägre inomhustemperatur och mindre temperatur­
gradient; antag en nybyggd hall på 1000 m² med en takhöjd på 5 m och normala konstruktioner i väggar, tak och
golv. Fönsterarean motsvarar 10 % av golvarean. Erforderlig värmeeffekt för transmission och ofrivillig ventilation blir för två olika värmesystem enligt följande (värmeeffekt för ventilation är ej medtagen):
14
15
Avsnitt 14
Värmesystem
Temp. i vistelsezon/gradient
Värmeeffekt
Fläktluftvärmare
(aerotemper)
20 °C / 2 °C/m
71,3 kW
Takvärme
18 °C / 0,5 °C/m
58,5 kW
Takvärmesystemet erfordrar alltså i detta exemplet
endast 82 % av värmeeffekten jämfört med ett system
med fläktluftvärmare. Det bör betonas att skillnaden blir
mindre i lokaler med lägre takhöjd.
(Fördjupning se kapitel VII)
Vad kostar det?
Svaret på den frågan blir olika beroende på vilket tidsperspektiv man antar och vilka kostnader som tas med.
Vi har valt att se på längre sikt, i detta fallet 15 år, då den
totala kostnadsbilden i de flesta fall är mer intressant
för förvaltare eller fastighets­ägare. Ser man dock bara
på investeringskostnaden så är takvärme näst ­billigast i
exemplet.
Exemplet visas den kalkylerade totalkostnaden för fyra
olika värmesystem. De olika systemen är takvärme, golvvärme, fläktluftvärmare (aerotemper) och luftvärme.
Förutsättningarna för kalkylen redovisas också och bygger på en antagen nybyggd industrihall med ­måtten 60
x 40 m med takhöjd på 8 m, belägen i Göteborg. Hallen
antas vara ansluten till Göteborgs fjärrvärmenät. I investeringskostnaden ingår material och arbets­kostnader inklusive anslutnings­avgift till fjärrvärme och injusteringsarbete för respektive värmesystem. Investe­ringskostnaden
för de olika värmesystemen, inklusive takvärmesystemet,
har kalkylerats av en oberoende konsultfirma.
Årliga drift- och underhållskostnader (DoU) kal­
kyleras
som en procentsats av investeringen och in­kluderar drift­
el, underhålls- och reparationskostnader. För tak­värme
och golvvärme antas den till 0,5 % och för fläktluftvärmare och luftvärme till 2 % av investerings­kostnaden. Energiförbrukningen för de olika värmesystemen, som inkluderar värme-energibehov för trans­mission och ofrivillig
ventilation, har kalkylerats med de förutsättningar som
ges nedan. Energibehovet för ventilation är ej inkluderat
då det antas lika för samtliga värmesystem.
19
28
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Frågor och svar
1
Totala kostnaden för respektive system inkluderar
in­vesteringskostnad, drift- och underhållskostnader samt
energikostnader. Den totala kostnaden redovisas dels
som ett nuvärde och dels som en annuitet.
2
3
Gemensamma förutsättningar:
Kalkylränta:
Ek. livslängd:
Energipris:
Energiprisökning:
10 %
15 år
450 kr/MWh
2 % per år
4
5
6
7
Totalkostnad
Värmesystem
Investering (kr)
DoU (kr/år)
Energiförbrukning
(MWh/år)
Nuvärde (kr)
Annuitet (kr/år)
Takvärme
840.00
4.200
386
2.373.000
311.997
Golvvärme
945.00
4.725
375
2.439.000
320.703
Fläktluftvärmare
777.000
15.540
488
2.792.998
367.206
Central
luftvärme
2.170.500
43.410
431
4.176.810
549.141
Kostnaden för olika värmesystem. Investeringskostnaden har kalkylerats av en oberoende konsultfirma.
8
9
10
11
12
4 500 000
4 176 810
13
4 000 000
14
3 500 000
3 000 000
2 500 000
2 792 998
2 373 074
15
2 439 289
2 000 000
16
1 500 000
1 000 000
17
500 000
0
Takvärme
Golvvärme
Fläktluftvärmare
Nuvärde av totalkostnad för fyra olika värmesystem.
Rätt till ändringar förbehålles
Central luftvärme
18
19
29
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Frågor och svar
1
Avsnitt 15
Beräkningsförutsättningar:
U-värde
tak:
väggar:
golv inre zon:
golv yttre zon:
fönster:
Area
tak:
väggar:
golv inre zon:
golv yttre zon:
fönster:
2
3
4
0,2 W/m², °C
0,2 W/m², °C
0,3 W/m², °C
0,3 W/m², °C
2,0 W/m², °C
2400 m²
1400 
m²
1000 m²
200 m²
200 
m²
Takhöjd:
Ofrivillig ventilation:
5
8 m
0,3 oms/h
6
Takvärme
7
8
Golv- Fläktluft- Luftvärme
värme
värme
Inomhustemp,
vistelsezon (°C)
191)
191)
20
20
Temperaturgradient (°C/m2)
0,7
0,5
2,0
1,03)
9
10
11
12
13
Övriga förutsättningar:
1. Takvärme och golvvärme erfordrar lägre
lufttemperatur, 19 °C, för att upprätthålla en bestämd
operativ temperatur, som i detta fallet antas till 20 °C.
Kan man återvinna Lindab Comforts produkter?
Livscykelanalyser (LCA) som har gjorts för alumini­um­
produkter visar på många gemensamma drag. Materialets tillverkningsdel (brytning, anrikning och produktion)
får förhållandevis höga belastnings­tal för både energi och
miljö. I produktanvändnings-delen får man i jäm­förelse
med andra material ett omvänt förhållande. Den belastning som aluminium produkter ger vid tillverkningsdelen
uppvägs många gånger helt av den lägre miljöpåverkan i
användningsdelen.
Om aluminium dessutom återvinns i ännu högre utsträckning kommer miljöbelastningen från tillverkningsdelen att
minska i motsvarande grad.
Lindab Comforts takvärmesystem består ute­
slutande
av koppar, aluminium och en isolerskiva av expanderad
polystyren samt en liten mängd tennlod. Allt ingående
material exklusive isolerskivan är till 100 % återvinningsbart. Redan idag går allt skrot från produktionen till
återvinning.
Vid rivning av en byggnad där Lindab Comforts takvärme­
produkter finns installerat kan det metalliska
materialet i dessa återvinnas till 100 %. Aluminium och
koppar är visserligen metalliskt förbundna i tillverknings­
processen och kan inte separeras, men återvinning är
ändå möjlig. Takvärmarna pressas ihop i paket om c:a
20 x 20 cm och används inom metallindustrin som legeringstillsatser i olika aluminiumkvaliteter. I varje paket är ju
andelen koppar väl definierad då varje centimeter av en
panel innehåller lika många procent koppar.
(Fördjupning se kapitel VIII)
2. Angiven temperaturgradient gäller vid dimensionerande
utetemperatur. Vid andra utomhustemperaturer antas den sjunka linjärt för att bli noll då inget värmebehov
föreligger.
3. Temperaturgradienten för luftvärme gäller då s.k.
tropikfläktar är installerade.
14
15
16
17
18
19
30
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Kapitel I
Strålning
Strålning sker som ett nettoutbyte mellan två krop­par/
ytor och går i vanliga fall från människan till en kallare
omgivning. Storleken på värmeöverföringen via strålning
beror av personens aktivitet och beklädnads­grad samt
omgivningens yttemperaturer.
Hur människan upplever det
termiska klimatet
Värmeutbyte
Människans värmeutbyte med omgivningen beror på
dess aktivitet, beklädnadsgrad och hur mycket värme
som överförs till omgivningen via främst konvektion och
strålning. En del värme avges i form av latent värme som
vattenånga. Normalt tillförs inte denna värme till rum
inomhus utan avges utomhus genom kondensation.
Aktiviteten
Aktiviteten eller metabolismen avgör hur mycket värme
som alstras i kroppen och uttrycks i sorten met (1 met =
58 W/m²). Aktivitetsgraden inomhus hos människor varierar normalt mellan 0,8 met (sovande) till 7 met (hårt fysiskt
arbete). Vanligt värde vid normal kontorsaktivitet är 1,12,2 met. Hur hög metabolism en person har vid ett givet
arbete bestäms också av individuella faktorer såsom
ålder, kroppsvikt, kön, hälsotillstånd m.m.
Beklädnadsgraden
Beklädnadsgraden är ett mått på värmeisoleringen av människokroppen och uttrycks i enheten clo
(1 clo = 0,155 °C m²/W). Den varierar mellan 0 clo naken
och c:a 3 clo nedbäddad i tjocka sängkläder. En vanlig
klädsel inomhus ligger inom intervallet 0,7 till 1,2 clo.
Människans värmeutbyte
Människans värmeutbyte sker i normala fall främst genom
konvektion och strålning. Dessa är i stort sett lika vid små
lufthastigheter. När luft strömmar förbi huden med högre
hastighet än c:a 0,1 m/s ökar succes­sivt den konvektiva värmeöverföringen. Om ­människan blir för varm och
börjar svettas avges även en be­tydande mängd värme
genom att fukt avdunstar från kroppen (fasomvandling).
Vid termisk komfort är svettproduktionen mycket liten
och den fukt som trots allt avdunstar från huden räknas in
i den konvektivt avgivna värmen. Luftens fuktighet påverkar mängden fukt som avdunstar från hud och slemhinnor. Ju torrare luft desto större mängd fukt avges från hud
och slemhinnor.
Konvektion
Konvektion som en person utsätts för består av dels
egenkonvektion, som uppstår p.g.a. att människan värmer upp luften närmast kroppen som därmed stiger och
ger upphov till en luftrörelse, och dels påtvingad konvektion som är yttre luftrörelser från t.ex. ventilation eller
drag. Gränsen för obehaglig lufthastighet varierar främst
med omgivande temperaturer, och därför är den normala
gränsen inomhus 0,15 m/s på vintern och 0,2-0,4 m/s
på sommaren, ref. [8], se sid 34. Det högre värdet sommartid beror på att rumstemperaturen oftast är högre
under sommarmånaderna och därmed höjs gränsen för
obehag­lig lufthastighet.
1
2
Temperatur
När det gäller luftens och omgivande ytors temperaturer
så finns ett antal olika temperaturer definierade för att
beskriva dess påverkan på människan. Nedan presenteras de mest vanliga.
3
4
Förutom lufttemperatur finns
Vertikal temperaturgradient (°C/m): ett mått på hur
mycket lufttemperaturen ändrar sig vid olika höjd över
golvet. Bestäms normalt som temperatur­differensen mellan 0,1 m och 1,1 m höjd. Temperaturgradienten bör vara
mindre än 2-3 °C/m för att undvika ­obehag. Det lägre
värdet används om det rör sig om stilla­sittande arbete.
Det bör dock påpekas att en temperatur­
gradient på
2-3 °C/m medför att det uppstår en be­tydande skiktning
av luften och därmed också en stor energiförlust vid taknivå. Temperaturgradienten för Lindab Comforts takvärmare ligger normalt på c:a 0,4-0,5 °C/m vilket medför att
energiförlusten vid taknivå minskar kraftigt. Se även kapitel VII.
Plan strålningstemperatur (°C): används för att
bestämma strålningsutbytet för en liten plan yta (hudparti) som vetter mot en viss riktning. Strålningsutbytet
är beroende av yttemperaturen och vinkelfaktorn från
respektive delyta som kan ”ses” av den plana ytan. Plan
strålningstemperatur beräknas med hjälp av uppmätta
yttemperaturer och vinkelfaktorer eller mäts med en
strålningstemperaturmätare.
Strålningstemperaturasymmetri (°C): Strålningstemperaturasymmetri (STA) definieras som skillnaden i
plan strålningstemperatur på ömse sidor om en liten plan
yta. STA mäts i ett plan 0,6 m över golv vid sittande aktivitet eller 1,1 m över golv vid stående aktivitet. Maximalt
bör STA vara 5 °C vid fall där värmestrålningen kommer
från taket. Se även kapitel VI.
Medelstrålningstemperatur (°C): ett mått för att
bestämma kroppens totala strålningsutbyte med
om­
givande ytor. Medelstrålningstemperaturen avser
medelvärdet av strålningsutbytet i alla riktningar.
Operativ temperatur (°C): beskriver den samman­
tagna inverkan av lufttemperatur och medelstrål­nings­
temperatur på människans värmebalans. Ofta antar man
den operativa temperaturen som medel­värdet av lufttemperaturen och medelstrålnings­temperaturen.
Riktad operativ temperatur (°C): begrepp i svenska
byggregler som används för att beskriva värme­utbytet
för ett litet tänkt hudparti. Definieras för en viss mätpunkt
och riktning i rummet som medel­värdet av lufttemperatur
och plan strålnings­temperatur.
Rätt till ändringar förbehålles
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
31
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Ekvivalent temperatur (°C): ett mått för att beskriva
den sammantagna inverkan av lufttemperatur, strålnings­
temperatur och lufthastighet på människans värmebalans. Sambandet påverkas också av människans aktivitet
och klädsel.
1
2
Termiskt komfort
Vilka klimatförutsättningar inomhus som ger termisk komfort skiljer sig åt mellan olika individer.
I försök, utförda av professor P O Fanger, ref. [21], där
stora grupper människor har utsatts för olika klimatpåverkan visar dock att flertalet människor reagerar på inomhusklimatet på ett likartat sätt. Försöken har mynnat ut
i kriterier för termisk komfort som bygger på klimatförutsättningar där en majoritet av en stor grupp människor
uppfattar klimatet som neutralt.
3
4
5
Med hjälp av en del av ovan nämnda klimatfak­torer kan
graden av termisk komfort beräknas genom ett PMVindex (Predicted Mean Vote). Det värdet anger en statistiskt grundad förutsägelse av hur en större grupp
människor skulle betygsätta graden av komfort för ett
visst klimat vid en given aktivitetsgrad och klädsel. Utifrån PMV indexet kan man sedan beräkna ett PPD-index
(Predicted Percentage of Dissatisfied), som anger hur
stor del av en större grupp människor som finner ett visst
inomhus­klimat otillfredsställande.
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
PMV = (0,303 × e-0,0036M + 0,028) [(M-W) - 3,05 × 103
{5733 - 6,99(M-W) - pa} - 0,42{(M-W) - 58,15} - 1,7 ×
10-5 × M(5867-pa) - 0,0014 M (34 - ta) - 3,96 ×
10-8 fcl{(tcl + 273)4 - (tr + 273)4} - fclhc(tcl - ta)
där:
tcl = 35,7 - 0,028(M-W) - 0,155Icl[3,96 ×
10-8 fcl{(tcl + 273)4 - (tr + 273)4} - fclhc(tcl - ta)]
2,38(tcl - ta)0,25
för 2,38(tcl - ta)0,25 > 12,1(vr)0,5
12,1(vr)0,5
för 2,38(tcl - ta)0,25 < 12,1(vr)0,5
1,00 + 0,2Icl
för Icl < 0,5 clo
1,05 + 0,1Icl
för Icl > 0,5 clo
hc =
fcl =
Förklaring:
M = Metabolism (W)
W = Externt arbete (W)
Icl = Beklädnadsgrad (clo)
pa = Vattenångans partialtryck (Pa)
fcl = Beklädnadens ytfaktor, d.v.s. förhållandet naken hud
och beklädd hud
tcl = Beklädnadens yttemperatur (°C)
hc = Konvektivt värmeövergångstal (W/m² °C)
tr = Medelstrålningstemperaturen (°C)
ta = Rumslufttemperaturen (°C)
vr = Relativ lufthastighet (m/s) = v + 0,005(M-58)
v = Medelhastigheten i rumsluften
När PMV- index är känt kan PPD-index beräknas ur:
PPD = 100 - 95 × e-(0,03553PMV4 + 0,02179PMV²)
Med dessa formler är det mycket omständligt att för hand
räkna ut vad PPD-index blir i ett givet fall. Betydligt enklare blir det med ett klimatsimu­leringsprogram som ger
PPD-index eller andra klimat­
index som resultat av en
simulering av ett rum. Lindab Comforts eget klimatsimuleringsprogram TEKNOsim ger som resultat bl.a. lufttemperatur, ope­ra­tiv temperatur och PPD-index.
