Fla¨kt Woods-mall marketing (kopia)

Teknisk Handbok
Luftbehandlingsteknologi
Innehållsförteckning
1
INLEDNING
Handbokens syfte och mål ________________________________________________________9
Presentation av handboken ________________________________________________________9
2
ALLMÄNT OM LUFTBEHANDLINGSSYSTEM
Inledning ________________________________________________________________________11
3
LUFTENS EGENSKAPER
Inledning ________________________________________________________________________13
Torra termometerns temperatur (t) ______________________________________________14
Våta termometerns temperatur (t) ________________________________________________14
Vatteninnehåll ____________________________________________________________________14
Entalpi __________________________________________________________________________14
Mättnad ________________________________________________________________________14
Relativ fuktighet __________________________________________________________________14
Mollierdiagram __________________________________________________________________15
Värmningsprocessen ____________________________________________________________16
Kylningsprocessen ______________________________________________________________17
Befuktning med vatten eller ånga __________________________________________________18
Blandning av två luftflöden ________________________________________________________19
Blandning av två luftflöden – Dimma ______________________________________________20
Olika klimat i Mollierdiagarammet ________________________________________________21
Sammanfattning ________________________________________________________________22
4
STRÖMNINGSLÄRA
Inledning ________________________________________________________________________25
Laminär och turbulent strömning __________________________________________________25
Reynolds likformighetslag ________________________________________________________25
Definition av tryck ________________________________________________________________26
Strömning i rör och kanaler ______________________________________________________26
Tryckfallsdata ____________________________________________________________________28
Sammanfattning ________________________________________________________________29
5
VÄRMEÖVERFÖRING
Inledning ________________________________________________________________________31
Värmeledning ____________________________________________________________________31
Konvektion ______________________________________________________________________32
Strålning ________________________________________________________________________32
Klassificering ____________________________________________________________________32
Sammanfattning ________________________________________________________________33
6
KYLPROCESSER
Inledning ________________________________________________________________________35
Kylprocessen ____________________________________________________________________36
Kylkapacitet ______________________________________________________________________37
Energikonsumtion ________________________________________________________________37
Köldfaktorn ______________________________________________________________________37
Värmefaktor ____________________________________________________________________33
Sammanfattning ________________________________________________________________38
Fläkt Woods
1
7
VÄRME- OCH KYLÅTERVINNING
Inledning ________________________________________________________________________41
Varaktighetsdiagram ____________________________________________________________42
Definitioner ______________________________________________________________________43
Verkningsgrader ________________________________________________________________43
Sammanfattning ________________________________________________________________45
8
LCC OCH ENERGIBERÄKNING
Inledning ________________________________________________________________________47
Livscykelenergikostnaden,LCCE ____________________________________________________47
Energikostnad och CO2-emission __________________________________________________47
Minimera energikostnaden ________________________________________________________48
Parametrar för energi- och LCCE-beräkning ________________________________________48
Temperaturberäkning ____________________________________________________________48
Utetemperaturkompensering______________________________________________________49
Driftstider ______________________________________________________________________49
VAV-system ______________________________________________________________________50
Sammanfattning ________________________________________________________________51
9
LJUD
Inledning ________________________________________________________________________53
Ljud ____________________________________________________________________________53
Frekvens ________________________________________________________________________54
Standardfilter ____________________________________________________________________55
Vad alstrar ljud i ett luftbehandlingsaggregat? ______________________________________55
Relationen mellan ljudeffekt och ljudtryck __________________________________________56
Utomhus ________________________________________________________________________56
Inomhus ________________________________________________________________________56
Ljudnivå i utnyttjade utrymmen ____________________________________________________57
Hur man väljer ett tyst luftbehandlingsaggregat ____________________________________57
Sammanfattning ________________________________________________________________58
10
LUFTSPJÄLL
Inledning ________________________________________________________________________61
Reglering av luftflöde ____________________________________________________________61
Blandning av luftflöde ____________________________________________________________61
Blandningsegenskaper ____________________________________________________________62
Reglering av förbigångsluftflöde __________________________________________________63
Avstängning______________________________________________________________________63
Spjällblad ________________________________________________________________________64
Luftläckage vid stängt luftspjäll ____________________________________________________65
Luftläckage i luftspjällets hölje ____________________________________________________65
Erforderligt vridmoment __________________________________________________________65
Tryck ____________________________________________________________________________65
Sammanfattning ________________________________________________________________66
11
LUFTFILTER
Inledning ________________________________________________________________________69
Luftens föroreningar______________________________________________________________69
Hur fungerar ett partikelfilter? ____________________________________________________70
Testning och klassificering av partikelfilter __________________________________________72
2
Tryckfall över partikelfilter ________________________________________________________73
Kolfilter (Sorptionsfilter) __________________________________________________________74
Filter i luftbehandlingsaggregat ____________________________________________________74
Förfilter__________________________________________________________________________74
Finfilter __________________________________________________________________________75
Högeffektiva HEPA filter __________________________________________________________75
Kolfilter __________________________________________________________________________76
Installation ______________________________________________________________________76
Sammanfattning ________________________________________________________________77
12
LJUDDÄMPARE
Inledning ________________________________________________________________________79
Ljuddämpning ____________________________________________________________________79
Absorptionsljuddämpning ________________________________________________________79
Reaktiv ljuddämpning ____________________________________________________________79
Bredd __________________________________________________________________________80
Längd __________________________________________________________________________80
Tryckfall ________________________________________________________________________80
Ljudalstring ______________________________________________________________________81
Placering ________________________________________________________________________81
Mätmetod ______________________________________________________________________81
Sammanfattning ________________________________________________________________82
13
FLÄKTAR
Inledning ________________________________________________________________________85
Fläkttyper ________________________________________________________________________85
Radialfläkt ______________________________________________________________________86
Kammarlfläkt ____________________________________________________________________87
Axialfläkt ________________________________________________________________________87
Fläktdiagram ____________________________________________________________________88
Fläktlager ________________________________________________________________________89
Systemkurvor ____________________________________________________________________90
Kompatibilitet mellan fläkt- och systemkurva________________________________________90
Effekter av förändrande systemkarakteristik ________________________________________90
Parallell drift av fläktar ____________________________________________________________91
Systemeffekter __________________________________________________________________92
Böjar ____________________________________________________________________________92
Jalusispjäll ______________________________________________________________________92
Fläktens verkningsgrad __________________________________________________________92
Temperaturökning genom fläkten __________________________________________________92
Fläkthjulets balansering __________________________________________________________93
Egenfrekvens ____________________________________________________________________93
Vibrationsdämparnas egenfrekvens________________________________________________93
Tillåten vibrationshastighet ________________________________________________________93
Ljud ____________________________________________________________________________93
Vibrationsisolering________________________________________________________________94
Fläktens kraftöverföringssystem __________________________________________________95
Direktdrift, Frekvensomriktare ____________________________________________________95
Remdriftsystem __________________________________________________________________96
Remväxeldrift ____________________________________________________________________96
Kilremsväxlar ____________________________________________________________________96
Planremsväxlar __________________________________________________________________96
MICRO-V eller rippenbandremväxlar ______________________________________________96
Fläkt Woods
3
Fläktmotorer ____________________________________________________________________97
Trefas-induktionsmotorer ________________________________________________________97
Vridmoment ____________________________________________________________________97
Motorns verkningsgrad __________________________________________________________98
Direktstart av enhastighetsmotorer ______________________________________________98
Y/D-start av enhastighetsmotorer ________________________________________________98
Start och styrning av tvåhastighetsmotorer ________________________________________98
Motorskydd (överlastskydd) ______________________________________________________98
Utrustning för tungstart __________________________________________________________98
Fasbrottsskydd __________________________________________________________________98
EC-motorer ______________________________________________________________________99
Hög verkningsgrad ______________________________________________________________99
Varvtalsreglering ________________________________________________________________99
EC-motorns användaregenskaper__________________________________________________99
Högeffektiva elmotorer __________________________________________________________100
Starttid - för motorer utan frekvensomriktare ____________________________________100
Kontroll av motorns tillåtna starttid ______________________________________________101
Kontroll av överlastskyddets utlösningstid ________________________________________101
Motorkopplingsschema__________________________________________________________101
SFP-värde och VAS-klasser ______________________________________________________102
SFPv-värde ____________________________________________________________________102
El-effektiva fläktar ______________________________________________________________103
Regleranordning ________________________________________________________________103
Sammafattning ________________________________________________________________104
14
LUFTVÄRMARE OCH LUFTKYLARE
Inledning ______________________________________________________________________107
Konstruktion____________________________________________________________________108
Olika kopplingar ________________________________________________________________108
Motströmskopplade vattenbatterier ______________________________________________109
Förångarbatterier ______________________________________________________________110
Normala hastigheter för batterier ________________________________________________110
Kylenhet________________________________________________________________________111
Förångaren ____________________________________________________________________111
Kompressorn __________________________________________________________________111
Kondensorn ____________________________________________________________________111
Expansionsventil ________________________________________________________________111
Högtryckspressostat ____________________________________________________________112
Högtryckspressostat (drift) ______________________________________________________112
Lågtryckspressostat ____________________________________________________________112
Vätskefilter ____________________________________________________________________112
Synglas ________________________________________________________________________112
Passiv köldmediesamlingsbehållare ______________________________________________112
Vattenkyld kondensor____________________________________________________________112
Val av kylenhet __________________________________________________________________112
Indirekt Evaporativ Kyla __________________________________________________________113
Frånluftsfuktning eller uteluftsfuktning ____________________________________________114
Beräkning av kyleffekt __________________________________________________________114
Nattkyla ________________________________________________________________________114
Totalenergi ____________________________________________________________________114
Säker __________________________________________________________________________114
Elvärmare ______________________________________________________________________115
Sammanfattning ________________________________________________________________115
4
15
VÄRMEVÄXLARE
Inledning ______________________________________________________________________117
Roterande värmeväxlare ________________________________________________________118
Renblåsningssektor ____________________________________________________________119
Påfrostning ____________________________________________________________________120
Avfrostning ____________________________________________________________________120
Korrosionsskydd ________________________________________________________________120
Användning ____________________________________________________________________120
Hygroskopisk och icke hygroskopisk rotor ________________________________________121
System med dubbla rotorer ____________________________________________________123
Plattvärmeväxlare ______________________________________________________________124
Konstruktion____________________________________________________________________124
På- och avfrostning ____________________________________________________________124
Läckage ________________________________________________________________________124
Korrosionsskydd ________________________________________________________________124
Vätskekopplat system __________________________________________________________125
Konstruktion____________________________________________________________________125
Systemet ______________________________________________________________________125
Verkningsgrad __________________________________________________________________125
Reglering och frostkontroll ______________________________________________________125
Frostskyddsmedel ______________________________________________________________125
ECONET®-system ______________________________________________________________126
Systemets funktion______________________________________________________________126
Temperaturverkningsgrad och tryckfall __________________________________________127
Systemjämförelser ______________________________________________________________127
Sammanfattning ________________________________________________________________128
16
LUFTFUKTARE
Inledning ______________________________________________________________________131
Befuktningsprinciper ____________________________________________________________131
Kontaktbefuktare________________________________________________________________132
Funktion________________________________________________________________________132
Hygien ________________________________________________________________________132
Reglering ______________________________________________________________________132
Ångfuktare ____________________________________________________________________133
Dysfuktare ____________________________________________________________________133
Vattenkvalitet __________________________________________________________________133
Sammanfattning ________________________________________________________________134
17
STYR OCH REGLER
Inledning ______________________________________________________________________137
Dynamiska egenskaper __________________________________________________________138
Olika regulatorer/reglerprinciper ________________________________________________139
Tvålägesreglering (on/off-reglering) ______________________________________________139
Flerstegsreglering ______________________________________________________________139
Proportionell reglering (P-reglering) ______________________________________________140
Integrerad reglering (I-reglering) ________________________________________________140
PI-reglering ____________________________________________________________________141
PID-reglering __________________________________________________________________141
Kaskadreglering ________________________________________________________________141
Reglercentral i luftbehandlingsaggregat __________________________________________142
Fläkt Woods
5
Temperaturreglering ____________________________________________________________142
Tilluftsreglering ________________________________________________________________142
Frånluftsreglering ______________________________________________________________142
Rumsreglering __________________________________________________________________143
Flödes- och tryckreglering (fläktreglering) ________________________________________143
Sekvensreglering________________________________________________________________145
Exempel på reglering i olika funktioner ____________________________________________146
Roterande värmeväxlare ________________________________________________________146
Plattvärmeväxlare ______________________________________________________________146
Vätskekopplad värmeväxlare ____________________________________________________147
Värme- och kylbatterier ________________________________________________________147
Vattenflödesreglering____________________________________________________________147
Shuntreglering __________________________________________________________________148
Elvärmare ______________________________________________________________________149
Tilläggsfunktioner ______________________________________________________________149
Utekompensering ______________________________________________________________149
Nattuppvärmning ______________________________________________________________150
Nattkyla (Frikyla) ________________________________________________________________150
CO2-kompensering ______________________________________________________________151
Drifthantering __________________________________________________________________151
Frysskydd ______________________________________________________________________151
Larm __________________________________________________________________________151
Kommunikation ________________________________________________________________152
Sammanfattning ________________________________________________________________153
18
MÄTTEKNIK OCH STANDARDER
Inledning ______________________________________________________________________155
Mätnoggrannhet ________________________________________________________________155
Temperatur ____________________________________________________________________156
Termoelement __________________________________________________________________156
Resistansgivare ________________________________________________________________156
Tryck & Flöde __________________________________________________________________156
Membranmanometrar __________________________________________________________156
Vätskepelare, U-rör ____________________________________________________________157
Beräkning av luftflöden __________________________________________________________157
Luftfuktighet ____________________________________________________________________158
Standarder ____________________________________________________________________158
Sammanfattning ________________________________________________________________159
19
FORMLER
Storheter och enheter __________________________________________________________161
Omvandlingsfaktorer ____________________________________________________________162
Allmän fysikalisk data för vatten och luft __________________________________________162
Formler ________________________________________________________________________164
Källförteckning__________________________________________________________________170
6
1
Inledning
Handbokens syfte och mål
Den här tekniska handboken skall ses som ett komplement till de produkttekniska kataloger som beskriver olika luftbehandlingsaggregat från Fläkt Woods.
I denna handbok har vi samlat information som är viktig att känna till vid
projektering, val och installation av luftbehandlingsaggregat och dess ingående
komponenter. Vårt syfte med handboken är att ge dig en djupare kunskap om
luftbehandlingsteknik och luftbehandlingsaggregat.
Presentation av handboken
Den här tekniska handboken är uppbyggd så att de första kapitlen är till för att
ge en teoretisk förståelse av processerna som sker i och runt komponenterna i
luftbehandlingsaggregatet. I de efterföljande kapitlen kan du följa luftbehandlingsaggregatets konstruktion, det börjar med luftspjällen och går sedan vidare i
luftbehandlingsaggregatet till luftfilter osv. Boken avslutas med formler.
Varje kapitel har på första sidan en ruta som beskriver vad kapitlet innehåller.
I slutet av varje kapitel finns en sammanfattning.
Kap. 16 Luftfuktare
Kap. 13 Fläkt
Kap. 15 Värmeväxlare
Kap. 11 Luftfilter
Kap. 10 Luftspjäll
Kap. 13 Fläkt
Kap. 14 Luftkylare
Kap. 10 Luftspjäll
Kap. 14 Luftvärmare
Kap. 17 Styr och regler
Kap. 11 Luftfilter
Fläkt Woods
9
2
Allmänt om
luftbehandlingssystem
digt att utrusta det med ett från- och avluftssystem
som för bort en ungefär lika stor mängd luft från
rummet. Ofta används också en fläkt för att suga ut
luften ur rummet.
Luftbehandlingsaggregat renar, konditionerar och transporterar luften som ska bidra till god komfort och
bra inomhusklimat i byggnader. De kan också användas för att tillföra luft med en specifik sammansättning
till industriella processer.
Frånluften är normalt varmare än utomhusluften,
särskilt under vintern. För att minska byggnadens
driftskostnader används ofta värmeåtervinnare som
tar värme ur frånluften för att värma upp uteluften.
I områden där förhållandet är det motsatta, frånluften är kallare än utomhusluften, kan kylåtervinning användas istället.
Ofta ventilerar man ett rum för att föra bort förorenad
luft. Föroreningen kan t.ex. bestå av smuts eller som i
kontor, oftast av överskottsvärme. Värme kan betraktas
som en typ av förorening man vill få bort. För att ersätta
den bortförda luften krävs tilluft. Denna bör tillföras
med rätt temperatur, dragfritt och utan störande ljud.
Alla de ovannämnda processerna utförs av komponenter, inbyggda i luftbehandlingsaggregatet som
har ett isolerat, lufttätt och stabilt hölje.
Luftbehandlingsaggregatet är utrustat med luftfilter
som renar luften innan den tillförs rummet. Olika
typer av luftfilter har olika funktion. Deras uppgift är
att antingen ta bort partiklar, ångor eller gaser från
luften.
Uteluftens temperatur och fuktighet förändras kontinuerligt och kan variera från extremt fuktig hetta till
bitande torr kyla. I ett behagligt inomhusklimat ligger
temperaturen mellan ca 19°C och ca 26°C. Luftbehandlingsaggregatet värmer antingen upp eller kyler
ner utomhusluften till den önskade inomhustemperaturen. Detta görs med hjälp av värmebatterier eller kylbatterier.
Luftens fuktighet kan också kontrolleras.
När den är för låg kan fuktare användas för
att tillföra vatten till luften. Då den är för
hög kan t.ex. en kylaren användas för att
kondensera ut fukten och reducera fuktigheten.
Tilluftsfläkten suger luften genom
luftbehandlingsaggregatet och blåser
ut den genom kanalsystemet till rummen i byggnaden. Under tiden alstrar
fläkten ljud som en biprodukt.
För att dämpa ljudet i rummen kan ljuddämpare sättas in i luftbehandlingssystemet.
Fläktar höjer lufttemperaturen eftersom de sätter
luften i rörelse så att det bildas värme.
Då luft tillförs ett rum är det i normala fall nödvän-
Typiskt luftbehandlingsaggregat i ett luftbehandlingssystem
11
Fläkt Woods
3
Luftens egenskaper
blandning fuktig luft. Det finns en gräns för hur
mycket vattenånga som kan bäras av luft. Denna
gräns kallas mättnad. Mättnadsgränsen beror på
temperaturen och lufttrycket.
När det gäller luftbehandling betraktar vi normalt
luften som en gasblandning med standard atmosfäriskt tryck. När luft vid konstant tryck är mättad kan
den inte längre ta upp någon mer fuktighet såvida
den inte värms upp.
Om den mättade luften kyls avger den kondensvatten. Detta är vad som händer när badrumsfönstret
blir fuktigt på vintern. Många termer används för att
beskriva egenskaperna och tillståndet på fuktig luft.
För att definiera tillståndet på fuktig luft måste vi
veta trycket och två andra oberoende egenskaper.
Vid projektering av luftbehandlingssystem är det
viktigt att den som projekterar känner till luftens
egenskaper. Detta för att uppnå de krav som ställs på
inomhusklimatet.
Kapitlet tar upp
• Luftens egenskaper
− Temperatur
− Vatteninnehåll
− Entalpi
− Relativ fuktighet
• Mollierdiagram
Utomhusluft består av en blandning av många gaser
(mest kväve och syre), ånga (mestadels vatten) och
dammpartiklar.
För att förstå de processer som sker i ett luftbehandlingsaggregat behöver vi endast tänka på luft som en
blandning av torr luft och vattenånga. Vi kallar denna
Fläkt Woods
13
Terminologi
Nedan följer olika termer som används för att beskriva egenskaperna och tillståndet på luft.
Torra termometerns
temperatur (t)
Entalpi (h)
Entalpi uttrycks i kJ/kg och beskriver energimängden i
luften jämfört med en nollgradig referenspunkt.
I SI-systemet är nollpunkten för entalpi definierad som
0 °C och allt vatten i form av vätska. När luften påverkas att förändra entalpi läggs antingen energi till
eller tas bort.
Temperaturen som man mäter med en vanlig termometer, exempelvis den vi läser av innetemperaturen
på hemma, kallas torr termometer. När man väljer
luftvärmare, luftkylare och luftfuktare till luftbehandlingsaggregat använder vi den torra termometerns
temperatur som en av de två termer som behövs.
Mättnad
Våta termometerns
temperatur (tv)
Luftens mättnadsgrad mäts i procent och räknas fram
genom att dividera det aktuella vatteninnehållet i luften
med det vatteninnehåll luften har vid mättnad.
Om känselkroppen på en termometer lindas in i tyg
indränkt i vatten kommer avdunstningen av vattnet
från veken att kyla termometerns känselkropp, vilket
kommer att medföra att termometern visar en lägre
temperatur. Ju torrare luften är desto mer vatten kan
avdunsta och desto mer sjunker temperaturen. På detta
sätt kan våta termometerns temperatur användas som
ett mått på fuktigheten i luften.
Relativ fuktighet (ϕ)
Luftens relativa fuktighet mäts i procent och är kvoten
mellan vattenångans partiella tryck och vattenångans
partiella tryck vid mättat tillstånd.
Alltså andelen vattenånga i förhållande till den maximalt möjliga vattenångsmängden vid aktuell temperatur.
Vatteninnehåll (x)
Vatteninnehållet beskriver mängden vatten som finns i
luften. Det uttrycks normalt som antal kilogram vatten
per kilogram luft. Rumsluften innehåller omkring 5-10
gram vatten per kg luft.
14
Mollierdiagram
Beteckningar
h = entalpi per kg torr luft, kJ/kg, kcal/kg
x = vatteninnehållet per kg torr luft, kg/kg
ϕ = relativ fuktighet
t = torra termometerns temperatur °C
Mollierdiagrammet används för att planera luftkonditioneringsprocesser och för att beräkna bl.a. temperatur och fuktighetsförändring eller
det luftflöde som behövs för att värma eller kyla luft. I Fläkt Woods
produktvalsprogram ACON kan ett Mollierdiagram genereras utifrån
respektive aggregat och förutsättningarna för just detta aggregat.
x = vatteninnehållet
per kg torr luft, kg/kg
0
0,000
0,005
0,010
55
0,020
0,015
00
50
0
kJ 0
/kg
00
00
60
700
800
0
0
10 00
∞+
kJ/kg
Diagrammet hänfört till barometertryck =
760 mm Hg = 101.3 kPa
ϕ = relativ fuktighet
t = torra termometerns
temperatur °C
00 J/kg
k
45
0,025
40
0,030
0,035
0,040
0,045
0,050
0,055 x
t
°C
kg
kg
0
350
55
,10
h
kJ
kg
tv = våta termometerns temperatur °C
ρt = densitet kg torr luft/m3 fuktig luft
ρ = densitet kg fuktig luft/m3 fuktig luft
=0
50
5
38
36
34
32
30
0
,00
=1
60 0,8
0
35
0,
0
1,00 30
25
300
10°
20
2,5
5°
tv =
-5°
1,20
SYMBOLS
2,0
0°
1,5 kPa
1,0
0
-2
0,5
00
−∞
h = entalpi per kg torr
luft, kJ/kg, kcal/kg
Fläkt Woods
400
1,10
1,10
h = enthalpy pr kg of dry air, kJ/kg, kcal/kg
x = moisture content per kg dry air, kg/kg
= relative humidity
t = dry-bulb temperature, °C
tv = wet-bulb temperature, °C
ρ = kg dry air/m3 moist air
t
ρ = kg moist air/m3 moist air = ρt (1 + x)
This chart refers tp a barometric pressure ρt
ρ
of 760 mm Hg = 101.3 kPa.
1,20
15
1,30
1,30
100
1,40
-20°
60°
-10°
50°
0°
40°
10°
30°
20°
20°
30°
10°
40°
0°
50°
-10°
150
kJ/k 0
g
10
00
tv = våta termometerns
temperatur °C
ρ = densitet kg fuktig
luft/m3 fuktig luft
15
200
10
1,40
60°
-20°
5
0
-25
600
500
0,90
0
0,4
0
0,2
0
0,0
,00
0,2
3,0
0
40
0
16
0
5
15
5
14
15
0
5
13
0
-20
13
28
-2
5
-1
°
-15
0
26
20
18
°
5
0
24
22
80
l/kg
0
-1
-10
0,6
3000
kJ/kg
40
ρ
=1
1,00
15°
-5
-15
45
kg/m3
0,80
5,5
kca
10
8
6
-10
12
5
5
10
0
10
95
90
85
16
/kg
14
12
40
35
-5
700
50
ρt
3,5
4
0
7,0
4,5
4,0 kPa
20°
mm Hg
55
35°
5,0
tv =
mmvp
kp/m2
800
6,5 kPa
30°
25°
25
ulb
20
b
b
l
bu ted
15
t
a
we e-co
0
ic
0
5
=
h
5
7,5
6,0
30
10
kJ
55
50
45
15
70
65
60
20
75
25
0
0,6 0
0,7 0
0,8
0,90 0
0
=1,
11
0
0,5
30
11
0,4
12
0
35
14
0
0,3
0
17
40°
17
20
0,
40
18
45
2000
ρt = densitet kg torr
luft/m3 fuktig luft
2500
Värmningsprocessen
I värmningsprocessen förändras inte vattenångeinnehållet och processen ritas som en rak och vertikal
linje. Både entalpin och den torra termometerns temperatur ökar.
För att beräkna den erforderliga värmeeffekten (P)
kan följande formel användas:
P = Δh . qv . ρt = (hB – hA) . qv . ρt
Där
P = Värmeeffekt kW
Δh = entalpiförändring per kg torr luft kJ/kg
qv = luftflöde m3 fuktig luft/s
ρt = densitet kg torr luft/m3 fuktig luft
x
=0
,10
0,000
h
t
kJ
kg; °C
0,015
0,010
0,005
0,
20
35
0,
30
30
40
0,
50
25
0,
70
60
65
0,
0
0
15
14
12
45
40
11
15
13
50
0
0,9
,00
=1
55
0,8
16
60
0,7
20
10
g
/k
kJ
35
9
g
l/k
a
kc
8
30
10
25
7
hB
6
20
5
5
15
4
°
15
h
10
0
3
2
5
°
10
er
te
om
rm
0
5°
et
gd
om
=
0
2,0
er
et
-5
-10
hA
0
tv
-1
-2
-15
=
± 0°
1,5
-5°
-1
h = entalpi per kg torr luft, kJ/kg, kcal/kg
0°
x = vatteninnehåll per kg torr luft, kg/kg
-1
5°
-1
-20
= relativ fuktighet
1,0 kPa
-1
5
2,5
m
er
h
ela
isb
1
tt
vå
-5
t = torra termometerns temperatur, °C
tv= våta termometerns temperatur, °C
Diagrammet hänfört till
0,5
barometertryck = 760 mm Hg = 101,3 kPa
-25
0
16
kg
kg
Kylningsprocessen
I kylningsprocessen kyls vanligen luften ner till under
daggpunkten och vatten kondenseras ut. Det totala
kylningsbehovet kalkyleras lätt från entalpiförändringen medan den sensibla kylningen kan kalkyleras
från den torra termometerns temperaturförändring.
