1. No category

Byggnadsstyrelsens
informationer
T: 157
1993-09
Kyltak och kylbafflar
i kontorsrum
Dokumentnamn
ochdokumentbeteckning
Dokumentets utgivare
Byggnadsstyrelsens informationer T: 157
Dokumentets
datum
Lb
1993-09
LSEN
¶PSBYGGNADS
Projektnamn(ev. förkortat)
Kyltik och kylbufflar i kontorsrum
Projektledare, upphovsman(män), konsult(er), etc.
Uppdragsgivare
Svante Nilsson,
Tekniska enheten
Vvs-sektionen
Byggnadsstyrelsen
Lennart Kolte, teknisk direktör
Mats Sandberg
Bahram Mosfegh
Anders Melin
Statens institut för
byggnadsforskning
Dokumentetstitel
Kyltak och ky lbaffiar i kontorsrum
Huvudinnehåll
Denna informationsskrift redovisar
Luftrörelser och temperaturprofiler
Resultaten visar att koncentrerade
risker för störande drag föreligger
reultaten av fullskaleprov med dels kyltak och dels kylbafflar.
uppmättes med och utan koncentrerade värmekällor i rummet.
värmekällor helt styr luftrörelserna i ett rum med kyltak och att
under kylbafflar.
Nyckelord
Kyltak, kylbaffel, drag, fullskaleprov
Försäljningsställen
ISSN
KBS, publikationsförrådet
08-78311 53
Omfång
Svensk byggtjänst,
Stockholm
Göteborg
Malmö
Umeå
08 - 734 50 00 30
031 - 81 00 85
040 - 709 55
090 -12 59 10
Referens
Redaktör
Svante Nilsson, KBS Tv
© Byggnadsstyrelsen 1993
Postadress
Besöksadress
Godsadress
Telefon
Telex
Telefax
Byggnadsstyrelsen
106 43 STOCKHOLM
Karlavägen 100
Banergatan 30
08-7831000
10446 build S
08-7831180
Kyltak och kylbaffiar i kontorsrum
Samfinansierat
Byggnadsstyrelsen,
uppdrag mellan
Statens institut för byggnadsforskning,
Högskolan Gävle/Sandviken
Rapport utarbetad av
Mats Sandberg
Bahram Mosfegh
Anders Metlin
á
1
Kyltak. och Kylbaffiar
Typindelning och konstruktion
Typindelning
Kyltak och kylbafflar utgör takplacerade komponenter i ett vattenburet kylsystem. Dessa komponenter används främst i kontor och samlingslokaler men
används även i undervisningslokaler med stor värmebelastning . Exempel på det
senare år datasalar. Benämningen kyltak respektive kylbaffel avser skillnaden
i geometrisk utformning. Tar man som utgångspunkt för klassificering mekanismen för kylning kan man göra en indelning i strålningstak respektive konvektionstak. Vanliga tumregler är att ett konvektionstak har en lika fördelning mellan konvektion och strålning medan ett strålningstak har fördelningen
90 % strålning och resten konvektion. Ett kyltak består av en större sammanhängande yta medan ett konvektionstak består av ett antal långsmala element
med ett mellanrum mellan elementen som medger fri passage av luft, se fig 1.
Takplacerade
kylelement
Strålningstak
Konvektionstak
-I
Jr
Figur 1
_
Ir
iF
I ii
U
"
ii' ' ii
u,
u
Montering av strålnings respektive konvektionstak
En ytterligare faktor att beakta ärrandelen total kylyta i förhållande till
totala takytan
Konstruktion
Strålningstak består av en kylslinga i kontakt med en stor plan plåtyta och
utgör en tät och större sammanhängande yta. Kyltaket kyler huvudsakligen genom
att kyla luftskiktet närmast taket. I kontorsrum med individuell rumsreglering
ärrdet vanligast med internt seriekopplade paneler medan i stora industriapplikationer är vanligast med parallellkopplade paneler, se fig 2.
Kylbafflarna är smalare och består ofta av ett antal parallella lameller som
utgör kylflänsar till två parallella kopparrör som passerar genom lamellerna.
Efter att rören har passerat den sista lamellen kopplas de ihop med ett U-rör.
Det hela byggs in i ett plåthölje, öppen upptill och med ett raster eller
galler undertill. Detta gör det möjligt för luften att passera genom baffeln.
En kylbaffel har utseendemässigt stora likheter med en belysningsarmatur.
Kylbafflar tillverkas även för dolt montage.
á
3
mwimala
medelhastigheten,Ui
Medelvärdet
av hastigheten
över hela plymens
bredd får man genom att multiplicerade redovisade värden med 0.89.
30
'fl
E
u
max
0
0
Figur 3
100(Watti
50
Konvektiv
effekt/m
Teoretiskt beräknad hastighet under en kylba ffel
Nästa figur visar teoretiskt beräknad hastighet under ett sammanhängande kyltak. Modellen förutsätter att fördelat jämt över hela taket släpps "paket" av
kall luft (thermals på engelska) utan att någon inblandning av luft sker, se
fig 1 i Appendix 1. Enligt modellen ärrhastigheten beroende av effekten per
ytenhet upphöjd till en 1/3. I detta fall är hastigheten beroende av avståndet
och proportionell mot avståndet upphöjt till 1/3. I figuren ges hastigheten på
avståndet 2.5 m.
20
h = 2.5m
i
0
0
Figur 4
100 (Watt1
50
Konvektiv
effekt/m2
Teoretiskt beräknad hastighet under sammanhängande
kyltak
Ovanstående modell förutsätter att jämt över hela taket släpps "paket" av
luft. Men det är välkänt om man täcker större delen av takytan med kyltak
finns risk för att ett lokalt nedslag av kall luft sker någonstans i rummet.