Enligt Fangers formel kan maximalt 95 % vara tillfredsställda med ett givet inomhusklimat, d.v.s. minst fem
procent kommer alltid att uppleva ett givet inomhusklimat som otillfredsställande (PPD= 5 % och PMV=0 anger
bästa möjlig termisk komfort). I Svenska Inneklimatinstitutets skrift R1, ref. [8], baserar sig de olika angivna klasserna för termiskt inneklimat på PPD-index som går från
<10 % missnöjda för högsta k
­ lassen till 20 % missnöjda
för den lägsta klassen.
17
18
19
32
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Kapitel II
Så här fungerar takvärme
Lindab Comforts takvärmeprodukter utnyttjar värmestrålningen som ett huvudsakligt sätt att överföra värme (c:a
60 % av total värmeeffekt). I detta kapitel går vi ­igenom
grunderna som gäller för värmestrålning.
Värmestrålning
Värmestrålning är en elektromagnetisk strålning. där våglängden ligger på c:a 9-15 mm vid yttemperaturer på c:a
30-70 °C. Våglängden blir kortare ju varmare temperaturen blir på en yta och längre ju kallare ytan är. Värmestrålningen vid dessa temperaturer är osynlig för ögat. Det är
först när temperaturen på en ytan närmar sig 600-800 °C
som värme­strålningen börjar bli synlig för ögat.
Värmestrålning sänds ut från alla kroppar som är varmare
än absoluta nollpunkten (-273,16 °C). Den absoluta värmestrålningen från en kropp är man sällan intresserad av.
Däremot är nettoutbytet av strålningsenergi mellan två
kroppar eller ytor intressant att kunna beräkna i tekniska
sammanhang.
Värmeöverföring genom strålning
Värmeöverföringen (nettoutbytet) vid strålning beror på
temperaturskillnaden mellan ytorna, deras geometriska
förhållande och ytornas beskaffenhet. Värmeflödet, Ps,
mellan två ytor formuleras i följande formel:
Ps = σ F12 A1 ( T14 - T24 ) (W)
därF12 =
1
1
f
12
+
(
1
ε
12
(
-1 +
A
1
A
2
(
1
ε
2
(
-1
Här är f12 en funktion av det geometriska förhållandet
mellan ytorna A1 och A2 och kallas vinkel­faktor. Vinkelfaktorn kan beräknas eller avläsas i diagram ur handböcker i
värmeöverföring. Vid beräkning av värme­strålning är det
alltid den projicerade arean av en yta som används. Nettoutbytet av värmestrålning ökar alltså inte från en veckad eller räfflad yta jämfört med en slät yta.
s = 5,67 × 10-8 W/m² K4 (Stefan-Boltzmanns konstant)
e1 = Den värmestrålande ytans emissionstal
e2 = Den mottagande ytans emissionstal
A1= Den värmestrålande ytans projicerade area (m²)
A2= Den mottagande ytans projicerade area (m²)
T1 = Den värmestrålande ytans temperatur
(K = Kelvin som är T °C +273)
T2 = Den mottagande ytans temperatur (K)
1
2
3
Det är viktigt att komma ihåg att strålningsutbytet ­mellan
två ytor (t.ex. en takvärmare och ett golv) inte avtar med
avståndet så länge luften som strålningen passerar är
normalt ren. Det beror på att luftens absorption av värmestrålningen är försumbar, se nedan. Däremot avtar strålningsintensiteten (effekt per yt­enhet), och därmed den
överförda energin, mot en given yta om avståndet ökar
eller ytan vinklas. Det påverkar vinkelfaktorn vilken ingår
i faktorn F12, och beror på avståndet och vinkeln mellan
ytorna samt storleken och tempera­turerna på ytorna. Ett
välkänt exempel på strålningsintensitetens variation är
solstrålningens intensitet över dagen och även över året.
Solstrålningen mot jorden varierar dels med avståndet till
jorden och dels med vinkeln mot jorden.
Den ytan som har lägre temperatur kommer vara mottagare av nettoutbytet av värmestrålningen. I takvärmesammanhang är det alltid omgivande rumsytor som är
mottagare av värmestrålningen. Vid strålningsuppvärmning kommer alltså omgivande ytor som har lägre temperatur än strålningsvärmaren att absorbera värmestrålningen och där­igenom höja sin temperatur, normalt några
grader över rumslufttemperaturen.
Luftens betydelse
När värmestrålningen passerar genom luften så absorberas i stort sett ingen strålning alls. Gaserna koldioxid (CO2)
och vattenånga (H2O) absorberar och emitterar emellertid värmestrålning medan s.k. elementära gaser (gas där
atomerna är av ett slag) t.ex. O2, N2 och H2 är transparenta för värmestrålning. Med luftens samman­sättning av
olika gaser där CO2 (0,05 vikt %) och H2O (0,7 vikt %) har
mycket låga koncentrationer och O2 (21 vol %) och N2
(79 vol %) har höga koncentrationer så kan luft betraktas
som helt transparent för värmestrålning med de tjocklekar på luftskikt som är normalt (< 20 m). Dock kan en
onormalt hög partikelhalt i luften ha en mindre betydelse
för värmeutbytet mellan tak­värmare och omgivande ytor.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
33
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Emissionstal
Emissionstalet, e, anger hur stor andel energi en yta
strålar ut jämfört med en perfekt strålningsyta, s.k. svart
kropp. Emissionstalet är lika med 1 för en svart kropp
och mellan 0 och 1 för alla andra material. Ju högre
emissionstal desto bättre fungerar ytan som en värmestrålare och värmemottagare. Nedan visas emissionstalet vinkelrätt från ytan för några material vid normala
rumstemperaturer:
1
2
3
Aluminium, valsblank:
0,04
Koppar, polerad:
0,03
Glas:0,94
Trä (bok):
0,94
Tegel, puts:
0,93
Betong:0,88
Vit lack (Lindab Comforts takvärmare):
0,95
Mattsvart lack:
0,97
4
5
6
Som framgår av tabellen så är alla ytor utom metallytor
bra värmestrålare/värmemottagare.
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Värdena visar att en vitlackad yta är nästan lika bra som
en svartlackad matt yta. Det är bl.a. av den anledningen
som Lindab Comforts takvärmepaneler är lackerade på
undersidan men ej på ovansidan. På ovansidan av takvärmaren är ytan vanlig oxiderad aluminium som i och för
sig har högre emissionstal än valsblank alu­minium men
långt mindre än en vitlackerad yta. På så sätt kan strålningsenergin ”styras” till undersidan av värmaren där den
bäst behövs. För att ytterligare styra värmestrålningen
nedåt är ovansidan dessutom isolerad.
Intressant att notera är att glas har ett relativt högt emissionstal och att det ligger på samma nivå som några av
de vanligare byggnads- och inrednings­materialen. Vad
gäller glas så kan ingen lågtempera­tur­strålning passera
genom glaset, utan all sådan strålning antingen absorberas (c:a 88 %) eller reflekteras (c:a 12 %). Solens strålning, med betydligt högre temperatur och därmed kortare våglängd, släpps dock igenom. Detta förhållande är
bakgrunden till begreppet ”växthus­effekt” i just växthus
och andra byggnader med stora glasytor.
På grund av detta kan man alltså sänka lufttemperaturen
vid strålningsuppvärmning och ändå erhålla samma operativa temperatur. I normala fall kan man sänka lufttemperaturen 1-2 °C, ref. [4], och fort­farande uppnå erforderlig
operativ temperatur.
Värmestrålningen i ett rum antingen absorberas eller
reflekteras. Vid absorption av strålningsvärme höjs ytans
temperatur. Vid normala inrednings- och byggnadsmaterial ligger den reflekterande andelen av strålningen på
endast c:a 5-10 %, vilket innebär att det mesta av värmestrålningen absorberas. Det är den främsta anledningen
till att yttemperaturen på ett bords undersida, ref. [1], ligger ett par grader över lufttemperaturen. Alla ytor, inklusive all inredning och möbler, absorberar värmestrålningen
och blir varmare än omgivande lufttemperatur. Det medför att både lufttemperaturen och den operativa temperaturen kommer att jämnas ut även i delar av rummet som
takvärmen inte direkt ”ser”.
I ref. [1] anges skillnaden mellan lufttemperatur under
och vid sidan av ett bord till 0-0,9 °C beroende på mätfall. Noterbart är att yttemperaturen på bordets undersida
låg 0,7-3,2 °C över lufttemperaturen. Det visar att bordet
värms upp av värmestrålningen från taket. I ref. [2] redovisas en skillnad i lufttempera­tur under och vid sidan av en
skolbänk till maximalt 0,3 °C. Skillnaden i strålningstemperatur anges här till maximalt 1,6 °C. Enligt våra egna
mätningar gjorda i olika miljöer, som t.ex. barndaghem,
kontor­, skolor och industrier, så ­ligger skillnaden i operativ temperatur på c:a 0,2-0,4 °C under respektive bredvid
ett bord.
Kallras
Det är en mängd faktorer som påverkar om och hur starkt
man upplever ev. kallras från ett fönster. Till de viktigare
hör bl.a. fönstrets U-värde, fönsternischens utformning,
ventilationsprincip, luftdonens placering, luftdonens
egenskaper, uppvärmnings­system, per­sonens beklädnad
och aktivitet, rummets­geometri och möblering, infiltration
och utetempe­ratur, ref. [5] [6] [7]. Det är alltså inte enbart
en fråga om värmaren sitter under fönstret eller i taket.
Termisk komfort vid värmestrålning
Människan är i förhållande till sin omgivning en varm
kropp och strålar därför också ut en del av värme­
överskottet till omgivningen. När omgivande ytor har en
högre temperatur än normalt, som är fallet vid strålningsuppvärmning, är utstrålningen mindre från kroppen. I
en lokal med strålningsuppvärmning ­kommer därför en
person att uppleva omgivningen varmare genom att dess
utstrålning till omgivande ytor är m
­ indre än vid konventionell uppvärmning vid samma lufttempera­tur.
18
19
34
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Ett tilluftsdon med bakkantsinblåsning med för lång kastlängd och låg inblåsningstemperatur kan vara en orsak
för att kallras skall utlösas. Möbleringen kan med radiatorer under fönstren vara en kritisk faktor om t.ex. ett bord
placeras nära fönstret. Då avskärmas den uppåt­gående
varmluftströmmen från radiatorn under bordet och kallraset ”rinner” ut över bordet och sedan ned på golvet, ref. [7].
I ref. [2] noteras att en lokal med fönsterbänk har gynnsam
effekt på kallraset från fönstret. Det beror på att fönsterbänken dels uppvärms av takvärmen och dels avlänkar
den nedåtgående luftströmmen och därmed blandar in
varmare rumsluft.
Beräkningsexempel
Formeln för strålningsvärmeöverföring säger att tempera­
turdifferensen mellan två ytor spelar relativt stor roll, speciellt som temperaturen anges i Kelvin och upphöjs till
fyra. Formeln säger oss också att mer värmestrålning
automatiskt går till kallare ytor än till de som är varmare, och det är ju ett förhållande som är idealiskt för ett
värmesystem.
I diagrammet här redovisas hur värmestrålningen fördelar
sig över en väggyta (yttervägg). Beräk­ningen av värmeutbytet mellan takvärmarna och väggen har gjorts för varje
decimeter av väggen enligt formler i kapitel II och med
formler för vinkel­faktorer. Två takvärmare är monterade
i taket parallellt med väggen på 1,7 m respektive 5,25 m
från väggen. Dessa mått har erhållits från diagram­men
som beskriver placeringen av tak­värmare i kapitel V. Förhållandena som antas, gäller under en kall vinterdag.
1
2
3
5 m
I ref. [1] [2] och [3] redovisas förhöjda yttemperaturer på
fönstrets insida beroende på att glasytorna absorberar
värmestrålning. Ett gemensamt resultat hos alla tre är att
strålningsvärmen fördelas olika över fönsterytan. Fönstret får högre yttemperatur i överdelen och en något lägre
i underdelen. En förhöjning på c:a 2-10 °C noteras beroende på mätpunkt och mätfall. Det är viktigt att påpeka att
det i samtliga fall rörde sig om tvåglasfönster. I moderna
hus med treglasfönster kommer temperaturhöjningen att
bli ännu större. Våra egna mätningar av yttemperaturer på
fönster, som värms av takvärmare, ger vid handen att tvåglasfönster får en yttemperatur på 12-17 °C och treglas får
17-20 °C vid en utetemperatur på mellan 0 °C och -5 °C.
5,25 m
1,7 m
4
1 m
5
1 m
6
Det antagna rummet i beräkningsexemplet.
Sammanfattningsvis kan konstateras att för tillämpningar
av takvärme i byggnader och lokaler gäller:
7
• Emissionstalet för ytor inomhus är relativt lika, ca.
0,88-0,95.
8
• Takhöjden spelar ingen roll för överföring av
strålningsvärme från takvärmare till övriga ytor.
9
• Överföringen av strålningsvärme blir automatiskt
större om mottagande ytan har en lägre yttemperatur.
10
• Lufttemperaturen kan normalt sänkas 1-2 °C,
med bibehållen operativtemperatur, tack vare att
om­givande ytor värms upp av takvärmesystemet.
11
• Det blir små skillnader i lufttemperatur och operativ
temperatur under respektive vid sidan av ett bord
med takvärme.
• Strålningsvärmen från takpanelen värmer upp insidan
på ett fönster så att risken för att kallras skall uppstå
minimeras.
Intressant att notera är att de två panelernas värme­
strålning har sitt maximum på olika delar av väggen. Detta beror på att det geometriska förhållandet, d.v.s. vinkelfaktorn, är olika för de två värmepanelerna i förhållande
till väggen.
Det framgår också tydligt att fönstret får en stor andel värmestrålning jämfört med väggen intill fönstret. Or­saken till
detta är, som nämnts ovan, att fönsterytan är kallare och
”suger” därmed åt sig mer strålningsvärme. Det medför
att fönsterytan kommer att värmas upp betydligt mer än
om rummets värmekälla vore helt konvektiv, t.ex. en fläktluftvärmare. Att fönsterytan värms till ca. +15 °C medför
att risken för kallras från fönstret väsentligt reduceras.
Rätt till ändringar förbehålles
12
13
14
15
16
17
18
19
35
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Avstånd från golv (m)
1
2
5,0
3
4,5
4
4,0
Panel 1,7 m
från vägg
5
3,5
Panel 5,25 m
från vägg
6
3,0
7
2,5
Värmestrålning
från båda panelerna
2,0
8
1,5
9
Fönster
1,0
10
0,5
11
0
0
12
10
20
30
40
50
Strålningseffekt (W)
60
Bilden visar hur den överförda värmeeffekten från två paneler fördelar sig på en yttervägg med fönster.