Utseendet på denna processlinje beror delvis på kylbatteriets konstruktion.
x
0,005
ϕ=
0,1
0
0,000
h
t
kJD
kg; °C
0,015
0,010
0,
20
35
0,
30
30
40
0,
50
25
0,
70
Sensibel kyla
60
65
0,
0
0
15
14
12
40
11
15
13
50
45
ϕ
0
0,9
,00
=1
55
0,8
16
60
0,7
20
Total kyla
/k
10
kJ
g
35
9
al/
kc
kg
8
30
10
25
7
6
20
5
5
15
4
10
0
°
15
3
2
5
°
10
t
vå
er
rm
te
0
5°
et
gd
om
=
0
om
2,0
er
et
-5
-10
tv
-1
=
± 0°
1,5
-5°
-1
0
-2
-15
h = entalpi per kg torr luft, kJ/kg, kcal/kgD
°
x = vatteninnehåll per kg torr luft, kg/kgD
-10
°
-15
-1
5
2,5
m
h
ela
isb
1
r
te
-5
ϕ = relativ fuktighetD
1,0 kPa
t = torra termometerns temperatur, °CD
tv = våta termometerns temperatur, °CD
-20
0,5
Diagrammet hänfört till D
barometertryck = 760 mm Hg = 101,3 kPa
-25
Fläkt Woods
0
17
kgD
kg
Befuktning med vatten eller ånga
Befuktning är processen som ökar luftens vatteninnehåll. Detta kan göras till exempel genom tillförsel av
ånga eller avdunstning av vatten.
att påverkas av vattnets temperatur. Mycket kallt vatten tenderar att kyla luften mer medan varmt vatten
ger mindre kylning.
1 Befuktning genom vattenavdunstning
2 Fuktning med ånga 2
När man använder ånga, är riktningen på processlinjen nästan horisontell. Den torra termometerns lufttemperatur förändras inte särskilt mycket. Ångförbrukningen kalkyleras från skillnaden på vatteninnehåll multiplicerad med luftens flödesmängd.
1
Värmen som är nödvändig för vattenavdunstning dras
ut från luften, vilken på så sätt kyls. Om vattnet cirkuleras kommer det snart att nå den adiabatiska mättnadstemperaturen. Detta betyder att processen följer den
våta termometerns linjer.
Om vattnet förs direkt till fuktaren kommer processen
x
0,000
h
t
kJ
kg; °C
0,015
0,010
0,005
0,
20
35
0,
30
30
40
1
25
0,
50
0,
70
60
65
0,
0
0
55
0
14
0,9
13
50
12
45
2
40
11
15
15
0,8
20
16
60
0,7
10
kg
/
kJ
35
9
kg
al/
kc
8
30
10
25
7
6
20
5
5
15
4
10
0
°
15
3
2
5
10
om
te
om
rm
0
0
5°
er
et
=
gd
h
ela
m
er
isb
1
tt
vå
-5
2,0
r
e
et
-5
-10
tv
-1
0
-2
-15
5
-20
-25
± 0°
1,5
°
-10
°
-15
-1
=
-5°
-1
°
1,0 kPa
0,5
0
18
2,5
kg
kg
Blandning av två luftflöden
Om två torra luftmängder m1 och m2 vars fysiska
egenskap motsvarar punkterna A1 och A2 blandas,
kommer blandpunkten (B) att finnas på den raka
linjen som sammanbinder de ursprungliga punkterna. Dess reella position kan bestämmas grafiskt
genom att dela linjen A1 A2 i två längder så att
L1/L2 = m2/m1.
Samma resultat kan kalkyleras genom att använda
absoluta fuktighetsgrader enligt följande:
B=
m1 . x1 + m2 . x2
m1 + m2
Där
B = Blandpunkt kg/kg
m, och m2 = luftmängd i punkt 1 och 2
x
0,005
0,000
h
t
kJ
kg; °C
0,015
0,010
0,
20
35
0,
30
30
40
0,
A1
50
25
0,
70
L2
60
65
0,
0
0
55
0
14
0,9
13
50
12
45
11
/k
10
kJ
g
35
L1
9
kg
al/
kc
8
30
10
40
B
15
15
0,8
16
60
0,7
20
25
7
6
20
5
5
15
4
0
A2
°
15
10
3
2
5
°
10
er
te
om
rm
0
0
5°
et
=
om
h
gd
ela
m
er
isb
1
tt
vå
-5
tv
-1
0
-2
-15
-20
-25
Fläkt Woods
1,5
°
-10
°
-15
5
=
± 0°
-5°
-1
-1
2,0
er
et
-5
-10
1,0 kPa
0,5
0
19
2,5
kg
kg
Blandning av två luftflöden - Dimma
Blandas två omättade luftmassor kan detta ibland ge
upphov till dimma. Detta skulle bli följden om två
lika luftmassor med egenskaper motsvarande punkterna A3 och A4 blandas. Blandningspunkten B kan
då falla nedanför mättnadslinjen varvid dimma bildas.
x
0,000
h
t
kJ
kg; °C
0,015
0,010
0,005
0,
20
35
0,
30
30
40
0,
50
25
0,
70
60
65
0,
0
0
55
0
14
0,9
13
50
12
45
40
11
15
15
0,8
A3
20
16
60
0,7
/k
10
kJ
g
35
9
kc
k
al/
g
8
30
10
25
7
6
20
5
5
15
B
4
°
15
10
0
3
2
5
°
10
om
er
te
om
rm
0
5°
et
=
0
2,0
-5
r
e
et
A4
tv
-1
0
-2
-15
-20
1,5
1,0 kPa
-1
5
± 0°
°
-10
5°
-1
=
-5°
-1
-25
m
gd
ela
h
-10
er
isb
1
tt
vå
-5
0,5
0
20
2,5
kg
kg
Olika klimat i Mollierdiagrammet
Nedan visas var olika klimat finns i Mollierdiagrammet och i vilket område önskat inneklimat för kontor finns.
Varm och fuktig luft
0
0,000
0,005
50
0
kJ 0
/kg
55
60
00
00
700
0
800
0,015
0,010
00
0,020
00 J/kg
k
45
0,025
40
0,030
0,035
0,040
0,045
0,055 x
0,050
t
°C
kg
kg
0
350
55
,10
h
kJ
kg
0
10 00
+
kJ/kg
Varm och torr luft
=0
50
0
5
40
0
16
38
0
5
15
36
5
14
15
0
34
5
13
0
mm Hg
55
7,0
30
5
35°
28
0
5
26
0
95
10
10
11
0
32
5
12
13
7,5
700
50
24
6,5 kPa
22
80
20
6,0
18
16
/kg
30°
5,5
45
3000
kJ/kg
600
40
kca
l/kg
14
5,0
12
40
10
35
25°
mmvp
kp/m2
800
500
35
4,5
30
10
kJ
55
50
45
15
70
65
60
20
90
85
75
25
0
0,6 0
0,7 0
0,8
0,90 0
0
=1,
11
0
0,5
30
12
0
0,4
14
0
0,3
35
0
17
40°
17
20
0,
40
18
45
4,0 kPa
8
25
tv =
6
ulb
20
ulb d b
15
t b ate
we e-co
0
ic
0
5
=
h
5
-5
-10
-5
0
-2
-10
3,0
300
10°
20
2,5
5°
tv =
15
2,0
0°
1,5 kPa
°
-20
100
5
0
-2
0,5
0
-25
Fläkt Woods
00
−
Kall och torr luft
200
10
1,0
5
-1
°
-15
400
25
15°
-5°
-1
-15
30
3,5
4
0
20°
150
kJ/k 0
g
10
00
2000
Önskat klimat, kontor
23-26°, 40-70% luftfuktighet
Kall och fuktig luft
21
2500
Sammanfattning
• Entalpi (h). Beskriver energimängden i
luften jämfört med en nollgradig referenspunkt. Anges i kJ/kg torr luft.
• Mättnad. Räknas fram genom att dividera
det aktuella vatteninnehållet i luften med
det vatteninnehåll luften har vid mättnad.
Anges i %.
• Relativ fuktighet (ϕ). Räknas fram genom
att dividera vattenångans tryck och vattenångans tryck i mättat tillstånd vid samma
temperatur. Anges i %.
Utomhusluften består av en blandning av
många gaser, ånga och dammpartiklar. För att
förstå de processer som sker i ett luftbehandlingsaggregat behöver vi bara tänka på luft
som en blandning av torr luft och vattenånga,
detta kallar vi fuktig luft.
Följande termer används för att beskriva egenskaperna och tillståndet på luft:
• Torra termometerns temperatur (t).
Temperaturen som man mäter med en
vanlig termometer. Anges i °C.
• Våta termometerns temperatur (tv).
Används som ett mått på fuktigheten i
luften. Anges i °C.
• Vatteninnehåll (x). Beskriver mängden
vatten som finns i luften.
Anges i kg vatten/kg torr luft.
Fläkt Woods
Dessa olika termer för att beskriva luftens
egenskaper finns med i ett Mollierdiagram.
Mollierdiagrammet används för att beskriva
luftkonditioneringsprocesser som till exempel
värmning, kylning, befuktning och blandning
av luft. Mollierdiagrammet används även för
att beräkna temperatur, energiåtgång mm.
22
4
Strömningslära
Vid turbulent strömning är friktion och värmeöverföring avsevärt större än vid laminär strömning. Detta
beror på de virvelrörelser som finns i turbulentströmningen. Om strömningen är laminär eller turbulent
kan kraftigt påverka värme- resp. kylöverföringen.
Detta gäller både för luft och för vatten. Vid laminär
strömning av vatten i ett rör minskar värmeöverföringen kraftigt och styrningen blir svår.
Kapitlet tar upp
• Laminär strömning
• Turbulent strömning
• Gränsskikt
• Reynolds tal
• Statiskt, dynamiskt och totalt tryck
• Bernoulli’s ekvation
Reynolds likformighetslag
För att uppskatta om strömningen är laminär eller
turbulent används Reynolds likformighetslag.
Strömningsteknik är grundläggande för många delar
av luftbehandlingstekniken. Man kan nämna luftströmningen i fläktar, kanaler, luftfilter, batterier och
vattenströmning i batterier och rör. Strömningsförhållandena är också av största betydelse för värmeöverföring samt för alstring av ljud.
De krafter som verkar i en ström av vätska eller gas
är tryckkrafter, masskrafter och friktionskrafter. Då
alla krafterna är av samma storleksordning blir en
teoretisk beräkning mycket svår. Om en eller två krafter dominerar blir beräkningarna enklare.
Inom luftehandlingstekniken kan man i de flesta
fall försumma masskrafterna ( ej i fläkthjulet ) och
strömningen bestäms av tryck- och friktionskrafter.
Reynolds tal (Re)
Re = wL
υ
Där
w = fluidens medelhastighet m/s
L = en för kroppen karakteristisk längd
(vid rörströmning är L = d = rörets diameter m)
υ = fluidens kinematiska viskositet m2/s
En konsekvens av Reynolds likformighetslag är att man
kan avgöra om en viss strömning är laminär eller turbulent. Försök med olika geometrier har visat vid vilka
ungefärliga Re- tal, Rekrit , som strömningen slår om
från laminär till turbulent.
I ett rör sker detta vid 2300 < Rekrit < 4000. Vid
strömning mellan plana plattor ( flänsar) med avståndet mellan plattorna som karakteristisk längd gäller
500 < Rekrit < 1000.
Om den laminära strömningen störs blir Rekrit lägre
än vad som anges ovan. Omslaget är vidare inte abrupt
utan övergången sker alltid över ett omslagsområde.
Laminär och
turbulent strömning
Två helt olika typer av strömning förekommer: Vid låga
strömningshastigheter och under en startsträcka kan
strömningen ske i parallella skikt och kallas laminär.
Annars är strömningen normalt överlagrad av virvelrörelser av olika storlek och frekvens. Sådan strömning
kallas turbulent.
Fläkt Woods
25
Definition av tryck
Figuren visar schematiskt mätprincipen för kanaltryck,
i detta fall är det statiska trycket i kanalen större än
det atmosfäriska trycket.
I en fluid kan tre tryck definieras: statiskt, dynamiskt
och totalt tryck.
Det statiska trycket är det tryck som fluiden utövar
vinkelrätt mot strömningsriktningen. I rör mäts den
genom ett litet hål i rörväggen.
Det totala trycket är det tryck som mediet utövar mot
en liten yta vinkelrätt mot strömningsriktningen där
mediet förlustfritt har bromsats upp till hastigheten noll.
Det dynamiska trycket är skillnaden mellan totalt
och statiskt tryck.
Statiskt
Static
Tryck
Pressure
v
Dynamiskt
Dynamic
Tryck
Totalt
Total
Tryck
Pressure
Pressure
pt
pt
Tryck i kanal och principskiss för mätning.
Strömning i rör och kanaler
Tryckförluster orsakad av friktion
Tryckförluster kan orsakas av att det uppstår friktion
mellan kanalväggarna och luften. Följande formel
används för att beräkna tryckförlusten:
Bernoulli’s förenklade ekvation
Om vi antar att strömningen är inkompressibel och
friktionsfri, och även bortser från skillnader i höjdled
kommer vi fram till den enklaste versionen av Bernoulli’s ekvation.
ps 1 . 2
+
v = konstant
ρ
2
Δpλ = λ .
Där
Där
L.ρ. 2
v
d 2
ps = statiskt tryck Pa
Δpλ = tryckförlust orsakad av friktion Pa
ρ = densitet kg/m3
d = kanaldiameter m
v = lufthastighet m/s
L = kanallängd m
v = lufthastighet m/s
ρ = densiteten kg/m3
Om formeln ovan multipliceras med densitet får vi
λ = friktionsfaktorn beroende av Reynoldstal eller
följande ekvation.
ps +
grovheten på ytan på kanalväggen
ρ 2
. v = ps + pd = pt = konstant
2
För att beräkna friktionsfaktorn (λ) används
följande formler:
Där
ps = statiskt tryck Pa
ρ = densitet kg/m3
Vid laminär strömning (Re ≤ 2320):
λ = 64
Re
v = lufthastighet m/s
pd = dynamiskt tryck Pa
Vid turbulent strömning (Re ≥ 2320):
pt = totalt tryck Pa
1 = 1,14 – 2log . k
d
λ
Bernoulli’s ekvation beskriver matematiskt fenomenet
att en ökning i hastighet ger en minskning av statiskt
tryck och även tvärt om en minskning av hastigheten
en ökning av statiskt tryck.
Där
k = ytans skrovlighet på kanalväggen mm
d = kanaldiametern m
26
Nedan ges engångsförlustkoefficienten, ζ, för några
olika fall.
Tryckförluster orsakad av kanalförändringar
Tryckförluster, engångsförluster, uppkommer vid t.ex.
plötsliga areaförändringar av kanalen, i rörkrökar mm.
A2
A1
Följande formel används för att beräkna tryckförlusten:
Δpf = ζ .
1,0
ρ. 2
v
2
v1
Där
Δpf = tryckförlust orsakad av kanalförändring Pa
0.5
ζ = engångsförlustkoefficienten
ρ = densiteten kg/m3
v = lufthastighet m/s
0
0
Bernoulli’s utvidgade ekvation
Om hänsyn tas till tryckförlusterna, som beskrivs i
tidigare avsnitt, och även till höjdskillnader får vi Bernoulli’s utvidgade ekvation.
1.0 A1 A2
0.5
A1
0,4
A2
p1 +
ρ . v12
ρ . v22
+ ρgh1 = p2 +
+ ρgh2 + Δpλ
2
2
v1
0.2
Där
p = statiska trycken i punkt 1 respektive 2 Pa
ρ = densitet kg/m3
v = lufthastighet m/s
0
g = tyngdacceleration m/s2
0
h = höjd m
1.0 A1 A2
0.5
Δpλ = tryckförluster Pa
ρ . v = dynamiska trycket Pa
2
2
ζ
ρgh = höjdtryck Pa
d
0,4
R
v2
h2
2
0.2
h1
v1
0
0
1
h0
Fläkt Woods
27
2
4
6
8
10
R d
Tryckfallsdata för cirkulärt kanalsystem
Tryckfallsdata för rektangulärt kanalsystem
Fläkt Woods
28
Sammanfattning
Vid laminär strömning av vatten i ett rör minskar värmeöverföringen kraftigt och styrningen
blir svår.
För att uppskatta om strömningen är laminär
eller turbulent används Reynolds likformighetslag.
De krafter som verkar i en ström, i en vätska
eller gas är tryckkrafter, masskrafter och friktionskrafter. Inom luftbehandlingstekniken
kan man i de flesta fall försumma masskrafterna (ej i fläkthjulet) och strömningen bestäms
av tryck- och friktionskrafter.
Strömningsteknik är grundläggande för
många delar av luftbehandlingstekniken.
Man kan nämna luftströmningen i fläktar,
kanaler, luftfilter, batterier och vattenströmning i batterier och rör.
I en ström kan tre olika typer av tryck definieras: statiskt, dynamiskt och totalt tryck.
Dessa tryck kan beräknas ut ifrån Bernoulli’s
ekvation.
Bernoulli’s ekvation beskriver även att en
ökning i hastighet ger en minskning av statiskt
tryck och även tvärt om en minskning av hastigheten ger en ökning av statiskt tryck.
Det finns två typer av strömning: laminär
och turbulent. Om strömningen är laminär
eller turbulent kan kraftigt påverka värmeresp. kylöverföringen. Detta gäller både för
luft och vatten.
Fläkt Woods
29
5
Värmeöverföring
För en plan vägg erhålls:
Kapitlet tar upp
q = –λ .
• Värmeledning
dt
(t –t )
(t –t )
= –λ . 2 1 = λ . 1 2
dy
δ
δ
[W/m2]
• Fouriers lag
δ
• Konvektion
• Strålning
• Klassificering av luftbehandlingsaggregats termiska isolering
q
t1
t2
y
Värme är en form av energi som alltid överförs från den
varma till den kalla delen av ett ämne, eller från en
kropp med hög temperatur till en kropp med lägre
temperatur.
Inom luftbehandlingstekniken finns det ett antal
områden där kunskap om värmeöverföring är viktig.
Man kan nämna batterier, värmeåtervinningssystem,
kylprocesser och värmetransport genom väggar.
I batterier och återvinnare önskar man material med
hög värmeledningsförmåga och en stor konvektion mellan kropp och vätska/gas . I andra tillämpningar önskar
man en god termisk isolering och då skall värmeledning
och konvektion minimeras. Värme kan överföras på tre
olika sätt: genom ledning, konvektion och strålning.
För ett cirkulärt rör:
t1
Temperaturvariation
t2
Q
r1
r2
Värmeledning
Q = -2π . r . λ . dt [W]
dr
Värmeledning är en process där energiutbytet sker
genom elektronrörelser i metaller eller vid vätska/gas
i vila genom molekylrörelser. Värmeflödet per ytenhet skrivs med hjälp av Fouriers lag.
Men, då Q är oberoende av r fås vid integration värmeflödet
per längdenhet till
Q = -2π . λ .
dt
q = -λ .
[W/m2]
dn
Där
λ är materialets termiska konduktivitet
dt är temperaturgradienten i ytnormalens riktning.
dn
Minustecknet motiveras av att värmen alltid går från
ett område med högre temperatur till ett område med
lägre temperatur.
Fläkt Woods
31
t 2 – t1
r [W]
ln r2
1
Konvektion
Strålning
Konvektiv värmeöverföring innebär att kroppar uppvärms eller avkyls av en omgivande fluid i rörelse.
I fluiden sker värmetransporten genom en kombination av molekylär värmeledning och fluidens makroskopiska rörelser. Vid kroppsytan gäller att fluidens
hastighet är noll varför värmeövergången endast sker
genom värmeledning.
Om fluidens rörelse åstadkomms av yttre anordningar som fläktar, pumpar med mera talar man om
påtvingad konvektion. Om fluidens rörelser uppkommer till följd av densitetsvariationer (på grund av
temperaturdifferens) har man naturlig konvektion.
Värmeutbyte genom termisk strålning kräver inget
medium för att fortplantas. Det kan uppstå mellan två
ytor eller mellan yta och gas. Det kan också vara en
växelverkan mellan flera ytor och gaser.
Värmeutbytet genom strålning är vid temperaturer
omkring rumstemperatur nästan alltid försumbart
jämfört med utbytet genom konvektion.
Klassificering
En höljesdels förmåga att motstå kondensutfällning
klassificeras med hjälp av isolationsfaktorn kb.
kb är en dimensionslös storhet och definieras som
CEN-standarden EN 1886 klassificerar aggregatets
hölje med avseende på sin termiska isoleringsförmåga
på två sätt.
Dels värmegenomgångstalet U (W/m2 °C) i klasserna
T1 till T5, och dels isolationsfaktorn Kb, som anger
aggregatets förmåga att motstå kondensbildning, i
klasserna TB1 till TB5.
kb = (ts - ti)
(te - ti)
Där
kb = Isolationsfaktorn
ti = Luftens temperatur inuti aggregatet
Värmegenomgångstalet, U, bestäms genom uppmätning av den stationära värmeförlusten vid en temperaturskillnad av 20 °C mellan temperaturen i aggregatet och utanför. Värmegenomgångstalet klassificeras
enligt följande tabell.
te = Omgivningens temperatur
ts = Aggregatdelens lägsta yttemperatur
CEN klassificerar isolationsfaktorn enligt följande tabell.
Klass TB1:
0.75 < kb < 1.00
Klass TB2:
0.60 < kb < 0.75
Klass TB3:
0.45 < kb < 0.60
Klass T1:
0 < U < 0.5
Klass T2:
0.5 < U < 1.0
Klass TB4:
0.30 < kb < 0.45
Klass T3:
1.0 < U < 1.4
Klass TB5:
Inga krav
Klass T4:
1.4 < U < 2.0
Klass T5:
Inga krav
Den höljesdel som har den lägsta isolationsfaktorn bestämmer vilken isolationsklass som gäller för aggregatet.
32
Sammanfattning
• Genom strålning
Värmeutbyte genom termisk strålning
kräver inget medium för att fortplantas.
Det kan uppstå mellan två ytor eller mellan
yta och gas. Det kan också vara en växelverkan mellan flera ytor och gaser.
Värme är en form av energi som alltid överförs
från den varma till den kalla delen av ett
ämne, eller från en kropp med hög temperatur
till en kropp med lägre temperatur.
Värme kan överföras på tre olika sätt:
• Genom ledning
Värmeledning är en process där energiutbytet sker genom elektronrörelser i metaller
eller vid vätska/gas i vila genom molekylrörelser.
Klassificering
För att bestämma ett aggregats termiska
isolering kan aggregatet klassificeras utifrån
aggregathöljets värmeförluster respektive
kondensisolering.
Aggregatets hölje klassificeras enligt CEN
utifrån värmeförlusterna i T1-T5 och kondensisolering i TB1-TB5.
• Genom konvektion
Konvektiv värmeöverföring innebär att kroppar uppvärms eller avkyls av en omgivande
vätska/gas i rörelse.
Fläkt Woods
33
6
Kylprocesser
Kapitlet tar upp
• Kylkretsloppet
• Kylkapacitet
• Energikonsumtion
• Kylfaktorn
• Värmefaktorn
Kylenhet
För att kunna förstå kylprocessen måste vi förstå hur
ett medium beter sig vid olika tryck och temperaturer.
För att förstå detta tar vi vatten som exempel, men ett
köldmedium beter sig precis på samma sätt.
Om värme tillförs till vatten så blir vattnet naturligtvis varmare. Men om värme tillförs vatten som är
100°C så kommer vattnet börja förångas och till slut
övergå helt till ånga. Den värmeenergi som tillförs så
att 100°C vatten blir hundragradig ånga kallas ångbildningsvärme.
Om fasomvandlingen istället går från ånga till vatten
så avges samma mängd värmeenergi.
Kylmaskin
Vattnets kokpunkt förändras också beroende på det
omgivande trycket. Till exempel är kokpunkten för
vatten 3000 m.ö.h. strax under 90° C. Det beror på att
det atmosfäriska trycket blir lägre desto högre upp vi
kommer.
På samma sätt så höjs kokpunkten med stigande
tryck. Kokpunkten i en tryckkokare brukar vara
ca 110°C. Det beror på att trycket i tryckkokaren är
ca 50% högre än normalt atmosfäriskt tryck.
Fläkt Woods
En kylprocess drar nytta av tryckförändringar för att få
förångnings- och kondensationstemperaturer att inträffa vid olika temperaturer. Processen kan antingen
användas för att kyla ned luft direkt (så kallas dx-kyla)
eller vatten som sedan används för att kyla luft.
35
Kylprocessen
I diagrammet finns tre olika områden. Områdena skiljs
från varandra av mättnadslinjen som i diagrammet
visas med fet linje.
Till vänster om mättnadslinjen finns ren vätska,
inom kurvan finns en blandning av vätska och gas
och till höger finns ren gas. Inom linjen så sker alla
fasomvandlingar, förångning och kondensering,
under konstant temperatur.
Inritad är en temperaturkurva som går vertikalt i
vätskefasen, horisontellt inom kurvan och böjer sig
nedåt i ångfasen.
I ångfasen finns det linjer med konstant entropi
vilka beskriver den perfekta komprimeringen. Beroende på förluster, följer komprimeringen inte riktigt
dessa linjer (se diagram). CP är den kritiska punkten.
Kylprocessen består av fyra huvudprocesser.
Efter en cykel tar nästa vid:
1. I förångaren är trycket lågt vilket leder till att köldmediet kokar vid en låg temperatur och vätskan
övergår till gas. För att möjliggöra denna process tas
värme från tilluften som i och med det kyls.
2. Gasen kommer in i kompressorn där den komprimeras till ett högre tryck. Detta medför att temperaturen höjs.
3. När gasen kommer in i kondensorn är trycket så
högt att köldmediet kondenserar trots den höga
temperaturen och all gas övergår till vätska.
För att detta ska kunna ske måste värme avges
till frånluften.
4. I expansionsventilen sänks trycket och därmed
sänks även temperaturen på vätskan.
.
Tryck
Log P
CP
Konstantlinjer
a
d
Ånga
Vätska + ånga
Vätska
b
c
T = konstant
Q
Entalpi
P
hc
hb
h-log P diagram
36
hd
Kylkapacitet
Köldfaktor
Kylkapaciteten ges som förändringen av entalpi i
förångaren multiplicerat med köldmediets massflöde.
Köldfaktorn (COPk) definieras som värmen som tas
upp i förångaren dividerat med arbetet som kompressorn utför.
Q = m . (hc - hb)
COPk =
Där
Q m . (hc - hb)
= .
P m . (hd - hc)
Där
Q = Kylkapacitet kW
m = köldmediets massflöde kg/s
hc - hb = entalpiförändring från b till c,
COPk = Köldfaktor
Q = Kylkapacitet kW
P = Effektbehov kW
se bild föregående sida
Vi ser att COP är ett mått på kylmaskinens konstruktion och inte är underlydande köldmediets massflöde.
Energikonsumtion
Kylkretsloppet drivs av kompressorn och energiförbrukningen ges av entalpiförändringen i kompressorn multiplicerad med köldmediets flödeshastighet.
COPk =
(hc - hb)
(hd - hc)
Värmefaktor
P = m . (hd - hc)
Värmefaktorn (COPv ) definieras som värmen som
förs bort i kondensorn dividerat med arbetet som
kompressorn utför.
Där
P = Effektbehov kW
m = köldmediets massflöde
hd - hc= entalpiförändring från c till d,
COPv =
se bild föregående sida
(hd - ha)
(hd - hc)
Eftersom (hd - ha) = (hc - hb) + (hd - hc)
blir som följer att COPv = COPk + 1
Fläkt Woods
37
Sammanfattning
För att kunna förstå kylprocessen måste vi förstå hur ett medium beter sig vid olika tryck
och temperaturer. För att förstå detta tar vi vatten som exempel, men ett köldmedium beter
sig precis på samma sätt.