4
.Simuleringar har visat att det uppstår en horisontell rotation i rummet kring
området där luften släpper från taket. Fenomenet är analogt med den typ av
nedslag som kan ske vid inblåsning av luft genom perforerade undertak.
Temperaturprofiler
i höjdled
Eftersom det är frågan om takplacerade kylelement skapas en omblandning i
rummet och man får en temperaturutjämning. Fig 5 visar uppmätt temperaturprofil i ett rum ventilerat med deplacerande ventilation. I grundfallet skedde
kylningen enbart med deplacerande ventilation medan i det andra fallet den
deplacerande ventilationen kombinerades med kylning från ett strålningstak
bestående av två stora kyltak med dimensionen (L x B) = 3.60 x 1.05 m
(Farex ?). Värmebelastningen var densamma i de båda fallen.
Kyltak
2
Med kyltak
E
Utan kyltak
>
0
0
4,
>
:0
v
:0
Il
20
25
30 [°C]
Temperatur
Figur 5
Exempel på uppmätta vertikala temperaturprofiler
Enbart deplacerande ventilation
Deplacerande ventilation och strålningstak
Av figuren framgår att med kyltak minskar temperaturskillnaden i höjdled i den
övre delen av rummet. Detta är en följd av att kyltaket skapar en omblandning.
5
Pro v av kyltak och kylbaffiar
Allmänna förutsättningar
Ventilationstekniska laboratoriet har på uppdrag av Byggnadsstyrelsen utfört
luftströmningstekniska
fullskalestudier av kyltak och kylbafflar.
Syftet var att undersöka vilka eventuella problem man kan råka ut för vid
användandet av kylelement i ett mödernt kontorsrum.
Studien har gjorts i fyra steg:
1.
Uppmätning av kylelementens grundfunktion
2.
Inverkan av plymer från värmekällor (utbredda och koncentrerade)
3.
Samverkan kylelement och ventilationsluft
4.
Undersökning av värmebalansen i rummet med syftet att ta reda på andelen
strålning/konvektion från kylelementen
För att utreda det senare genomfördes även prov med kylelementen som värmeelement.
Provrum
med kyltak
Till provningen användes ett befintligt provrum i institutets laboratorium som
byggdes om för att få önskad bredd.
Provrummets dimension var (BxLxH) = 2.7 x 4.2 x 2.77 m och var försett med en
dörr med dimensionen 0.81 x 2.05 m och ett treglasfönster med ytan 1 m2. Provrummet var inbyggt ett rum i laboratoriehallen och fönstret angränsade till en
kylkammare , se fig. b
21
Kyltak
V
___-.*.
Figur 6
Provrum (mått i m)
6
Kylelement
De provade kylelementen var av fabrikat TeknoTerm.
Strålningstak
Kyltaken hade typbeteckningen TP - 60 x 300 och storleken (BxLxH)
60 x 300 x 6 cm. I försöken användes två parallellkopplade kyltak.
Figur 7
Foto av strålningstak
Kylbaffel
Kylbafflarna hade typbeteckningen TBE - 36 -10 - H och storleken
(BxLxH) 36 x 300 x 15 cm. Denna kylbaffel är ej uppbyggd av lameller utan av
ett antal kylslingor som är i direktkontakt med ytterhöljet. Försöken
genomfördes med dels två parallellkoppplade bafflar och en enstaka balfel.
7
Y
Figurö
Foto av kylbaffel med traverseringsanordning och värme källa (kub)
Mätförfarande
Studierna av rummets klimat gjordes på tre olika sätt:
Visualisering
- Med rök och ljusspalt för att få en allmän bild av luftrörelserna i rummet.
Temperaturmätning
- Mätning av temperatur med termoelement . Totalt 60 st varav 30 st var placerade på en vertikal stång för att mätning av temperaturprofilen i höjdled.
Hastighetsmätningar
Mätning av lufthastigheten med 10 st riktningsoberoende givare monterade på
en travesteringsanordning. I varje mätsnitt mättes på 8 olika höjder vilket
ger totalt 80 st mätpunkter. I varje punkt mättes var tredje sekund i totalt
5 min vilket ger totalt ett hundra(100) mätvärden. För medelhastigheter över
10 cm/s ger detta ett förväntat relativt fel på ? Mätpunkternas placering för
kyltak framgår av fig. 9.
8
Plac 8
Plac A
7cm
m
6cm
2.5
•
1.3
1.0
•
•
0.8
.
.
.
0.6
.
.
.
.
Y
Temperaturstång
0.2x
0.5
0.9
1.5
u
Lfl
N
o
N
N
.
•
•
•
•
•
.
•
•
.
•
.
.
.
•
•
•
•
•
•
.
U)
OG
U)
(D
u
't
Lf1
o
3.3
Ll1
C0
£P)
co
0
00
•
.
•
•
2.5
•
.
•
•
•
2.3
.
.
•
•
•
.
2.0
•
•
.
•
•
.
•
1.7
•
•
•
•
.
•
.
.
1.4
.
•
•
•
•
•
•
•
•
.
•
•
.
•
•
•
.
•
•
0.8
.
..
•
•
..
•
.
•
0.6
r
o
N
2.0
-c
3.85
U)
-
Temperaturstång
y
Figur 9
Mätpunkternas placering vid kyltak
Mätpunkternas placering för fallet med kylbafflar framgår av fig. 10.
9
.
.
.
.
.
.
y
Temperaturstång
1.O m
1.75
In
iI)Lfl
ao c• co n v eh c 4
O1
-Q
2.1
2.6
3.1
.4.2
U)
r
ö
Kyl baffel
III....
...
......
2.40
III
•
.
•
•
.
•
•
•
• .
2.30
.