13
14
15
16
17
18
19
36
Följande indata har antagits:
Väggen:
- höjd:
- bredd:
- emissionstal:
- yttemperatur:
Fönster:
- bröstningshöjd:
- fönsterhöjd:
- bredd:
- emissionstal:
- yttemperatur:
5 m
10 
m
0,9
22 
°C
1 m
1 
m
10 
m
0,94
15 
°C
Takvärmare:
- bredd:
- längd:
- emissionstal:
- yttemperatur:
- installationshöjd:
1 m
10 
m
0,95
40 
°C
5 
m
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Kapitel III
Var fungerar en takvärmare bra?
Takvärme har ett mycket brett användnings­område, bredare än de flesta andra uppvärmningsformer. Allmänt kan
man säga att takvärme kan användas som uppvärmning
i stort i sett alla typer av fastig­heter. Mest använd är takvärmen i olika lokaler som t.ex. idrotts­hallar, verkstäder,
industrihallar, lager och köpcentra. Men även i lokaler
som barndaghem, vårdlokaler, bostäder, skolor och laboratorier fungerar takvärme utmärkt.
En takvärmares effektavgivning är c:a 40 % kon­vek­tivt
och c:a 60 % strålning. Den konvektiva värmen avges
till luften vid taket och bidrar till att täcka transmissionsförluster genom taket. Andelen värme som överförs
genom strålning kommer huvudsakligen golv och väggar
tillgodo.
När det gäller värmeförlusterna via transmission genom
väggar, tak och golv är det normalt för en byggnad att c:a
40 % av värme går ut genom taket och c:a 60 % genom
resten av byggnaden. Därför är takvärme, tillsammans
med alla andra fördelar, alldeles utmärkt för uppvärmning
av i stort sett alla byggnader. Nedan visas en transmissionsberäkning av en byggnad, och resultatet visar att
fördelningen av transmissions­förluster är i storleksordningen som beskrivits ovan.
Indata:
DUT10:
Årsmedeltemp.:
U-värde Tak: Vägg: Golv, inre: Fönster: Area
Tak: Väggar:
Golv, i: Golv, y: Fönster: Temperaturgradient: Takhöjd (medel):
Längd:
Bredd:
 % Fönsterarea:
Inomhustemp. Vistelsezon:
Medel:
Tak:
20 °C
6 °C
0,2 W/m², °C
0,2 W/m², °C
0,3 W/m², °C
2,0 W/m², °C
800 m²
600 m²
680 m²
120 m²
30 m²
0,7 °C/m
5,0 m
40 m
20 m
5 % av väggarean
18 °C
20 °C
22 °C
Utdata:
Effektbehov:
(transmission)
Tak:
Väggar:
Golv, i:
Golv, y:
Fönster:
6640 W
4770 W
2448 W
2448 W
2280 W
38 %
28 %
14 %
7 %
13 %
Totalt:
17278 W
100 %
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
37
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Kapitel IV
1
Konstruktionskrav på en takvärmare
2
Konstruktioner och tekniska lösningar på takvärmare skiljer sig åt mellan olika tillverkare. Kraven på en bra fungerande takvärmare är dock de samma och kommer till stor
del från de fysikaliska lagar som styr värmeöverföring.
3
Grundläggande krav på en takvärmare
Ett av de viktigaste kraven man bör ställa på en takvärmare är att temperaturen skall vara så jämn som möjligt
över dess yta. Härigenom uppnås en maximal effektavgivning per ytenhet. Om man har en vattentemperatur på
ett värmesystem på t.ex. 55-45 °C eller 60-40 °C, d.v.s.
en medel­
vattentempe­
ratur på 50 °C (55+45)/2, så är
önskan att temperaturen på produktens hela yta också
skall uppgå till 50 °C. Detta är dock en praktisk och även
teoretisk omöjlighet (det skulle kräva oändlig värme­
konduktivitet) eftersom värmeförluster kommer att ske
på vägen från vattnet i röret till ytan på pro­duk­ten. Målsättningen blir därför att minska dessa värme­förluster i så
hög utsträckning som möjligt. Nedan skall vi gå igenom
hur denna målsättning kan optimeras samt hur andra
krav kan tillgodoses.
4
5
6
7
8
Bild 1. Grundläggande element i en takvärmare.
Bild 2. Röret expanderat inuti en aluminiumprofil.
Hur skall en bra konstruerad takvärmare se ut?
Det finns ett flertal bedömningsgrunder för kvalitet, funktion och livslängd för en takvärmare. Dessa är:
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
38
1. Materialval
2. Hur effektiv är förbindningen/kontakten mellan rör och
fläns
3. Optimering av takvärmaren; värmeeffekt/kostnad
4. Hur väl testad är produkten
5. Hur enkel är produkten att montera
6. Flexibilitet
7. Finish
8. Strukturen på produkten
Den grundläggande principen för alla vattenburna takvärmeprodukter är helt identisk. Den grundar sig på ett vattenförande rör och en strålningsyta
(fläns). Röret skall sedan förbindas till flänsen på så
sätt att värmen från vattnet leds genom rörväggen
till flänsen (Se bild 1). Temperaturen på flänsen ökar
och man uppnår en värme­
strålning från produkten.
För att nå avsedd effekt i lokalen är takvärmaren isolerad
på ovansidan så att onödig värmestrålning hindras från
att nå takytan.
Bild 3. Genomskärning av Lindab Comforts
grundelement. Kopparröret och aluminiumflänsen
är metallurgiskt förbundna genom Lindab Comforts
världspatent.
1. Materialval
Materialvalet blir av avgörande betydelse för värmeeffekten och produktens livslängd. I Skandinavien används
idag enbart aluminium som material i flänsen. Detta beror
på att aluminium leder värme mycket effektivt samtidigt
som vikten på produkten blir låg. M
­ aterialet i rören består
av antingen stål eller koppar. Fördelen med att använda
kopparrör är flera:
• Korrosionsrisken är betydligt lägre jämfört med rör i stål
• Vikten på produkten minskar och material­
utvidgningen (se nästa sida) blir jämnare.
• Man får också en betydligt enklare montering genom
att använda kopparrör.
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
2. Förbindning mellan rör och fläns
När materialvalet är gjort skall man sammanbinda rör och
fläns för att erhålla en så bra kontakt/förbindning som
möjligt mellan dessa. Hur väl utförd förbindningen mellan
rör och fläns är gjord påverkar i mycket hög grad hur väl
en värme­strålare kommer att fungera. Idag används tre
sätt för att konstruera denna förbindning.
1. Genom olika metoder skruvar, svetsar, klämmer eller
snäpper man ihop de båda ytorna med varandra (se
bild 1 på föregående sida).
2. Inuti en aluminiumprofil, formad som ett rör och fläns i
en enhet, förs ett rör in som vanligtvis är av koppar.
Röret expanderas sedan i profilen för att uppnå en
god kontakt mellan de olika materialen.
Se bild 2 på föregående sida.
3. Här sammanvalsas under ett mycket högt tryck (c:a 50
ton) ett kopparrör med en aluminium fläns och bildar
på detta sätt en enda enhet. Kopparröret blåses
sedan upp till normal storlek och får då en rombisk
form (se bild 3 på föregående sida).
De två förstnämnda konstruktionernas förbindningar
mellan rör och fläns blir alltså helt mekanisk. Det är inte
svårt att föreställa sig att en förbindning gjord på mekanisk väg inte ger upphov till en optimal värmeöverföring.
Ett flertal experiment med sådana lösningar, ref. [14],
visar på betydande effektförluster – inte minst efter en
längre tids användning. Den sistnämnda ger en metallurgisk bindning (materialen blandas delvis genom en molekylär förbindning).
Skall man kvalitetsbestämma dessa konstruktioner kan
man säga att de två sistnämnda är bra lösningar om de
är korrekt utförda. Den första lösningen är en betydligt
sämre konstruktion av flera orsaker. Framför allt har detta
att göra med att olika material utvidgas/ expanderar olika
mycket när de utsätts för värmepåverkan. Skillnaden i
expansion mellan stål och aluminium är betydligt större
än skillnaden i expansion mellan koppar och aluminium.
Vad som händer är att aluminiumplåten ”reser” sig från
stålröret med följd att kontakten mellan rör och fläns försämras, eller om man så vill – värmeeffekten från produkten minskar. Dessutom blir dessa typer av konstruktioner känsliga för hur produkten behandlas i produktionen,
leveransen och vid monteringen.
En metallurgisk förbindning (konstruktion nr. 3) ger de
flesta fördelarna. Materialutvidgningen blir helt jämn, risken för korrosion är minimerad och det går inte att försämra kontakten mellan rör och fläns p.g.a. hantering i
samband med produktion, transport eller montering.
1
2
Expansionskoefficienter för olika material:
Aluminium24
Koppar
16
Stål
12
3
4
Av detta framgår att det är direkt tekniskt fel att på mekanisk väg förbinda de olika metallerna eftersom detta leder
till effektförluster i produkten. Detta under förutsättning
att den punktvisa kontakten mellan rör och fläns inte är
oändligt många räknat i antal kontaktpunkter. Är den
punktvisa förbindningen utförd med för långt avstånd
kommer aluminiumplåten (strålningsytan) att resa sig från
stål- eller kopparröret, vilket i sin tur ger upphov till effektförluster. Att mekaniskt förbinda ett stål­rör med en aluminiumplåt ger givetvis den sämsta termiska kontakten.
5
6
7
Exempel:
Förutsättning: Ett stålrör förbinds mekaniskt (punktvis)
varje meter med en aluminiumfläns.
VS: 80/60 °C
Rum: 20 °C
Resultat: Aluminiumflänsen kommer att resa sig 0,6 mm
från stålröret d.v.s. kontakten kommer enbart att bli
punktvis och också bli det enda ställe på produkten där
en effektiv värmeöverföring kommer att ske.
Galvanisk korrosion
Denna problematik blir mer aktuell i ett kylfall vid användandet av kyltak där man riskerar kondensering vid vissa
tillfällen på året. Det kan dock bli aktuellt i värme­fallet vid
hög fukthalt i luften i lokalen eller där man behöver renspola produkterna i synnerhet när dessa inte är utsatta
för värmepåverkan. För att utröna hur stor risken är i
dessa fall kan man se i tabellen på nästa sida.
Även här kan kontakten mellan rör och fläns minska vid
ovarsam hantering.
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
39
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Standardpotentialserier
relativt normalvätgaselektroden
Me/Men+
3
+1,20V
+0,57/Pt/PtO)
Ag/Ag+
+0,80V
+0,22(Ag/AgC1)
Ti +0,37V
Cu/Cu2+
+0,34V
+0,05(Cu/Cu2O)
Ag +0,30V
H2/H+
±0,00V
-0,414(H2/H2O)
Cu +0,04V
Pb/Pb2+
-0,13V
-0,27(Pb/PbCl2)
Ni -0,03V
Ni/Ni
4
-0,25V
-0,30(Ni/NiO)
Pb -0,27V
Fe/Fe
-0,44V
-0,46(Fe/FeO)
Fe -0,40V
Zn/Zn2+
-0,76V
-0,83(Zn/ZnO)
Al -0,53V
Ti/Ti
-1,63V
-0,50/Ti2O3/TiO2)
Zn -0,76V
-1,67V
-1,90(Al/Al2O3)
2+
5
Pt +0,47V
2+
2+
Al/Al
3+
Standardpotentialserier (elektrokemiska spännings­serier)
och galvanisk serie för några vanliga metaller.
6
Galvanisk korrosion uppstår p.g.a. sammankopplingen
av två metaller med olika elektrodpotential. Vad som
händer är att det utfälls aluminiumhydroxid (ser ung. ut
som mjöl) på aluminiumet närmast röret. Denna beläggning hindrar då effektivt värmen från att nå ut från röret
till flänsen (strålningsytan) vilket i sin tur ger upphov till en
effektförlust på takvärmaren. Förutsättningen för denna
process är att det lyckas tränga in fukt mellan de olika
materialen.
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1,0
Me/MexZy, pH7
Pt/Pt
2+
2
Galvanisk serie i 3-procentig
NaCl relativt normalvätgaselektroden
Av tabellen framgår det att man definitivt bör undvika
mekaniska förbindningar mellan koppar och alu­minium
men även mellan stål och aluminium.
I vissa typer av lokaler där man förväntar sig en hög fuktighetshalt vissa perioder, eller i de fall man av hygieniska
skäl önskar att renspola produkterna, bör man undvika
produkter med en mekanisk kontakt (konstruktion 1).
Lyckas det tränga in fukt mellan koppar­röret/stålröret och
aluminiumflänsen är det risk för galvanisk korrosion.
3. Optimering av takvärmaren
Hur väl värmeöverföringen mellan rör och fläns är samt
hur väl flänsen förmår att leda ut värmen kan beskrivas
med begreppet flänsverkningsgrad. Flänsverknings­
graden är ett mått som beskriver förlusten i värmeöverföring i en fläns p.g.a. ojämnheter i effektfördelningen över
flänsens yta.
0,9
Fin efficiency, F
1
0,8
0,7
UL
d
W
0,6
0
0,5
1,0
( kδU (
1/2
L
1,5
W-D
2
Flänsverkningsgrad för rör och fläns i homogen kontakt.
D: Rördiameter, yttre.
d : Flänstjocklek
w: c/c avstånd rörrader
UL: Värmebelastning totalt per ytenhet W/m²  °C – är ca. 11
vid frihängande montage
k: Värmekonduktivitet (Värmeledningstal)
Av formeln framgår att en ökad flänsverkningsgrad kan
uppnås genom:
1. Att använda material med hög värmelednings­förmåga.
2. Tjockare fläns.
3. Ökning av rördiametern (uttrycket för
flänsverkningsgraden tar dock inte hänsyn till att
en ökning av rördiametern sänker Reynolds tal och
ökar risken för omslag till laminär strömning vilket
avsevärt skulle försämra värmeövergången mellan
vattnet och rörväggen).
4. Att minska c/c avstånd mellan rörraderna.
Denna flänsverkningsgrad går att teoretiskt räkna ut.
Detta gör att man genom detta också kan optimera flänstjocklek, c/c avstånd mellan rörraderna, ingående material och rördiameter.
Observera! Diagrammet gäller vid perfekt (homogen)
kontakt mellan rör och fläns.
18
19
40
D
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Värmeledningsförmåga
För att besvara punkt 1 i förra stycket behöver man veta
värmekonduktiviteten för de metaller som kan bli aktuella.
Material
Värmekonduktivitet (W/m K)
Aluminium 218
Koppar385
Stål84
Silver420
Guld300
Tenn65
Nickel88
Vissa av dessa metaller kan man direkt bortse från av
kostnadsskäl. De metaller som kan bli aktuella i flänsen är
som tidigare nämnts – aluminium, koppar eller stål. Orsaken till att man väljer aluminium framgår av nedanstående
tabell.
Material/Egenskap
Vikt
Hållfasthet
Aluminium
1 kg*
1 N/m²
Koppar
2 kg
0,6 N/m²
Stål
4 kg*
6 N/m²
*) Index = 1 för Al. Tabellen gäller för att uppnå samma
flänsverkningsgrad d.v.s. vid kompenserad flänstjocklek.
En ytterligare anledning att använda aluminium är att
denna har en mycket god yttre korrosionsbeständighet.
Några exempel:
Hur påverkas flänstjockleken om man använder koppar
respektive stål istället för aluminium och om man håller
flänsverkningsgraden konstant?
Koppar:Flänstjockleken kan i stort sett halveras för att
uppnå samma verkningsgrad.