Om värme tillförs till vatten blir vattnet
naturligtvis varmare. Men om värme tillförs
vatten som är 100°C så kommer vattnet börja
förångas och till slut övergå helt till ånga. Den
värmeenergi som tillförs så att 100°C vatten
blir hundragradig ånga kallas ångbildningsvärme. Om fasomvandlingen istället går från
ånga till vatten så avges istället samma mängd
värmeenergi.
Det är också väldigt viktigt att veta att vattnets kokpunkt förändras beroende det omgivande trycket. Till exempel är kokpunkten för
vatten 3000 m.ö.h. strax under 90°C. Det beror
på att det atmosfäriska trycket blir lägre desto
högre upp vi kommer. På samma sätt höjs kokpunkten med stigande tryck. Kokpunkten i en
tryckkokare brukar vara ca 110°C. Det beror på
att trycket i tryckkokaren är ca 50 % högre än
normalt atmosfäriskt tryck.
En kylprocess drar nytta av tryckförändringar för att få förångnings- och kondensationstemperaturer att inträffa vid olika temperaturer.
Processen kan antingen användas för att kyla
ned luft direkt (sk dx-kyla) eller vatten som
sedan används för att kyla luft.
Fläkt Woods
Kylprocessen består av fyra huvudprocesser.
Efter en cykel tar nästa vid:
1. I förångaren är trycket lågt vilket leder till
att köldmediet kokar vid en låg temperatur
och vätskan övergår till gas. För att möjliggöra
denna process tas värme från tilluften som i
och med det kyls.
2. Gasen kommer in i kompressorn där den
komprimeras till ett högre tryck. Detta medför
att temperaturen höjs.
3. När gasen kommer in i kondensorn är trycket så högt att köldmediet kondenserar trots
den höga temperaturen och all gas övergår till
vätska. För att detta ska kunna ske måste
värme avges till frånluften.
4. I expansionsventilen sänks trycket och därmed sänks även temperaturen på vätskan.
Processen ritas normalt i ett h-log P diagram.
Där h är entalpin, energiinnehållet i ett ämne,
och P köldmediets tryck.
38
7
Värme- och kylåtervinning
Förutom en god lönsamhet så har värme- och kylåtervinning en positiv inverkan på miljön. Den yttre
miljön förbättras genom att behovet av förbränning
reduceras och därmed utsläpp av exempelvis koldioxid. Genom att energiförbrukningen blir låg kan
också ett större luftbyte motiveras vilket har en positiv inverkan på luftkvalitén i lokalen.
En mycket god egenskap med återvinnare är att ju
kallare uteluften är desto mer värme kan återvinnas
ur frånluften. På samma sätt utvinner man mera kyla
ju varmare uteluften är.
Undantaget är vid riktigt låga utetemperaturer då
frånluftens fuktinnehåll kan skapa påfrostning i återvinnaren. Återvinnaren måste då nedregleras, alternativt ha en återkommande avfrostning.
Det system för återvinnare som finns på markanden
har olika egenskaper. Det är viktigt att välja ett system
utifrån de förutsättningar som gäller i det enskilda fallet.
Kapitlet tar upp
• Varaktighetsdiagram
• Verkningsgrad
Värmeåtervinning vid komfortventilation är ofta
mycket lönsamt. I ett nordiskt klimat kan återbetalningstiden vara under ett år. I ett varmt klimat kan
också återbetalningstiden vara mycket kort beroende
på att kylmaskinens storlek kan reduceras vilket
medför en lägre investeringskostnad samt minskar
även energikonsumtionen.
Hur stor besparingen blir beror i huvudsak av ortens
klimat, drifttid och effektivitet hos det återvinnarsystem som valts.
41
Varaktighetsdiagram
Diagrammet till höger visar ett varaktighetsdiagram.
Det anger utetemperaturens varaktighet i Stockholm
under ett genomsnittligt år. De olika ytorna anger antalet gradtimmar, grader gånger timmar vilket multiplicerat med luftflöde (q), densitet (ρ) och specifikt
värme (cp) ger ett värmebehov.
Den nedre ytan mellan utetemperatur och tilluftstemperatur visar årsvärmebehovet, Qtot , utan värmeåtervinnare och vid kontinuerlig drift.
Är drifttiden kortare än 100% (kontinuerlig drift) kan
värmebehovet ofta med tillräckligt god noggrannhet
reduceras med samma faktor som drifttiden. Vid noggranna bestämningar av drifttiden måste det beaktas
att varaktighetskurvorna för dag och natt skiljer sig
något från kurvan för genomsittsvärdet.
När energier beräknas utifrån varaktighetsdiagram
som i figuren till höger har man bortsett från inverkan
av luftens fuktighet den så kallade latenta energin.
(°C)
Qtot = q . ρ . cp . antalet gradtimmar
t22: Tilluft efter värmeväxlaren
30
t11: Frånluft före värmeväxlaren
tF: Frånluftstemperatur
Där
Qtot = årsvärmebehovet kWh/år utan värmeåtervinnare
20
q = luftflöde m3/s
ρ = densitet kg/m3
cp = specifikt värme J/kg . °C
10
Det lilla hörnet uppe till vänster i diagrammet visas
behovet av tillskottsvärme, Qrest.
tT: Tilluftstemperatur till lokal
t22: Tilluft efter värme och kyla
t21: Uteluft, före värmeväxlaren
0
tU: Genomsnittlig utetemp (24 h/dag)
–10
Qrest = (
1-
ηårsmedel
100
) . Qtot
0
1000
2000
3000
4000
5000
Där
Energibehov kylbatteri
Qrest = årsvärmebehovet kWh/år med
Återvunnen kylenergi med värmeväxlare
6000
7000
8000
(h)
Energibehov värmebatteri
värmeåtervinnare
Återvunnen energi med värmeväxlare on/off-styrning
ηårsmedel = årsmedelsverkningsgraden för
Ytterligare återvunnen energi med värmeväxlare kontinuerlig reglering
värmeåtervinnaren %
Varaktighetsdiagram
Qtot = årsvärmebehovet kWh/år utan
värmeåtervinnare
Då frånluften normalt är varmare än önskad tilluft
kommer årsmedelverkningsgraden att vara högre än
den av fabrikanten angivna verkningsgraden. Med en
effektiv återvinnare kan årsmedelverkningsgraden
uppgå till 85-95%.
42
Definitioner
Verkningsgrad
Nedan visas principen för värmeåtervinning, i exemplet.
Frånluft förs genom växlaren och går ut som avluft.
Uteluften tar upp värme ur frånluften och lämnar växlaren som tilluft.
Verkningsgraden är ett mått på återvinnarens effektivitet och anges i procent av teoretisk återvinning som
är fallet att tilluften skulle uppnå samma temperatur
och fuktinnehåll som frånluften (verkningsgraden
100%).
Temperaturverkningsgraden anger hur temperaturen ändras över återvinnaren (sensibel energi) och
fuktverkningsgraden hur fuktinnehållet ändras
(latent energi).
Båda verkningsgraderna är dimensionslösa tal.
Det innebär att även om de är uppmätta under två
givna konditioner (värme- respektive kylåtervinning)
så kan de för respektive fall användas för att utifrån
mycket varierande utetemperaturer beräkna vilken
tilluftstemperatur som kan erhållas.
En given återvinnare får lägre verkningsgrad ju
högre luftflödet är. Verkningsgraden sjunker också
med ökande förhållande mellan uteluftflöde och frånluftsflöde.
t12, x 12
q12
t11, x 11
Frånluft q11
Rum
q21
Tilluft q22
t21, x 21
t22, x 22
Temperaturverkningsgrad
ηt =
t22 – t21
.
t11 – t21 100
Fuktverkningsgrad
x –x
ηx = x 22 x 21 . 100
11 – 21
Beteckningar
q = Luftflöde m3/s
t
= Temperatur °C
ϕ = Luftens relativa fuktighet %
ηt = Temperaturverkningsgrad %
ηx = Fuktverkningsgrad %
Index
1 = frånluftssida
2 = tilluftssida
11 = frånluft, inlopp
12 = frånluft, utlopp
21 = tilluft, inlopp
22 = tilluft, utlopp
Fläkt Woods
43
Avgörande för en återvinnares effektivitet är:
- Flödesförhållandet i växlaren;
Medström – Motström – Korsström
- Antalet värmeöverföringsenheter, Ntu
- Om värmeöverföringen sker direkt luft/luft eller
via vätskekoppling.
Utifrån diagrammet ser man att verkningsgraden
ökar när antalet värmeöverföringsenheter Ntu ökar.
För att öka antalet värmeöverföringsenheter kan
man utifrån formeln se att α och F måste ökas eller så
måste Cmin minska. Den värmeöverförande yta, F,
ökas genom att welldelningen blir tätare. Nackdelen
med att öka welldelningen är att tryckfallet ökar.
Värmeövergångskoefficienten, α, ökar vid turbulent strömning men detta är mycket svårt att åstadkomma i en värmeväxlare.
Vid låg lufthastighet ökar också verkningsgraden vilket vi ser i formeln för Cmin.
En återvinnare som arbetar i motström har högre
verkningsgrad än de som arbetar i korsström eller
medström. Figuren nedan visar principiellt verkningsgraden som en funktion av Ntu.
t
Motström
Korsström
Medström
Ntu
Antalet värmeöverföringsenheter tecknas:
Ntu= α · F
Cmin
Verkningsgraden som funktion av antalet värmeöverföringsenheter.
Cmin = qmin · ρ · cp
Där
Ntu = värmeöverföringsenheter
α = värmeövergångskoefficienten W/m2 °C
F = värmeöverförande yta, en sida m2
ρ = densitet kg/m3
qmin = lägsta flödet m3/s
cp = den specifika värmefaktorn
44
Sammanfattning
Värme- och kylåtervinning är en besparing, både
sett ur ett ekonomiskt och ett miljöperspektiv.
Verkningsgrad
Verkningsgrad är ett mått på effektivitet med
avseende på energiförbrukning och anges i %.
Varaktighetsdiagram
Varaktighetsdiagram anger utetemperaturens
varaktighet för en viss ort under ett genomsnittligt år. Ur diagrammet kan man utläsa årsvärmebehovet, Qtot, utan värmeåtervinnare vid
kontinuerlig drift och behovet då man har en
effektiv återvinnare, Qrest.
Fläkt Woods
Avgörande för en återvinnares effektivitet är:
- Flödesförhållandet i växlaren;
Medström – Motström – Korsström
- Antalet värmeöverföringsenheter, Ntu
- Om värmeöverföringen sker direkt luft/luft
eller via vätskekoppling.
45
8
LCC och energiberäkning
Livscykelkostnaden (LCC, Life Cycle cost)
Livscykelkostnaden (LCC, Life cycle cost) är summan
av alla kostnader relaterade till en produkt över dess
livstid. Beräkningen baserar sig på nuvärdemetoden,
att alla framtida kostnader räknas om till dagens penningvärde.
Kapitlet tar upp
• Energieffektivitet
• Livscykelkostnaden (LCC, Life cycle cost)
• Livscykelenergikostnaden, LCCE
Livscykelkostnaden beräknas genom att investeringskostnaderna för en utrustning och nuvärdet av
energi-, underhåll och miljökostnaderna under utrustningens livslängd summeras till ett dagsvärde.
• Energikostnad och CO2 emission
• Minimera energikostnaden
• Parametrar för energi- och LCCE
beräkningen
LCC = Grundinvestering + LCCenergi + LCCunderhåll
+ LCC miljö – restvärdet
Livscykelenergikostnaden,LCCE
Studier visar att användningsfasen för ett luftbehandlingsaggregat är en större kostnad för användaren än
själva inköpet, i vissa fall kan driftskostnaderna utgöra 90 procent och investeringskostnaderna mindre
än 10 procent av den totala livscykelkostnaden under
20 år. I och med ökande energikostnader blir det mer
och mer intressant att se på hela livslängden istället
för enbart till själva investeringen. Dagens miljödebatt
som bland annat tar upp uppvärmning, uttunnat ozonskikt, ökenutbredning, Kyoto protokoll gör att intresset för energieffektivitet är av globalt intresse.
Vilket gör att det blir allt viktigare att beräkna livscykelkostnaden för energiförbrukare vilket bland
annat inkluderar luftbehandlingsaggregat.
Den största delen av de totala kostnaderna för ett luftbehandlingsaggregat är energikostnader.
Allt oftare ställs det krav på en viss LCCE-kostnad för
en anläggning och leverantörerna skall kunna garantera att denna kostnad stämmer. På grund av detta
har Fläkt Woods infört en LCCE-modul i sitt produktvalsprogram, där olika aggregatfunktioner och lösningar kan jämföras och optimeras för lägsta LCCEkostnad.
Energikostnad och CO2-emission
Energikostnaden för ett luftbehandlingsaggregat
består av två delar, elenergin för att driva fläktar och
motorer och den termiska energin. Den termiska
energin kan delas upp i värme- och kylenergi. I norra
Europa står värmeenergin för den större delen av
totala energibehovet. En stor del av kostnaden för
värmeenergin kan reduceras genom användandet av
värmeåtervinnare. Kostnaden för att framställa kyla
är en post som kommer att öka i framtiden. I Centraloch Sydeuropa står redan nu kylan för en stor del av
den totala energiförbrukningen. Detta medför att
även kylåtervinning blir allt intressantare.
Energi 85 %
Driftskostnad=
Energi + Underhåll = ca 90 %
Investering 10 %
Underhåll 5 %
Livscykelkostnaden för ett luftbehandlingsaggregat
Fläkt Woods
47
Parametrar för energi- och
LCCE - beräkning
För att uppnå en hög noggrannhet på energiberäkningen krävs följande faktorer:
I vissa fall är kunden även intresserad av aggregatets
CO2- emission. För att beräkna aggregatets energiförbrukning omräknat i CO2-utsläpp kan man utgå ifrån
mängden CO2-emmission per kWh för att tillverka
energi för värme, kyla och el.
• Värmeöverföringen vid varje värmare, kylare, värmeväxlare beror på tillståndet på inkommande luft till
respektive komponent. Detta innebär att luftens tillstånd, (temperatur, entalpi, hastighet, tryck) måste
beräknas för varje punkt i aggregatet.
Minimera energikostnaden
• Kylberäkningen vid ett kylbatteri är komplex, och
för att det ska bli rätt måste hänsyn tas till kondenserande vattendroppar. Tryckfallet över vattenbatteriet ökar och den adiabatiska kylan måste beräknas.
När energikostnaderna skall beräknas är det ytterst
viktigt att använda sig av rätt förutsättningar för att
få ett resultat som går att lita på.
Följande har en väsentlig inverkan på slutresultatet:
• Vid värmeåtervinning med roterande värmeväxlare måste läckageflöde och balanseringstryck ingå
i beräkningen. Det extra trycket och luftflödet påverkar frånluftsfläkten.
• Den lägsta investeringskostnaden/minsta luftbehandlingsaggregatet är sällan det samma som
lägsta LCCE, studier visar att ett större aggregat
ofta har en mycket kort återbetalningstid, tryckfallen i aggregatet minskar och återvinningen
förbättras.
• Ekonomiskt optimerat kanalsystem, ju lägre tryck
fall i kanalsystemet dess lägre elenergiförbrukning
för fläktarna.
• Val av rätt fläkt med rätt flöde, tryck och drivanordning för respektive uppgift.
• Optimerad återvinnare, rätt typ av återvinnare
utifrån förutsättningarna och optimerad återvinningsgrad. Maximal återvinningsgrad är inte
alltid den bästa lösningen eftersom större återvinnare även ökar tryckförlusterna i aggregatet
varvid elenergiförbrukningen för fläktarna ökar.
• Vid val av återvinnare är det allt viktigare att
denna även optimeras för kylåtervinning.
• När det är möjligt använda sig av VAV-system,
ventilera anläggningen efter behov.
• Att använda aggregatet för dess rätta funktion.
I exempelvis en kontorsbyggnad är uppgiften för
luftbehandlingsaggregatets att ventilera och ibland
kyla men inte att värma fastigheten, detta skall
radiatorerna sköta om.
• Minsta möjliga aggregat är inte alltid ekonomiskt
försvarbart.
• Tryckfallet över filter bör beräknas som medelvärdet av starttryckfall och sluttryckfall.
• Alla elenergiförbrukare bör tas upp, även pumpar
och andra reglermotorer som hör till aggregatet.
Temperaturberäkning
Vid temperaturberäkning anges till- och frånluftstemperaturerna för både sommar och vinterfall. Temperaturer beskrivs som en linjär förändring över tiden i ett
varaktighetsdiagram. Över fläkten blir det en extra
temperaturhöjning som måste beräknas för varje specifikt aggregat, detta påverkar både värme- och kylbehovet.
Vid temperaturberäkning till både rätt temperatur
och rätt fuktighet måste börvärdet för både temperatur och fukt anges.
Det finns två olika sätt att beräkna kyla:
1. Beräkning till rätt temperatur.
2. Beräkning till både rätt temperatur och rätt fukt.
48
När det finns ett behov av noggrann reglering av
både temperatur och relativ fuktighet behövs det en
luftbehandlingsfunktion bestående av en värmare, en
kylare och en eftervärmare. Denna process är mycket
energikrävande, det är därför viktigt att beräkningen
blir noggrann i ett sådant fall.
Det första diagrammet visas hur temperaturen kyls ner
till rätt temperatur. Det andra diagrammet visas hur
luften först kyls ner till rätt absolut fukthalt och sedan
värms till rätt temperatur och rätt relativ fuktighet.
Vid utetemperaturskompensering är tilluftstemperaturen en funktion av utomhustemperaturen. Tillståndet för tilluften anges som verklig temperatur vid
olika utomhustemperaturer, mellan dessa punkter blir
temperaturen linjär över tiden.
Frånluftstemperaturen anges som en sommartemperatur och en vintertemperatur och däremellan är den
linjär över tiden.
Illustrationerna nedan visar hur ett diagram kan se ut
med kompensering respektive utan kompensering.
Uteluft
t (°C)
Vinter
temp.
Frånluft
Frånluftstemp.
Sommar
temp.
Efter värmeväxling
Tilluftstemp.
Önskad tilluftstemperatur
Kylning
Tilluftstemperatur före fläkten
linje
nads
Mätt
Uteluftstemp.
Diagram utan utetemperatursreglering
x (kg/kg)
Kylberäkning till rätt temperatur
Frånluftstemp.
Vinter
temp.
Sommar
temp.
Uteluft
t (°C)
Tilluftstemp.
Frånluft
Efter värmeväxling
Önskad temp
och fukt
Kylning
Tilluftstemp
och fukt
före fläkten
Eftervärmning
Uteluftstemp.
je
adslin
Diagram med utetemperatursreglering
n
Mätt
Driftstider
x (kg/kg)
Kylberäkning till rätt temperatur och rätt fuktighet
Antalet driftstimmar har stor påverkan på energiförbrukningen. Exempelvis kommer ett luftbehandlingsaggregat som går dygnet runt året runt ha 8 760 driftstimmar per år, men i verkligheten kommer driftstiderna
för exempelvis ett luftbehandlingsaggregat för kontor
att bli 3-4 000 timmar.
Vid beräkning av energiförbrukningen kan det därför vara bra att dela upp driften i två lägen, dag- och
nattdrift. Varje driftsläge kan ha olika flödes- och
temperaturinställningar.
Utetemperaturkompensering
I de allra flesta fall då man har kyla i ett luftbehandlingsaggregat varierar tilluftstemperaturen under året
beroende på belastningen. För att i dessa fall kunna
göra en korrekt beräkning av energibehovet är det bra
om utetemperaturkompensering är med i beräkningen.
Fläkt Woods
49
VAV-system
Temperaturen är något kallare på natten jämfört med
på dagen och detta kan ses i varaktighetsdiagram som
en parallellförskjutning av kurvan.
Vid beräkning av energiförbrukning på ett aggregat
som är tryckreglerat mot ett VAV-system anges min- och
maxluftflödet vid respektive utomhustemperatur. Vid
temperaturer lägre än mintemperaturbörvärdet respektive över maxtemperaturbörvärdet förutsätts flödet vara
konstant. Mellan de två temperaturerna är kurvan linjär.
Dagdrift och nattdrift
q [%]
komfort
Varaktighetsdiagram
För att åskådliggöra energiförbrukningen kan ett varaktighetsdiagram användas, se nedan.
Diagrammet visar, för det specifika aggregatet, tilluftsoch frånluftstemperaturer under hela året. Under uppvärmningsperioden visar diagrammet mängd återvunnen energi (rosa fält), tillskottsvärme (rött fält) och
värmetillskott från fläktmotorn (prickat fält).
Under kylperioden visar diagrammet återvunnen
kyla (ljusblå) och erforderlig mängd kylenergi (blått
fält), samt värmetillskottet från fläktmotorn (prickat
fält).
Vid kylning till både rätt temperatur och rätt fukt
visas även eftervärmning. Det är enbart den sensibla
delen av värme och kylenergin som visas i diagrammet.
100
ekonomi
ekonomi
40
-15
Utomhustemperatur
Varaktighetsdiagram, dag- och nattdrift
Varaktighetsdiagram, från Fläkt Woods produktvalsprogram ACON
50
Sammanfattning
Livscykelkostnaden (LCC, Life cycle cost) är
summan av alla kostnader relaterade till en
produkt över dess livstid. Upp till 90 % av den
totala livscykelkostnaden för ett luftbehandlingsaggregat består av energikostnad. Energieffektiva system är därför av avgörande betydelse för den totala ekonomin och det är därmed viktigt att beräkna livscykelenergikostnaden, LCCE, för aggregatet.
Det är även möjligt att räkna om energiförbrukningen till CO2-emission.
• Alla elenergiförbrukare bör tas upp, även
pumpar och andra reglermotorer som hör till
aggregatet.
• Vid temperaturberäkning anges till- och
frånluftstemperaturerna för både sommar
och vinterfall.
För att uppnå en hög noggrannhet på energiberäkningen krävs följande faktorer:
• Luftens tillstånd, (temperatur, entalpi, hastighet, tryck) måste beräknas för varje punkt i
aggregatet.
• Kylberäkningen vid ett kylbatteri är komplex, och för att göra rätt måste hänsyn tas
till kondenserande vattendroppar.
• Vid värmeåtervinning med roterande värmeväxlare måste läckageflöde och balanseringstryck ingå i beräkningen.
• Tryckfallet över filter bör beräknas som
medelvärdet av starttryckfall och sluttryckfall.
När energikostnaderna skall beräknas är det
ytterst viktigt att använda sig av rätt förutsättningar för att få ett resultat som går att lita på.
Följande har en väsentlig inverkan på slutresultatet:
• Den lägsta investeringskostnaden/minsta
luftbehandlingsaggregatet är sällan det
samma som lägsta LCCE.
• Ekonomiskt optimerat kanalsystem.
• Val av rätt fläkt.
• Optimerad återvinnare.
• Välj återvinnare som även optimeras för
kylåtervinning.
• Ventilera anläggningen efter behov.
• Att använda aggregatet för dess rätta funktion.
Fläkt Woods
Det finns två olika sätt att beräkna kyla:
• Beräkning till rätt temperatur.
• Beräkning till både rätt temperatur och
rätt fukt.
51
9
Ljud
Högt tryck
Tryck
Kapitlet tar upp
+
• Ljudtryck/Ljudtrycksnivå
–
Lågt tryck
• Effektivvärde
• Ljudeffektsnivå
• Addition av ljudnivåer
R.M.S värde
• Frekvens
• Standardfilter
Ljudtryck och effektivvärdet (RMS)
Ljudtrycksnivån definieras som
Lp = 20 log ( p ) = 20 log ( .p )
p0
2 10
-5
Där
Lp = Ljudtrycksnivå dB
p = Ljudtrycket Pa
p0 = Referensvärde Pa
En jämn och behaglig ljudnivå är tillsammans med temperatur och lufthastighet de viktigaste kraven på ett bra
inomhusklimat. Flertalet av de klimatproblem som kan
uppträda inomhus kan lösas med hjälp av en klimatanläggning som är rätt dimensionerad. Förutsättningen är
att ett noggrant projekteringsarbete utförs, där de ljudtekniska beräkningarna ingår som en viktig del.
Utöver fläktar och luftbehandlingsaggregat är det
spjäll och don som är de största ljudkällorna i ett luftbehandlingssystem.
Fläktarnas ljud kan tex spridas till lokalerna via
byggnadsstommen eller genom själva kanalsystemet,
något som gör att ljuddämpande åtgärder krävs. I
tilluftssystemet och även i frånluftssystemet måste
ofta ljuddämpare placeras vid fläktar och luftspjäll.
För ett don gäller att behovet av ljudreduktion bara
kan tillgodoses genom ändring av dontyp, storlek etc.
För att skapa tryckvariationer i luften behöver vi en
energikälla. Ljudtryck förorsakas då av en eller flera
ljudkällor som avger ljudeffekt.
Ljudeffekt jämförs också med en referensnivå:
Wo = 10–12 (Watt)
Ljudeffektsnivån definieras som
Lw = 10 log ( W ) = 10log ( W-12 )
W0
10
Där
Lw = Ljudeffektsnivå dB
W = Ljudeffekt W
W0 = Referensvärde W
Ljud
Med ljudeffekt kan vi beskriva den totala ljudenergin
som en maskin avger oavsett omgivning. Ljudtryck
beskriver bara ljudet i en punkt. När en maskin vibrerar
kommer ljud stråla ut från dess hölje.
Tryckvågorna vidarebefordras från den vibrerande
ytan till örat, precis som ringar på vattnet i en damm.
När vågorna utbreder sig genom luften, minskar
gradvis friktionseffekterna dem så att ju längre bort vi
står från en ljudkälla, desto svagare låter det.
Ljud är tryckvariationer i luften (eller andra medium)
vilka får trumhinnan i örat att vibrera.
Effektivvärdet (RMS) på dessa tryckvariationer
betecknar det effektiva ljudtrycket p (Pa). Trycket p
jämförs med ett referensvärde p0 = 2 x 10–5 Pa, vilket
anses vara den lägst hörbara ljudnivån; tröskeln för
hörbara ljud.
Fläkt Woods
53
Ljudtrycksnivån beror på ljudeffektsnivån som alstras
av ljudkällan, omgivningens egenskaper t. ex. absorpt
och avståndet från ljudkällan. Beroende på detta
redovisas ljuddata i produktkatalogen som Ljudeffekt
så att den resulterande Ljudtrycksnivån kan beräknas.
en del passerar genom till den andra sidan och resten
reflekteras av ytan. Se figur nedan.
Hur man adderar till ljudnivåer:
Eftersom ljudnivåer är logaritmiska värden, kan de
inte adderas linjärt. Om vi har två ljudkällor var och
en vid 50 dB blir summan inte 100 dB. Ljudnivåer
adderas logaritmiskt.
Ljudvågor som möter en yta
Lp = 10 log (10
( Lp 1 )
10
+ 10
( Lp 2 )
10
)
Skillnaden mellan den infallande ljudeffektsnivån och
överförd ljudeffektsnivå kallas dämpning. Dämpning
subtraheras från ljudnivån linjärt.
Ökning som skall adderas till den
högre nivån, dB
Summan av två ljudkällor var och en vid 50 dB är
alltså 10 x log (100 000 + 100 000) = 53 dB.
Detta betyder att när två likadana ljudkällor adderas
blir den totala ljudnivån 3 dB högre.
När man lägger ihop två olika nivåer blir ökningen
mindre än 3 dB.