2.10
2.00
1.80
1.50
1.20
0.90
z
Temperat , rstång
y
Figur 10
Mätpunkternas placering vid kylbaf,flar
Sammanställning av gjorda mätningar
Bestämning av kyl/värmeelementens
värmebalans
Det är viktigt att ha kännedom om hur avgiven värme från kylelementen fördelas
på konvektion respektive strålning. Detta är viktigt för att kunna uppskatta
hur aktiva elementen ärrnär det gäller styrning av luftrörelserna i rummet och
att uppskatta risken för "kallras" från kylelementen. För att bestämma värmebalansen genomfördes en omfattande försöks serie med både kylbaffel och
kyltak. Försöken genomfördes med alternativt varm och kallt vatten cirkulerande i kylelementen. Rumsytornas och kylelementets yttemperatur mättes. Den
största felkällan är yttemperaturen på kylelementen som är svår att bestämma.
l0
Energibalansen
hos ett rum försett med takkylelement
För att kunna analysera de termiska förhållandena i rummet är det viktigt att
känna till energibalansen vid stationära förhållanden, det vill säga totala
inflödet av värme till rummet och kylelementets totala effektavgivning. Detta
kräver att man känner värmetransmissionen genom väggar, golv, tak och infiltrationen av luft och kylelementets effektavgivning. Infiltrationen av luft
bestämdes med hjälp av spårgasteknik och resultatet redovisas i Appendix 2.
I detta avsnitt redovisas en analytisk modell för utvärdering av värmetran-
sporten från en kylpanel innesluten i ett rum. Värmetransporten sker både
genom strålningsutbyte med omgivande rumsytor och genom naturlig konvektion.
Energibalansen för rummet:
Till rummet tillförd värmeeffekt =Totala effekten upptagen
(1)
av kylelementet
Energibalansen för kylelementet:
Totala värmeeffekten upptagen av kylelementet =
Strålningsutbyte med rumsytorna + Konvektion
(2)
Till rummet tillförda mängden värme ("transmissionsförluster" och infiltration) skall naturligtvis vara lika med totala effekten upptagen av kylelementet. Ibland var dessa två energiposter ej lika vilket beror på mätosäkerheter.
Därför uppskattades denna energipost som medelvärdet av total värmeeffekt
upptagen av kyltaket och totala inflödet av värme till rummet. Andelen naturlig konvektion för konvektionstaket har beräknats enligt nedan:
Konvektion =
0.5 (Till rummet tillförd värme + Totalt upptagen effekt av kylelementet)
--
(3)
Strålningsutbytet med rumsytorna
Andelen naturlig konvektion för strålningstaket har beräknats genom att
använda publicerade korrelationsdata för värmeöverföring.
Total effektavgivning
från kylelementet
Den totala effektavgivningen bestämdes genom att mäta vattenflödet och framlednings- och frånledningstemperaturerna. För att få en noggrann bestämning av
avgiven effekt kontrollerades vattenfl" esmätaren genom att väga per tidsenhet
genomströmmad mängd vatten.
"Transmissionsförluster"
genom klimatskärmen
För värmeledningen genom väggarna antogs endimensionella förhållanden. De
tredimensionella förhållanden som råder vid kanter och hörn beaktades genom
att där öka värmeförlusterna med 10 %.
11
Värmeöverföringsmekanismer
mellan takkylelement
och rummet
Värmeöverf öring genom strålning
För bes tämning av strålningsutbytet mellan takpanel och rumsytorna användes
modellen redovisadi fig. 11. Motståndeni fig. l l är antingenett ytmotstånd
(1-c )/c A
m mm
eller ett rymdmotstånd,l/F
A .
m-nm
Tc
Y
w
a
a
w
- w
Tp
a
s
1
USAs
Fp ps
w
1
Fp p°°
°
° °A
TS
Tn
4
Tf
A = Yta
c = Tak
s = Söder
F = Synfaktor
e = Oster
W = Väster
T = Temperatur
f = Golv
P = Kylelement
£ = Emissivitet
n = Norr
Figur 11
Nätverk över strål ningsutbytet i ett rum med kvi panel
12
För enkelhetens skull beräknas en medelstrålningstemperatur för väggar och
golv. Kylelementets temperatur beräknades som medelvärdet av termoelementen
1,12,13,16 och 29 (se tabell 1). Väggarna och kylpanelen antogs strålningsmässigt vara diffust strålande ytor och emissiviteten för kyltaket sattes lika
med 0.90 och för rumsytorna lika med 0.93. Synfaktorerna mellan ytorna beräknades med hjälp av ett program utvecklat av Yugo Li. (?)
För att bes tämma strålningsutbytet krä vs att man känner yttemperaturerna väl.
Värmeöverföring genom naturlig konvektion mellan takpanel och luften
Värmeövergångstalet, a (W/m2K, för naturlig konvektion bestämdes för strå!.lc
ningstaken genom användning av följande korrelationssamband enligt Holman()
°xk
Grf
Pr f
f
Ä.
L
= 0.15(Gr
1/3
(4)
f)
= Grashofs tal
Prandtl tal
- Luftens v"arme k o n du ktt'v'itet
= Kylelementets längd
För konvektionstaken bestämdes den konvektiva effekten enligt formel (3).
Resultat värmebalansberäkningarna
Vid beräkningarna har kylelementens medeltemperatur satts lika med medelvärdet
av kylvattnets inlopps- och returtemperatur. Resultatet av beräkningarna presenteras i tabell 1 för strålningstaken och i tabell 2 för konvektionstaken.
Enligt tabell 1 kyler strålningstaket bort vårmeinflödet till rummet enligt
följande fördelning, se också fig. 12
bl % strålning till mellan kylelement och väggar och golv
9 % strålning till mellan kylelement och tak
30 % naturlig konvektion till luften
Temperaturskillnaderna i fig 12 och fig 14 avser skillnaden mellan rumsluftens
medeltemperatur och kylelementens medeltemperatur.