Stål:Flänstjockleken behöver öka med en faktor­2,5.
Rördelning
Rördelningen har betydelse för den värmeeffekt man
uppnår på produkten. Ju tätare rördelning desto ­jämnare
yttemperatur och därmed högre effekt, eller om man
så vill, desto mindre värmeyta behöver man installera i
lokalen. Det mest optimala för värme­avgivningen skulle
m.a.o. vara att enbart installera varma rör i taket. Av kostnadsskäl, material + installation, låter sig detta inte göras.
Det gäller istället att räkna ut vilken rördelning som är
optimal utan att förlora för mycket värmeeffekt.
4. Hur väl testad är produkten?
1
I de fall produkten är testad av oberoende test­institut kan
man få klara bevis för produktens kvalitet och livslängd.
Lindab Comforts takvärmare har genomgått många
extrema tester. Här följer ett urval av dessa:
2
1. Produkterna har legat oskyddade utomhus under tio års
tid (då i egenskap av solfångare) för att konstatera
ev. korrosionsrisker.
3
2. Expansionstester. Man har vid upprepade till­
fällen utsatt ytorna för 200 °C temperatur och
sedan chockat ytorna med 10 °C vatten för att se
om skillnaden i expansion mellan kopparröret och
aluminium­flänsen påverkar produkten.
4
3. Trycktester. Under 5.000 cykler har man tryck­testat
produkterna med ett tryck av 10-12 bar för att utröna
materialutmattning och upptäcka ev. sprickbildningar
i konstruktionen.
6
5
7
De två sistnämnda testerna är utförda vid Statens Provningsanstalt. Inte i något fall har man kunnat upptäcka
några som helst kvalitetsförsämringar på produkten.
8
5. Enkelhet vid montering
Kan man tillverka en produkt med låg vikt som sam­tidigt
är stabil till sin konstruktion kommer man att få en lägre
totalkostnad (produktpris + in­stal­lationskostnad) än vad
som annars är fallet. Materialvalet blir återigen avgörande
för hur väl man lyckas, men även produktens uppbyggnad och sammansättning får givetvis betydelse. En låg
vikt ger också fördelar i form av en lägre belastning på
takkonstruktionen.
6. Flexibilitet
Med flexibilitet menas hur väl produkten kan anpassas
efter nya indelningar i den befintliga lokalen. Flexibiliteten
får stor betydelse för fastighetsägare som under byggnadens livstid kommer att hyra ut den till flera hyresgäster
eller där förändringar i lokalens layout kan komma att ske.
Klimatsystemet skall inte sätta begränsningar för vilken
typ av verksamhet lokalen är tänkt att användas för. Har
lokalen använts som lager skall inte klimatsystemet vara
ett hinder för att förändra lokalen för att passa en tillverkande industri där man exempelvis vill för­ankra maskiner i golvet. Produkterna skall enkelt kunna flyttas i taket
och omfördelas där man bäst behöver dem. En förutsättning för detta är pre­fabricerade enheter som är enkla att
ansluta och sammankoppla.
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
41
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
7. Finishen på produkten
1
När det gäller finishen får främst ytbehandlingen betydelse. En automatiserad produktion med ett väl utfört förarbete tillsammans med en brännlackerad yta ger en hög
kvalitet på finishen.
2
8. Strukturen på produkten
3
För att erhålla avsedd effekt från takvärmaren skall ytan
vara slät för att förhindra onödiga luftrörelser (konvektion). Andelen strålning skall ju vara så hög som möjligt
för att nå avsedd effekt – både komfortmässigt och ur
driftskostnadssynpunkt. Isoleringen på ovansidan skall
vara så bra att värmeeffekten koncentreras till under­sidan
av takvärmaren.
4
5
Produkter i helaluminium
Dessa typer av produkter där både röret och flänsen är av
aluminium är sällan förekommande. Detta beror på den
uppenbara korrosionsrisken som uppträder när ­
vatten
leds i ett aluminiumrör.
6
7
8
9
10
11
Korrosionen benämns gropfrätning eller punktfrätning
och uppkommer alltid och mycket fort, när vatten leds
i aluminium, man räknar läckagerisken i dagar. För att
häva denna typ av korrosion tillsätter man i vattnet s.k.
inhibitorer, d.v.s. olika typer av kemikalier för att bromsa korrosionsförloppet. Problemet med inhibitorerna
är att de kontinuerligt förbrukas och därför måste man
också lika konti­nu­erligt tillsätta nya för att häva korro­
sionsrisken. Om halten av inhibitorer blir alltför låg kan
inhibitorn göra mer skada än nytta, d.v.s. påskynda
korro­sions­processen.
12
13
14
15
16
17
18
19
42
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Kapitel V
Placering av takvärmare
Grundregeln vid placering av takvärmare i ett rum eller en
lokal är att fördelningen av takpaneler bör vara så jämn
som möjligt. Panelerna bör dessutom placeras i förhållande till de omgivande ytornas värme­förluster, d.v.s. en
större andel värmeavgivande yta bör läggas vid fasadoch fönsterytor för att dels täcka värme­förlusterna och
dels värma upp fönsterytorna för att motverka eventuellt
kallras.
Vid val av ventilationssystem eller placering av luftdon
behöver ingen hänsyn tas till takvärme­systemet. Takvärmen ger i sig inte upphov till några luft­rörelser. Ref. [10]
och [11] har undersökt luftrörelser i rum med takvärme.
I sammanfattning gavs resultatet att det förekommer
ytterst små luft­rörelser i dessa rum. Det är endast i närheten av en kall yttervägg som luft­hastigheter överstigande
0,03 m/s kan registreras. De luft­hastigheter som normalt
förekommer i ett rum, 0,1-0,2 m/s, orsakas av ventilation och konvektiva luft­rörelser vid människor och varma
apparater.
Här intill ges anvisningar för hur en ideal placering av värmepanelerna bör vara. I verkligheten finns det dock ofta
hinder för att placera takvärmarna idealt. Det kan vara
takbalkar eller andra konstruktioner i taket, belysningsarmaturer eller andra installationer som lägger ­hinder i
vägen. Dessutom kan man spara på kostnader för rördragning genom att förenkla fördelningen av värme­
paneler och därmed ej uppnå en ideal placering.
Mot yttervägg utan fönster bör panelen närmast
väggen läggas enligt följande:
Med angivet avstånd från yttervägg vid olika tak­höjder
erhålls en fördelning av värmestrålningen på c:a 60-70 %
mot ytterväggen och c:a 30-40 % mot g
­ olvet vilket motsvarar den ungefärliga fördelningen av trans­
missions­
förluster längs en yttervägg och yttre och inre randzon på
golv som täcks av en takvärmepanel/värme­strips. Strips
eller paneler behöver normalt sett inte vinklas för att rikta
värme­
strålningen mot t.ex. yttervägg. Normal delning
mellan takvärmarna enligt nedan förutsätts.
1
2
3
4
Mot en yttervägg med fönster: Om ytterväggen innehåller normala eller stora glasytor kan paneler­na läggas
närmare väggen.
5
En förtätning av värme­effekten bör göras för att minska
risken för eventuellt kallras och för att uppnå erforderligt
värde på operativtemperatur. Vid mindre fönster behöver
en förtätning sällan ske. Tumregler är svåra att ge i dessa
fall då variationer i fönsterstorlekar och byggnadsutformning är stora.
6
7
Delning mellan paneler/strips framgår av nedan­stående
diagram. I diagrammet är rekommende­
rade delningar
mellan paneler/strips presenterade som funktion av
installationshöjden. Med rekommenderad delning erhålls
en värmestrålning som är lika stor mitt emellan takvärmarna som mitt under dem, d.v.s. värmestrålningen blir
så jämnt fördelad som möjligt.
Det är då viktigt att påpeka att anvisningarna nedan är
rekommenderade värden. Går det ej av praktiska skäl
att uppnå rekommenderade värden, och avvikelsen från
dessa är stor, bör dock en kontakt tas med oss för att
kontrollera att det inte blir några problem.
Är av­vikelsen mindre går det sannolikt bra i de flesta fallen. Människan är inte så känslig att den upplever obehag
vid de små skillnader i värmestrålning som skulle uppstå
om den rekommenderade delningen inte kan uppnås.
Följande tumregler bör man eftersträva att följa för att
erhålla en så jämn fördelning av värmestrål­ningen som
möjligt.
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
43
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Kapitel V
1
Placering av takvärmare
2
7
3
6
Avstånd från ytterväggen [m]
4
5
6
7
5
4
3
2
1
8
0
3
4
5
6
9
7
Installationshöjd [m]
8
10
15
Rekommenderat avstånd mellan takvärmaren närmast yttervägg och yttervägg (utan fönster).
10
11
10
9
12
14
15
16
17
18
19
44
Rekommenderad delning [m]
13
8
7
6
5
4
3
2
1
0
3
4
5
6
7
Installationshöjd [m]
Rekommenderat avstånd mellan paneler vid takvärme.
Rätt till ändringar förbehålles
8
9
10
30
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Kapitel VI
Oftast utgår man från en vald temperaturnivå och
bestämmer sedan, precis som för konventionella värme­
system, antal och storlek på takvärmepanelerna för att
täcka det dimensionerande värmeeffektbehovet (se kapitel VII). Antal och storlekar skall givetvis kombineras så
att takvärmepanelerna fördelas på lokalens yta (se kapitel
V). Dessutom skall strålningstemperaturasymmetri och
riktad operativ temperatur kontrolleras om dessa värden
är föreskrivna.
Temperatur och erforderlig
installationshöjd
Temperaturen på takvärmarna, d.v.s. temperaturen i
värmesystemet, påverkar effektavgivningen, vilket vi tar
upp i kapitel VII, men det påverkar också upplevelsen av
värmen från takvärmarna. Frågan ”Blir det för varmt på
huvudet?” är vanlig. I detta kapitel går vi igenom förutsättningarna för hur takvärmarens temperatur och installationshöjd påverkar klimatupplevelsen.
1
2
3
När fördelningen av takpaneler är gjord baserat på värmeeffektbehovet, lokalens geometri och med hänsyn
till inredning och övriga installationer bör en kontroll av
strålningstemperaturasymmetrin (STA) göras. STA definieras som skillnaden i plan strålningstemperatur på
ömse sidor om en liten plan yta (se även kapitel I). Plan
strålningstemperatur beräknas med hjälp av uppmätta
yttemperaturer och vinkelfaktorer eller mäts med en strålningstemperaturmätare. STA mäts i ett plan 0,6 m över
golv vid sittande aktivitet eller 1,1 m över golv vid stående
aktivitet. Svenska Inneklimatinstitutet, ref. [8], samt ISOnormen 7730 anger STA till maximalt 5 °C vid takvärme.
Det är bl.a. byggnadens installationer och värmekälla,
antal och storlek på takpaneler, takhöjd, strålnings­
temperaturasymmetri och operativ temperatur som
påverkas av eller påverkar temperatur­nivån. Det är i sammanhanget viktigt att påpeka att det inte behövs högre
temperaturnivå i värmesystemet ju högre tak­höjden är.
Orsaken till detta redovisas i kapitel II.
4
5
6
7
8
9
10
11
4,0
3,5
12
3,0
Lägsta installationshöjd [m]
Panelbredd
2,5
100cm
87cm
2,0
73cm
13
14
60cm
1,5
46cm
15
33cm
1,0
16
0,5
17
0,0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Medelyttemperatur takvärmepanel [°C]
Lägsta installationshöjd för takvärmare vid strålningstemperaturasymmetri på 5 °C. Takvärmarens längd 3,6 m.
Rätt till ändringar förbehålles
18
19
45
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
STA beräknas normalt rakt under en takvärmare och
beror på installationshöjden, yttemperaturen och storleken på takvärmaren samt på övriga omgivande ytors
temperaturer. För att undvika omfattande beräknings­
arbete redovisas nedan diagram som anger lägsta til�låtna installationshöjd för att STA inte skall överstiga 5 °C.
De olika kurvorna anger olika bredd på tak­panelerna. De
olika diagrammen gäller för olika längder på takpaneler
(3,6 m och 10 m). Vid presentationen av dessa kurvor gäller som förutsättning att alla övriga om­givande ytor antas
ha samma temperatur.
1
2
3
4
Så är sällan fallet i verkligheten. STA kommer i det flesta
fall vara gynnsammare. Normalt finns ett eller flera kalla
fönster och golvet är oftast varmare än om­givande väggar vid takvärme. Detta gör emellertid att STA minskar då
fönstret/ena oftast befinner sig över mätplanet och därmed kompenserar för det varma takpanelerna. Det varma
golvet bidrar också till att höja den plana strålningstemperaturen under mätplanet vilket minskar STA. Sammantaget kommer STA att vara mindre än 5 °C om takvärmarna installeras på den höjd som anges i diagrammen.
Det är i sammanhanget viktigt att påpeka att vi talar om
dimensionerande värmetemperaturer som, statistiskt,
inträffar några enstaka dagar per år. Under större delen
av året är STA vid takvärme mindre än 5 °C.
5
6
7
8
Sammanfattningsvis kan man konstatera att ju mindre yta (kortare och/eller smalare) panelerna har desto
lägre kan de monteras utan att överskrida angiven
strålningstemperaturasymmetri.
I ref. [1] gjordes hudtemperaturmätningar och regi­strering
av upplevd komfort hos 15 försökspersoner vid vistelse i
rum med takvärme. Sammanfattningsvis kan man konstatera att man inte kunde uppmäta någon större skillnad
i hudtemperatur på huvud jämfört med övriga kroppen
än vad som är normalt. Vad gäller komfortupplevelsen
så fanns det små skillnader i komfort­angivelsen mellan
huvud och fötter. Skillnaden var dock inte större än andra
värmesystem skulle ge upphov till.
Vid egna mätningar av strålningstemperatura­
symmetri
har värdena hamnat mellan 1,0-5,5 °C i olika lokaler, t.ex.
skola, barndaghem, bilhall, kontor och industrilokal. De
flesta värdena ligger runt 2-3 °C. Det högre värdet (5,5°
C) uppmättes i en verkstad med port som öppnades frekvent och därmed sänkte golvtemperaturen.
9
7,0
11
6,0
12
5,0
13
14
15
16
17
Lägsta installationshöjd [m]
10
Bredd
takvärmare
100cm
87cm
4,0
73cm
60cm
3,0
46cm
33cm
2,0
1,0
0,0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Medelyttemperatur takvärmepanel [°C]
Lägsta installationshöjd för takvärmare vid strålningstemperaturasymmetri på 5 °C. Takvärmarens längd >10 m.
18
19
46
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
I diagrammen nedan redovisas den operativa
tempera­
turen som funktion av installationshöjden.
De visar fall med lufttemperatur på 10 respektive 15 °C.
Väggar och tak antas ha samma temperatur som luften
medan golvet värms upp till en temperatur på c:a 2 °C
över lufttemperaturen. De olika kurvorna representerar
0,6 m resp 1,2 m bredd på takvärmaren vid två olika systemtemperaturer, 55/45 resp 80/60 °C.
Zonuppvärmning
Takvärme har en speciell fördel vid uppvärmning av en
del eller en zon i en lokal. Då kan man hålla en låg lufttemperatur i lokalen och lokalt höja den operativa temperaturen på den plats där människor arbetar/vistas. Den högre
temperaturen på dels takvärmaren och dels uppvärmningen av golvet medför att den operativa temperaturen
kan höjas en bra bit över lufttemperaturen.