När skillnaden mellan nivåerna är mer än omkring
12 dB är ökningen försumbar. Med en skillnad på 2 dB
är ökningen omkring 2 dB och vid en skillnad på 6 dB
är ökningen 1 dB. Följande diagram kan användas när
man adderar ljudnivåer:
Frekvens
Antalet vågor som slår emot din trumhinna per
sekund kallas frekvens, f (Hz) och avståndet mellan
våg-”toppar” kallas våglängd, λ (m).
λ
3.0
2.5
Lägre frekvens
Lägre våglängd
2.0
Hög och låg frekvens
Högre frekvens
Kortare våglängd
1.5
Hastigheten, c, med vilken ljud utbreder sig beror på
mediet genom vilket det utbreder sig. Genom luft är
ljudets hastighet omkring 340 m/s, och relationen
mellan våglängd (λ) och frekvens (f) anges som:
1.0
0.5
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
c=fλ
Skillnaden mellan de två ljudnivåerna som
skall adderas till
Diagram för den logaritmiska additionen av skillnaden mellan
Där
de två ljudnivåerna som skall läggas till
c = Hastigheten m/s
f = Frekvens Hz
λ = Våglängd m
När ljudvågor möter en annan yta händer tre saker:
en del av energin från vågen absorberas av materialet,
54
Ett musikinstrument kan producera flera rena toner
vilka är ljudproducerade vid en frekvens. Maskiner
producerar vanligen ljud på ett brett spektrum av frekvenser, ibland med toppar vid vissa frekvenser.
För människor ligger hörbart ljud mellan 20 och
20 000 Hz. Vi hör bäst på frekvenser mellan 100 och
5000 Hz. Av praktiska skäl presenteras ljuddata i
kataloger som ett totalt värde för var och en av de åtta
oktavbanden:
Band
2
3
4
5
6
63
125
250
44–
88
88–
177
Frekvensområde, Hz
177– 354–
707– 1410– 2830– 5660–
354
707
1410 2830 5660 11300
Centerfrekvens, Hz
500
1000 2000
7
8
4000
8000
3
63
125
250
–26
–16
–9
4
5
6
Centerfrekvens, Hz
500
1000 2000
dB(A) filter
–3
0
7
8
4000
8000
1
–1
1
Vad alstrar ljud i ett
luftbehandlingsaggregat?
Huvudkomponenten i ett luftbehandlingsaggregat som
genererar ljud är, naturligtvis, fläkten. Fläktar, som
andra maskiner producerar ett brett band av ljud, vars
nivå är beroende på luftflödeshastigheten och trycket
som fläkten utvecklar. Ljudet som genereras av en fläkt
är vanligen en funktion av luftflödeshastigheten och
trycket som genereras, men där finns andra faktorer
som påverkar både nivån och egenskaperna på det
genererade egentliga ljudet. Våra data från katalogen
baseras på uppmätt data som vi fått genom genomförda test i vår fläkttestkammare. Ljuddata presenteras i
fläktdiagrammen i katalogen i form av Total Ljudeffektsnivå; Lwt. Andra komponenter i luftbehandlingssystemet dämpar vanligen ljud, men kan också ge
upphov till lite eget ljud. Det är viktigt att isolera
kanalerna ordentligt eftersom ljudet inuti kanaler kan
passera genom kanalväggen till luftbehandlingsaggregatrummet. Ljudtrycksnivån i luftbehandlingsaggregatrummet beror på dess form, storlek och på hur
mycket ljudabsorberande material som finns i rummet.
Andra maskiner i rummet kommer, naturligtvis, också
att påverka den totala ljudnivån.
Standardfilter
Ofta skulle vi vilja jämföra ljudnivåer genom att använda en enda siffra. Detta kan göras genom att
logaritmiskt addera ljudnivåerna i varje frekvensband
för att ge en enda siffra. Denna metod används ofta för
att presentera ljudnivån i fläktdiagram.
Det mänskliga örat hör emellertid inte lika på alla frekvenser. Vi kan höra de högre frekvenserna mycket
bättre än de lägre. För att vi skall kunna ge en indikation på ljudtrycksnivå samtidigt som man tar hänsyn
till hur våra öron fungerar, har en del standardfilter
uppfunnits, exempelvis dB(A).
A-filtret simulerar örat bra upp till omkring 55 dB,
men används vanligen till alla ändamål, (fläktar finner
man ofta i ordningen av 80 till 100 dB).
dB(A) filtervärdena adderas från ljudtrycksnivån i
respektive band. Det totala dB(A) värdet får man genom att logaritmetiskt addera de resulterande A-vägda
ljudnivåerna.
Vid låga nivåer, t.ex. i ett bostadshus, beskriver A-vägning hur känsligt vårt öra är för ljudnivå vid olika
frekvensband. Tabellen visar A-vägningen vid de olika
oktavbanden.
Fläkt Woods
2
Vid höga nivåer, t.ex. på en bullrig arbetsplats visar
A-vägning på vår känslighet för hörselskador.
Respektive lands myndigheter har föreskrivit tillåtna
bullernivåer.
Band
1
1
55
Relationen mellan
ljudeffekt och ljudtryck
I praktiken är utomhusljudnivåer påverkade av
omgivande byggnader och vindförhållanden.
Inomhus
Ljudtryck kan uppskattas från ljudeffektsnivån
genom följande förhållanden.
Inomhus utstrålas ljudet beroende på hur källan är
placerad i förhållande till väggar, golv och tak. Dessutom absorberas (sugs upp) energi av ytorna i rummet. Mjuka ytor tenderar att absorbera mer energi än
hårda ytor. En ytas förmåga att absorbera energi ges
av ljudabsorptionkoefficienten, α.
Ljudtrycksnivå i en kanal:
Lp = Lw – 10 log A
Där
Lp = Ljudtrycksnivån dB
Lw = Ljudeffektsnivån dB
Α = Kanalens tvärsnittsarea m2
α är ett värde som sträcker sig mellan 0 och 1 och som
normalt är frekvensberoende. För att beskriva ljudabsorptionen i ett rum multipliceras ytornas områden
av olika material i rummet med deras korrelationstal
och sen summeras de.
Om kanalen är mindre än 1 m2 i omkrets blir värdet
av ljudtrycksnivån högre än ljudeffektsnivån. För
2
kanaler större än 1 m är det motsatta sant.
A = A1·α1 + A2.·α2 + A3·α3 + … + An· αn
Utomhus
Där
Ljud strålar ut från en källa i tre dimensioner. Om det
inte finns några väggar eller tak som reflekterar ljudet
då kan vi anse dess fortplantning vara halvsfäriskt.
A = Ekvivalent ljudabsorptionsområde m2
A1-n = Område för de individuella ytorna i rummet
α = Ljudabsorptionkoefficient
Aggregatrummen är normalt ganska hårda med
tanke på ljud. Väggar, golv och tak är normalt inte
täckta med några mjuka material. Kanalerna borde
emellertid vara isolerade och detta kan ge lite
absorption i rummet.
En annan definition på rumsabsorption ges av rummets efterklangstid. Efterklangstiden är tiden det tar
för ljudnivån i rummet att falla med 60 dB när en
ljudkälla plötsligt slås av.
r
Radien r från ljudkällan
Ljudtrycksnivån vid radien r från ljudkällan anges som:
Lp = Lw – 10 log 2πr2
T = 0.16 · V
A
Där
Där
Lp = Ljudtrycksnivån dB
Lw = Ljudeffektsnivån dB
r = Radien m
T = Efterklangstid s
V = Rumsvolymen m3
A = Ekvivalent ljudabsorptionsområde m2
56
Hur man väljer ett tyst
luftbehandlingsaggregat:
Formeln gäller rum med låg absorption (α under 0.2)
vilket är normalt i praktiken.
Aggregatrum borde normalt ha ett mycket lågt α
värde och 0,05 till 0,1 är typiskt. Detta betyder att ljudtrycksnivån i luftbehandlingsaggregatrum kommer
att bli mer eller mindre densamma som summan av
ljudstyrkenivåerna för varierande maskiner i rummet.
Det finns ett flertal faktorer som påverkar ljudnivåerna från ett luftbehandlingsaggregat.
Några punkter att tänka på:
1. Välj luftbehandlingsaggregat med en låg
lufthastighet.
2. Välj en stor fläkt för låg ljudnivå.
3. Använd kraftigare isolering på höljet.
Överdriv inte!
Kom ihåg att ljudet kan passera in i kanalen från luftbehandlingsaggregatrummet och förstöra prestandan.
Kanalböjar och andra kanaldetaljer kan också generera ljud, så det kan vara bättre att installera den slutliga
ljuddämparen närmare lokalen i en del fall.
Kom också ihåg att till och med ljuddämpare genererar ljud och det finns en lägsta nivå som vi kan
dämpa ned till, genom att använda konventionella
ljuddämpare.
Ljudnivå i utnyttjade utrymmen
Luftbehandlingsaggregat levererar luft till alla sorters
rum. Från stora industriella anläggningshallar till
sovrum på hotell. En del rum är mycket hårda medan
andra är mjuka. Tabeller finns som ger siffror på ljudabsorption i genomsnitt för olika typer av rum.
Notera att ljudet kan passera till rummet genom att
passera genom kanalen, men också genom väggar,
golv och tak likaväl som genom luften. Man måste
medräkna alla ljudvägar när man beräknar hela ljudtrycksnivån.
Fläkt Woods
57
Sammanfattning
Ofta skulle vi vilja jämföra ljudnivåer genom
att använda en enda siffra. Detta kan göras
genom att logaritmiskt addera ljudnivåerna i
varje frekvensband för att ge en enda siffra.
För att vi skall kunna ge en indikation på ljudtrycksnivå samtidigt som hänsyn tas till hur
våra öron fungerar, har en del standardfilter
uppfunnits, exempelvis dB(A).
Ljud strålar ut från en källa i tre dimensioner.
Om det inte finns några väggar eller tak som
reflekterar ljudet då kan vi anse dess fortplantning vara halvsfäriskt.
Inomhus utstrålas ljudet på samma sätt, men
en del av dess energi absorberas, sugs upp, av
ytorna i rummet. Mjuka ytor tenderar att absorbera mer energi än hårda ytor. En ytas förmåga
att absorbera energi ges av ljudabsorption
koefficient, α.
Det finns ett flertal faktorer som påverkar
ljudnivåerna från ett luftbehandlingsaggregat.
En jämn och behaglig ljudnivå är tillsammans
med temperatur och lufthastighet de viktigaste
kraven på ett bra inomhusklimat. Ljud är tryckvariationer i luften (eller andra medium) vilka
får trumhinnan i örat att vibrera.
Effektivvärdet (RMS) på dessa tryckvariationer
betecknar det effektiva ljudtrycket p (Pa).
Det effektiva ljudtrycket tillsammans med ett
referenstryckvärde, den lägst hörbara ljudnivån, används för att beräkna ljudtrycksnivån.
Ljudtrycksnivå beskriver endast ljudet i en
punkt. För att beskriva den totala ljudenergi en
maskin avger använder vi begreppet ljudeffekt.
Ljudnivåer är logaritmiska värden och måste
därför adderas logaritmiskt.
Antalet vågor som slår emot din trumhinna per
sekund kallas frekvens, f (Hz) och avståndet
mellan våg-”toppar” kallas våglängd, λ (m).
Hastigheten, c, med vilken ljud utbreder sig
beror på mediet genom vilket det utbreder sig.
Hastigheten kan beräknas utifrån våglängd (λ)
och frekvens (f).
Några punkter att tänka på:
1. Välj luftbehandlingsaggregat med en låg
lufthastighet.
2. Välj en stor fläkt för låg ljudnivå.
3. Använd kraftigare isolering på höljet.
58
10
Luftspjäll
Kapitlet tar upp
• Reglering av luftflödet
• Blandning av luftflödet
• Reglering av förbigångsluftflöde
• Avstängning
• Luftspjällets prestanda
• Blandningsegenskaper
• Luftläckage
Ett luftspjäll är en typ av ventil som används för att
reglera flödet i en kanal eller i ett luftbehandlingsaggregat.
I luftbehandlingsaggregat är luftspjäll avsedda för:
– Reglering av luftflödet
– Blandning av luftflöden
– Reglering av förbigångsluftflöde
– Avstängning
Luftspjällmanövrering
Reglering av luftflöde
När bladen på luftspjället roteras från den horisontella
positionen till den vertikala, ökar tryckfallet över luftspjällen gradvis. Denna ökning i tryckfall kommer
förorsaka att flödet minskar.
Blandning av luftflöde
Där man tillåter returluftblandning används tre luftspjäll för att reglera returluftflödet, det friska luftflödet och avluftflödet.
Blandningen regleras så att minimikravet på frisk luft
uppnås, medan behovet minimeras för ytterligare
värmning eller kylning.
Fläkt Woods
Blandning
61
Låg blandningsverkningsgrad
Hög blandningsverkningsgrad
Blandningsegenskaper
Man har funnit ut att där blandningsdelar har luftspjäll
placerade vid räta vinklar mot varandra är vanligen
blandningsverkningsgraden hög, medan de som har
luftspjäll placerade på samma vägg bredvid varandra
tenderar att ge lägre verkningsgrader. Där blandningsverkningsgraden är låg ser vi att luftströmmen efter
blandningslådan är skiktad, så att luften är kallare vid
botten av funktionsdelen.
Detta kan ge problem med komponenter som är placerade nedströms, sådana som batterier och luftfilter.
I extrema fall kan den kalla luften få ett batteri att frysa
sönder. Temperaturgivare som placeras efter blandningsdelen i avsikt att reglera, kan ge en felaktig
temperatursignal.
När man överväger blandningsegenskaperna behöver
man bara överväga fallet med två luftspjäll i luftbehandlingsaggregatets tilluftsdel. De två luftspjällen
installeras i en blandningslåda så att det ena luftspjället används till att reglera uteluftsflödet, medan det
andra reglerar returluftsflödet.
De två luftströmmarna möter varandra inuti blandningslådan. Helst skulle vi vilja att de två luftströmmarna blandades helt med varandra, så att luften som
lämnar blandningslådan har en jämn temperatur över
luftbehandlingsaggregatets hela tvärsnitt.
Blandningsdelens förmåga att blanda varm och kall
luft uttrycks som blandningsverkningsgrad och har
definierats i form av en CEN-standard.
62
Reglering av förbigångsluftflöde
När det gäller kylbatterier kan förbigångsspjället användas, i viss utsträckning, för att reglera tillluftens
tillstånd genom att blanda temperatur och fuktighet.
Det finns dock en risk att kondens bildas på ytorna i
aggregatet efter kylbatteriet.
Luftspjäll kan också användas för att reglera förbigångs flödet i vissa funktioner i luftbehandlingsaggregatet som t.ex. plattvärmeväxlaren.
I detta fall tillåts en del av luften att passera förbi
plattvärmeväxlaren för att reglera värmemängden
som återvinns och därmed tilluftens temperatur.
Förbigångsfunktionen används också för avfrostning.
För roterande värmeväxlare kan ett spjäll användas
för att skapa undertryck innan rotorn på frånluftssidan.
Detta för att förhindra att luft smiter ut från tilluften.
Avstängning
Det finns ett antal olika sorters avstängningsspjäll.
Vart och ett avsett för en speciell uppgift. Enkla regleringsspjäll såsom luftspjäll med motgående spjällblad
används till att stänga av kanalsystemet när fläkten
inte går.
Mer komplicerade luftspjäll finns på marknaden för
brand- och röksektionering. Dessa luftspjäll hålls normalt fullt öppna, men vid upptäckt av rök eller höga
temperaturer, stängs de snabbt för att förhindra spridning av brand och rök. (Läs mer i Fläkt Woods brandskyddshandbok).
En annan typ av avstängningsspjäll är backspjäll.
Denna typ används ofta på frånluftsfläktens utloppssida för att förhindra vind från att blåsa in luft i fel riktning genom kanalen och fläkten, när fläktarna inte går.
Förbigång används ibland för värme- och kylbatteri
som regleringsmetod. Luftbehandlingsaggregatets
funktionsdel delas in i två delar; den ena består av batteriet och den andra av luftspjället. Batteriet kan också
vara utrustat med ett frontspjäll, för att tillåta full reglering av luftströmmarna.
När det gäller värmebatterier tillåter denna metod
reglering av tilluftstemperaturen, utan något behov av
att minska vattenflödets hastighet. Detta är ett sätt att
undvika frostbildning i batteriet i kalla klimat.
Öppet spjäll, bakom spjället syns filtret
Fläkt Woods
Stängt spjäll
63
Spjällblad
100
90
Luftspjäll kan tillverkas med antingen motgående
eller parallellt roterande blad. De två olika utförandena
har olika regleringsegenskaper. Luftspjällets regleringskaraktäristik är också en funktion av tryckfallet i
hela systemet. Om tryckfallet i hela systemet är högt,
behövs ett högt tryckfall över luftspjället, om luftflödet skall kunna påverkas genom att spjälläget justeras.
Normalt kommer tryckfallet i systemet att vara avsevärt högre än spjällets tryckfall i öppet läge.
Diagrammen visar exempel på hur luftflödet varierar med luftspjällets bladläge för olika värden av α
där α är förhållandet mellan tryckfallet över hela systemet och tryckfallet över luftspjället i fullt öppet läge.
Den ideala karaktäristiken är den som ger en linjär
relation mellan luftspjällets position och luftflödet.
Diagrammen visar att luftspjällen med motgående
spjällblad ger en mer linjär karaktäristik vid högre
värden av α vilket är önskvärt i ett luftbehandlingssystem. Av den orsaken används luftspjäll med motgående spjällblad vanligen i luftbehandlingsaggregat.
200
50
80
100
10
20
70
3
60
5
Air flow %%
Luftflöde
α=1
2
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
% of
av fully
fullt opened
öppet spjäll
Parallella spjällblad
100
90
80
200
70
50
10
100
3
20
60
5
α=1
Air flow %%
Luftflöde
50
40
30
20
10
0
0
10
30
20
40
50
60
% of
avfully
fullt opened
öppet spjäll
Motgående spjällblad
64
70
80
90 100
Luftläckage vid stängt luftspjäll
Luftläckage i luftspjällets hölje
Luftläckaget över ett luftspjäll i stängt läge är en viktig egenskap och definieras av en CEN-standard.
Ett luftspjälls täthet i stängt läge beror på spjällbladens styvhet, kvaliteten hos spjällbladkantstätningarna och tätningen mellan bladets ända och luftspjällets ram.
Luftläckage genom luftspjällets hölje definieras också
av en CEN-standard.
Erforderligt vridmoment
För att kunna välja passande spjällställdon måste man
veta det erforderliga vridmomentet för att kunna vrida
bladen.
Täthetsklasser för spjäll monterade
i luftbehandlingsaggregat
VVS AMA 98
4
3
2
1
CEN-klasser
4
3
2
1
Tryck
Ett spjäll är konstruerat för en viss tryckdifferns som
inte får överskridas. Det är därför viktigt att kontrollera
spjälleverantörens tekniska data.
Fläkt Woods
65
Sammanfattning
Ett luftspjäll är en typ av ventil som används
för att reglera, blanda och stänga av luftflödet.
Blandningsegenskaper
Där blandningsdelar har luftspjäll placerade
vid räta vinklar mot varandra är vanligen
blandningsverkningsgraden hög, medan de
som har luftspjäll placerade på samma vägg
bredvid varandra tenderar att ge lägre verkningsgrader. Där blandningsverkningsgraden
är låg ser vi att luftströmmen efter blandningslådan är skiktad, så att luften är kallare vid
botten av funktionsdelen.
I luftbehandlingsaggregat är luftspjäll
avsedda för:
•
•
•
•
Reglering av luftflödet
Blandning av luftflöden
Reglering av förbigångsflöde
Avstängning
Täthet och läckage
Ett luftspjälls täthet i stängt läge beror på
spjällbladens styvhet, kvaliteten hos spjällbladkantstätningarna och tätningen mellan
bladets ända och luftspjällets ram.
Luftläckage definieras genom en CEN standard. För att kunna välja passande spjällställdon måste man veta det erforderliga vridmomentet för att kunna vrida bladen.
Spjällblad
Luftspjäll kan tillverkas med antingen mot
gående eller parallellt roterande blad.
De två olika utföranden har olika regleringsegenskaper. Luftspjällets regleringskaraktäristik
är en funktion av tryckfallet i hela systemet.
Luftspjäll med motgående spjällblad används
vanligen i luftbehandlingsaggregat pga att
dessa spjäll har en karaktäristik som passar luftbehandlingssystem bra.
Fläkt Woods
66
11
Luftfilter
Vid t ex flygplatser, i museer och vid avluft från kök
renas luften från gaser med kolfilter.
Luftbehandlingssystemets uppgift är att skapa en
god luftkvalitet i lokalerna. Vi andas varje dag in 20 –
30 m3 luft varav huvuddelen (ca 80 %) inomhus.
Undersökningar har visat att luften inomhus är sådan
att många människor blir sjuka.
Vilken kravnivå man har beror på hur lokalen används. Medan kontorslokaler kräver en viss nivå och
därmed en viss filterlösning så kräver till exempel
operationssalar och renrum helt andra filterlösningar.
Kapitlet tar upp
• Luftfiltrets uppgift
• Luftens föroreningar
• Hur fungerar ett partikelfilter?
• Testning och klassificering
av partikelfilter
• Tryckfall över partikelfilter
• Kolfilter
• Filter i luftbehandlingsaggregat
Luftens föroreningar
• Installation
Luften i vår omgivning innehåller en mängd föroreningar. Många har ett naturligt ursprung som virus,
pollen, sporer från växter etc.
Andra kommer från mänskliga aktiviteter t ex förbränning, trafik och industri. De senare är generellt de skadligaste på grund av att de innehåller större halt gift och
att de är mera respirabla.
Föroreningar som består av partiklar, eller är bundna
i partiklar, tas bort med partikelfilter medan de föroreningar som är i gasform avskiljs med kolfilter.
Luftens föroreningar finns i mycket varierande storlek,
se figur på nästa sida. De finns som molekyler, virus
som är mindre än 0.01 μm, och pollen och damm som
kan vara upp till 100 μm.
Partiklar större än 10 μm faller relativt snabbt mot marken. Koncentrationen av dessa är därför störst nära
mark. Uppskattningsvis är endast 0.1 % av atmosfärens
partiklar nära mark större än 1 μm, men den andelen
innehåller ca 70 % av stoftets totala massa.
Föroreningarnas variation i storlek ställer olika krav på
luftfiltret. För att ta bort de större föroreningarna räcker
det med enklare filter med relativt grova fibrer så kallade
grovfilter. För att avskilja mindre partiklar krävs finfilter eller högeffektiva HEPA- filter med finmaskiga nät
av tunna fibrer.
De luftburna föroreningar som alstras av människor,
material och processer i en byggnad måste föras bort
genom ventilation. Då är det viktigt att den uteluft
som ersätter den bortförda luften är så ren som möjligt.
För att rena luft används luftfilter.
I de flesta luftbehandlingssystem är ett filter placerat
strax efter inloppet i luftbehandlingsaggregatet och
renar inkommande uteluft. På liknande sätt renas ofta
frånluften, det vill säga den luft som kommer från
lokalen. Filtret skyddar luftbehandlingsaggregat och
tillufts-kanaler från smuts, minskar rengöringsbehov
och luftens kvalitet i lokalerna, vid ett givet luftutbyte,
förbättras.
För ventilation av operationssalar och känsliga tillverkningsprocesser kan reningen behöva drivas mycket
långt. Då används högeffektiva HEPA- filter (high efficiency particulate air filter).
Fläkt Woods
69
(= 1 mm)
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
Oljig rök
100
1000
10000
Flygaska
Tobaksrök
Aska
Metallurgiskt damm
Kol, svart
Cementdamm
Partikel skadlig för lungorna
Sporer från växter
Pigment
Gasmolekyler
Pollen
Flytande atmosfäriska föroreningar
Tungt
industriell
Fallande damm
Virus
Hår
Bakterier
Förfilter
Kolfilter
Finfilter
Absolutfilter
Electrofilter
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
Partikelstorlekar
Hur fungerar ett partikelfilter?
Ett partikelfilter består i huvudsak av ett eller flera
skikt med tunna fibrer av mikroglas eller syntetiskt
material (plast), veckat eller sytt till påsar och sammanhållet av en ram av stål, plast eller trä.
Fibrernas diameter är av storleksordningen 1 – 10 μm.
Mikroglasfilter har tunnare fibrer än de syntetiska
filtren. Det finns även enkla filter uppbyggda av aluminiumväv. Dessa filter är tvättbara.
Då luften passerar genom filtret kommer en viss
andel av luftens partiklar att fastna på eller mellan filtrets fibrer. Ju fler och tunnare fibrer filtret har desto
större andel av partiklarna kommer att avskiljas.
70
Tryckfallet över filtret ökar då stoft ansamlas.
Även avskiljningsförmågan ökar. Tryckfallsökningen
sänker anläggningens luftflöde eller, i de fall man
kompenserar luftflödet, ökar fläktens energiåtgång.
För att minska tryckfallet över filtret och öka livslängden byggs filtret upp av ett antal påsar.
Den totala avskiljningsgraden är den sammanlagda
effekten av de olika avskiljningssätten. I diagram
nedan visas hur de fyra mekaniska effekterna samverkar till att ge en total avskiljningsgrad för ett mikroglasfilter av klass F7. Man ser att avskiljningsgraden
varierar med partikelstorleken och har ett minimum
för partiklar med diametern ca 0.25 μm. Ett sådant
minimum är typiskt för alla partikelfilter och partikelstorleken där benämns MPPS (most penetrating particle size). Penetrationen i ett filter är lika med
100 - avskiljningsgraden i %.
Diffusion är den helt dominerande effekten för små
partiklar. För att filtret skall ha en hög avskiljningsgrad
för små partiklar krävs det att filtret har många tunna
fibrer.
Avskiljningen i ett partikelfilter sker generellt genom fyra olika mekaniska effekter och en elektrostatisk.
De mekaniska effekterna är: Silverkan, Uppfångningseffekt, Tröghetseffekt och Diffusionseffekt.
Den elektrostatiska effekten förekommer i samband
med vissa syntetiska filter.
Effekten finns samtidigt som de mekaniska men avtar relativt snabbt. Kvar finns då bara de mekaniska
effekterna.
Silverkan
Uppfångningeffekt
Diffusionseffekt
Diffusionseffekt
Tröghetseffekt
Uppfångningseffekt
Tröghetseffekt
Silverkan
100
Total
avskiljningsgrad
Avskiljningsgrad %
80
60
40
20
0
0.01
0.02
0.04 0.06 0.1
0.2
0.4 0.6
Partikeldiameter
Avskiljningsgrad för F7 filter
Fläkt Woods
71
m
1
2
4
6
8 10
Testning och klassificering
av partikelfilter
partiklar då man i steg tillför filtret syntetiskt stoft upp
till sluttryckfallet 450 Pa.
För att klargöra hur mycket filtrets avskiljningsförmåga beror av sin (eventuella) elektrostatiska laddning
anger EN 779 i ett appendix hur filtrets laddning skall
elimineras. Efter neutralisering skall filtret testas och
resultatet skall anges i testprotokollet.
Ett filter för mycket hög avskiljningsgrad till exempel
ett HEPA- eller ULPA-filter klassificeras enlighet
SS - EN 1822.
Klassificeringen baseras på avskiljningsgraden för
den partikelstorlek som ger den minsta avskiljningsgraden det vill säga vid MPPS. Varje filter av HEPA –
klass H 13 och H 14 testas individuellt i samband med
tillverkningen.
Ett partikelfilter avsett för en ventilationsanläggning
testas och klassificeras enligt den svenska standarden
SS- EN 779: 2002.