120
100
80
a Strålning
från
våggar+golv
till
kyltak
0
Strålning
fråntaktillkyltak
Konvektion
20
0
0,2
4,05
5,35
6,55
7,2
7,55
TEMPERATUR [°CJ
Figur 12
Fördelningen pu olika värmeöverföringsmekanismer
mellan kyltak och rum
13
Slutsatsen är som väntat att strålningsutbytet dominerar och uppgår till
totalt 70 %. Figur 13 visar panelens totala effekt och värmeinflödet och
summan av strålning och konvektion för panelen.
250
200
150
Kyhakseffekt
u
100
Q
Strålning+Konvektion
.
Totalaf 1duster
W
50
0
23,25
16,25
14,05
12,1
10,75
10,4
KYLTAKETS YTTEMPERATUR [°C]
Figur 13
Energibalansen för strålningstak
Som framgår av tabell 2 ärr för konvektionstaken skillnaden mellan kyltakets
totala effekt och totala förlust inom 20 %, se också fig 14. Detta innebär att
konvektionsandelen för konvektionstaket kan med "Ingenjörs" noggrannhet uppskattas med formel (3). Tabell 2 visar att kylbaffeins värmeöverföring till
mer än 70 % sker genom konvektion.
250
200
':
150
-.
W
100
®
te
50
0
7,05
6,75
6,2
4,95
TEMPERATUR
Figur 14
4,55
4,45
[°C]
Energibalansenför konvektionstak
De tre till vänster avser fallet med en baffel
De tre till höger avser fallet med två baff lar
Kyltakseffekt
Strålning
Konvektion
Totala förluster
21,5
20,3
60
21,6
20,4
52
21,5
20,4
60
21,6
20,8
58
21,5
20,8
60
21,6
20,9
0
8
23
Takets ute temperatur
Golvets ute temperatur
Flöde (1/h)
(W)
(W)
(W)
Infiltration,B2
B = B1 + B2
Kyltaks effekt, C
B/C
(W)
Transmissionsförluster, B 1
Strålning från väggaz+goly till kyltak,Al
Strålning från tak till kyltak, A2
A3 = Al + A2
Konvektion,A4
A = A3 + A4
Andelenav strålning och konvektion
Totalaförluster,B
Summan av strålning och konvektion, A
Resultat
94%
195,4
199,6
75%
174,5
85%
141,7
104,7
0
83%
14,6
-183,6
8,1
149,7
6,4
148,4
3,5
118,1
0,8
94,7
91%
169,1
141,6
142
114,6
93,9
-1,6
-0,8
-2,5
117 [59%] 108,9 [59%]
65,5 [63%]
83,4 [61%] 100,5 [60%]
15,6 [8%]
16,5[8%]
14,2[8%]
1l,9[9%]
9,2[9%]
124,5
133,5
114,7
95,3
74,7
61
42,5
54,4
67,1
29,7
185,5
169,1
200,6
137,8
104,4
67%, 33%
67%, 33%
70%, 30% 68%, 32%
72%, 28%
26,7
25, l 25,6
25,6
24,5
25,4
26,6
25,2
25,9
26,2
24,7
25,2
26,8
25,5
26
26,1
25,2
25,8
6
5
7
Norra väggens ute temperatur
Ostra väggens ute temperatur
Västra väggens ute temperatur
Luftens medeltemperatur
Södra väggens ute temperatur
1,7
0,8
2,5
0,9
3,4
10,4
16,5
20,E
10,75
17,3
20,7
12,1
17,7
20,8
14,05
18,7
21,1
16,25
19,8
21,1
23,3
23,5
21,2
44
4
(V)
(V)
(V)
(VV)
(W)
_ 16,6 _
_ 16,8
16,9
17
17,3
16,E
11,1
11,8
_ 9>3
7,9
10,7
Södra väggens temperatur
Norra väggens temperatur
Ostra väggens temperatur
Västra väggens temperatur
Takets temperatur
Golvets temperatur
l:a kyltakets yttemperatur
2:a kyltakets yttemperatur
Kyltakets yttemperatur vid inlopp
Kyltakets inloppstemperatur
Kyltakets utloppstemperatur
Kyltaksytorna medeltem peraturer
17,4
17,6
17,6
17,8
18
17,3
11,4
12,3
9,5
8,1
11,4
17,7
17,9
18
18,1
18,3
17,7
12,7
13,4
11,1
9,9
12,4
18,7
18,8
18,9
18,9
19,2
18,6
14,5
15,1
13,2
12,3
14,4
19,8
19,9
20
20,1
20,2
19,7
16,6
17
15,7
15
16,5
23,2
23,4
23,5
23,4
23,6
23,2
23,2
23,3
23,4
23,3
23,3
10
30
14
24
60
31
1
29
16
13
12
Test no 6
Test no 5
Test no 4
Test no 3
Test no 2
Test no 1
Termoelement
Tabell 1 - Ky ltak
20,1
60
19,9
60
20,3
60
19,9
66
20
66
Totala förluster, B
178,2
169,4
173,6
152,5
138
141,9
Transmissionsförluster, B1
(W)
18,2
18,2
10,6
15,4
8,1
7,5
B2
(W)
Infiltration,
196,4
191,8
184,8
150
163,1
145,5
B = B1 + B2
(W)
216,3
230,3
176,5
230,3
153,5
176,5
Kyltaks effekt, C
(V)
91%
83%
92%
80%
98%
82%
B/C
206,4
207,6
211,1
161
169,8
151,8
Summan av strålning och konvektion, A=(B+C)/2
315
25,4
32,6
26,6
36,6
24,3
Strålning från väggar+goly till kyltak, Al (VV)
24,2
26,4
37,4
32,3
_ 33,4
24,9
Strålning från tak till kyltak, A2