1
2
3
4
Operativ temperatur vid zonuppvärmning
5
21,00
Temperaturer:
Luft:
15° C
Väggar: 15° C
Tak:
15° C
Golv:
17° C
Operativ temperatur [°C]
20,00
6
7
19,00
Bredd takvärmare/systemtemperatur
8
18,00
1,2 m/80-60° C
1,2 m/55-45° C
17,00
9
0,6 m/80-60° C
0,6 m/55-45° C
16,00
15,00
2,0
10
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
11
Installationshöjd [m]
12
17,00
13
16,00
Temperaturer:
Luft:
10° C
Väggar: 10° C
Tak:
10° C
Golv:
12° C
Operativ temperatur [°C]
15,00
14,00
Bredd takvärmare/systemtemperatur
13,00
1,2 m/80-60° C
1,2 m/55-45° C
12,00
0,6 m/80-60° C
0,6 m/55-45° C
11,00
10,00
14
15
16
17
18
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
Installationshöjd [m]
Rätt till ändringar förbehålles
19
47
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Kapitel VII
1
Effekt och energi
2
Vid beräkning av dimensionerande värmeeffekt­behovet
beräknas som tidigare nämnts först byggnadens olika
byggnadsdelar vad gäller area och värme­genom­gångs­
tal, Up-värde, och därefter Umedel. Detta beräknas på
normalt sätt enligt gällande byggregler BBR 94, Värme­
isolering (Boverket) och Svensk Standard (SS 02 42 02
och SS 02 42 30).
3
4
När sedan dimensionerande utetemperatur (DUT) skall
bestämmas bör metoden beskriven i Svensk Standard
(SS 02 43 10) användas för att undvika att värmesystemet
överdimensioneras. Metoden bygger på att man tar hänsyn till rummets/byggnadens individuella tidskonstant,
d.v.s. värmelagringsförmåga, och på så sätt räknar ut en
DUT för varje byggnad eller rum.
5
6
7
När man beräknar värmeeffektbehovet i en ny byggnad
kan man normalt anta en till två grader lägre inomhustemperatur för takvärme än normalt. Denna sänkning är
dock endast ett erfarenhetsvärde och vid projektering
bör kontroller göras på känsliga delar av byggnaden vad
8
avser operativtemperaturer eller andra föreskrivna klimatfaktorer som är temperaturberoende.Att en temperatursänkning normalt sett är möjlig beror som tidigare nämnts
på att värmestrålningen från taket värmer upp omgivande
ytor som t.ex. golv, väggar och inredning. Människan
upplever då att värmeutstrålningen från kroppen minskar,
och för att behålla rätt komfort kan rumsluftens temperatur sänkas ungefär lika mycket som omgivande ytors
medeltemperatur har höjts. Detta gäller under förutsättning att övriga klimatfaktorer hålls på en konstant nivå
och att lufthastig­heten inte överskrider 0,15 m/s.
Så fort man inför en värmekälla i ett rum och håller en
temperatur över utomhustemperaturen så kommer det
att uppstå en temperaturgradient i rummet p.g.a. densitetsskillnader mellan varm och kall luft. Gradienten är inte
lika stor överallt. Det är speciellt i närheten av golv och
tak men även ytterväggar som gradienten kan vara olinjär.
I övriga delar av ett rum är temperaturgradienten oftast
närapå linjär. Temperaturgradientens storlek varierar med
läget i rummet, rumsytornas tempera­tur, rummets ventilation, rummets storlek, värmarnas mängd och placering,
ofrivillig ventilation, rummets möblering samt verksamheten i rummet, ref. [12]. Som synes är det en mängd faktorer som på­verkar, varav dock en hel del av dem oftast har
liten eller mycket liten inverkan på temperaturgradienten.
9
10
11
P =P +P +P
dim
12
t
ov
Effektbehov p.g.a. ofrivillig ventilation, P , antas
normalt till följande värden:
v
ov
där P = Effektbehov p.g.a. transmission
t
P = Effektbehov p.g.a. ofrivillig ventilation
ov
13
– Nyare bostäder: 0,2-0,4 oms/h
P = Effektbehov p.g.a. ventilation
v
14
Tillförd effekt som genererats internt i lokalen eller
­rummet tas normalt inte med i beräkningen om den
inte kan betraktas som en konstant verkande värmekälla.
15
Effektbehov p.g.a. transmission beräknas enligt:
16
P = Σ U × A × ∆t
t
i
i
i
v
U = U värdet för varje byggnadsdel (W/m  °C)
p
∆t = Temperaturdifferensen för varje byggnadsdel,
d.v.s. hänsyn tas till temperaturgradi­enten vid
beräkning av varje byggnadsdel. Man behöver
inte ta hänsyn till tempera­turgradienten vid låga
takhöjder (c:a 2,5- 3,5 m).
i
18
19
48
– Nyare kommersiella eller offentliga lokaler:
0,1-0,3 oms/h
P = q × ρ × c × ∆t
i
2
17
– Äldre kommersiella eller offentliga lokaler:
0,3-0,5 oms/h
Effektbehov p.g.a. ventilation beräknas enligt:
i
A = Arean för varje byggnadsdel (m2)
i
– Äldre bostäder: 0,4-0,6 oms/h
p
där q
v
= luftflöde uteluft (m3/s)
ρ
= luftens densitet (kg/m3)
c
= luftens värmekapacitivitet
p
∆t = t emperaturdifferens mellan uteluftens
temperatur och inblåsningstemperatur.
v
Beräkningen av dimensionerande effektbehov för uppvärmning görs enligt ovanstående formel.
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Ett takvärmesystems inverkan på temperaturgradienten
är gynnsam. Omgivande rumsytor värms upp av värmestrålningen och avger i sin tur värme dels genom strålning (sekundär) till andra ytor och dels konvektivt till luften. Detta medför sammantaget att luften kommer att
värmas upp på ett mycket jämt fördelat sätt mot i stort
sett alla rummets ytor. Resultatet blir en, relativt sett, liten
temperaturgradient.
Som antyds ovan är det fler faktorer än värme­systemet
som påverkar temperaturgradientens storlek. Därför
är gradienten olika stor från lokal till lokal beroende på
lokalens förutsättningar. I de mätningar vi själva utfört ligger temperaturgradienten i lokaler med takvärme mellan
2,8 m och c:a 7 m takhöjd på 0,3-1,0 °C/m med tyngdpunkten på 0,4-0,5 °C/m.
I ref. [12] anges värden för andra värmesystem hämtat
från internationell litteratur:
– radiatorsystem: 1-2 °C/m
– konvektiv uppvärmning: 2-3 °C/m
Vid högre takhöjder spelar som tidigare nämnts temperaturgradienten en inte oväsentlig roll vid beräkning av
dimensionerande värmeeffektbehov. I rum med normal
takhöjd (ca. 2,5 m) spelar temperaturgradienten naturligtvis relativt liten roll för effektbehovet. Nedan visas exempel på hur stor inverkan temperaturgradienten har i olika
fall vid relativt höga takhöjder. Värdena nedan är teoretiskt beräknade och bygger på följande exempel:
En hall i Göteborgstrakten, DUT10= -10 °C, med en golvarea på 500, 100 resp 2000 m² och med en fönster­area
på 10 % av golvarean.
Up-värden för väggen är 0,2, för taket 0,2 och för golvet
0,3 W/m²,  °C.
Fönstrens Up-värde är satt till 2,0 W/m², °C. Ofri­villig
ventilation är antagen till 0,3 oms/h. Värmeeffektbehovet
avser enbart transmission och ofrivillig ventilation
Effektbehovet för varje rad är indexerad mot fallet rumstemp/gradient: 20 °C/ 0,0 °C/m för respektive rad. Siffrorna kan bara jämföras sinsemellan på samma rad.
Relativt värmeeffektbehov
1
Energibehovet för uppvärmning kommer av tre faktorer;
transmission, ventilation och ofrivillig ventilation. Transmissionen står normalt för c:a 20-50 % och ventilation
inklusive ofrivillig ventilation för mellan 50-80 %. I en fastighet som uppvärms till normala inomhustemperaturer
(ca. 20 °C) anger man ofta som tumregel att man spar
ca. 5 % av energiförbrukningen per grads sänkning av
inom­hustemperaturen.
2
3
Inomhustemperaturen kan normalt sänkas en till två
grader med ett takvärmesystem utan att den operativa
temperaturen sänks under den tillåtna, ref. [4]. Till detta
kommer effekten av att temperaturgradienten blir lägre
vid takvärme än vid konventionella uppvärmningssystem.
Dessa två faktorer gör att förlusterna minskar vid transmission (särskilt genom taket) men speciellt för ventilation och ofrivillig ventilation. I ref. [3] uppges att skillnaden
i uppmätt energiförbrukning mellan ett takvärmesystem
och ett radiatorsystem är 2-7 % till takvärmens fördel. I
en litteraturstudie, ref. [4], uppges uppmätta energibesparingar i olika lokaler till 6-30 % med takvärme.
4
En teoretisk jämförelse av energiförbrukningen mellan
olika system illustrerat som olika temperaturer och olika
temperaturgradienter redovisas på sid 4:33. Samma lokal
och förutsättningar som vid jäm­för­elsen med dimensionerande effektbehov ovan har använts. Energiförbrukningen har beräknats med graddags­metoden. Angiven
temperaturgradient antas uppstå vid dimensionerande
utetemperatur (-10 °C) och därefter sjunka linjärt till noll
när utetemperatur och rumstemperatur är lika.
8
Energibehovet för varje rad är indexerad mot fallet rumstemp/gradient: 20 °C/ 0,0 °C/m för respektive rad. Siffrorna kan bara jämföras sinsemellan på samma rad. (se
tabell 1)
Relativt värmeenergibehov
Av tabellen kan man se att skillnaden mellan olika värme­
system, alternativt temperaturförhållande, ger en skillnad
i energiförbrukning som ungefär motsvarar de uppmätta
besparingar som takvärme ger upphov till i referenserna ovan. Att storleken på energibesparingen varierar är
uppenbart och beror givetvis på förutsättningarna. Men
helt klart är att ett takvärmesystem medför en energiförbrukning som definitivt är lägre än för de flesta andra värmesystem. (se tabell 2)
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
49
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Tabell 1 – Relativt värmeeffektbehov
1
Rumstemp./gradient (°C resp. °C/m)
2
3
4
5
Area (m²)
Takhöjd (m)
20/0,0
20/0,5
20/2,0
18/0,5
18/0,2
500
5
10
1,00
1,00
1,04
1,08
1,17
1,33
0,96
1,01
1,09
1,26
1000
5
10
1,00
1,00
1,04
1,09
1,18
1,35
0,97
1,02
1,10
1,28
2000
5
10
1,00
1,00
1,05
1,09
1,18
1,35
0,97
1,02
1,11
1,29
Tabell 2 – Relativt värmeenergibehov
Rumstemp./gradient (°C resp. °C/m)
6
7
8
Area (m²)
Takhöjd (m)
20/0,0
20/0,5
20/2,0
18/0,5
18/0,2
500
5
10
1,00
1,00
1,04
1,09
1,17
1,34
0,89
0,94
1,01
1,18
1000
5
10
1,00
1,00
1,04
1,09
1,17
1,34
0,89
1,94
1,01
1,18
2000
5
10
1,00
1,00
1,04
1,09
1,17
1,34
0,89
0,94
1,01
1,18
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
50
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Kapitel VIII
Utsläpp av olika ämnen
1
Miljö och återvinning
3
15
4
10
5
Avfall
(kg/kg)
SO2
(g/kg)
NOx
(g/kg)
HC
(g/kg)
0
CO
(g/kg)
5
6
LCA-värden förpackningar utan återvinning
7
8
30
Stålplåt
25
9
Aluminium
20
10
15
10
11
Avfall
(kg/kg)
0
SO2
(g/kg)
5
NOx
(g/kg)
I ref. [20] redovisas livscykelanalyser (LCA) för olika förpackningsmaterial som t.ex. aluminium och stålplåt.
Nedan redovisas en jämförelse mellan dessa material
dels utan återvinning och del med 70-75 % återvinning.
De redovisade värdena är ej översättbara till Lindab
Comforts takvärmeprodukter då en LCA bara gäller för en
specifik produkt och dess speciella förutsättningar under
dess livstid. De absoluta värdena är alltså inte applicerbara på Lindab Comforts produkter.
Aluminium
20
HC
(g/kg)
Vid rivning av en byggnad där Lindab Comforts takvärmeprodukter finns installerade kan det metalliska materialet
i dessa återvinnas till 100 %. Aluminium och koppar är
visserligen metalliskt förbundna i tillverknings­processen
och kan inte separeras, men återvinning är ändå möjlig.
Tak­värmarna pressas ihop i paket om c:a 20 × 20 cm och
används inom metallindustrin som legeringstillsatser i olika aluminiumkvaliteter. I varje paket är ju andelen koppar
väl definierad då varje centimeter av en panel innehåller
lika många procent koppar.
25
CO
(g/kg)
Lindab Comforts takvärmesystem består ute­
slutande
av koppar, aluminium och en isolerskiva av expanderad
polystyren samt en liten mängd tennlod. Allt ingående
material exklusive isolerskivan är till 100 % återvinningsbart. Redan idag går allt skrot från produktionen till
återvinning.
Stålplåt
CO2
(kg/kg)
Om aluminium dessutom återvinns i allt högre utsträckning kommer miljöbelastningen från tillverkningsdelen att
minska i motsvarande grad.
2
30
CO2
(kg/kg)
Livscykelanalyser (LCA) som har gjorts för aluminium­
produkter visar på många gemensamma drag. Materialets tillverkningsdel (brytning, anrikning och produktion)
får förhållandevis höga belastningstal för både energi
och miljö. I produkt-användningsdelen får man i jäm­
förelse med andra material ett omvänt förhållande. Den
belastning som aluminiumprodukter ger vid tillverkningsdelen uppvägs ibland helt av den lägre miljö­påverkan i
användningsdelen.
LCA-värden förpackningar med 70-75 % återvinning
Vad vi vill visa med diagrammen på denna och nästa
sida är dock att belastningen på miljön minskar dramatiskt med en god återvinningsgrad samt att aluminium
är miljömässigt likvärdigt stålplåt vid 70-75 % återvinningsgrad. Idag är återvinningsgraden låg vid rivning av
ett hus, men i framtiden kommer sannolikt utvecklingen
på detta området att gå snabbt och då är återvinningsgrader på 70-75 % inte ovanliga. Av den anledningen kan
man med stor säkerhet anta att Lindab Comfort-produkter som installeras idag kommer att återvinnas den dag
huset de sitter i skall rivas eller byggas om.