Avskiljningsgraden, som anges i procent, testas för
en aerosol av storleken 0.4 μm. Test sker i ett antal steg
med tillsatser av ett syntetiskt stoft upp till sluttryckfallet och medelvärdet av avskiljningsgraden, Em beräknas. Om Em är mindre än 40 % är filtret ett grov-filter (G) och det klassas då efter sin förmåga att av-skilja det syntetiska stoftet, Am. Om Em är lika med eller
större än 40 % är filtret ett finfilter (F) och klassas
utifrån ett medelvärde på förmågan att avskilja 0.4 μm
Filter kan även klassificeras
enligt nedan:
Klassificering av luftfilter enligt EN779
Klass
Sluttryckfall Förmåga att avskilja det
Pa
syntetiska stoftet, Am
Medelvärdet av
avskiljningsgraden, Em
EUROVENT 4/5
ASHRAE
G1
250
50≤Am<65
-
G2
250
65≤Am<80
-
G3
250
80≤Am<90
-
EU3
G85
G4
250
90≤Am
-
EU3
G90
F5
450
-
40≤Em<60
EU5
F45
F6
450
-
60≤Em<80
EU6
F65
F7
450
-
80≤Em<90
EU7
F85
F8
450
-
90≤Em<95
EU8
F95
F9
450
-
95≤Em
72
Tryckfall över partikelfilter
stant varvtal kommer flödet att vara något högre då
filtret är rent än då det har nått sitt sluttryckfall.
Skillnaden beror på fläktens karakteristik samt hur
stort tryckfallet är över filtret sett i relation till det
totala tryckfallet.
Om fläkten styrs mot ett konstant luftflöde kommer
fläkteffekten att öka då filtret blir smutsigt.
Diagrammet nedan visar typiska tryckfall över rena
filter som funktion av luftflödet genom en filterkassett
600x 600mm.
Tabellen anger rekommenderade tryckökningar för
olika filterklasser till dimensionerande och sluttryckfall.
Ett partikelfilter i drift ansamlar stoft och bygger kontinuerligt upp ett allt större tryckfall. Om filterytan är
stor sker uppbyggnaden långsammare än om filtret har
en liten yta. Leverantören av ventilationsutrustningen
anger ett lämpligt sluttryckfall för filtret liksom ett dimensionerande tryckfall. Det senare ligger normalt mitt
emellan begynnelsetryckfallet (rent filter) och sluttryckfallet och är det tryckfall som används vid dimensionering av fläkten.
I ett ventilationssystem där fläkten går med ett kon-
Rekommenderad tryckökning för rent filter, Pa
G2
G3-G4
F5
F6-F9
Till dim. tryckfall
35
35
50
50
Till sluttryckfall
70
70
100
100
Tryckfall över rena filter, Pa
300
250
F 8-F 9
200
F7
F6
G 3,
F5
G 3, kort
100
80
Tryckfall över rena filter, Pa
G2
60
G 3, lång
40
30
20
0,6
0,8
1,0
1,2
Luftflöde genom en filterkassett 600x600
Fläkt Woods
73
1,4m3/s
Kolfilter (Sorptionsfilter)
Filter i luftbehandlingsaggregat
För att avlägsna odörer och andra oönskade föreningar i gasform krävs gasfilter. De är vanligtvis kolbaserade. Luften passerar genom en bädd av aktiverat kol.
Det är ett mikroporöst material med en aktiv area upp
till 1500 m2 per gram. Det aktiverade kolet har ett tätt
nätverk av porer och sprickor där framförallt stora
molekyler som t ex odörer binds genom adsorption.
Genom impregnering med en kemisk substans kan ett
kolfilter anpassas till att avskilja en eller flera specifika
gaser som t ex svavelväte, svaveldioxid och ammoniak.
Kolfilter har nästan 100 % avskiljningsgrad fram till
den punkt då kolet börjar bli mättat. Då sjunker avskiljningsgraden mycket snabbt. Kolfilter som blivit mättat
genom adsorption kan reaktiveras genom upphettning.
En viktig parameter för att få en bra avskiljning är luftens kontakttid med kolet. Ju lägre koncentration man
vill ta bort desto längre kontakttid behövs.
Det finns idag ingen europeisk standard för testning
och klassning av kolfilter. Det finns en Nordtest standard.
Filterkassetter förekommer i en mängd dimensioner.
Vanligast är de så kallade hel- och halvkassetterna
600x600 och 600x300 mm.
Filter skall bytas senast vid sluttryckfallet. Om luften är förhållandevis ren kan det ta lång tid innan
detta sker. Av hygieniska skäl rekommenderas därför
att åtminstone göra ett filterbyte varje år t ex efter
hösten då säsongen för pollen och andra mikrobiologiska föroreningar är avslutad. Då har man ett förhållandevis rent filter under lång tid.
Förfilter
Förfilter används i luftbehandlingsaggregat för att man
skall öka livslängden för de dyrare finfiltren och de placeras före dessa. Som förfilter används ofta grovfilter av
klass G3 – G4. Trots att de är enkla filter och endast tar de
större föroreningarna så avskiljs huvuddelen av stoftmängden i förfiltren.
74
Finfilter
Finfilter är uppbyggda med tunnare fibrer än grovfilter
och har förmågan att avskilja ända ned till submikrona
partiklar. De mindre partiklarna är generellt sett skadligare för hälsan än de större.
Finfilter finns som påsfilter och kompaktfilter. Påsfilter
har en stor filteryta vilket är gynnsamt för både tryckfall
och avskiljningsgrad. Kompaktfiltret är ett alternativ då
utrymmet för filtret är begränsat. Det är ett tätt veckat
filter monterat i en ram. Kompaktfiltrets täta veckning i
kombination med det fina filtermaterialet ger, trots den
korta bygglängden, en relativt stor filteryta och ett godtagbart tryckfall.
Partikelfilter av klass F5 – F7 ger i de flesta fall ett bra
skydd mot försmutsning av luftbehandlingsaggregat,
tilluftskanaler och lokaler. I stadsmiljöer då uteluften är
starkt förorenad av fordonstrafik rekommenderas på
tilluftsidan finfilter av mikroglas i klass F8 eller F9.
Påsfilter
Kompakt filter
Då sådana filter används är det ekonomiskt motiverat
att skydda dessa med förfilter, t ex av klass G3. Normalt skall långa filter väljas eftersom de ger den bästa
totalekonomin. Korta filter väljs endast på grund av
utrymmesbrist.
Högeffektiva HEPA filter
Högeffektiva HEPA - filter används då det krävs
extremt ren luft. Dessa filter består av ett tunt och
mycket tätt och djupt veckat filterpapper med fiberdiameter ca 1 μm mycket tätt infogat i en ram av trä
eller metall. Den genomströmmade arean kan vara
mer än 70 gånger större än frontarean vilket gör att
lufthastigheten genom materialet blir låg. Detta är
gynnsamt för tryckfall och avskiljningsgrad.
Filtren har ändå, jämfört med finfilter, relativt stora
tryckfall men i en väl utförd installation med förfiltrering ökar tryckfallet endast marginellt med tiden.
På grund av att dessa filter är så exklusiva skall de
skyddas av förfilter och finfilter av hög klass för att
kunna brukas under flera år.
Fläkt Woods
HEPA – filter med plåtram klarar 100 % luftfuktighet
men får inte bli våta. Maximal temperatur är 70 °C.
75
Kolfilter
Kolfilter och kemiska filter tar bort matos från gatukök, reducerar ångor från flygbränsle vid flygplatser
och tar bort korrosiva och andra skadliga ämnen ur
luften vid arkiv och museer etc.
Ett kolfilters livslängd är svår att förutse. Den beror på
luftflöde, föroreningens koncentration, vilken oftast är
dåligt känd, samt hur mycket kol som finns i filterbädden. Det kan också vara svårt att avgöra när ett kolfilter har tjänat ut. Efter en tid kan filtret fungera så att
det främst avskiljer pikar i koncentrationen medan låga
koncentrationer, som tidigare avskiljts, passerar filtret.
Kolfilter med impregnering (kemiska filter) kan
skräddarsys för rening där traditionella kolfilter är
verkningslösa.
Installation
Det är önskvärt att ett filter har en jämn luftfördelning
över inloppet. Man bör undvika tvära krökar före filtren. Man bör också utforma uteluftsgaller och intagskanal så att man minskar risken för att filtren skall bli
våta. I kustnära trakter kan filtret ändå bli vått på
grund av långvarig dimma som förs in i luftintaget.
I sådana fall bör ett rostfritt tråg placeras under filtren
för att förhindra att aggregatets botten korroderar.
Anläggningar med värmeåtervinnare bör skyddas
med filter även på frånluftsidan.
För att ge högeffektiva HEPA - filter och kolfilter
maximal livslängd skall de skyddas av mikroglasfilter
av lägst klass F8.
Högeffektiva filter måste installeras på tilluftsfläktens trycksida eller i förekommande fall på frånluftfläktens sugsida. Där extremt giftiga eller potenta
substanser kan förväntas i avluften skall luftfiltren
installeras i så kallade ”säkra omvandlingsskåp” och
inte i luftbehandlingsaggregat. Installationen av luft-
filtret måste ges ordentligt utrymme och möjlighet
måste finnas till filterbyte på uppströmssidan och
mätning på nedströmssidan.
Det är viktigt att filter byggs in i aggregatet på ett
sådant sätt att by-pass läckaget blir litet. Särskilt viktigt är detta för filter med stor avskiljningsförmåga.
CEN anger en gräns där by-pass läckaget för F och G
filter får uppgå till högst 10 % av penetrationen. Då är
inläckaget mellan filter och fläkt inräknat. Filter av
klass F8 och F9 bör därför installeras på fläktens
trycksida så att ingen luft kan läcka in i aggregatet
efter filtret.
För högeffektiva filter med avskiljningsgrader som
kan vara av storleksordningen 99.99 % krävs att bypass läckaget är extremt litet.
Filter för allmänventilation bör av hygieniska skäl
bytas åtminstone en gång per år.
Lämplig tidpunkt är hösten efter växtsäsongen.
76
Sammanfattning
Avskiljningen i partikelfilter sker genom fyra
fysikaliska mekanismer och för vissa filter
även en elektrostatisk. De fyra fysikaliska
mekanismerna är: Silverkan, Uppfångningseffekt, Tröghetseffekt och Diffusionseffekt.
Silverkan och tröghetskrafter dominerar för
större partiklar medan diffusionseffekten är
helt dominerande för de submikrona partiklarna.
Den elektrostatiska avskiljningseffekten finns
bara i samband med syntetiska filter.
Med luftfilter renar man luften från föroreningar. Det finns partikelfilter för rening av
partikulära föroreningar och kolfilter för gasformiga föroreningar. Vanliga föroreningar
är dammpartiklar, mikroorganismer och restprodukter från trafik, förbränning och
industri.
Det aktiva materialet i ett partikelfilter är ett
skikt av tunna fibrer av mikroglas eller syntetiskt material (plast). Kolfilter består av aktiverat kol ibland med tillsats av kemikalier.
Partikelfilter delas in i olika grupper: Grovfilter, finfilter och högeffektiva HEPA- filter.
Testförfarande och klassning inom varje grupp
beskrivs i standarden SS- EN 779 för grov- och
finfilter och i standarden SS- EN 1822 för de högeffektiva filtren. Det finns idag ingen europastandard för testning och klassning av kolfilter.
För allmänventilation räcker det i de flesta fall
med tilluftsfilter av klass F7. I känsliga innemiljöer nära stark fordonstrafik rekommenderas minst F8. För att få en lång livslängd skall
högeffektiva filter och sorptionsfilter skyddas
av finfilter av lägst klass F8. Filtret bör vara av
mikroglas.
Små, lätta partiklar följer luften runt filterfibrerna. Om de kommer nära nog så attraheras de till fibrerna och sätter sig fast.
Fläkt Woods
77
12
Ljuddämpare
För att undvika att fibrer rycks loss och följer med
luftströmmen kan man placera en fiberduk, till exempel Cleantec, på absorbentens yta. Principen för en
absorptionsljuddämpare visas i figuren nedan.
Kapitlet tar upp
• Absorptionsljuddämpning
• Reaktiv ljuddämpning
• Hur ljuddämparens bredd och längd
påverkar ljuddämpningen
• Tryckfall
• Ljudalstring från ljuddämparen
• Placering
• Mätning
absorbent
Principskiss för absorptionsljuddämpare
Att en ljuddämpare ska sänka ljudnivån är det nog
ingen som har missat. Hur detta sker och vilka parametrar som bestämmer ljuddämpningen kräver lite
mer förståelse. Oavsett om en ljuddämpare sitter i ett
aggregat eller i en kanal är den grundläggande funktionen densamma. Till och med komponenter som
inte kallas ljuddämpare kan ha en ljuddämpande
funktion och följer samma fysikaliska principer som
en ljuddämpare.
För att öka absorptionsljuddämpningen ytterligare kan
bafflar placeras i mitten av ljuddämparen. Principen
för ljuddämpningen i bafflarna är densamma som för
det övriga absorbentmaterialet i ljuddämparen.
Reaktiv ljuddämpning
Reaktiv ljuddämpning innebär att ljudenergi reflekteras eller fås i resonans. Principen för reflektionsljuddämpning visas i figuren nedan. Vid en förändring av
kanalarea kommer en del av ljudenergin reflekteras
tillbaka och på så sätt minskar ljudnivån efter ljuddämparen. Även en böj eller krök på kanalen liksom
ett don in till rummet kommer att skapa reflektion
och på så sätt ljuddämpning.
Ljuddämpning
Att energi inte försvinner är idag en välkänd sanning.
När vi talar om ljuddämpning innebär det att ljudet
antingen övergår till värme eller att ljudenergin förflyttas till områden där den gör mindre skada.
Absorptionsljuddämpning
Som teknisk term använder man absorption eller resistiv ljuddämpning när ljudenergi övergår till värme.
När ljudvågen vandrar genom en absorbent rör sig förutom luftmolekylerna även absorbentens fibrer eller
porväggar. Friktionen i fibern för över vibrationsenergi till värme. En öppen fiber- eller porstruktur ger
en så hög och i frekvens så bred absorption som möjligt.
Fläkt Woods
transmission
reflektion
Principskiss för reflektionsljuddämpare
79
Längd
Ett indirekt sätt att dämpa ljudet är att låta det läcka
ur systemet. En kanalvägg har en begränsad dämpning och läcker ljud till sin omgivning. Nackdelen
med denna typ av ljudeffektfördelning är givetvis att
även rummet, som kanalväggen befinner sig i, kan ha
ljudkrav ställda på sig.
Att öka längden på ljuddämparen möjliggör dämpning vid lägre frekvenser. Nackdelen är att en lång ljuddämpare introducerar fler resonanser vid de högre frekvenserna. Figuren nedan ger ett förklarande exempel
för tre ljuddämpare av olika längd, där ljuddämpning
som funktion av frekvens är presenterad i graferna.
Bredd
L d (dB)
En bredare ljuddämpare har två fördelar. Beroende på
kanaldiameter finns möjlighet till en stor areaskillnad
mellan kanal och ljuddämpare. Ju större denna skillnad är desto högre blir reflektionen och också ljuddämpningen. Figuren nedan ger ett förklarande exempel på effekten av denna diameterförändring. Var
kurva i grafen visar dämpningen för en ljuddämpare
med areaförhållandet mellan ljuddämpare och kanal
angett i figur. Till exempel är ljuddämparens area fyra
gånger större än kanalarean för m=4.
f (Hz)
L d (dB)
f (Hz)
L d (dB)
L d (dB)
m=25
f (Hz)
m=16
Ökad längd på ljuddämparen ökar ljuddämpningen (Ld) vid
lägre frekvenser men introducerar resonanser.
m= 9
m= 4
Krävs dämpning vid låga frekvenser väljs lämpligen
en lång ljuddämpare. En längre dämpare ger liksom i
fallet med en bredare ljuddämpare tillgång till större
volym för absorptionsmaterial och en ökad absorptionsljuddämpning.
f (Hz)
Ljuddämpning (Ld) som funktion av frekvens och areaförändring. Förhållandet mellan ljuddämpararea (Ad) och kanalarea
(Ak) betecknas med m i figuren (m=Ad/Ak).
Tryckfall
Den andra fördelen med en bredare ljuddämpare är
att den tillgängliga volymen att placera absorptionsmaterial i är större och följaktligen ökar då ljudabsorptionen. Om utrymmet tillåter är det alltså fördelaktigt
att välja en så bred ljuddämpare som möjligt.
Vid val av ljuddämpare är det alltid en balansgång
mellan ljuddämpning och tryckfall. Kan man tolerera
ett högre tryckfall har man bättre förutsättningar att
nå en hög ljuddämpning. Vid konstruktion av bafflar
till ljuddämpare är det extra viktigt att ta hänsyn till
tryckfallet.
80
Figuren nedan illustrerar bafflarna i en ljuddämpare.
Det är viktigt att hitta balans mellan storleken på bafflarna (A) och de fria ytor (B) som tillåter luften att
strömma igenom ljuddämparen. Om bafflarna är för
stora ökar inte enbart ljuddämpningen utan även
tryckfallet och ljudalstringen. För att ge lägsta möjliga
tryckfall är bafflarna ofta utformade med rundade
fronter och med en avsmalnande form i luftriktningen.
egenljudet. Till en komponent som skapar turbulens,
till exempel en fläkt, måste ett visst avstånd hållas.
För att ljuddämparen skall fungera optimalt ska luftströmmen vara jämn. Om avståndet är för kort har
inte luftströmmen återgått till jämnt flöde och ljuddämpningen når inte upp till specificerad prestanda.
Även tryckfallet över ljuddämparen kommer att öka
vid en allt för ojämn luftström. Montage bör därför
inte ske i direkt anslutning till fläkt, böj, spjäll eller
annan komponent som kan störa luftströmningen.
Om två ljuddämpare används tillsammans skall de
placeras med ett inbördes avstånd. Figuren nedan
visar principen för hur ljuddämpningen påverkas av
avståndet. Det är framförallt den lågfrekventa dämpningen som minskar vid för kort avstånd.
L d (dB)
A B
Rektangulär ljuddämpare med bafflar.
Ljudalstring
f (Hz)
Den lägsta ljudnivå som kan åstadkommas efter en
ljuddämpare är beroende av hur mycket egenljud/
regenererat ljud ljuddämparen producerar. När luften
flödar igenom dämparen kommer den att generera
ljud. Oavsett ljudnivån före ljuddämparen kommer
denna ljudnivå vara den lägsta möjliga efter den.
Om lufthastigheten ökar kommer nivån på det regenererade ljudet att öka. På grund av egenljudet är det
inte säkert att två ljuddämpare efter varandra kommer resultera i högre ljuddämpning än med enbart en
ljuddämpare.
Ljudalstringen på en ljuddämpare med uttagbara
bafflar är känslig för hur väl bafflarna har monterats.
Uppstår en springa vid baffelns överkant kan ljuddämpningen försämras och visselljud genereras.
L d (dB)
f (Hz)
Ljuddämpning (Ld) minskar om två ljuddämpare placeras
med för kort avstånd
Mätmetod
Den av tillverkaren specificerade ljuddämpningen ska
mätas upp enligt SS-EN ISO 7235 eller SS-EN ISO 11691.
Standarden anger hur en ljudkälla alternativt en flödeskälla, till exempel en fläkt, ska anslutas till ljuddämparen. Ljuddämpningen mäts upp som skillnaden mellan
med och utan ljuddämpare närvarande. En ersättningskanal används när inte ljuddämparen är monterad. Tillverkaren skall förutom ljuddämpning specificera tryckfall, dimensioner, vikt, materialval samt information angående montering, inspektion och underhåll.
Placering
En ljuddämpare ska generellt sett placeras så nära ljudkällan som möjligt. Anledningen till detta är att nivåskillnaden mellan ljudet som skall dämpas och ljuddämparens egenljudnivå där blir som störst.
Ljuddämpningen riskerar därmed inte att drunkna i
Fläkt Woods
81
Sammanfattning
En bredare ljuddämpare har två fördelar:
• Ju större areaskillnad mellan kanal och ljud
dämpare är desto högre blir reflektionen och
också ljuddämpningen.
• Den tillgängliga volymen att placera absorptionsmaterial i är större och då ökar ljudabsorptionen.
En ljuddämpare har till uppgift att sänka ljudnivån. Oavsett om en ljuddämpare sitter i ett
aggregat eller i en kanal är den grundläggande
funktionen densamma.
När vi talar om ljuddämpning innebär det att
ljudet antingen övergår till värme eller att
ljudenergin förflyttas till områden där den gör
mindre skada.
Att öka längden på ljuddämparen möjliggör
dämpning vid lägre frekvenser. Nackdelen är
att en lång ljuddämpare introducerar fler resonanser vid de högre frekvenserna.
Som teknisk term använder man absorption
eller resistiv ljuddämpning när ljudenergi
övergår till värme. När ljudvågen vandrar
genom en absorbent rör sig förutom luftmolekylerna även absorbentens fibrer eller porväggar. Friktionen i fibern för över vibrationsenergi till värme.
Reaktiv ljuddämpning innebär att ljudenergi
reflekteras eller fås i resonans. Vid en förändring av kanalarea kommer en del av ljudenergin reflekteras tillbaka och på så sätt minskar
ljudnivån efter ljuddämparen.
Fläkt Woods
Vid val av ljuddämpare är det alltid en balansgång mellan ljuddämpning och tryckfall. Om
bafflarna i ljuddämparen är för stora ökar inte
enbart ljuddämpningen utan även tryckfallet
och ljudalstringen.
Den lägsta ljudnivå som kan åstadkommas
efter en ljuddämpare är beroende av hur
mycket egenljud/regenererat ljud ljuddämparen producerar. När luften flödar igenom dämparen kommer den att generera ljud.
82
13
Fläktar
skovlarna med luften på så sätt att lufttrycket ökas.
Tryckdifferensen mellan fläkten och till exempel
rummet vid slutet av kanalen får luften att röra sig.
Normalt drivs fläkthjulet av en elektrisk motor.
Fläkten genererar en totaltryckökning som består av
statiskt och dynamiskt tryck på luften som passerar
genom den.
Eftersom vi vill att luften rör sig ganska sakta i
kanalen för att minimera både tryckförlusterna och
ljudet, är vi inte intresserade av att generera ett högt
dynamiskt tryck i fläkten. Vid 10 m/s i kanalen är det
dynamiska trycket ungefär 60 Pa, vilket är litet jämfört
med normal tryckökning över fläkten. Av denna orsak
är fläktar konstruerade så att allt dynamiskt tryck
förvandlas till statiskt tryck inom eller vid utloppet
av fläkten.
Kapitlet tar upp
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Radialfläkt
Kammarfläkt
Axialfläkt
Fläktdiagram
Systemkurvor
Verkningsgrad
Temperaturökning
Ljud
Egenfrekvens
Vibrationsisolering
Direktdrift
Remdrift
Fläktmotorer
SFP
Fläkttyper
Fläktar för komfortventilation kan delas upp i två
grupper: Radialfläktar och Axialfläktar. I axialfläkten
passerar luften genom fläkten i en riktning parallell
med fläkthjulets axel. I radialfläkten kommer luften in
i fläkten i en riktning parallell med fläkthjulets axel
men lämnar den i en riktning som är radiell (vinkelrät) med axeln.
Kammarfläkten är en radialfläkt utan spiralformad
kåpa. Alla dessa tre fläkttyper används vanligen i luftbehandlingsaggregat men den mest vanliga, åtminstone i Europa, är radialfläkten och kammarfläkten,
dvs fläktar med radialfläkthjul.
Fläktarna kan anses vara hjärtat i varje luftbehandlingssystem. Det är fläkten som får luften att röra sig från
ytterväggen, genom kanalsystemet och olika luftbehandlingsprocesser.
De enklaste systemen består endast av en fläkt,
monterad i vägg och som blåser direkt in i rummet.
Klart är att fläkten måste vidarebefordra tillräcklig
energi till luften för att övervinna tryckförlusterna
och få luften att röra sig. En fläkt består bla av fläkthjulet vilket i sin tur består av ett antal skovlar som är
fastsatta vid ett nav. När fläkthjulet roterar arbetar
Radialfläkt
Kammarfläkt
Fläkt Woods
85
Radialfläkt
När man stryper en sådan fläkt som arbetar med konstant varvtal, reduceras luftflödet och effektbehovet
utan att trycket förändras särskilt. Detta betyder att ett
enkelt luftspjäll effektivt kan användas till reglering.
Effektkurvornas form säger oss att effekten kommer att
öka då flödet ökar. Stora tryckförluster i systemet kan
leda till att motorn överbelastas.
Radialfläkt med bakåtböjda skovlar
Det bakåtböjda fläkthjulet består av flera skovlar som
utformar radiella diffusorer. Statiskt tryck genereras då
luften strömmar genom fläkthjulet och fläktkåpan är
inte så viktig som vid den framåtböjda hjultypen men
har ändå samma spridningsfunktion och ger fläkten en
hög effektivitet.
Ett bakåtböjt fläkthjul måste rotera omkring två
gånger varvtalet för ett framåtböjt fläkthjul av samma
diameter för att uppnå samma tryck och flöde. Det
bakåtböjda fläkthjulet ger också hög effektivitet och
den robusta konstruktionen tillåter högre maxvarvtal
än radialfläkten med framåtböjda skovlar.
Radialfläktar med bakåtböjda skovlar har en relativt låg specifik ljudnivå. I fläktdiagrammet kan man
se att fläktkurvorna är branta, vilket betyder att tryckförändringarna i systemet har jämförelsevis liten
effekt på luftflödets hastighet. Vi ser från effektkurvornas form att en fläkt som går vid konstant varvtal
inte överbelastar dess motor om systemtrycket förändras.
Radialfläkt med kåpa drivs oftast av motor via
remdrift. Remväxeln dimensioneras för varje kombination för att få önskat varvtal.
Syftet med fläktens spiralformade kåpa är att förvandla dynamiskt tryck till statiskt tryck.
Radialfläkt med framåtböjda skovlar
Radialfläket med framåtböjda skolvlar skapar mest
dynamiskt tryck i fläkthjulet och fläktkåpans spiralform är nödvändig för dess funktion. För en given
hjuldiameter och varvtal genererar emellertid den
framåtböjda fläkten det högsta trycket och ger därför
den mest kompakta konstruktionen för ett givet tryck.
I förhållande till fläktens storlek levererar den även
ett avsevärt flöde. Fläkten med framåtböjda skovlar
är billig att tillverka, vilket bidragit till att den har
varit så populär i luftkonditioneringsindustrin. Den
huvudsakliga nackdelen med den framåtböjda fläkten
är dess relativt låga effektivitet och maximalt begränsade toppvarvtal vilket gör den olämplig för större
luftflöden. Det specifika ljudet är också ganska högt.
Radialfläkten med framåtböjda skovlar används vanligen i små luftbehandlingssystem till låg kostnad.
I ett fläktdiagram för en radialfläkt med framåtböjda
skovlar kan man se att varvtalskurvorna är flacka och
driften är vanligen stabil genom hela arbetsområdet.
Radialfläkt med kåpa kräver en tom raksträcka efter
fläkten, på grund av att den har en mindre utloppsarea. Detta leder till att en tom raksträcka behövs för
att luften ska hinna fördela sig jämt i aggregatet förekommande funktionsdel.
86
Kammarfläkt
Fördelen med kammarfläktar är att de är direktdrivna
och saknar remdrift som kräver underhåll. Detta gör
att kammarfläktar är mer hygieniska tack vare att de
inte har några remmar som kan avge stoft.