(W)
74
-66,9
49,2
51,8
64,9
50,8
A3 = Al + A2
(W)
1393
133,6
146,2
118
102,6
110,2
konvektion, A4 = A - A3
(VV)
31%, 69%
36%, 64% _31%, 69% _ 32%, 68%
32%, 68°Io 32%, 68%
Andelen av strålning och konvektion
Resu ltat
Flöde (1/h)
60
20
23
Golvets ute temperatur
25 ,8
24 ,6
24 ,9 _
21
25,9
24,6
24,9
20,9
26,3
24,9
25,3
21 ,5
25 , 1
24,2
24 ,4
20,7
25
24,1
24 ,3
20 ,3
25 ,4
24,5
24 ,7
20 ,7
6
5
7
8
Norra väggens ute temperatur
Östra väggens ute temperatur
Västra väggens ute temperatur
Takets ute temperatur
15,7
20,7
15,9
20,6
16,4
20,8
16,5
20 ,3
16,9
20,2
17
20,4
44
4
13,05
13,25
13,4
Luftensmedeltemperatur
Södraväggens ute temperatur
12
12,3
12,8
Två bafflar
16
16,2
16,5
16,4
16,2
15,9
12,9
13,6
9,7
13
Två bafflar
16,5
16,7
16,9
16,9
16,8
16,5
13,1
13,7
9,8
13,1
-
Test no 12
Två bafflar
15,9
16,1 _
16,4
16,2
16,1
15,8
12,7 _
13,4
9,7
12,8
Test no 11
Test no 10
Kyltaksytorna medeltemperaturer
Södraväggens tem eratur
Norraväggens temperatur
Ostraväggens temperatur
Västraväggens temperatur
Takets temperatur
Golvets temperatur
l :a kyltaketsyttemperatur
2:a kyltakets yttemperatur
Kyltaketsinlo pstemperatur
Kyltaketsutlo pstem eratur
Enbaffel
16,4
16,7
16,8
16,8
16,8
16,3
12
8,6
10,9
Test no 9
Enbaffel
16,9
17,2
17,4
17,3
17,2
16,7
12,3
8,7
11
Test no 8
Enbaffel
17
17,2
17,4
17,4
17,3
16,9
12,8
9,7
11,9
Test no 7
Termoelement
10
30
14
24
60
31
1
29
13
12
Tab ell2 - Kvlbaffel
16
Bestämning av hastighets och temperaturfördelning
Försö k med strålningsta k
Strålningstak
kombinerade med utbredd värmebelastning
Proven genomfördes med två kyltak, se fig. 6, och värmebelastningen bestod av
en slinga av värmekabel utbredd på golvet. Försöksdata redovisas i tabell 3
nedan.
Tabell 3
Mätsnitt
Försöksdata för kyltak i kombination med utbredd värmebelastning
Värmelast
Kyleffekt
Total Effekt/
effekt Golvarea
Tillopp
Retur Flöde
°C
°C
Total
effekt
Effekt/
yta kyltak
l/h
[w]
[w/m2]
Lufthastighet
Rumstemp°C
cm/s
max medelhast i
vistelsezonen
<_1.8m <_1.2m
Mätsnitt A
x=3.85
y =1.35 m
1.2 m ö.g.
X
m
[w]
0.2
937
83
13.0
15.5
203
590
164
14
14
24.8
0.5
0.5
434
952
38
84
12.3
12.4
14.9
15.2
112
203
339
661
94
184
16
23
15
23
24.8
31.4
0.9
0.9
0.9
955
439
216
84
39
19
12.6
12.1
13.7
15.1
14.6
15.9
183
113
88
532
329
225
148
91
63
13
15
13
13
14
13
28.1
24.0
22.6
1.5
218
19
13.2
15.5
88
235
65
11
11
22.5
2.0
2.0
2.0
950
435
218
84
38
19
12.2
11.9
13.2
14.7
14.3
15.6
184
116
89
535
324
248
149
90
69
15
12
11
14
9
11
27.7
24.0
22.5
3.3
3.3
3.3
986
432
219
87
38
19
12.5
11.9
13.3
14.8
14.2
15.6
185
121
86
495
324
230
137
90
64
15
11
9
15
11
9
26.7
23.7
22.5
[w/m2]
En typisk strömningsbild visas i fig. 15.
17
P(ac B
PIQC A
m
2,5
.
.
2.0
•
.
1.7
•
•
1.4
.
.
t--
.
.
1.3
i
.
•
.
.
6 L
1.1
0.8
.
•
•
•r
.
l
•
0.6
Utbredd
värmelast
-.i
_ %
Temperaturstång
-------------------
0.2
Figur 15
0.5
0.9
1.5
2.0
3.3
3.85
Kyltak. Strömningsbild med kyltak och en utbredd värmebelastning på golvet.
Kyltak i kombination med en "koncentrerad" värmekälla
Proven genomfördes med två kyltak och värmekällan utgjordes av en uppvärmd kub
med sidlängden 25 cm (se Fig.8).
Tabell o
Försöksdata för kyltak i kombination med "koncentrerad" värmekälla
Värme- Värmelast
källans
placering Total Effekt!
effekt Golvarea
X
m
[w]
[w/m2]
Kyleffekt
Rumstemp °C
Tillopp
Retur Flöde
Total
effekt
Effekt!
yta kyltak
°C
°C
I/h
[w]
[w/m2]
Mätsnitt B
x=2.0
y =1.35 m
1.2 m ö.g.
2.0
488
43
11.7
13.5
197
412
114
21.7
0.9
0.9
0.9
2.0
2.0
207
214
38
211
34
18
19
3
19
3
12.4
15.1
*,T=1.4°C
11.3
12.5
*T.2.o°C
10.8
11.8
91
199
185
199
170
286
324
258
463
198
79
90
72
129
55
22.0
22.0
19.3
21.0
17.0
3.3
34
3
10.8
170
198
55
17.0
11.8
*) Uppgiftom tillopps- och returtemperatur
saknas. EndastaktuellOT finns redovisad.