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
51
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Användning av olika energislag
1
2
70
60
50
40
30
20
10
0
3
4
5
Stålplåt
70
60
50
40
30
20
10
0
Aluminium
Termisk energi
(MJ/kg)
Elenergi
(MJ/kg)
LCA-värden förpackningar utan återvinning
Stålplåt
Aluminium
Termisk energi
(MJ/kg)
Elenergi
(MJ/kg)
LCA-värden förpackningar med 70-75 % återvinning
6
Referenser
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
[1]
Adamsson/Löfstedt; Takvärme, Temperaturfördelning och behaglighet; Statens institut för
byggnadsforskning, Rapport R12:1971, 1971
[2]Lind/Olsson; Klimatmätningar i skolor med elektrisk takvärme och fläktstyrd frånluftsventilation;
Statens institut för byggnadsforskning, Rapport
R40:1972, 1972
[3
Johansson/Pettersson; Takvärme – energiförbrukning och inomhusklimat; Statens institut för
byggnads­forskning, Rapport R12:1984, 1984
[4]Brännvall; Takvärme – kritisk granskning av olika
uppvärmningssystem, litteraturstudie; KTH Inst.
för Värme och Ugnsteknik, Stockholm 1977
[5]
Jacobsson/Lindgren; Kallras vid fönster – en
förstu­
die; Wahlings installationsutveckling AB,
Stockholm 1982
[6]
Peterson; Kallras vid konvertering; KTH Inst.
för uppvärmnings- och ventilationsteknik,
A4-serien nr 140, Stockholm 1991
[7]Al-Bazi; Klimat och byggnader nr 1/1989; KTH
Inst. för uppvärmnings- och ventilationsteknik,
Stockholm 1989
[8]
SCANVAC, Klassindelade inneklimatsystem,
rikt­
linjer och specifikationer; Svenska Inne­
klimat­insti­tutet, Riktlinje­serien R1
[9]Allard/Inard/Simoneau; Experimental study and
numer­ical simulation of natural convection in a
room with heated ceiling or floor; ROOMVENT
‘90 Engineering Areo- and Thermodynamics of
Ventilated Room, second international conferens, Oslo 1990
[10]
Krause; Die konvektive Wärmeabgabe von
Heiz-decken; Gesundheiz-ingenieur nr 10 och
11, 1959
[11]Müllejans; Uber die Ähnlichkeit der nichtisotermen strömung und den Wärmeübergang in Raümen mit Strahllüftning; Forschungsberichte des
landes Nord-rhein-Westfalen, nr 1656, 1966
[12]
Peterson, F; Temperaturgradienter vid olika
uppvärmningssystem; Tekniska Meddelanden
nr 65, Inst. för Uppvärmnings- och Ventilationsteknik, KTH 1975
[13]Pierre, B; Mekanisk Värmeteori fk del 2; Kompendium, Institutionen för mekanisk värmeteori
och kylteknik, KTH 1979
[14]
Duffie, J, Beckman, W; Solar Engineering of
Thermal Processes; Wiley & Sons 1980
[15]McIntyre, D. A.; The Thermal Radiation Field;
Building Science Vol 9, 1974
[16]McIntyre, D. A, Griffiths I. D.; The effect of uniform and asymmetric thermal radiation on comfort; Proc. of the 6th international congress of
climatistics ”clima 2000”, Milan, March 1975
[17]
Chrenko, F. A.; Heated ceilings and comfort;
Journal of the Inst. of Heating and Ventilation
Engineers, Januari 1953
[18]Olesen B. W. m.fl.; Thermal comfort in a room
heated by different methods; ASHRAE transactions, vol 86 part one, 1980
[19]Fransson, J m.fl.; Utvärdering av Bo-klimat och
fukt­styrning I Falun; Statens råd för byggnadsforskning, SPAR 1993: 67
[20]TillmanA-M.m.fl.;PackagingandtheenvironmentLife-cycle analyses of selected packaging materials – Quantification of environmental loadings;
Chalmers industriteknik, Göteborg 1992
[21]
Fanger P.O.; Thermal Comfort, Analasys and
Appli-ca­
tions in Environmental Engineering;
Danish Technical Press, Copenhagen 1970.
18
19
52
Rätt till ändringar förbehålles
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Dimensioneringsnyckel
1
2
3
Avstånd från yttervägg,
se diagram 1.
Lägsta installationshöjd,
se diagram 3 och 4.
Avstånd mellan takvärmare,
se diagram 2.
4
5
Placering av paneler
6
Följande tumregler bör man eftersträva att följa för att
erhålla en så jämn fördelning av värmestrål­ningen som
möjligt.
7
Mot yttervägg utan fönster bör panelen närmast väggen
läggas enligt diagram 1.
8
Avstånd från ytterväggen [m]
Mot en yttervägg med fönster: Om ytterväggen inne­håller
normala eller stora glasytor kan panelerna läggas närmare väggen. En förtätning av värme­effekten bör göras
för att minska risken för eventuellt kallras och för att uppnå erforderligt värde på operativtemperatur. Vid mindre
fönster behöver en förtätning sällan ske. Tumregler är
svåra att ge i dessa fall då variationer i fönsterstorlekar
och byggnadsutformning är stora.
9
10
11
7
12
6
13
5
14
4
15
3
16
2
17
1
0
3
4
5
6
7
8
10
15
Installationshöjd [m]
Diagram 1. Rekommenderat avstånd mellan takvärmaren närmast yttervägg och yttervägg (utan fönster).
Rätt till ändringar förbehålles
30
18
19
53
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Placering av paneler
1
Delning mellan paneler/strips framgår av bild 2. I diagrammet är rekommenderade delningar mellan paneler/
strips presenterade som funktion av installationshöjden.
Med rekommenderad delning erhålls en värmestrålning
som är lika stor mitt emellan värmarna som mitt under
dem.
2
3
4
10
5
9
8
6
7
8
9
10
11
12
Rekommenderad delning [m]
7
6
5
4
3
2
1
0
3
4
5
6
7
Installationshöjd [m]
Diagram 2. Rekommenderat avstånd mellan paneler vid takvärme.
13
14
15
16
17
18
19
54
Rätt till ändringar förbehålles
8
9
10
l i nda b | t a k vä rmeha ndl ednin gen
Takvärmehandledningen
Dimensioneringsnyckel
1
Installationshöjd och temperatur
2
4,0
3
3,5
Lägsta installationshöjd [m]
3,0
4
Bredd
takvärmare
Panelbredd
2,5
5
100cm
100
cm
87cm
87
cm
2,0
73
cm
73cm
6
60
cm
60cm
1,5
46
cm
46cm
7
33
cm
33cm
1,0
8
0,5
9
0,0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Medelyttemperatur takvärmepanel [°C]
Diagram 3. Lägsta installationshöjd för takvärmare vid strålningstemperaturasymmetri på 5 °C. Takvärmarens längd 3,6 m.
10
11
7,0
12
Lägsta installationshöjd [m]
6,0
Bredd
takvärmare
5,0
100 cm
100cm
87
cm
87cm
4,0
73
cm
73cm
60
cm
60cm
46
cm
46cm
3,0
13
14
15
33
cm
33cm
2,0
16
1,0
17
0,0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
18
Medelyttemperatur takvärmepanel [°C]
Diagram 4. Lägsta installationshöjd för takvärmare vid strålningstemperaturasymmetri på 5 °C. Takvärmarens längd >10 m.
Rätt till ändringar förbehålles
19
55
lin dab | takvä r m e h a n d l e d n i n g e n
Takvärmehandledningen
Snabbfakta
1
m
ft
Ru
Lu
Ru
m
s
Lu yto
ft r
2
sy
to
r
Temperatur
Upplevd temperatur
(operativ temperatur)
3
4
Luftvärmare
Takvärme är indirekt golvvärme! Strålningsvärmen gör att
golvet normalt blir ca 2-3 °C varmare än luften strax ovan
golvet.
Takvärme
Takvärme värmer rummets ytor via värmestrålning­. Ytorna värmer i sin tur luften. Det ger förutsättningar för ett
mycket bra inomhusklimat.
5
6
Max 80°C yttemperatur.
40 % konvektion.
7
8
Värmestrålningen sprids till alla delar av rummet som takvärmaren kan ”se”. Mest strålning går nedåt och avtagande åt sidorna. Värmestrålningen styrs också beroende på den mottagande rumsytans temperatur.
60 % värmestrålning
9
10
Takhöjden har ingen betydelse för att värmen skall nå ut i
hela lokalen. Temperaturen på takvärmaren behöver därför inte vara högre vid högre takhöjd.
11
Operativ temperatur ca 2-6 °C
högre än lufttemperaturen
12
13
14
15
16
17
18
19
56
Takvärme fungerar utmärkt också för zonuppvärmning i
en större lokal. Uppvärmningen av närliggande ytor och
takvärmaren i sig gör att operativa temperaturen kan
höjas minst 2-6 °C över lufttemperaturen.
Det blir inte kallt under bordet då värmestrålningen indirekt kommer från alla ytor i rummet. Alla ytor i ­rummet
bidrar till uppvärmningen; antingen genom att de absorberar värmestrålningen, värms upp och strålar ut värmen,
eller genom att de reflekterar den.
Effekten från värmestrålning ökar mot kallare ytor. Det
innebär att värmen går dit den bäst behövs, t.ex. värms
en fönsterrutas insida upp så att risken för kallras
elimineras.
Takvärme är bland de energisnålaste värmesystem som
finns. Takvärme medger 1-2 °C lägre rumstempera­
tur
och ger en mycket liten temperatur­
gradient i l­
okalen,
d.v.s. ingen värmekudde vid taket.
Takvärmesystemet kan lätt förändras med ändrad verksamhet. Man behöver inte ta hänsyn till värme­systemet
när man gör ingrepp i väggar och golv.
Det blir inte varmt på huvudet. Lindab Comforts takvärmare är vattenburna med en normal maxtempera­tur på
ca 40-60 °C, samt monteras vanligtvis på en installationshöjd över 2,5 m. Detta medför att värmestrålningen
från takvärmarna knappt ens är märkbar.
Rätt till ändringar förbehålles
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Kontakt, översikt, index,
1
Takvärme/Kyltakshandledning
2
Plexus
3
Professor
4
Pilot
5
Architect
6
Polaris I & S
7
Plafond
8
Podium
9
Celo
10
Cabinett
11
Capella
12
Carat
13
Fasadium
14
Atrium H & C /Loggia
15
Regula
16
DrypacTM
17
Belysning
18
TEKNOsim
19
© 01.2009 Lindab Ventilation A/S. Varje form av eftertryck och kopiering
utan skriftligförbehålles
tillåtelse är förbjuden.
är Lindab AB´s registrerade varumärke.
Rätt till ändringar
Lindabs produkter, system, produktgrupper - och produktbeteckningar är skyddade av intellektuell egendomsrätt (IPR).
57
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Funktion
En kylbaffel är en värmeväxlare som överför värmen i
rumsluften till en kylvattenkrets.
Värmeöverföringen mellan rumsluft och yta sker på två
sätt. Dels sker det genom ett strålningsutbyte mellan
ytan på baffeln och rummets omgivande ytor, dels som
konvektion mellan luften närmast ytan och själva ytan.
Dessa två värmeöverföringsvärden adderas sedan som
den totala värmeöverföringen.
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
59
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Egenkonvektionsteknik
Det totala εt-värdet blir således:
Värmeöverföring
0,95 × 0,94 ≈ 0,9
Exempel
En 2 m lång stripsbaffel (Capella Classic-53) har en
om­slutande värmeöverföringsarea på 2,6 m². Denna yta
har en temperatur av + 16° C och rums­ytorna en tempe­
ratur av + 24° C. Värdet på emissionstalet εt antas vara
0,9. Hur stor är avgiven kyleffekt från kylbaffeln genom
strålning?
Värmeöverföringen mellan rumsluft och yta sker på två
sätt. Dels sker det genom ett strålningsutbyte mellan
ytan på baffeln och rummets omgivande ytor, dels som
konvektion mellan luften närmast ytan och själva ytan.
Dessa två värmeöverförings värden adderas sedan som
den totala värmeöverföringen.
Värmeöverföring genom konvektion
Värmeöverföring genom konvektion beskriver vad som
händer mycket nära plåtytan mellan rumsluften och
själva plåtytan. Värmeöverföringen beräknas genom
ekvationen:
Värmeöverföring genom strålning
Det är viktigt att veta att värmeöverföring genom strålning
är en värmeöverföring enbart mellan kylbaffelns ytor och
rummets ytor. Detta är beroende på ytornas tempera­
turdifferens och oberoende av luftens temperatur.
Det är relativt lätt att beräkna värmeöverföring genom
strålning genom att använda strålningsekvationen:
P = A × εt × 5,67 ×
((
)( )
4
Tkylbaffel
100 -
12
P = effekt (W)
A= ytan (m²)
13
εt = totala emissionstalet
5,67= Stefan-Boltzmanns konstant
T= temperatur (K) (°C + 273)
14
15
16
17
18
Ett εt-värde på 0,9 är ett bra värde att använda vid över­
slagsberäkningar.
En kylbaffel är en värmeväxlare som överför värmen i
rumsluften till en kylvattenkrets. För att undvika kondens
får vattentemperaturen till baffeln inte vara för låg (ca +14°
C). I första steget överförs värmen i rumsluften till kyl­
baffelns ytor, varefter värmen leds från ytorna in mot rör­
väggen där nästa värmeöverföring sker till kylvattnet. Av
den temperaturskillnad som utgörs av skillnaden mellan
rumsluftens temperatur av kylvattenkretsens tempera­
tur är 80-90 % mellan rumsluft och yta, medan endast
10-20% uppstår mellan rörvägg och vatten. Förutsatt att
turbulent strömning förekommer i vattnet och beroende
på att värmeövergångstalen är många gånger större i
vatten än i luft.
Trum
100
4
)
P = 2,6 × 0,9 × 5,67 ×
P = 107 W
)( )
4
-
297
100
4
)
P = α × A × (Tkylbaffel - Trum)
P = effekt (W)
α= värmeövergångstalet (W/m²,°C)
A = ytan (m²)
T= temperatur (K) (°C + 273)
Exempel
En 2 m lång stripsbaffel (Capella Classic-53) har en
omslutande värmeöverföringsarea på 2,6 m². Denna yta
har en medeltemperatur av + 16° C och rumsluften en
temperatur av + 24° C. Medelvärdet för alla ytors värme­
övergångstal α antas vara 10. Hur stor är avgiven kylef­
fekt från kylbaffeln genom konvektion?
P = 10 × 2,6 × (289 - 297)
P = 208 W
ε är materialens förmåga att absorbera och emittera
värme. Alla normala material i ett rum, utom blank metall
har ett ε-värde på 0,88-0,97. Lackerade ytor har ett
ε-värde på ca 0,95 medan glas, tegel och andra material
har ett ε-värde på ca 0,9. För blank metall är ε-värdet ca
0,1. Detta innebär att värmeöverföring genom strålning
inte kan utnyttjas om kylbaffelns ytor eller rumsytor är av
blank metall.
Förutsätts att rummets ytor helt omsluter kylbaffeln, vilket
är det vanligaste fallet, räknas arean A som kyl­baffelns
omslutande yta. Kylbaffelns yta har vanligtvis ε-värdet
0,95. Det totala εt-värdet är värdet för kylbaffelns yta
multiplicerat med ε-värdet för rummets ytor. ε-värdet för
rummets ytor kan vara lite olika, men överslags­mässigt
kan ett ε-värde på ca 0,94 väljas för vanliga rum.
Slutsats
Enligt ovan visade beräkningsexempel blir kyleffekten
genom strålning ca 107 W och kyleffekten genom kon­
vektion ca 208 W. Detta ger en strålningsandel på ca.
34% och en konvektionsandel på ca 66 %.
Ett problem med att beräkna värmeöverföring genom
egenkonvektion är att hitta korrekt värmeövergångstal,
α-värde. Värmeövergångstalet mellan luft och yta varie­
rar dels beroende på temperaturdifferensen och dels på
ytans storlek och dess lutning. Högre temperaturdiffe­
rens ger ett högre värmeövergångstal. Horisontella ytor
ger ett högre värmeövergångstal för små ytor (mindre än
bredd 1 m).