Kammarfläktens öppna konstruktion möjliggör lätt
åtkomlighet för service och rengöring. Direktdriften
som innebär att fläkthjulet är placerat direkt på motoraxeln möjliggör att fläkten kan balanseras till låga
nivåer. För att erhålla olika rotationsvarvtal måste
fläktens motor varvtalsregleras med exempelvis frekvensomvandlare, se fläktdiagram för kammarfläkt
längre fram i kapitlet. På vissa marknader förekommer remdrivna kammarfläktar.
En annan fördel med kammarfläkten är att man direkt
efter fläkten kan installera en efterföljande funktion
såsom värme- eller kylbatteri.
Kammarfläkten har ett fläkthjul med bakåtböjda skovlar utan fläktkåpa. Dess prestanda liknar radialfläkten
med bakåtböjda skovlar, men utan fördel av den statiska tryckåtervinningen i fläktkåpan.
Axialfläkt
Axialfläktar å andra sidan kan ha olika navdiametrar
och antal skovlar. Härigenom är det också möjligt att
välja nivå likaväl som varvtal. Av denna orsak är
axialfläktar vanligen direktdrivna.
Axialfläktar som är utrustade med ledskenor efter
utloppet har hög verkningsgrad. För att uppnå normala tryck som man finner i luftbehandlingsanläggningar, måste axialfläktar gå med högt varvtal.
Detta gör att de inte passar för små luftbehandlingsaggregat eftersom de diametrar, som det är fråga
om, innebär att höga rotationsvarvtal behövs. I fläktdiagrammet kan man se att axialfläktar har branta
varvtalskurvor och flacka effektkurvor med högre
effektbehov mot låga flöden. Detta betyder att effektbehovet ökar när man stryper axialfläkten till ett
mycket lågt flöde.
Axialfläktar producerar relativt stora luftflöden vid
låga tryck. Ju större fläktdiameter och rotationsvarvtal desto större blir trycket.
Radialfläktar har en fast geometri och prestanda kan
bara ändras genom att byta fläktvarvtal.
Fläkt Woods
87
Fläktdiagram
I diagrammet redovisas den A-vägda ljudeffektsnivån
LwA, dB till fläktutloppet. Ljudeffekten per oktavband Lw, dB (icke A-vägd) till utloppet, till inloppssidan och till omgivningen genom aggregathöljet
beräknas med hjälp av korrektionsvärden som redovisas under avsnitt ljudberäkning.
För att underlätta motorvalet finns en skala PM,
kW, som anger minsta tillåtna motoreffekt med hänsyn till fläkteffekt, remväxelförlust och starttid. När
det gäller fläktar med F-hjul avses fläkteffekten i
arbetspunkten medan för B-fläktar avses effektkurvans maxvärde vid det aktuella varvtalet. Slutligen
innehåller diagrammen skalor för dynamiskt tryck i
fläktutloppet pd, samt inbyggnads- och anslutningsförlusterna Δpa och Δpb + pd.
Fläktens prestanda presenteras normalt i ett diagram
med luftflöde inritat på X-axeln och trycket på Yaxeln. För radialfläktar har kurvor för olika rotationsvarvtal inritats, medan för axialfläktar har kurvor för
olika skovelvinklar inritats. I diagrammen finns också
kurvor för verkningsgrad och ljudnivå inritade, likaväl som kurvor för fläkteffekt.
I diagrammet (nedan) för radialfläkten redovisas totaltrycksökning Δpt, Pa och fläkthjulets axeleffekt P, kW
som funktion av luftflödet q, m3/s och vid ett antal
fläktvarvtal. Vidare visas ett antal arbetslinjer längs
vilka verkningsgraden är konstant.
Fläktdiagrammet gäller för luft med densiteten
1,2 kg/m3.
Beteckningar:
1 = Luftflöde, m3/s (x-axel)
5
2 = Luftflöde, m3/h (x-axel)
3 = Totaltrycksökning, Pa (y-axel)
4
4 = Fläktvarvtal, r/min (RPM)
5 = Fläktverkningsgrad, %
3
6 = Ljudeffeksnivå, LwA, dB (prickad)
d
7 = Fläktens effektbehov, P, kW
6
8 = Motorns uteffekt, PM, kW
1
9 = Hjulets tröghetsmoment, kgm2
2
10 = Tryckfall över standardiserad utloppskanal,
Δpa, Pa
9
11 = Anslutningsförlust vid anslutning till aggregat,
7
8
Δpb, Pa
12 = LwAK ljudeffektsnivå för fläkt i hölje
d
10
11
12
d
d
Fläktdiagram för radialfläkt med bakåtböjda skovlar
88
2600
60
Fläktdiagrammet gäller för naken fläkt och för luft
med densiteten 1,2 kg/m3. Vid inbyggnad i aggregatdel uppstår en inbyggnadsförlust Δp1.
Fläktkurvorna i fläktdiagrammet visar maxvarvtal
för kombinationer fläkt och motorstorlek.
70
r/min 2140
75
2038
2000
15 kW- 4 77
η%
4
11 kW- 4
5
1799
75
7.5 kW- 4
1626
70
5.5 kW- 4
1467
1000
2
= Luftflöde, m3/h (x-axel)
3
= Totaltrycksökning, Δps Pa (y-axel)
4
= Total fläktverkningsgrad, ηstat %
5
= Max. varvtal för respektive motor,
kW-poltal
1
6
= Total ljudeffektsnivå LwA (dB),
streckad linje
2
7
= Inbyggnadsförlust Δp1 Pa,
50
2.2 kW- 6
1066
1.5 kW- 6
L wA,dB 82
3
Δp s ,Pa
3
1 = Luftflöde, m /s (x-axel)
3 kW- 6
1208
500
60
4 kW- 4
1335
86
90
94
98
200
6
100
1 m3/s
2
m3/h
5000
Δp 1 , Pa
7
3
qv
4
10000
10
5
15000
20
6
7
20000
40
60
8
25000
80
100
120 Pa
Fläktdiagram för kammarfläkt
10
0
pd:
800
600
101
99
500
95
Omräkningar med avseende på ändrat varvtal
för samma fläkt och arbetslinje.
97 Lwt
400
q
75%
200
pd
60
55
91
100
2
20° 25°
4
20°
25°
30°
35°
6
30°
2
40°
45°
8
35°
50°
55°
40°
p dD
q, m3/s
10
55°
P1 n 1 3
=( )
n2
P2
20
q = Luftflöde m3/s
60°
J = 4,3 kg m2
2
4
6
8
n = Varvtal varv/min
q, m3/s
10
50
100
150
200
200
0
50
100
150
200
p = Tryck Pa
P = Effekt kW
? pa
? pb
1200 x 1200
Fläktdiagram för axialfläkt
Fläkt Woods
Effekten
Där
50°
10
Δp1 n1 2
=( )
Δp2 n2
45°
4
6
Trycket
60°
89
0
0
0
n
Flödet q 1 = n1
2
2
7072
68
93
300
? pt, Pa
Fläktlagar
pdD:
700
P,kW
q, m3/h x 1000
30
40
n = 980 r/min
20
89
Systemkurvor
Detta problem uppstår normalt endast med fläktar
som har flacka kurvor med en “sadel” såsom fläktar
med framåtböjda skovlar som drivs mot ett system
med en hög konstant.
Kompatibilitet mellan
fläkt- och systemkurva
Fläktkurvor har olika former beroende på typ av
fläkt. Systemkurvor kan också variera, se nedan. Normalt är det inget problem så länge som det finns en
enkel och tydlig skärningspunkt mellan kurvorna.
Fläkten kommer att arbeta vid skärningspunkten, se
diagram nedan.
Effekter av förändrande
systemkarakteristik
Systemkarakteristiken för ett normalt kanalsystem
följer följande relation:
p = p 0 + k . qn
Där
p = Tryck Pa
p0 = Trycket vid noll flöde, det konstanta trycket Pa
k = Systemkonstanten
q = Luftflöde m3/s
n = Systemexponent, vilken normalt ligger nära 2.
I ett normalt system är det inte troligt att värdet på n
varierar. Vanligen kommer n att vara 2 för nästan alla
komponenterna inom systemet. Emellertid där laminärflödet inträffar kommer värdet på n att vara mindre än 2. Filtren och några typer av värmeväxlare har
sådan karakteristik.
Effekten på dessa delar i systemet är att reducera helhetsvärdet på n. Denna effekt kan bli betydelsefull i system som involverar höga nivåer av filtrering såsom renrumstillämpningar.
Skärning mellan fläkt- och systemkurva
I de fall då fläktens kurva skärs två gånger av systemkurvan kan det bli problem, se diagram nedan.
Fläktkurva som skär systemkurvan två gånger
90
Parallell drift av fläktar
Värdet på k kan förändras om till exempel en spjällinställning ändras eller allt eftersom filtren fylls. I ett enkelt system är filtren huvudorsaken till tryckförändring. När de
blir smutsiga ökar tryckfallet. Fläktar drivs vanligen av
helkapslade kortslutna 3-fas induktionsmotorer vilka
arbetar vid huvudsakligen konstant varvtal oberoende av
belastning. Detta betyder att fläktens arbetspunkt måste
röra sig utmed varvtalskurvan då trycket förändras, som
illustreras i diagrammet nedan.
När två fläktar körs parallellt kvarstår det bildade
trycket oförändrat, men flödet fördubblas. Den kombinerade kurvan är mycket flackare än den individuella
kurvan och om fler än två fläktar körs parallellt kan
kurvan bli mycket flack. Inga problem inträffar normalt
då båda fläktarna startar samtidigt om arbetspunkten
ligger väl åt höger om den maximala punkten.
Fläktar med en karakteristik som ovan, radialfläkt med
framåtböjda skovlar kan emellertid generera samma
tryck vid två olika flöden. Arbetspunkter till vänster om
den maximala kan ge ökad instabilitet, reducerat flöde
och till och med reverserat flöde genom en av fläktarna.
Normalt borde detta inte inträffa men det kan hända
om systemet är mycket strypt eller om fläktarna har
överdimensionerats.
Fläktens arbetspunkt rör sig utmed varvtalskurvan
(radialfläkt med bakåtböjda skovlar)
Här ser vi att tryckfallet i systemet ökar; arbetspunkten rör sig mot vänster utmed fläktkurvan.
Notera att luftflödets hastighet reduceras.
Figuren nedan representerar en radialfläkt med
framåtböjda skovlar med dess flacka karakteristik.
Här ser vi att flödesreduktionen blir mycket större.
q1
Samma tryck vid två olika flöden
Fläktens arbetspunkt rör sig utmed varvtalskurvan
(radialfläkt med framåtböjda skovlar)
Fläkt Woods
91
q2
Systemeffekter
Jalusispjäll
Tryckförluster förorsakade av ogynnsam kanalkonstruktion efter fläktarnas utlopp kallas systemeffekter.
Den höga utloppshastigheten och bristen på symmetri
är orsakerna till systemeffekten.
Hastighetsprofilen utvecklar sig till en normal hastighetsprofil efter 2,5 gånger kanaldiametern rör vid hastigheter upp till 12 m/s. Denna längd är känd som effektiv
kanallängd.
Ett jalusispjäll monterat på fläktutloppet ger en systemeffekt. Tryckfallet kommer att bli 5 gånger större
än det normala tryckfallet för spjället.
Avslutning
Fläktens verkningsgrad
Fläktens verkningsgrad definieras som förhållandet
mellan flödet multiplicerad med det totala trycket och
axeleffekten på fläkthjulets axel
Effektivt utloppsarea AE
Nominellt utloppsarea AN
.
.
ηf = Pf = kp qvi ptf
PR
PR
a .b
Där
ηf = Fläktverkningsgrad %
25 %
Pf = Effekt W
50 %
PR = Fläkthjulets effekt W
kp = Kompressibilitetsfaktorn
75 %
qvi = Fläktens luftflödet vid inloppet m3/s
100 % Effektiv kanallängd LE
Radialfläkt
ptf = Fläktens totala tryckökning Pa
Systemeffekter
Kompressibilitetsfaktorn är försumbar när man arbetar
med fläktar för komfortventilation, eftersom tryckökningarna genom fläkten är så små. Fläktverkningsgraden är inritad i fläktarnas diagram.
För Fläkt Woods radialfläktar med V-tunga krävs endast
0.5 gånger kanaldiametern som 100 % effektiv kanallängd.
Böjar
Temperaturökning genom fläkten
En böj strax efter fläktutloppet kommer att ge upphov till
en systemeffekt. Bristen på symmetri i hastighetsprofilen
är här orsaken. Till dubbelsugande fläktar som används i
luftbehandlingsaggregat är vänster och höger böjar lika.
Till kammarfläktdel finns ingen förlust på grund av böj.
När luften passerar genom fläkten bearbetas den och dess
temperatur stiger. Temperaturökningen betecknas som:
.
Δt = ρk.p η P. tfcp
Utloppsriktning D
Där
Utloppsriktning C
Δt = Temperaturökning °C eller K
kp = Kompressibilitetsfaktorn som är försumbar
Utloppsriktning B
ptf = Fläktens totala tryckökning Pa
η = Fläktens verkningsgrad
ρ = Luftens densitet kg/m3
L
Cp = Den specifika värmefaktorn
Som tumregel kan vi uppskatta ρ = 1.2, η = 0.80
och Cp = 1008 och därför
Δt ≈ P/1000 eller 1°C per 1000Pa.
Utloppsriktning A
Inlopp
Böjar
92
Notera att värmen från fläktens drivmotor inte har
något med denna temperaturökning att göra!
De flesta fläktar i luftbehandlingsaggregat installeras
med motorer och remdrift inom höljet och som tillägg till
den ovan nämnda temperaturökning, blir det en ökning
genom ineffektivitet i motor och remväxel.
samma som den som en serie förbränningar i motorn,
när bilen går vid en viss hastighet, kan chassit börja
vibrera eller skaka hårt.
Sådan vibration kan undvikas genom att montera
bilens motor på ett dämpningsmaterial såsom gummi
för att isolera chassit från motorn. Samma sak gäller
naturligtvis för fläktar.
. ptf
Δt = ρ . η . kp
ηm . ηtr . cp
f
Vibrationsdämparnas
egenfrekvens
Där
Δt = Temperaturökning °C eller K
Vibrationsisoleringen på Fläkt Woods fläktar är dimensionerad så att installationsfrekvensen/natural
frequensy är lägre än 8 Hz eller 480 varv/min med
gummidämpare och 4Hz eller 240 varv/min med
stålfjäderdämpare.
kp = Kompressibilitetsfaktorn som är försumbar
ptf = Fläktens totala tryckökning Pa
ηf = Fläktens verkningsgrad
ηm = Motorns verkningsgrad
ηtr = Transmissions verkningsgrad
ρ = Luftens densitet kg/m3
Cp = Den specifika värmefaktorn
Tillåten vibrationshastighet
En komplett fläktenhet innehållande fläkt, motor, remväxel och balkram, monterad på vibrationsdämpare,
tillåts ha vibrationshastighet på max 7.1 mm/sek.
Vibrationsmätningen skall utföras på fläktens lagerbärarmar och på motorns lagersköldar.
Fläkthjulets balansering
Alla fläkthjul balanseras dynamiskt enligt
ISO 1940/1 –1973.
För Fläkt Woods fläktar gäller följande:
Balanseringsgraden för kammarfläkthjul är G 6.3 för
storlekarna 022-031.
För storlekarna 035-100 är balanseringsgraden G 2.5.
Balanseringsgraden för dubbelsugande fläkthjul är G
6.3 för storlekarna 022-031.
För storlekarna 035-100 är balanseringsgraden G 2.5.
Ljud
A-vägda ljudeffektsnivåer LWA på en fläkts utloppsida
vid kanalanslutning anges i fläktdiagrammet.
För uppdelning på respektive oktavband och ljudväg används följande formel:
Egenfrekvens
LWokt(s) = LWA + Kokt(s)
Där
Varje svängande föremål har en egenfrekvens, som är
frekvensen som ett svängande föremål tenderar att
utjämna sig till om det inte blir stört.
Fenomenet där en relativt liten, upprepad given
kraft förorsakar amplituden på ett svängande system
att bli mycket stor kallas resonans. Många av de allvarliga vibrationsproblemen förorsakas av resonans.
Om till exempel egenfrekvensen hos ett bilchassi är
Fläkt Woods
LWokt(s) = Ljudeffektsnivå per oltavband dB
LWA = A-vägda ljudeffektsnivåer dB
Kokt(s)= Kokt är en faktor för att korrigera varje
enskilt oktavband beroende på fläktens
varvtal.
Läs mer om fläktar och ljud i kapitel Ljud.
93
Vibrationsisolering
och överföring av vibration från fläkten till kanalsystemet, genom den flexibla anslutningen mellan fläkt och
aggregat. Häftiga fläktrörelser kan också leda till slitning i den flexibla anslutningen och eventuellt brott.
Erfarenhet har visat att det är viktigt att säkerställa att
golvet har en tillräckligt stor yta och massa för att undvika resonans.
Syftet med vibrationsisolering är att skydda bärande
golv från krafter som alstras av fläkten. Den principiella kraften alstras av den oundvikliga resterande
obalansen i fläktrotorn.
Vibrationsdämparna kan användas för att effektivt
förhindra obalanskrafterna från att fortplantas till det
bärande golvet. Isoleringseffekten på alla vibrationsdämpare förbättras lyckligtvis med ökad frekvens,
och kraften som överförs av vibrationsdämparna
kommer därför att fortsätta att vara låg, till och med
vid höga fläktvarvtal.
Denna relation illustreras klart i figuren nedan där
den överförda kraften, T, i procent av fläktrotorns
vikt, R, är inritad som en funktion av fläktvarvtalet
för gummi och stålfjäderdämpare med olika nedfjädring.
Om man utrustar fläkten med mjuka stålfjädrar kan
det bli problem med att starta fläkten, då reaktionskraften från luftrörelsen förorsakar fläkten att tippa ur linje.
Detta kan förorsaka häftigt tryckfall, ytterligare buller
Följande tumregel kan användas:
Golvet på en yta 4 gånger aggregatets yta skall motsvara minst 5 gånger så stor massa som aggregatet.
T/R %
10.00
η, 60 %
η, 90 %
2
1.00
3
Gummi
Rubber
6
8
25
0.10
50
0.01
Steel
Stålfjäder
spring
n r/m
100
1000
Vibrationsdämpning
94
3000
Fläktens
kraftöverföringssystem
föringen och damm från remmarna. Nackdelar med
direktdrift är att fläktvarvtalet begränsas till samma som
motorn.
De flesta axialfläktarna har emellertid antingen
justerbar eller reglerbar skovelvinkel, vilket tillåter
anpassning av arbetspunkten. Radialfläktar har emellertid inte justerbara skovlar och driftspunkten måste
justeras genom att reglera varvtalet på motorn.
Den vanligaste metoden är att justera motorvarvtalet
med hjälp av en frekvensomvandlare. Energivinsterna
vi erhåller genom att undvika transmissionssystem kan
olyckligtvis gå förlorade i frekvensomriktaren, eftersom
anordningens effektivitet är en funktion av motorns/frekvensomriktarens belastningsgrad.
Direktdrift kan inte, med undantag för mycket små
fläktar, användas på dubbelsugande radialfläktar.
Den långa fläktaxel, som då skulle behövas, råkar i
böjkritisk svängning.
Fläktar kan antingen vara direktdrivna och är då monterade på motoraxeln eller kan de vara kopplade till
motorn genom ett kraftöverföringssystem.
Direktdrift, Frekvensomriktare
Med direktdrift avses att fläkthjulet är monterat direkt
på motoraxeln eller såsom vid ytterrotormotorer eller
planankarmotorer där det är monterat på motorns roterande ytterdel. När direktdrift används slipper man
underhåll på överföringssystemet och detta är den normala metoden att driva axialfläktar och kammarfläktar.
Vid direktdrift slipper man även friktionsförluster i över-
Kammarfläkt med direktdrift, frekvensomriktare
monterad direkt på motorn.
Fläkt Woods
95
Remdriftsystem
Remväxeldrift
Remväxeldrift gör det möjligt att åstadkomma godtyckliga varvtal hos fläkten i 6%-iga steg under,
mellan och över de asynkrona varvtal, som står till
förfogande hos vanliga till nätet direktkopplade trefasmotorer. Remväxeln gör det också möjligt att välja
lämpligt poltal på motorn. Slutligen ger remväxeln
stor frihet vid motorplaceringen, vilket är viktigt vid
inbyggnad i aggregat.
En rad olika remväxelsystem finns på marknaden,
det mest vanliga är kilremväxlar.
Kilremsväxlar
Kilremmar är V-formade och är konstruerade att
passa remskivor med likformade spår. Verkningsgraden vid effekter över 3 kW är ca 95% men kan
vara betydligt sämre vid lägre effekter.
Remskivorna och remmarna finns lätt tillgängliga
och är lätta att underhålla. Beroende på friktionen
mellan remmen och remskivan, tenderar remmarna
att slitas ut då de är i drift och det är nödvändigt att
byta ut dem regelbundet. Då de slits skapas damm
vilket kan ta sig in i kanalsystemet om luftfilter saknas
efter fläkten. Konventionella kilremmar tenderar också
att töja sig lite och det är viktigt att efterspänna dem
enligt de instruktioner som normalt medföljer.
har lång livslängd (ca 5 år), hög verkningsgrad (ca 98%)
och obetydlig stoftgenerering.
Planremmar bör inte användas vid utomhusdrift
och om fläkten har start och stopp. Det går däremot
bra vid kontinuerlig drift.
MICRO-V eller rippenbandremväxlar
MICRO-V eller Rippenband-remmar är ett mellanting
mellan kilremmar och planremmar. De har kilremsväxelns nackdelar med efterspänning, slitage, begränsad livslängd, skötsel och stoftavgivning men har
något bättre verkningsgrad än kilremmen.
Planremsväxlar
Teknisk utveckling inom detta område tillåter oss nu
att använda remmar som inte töjer sig och inte slits
riktigt så mycket. En av dessa är den plana remmen.
Fördelarna med de plana remmarna är att de inte
slits ner, de behöver inte spännas om efter den första
spänningen, de erbjuder bättre kraftöverföringseffekt,
Fläkt Woods
96
Fläktmotorer
Anslutningsplintar
Rotor
Uteffektsaxel
Kylfläkt
Statorlindning
Trefas-induktionsmotorer
I en trefas-induktionsmotor genereras ett roterande
magnetiskt flöde av koppartrådsspolar. Rotorns kärna
är laminerad och består av aluminiumstänger, vilka är
kortslutna vid varje ända.
En emk, elektromotorisk kraft, genereras i rotorns
ledare. Emk gör att en ström cirkulerar, vilket får flödet att böja sig runt ledaren och förstärka på den ena
sidan medan den försvagar på den andra sidan. Konsekvensen blir att ledaren utsätts för kraft som får
rotorn att spinna. Flödet roterar snabbare än rotorn.
Ju större skillnaden i hastighet är desto större blir den
genererade emk och vridmomentet. Om rotorn skulle
nå synkront varvtal så skulle ingen emk genereras och
därmed ingen kraft för att hålla den spinnande.
Om rotorn saktade ner på grund av belastningen på
motorn så skulle vridmomentet öka tills det blev lika med
vridmomentet förorsakat av belastningen och rotorförlusterna. Skillnaden mellan rotorns varvtal och det av
det roterande flödet kallas glidning. Vid full belastning varierar glidningen mellan omkring 2 % och 7 %,
så induktionsmotorn kan anses som en så gott som
konstant varvtalsmaskin. Det fulla belastningsvarvtalet ges i motordatatabeller.
Vridmoment
Fel
Fläktens vridmoment
Belastning med
platt vridmoment
Varvtal
Vridmoment
Rätt
Fläktens vridmoment
Belastning med
platt vridmoment
Driftpunkt
Varvtal
Vridmoment för motor och belastningsvridmoment
Effekt för roterande maskiner
P= M . f
Vridmoment
Där
P = Effekt W
M = Moment Nm
f = Frekvens Hz
Vridmomentskurvan för en motor är lik den streckade
kurvan i diagrammen nedan. När man väljer en motor
måste belastningsvridmoment vara under minimum
vridmoment för motorn.
Fläkt Woods
97
Start och styrning av
tvåhastighetsmotorer
Motorns verkningsgrad
Verkningsgrad är ett mått på hur bra en motor förvandlar elektrisk energi till nyttigt arbete. Energi som
går förlorad i processen avges från motorn som
värme.
Varvtalsreglering i två steg av fläktar utförs normalt
med hjälp av tvåhastighetsmotorer. Genom omkoppling mellan två poltal kan två hastigheter erhållas.
För start och omkoppling mellan poltalen (varvtalen) används en polomkopplare.
Direktstart av
enhastighetsmotorer
Viktigt!
Tvåhastighetsmotorer kan normalt inte Y/D-startas.
Det enklaste sättet att starta en kortsluten elmotor är
genom direkt tillslag av nätspänningen till motorns
lindning. Startutrustningen behöver då endast bestå
av en direktstartomkopplare. Beroende på att startströmstyrkan blir så hög vid direktstart har denna
startmetod sina begränsningar. Elverken tillåter normalt inte direktstart av kortslutna motorer med märkeffekt överstigande 3 – 5 kW. Dispens kan ofta erhållas.
Om ström-tidkurvan för överlastskyddet (motorskyddet) visar att motorskyddet löser ut på grund av
för lång starttid kan antingen motorn bytas ut mot en
större eller startapparat med utrustning för tungstart
väljas.
Starta motorn på lågt eller högt varvtal.
Motorskydd (överlastskydd)
Motorskyddet är avsett att skydda motorn mot skadlig överström. Skyddet är inbyggt i startapparaten.
Vid för hög motorström värms en bimetall upp så
mycket att skyddet löser ut och strömmen till motorn
bryts.
Utrustning för tungstart
Y/D-start av
enhastighetsmotorer
Vid start av motorer med särskilt lång starttid kan
överlastskyddet (motorskyddet) lösas ut under startförloppet. För att förhindra detta kan skyddet kompletteras med utrustning för tungstart.
Y/D-start används endast då direktstart ej tillåts.
Motorn måste då vara lindad för nätspänningen vid
D-koppling, exempelvis 400 VD. Som startapparat
används en Y/D-kopplare som Y-kopplar motorns
lindningar under första delen av startförloppet. Vid
användning av Y/D-start måste man kontrollera att
motors momentkurva vid Y-koppling är högre än
fläktens momentkurva upp till 90 % av slutvarvtalet.
Detta villkor innebär oftast att det krävs en större
motor vid Y/D-start än vid direktstart.
Fasbrottsskydd
Eftersom en trefasmotor kan skadas om en fas faller
ur bör överlastskydd med fasbrottsskydd väljas.
Detta bygger på en differensfunktion i överströmsreläet som gör att utlösning erhålls vid skillnad i fasströmmar, dvs. då en fas faller ur.
98
EC-motorer
I diagrammet nedan visas en jämförelse av totalverningsgraden för en Kammarfläkt GPEB-031 med EC-motor och
induktionsmotor. Totalverkningsgraden är baserad på
tillförd effekt.
Verkningsgrad/tot = verkningsgrad/hjul x verknings
grad/motor x verkningsgrad/regler.
, totalverkningsgrad
Statorn
0.60
0.55
EC motor
0.50
Rotor
0.45
0.40
Induktansmotor
0.35
EC-motorer har blivit ett begrepp inom elmotorteknologin och kommer att få en betydande roll för fläktmotordrift.