Strömningsbilder vid olika placering av värmekällor redovisas i fig.16
18
m
2.5
.r'
1
2.3
2.0
4?
1,7
t
1
1.1
Laga hastigheter < 10 cm/s
r
0.6
1
34W
0.9
2.0
3.3
m
2.5
2.3
1
2.0
1.7.
!
Låga hastigheter <10 cm/s
1
i
1.4
1.1
0.6
45x0.75
:34W
x
0.9
1.0
3.3
m
2.5
2.3
r
2.0
i
t
17
1, Låga hastigheter < 10cm/s
1.4
11
T
0.6
T
r
z
1
38W
x
Figur 16
0.9
2.0
3.3
Kvltak. Strömningsbilder vid olika placering av värmekällan
19
- Strd lningstak i kombination med ventilation
Försöksbetingelserna framgår av tabell 5.
Tabell S
Värmekällans
Kyltaki kombination med ventilation och koncentrerad värmekälla
Värmelast
placering Total
Effekt!
Luftflöde
Kyleffekt
Tillopp
Retur Flöde
effekt Golvarea
Total
Effekt/
Mätt på :
effekt
yta kyltak
x=2.1
y =O.95
[w]
[w/m2]
X
m
2.0
2.0
[w/ml
°C
°C
0
0
0
0
0
0
11.9
11.9
13.3
13.3
60
60
0
98
98
197
202
17
18
11.9
11.9
13.9
13.7
58
60
135
126
[w]
I/h
ils
°C
1.2 m ö.g.
0
54
54
15.2
15.2
10.0
16.0
16.3
16.7
18.7
18.9
18.8
75
70
10.0
15.2
17.6
16.6
20.9
19.8
Exempel på strömningsbilder visas i figur 17-21.
m
2.5
-4
---4
---4
_-,
4
L
2.3
2.0
1 .7
Iinga
nga
nga höga haigheter
hastigheter
i vistelsezen
vistelsez on
onen
1.4
0.6
z
3.3
Figur 17
Rumstemp°C
ingen effekt på kyltaket. Luftflöde 15.2 lis. Tilluft + 16.0°C
Ingen intern last
20
m
2.5
:{•..•:':4ti•.Y.v
} :............::titi
:rr .::•: k •rr}:•
:::w:::::.::::
d: rr.•}}}}7rr?4ti:•khv
'.: r • ..•
:.....
........
,
1.3
y
y
ti
2.0
1.7
Inga höga hastigheter i vistelsezonen
Ingen större skillnad
på kyltaket
1.4
mot utan
lL
kyla
i
0.6
l
z
0.9
Figur 18
2.0
3.3
Kyltakseffekt 98 W. Luftflöde 15.2 lis. Tilluft + 163°C
Ingen intern last
m
-3
2.5
2.3
Tilluften släpper tidigare
frän kyltaket
vid ca 3.3 m
2.0
Hast
' 1.8m • 11 c m!s
1.7
1
1.4
1.2m.
1.1
Hast
7 cmis
0.6
z
x
Figur 19
0.9
2.0
3.3
Kvltakseffekt 98 W. Luftflöde 101/s. Tilluft + 16.7°C
Ingen intern last
21
m
2.5
2.3
2.0
r
1.7
1.4
Plymen fran värmekällan
hindrar tilluftens utbredning längs kyltaket.
!stället
sprids tilluften
at sidorna och där kan
finnas risk för lokala
ned slag.
r
T r
r r
t
0.6
139x1.42
=197W
z
x
Figur 20
m
2.5
0.9
Kyltakseffekt 135 W. Luftflöde 10 lls. Tilluft + 17.6 °C
.+
-4
..+
-}
2.3
r
-I
('p
(
2.0
Konvektionsströmmen
från
värmekällan
minskar titluft-
1.7
delen av kyltaket . Strålen
1.4
sprider sig i sidled och blandas med plymer från värme-
strålens hastighet i bortre
källan.
3.3
2.0
Tendens till högre
y
y
/
r
Is
r
T
av kyltaket.
0.6
1
z
143x1.41
=202W
x
Figur 21
0.9
y
v
T
hastighet i vistelsezonen
vid sidan
ti
2.0
3.3
Kyltakseffekt 126 W. Luftflöde 15.2 lls. Tilluft + 16.6°C
22
Resultat för försök med strålningstak
Kyltaket orsakar inga höga lufthastigheter i vistelsezonen.
Detta gäller både vid passiv (utbredd) och aktiv (plym) värmekälla.
Endast vid kyleffekter på 150 w/m2 kyltak har vi mätt upp lufthastigheter som år högre än 15
cm/s i medelvärde. Då dessa hastigheter inte uppstår mitt i rummet utan i närheten av
väggarna torde de ej ge problem med komforten.
Kyltaket kombinerat med inblåsning av 15.2 l/s direkt fångs med taket gav ej några problem
Reducerar man luftflödet till 101/s släpper jetstrålen från taket.
Fö rsök med kylbaf fel
Kylhaffel kombinerad med utbredd värmebelastning
Provet genomfördes med kylbaffeln monterad enligt fig. ? och värmebelastningen
bestod av en slinga värmekabel utbredd över golvytan.
Tabell 6
Mätsnitt
Försöksdata för kvlbaffel i kombination med utbredd värmebelastning
Värmelast
Kyleffekt
Total
Tillopp
Lufthastighet
Rumstemp °C
luft hast
Effekt/
Retur Flöde
effekt Golvarea
X
m
[w]
[w/m2}
°C
°C
I/h
Total
Effekt/
cm/s
Mät på :
effekt
yta kyltak
max medelhast i
x=2.1
[w]
[w/m2]
vistelsezonen
<_1.8m <_1.2m
y =1.0 m
1.2 m ö.g.