19
60
((
289
100
Rätt till ändringar förbehålles
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Medan en ca 1 m bred plan vertikal yta endast har ett
värmeövergångstal på ca 3 W/m² ° C och en 5 cm bred
yta har ett värmeövergångstal på ca 5 W/m² ° C, så har
en 1 cm bred yta ett värmeövergångstal på ca 10 W/m²
°C (10° C i temperaturdifferens).
För att öka effekten i en egenkonvektionsbaffel kan den
kylda luften, som är något tyngre utnyttjas. Detta kan
göras genom att tillverka en högre kylbaffel med sidor
där en kall tung luftvolym erhålls under baffeln som ökar
lufthastigheten genom kylbaffelns ytor och på så sätt
ökar värmeövergångstalen.
Varför är det viktigt att räkna på strålning och
konvektion?
Eftersom strålningen innebär värmeöverföring mellan
ytor på­verkar den inte lufthastigheterna i rummet.
Värme­överföring genom konvektion skapar däremot luft­
hastigheter eftersom det krävs att luft passerar de vär­
meöverförande ytorna.
Vid beräkningar på egenkonvektionsbafflar och åtföljande
lufthastigheter, kan enbart den konvektiva överföringen
inkluderas när det gäller skapandet av lufthastigheter.
Statiskt och dynamiskt tryck och dess
inverkan på luftrörelser i rum
När luft i ett rum får en viss hastighet vill den dra med
sig intilliggande luft, vilken i sin tur påverkar resulterande
lufthastighet i rummet.. Vad som händer med luftrörelser i
ett rum kan teoretiskt förklaras med en enkel ekvation:
2
3
Ptotalt = Pstatiskt + Pdynamiskt
Pdynamiskt =
4
δ × v²
2
Ptotalt = totala trycket (Pa)
Pstatiskt = statiska trycket (Pa)
Pdynamiskt = dynamiska trycket (Pa)
δ = densitet (kg/m³)
v =hastighet (m/s)
5
6
Denna ekvation förklarar de fenomen som uppstår i ett
rum och förklarar också varför ett flygplan flyger, en segel­
båt går framåt mot vinden, en induktionsbaffel fungerar,
samt förklarar också många lufthastighetsfenomen som
in­träffar under egenkonvektionsbafflar.
Det dynamiska trycket är det samma som hastighets­
trycket, dvs det tryck som bildas pga. lufthastigheten.
I ett rum är alltid det totala trycket lika stort då det inte
förekommer något tryckfall. Detta betyder att om en luft­
hastighet skapas finns ett dynamiskt tryck, vilket automa­
tiskt ger ett lägre statiskt tryck i rummet. En volymenhet
i en luftstråle som har en hastighet har ett lägre statiskt
tryck än omgivande luft varpå omgivande luft vill acce­
lerera in mot luftstrålen och när den gör detta pressas
luftstrålen ihop så att den blir smalare.
Bild 1. Stripsprodukten Capella kan monteras frihängande
och i undertak.
1
När den tyngre kallare luften lämnar egenkonvektions­
baffeln med en viss hastighet kommer rumsluften från
sidorna att röra sig in mot luftstrålen och pressa ihop
denna. Det innebär att lufthastigheten under en egen­
konvektionsbaffel ökar under baffeln i förhållande till vad
den är just i baffelns utlopp. Det gör också att lufthastig­
heterna blir relativt likartade under en egenkonvektions­
baffel oberoende av baffelns bredd. En bred baffel
erhåller ett par decimeter under undersidan en smalare
luftpelare som har likartad form som den i en smalare
egenkonvektionsbaffel.
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
61
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Om egenkonvektionsbafflar placeras intill varandra med
endast ett litet avstånd, kommer inte tillräckligt med
rumsluft att kunna passera in mellan luftströmmarna,
varpå det låga statiska trycket i luftströmmarna gör att
rumsluften vill pressa ihop luftstrålarna till en enda luft­
stråle med högre lufthastigheter som följd.
1
2
Samma fenomen inträffar om en egenkonvektions­baffel
placeras nära en vägg. Rumsluften kan då inte ­passera
mellan luftström och vägg utan rumsluften utifrån rummet
trycker in luftströmmen från egenkonvektions­baffeln in
mot väggen. Detta kallas för Coanda-effekt när den sker
uppe vid tak men det är samma fenomen som sker när en
egenkonvektionsbaffel placeras nära en vägg.
3
4
5
Den hoppressning av luftstrålen som sker närmast under
baffeln pga. att rumsluften pressar den, avtar sedan
längre ner då rumsluften blandas in. Luften blir lättare
och vidgas. Var denna punkt inträffar är i viss mån bero­
ende på rummets höjd. I ett högt rum faller luften längre
under egenkonvektionsbaffeln innan den vidgas. I ett
lägre rum faller luften kortare väg då golvet är den abso­
luta ­bromsen för luftströmmen. Lufthastigheten är relativt
oberoende av rums­höjden i normala rum med, 2,5-3,0 m
i rums­höjd.
6
7
8
Jämförelse mellan batteri och stripsprodukter
Beroende på hur egenkonvektionsprodukterna är till­
verkade kan dessa delas upp i två grupper, batteri och
stripsprodukter. Batteriprodukter utnyttjar konvektion
medan stripsprodukter utnyttjar konvektion och strålning
för sin värmeöverföring.
I batteriprodukterna (se bild 1), finns ett kylbatteri som
består av kopparrör med tvärställda aluminium lameller
med ca 5 mm avstånd. Detta batteri är konstruerat för
att överföra värme genom konvektion. Konstruktionen
gör att en mycket stor värmeöverföringsyta kan erhållas
på en liten volym. Produkterna kan därmed göras rela­
tivt små och ändå ha höga effekter, vidare kan batteriet
byggas in så att det endast finns tillopp och retur synligt.
Inbyggnaden gör att produkterna är flexibla ur design­
synpunkt. Då batteriet ligger inuti produkten leds väldigt
lite av kylan ut i produktens hölje, vilket gör att effekten
uteslutande sker med hjälp av konvektion.
Stripsprodukterna (se bild 2), är uppbyggda på ett helt
annat sätt än batteriprodukterna. Här överförs energin
helt och hållet i produktens ytterytor.
Drag är mer än lufthastighet
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Drag definieras vanligtvis som en oönskad lokal avkyl­
ning av en del av kroppen och orsakas av luftrörelser.
Dragupplevelser påverkas av lufthastigheten, lufttempe­
raturen och turbulensintensiteten.
Turbulensen i luftströmmen har som sagt också en stor
inverkan på risken för drag. Ett mått på turbulensen är
turbulensintensitet. Turbulensintensiteten är ett uttryck
för hur mycket lufthastigheten i en luftström varierar i
förhållande till medelhastigheten i luftströmmen. Det är
alltså en kombination av lufthastighet, lufttemperatur och
turbulensintensitet som avgör risken för dragupplevelse.
Olika förhållanden mellan lufthastighet, lufttemperatur
och turbulensintensitet kan ge samma dragrisk.
Formeln för turbulensintensitet är följande:
Tu =
19
62
× 100
Tu = turbulensintensitet
SDv = standard avvikelse
v = medelhastighet
Exempel
Vad blir turbulensintensiteten då standardavvikelsen är
SDv = 0,05 m/s, och medelhastigheten v = 0,16 m/s?
0,05
0,16
T = 31%
Tu =
18
SDv
v
Bild 2. I en batteribaffel sker värmeöverföring genom kon­
vektion.
× 100
Bild 3. I en stripsbaffel sker värmeöverföring genom både
konvektion och strålning.
Rätt till ändringar förbehålles
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Ytorna kan dock vara öppnade genom slitsar eller perfore­
ringar för att en luftström skall kunna passera igenom och
på så sätt öka effekten per materialenhet/ytenhet. Dessa
öppningar är vanligtvis utförda som smala lameller, så att
höga värme­övergångstal erhålls. På detta sätt fås en pro­
dukt som överför kyla eller värme med förhållandevis små
ytor. I och med att ytorna helt och hållet är placerade i
höljet, så att ett strålningutbyte kan ske mellan hölje och
rumsytor blir den omslutande arean på produkten något
större än en motsvarande batteriprodukt. Tekniken innebär
också begränsningar i utseende för att funktionen skall bli
fullgod. Självfallet kan en stripsprodukt placeras ovanför
ett perforerat undertak, dock blir strålningsandelen lägre
än vid frihängande montage.
1
2
3
4
5
Fördelarna med stripsprodukterna i relation till batteri­
bafflar är att ca 50% högre effekt kan överföras med bibe­
hållen lufthastighet beroende på strålningsandelen. Totalt
mindre yta ger också en lätt produkt som är enklare att
rengöra. Stripsbafflarna överför sin energi med hjälp av
egenkonvektion i de tunna slitsarna samt genom strålning.
Detta innebär att effektkurvan nästan är linjär i förhållande
till temperaturökningen till skillnad från en batteribaffel. Är
temperaturdifferensen mellan medelvattentemperaturen
och rumstemperaturen 4° C, erhålls ungefär halva effekt­
utbytet jämfört med temperaturdifferensen 8° C. Detta gör
att man i ett dynamiskt temperatur­förlopp där rumstempe­
raturen varierar över dygnet, effektivare kan utnyttja acku­
mulering av kyla i byggnadsstommen.
6
7
8
9
10
[m/s]
0,50
11
0,45
0,40
0,35
Turbulensintensitetsgrad
5%
13
0,30
20%
0,25
40%
0,20
Lufthastighet
12
0,15
14
15
0,10
0,05
0,00
20,0 21,0 22,0
Lufttemperatur
16
23,0 24,0
25,0 26,0 27,0 °C
Diagram 1. Utifrån beräknad turbulensintensitet och rummets lufttemperatur, kan maximal lufthastighet som inte skapar drag,
utläsas i diagrammet DIN 1946.
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
63
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Resultatet blir en lägre rumslufttemperatur vid samma
installerade effekt. Vidare innebär detta även att strips­
bafflarna blir relativt okänsliga för var de är pla­cerade
jämfört med batteribafflar, som kräver en viss hastighet
genom lamellerna för att fungera och är känsligare för
felplacering och hinder i luftströmmen.
1
2
Stripsprodukternas strålningsvärmeutbyte gör också att
klimatupplevelsen blir bättre vid samma rumstemperatur.
Då ca 30-35% av kyleffekten överförs genom strålning
blir det ett direkt värmeutbyte mellan människa och kylbaffel som gör så att det känns något svalare vid samma
omgivande lufttemperatur.
3
4
5
6
500
Differens
Differens
Batteri
Batteri
Strips
Strips
450
Effekt uttag (W)
400
Effektuttag (W)
7
8
350
300
250
200
150
100
50
Strips
Strips
0
9
25
24
Batteri
Batteri
23
Rumstemperatur
10
11
22
21
Differens
Differens
20
19
Diagram 2. I detta diagram åskådliggörs batteri och strips­
produkterna i ett dynamiskt förlopp. Vad som kan konsta­
teras är att strips­produkterna har ett högre effektuttag än
batteriprodukterna momentant upp till rummets maxtem­
peratur 25° C.
12
13
14
15
16
17
18
19
64
Rätt till ändringar förbehålles
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Redovisning av mätningar och beräkningar av lufthastigheter
2
Samtliga mätningar och tester som redovisas i denna
skrift är utförda i klimatlaboratoriet hos Lindab Comfort.
Laboratoriet är ett modernt utrustat laboratorium med
hög flexibilitet för olika typer av mätningar.
Mätningarna är utförda efter VVS-tekniska föreningens
riktlinjer för hur lufthastighetsmätningar bör göras. Mät­
värdena redovisas som ett medelvärde av en mätserie i
en viss utvald mätpunkt under en tidsperiod av 3 ­minuter.
Värmen till mätrummet har tillförts genom väggar och
golv, för att minimera dess påverkan på lufthastig­heterna.
Lufthastigheterna i vistelsezonen har beräknats som
medelvärdet mellan 1200 och 1800 mm över golv med
baffelns underkant placerad 2600 mm över golv.
3
4
5
Bild 4. Funktion batteribaffel
6
7
Mätinstrumenten som har använts är av typen ALNOR
modell AVT-75. Mätpunkterna har varit placerade med
­c-c 100 mm på höjderna 100, 1200 och 1800 mm över
golvnivån.
8
Med batteribaffel menas en kylbaffel uppbyggd av ett
lamellbatteri med tvärställda lameller fästade på koppar­
rör. En vanlig batteribaffel har ca 95 % av värmeöver­
föringen via konvektion och ca 5 % via strålning.
Med stripsbaffel menas en kylbaffel uppbyggd av rör
med fläns som bildar baffelns ytor. Ovan och undersidan
är slitsad så att luft kan passera genom. En typisk strips­
baffel har ca 65 % av värmeöverföringen genom konvek­
tion och ca 35 % genom strålning.
9
10
Bild 5. Funktion stripsbaffel
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
65
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Effekt per aktiv meter vid olika lufthastigheter för strips- och batteribafflar
2
I diagram 3 utläses lufthastigheten i vistelsezonen under
en batteri-, eller stripsbaffel, i ett rum med rumshöjd 2,6 m.
I diagrammet framgår t.ex. att värdet 110 W/m baffel
inte bör överskridas för en batteribaffel och motsvarande
gränsvärde för en stripsbaffel är 175 W/m baffel, med en
maximal lufthastighet på 0,25 m/s.
3
4
5
6
0,4
7
8
Batteri
0,3
9
10
11
Lufthastighet [m/s]
Strips
0,2
0,1
12
13
0
0
50
100
150
Effekt [Watt/aktiv m]
14
Diagram 3. Lufthastighet / Watt per aktiv meter.
15
16
17
18
19
66
Rätt till ändringar förbehålles
200
250
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Effekt per aktiv meter vid olika lufthastigheter för strips- och batteribafflar
2
Ett stort antal mätningar har utförts för att skapa dia­
gram 3. Figur 1 visar två exempel ur denna mätserie vid
effekten 150 W/m, där det framgår att lufthastigheterna
blir acceptabla för en stripsbaffel medan hastigheterna
blir för höga för en batteribaffel. I exemplen framgår hur
luftstrålens låga statiska tryck gör så att luftstråle under
baffeln trycks ihop till ett smalare utseende.
3
4
5
6
Spridningsbild
Spridningsbild
Strips Strips
Spridningsbild
Strips
dningsbild Strips
Spridningsbild Batteri
Spridningsbild
Spridningsbild
Batteri
Spridningsbild
Batteri Batteri
7
8
9
10
11
12
kt 150 W/aktiv meter
Effekt
150
W/aktiv
Effekt 150
W/aktiv
Effekt
150meter
W/aktivmeter
meter
Effekt 150 W/aktiv meter
Effekt
150meter
W/aktiv
Effekt
W/aktiv
meter meter
Effekt 150
W/aktiv
Takhöjd 2,9 m
Avstånd underkant baffel 2,6 m
Mätpunkter lufthast. 1,2 och 1,8
Fig 1. Lufthastighet för strips- och batteribafflar.
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
67
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Effekt per aktiv meter vid olika lufthastigheter för strips- och batteribafflar
2
Figur 2 visar lufthastigheterna vid effekten 110 W/m i en
batteribaffel, dels tvärs baffeln, dels längs baffeln. Mot­
svarande effekter för en stripsbaffel är 175 W/m med
samma lufthastighetsprofil.
3
4
5
Högsta
uppmätta
lufthastigheter
Högsta
uppmätta
lufthastigheter
under
kylbaffel.
Ingen
lutning.
under
kylbaffel.
Ingen
lutning.