EC-motorn är en elektroniskt kommuterad ”electronically commutated” likströmsmotor. Med kommutering i EC-motorn menas, att strömmens riktning i statorn i förhållande till rotorn, kontrolleras med Hallgivare. Likströmsmotorn benämns även som DC-motor
”direct current motor”.
I traditionella likströmsmotorer sker kommutering
mekaniskt med hjälp av kolborstar.
Mekanisk kommutering innebär kort livslängd och
dyrt underhåll.
Elektronisk kommutering innebär att motorns varvtal kan kontrolleras på ett mycket effektivt sätt.
Motorns varvtal styrs av hur snabbt magnetfälten i
motorn växlar. Rotorns permanentmagneter skapar
det magnetiska fältet i motorn.
0.30
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Fi, dimensionslöst flöde
Varvtalsreglering
Elektronisk kommutering gör att EC-motorns varvtal kan
kontrolleras på ett mycket effektivt sätt. Motorns varvtal
styrs av hur snabbt magnetfälten i motorn växlar.
Ingen hänsyn behöver tas till poltalsbundna varvtal som
är fallet vid induktionsmotorer.
EC-motorn har ett brett varvtalsområde med bibehållen
hög verkningsgrad och är därför lämplig för direktdrivna
fläktar. Kombinationen fläkt och motor kan optimeras i
dess bästa arbetsområde.
EC-motorn kräver alltid en reglerenhet. Denna kan vara
integrerad i motorn eller vara placerad som en separat
enhet. I Fläkt Woods EC-motorer är styrenheten integrerad i motorn.
Hög verkningsgrad
EC-motorns användaregenskaper
Vekningsgrad är ett mått på hur bra en motor förvandlar elektrisk energi till nyttigt arbete. Förluster av energi
i motorn avges som värme.
EC-motorn har lägre energiförluster än en induktionsmotor och därmed motsvarande lägre temperaturökning.
• Kort inbyggnadslängd.
• Mindre fysiska mått i alla riktningar jämfört med
induktionsmotorer.
• Låg ljudalstring.
• Låga vibrationer.
• 1-fasmatning vid låga effekter.
• 3-fasmatning.
Fläkt Woods
99
Högeffektiva elmotorer
Starttid - för motorer utan
frekvensomriktare
EU och den europeiska tillverkarorganisationen
CEMEP har tagit fram ett klassificerings- och märkningssystem för lågspända växelströmsmotorer efter
verkningsgradsklasser.
Klassificeringen gäller än så länge trefas asynkronmotorer, 2- och 4-poliga, 50 Hz, 400 V och med nominell effekt mellan 1 och 90 kW. För dessa motorer finns
det tre effektivitetsklasser, EFF1, EFF2 och EFF3. Klass
EFF1 omfattar de mest energieffektiva motorerna.
Energimyndigheten har en lista på vilka krav som
ställs på motorerna i de olika klasserna. Diagrammet
visar en generell översikt mellan klasserna.
Klass EFF1 motorer bör väljas om denna valmöjlighet
finns.
Starttiden används till att kontrollera två saker. Dels
att motorns tillåtna starttid inte överskrids, dels att
överlastskyddet inte löser ut under startförloppet.
För att beräkna starttiden:
a) Välj motor med märkuteffekt, P, baserad på
fläktens effektbehov, Pf, vid normal arbetspunkt,
(= öppna ledskenor/spjäll).
b) I formeln för beräkning av starttid sätts värdet på
Pf = fläktens effektbehov vid stängda
ledskenor/spjäll.
Motorverkningsgrad (%)
Använd följande formel:
100
t=
EFF1-motorer ovanför övre kurvan
95
J . nf2 . 10-3
M
M
46 ( P ( max + st) - Pf )
M
M
Den beräknade starttiden är den tid det tar att
accelerera fläkten från stillastående till fullt varvtal.
90
EFF2-motorer mellan kurvorna
EFF3-motorer under nedre kurvan
85
80
För att beräkna starttiden för Y/D-start använd
Gräns mellan EFF1 och EFF2
följande formel:
Gräns mellan EFF2 och EFF3
t=
75
0
Motorklasser
25
50
75
100
Effekt (kW)
J . nf2 . 10-3
1 x Mmax 1 x Mst
46 ( P (
+
) + Pf )
3 M
4 M
Den beräknade starttiden är den tid som Y/D-kopplaren skall ligga i Y-läge för att fläkten skall nå
ca 90 % av fullt varvtal. Därefter slås den över till
D-läge. Vid Y/D-start måste man också kontrollera
att motorns moment är högre än fläktens under
Y-fasen.
100
Forts. nästa sida
Kontroll av motorns
tillåtna starttid
Beteckningar
P = motorns märkuteffekt kW
Pf = fläktens effektbehov vid driftvarvtal kW (Inkl.ev.
Maximal tillåten starttid är beroende av startsätt samt
motorns storlek och poltal och kan variera mellan
olika motorfabrikat.
remväxelförluster vid remdrift)
PY/D = lägsta motoreffekt vid vilken Y/D-start är
möjlig kW
Mst/M = Kvoten av motorns startmoment och normalmoment
Kontroll av
överlastskyddets utlösningstid
Mmax/M = Kvoten av motorns max moment och normalmoment
ηf = motorns driftvarvtal rpm
Motorskyddets utlösningstid vid start redovisas med
hjälp av diagram med ström-tidkurvor. Utlösningstiden kan variera mellan olika typer och fabrikat av
överlastskydd.
J = systemets tröghetsmoment
hänfört till fläktaxeln kgm
2
Tröghetsmoment för fläkthjul anges i fläktdiagrammet
och rotorns tröghetsmoment kan i regel försummas.
Motorkopplingsschema
Tvåhastighetsmotor med en omkopplingsbar
lindning, så kallad Dahlanderkoppling
Enhastighetsmotor
Δkoppling
Höga
hastigheten
L1 L2 L3
W2 U2
V2
U1
W1
V1
L1 L2 L3
Ykoppling
L1 L2 L3
1U
1V
1W
2U
2V
2W
Konstant moment.
Koppling YY/Δ
1U
1V
1W
2U
2V
2W
Fallande moment.
Koppling YY/Y
Låga
hastigheten
L1 L2 L3
Tvåhastighetsmotor med skilda lindningar
Höga
hastigheten
L1 L2 L3
1U
1V
1W
2U
2V
2W
Låga
hastigheten
L1 L2 L3
Fläkt Woods
101
Observera att tvåhastighetsmotorer med en
omkopplingsbar lindning,
s k Dahlanderkoppling, har
högre uteffekt än motsvarande motorstorlek med
skilda lindningar.
SFP-värde och VAS-klasser
VAS-klass
För att få ett mått på hur eleffektivt ett luftbehandlingssystem är kan man beräkna aggregatets SFP
värde (Specific Fan Power).
Svenska Inneklimatinstitutet (SIKI) har givit ut
riktlinjer och anvisningar där olika VAS-klasser redovisas. I skriften klassindelade luftdistributionssystem,
R2, delas ventilationen in i olika VAS-klasser beroende
på en anläggnings SFP. VAS 1500 innebär en anläggning med ett SFP på högst 1,5 kW/m3/s.
I SIKI:s skrifter A2 och R2 definieras tre ”standardklasser”, VAS 1500, VAS 2500 och VAS 4000.
Med VAS-klass ”X” ges möjlighet att definiera krav
som ligger mellan de övriga klasserna. För att kunna
bestämma vilken VAS-klass anläggningen hamnar i
måste projektören räkna fram SFP-värdet som anges i
kW/(m3/s).
Den specifika fläkteleffekten, SFP, för en hel byggnad är lika med summan av tillförd eleffekt till byggnadens samtliga fläktar i kW dividerat med byggnadens största projekterade mätbara till- eller frånluftsflöde i m3/s. (Obs! Ej utelufts eller avluftsflöde.)
SFP
Ventilation Air conditioning System
Specific Fan Power
VAS 1300
= 1.3 kW/(m3/s)
VAS 1500
= 1.5 kW/(m3/s)
VAS 2500
= 2.5 kW/(m3/s)
VAS 4000
= 4.0 kW/(m3/s)
VAS x
= x/1000 kW/(m3/s)
SFPv-värde
Ovan har beskrivits hur en hel byggnads SFP-värde
beräknas. En byggnad består ju ofta av flera olika delar
som var och en betjänas av separata luftbehandlingsaggregat. För att vid projekteringsarbetet kunna se om
ett enskilt aggregat uppfyller önskade delkrav på energieffektivitet har föreningen V (Föreningen VentilationKlimat-Miljö) i V-skrift 1995:1 definierat ett kompletterande SFP-värde med index ”V”.
Specifik fläkteleffekt för värmeåtervinningsaggregat med till- och frånluftsfläktar
Specifik fläkteleffekt för en hel byggnad
SFPv =
ΣP
SFP = q nät
max
Pnät
+ Pnät
FF
qmax
TF
SFPv = värmeåtervinningsaggregatets specifika fläkt-
SFP = byggnadens specifika fläkteleffektbehov
eleffektbehov kW/(m3/s)
Pnät = summan av tillförd eleffekt till byggnadens
Pnät
samtliga fläktar kW
Pnät
qmax = byggnadens största projekterade mätbara till-
qmax = aggregatets största till- eller
TF
FF
eller flånluftsflöde m3/s
= tilluftsfläktens fläkteleffekt kW
= frånluftsfläktens fläkteleffekt kW
frånluftsflöde m3/s
För CAV-system gäller SFP-flödet vid 100 % av det
projekterade luftflödet medan det för VAV-system
gäller vid 65 % av detta luftflöde. I tryckfallet som
fläktarna skall övervinna inräknas tryckfall i luftdistributionssystem och övriga anordningar som luftbehandlingsapparater, filter och värmeåtervinningsanordningar. Även systemeffekter skall vara inräknade. För att anläggningen skall hamna i exempelvis
VAS-klass 1500 får det beräknade SFP-värdet uppgå
till högst 1,5 kW/(m3/s).
För att få ner energiförbrukningen är det inte bara
trycket i aggregatet som har inverkan utan även kanaltrycket. Som en enkel tumregel kan följande användas:
För att få ett SFPV=1,5 får kanaltrycket vara max 150Pa.
För att få ett SFPV=2,0 får kanaltrycket vara max 200Pa.
För att få ett SFPV=2,5 får kanaltrycket vara max 250Pa.
102
ηfläkt
Beräkning av fläkteleffekt, Pnät
qfläkt . Δpfläkt
Pnät = η
η
.
fläkt
transmission . ηmotor . ηregler . 1000
Pfläkt
ηtransm
ηmotor
qfläkt x Δpfläkt
η = verkningsgrader för fläkt, transmission, motor och reglerutrustning (se fig).
För aggregat med roterande värmeväxlare skall vid beräkning av
ηregl
näteffekten till frånluftsfläktens motor, läckage och renblåsningsflöde ingå. Även den eventuella strypning på frånluftssidan som
behövs för att uppnå rätt tryckbalans och läckageriktning i aggrePnät
gatet skall inräknas.
El-effektiva fläktar
För att uppnå låg VAS-klass dvs låg specifik fläkteleffekt SFP i en anläggning måste man i första hand
se till att tryckfallen i aggregat och distributionssystem hålls låga eftersom eleffektanvändningen är
direkt proportionell mot fläktens tryckökning. Det är
naturligtvis viktigt att fläktens, motorns, eventuella
transmissioners och regleranordningars verkningsgrader är så höga som möjligt eftersom eleffektanvändningen är omvänt proportionell mot dessa
verkningsgrader.
fläktvarvtalet efter behovet, med hjälp av en frekvensomriktare. Genom att styra varvtalet exakt efter behovet kan energibehovet minskas med 50% jämfört med
strypreglering. Figuren visar hur effektbehovet beror
på volymflödet vid olika reglermetoder.
Fläkteffekt (%)
100
90
80
70
Spjällreglering
60
Ledskenereglering
Regleranordningar
50
40
Det enklaste och billigaste sättet att reglera luftflödet
genom en fläkt är att ändra motståndet dvs strypa
luftflödet med ett spjäll. Metoden är dock energimässigt ogynnsam. En annan metod är att styra flödet
med ställbara ledskenor i fläktinloppet, vilket ger
minskat luftflöde med mindre förluster än med spjällreglering. Det mest energieffektiva sättet att styra en
fläktdrift är genom kontinuerlig anpassning av
Fläkt Woods
30
Varvtalsreglering
20
System
10
0
20
30
40
50
60
Effektbehov beroende av volymflöde
103
70
80
90
100
Sammanfattning
Radialfläkt med det bakåtböjda fläkthjulet
består av flera skovlar som utformar radiella
diffusorer. Statiskt tryck genereras då luften
strömmar genom fläkthjulet och fläktkåpan är
inte så viktig som vid den framåtböjda fläkten
men har ändå samma spridningsfunktion och
ger fläkten en hög effektivitet.
Ett bakåtböjt fläkthjul måste drivas omkring
två gånger varvtalet för ett framåtböjt fläkthjul
av samma diameter för att uppnå samma tryck
och flöde. Det bakåtböjda fläkthjulet ger hög
effektivitet och har en mer robust konstruktion
vilket tillåter högre maxvarvtal.
Fläktarna kan anses vara hjärtat i varje luftbehandlingssystem.
En fläkt består bla av fläkthjulet vilket i sin
tur består av ett antal skovlar som är fastsatta
vid ett nav. När fläkthjulet roterar arbetar
skovlarna med luften på så sätt att lufttrycket
ökas. Tryckdifferensen mellan fläkten och till
exempel rummet vid slutet av kanalen förorsakar luften att röra sig. Normalt drivs fläkthjulet
av en elektrisk motor.
Fläkten ökar totaltrycket, det statiska och det
dynamiska trycket, på luften som passerar
genom den.
Eftersom vi vill att luften rör sig ganska
sakta i kanalen för att minimera både tryckförlusterna och ljudet, är vi inte intresserade av
att generera ett högt dynamiskt tryck i fläkten.
Av denna orsak är fläktar konstruerade så att
allt dynamiskt tryck förvandlas till statiskt
tryck inom eller vid utloppet av fläkten.
Kammarfläkten har ett fläkthjul med bakåtböjda skovlar utan fläktkåpa. Dess prestanda liknar fläkten med bakåtböjda skovlar med spiralformad kåpa, men saknar fördel av den statiska tryckåtervinningen i fläktkåpan. Fördelen
med kammarfläktar är att de är direktdrivna
och har inte remdrift som kräver underhåll.
Axialfläktar producerar relativt stora luftflöden vid låga tryck. Ju större fläktdiameter och
rotationsvarvtal desto högre blir trycket.
Axialfläkten är mest lämpad för stora luftbehandlingsaggregat.
Fläktar för komfortventilation kan brett delas in i
två grupper: Radialfläktar och Axialfläktar.
I radialfläkten kommer luften in i fläkten i en
riktning parallell med fläkthjulets axel men
lämnar den i en riktning som är vinkelrät med
axeln. Kammarfläkten är en radialfläkt utan
spiralformad kåpa.
För en given hjuldiameter och varvtal genererar emellertid den framåtböjda fläkten det
högsta trycket och ger därför den mest kompakta konstruktionen för ett givet tryck. I förhållande till fläktens storlek erbjuder den även
ett avsevärt flöde. Den huvudsakliga nackdelen med den framåtböjda fläkten är dess relativt låga effektivitet och maximalt begränsade
toppvarvtal. Den framåtböjda fläkten används
vanligen i små luftbehandlingssystem.
Fläktens prestanda presenteras normalt i ett
fläktdiagram med luftflöde inritat på X-axeln
och trycket på Y-axeln.
Fläktkurvor har olika former beroende på typ
av fläkt. Fläktens systemkurva kan också variera. Normalt är det inget problem så länge som
det finns en enkel och tydlig skärningspunkt
mellan kurvorna. Fläkten kommer att arbeta
vid skärningspunkten.
104
När man väljer en motor måste belastningsvridmoment vara under minimum vridmoment för motorn.
Motorns verkningsgrad är ett mått på hur
bra en motor förvandlar elektrisk energi till
nyttigt arbete. En motor kan startas genom
direktstart eller Y/D-start. EC-motorn är en
elektroniskt kommuterad likstömsmotor.
Elektronisk kommutering innebär att motorns
varvtal kan kontrolleras på ett mycket effektivt
sätt.
För att få ett mått på hur eleffektivt ett luftbehandlingssystem är kan man beräkna aggregatets SFP värde (Specific Fan Power).
Fläktens verkningsgrad definieras som förhållandet mellan flödet multiplicerad med det totala trycket och axeleffekten på fläkthjulets axel.
Varje svängande föremål har en egenfrekvens.
Många av de allvarliga vibrationsproblemen
förorsakas av resonans. Fläkten i ett luftbehandlingsaggregat kan förorsaka resonans.
Vibrationsdämparna kan användas för att
effektivt förhindra obalanskrafterna från att
fortplantas till det bärande golvet.
Fläktar kan antingen vara direktdrivna, och är
då monterad på motoraxeln, eller så kan de
vara kopplade till motorn genom ett kraftöverföringssystem, remdrift.
Fläkt Woods
105
14
Luftvärmare och Luftkylare
Batterier används för att värma och kyla luft i ett luftbehandlingssystem. Eftersom varje produkt anpassas för
en speciell uppgift är det sällan två batterier ser likadana ut. Men den grundläggande principen är alltid
densamma. Batterierna byggs upp av ett stort antal
tunna plåtar, lameller, med hål för rör.
I lamellhålen monteras rör som mekaniskt expanderas
fast i lamellerna.
Denna konstruktion gör att vatten som strömmar
genom rören kan värma eller kyla luften som passerar
genom batteriet på ett mycket effektivt sätt.
Vanligen är lamellerna av aluminium och rören av
koppar, men flera andra material förekommer.
Batterier är huvudsakligen avsedda för värmning
eller kylning av luft och andra gaser.
Som värmemedium används bland annat varmeller hetvatten, kondenserande köldmedium, olja,
processvätska eller ånga. Som kylmedium används
kylvatten, förångande köldmedium, olja eller annan
vätska.
Kapitlet tar upp
• Luftvärmare och luftkylare – batterier
• Kylenhet
• Indirekt evaporativ kyla, Coolmaster®
• Elvärmare
Fläkt Woods
107
Hölje
Konstruktion
Tubpaket
Samlingsrör
med anslutningsnipplar
och anslutningsrör
Ett batteri är uppbyggt av ett antal zigzag-ställda rör i
en eller flera rader, i luftströmmens riktning.
Rören är sammankopplade till slingor med längder
avpassade för de olika batterityperna. Värme- eller
köldbäraren strömmar genom slingorna och luften
strömmar utvändigt.
För att få tillräckligt stor värme- eller kylarea och
därmed kompensera det lägre värmeövergångstalet på
luftsidan är rören försedda med profilerade lameller.
Lamellerna är fixerade på tuberna, genom expansion
av respektive tubrör. Detta gör att en mycket god
värmeöverföring till lamellerna erhålles. Koppartuben
skyddas helt av lamellen.
Rören är med hårdlödning anslutna till samlingsrör
som har anslutningar utförda med utvändig gänga.
Samlingsrören har nipplar med proppar för luftning
och dränering. Dräneringsnippeln kan förses med
givare till frysskyddstermostat.
Lamellpaket
Zigzag-ställda rör
Olika kopplingar
Rören/slingorna kan kopplas så, att värme- eller köldbäraren
strömmar på olika sätt i förhållande till luftströmmen, se fig. nedan.
KORSSTRÖMS-
MEDSTRÖMS-
MOTSTRÖMS-
KOPPLING
KOPPLING
KOPPLING
används för kon-
används ibland på vär-
är vanligast och används
denserande ånga
mebatterier där möjlig-
för kylbatterier, värme
och på värme-
heten att ha givare till
batterier och värme-
batterier med litet
frysskyddstermostat
återvinning med hög
effektuttag.
prioriteras. Vid felaktigt
effekt. Denna koppling
monterade värmeväxla-
ger största effekten.
re där detta kopplingssätt använts, kan effekt-
Vänsterutförande
reduktionen bli upp till 10%.
I de fall luftens eller värme-/köldbärarens strömriktning är avgörande för
batteriets funktion är riktningen markerad på batteriet.
108
Högerutförande
Motströmskopplade vattenbatterier
Med ökande antal rörrader, ökat djup, så höjs värmeväxlarens effekt. Nackdelen är då att tryckfallet på
luftsidan ökar, vilket gör att fläkten konsumerar mer
energi för att upprätthålla luftflödet.
Vid ett försök att öka värmeväxlarens effekt bör det
första som ändras vara att öka antal vattenvägar.
Bara om tryckfallet på vattensidan överstiger maximalt tillåtna eller om effekten inte räcker till ökas
antalet rörrader på värmeväxlaren.
Vattentryckfallet och vattentemperaturdifferensen ökar med antal vattenvägar.
Antal rörrader eller rördjup betecknar antal rör i luftriktningen och avgör lamellpaketets fysiska djup.
Batteri sett uppifrån, 4 vattenvägar, 1 krets.
Antal rörrader eller rördjup
3 4
1 2
Batteri sett uppifrån, 2 vattenvägar, 2 kretsar.
Fläkt Woods
109
Normala hastigheter för batterier
Förångarbatterier
Batterier för förångande köldmedium kan delas upp i
två eller flera effektsteg (beroende på batteriets höjdmått).
Två effektsteg är som standard kopplade så att varannan slinga hör till effektsteg 1 och varannan till
effektsteg 2 (interlace-koppling).
Kylbatteri, m/s
Lufthastighet
Vätskehastighet
)
1
2–3
2
3
0,2 ) – 2 )
Värmebatteri, m/s
2–5
2
3
0,2 ) – 1,5 )
1) För hastigheter över 3 m/s bör droppavskiljare
monteras.
2) Min. hastighet beroende på vätsketemperatur.
3) Max. hastighet för kopparrör beroende på erosionsrisk. För batterier med stålrör i slingorna bör
3 m/s ej överskridas.
Steguppdelning, märkning
Expansionsventil
Fastlödd kopparbricka
Luftriktning
Luftflöde
Air
flow
Fastlödd kopparbricka
Tre eller flera effektsteg är normalt uppdelade i höjdled
Expansionsventil
Fastlödd kopparbricka
Luftriktning
Fastlödd kopparbricka
110
Kylenhet
Expansionsventil
Kylenheten är ett färdigt kylaggregat, komplett med
alla komponenter inklusive styr och regler.
Fläkt Woods kylenhet har produktnamnet Cooler.
Kylprincipen är direkt expansion med kapacitetsreglering i tre steg.
Kondensorn är placerad i frånluften och förångaren i
tilluften.
Expansionsventilen fungerar som en strypventil som
reglerar mängden köldmedium som cirkulerar i köldmediekretsen. Detta gör den genom att optimera temperaturen efter förångaren. Därigenom så undviks
också att någon vätska kommer in i kompressorn.
Kompressorn är en gaspump som havererar då den
försöker komprimera vätska.
Det är viktigt för expansionsventilens funktion att
köldmediet är ren vätska utan gasinblanding innan
strypningen.
Förångaren
I förångaren kokar köldmediet och övergår från vätska
till gas. För att detta ska kunna ske upptas värme från
tilluften som därmed kyls. Förångaren är ett batteri
som är uppbyggt av kopparrör och aluminiumlameller.
Förångaren är utrustad med ett dräneringstråg tillverkat i rostfri plåt.
Kompressorn
Gasen kommer in i kompressorn och komprimeras till
ett högre tryck. Detta medför också att temperaturen
höjs.
Förångare
Kondensorn
I kondensorn kondenserar köldmediet och övergår
från gas till vätska. För att detta ska kunna ske måste
värme avges till frånluften. Kondensorn är ett batteri
som är uppbyggt av kopparrör och aluminiumlameller.
Fläkt Woods
Kondensor
Kompressor
111
Högtryckspressostat
Synglas
På kompressorernas utloppssida finns pressostater
monterade som stoppar kompressorn då trycket blir
för högt.
Dessa finns för att säkra systemet och förhindra kompressorerna från att höja trycket för mycket. Under
normal gång ska de inte lösa ut.
Högtryckspressostaterna är utrustade med manuella
återställningsknappar.
Efter filtren finns ett synglas monterat med integrerad
fuktighetsindikator. Den fuktighetskänsliga känselkroppen ändrar färg med fuktighetsinnehållet.
Synglaset kan också indikera om något köldmedieläckage har inträffat.
Passiv köldmediesamlingsbehållare
Högtryckspressostat (drift)
På vissa kylare är en vätskemottagare monterad.
Detta är en köldmediebehållare som kan användas till
att förvara köldmediet i om komponenterna i köldmediekretsen behöver bytas ut. Eftersom mottagaren
inte har någon roll att spela i maskinens normala drift,
isoleras den av avstängningsventiler från resten av
systemet.
Den första kompressorn i systemet är också utrustad
med en andra högtryckspressostat som har en automatisk återställning och som är inställd att lösa ut vid
ett lägre tryck än högtryckspressostaterna ovan.
Denna pressostat löser ut när båda kompressorerna
går och belastningen på kondensorn blir för hög.
Pressostaten stänger då av den första kompressorn
vilket gör att kylmaskinen går från det tredje kylsteget till det andra. Detta reducerar belastningen på
kondensorn och tillåter maskinen att fortsätta gå, fast
då med en lägre kyleffekt. Detta händer då konstruktionsvillkoren har blivit överskridna. Eftersom pressostaten har automatisk återställning kommer det tredje
steget att återstarta då trycket är lågt nog.
Vattenkyld kondensor
Den vattenkylda kondensorn fungerar som ett komplement till den luftkylda kondensorn. Den kan väljas som
tillval om den luftkylda kondensorn inte kan föra bort
tillräckligt med värme. Detta kan bero på att frånluftstemperaturen är lite för hög eller för att flödeshastigheten är lägre än hastigheten på tilluftsidan.
Den vattenkylda kondensorn kan också användas
till att återvinna värme till det varma vattenledningssystemet i byggnaden
Lågtryckspressostat
På kompressorernas sugsida finns lågtryckspressostater monterade. Dessa stoppar kompressorerna då
trycket är för lågt, vilket kan inträffa när lufttemperaturerna är låga. Lågtryckspressostaterna löser även ut
om det skulle uppstå ett köldmedieläckage.
Val av kylenhet
Valet av kylenhet beror först och främst på aggregatstorleken. Därefter väljs den effektvariant som motsvarar kylbehovet.
Vätskefilter
Precis innan expansionsventilen sitter ett vätskefilter
monterat. Dess funktion är att ta bort partiklar samt
att rensa kretsen från vattenånga.
112
Indirekt Evaporativ Kyla
Ytterliggare ett sätt att kyla är genom att använda
indirekt evaporativ kyla. Fläkt Woods produkt för
®
indirekt evaporativ kyla heter COOLMASTER . Indirekt Evaporativ Kyla (IEK) innebär en kylning av
frånluft eller uteluft med en evaporativ fuktare (läs
mer om detta i kapitlet om fuktare) och överföring av
kyl-effekten till tilluften via en effektiv icke fuktöverförande värmeväxlare.
Med IEK går det i många fall att skapa en bra inomhustemperatur sommartid. Det är möjligt att få en
kyleffekt på 7–8 °C vilket har stor betydelse för trivsel
och prestationsförmåga.
luften sedan uteluften innan den förs in i lokalen.