1.75
1.75
0
0
0
0
9.7
8.5
11.9
10.8
60
66
154
177
51
59
10
11
9
10
17.0
16.4
2.10
0
0
8.7
11.1
66
184
61
15
12
17.1
2.10
2.10
2.10
2.40
2.40
392
390
390
390
398
35
34
34
34
35
8.6
8.6
12.0
13.9
13.9
13.9
16.4
18.4
0
60
63
58
60
0
370
388
255
314
0
123
129
85
105
10
27
23
22
23
9
24
23
13
23
33.5
24.3
23.2
24.5
26.6
Mätn längs
390
baffeln
34
12.1
16.8
58
317
106
22
21
25.4
2.40
2.40
2.40
2.40
2.40
193
100
406
406
404
17
9
36
36
36
13.8
13.8
12.1
12.1
13.8
17.0
16.4
16.7
16.7
18.3
60
60
60
60
60
223
182
321
321
328
74
61
107
107
109
18
16
24
26
23
18
13
24
26
23
23.1
21.3
25.2
25.2
26.2
1.75
1.75
404
102
36
9
13.6
13.4
18.1
16.0
60
60
314
181
105
60
15
19
14
7
26.7
21.5
2.40
100
9
13.3
16.0
60
188
63
14
14
21.6
3.10
102
9
13.3
16.1
60
195
65
16
16
21.6
2.40
196
17
13.4
16.3
60
202
67
18
14
22.0
23
.
.
.
.
.
r
Temperat
z
X
rstdng
1.0 m
Figur 22
Utbredd
värmelast
..
1.75
2.1
2.4
3.1
L.2
Kylbaffel. Strömliingsbild
Kylbaffel i kombination med en "koncentrerad " värmekälla
Proven genomfördes med kylbaffeln monterad centralt i rummet och värmekällan
utgjordes av en uppvärmd kub med sillängden 25 cm. Värmekällan var placerad
mitt under kylbaffeln.
Tabell 7
Försöksdata för kylbaffel i kombination med "koncentrerad" värmekälla
Mätsnitt Värmelast
Kyleffekt
Lufthastighet
Rumstemp °C
cm/s
max medelhast i
Mätt på :
x=2.1
vistelsezonen
y =1.0 m
<1.8 m <_1.2m
1.2 m ö.g.
luft hast
Total Effekt!
effekt Golv-
X
X'
area
m
m
[w]
[w/maj
Tillopp
Retur Flöde
Total
effekt
Effekt/
yta kyltak
°C
°C
[w]
[w/m2]
I/h
1.2
1.0
2.4
2.4
103
373
9
33
9.7
10.1
12.8
14.2
60
60
216
286
72
95
16
19
15
14
18.5
19.8
1.4
1.8
3.7
3.7
373
373
33
33
8.5
8.5
13.3
13.3
60
60
335
335
112
112
14
17
11
17
20.3
20.3
2.0
1.5
3.7
3.7
93
93
8
8
13.0
13.0
15.2
15.2
60
60
153
153
51
51
16
16
14
16
19.6
19.6
')
Värmekällans
placering
Mätningarna gjordes för att kontrollera om kylbaffeins effekt minskade när den utsattes av
varmluften från en plym.
24
Tabell 8
Försöksdata för kylbaffel i kombination med "koncentrerad" värmekälla
Värme- Värmelast
källans
placering Total Effekt/
effekt Golvarea
X
Kyleffekt
Tillopp
Retur Flöde
Total
effekt
Effekt/
yta kyltak
m
[w]
°C
°C
(wj
[w/m2]
2.10
(2.40
393
390
35
34
8.4
8.6
13.8
13.9
66
63
414
388
138
129
22.6
23.2)
2.10
(2.40
187
196
17
17
13.4
13.4
16.8
16.3
57
60
225
202
75
67
22.2
22.0)
2.10
(3.10
102
102
9
9
13.3
13.3
15.8
16.1
59
60
171
195
57
65
20.3
21.6)
(w/m2]
Rumstemp °C
l/h
Mätt på:
x=2.1
y =1.0 m
1.2mö.g.
Vården inom parantes är motsvarande prov med passiv värmekälla.
Avsikten med dessa prov var att se om avgiven effekt från kylbaffeln
minskade i kombination med koncentrerad värmekälla. Därför gjordes endast
effektmätning och ingen mätning av lufthastigheter.
:1 i'
.
.1
t:t'
''\
.
•t
1
Figur 23
1.O m
i
T
1.75
1
2.1
1
Il
393W
Temperaturstång
x
.'
.
.t
'.
t
z
:
Konvektiv värmekälla
2.4
3.1
4.2
Kylbaffel med en "stark" värmekälla under
Baffelnseffekt4.14w
Resultat försök med kylbaffel.
Kylbaffel i kombination med utbredd värmekälla
I Figur 19 visas maximalt uppmätta medelhastigheten i vistelsezonen som funktion av kylbaffeins effekt per löpmeter. Redovisad temperatur ärrtemperaturen
i den punkt den maximala medelhastigheten inträffar.
25
cmis
30
a
c
25
T=24.3°
b
c
0
T=25.1°C
N
41
In
20
å;
r
c
In
.>
1=22.9°
d
T= 21.5°
100
50
Kyleffekt/per
Figur 24
150W
m kylbaffel
Maximala medelhastigheten i vistelsezonen som funktion av avgiven
total effekt
Hastigheten ökar naturligtvis med effekten och vid effekten 125 W/m är hastigheten hela 27 cm/s. Detta kan orsaka komfortproblem trots att rumstemperaturen
vid dessa fall är hela 25 C°. Man "r i alla fall undvika att sitta rakt under
baffeln.