Spridningsbild Batteri
6
7
8
Högsta uppmätta
uppmätta lufthastigheter
Högsta
lufthastigheter
underkylbaffel.
kylbaffel. Ingen lutning.
under
lutning.
9
10
11
12
er
Effekt 150 W/aktiv meter
13
Effekt
110
W/aktiv
meter
Effekt
110
W/aktiv
meter
Effekt
110
W/aktiv
meter
Effekt
110
W/aktiv
meter
Effekt
110
meter
Effekt
110W/aktiv
W/aktiv
meter
Takhöjd 2,9 m
14
Avstånd underkant baffel 2,6 m
Mätpunkter lufthast. 0,1 1,2 och 1,8
15
Effekt 110 W/aktiv meter
Fig 2. Lufthastighet för batteribafflar.
Effekt 110 W/aktiv meter
16
17
18
19
68
Rätt till ändringar förbehålles
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Lufthastighetens beroende av
baffelns bredd
1
För att utvärdera om en bred baffel får lägre lufthastig­
het än en smalare har mätningar gjorts för bafflar med
olika bredd. Diagram 4 visar att bredden endast har
marginell betydelse för lufthastigheterna. Om bredden
på en batteri­baffel dubblas från 42 cm till 84 cm sjunker
lufthastig­heten endast 10%. Anledningen till detta är att
luftstrålen pressas ihop under baffeln och får en likartad
form och hastighet oavsett om baffeln är bred eller smal.
I detta avseende gäller samma för stripsbafflar.
2
3
4
5
6
7
0,4
Lufthastighet [m/s]
8
Batteri, bredd 42 cm
0,3
9
Batteri, bredd 84 cm
0,2
10
11
0,1
12
0
0
50
100
150
200
Effekt [Watt/aktiv m]
Diagram 4. Lufthastighet vid olika bredd på bafflar.
13
14
15
16
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
69
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Lufthastigheten i vistelsezonen
­beroende på takhöjd
2
Figur 3 visar lufthastigheten i rum med en batteribaffel
placerad på olika höjd. Av figurerna framgår tydligt att
lufthastigheterna inte påverkas nämnvärt om rummet är
högt eller lågt, i vart fall inom intervallet 2,6-3,0 m över
golv. En marginell reducering av lufthastigheten kan
på­visas om rummet blir högre. Först när takhöjden 3,0
m väsentligt överskrids kan lägre lufthastigheter i vistel­
sezonen antas.
3
4
5
6
Spridningsbild
batteri
42 4242
Spridningsbild
batteri
Spridningsbild
batteri
7
Spridningsbild batteri 42
Spridningsbild
batteri
4242
Spridningsbild
batteri
Spridningsbild
batteri
42
8
sbild batteri 42
9
10
11
12
13
14
W/aktiv meter
Effekt
150
W/aktiv
meter
Effekt
150
W/aktiv
meter
Effekt
150
W/aktiv
meter
Effekt 150 W/aktiv meter
Effekt
150
W/aktiv
meter
Effekt
150
W/aktiv
meter
Effekt
150
W/aktiv
meter
15
Takhöjd 2,9 - 3,3 m
Avstånd underkant baffel 2,6 - 3,0 m
16
17
Mätpunkter lufthast. 0,1 1,2 och 1,8
Fig 3. Lufthastighet vid olika takhöjd.
18
19
70
Rätt till ändringar förbehålles
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Lufthastighetens beroende av flera
bafflar intill varandra.
2
Figur 4 visar vad som händer när kylbafflar placeras intill
varandra. Effekten har valts till 110 W/m med batterib­
affel, dvs den effekt som kan anses vara den maximalt
acceptabla för en enskild batteribaffel. Används istället
en stripsbaffel kan motsvarande effekt sättas till 175 W/
aktiv meter. Baffeln i exemplen är 42 cm bred. Med två
bafflar intill varandra, c-c 800 mm, uppnås en lufthastig­
het i rummet motsvarande en enskild baffel. Luftström­
marna under bafflarna är dock fortfarande påverkade av
varandra. I figurerna kan konstateras hur luftströmmarna
sugs intill varandra beroende på det låga statiska tryck
som finns i luftpelaren som vill dra rumsluft intill sig. Då
det inte kan komma upp någon luft mellan bafflarna
i tillräcklig omfattning sugs istället luftstrålarna under
bafflarna ihop. Först vid avståndet c-c 1,2 m fungerar
bafflarna som två enskilda bafflar rent lufttekniskt.
Avstånd mellan batteribafflar 800 mm
Avstånd mellan
batteribafflar
Spridningsbild
mellan
batteribafflar00 mm
mm
3
4
5
6
7
Avstånd mellan batteribafflar 1200 mm
8
Spridningsbild
mellan
batteribafflar800
800 mm
Avstånd mellan
batteribafflar
mm
9
Spridningsbild
mellan
batteribafflar 1200
Avstånd
mellan
batteribafflar
1200mm
mm
10
11
12
13
14
Effekt 2 × 110 W/aktiv meter
Effekt 22 ×× 110
Effekt
110W/aktiv
W/aktivmeter
meter
Effekt 2 × 110 W/aktiv meter
Effekt 22 ××110
Effekt
110W/aktiv
W/aktivmeter
meter
Takhöjd 2,9 m
Avstånd underkant baffel 2,6 m
Effekt 22 ××110
Effekt
110W/aktiv
W/aktivmeter
meter
15
16
Mätpunkter lufthast. 0,1 1,2 och 1,8
Fig 4. Lufthastighet med olika avstånd mellan två bafflar
17
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
71
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Lufthastighetens beroende av flera
bafflar intill varandra.
2
Diagram 5 visar medellufthastigheten 1,6 m över golv
som funktion av olika c-c-mått på bafflarna. Det framgår
att c-c 800 mm och större avstånd ger i stort sett samma
lufthastighet som vid enskild baffel. Ett visst minima infin­
ner sig i c-c 800 mm beroende på att vid detta avstånd
sker en maximal sidorörelse av luften som minskar luft­
hastigheten något.
3
4
5
6
7
0,4
8
9
10
11
12
13
14
Lufthastighet [m/s]
0,3
0,2
0,1
0
400
600
800
1000
c-c avstånd
Diagram 5. Lufthastighet vid olika c-c avstånd mellan två bafflar. Batteribaffel: 110 W/m. Stripsbaffel: 175 W/m.
15
16
17
18
19
72
1200
Rätt till ändringar förbehålles
1400
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Figur 5 visar vad som händer när en tredje kylbafflel
placeras intill de två tidigare vid det minsta acceptabla
avstånd c-c 800 mm. Samtliga luftströmmar påverkar
varandra men lufthastigheterna är endast obetydligt
högre än för en enskild baffel.
Avståndmellan
mellanbafflar
bafflar
400
mm
Avstånd
400
mm
1
2
Rekommendationen vid utplacering av många bafflar
intill varandra blir därför att effekten i batteri­bafflar inte
får överskrida 110 W/m samt ha ett c-c-avstånd mellan
bafflarna överstigande 800 mm. För stripsbafflar gäller
motsvarande men effekten kan ökas till 175 W/m.
3
4
Lufthastighetens beroende av
baffelns placering vid vägg
Område
med lufthastigheter
lufthastigheter
Område med
högre än
än 0,20
0,20 m/s
m/s
Figur 6 visar vad som händer när en kylbaffel place­
ras nära en vägg. De olika trycken pga. hastigheterna
gör att luftströmmen sugs in mot väggen, s.k. coanda
effekt. Detta beror på att avståndet blir så litet att inte
luft kan passera in mellan kylbaffeln och väggen i tillräck­
lig omfattning. Fenomenet inträffar vid avståndet ca 400
mm mellan baffelns sidokant och väggen. Baffelns bredd
är i detta fall 420 mm. Det framgår också att lufthastighe­
terna har en tendens att öka när baffeln är placerad helt
intill väggen.
Avstånd till vägg 400 mm.
Avstånd till vägg
Avstånd
vägg 800
800mm.
mm
5
6
Effekt
Effekt 330
330 W/aktiv
W/aktiv meter
meter
Fig 5. Lufthastighet med tre bafflar.
7
8
Avstånd till vägg 0 mm.
Avstånd till
Avstånd
till vägg
vägg400
400mm.
mm
9
Avstånd till
Avstånd
tillvägg
vägg00mm.
mm
10
11
12
13
14
Effekt 110 W/aktiv meter
Effekt 110
Effekt
110 W/aktiv
W/aktivmeter
meter
Effekt 110 W/aktiv meter
Effekt 110
Effekt
110 W/aktiv
W/aktivmeter
meter
Effekt 110 W/aktiv
Effekt
W/aktivmeter
meter
15
16
Takhöjd 2,9 m
Avstånd underkant baffel 2,6 m
Mätpunkter lufthast. 0,1 1,2 och 1,8
17
Fig 6. Lufthastighet vid placering av baffel vid vägg.
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
73
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Lufthastigheternas beroende av
baffelns lutning
2
I figur 7 framgår att lufthastigheterna ökar något om en
kylbaffel lutas i längdled. Ökningen kan börja iakttas vid
lutningen 20° C. Vid lutningen 30° C är lufthastigheterna
väsent­ligt högre samt förskjutna till den lägre belägna
delen av kylbaffeln.
3
4
Högsta uppmätta lufthastigheter
under kylbaffel. Lutning 10°
5
6
Högsta uppmätta lufthastigheter
under kylbaffel. Lutning 10°
Högsta uppmätta
lufthastigheter
Högsta
uppmätta
lufthastigheter
under kylbaffel.
Lutning
20°20°
under
kylbaffel.
Lutning
Högsta
uppmätta
lufthastigheter
Högsta uppmätta
lufthastigheter
under kylbaffel.
Lutning
10° 10°
under
kylbaffel.
Lutning
7
8
Högsta uppmätta lufthastigheter
under kylbaffel. Lutning 20°
9
eter
10
11
tiv meter
Högsta uppmätta lufthastigheter
under kylbaffel. Lutning 30°
Effekt 110
meter
Effekt
110W/aktiv
W/aktiv
meter
Effekt110
110
W/aktiv
meter
Effekt
W/aktiv
meter
12
Högsta
uppmätta
lufthastigheter
Högsta uppmätta
lufthastigheter
under kylbaffel.
Lutning
30° 30°
under
kylbaffel.
Lutning
13
Högsta uppmätta lufthastigheter
under kylbaffel. Lutning 30°
Effekt 110 W/aktiv meter
14
15
16
Effekt 110 W/aktiv meter
17
18
19
74
Effekt110
110
W/aktiv
meter
Effekt
W/aktiv
meter
Effekt 110 W/aktiv meter
Fig 7. Lufthastighet vid olika lutningar.
Rätt till ändringar förbehålles
Effekt 110 W/aktiv meter
Högst
under
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Turbulensintensitet i luftstrålen
under en egenkonvektionsbaffel
1
Turbulensintensiteten i luftstrålen under en egenkonvek­
tions­baffel skiljer sig inte åt om det är en stripsbaffel eller
en batteribaffel. Däremot är turbulensintensiteten bero­
ende på vilken hastighet det är i luftstrålen. Ur nedanstående diagram kan turbulensintensiteten utläsas som
funktion av olika lufthastigheter. Studeras förhållandena
vid de kritiska lufthastigheterna, ca 0,25 m/s, ges att tur­
bulensintensiteten blir ca 15%.
2
3
4
5
6
7
160
8
Turbulensintensitet (%)
140
9
120
100
10
80
11
60
40
12
20
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Lufthastighet [m/s]
13
14
Diagram 6. Turbulensintensitet Batteri 42. Effekt 100-150 W/aktiv meter
15
0.4
16
0.3
17
0.2
18
19
0.1
Rätt till ändringar förbehålles
0
75
c omf o rt
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
Kyltakshandledning egenkonvektion
Mätningar & beräkningar
1
Verkligt fall
2
I en kontorslokal med rumshöjden 2,9 m och avstånd
till underkant baffel på 2,6 m, skall egenkonvektionspro­
dukter installeras. Temperaturkravet som skall uppfyllas
är maximalt 25° C i rummet och klimatupplevelsen skall
hållas inom DIN-normens krav gällande temperatur, luft­
hastighet och turbulensintensitet. Kyleffekten från pro­
dukterna skall vara totalt 500 W.
3
4
Gör en kontroll av att lufthastigheten inte skapar drag
vid val av egenkonvektionsprodukter som skall uppfylla
givna krav.
5
Lösning
Steg 1: Gå in i DIN-diagrammet, diagram 1, med 25° C
och antag 15 % turbulensintensitet. Detta ger en lufthas­
tighet på 0,25 m/s.
6
7
Steg 2: Kontrollera antagandet i diagram 6. Gå in på 0,25
m/s och avläs 15 %. Antagandet är i detta fall OK!
8
Steg 3: Tag reda på maximala kyleffekten för strips- res­
pektive batteriprodukter. Gå in i diagram 3. Diagrammet
ger följande värden:
Stripsprodukt: 175 W/m
Batteriprodukt: 110 W/m
9
10
11
12
13
14
15
16
Kontroller: Kontrollera om bredden på baffeln har
någon betydelse gällande effekten W/aktiv meter baffel
i diagram 4. Kontrollen ger svaret att bredden endast ger
en marginell skillnad.
Gör en kontroll om takhöjden har någon betydelse gäl­
lande lufthastigheten och spridningsbilden för aktuell
takhöjd i figur 3. Beroende på att takhöjden ligger i inter­
vallet 2,6-3,0 m över golv, blir lufthastigheterna accep­
tabla.
Tag reda på vilket avstånd som krävs mellan två stycken
bafflar ifall det krävs två produkter, se figur 4. Figuren
visar att c-c avståndet bör vara minst 800 mm mellan
produkterna för att lufthastigheterna och spridningsbil­
derna skall vara OK.
Kontrollera i figur 6 hur lufthastigheterna blir vid placering
av baffeln vid vägg eller intill vägg. Med ett större avstånd
än 400 mm mellan baffeln och vägg följer inte luften längs
väggen.
17
Efter att ha gått igenom stegen 1 till 3 görs följande val:
Vid val av stripsbaffel: Produkten måste vara minst 500
W/175 W ≈ 2,9 m lång.
18
Vid val av batteriprodukt: Produkten måste vara minst
500 W/110 W ≈ 4,5 m lång.
19
76
Rätt till ändringar förbehålles
80
140
c omf o rt
60
120
kyl t a k s h a n d l e d n i n g
40
100
Kyltakshandledning egenkonvektion
20
80
600
0
0,05
0,1
0,15
Sammanfattning
av diagrammen
40
0,2
0,25
0,3
0,35
1
Genom 20
att avläsa diagram 1 + 6 erhålls tillåten lufthastighet som funktion av rumstemperatur, se diagram 7.
0
0.4 0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
2
0,35
3
Lufthastighet [Sm/s]
0.3
4
0.4
5
0.2
0.3
6
0.1
7
0.2
0
20
0.1
21
22
23
24
Rumstemperatur [°C]
25
26
27
Diagram 7.
300
0
20
21
22
23
24
25
26
27
28
250
Genom att avläsa diagram 1 + 3 + 6 erhålls tillåten effekt per meter baffel som funktion av rumstemperatur, se diagram 8.
Strips
200
300
9
10
11
12
150
250
Batteri
Strips
Effekt W/aktiv meter
8
28
13
100
200
14
50
150
Batteri
15
1000
20
21
22
23
24
25
26
27
28
50
16
17
0
20
21
22
23
24
Diagram 8.
25
26
27
28
Rumstemperatur (°C)
18
19
Rätt till ändringar förbehålles
77