Kylbaffel i kombination med en "koncentrerad" värmekälla
Kombinationen av punktformig värmekälla och kylbaffel ger ej upphov till högre
lufthastigheter i vistelsezonen än med passiv värmekälla.
Enligt uppgifter i branschen minskar kylbaffelns effekt ner en konvektiv
värmekälla placeras under den samma.
Det visar inte våra mätningar, istället har vi uppmätt något större effekt vid
konvektiv värmekälla än vid passiv.
Sammanfattning av resultat
Maximal värmeeffekt som kan kylas bort med strålningstak eller kylbaffel
begränsas av följande två faktorer
-Risken för kondens på kylelementen som kan ge upphov till vattendropp från
kylelementen.
-Risken för höga lufthastigheter i vistelsezonen på grund av nedfallande luft
(kallras)
26
Värmeöver ?iringsrnekanismer
Försöken och värmebalansber kningarna visade att fördelningen på
strålning/konvektion var
Kylbaffeln: Strålning -'30 %
Konvektion ''70 %
Kyltaket :
Konvektion '-30 %
Strålning -70 %
Luftrörelser i rummet
Den redovisade fördelning av värmeöverföingsmekanismerna återspeglas
beträffande luftrörelserna i vistelsezonen och temperaturskillnaderna i
höjdled.
Med ett kyltak i rummet styrs luftrörelserna helt av plymerna från
värmekällorna i rummet.
En kylbaffel påverkar mera påtagligt luftrörelsrna i rummet. Man kan ej
rekommendera att sitta direket under en kylbaffel emedan det finns risk för
att drag kan uppstå. En kylbaffel bör placeras så att de luftrörelser den
skapar samverkar med de övriga luftrörelserna i rummet. Annars kan finnas risk
för instabila förhållanden som skapas av två motriktade luftrörelser som ger
risk för okontrollerade luftnedslag . När den "koncentrerade" värmekällans
effekt uppgick till ca en tredjedel av kylbaffelns effekt trängde plymen från
värmekällan upp till kylbaffeln. Eftersom provrummet var ganska smalt (2.7 m)
påverkades luftrörelserna av rummet. Alla luftrörelser skapade av kylbaffeln
drogs mot närmaste väggyta.
Om man som kriterium sätter att medelhastigheten i vistelsezonen får högst
uppgå till 15 cm/sek fick vi i våra f örsök maximala kylefffekt
Kylbaffel
Kyltak
75 W/m
150 W/m2
Försöksresultaten är förmodligen mera generella för kyltaken än för
kylbaffiarna som kan förväntas vara mera produktberoende.
Temperatur förhållandena
För båda typerna av kylelementen är temperaturskillnaden mellan luften direkt
under kylelementet och omgivningen mycket liten vilket visar att man har god
omblandning.
Temperaturskillnaderna i höjdled blir med båda typerna av kylelementen mycket
små och det finns därför ej någon risk för komfortproblem ur denna aspekt.
Kyltak kombinerat med ventilation
Inblåsning av 15 l/s direkt längs med taket gav ej några problem. Minskar man
luftflödet till 10 l/s släpper tilluftsstrålen taket på avståndet 3.3 m från
tilluftsdonet.
á
28
E = (pC U
P f
T)
(2)
Denna balans är rimlig att anta eftersom om borttransporteradeffekt är mindre
än den producerade effekten kommer kylningen öka och därmed fallhastigheten
Processen kan med andra ord förväntas vara självreglerande . Genom att kombinera ( 1) och (2) blir fallhastigheten
gEh
1/3
U f - pCpAT
(3)
Av ovanstående framgår att de faktorer som påverkar hastigheten ärr
Avståndet från kyltaket
Bortkyld effekt per m2 takyta.
Hastigheter genererade av en kylbaffel
En lång kylbaffel med längden L m kan betraktas som en linjekälla som alstrar
en tvådimensionell plym.
Hastigheten genererad i en tvådimensionell plym ges av följande uttryck
U=kB
113
Där k är en konstant som är ungefär lika med 2.45 och B är den så kallade
buoyancy f 1oxen vilken ärrlika med
B = (TPL)
P
Hastigheten är alltså oberoende av avståndet från taket och endast beroende av
effekten per längdenhet (E/L)
29
APP EN DIX 2
Infiltration
i provrummet
på grund av temperaturskillnad
Med hjälp av kyltaket värmdes och kyldes provrummets lufttemperatur till att
bli större respektive lägre än omgivande temperatur. Luftflödet mättes med
hjälp av spårgasteknik (avklingningsmetod). Resultatet redovisas i fig. 1.
Läckflöde
(m31h1
20
.
.
10
.
.
-10
Undertemperatur
Figur 1
+10
AT(°C1
Övertemperatur
Infiltration skapad genom temperaturskillnad mellan rumsluften och
omgivningens temperatur
Vi ser att det finns en asymmetri i den mening att luftflödet inte bara är
beroende av beloppet av temperaturskillnaden utan även av om det är fråga om
över- eller undertemperatur.
á
á
T: 157
Byggnadsstyrelsensinformationer
1993-09
SSTYRELSEN
Kyltakoch kylbufflarär framtagenvid Tekniska enheten vid
Byggnadsstyrelsen
och ingår i skriftserien"Byggnadsstyrelsens
publikationer".
Redigeringoch layout Informationssektionen
, Byggnadsstyrelsen.
Upplysningar om Byggnadsstyrelsens publikationer lämnas
av informationssektionens
biblioteks-och dokumentationsservice, tel 08-783 13 71.
Upplaga:700 ex
Byggnadsstyrelsens publikationer kan beställas från
kontorsservice/publikationsförrådet
, tel 08-783 11 53.
Tryckeri: Gamisonstryckeriet
, Stockholm,september1993
Adress: Byggnadsstyrelsen
, 106 43 Stockholm