För att systemet skall få maximal effekt är det
viktigt att såväl luftfuktare som värmeväxlare har
högsta möjliga verkningsgrad. Det är också önskvärt
att systemet (speciellt på tilluftssidan) har låga tryckfall samt att effektivast möjliga fläkt och motor
används för att ge låg temperaturhöjning över fläkt
och kanaler på tilluftssidan.
®
COOLMASTER kan kompletteras med en fuktare på
tilluftssidan för att skapa ytterligare kyla. I många fall
är uteluften så torr att en viss uppfuktning kan tolereras utan att luftfuktigheten i rummet blir för hög.
Den roterande värmeväxlaren kan ersättas av en
plattvärmeväxlare eller ett batteriåtervinningssystem.
Den maximala kylförmågan kommer då reduceras
med ca 15-20%.
®
®
COOLMASTER med ECONET kan ge samma
effekt som med roterande värmeväxlare.
®
Bästa förutsättningar har COOLMASTER :
– vid små internlaster (temperatur och fukt)
– med deplacerande luftföring (lågimpulsdon)
– på orter med relativt torrt klimat.
När vatten avdunstar, upptar det värme ur sin omgivning. Fuktaren kyler alltså luften när den tillför fukt.
®
Huvuddelarna i en COOLMASTER luftbehandlingsenhet är evaporativfuktaren som kyler frånluften och en
effektiv värmeväxlare som överför kyleffekten till tilluften.
Vid hög utomhustemperatur kyler luftfuktaren
frånluften från lokalen. Via värmeväxlaren kyler från-
COOLMASTER
Fläkt Woods
®
113
Beräkning av kyleffekt
Frånluftsfuktning
eller uteluftsfuktning
®
COOLMASTER -systemets kyleffekt beror på uteluftens absoluta fuktighet. Ju torrare luft, desto lättare att
kyla den och desto mer kyla kan systemet ge. Om
frånluft används beror kyleffekten också på internlasten (temperatur och fukt).
Lägst installationskostnad får man genom att utnyttja
frånluften för evaporativ kylning.
– Installationsexempel visas i figuren nedan.
Frånluft
Nattkyla
®
Uteluft
För att ge en maximal kyleffekt kan COOLMASTER
köras även nattetid. Man utnyttjar då byggnadens
värmelagrande förmåga genom att byggnadsstomme
m m kyls ned. Detta hjälper sedan till att hålla nere
temperaturen under dagen. Komforten kan på så sätt
bli mycket god även under en långvarig värmebölja.
Tilluft
Frånluftsfuktning
Vid stora internlaster blir frånluften varmare än uteluften. Effekten blir då större genom att kyla uteluft
istället för frånluft. Installationskostnaden blir större
än vid frånluftskylning då fläkt och spjäll m m tillkommer. Installationsexempel visas i figuren nedan.
Totalenergi
Driftkostnaden beror på klimatet på platsen och på
hur systemet används, samt naturligtvis på el- och
vattenkostnaderna på platsen.
Tryckfallet över fuktaren innebär en högre energikostnad för att driva frånluftsfläkten. Ökningen kan
dock halveras om fuktarkassetten tas ut under vinterhalvåret.
Uteluft
Avluft
Frånluft
Tilluft
Uteluft
Tilluft
Uteluftsfuktning
Säker
Frånluftsfuktning är att föredra om internlasten
Δtintern är 6°C eller lägre. (Δtintern = tfrån – ttill).
Överallt där det finns fukt, finns risk för bakterietillväxt. Denna risk finns för såväl kylslingor som luftfuktare.
För att undvika förorening av tilluften är det viktigt
att undvika bildandet av aerosoler, som kan sprida
bakterier, samt att underhållet sköts korrekt. Bra filter
i såväl från- som tilluftskanalerna är en annan viktig
del av god ventilationshygien.
Avdunstningen i evaporatorn skapar inga aerosoler
®
och luftfuktaren i COOLMASTER sitter dessutom i
frånluftströmmen. Detta innebär ett minimum av fukt
i luftbehandlarens tilluftsdel.
Internlast, tfrån – ttill °C
2
4
Frånluftsfuktning
6
8
10
Uteluftsfuktning
Detta är fallet i de flesta kontors- och industrilokaler.
Är internlasterna 6 °C eller högre är uteluftsfuktning
att föredra.
114
Elvärmare
Lufthastigheten över värmarens fronthastighet får inte
vara lägre än 1,5 m/s. Max lufttemperatur efter värmaren får ej överstiga 40 °C.
En elvärmare består av ett antal värmeelement som är
placerade i luftströmmen i luftbehandlingsaggregatet.
Då ström passerar genom elementen blir de heta
och värmen överflyttas till luften. Varje individuellt
element ger en konstant värmeeffekt.
Genom att sätta på ett lämpligt antal element regleras lufttemperaturen. En stegkopplarenhet kopplad
till reläer ger denna funktion.
Naturligtvis betyder detta att lufttemperaturen tenderar att förändras i steg, vilket kan vara oönskat.
För att ge en variabel uteffekt kan en tyristorregulator användas.
Luftbehandlingsaggregat med elektrisk luftvärmare
får uppsättas i torra icke brand- eller explosionsfarliga rum och i sådana garage där tappning av
bensin normalt ej förekommer.
Sammanfattning
En Kylenhet består av förångare, kompressor,
kondensor, expansionsventil, högtryckspressostat, högtryckspressostat (drift), lågtryckspressostat, vätskefilter, synglas, passiv köldmediesamlingsbehållare och vattenkyld kondensor.
Batteriluftvärmare och luftkylare
Batterier används för att värma och kyla luft i t
ex luftbehandlingssystem.
Batterierna byggs upp av ett stort antal tunna
plåtar, lameller, med hål för rör. I lamellerna
monteras rör som expanderas fast mekaniskt.
Denna konstruktion gör, att vatten som
strömmar genom rören kan värma eller kyla
luften som passerar genom batteriet, på ett
mycket effektivt sätt.
Rören/slingorna kan kopplas så, att värmeeller köldbäraren strömmar på olika sätt i förhållande till luftströmmen; korsströmskoppling,
motströmskoppling och medströmskoppling.
Motströmskoppling är vanligast och
används för kylbatterier, värmebatterier och
värmeåtervinning med hög effekt.
Indirekt Evaporativ Kyla (IEK)
Ytterliggare ett sätt att kyla är genom att använda Indirekt Evaporativ Kyla (IEK). Vilket
innebär en kylning av frånluft eller uteluft
med en evaporativ fuktare och överföring av
kyleffekten till tilluften via en effektiv icke fuktöverförande värmeväxlare.
Elvärmare
En elvärmare består av ett antal värmeelement
som är placerade i luftströmmen i luftbehandlingsaggregatet. Då ström passerar genom elementen blir de heta och värmen överflyttas till
luften.
Kylenheten
Kylenheten är ett färdigt kylaggregat, komplett
med alla komponenter inklusive styr och
regler. Kylprincipen är direkt expansion
med kapacitetsreglering i tre steg.
Fläkt Woods
115
15
Värmeväxlare
Kapitlet tar upp
• Roterande värmeväxlare
– Renblåsningssektor
– På- och avfrostning
– Korrosionsskydd
– Icke-hygroskopiska rotorer
– Hygroskopiska rotorer
• Plattvärmeväxlare
– Avfrostning
– Läckage
• Vätskekopplade system
– Verkningsgrad
– Reglering och frostskydd
– ECONET®-systemet
Roterande värmeväxlare
Det finns ett flertal system för återvinning av värme
och kyla inom komfortventilation. De helt dominerande systemen är:
• Roterande värmeväxlare
• Plattvärmeväxlare
• Vätskekopplade system
Vid val av system så finns det ett antal faktorer som
måste beaktas. Några av de viktigaste är:
• Verkningsgrad och tryckfall (energi)
• Utrymme
• Möjlighet till kanalanslutning
• Läckage, luktöverföring
• Verksamhet i byggnaden
• Typ av energikällor
Plattvärmeväxlare
Det är viktigt att man väljer system utifrån de förutsättningar som råder i det enskilda fallet.
Vätskekopplad värmeväxlare
Fläkt Woods
117
Roterande värmeväxlare
Den roterande värmeväxlaren består av rotor, hölje
och drivanordning. Rotorn utgörs av en matris av
tunn aluminiumplåt eller mikroglas formad till triangulära kanaler. Ytan kan vara hygroskopisk och därför även överföra fukt. Kanalerna är så små att strömningen är laminär eller semiturbulent. Fläkt Woods
produktnamn för roterande värmeväxlare är Regoterm®
och Turboterm®.
Rotorn arbetar i ren motström och utan ett mellanliggande medium och har därför en mycket hög verkningsgrad (för ett givet tryckfall) jämfört med övriga
återvinningssytem.
Temperaturverkningsgraden regleras med rotorvarvtalet, eller via by-pass spjäll.
Drivanordningen har motor för reglerbart eller konstant varvtal, växel och drivrem. Styrutrustningen
reglerar rotor varvtalet från maximalt cirka 20 varv
per minut ned till cirka 0,5 varv per minut.
Vid en hygroskopisk rotor sker nedregleringen
snabbare för fukt än för temperatur då varvtalet
minskar.
Om man behöver avfrosta rotorn görs detta enklast
genom nedreglering av rotorvarvtalet via en drivutrustning med variabelt varvtal. Vid kraftig påfrostning kan dräneringstråg erfordras vid avfrostning.
Frånluften ska placeras nederst i luftbehandlingsaggregatet för att vattnet vid avfrostningen inte ska
kunna frysa till is. Konstant varvtal kan med fördel
användas i tropikerna vid kylåtervinning.
Hölje
Uteluft
Tilluft
Avluft
Renblåsningssektor
Frånluft
Rotor
Drivanordning
Roterande värmeväxlare principskiss
118
Renblåsningssektor
er frånluft till tilluft och det blir risk för luktöverföring.
Är sektorn för stor får man ett visst läckage av ren luft till
frånluftsidan. Även om renblåsningssektorn är väl tilltagen kan starkt luktande gaser och partiklar i frånluften
(t ex cigarettrök och matos) överföras till tilluften genom
adsorbtion på rotorns ytor.
Konstruktionen med rotor ger upphov till läckageflöden q21, medrotationsflöde qm, by-passflöden qby-pass
och eventuellt även renblåsningsflöde qrenblåsning.
Läckageflödet minimeras och ges rätt riktning genom
en bra tryckbalans runt rotorn. Detta kan erhållas med
rätt fläktplacering, och effektiva tätningar. Eventuellt
krävs det ett trimspjäll i frånluftskanalen.
För att hindra frånluft att medrotera till tilluftssidan
används en renblåsningsssektor. I sektorn finns en
direkt förbindelse mellan ren luft och frånluft/avluft.
Om den rena luften har ett högre tryck än frånluften
kommer en kanal vid sin passage genom sektorn att
tömmas på frånluft. Frånluften trycks ut av den rena
uteluften. Nedan visar ett exempel på hur en sektor
fungerar.
Renblåsningsflödet är vid korrekta tryckförhållanden
försumbart litet. Är sektorn för liten för att klara renblåsning vid aktuellt varvtal och tryckdifferens, p21-p11, läck-
p22 > p11
Avluft
Frånluft, q11
p12
Frånluft
qm
q21
p11
qrenblåsning
Uteluft, q21
Tilluft
Uteluft
p22
p21
qby-pass
Läckageflöden och överföring
Exempel på hur en sektor fungerar
Fläkt Woods
119
Lr
Påfrostning
Avfrostning
Vid låga utetemperaturer kommer kondens att utfällas på frånluftsidan som sedan normalt förångas på
tilluftsidan. Vid hög fukthalt i frånluften och mycket
låg utetemperatur blir kondensationen större än
förångningen och man får överskottsvatten i rotorn.
Om medeltemperaturen under varvet är lägre än 0 °C
kommer vattnet att frysa till frost och man måste ha
ett system för avfrostning.
Vid normal komfortventilation utan luftbefuktning
klarar sig en hygroskopisk rotor ned till cirka –25 °C
utan överskottsvatten och avfrostning. En kontroll
kan göras med hjälp av Mollierdiagrammet. Om den
räta linjen mellan frånlufts- och utetillstånd ej skär
mättnadslinjen uppstår inget överskottsvatten. En
ickehygroskopisk rotor klarar ned till cirka –15 °C.
Avfrostning kan ske genom att varvtalet regleras ned
till cirka 0,5 varv/minut. Den startas med pressostat
vid ett värde som ligger cirka 50 Pa högre än tryckfallet
efter avfrostningen som i sin tur ligger cirka 30 % högre
än normaltryckfallet på grund av vattnet i rotorn.
Alternativt kan avfrostningen styras med tidur som
aktiveras under –15 °C och ger avfrostning 2 - 3 gånger per dygn. Ett påfrostningsförlopp kan ta många
timmar. Avfrostning kan ske på 15 - 20 minuter.
Under den tiden är temperaturverkningsgraden låg
(20 - 30%) och man bör tillföra värme i värmebatteriet.
Ett alternativ till att avfrosta är att förvärma uteluften till en temperatur där påfrostning ej sker. Med en
hygroskopisk rotor kan man använda Mollier
diagrammet för att avgöra gränstemperaturen.
Korrosionsskydd
Användning
I vissa miljöer kan rotorn behöva korrosionsskydd.
Rotorn förses då med kantförstärkning.
I starkt korrosiva miljöer kan epoxibelagd aluminium
användas.
På grund av sin höga verkningsgrad är den roterande
återvinnaren förstavalet då man:
• Har tillräckligt ren frånluft
• Har till- och frånluftskanaler sammandragna
• Har nytta av fuktåtervinning
• Kan tolerera en viss återföring av gaser och
partiklar ur frånluften
120
Hygroskopisk och ickehygroskopisk rotor
Hygroskopisk
De hygroskopiska rotorer som är uppbyggda av aluminiumplåt har genomgått en behandling som gjort ytan hygroskopisk d v s ytan har en stor förmåga att ta upp och
avge vattenmolekyler. Det finns också rotormaterial av
mikroglas som har gjorts hygroskopisk genom olika typer
av beläggningar. Då en rotorkanal befinner sig på den sida
som har högst ångtryck för vattenånga kommer vattenmolekyler att adsorberas på ytan för att sedan kunna
avges till luften på den torrare sidan. Man får en fuktöverföring och överföring av latent värme som är analog
med värmeöverföringen av sensibel värme.
En hygroskopisk rotor klarar frostproblemet bättre än en
ickehygroskopisk rotor.
Vid normal komfortventilation kan rotorn fungera ned till
en utetemperatur på ca – 25 °C utan påfrostningsproblem.
Har frånluften genom uppfuktning av lokalerna en relativ
fuktighet av 50 % är gränstemperaturen däremot ungefär
– 8 °C.
Påfrostning vid komfortventilation är en process över ett
antal timmar och om anläggningen t ex bara utnyttjas
under dagtid så kan den avfrostas under icke drifttid.
Genom att den hygroskopiska rotorn är fuktöverförande
bidrar den till ett bättre inomhusklimat under vintern då
annars inomhusluften tenderar att bli för torr. Sommartid
då utomhusluften är varm och fuktig torkar rotorn luften
och ger ett torrare och svalare inomhusklimat.
I varma klimat ger den hygroskopiska rotorn en mycket
stor besparing av kylenergi.
Roterande återvinnare kan indelas i två huvudgrupper:
Ickehygroskopiska och hygroskopiska.
Om vi bortser från den fuktöverföring som under vissa
temperaturvillkor kan ske så överför den ickehygroskopiska rotorn endast sensibelt värme. Den hygroskopiska rotorn däremot överför under alla omständigheter
både sensibelt och latent värme.
Medan en ickehygroskopisk rotors verkningsgrad i allt
väsentligt bestäms av den värmeöverförande ytans storlek och varvtalet så är det mera komplicerat med den
hygroskopiska rotorn. Där kommer det hygroskopiska
ytskiktets egenskaper in som en viktig parameter.
Det finns hygroskopiska rotorer med helt olika prestanda
i detta avseende.
Icke-hygroskopiska
De ickehygroskopiska rotorerna är uppbyggda av tunn
obehandlad aluminiumplåt i vissa fall epoxibelagd för att
ge ett korrosionsskydd. Dessa rotorer överför endast sensibel värme utom i de fall då kondensutfällning bidrar till
en viss fuktöverföring.
Då uteluften är tillräckligt kall och frånluften är varm och
fuktig kommer luftfuktigheten att kondensera på frånluftsidan och förångas på tilluftsidan och på det sättet ge
en viss fuktöverföring.
Är uteluften mycket kall kommer frost att bildas i rotorn
som måste avlägsnas genom avfrostning. Om frost bildas, och hur snabbt det sker beror i huvudsak på uteluftens temperatur och frånluftens fuktinnehåll.
Vid komfortventilation utan fukttillförsel till lokalerna
klarar rotorn ned till ca -15 °C utan frostproblem.
Ickehygroskopiska rotorer används i huvudsak för värmeåtervinning under vintertid. Kylåtervinningen under
sommaren blir mycket begränsad eftersom rotorn bara
överför sensibel värme.
Fläkt Woods
121
Exemplet visar en jämförelse av fuktöverföring i vinterfallet för en icke-hygroskopisk rotor (vänster) och hygroskopisk rotor (höger). Utifrån detta kan vi se att fukthalten är högre i den hygroskopiska rotorn.
x
0,015
0,010
0,005
0,000
t
kg
kg
x
h
kJ
kg; °C
35
35
0,
20
0,
30
30
0,
30
30
40
40
0,
0,
50
25
0
15
14
12
g
8
r
te
om
rm
r
ete
0
-2
-10
-1
-15
5
1,0 kPa
0,5
-25
0
1,5
°
°
-20
Icke-hygroskopisk rotor
± 0°
-5°
-1
1,0 kPa
2,0
=
tv
-1
-15
°
5°
ete
gd
om
ela
rm
isb
t te
0
-5
1,5
°
2,5
vå
0
r
ete
1
-10
0,5
-25
°
10
=
om
rm
-5
-15
5
-20
k
al/
kc
15
h
r
te
ete
gd
om
ela
rm
isb
t te
vå
0
-10
10
g
/k
9
25
20
15
=
0
-1
± 0°
-5°
-1
1
2,0
=
°
15
3
2
4
2,5
5°
tv
-2
10
-5
-1
1
4
°
5
°
10
0
-15
11
kJ
35
30
g
8
k
al/
kc
20
5
0
2
h
-10
7
6
5
15
1
13
45
40
10
g
/k
9
25
7
3
4
5
-5
50
14
2
10
5
0
55
15
12
15
4
10
0
0,9
0
1,0
ϕ=
6
5
0
0,8
16
0,7
60
16
60
20
11
kJ
35
30
10
70
60
3
13
45
40
2
50
ϕ
0
0,9
,00
=1
55
0
0,8
65
0
0,7
0,
65
0,
3
0,
70
60
20
50
25
0,
15
kg
kg
0,
20
h
kJ
kg; °C
0,015
0,010
0,005
0,000
t
0
Hygroskopisk rotor
Exemplet visar en jämförelse av fuktöverföring i sommarfallet för en icke-hygroskopisk rotor (vänster) och hygroskopisk rotor (höger). Här ser vi att den hygroskopiska rotorn överför mer energi (linje 3-4) än den icke-hygroskopiska rotorn. Det beror på att den även överför latent energi.
x
0,015
0,010
0,005
0,000
t
kg
kg
x
h
kJ
kg; °C
35
35
0,
20
0,
20
h
kJ
kg; °C
3
30
40
0
2
4
0,
4
16
60
15
14
12
10
g
kc
8
kg
al/
r
te
om
rm
0
5°
ete
d
om
lag
rm
e
isb
t te
vå
2,0
r
ete
± 0°
-10
tv
-1
1,5
0
-2
-15
1,0 kPa
-10
5
0,5
-25
0
Icke-hygroskopisk rotor
± 0°
1,5
°
°
-15
-1
-20
=
-5°
-1
°
°
11
9
15
-25
=
°
10
-5
r
ete
-15
5
0
om
rm
-1
-20
=
r
te
ete
d
om
lag
-5
-10
h
e
isb
rm
t te
0
-2
-15
1
2,0
-5°
0
2
5
5°
°
15
3
2,5
-5
tv
-1
-1
/k
kJ
35
25
20
°
10
vå
=
-10
13
45
40
kg
8
30
al/
kc
15
h
0
10
0
2
1
50
14
g
9
25
20
5
4
°
15
3
5
-5
7
6
5
5
0
55
15
10
/k
kJ
35
10
7
4
10
0
0,9
0
1,0
15
6
5
0
0,8
11
40
30
10
0
0,7
ϕ=
12
45
15
20
60
0,
13
50
ϕ
0
0,9
,00
=1
1
16
60
20
55
0
0,8
65
65
0
0,7
0,
70
60
0,
2
50
25
70
1
0,
4
50
0,
3
0,
30
0,
30
30
25
0,015
0,010
0,005
0,000
t
1,0 kPa
0,5
0
Hygroskopisk rotor
122
2,5
kg
kg
System med dubbla rotorer
Efter att uteluften passerat den hygroskopiska rotorn,
går den vidare genom kylbatteriet, där temperaturen
sänks ytterligare och fukt kondenseras till önskad
nivå. Den nu avfuktade och kylda luften fortsätter
sedan genom den sensibla rotorn, där den högre temperaturen i frånluften värmer luften till önskad temperatur, för att sedan slussas in som tilluft till byggnaden. Slutresultatet blir en anpassad temperatur med
kontrollerad fuktighet. Detta gör att systemet är speciellt lämpat för kylbafflar där så låg fuktighet som
möjligt i tilluften önskas.
I växlingen mellan temperatur i den sensibla rotorn,
sänks alltså temperaturen i frånluften, vilket medför
att kylåtervinningen den hygroskopiska rotorn förbättras.
I och med att tilluftstemperaturen sänks innan den
når kylbatteriet minskar även effektbehovet på kylbatteriet. Upp till halva kyleffekten kan avlägsnas,
samtidigt som behovet av värmebatteri i de flesta fall
försvinner.
Ett system med dubbla rotorer är uppbyggt av en hygroskopisk rotor, ett kylbatteri och en sensibel rotor.
Fläkt Woods system för detta kallas Twin Wheel.
Systemet används för kyla och torka luften.
Detta är viktigt i vissa aplikationer såsom kylbaffelsystem där låg fukthalt är önskvärt för att undvika
kondens. I traditionella aggregat åstadkoms detta ofta
genom att först kyla luften i ett kylbatteri, detta för att
kondensera ut oönskat fuktinnehåll, för att sedan passera genom ett värmebatteri, där temperaturen höjs
till önskad nivå. Nackdelen med det är att driftkostnaderna för värme- och kylbatteriet är höga.
När det finns kylbehov och uteluften är varmare än
frånluften, arbetar den hygroskopiska rotorn med att
sänka temperaturen på den inkommande uteluften
och samtidigt överföra viss del fukt från uteluft till
avluft, om även den absoluta fuktigheten i uteluften
är större än i frånluften.
Frånluft
Avluft
Sensibel
Rotor
Hygroskopisk
Rotor
Uteluft
Fläkt Woods
Kylbatteri
123
Tilluft
Plattvärmeväxlare
På- och avfrostning
Vid utetemperatur under cirka –7 °C kan kondensatet
frysa till is. För att förhindra igensättning finns flera
metoder:
• Sektionsvis, kontinuerlig avfrostning under en viss
utetemperatur
• By-pass av uteluft så att avluftstemperaturen alltid
är över noll och ingen is kan bildas.
• Avstängning av tilluftsfläkten tills isen smält.
Frånluft
Uteluft
Tilluft
Avluft
Sektionsvis avfrostning (sektionsavfrostning) är en effektiv metod. Växlarens tilluftsida delas upp i 2 till 4 sektioner. Dessa stängs sedan för kall uteluft i sekvens och den
varma frånluften smälter den is som finns i sektionens
frånluft.
Under sektionsavfrostning sjunker tilluftsflödet marginellt. Verkningsgraden sjunker också beroende på hur
många sektioner man har. Vid fyra sektioner sjunker
verkningsgraden med cirka 10 % på grund av att flödesbalansen på den aktiva delen ändras. Vid två sektioner sker en reduktion med 50 %.
En annan metod är att förhindra påfrostning genom
att använda ett by-pass spjäll. Spjället styrs modulerande så att avluftstemperaturen vid kalla hörnet aldrig
understiger till exempel 2 °C. Med denna metod begränsas verkningsgraden vid låga utetemperaturer och
lika massflöden på till- och frånluftssida till 20 - 25 %.
Konstruktion
Plattvärmeväxlare består av ett antal kvadratiska,
parallella plattor. Mellan plattorna går varm och kall
luft i varannan kanal och värmen överförs genom
plattorna. Fläkt Woods produktnamn för plattvärmeväxlare är RECUTERM®.
Plattorna är tunna och gjorda av ett värmeledande
material för att värmegenomgångstalet skall bli stort.
För att möjliggöra luftanslutningar måste växlaren
byggas i korsström. Detta gör att temperaturverkningsgraden blir betydligt lägre än för den roterande växlaren. Det innebär också att hörnet mellan uteluftsida
och avluftsida blir ett så kallat “kallt hörn” med låg
tilluftstemperatur.
Vid kall uteluft kommer frånluften att avkylas under
sin daggpunkt och man får en kondensutfällning. Man
måste därför ha ett tråg under frånluftsdelen med ett
avlopp. På grund av risk för vattenmedryckning bör
man vid lufthastigheter över ca 3 m/s ha droppfångare
på avluftsidan. Vid hög luftfuktighet kan det behövas
ett tråg även på tilluftsidan.
För att kunna reglera tilluftstemperaturen och förhindra påfrostning byggs ofta växlaren med en bypass av uteluft. Plattavståndet i värmeväxlarna anpassas till storleken så att stora värmeväxlare har större
avstånd mellan plattorna än mindre. Detta gör att
lämpligt tryckfall alltid kan erhållas.
Läckage
Plattvärmeväxlare kan byggas mycket täta, med läckage mindre än 0,5 % vid tryckdifferens på 400 Pa.
Tillser man sedan att trycket är högre på tilluften än
frånluften så får man ingen överföring av gaser eller
partiklar från frånluft till tilluft.
Korrosionsskydd
I starkt korrosiva miljöer där korrosionsskydd av
plattvärmeväxlaren behövs används expoxibelagd
aluminiumplåt.
124
Vätskekopplat system
• På grund av sin flexibilitet är systemet användbart
i anläggningar där tillufts- och frånluftskanaler ej
kan sammanföras.
• Systemet är relativt enkelt att installera i befintliga
anläggningar.
Frånluft
Avluft
Verkningsgrad
Temperaturverkningsgraden beror i huvudsak av
antalet rörrader i värmeväxlarna. Vid en lufthastighet
av 3 m/s genom värmeväxlaren är verkningsgraden
ca 50 % vid 6 rörrader och 55 % vid 8 rörrader.
Med 10 rörrader kan man nå 60 % men tryckfallet blir
då relativt stort.
Tilluft
Uteluft
Konstruktion
Reglering och frostkontroll
Ett vätskekopplat system består av värmeväxlare i tilloch frånluft. Fläkt Woods vätskekopplade system har
produktnamn ECOTERM® och ECONET®. Som värmebärare används vatten med tillsats av frostskyddsmedel
som pumpas runt och överför värme från det varma batteriet till det kalla. Värmeväxlaren på varma sidan skall
normalt vara utrustad med rostfritt tråg som tar hand om
kondensvattnet och vid behov även av droppfångare.
Värmeväxlarna är uppbyggda av kopparrör med profilerade aluminium- eller kopparlameller. Lamelldelningen
är normalt 2 mm. Vattenkretsen har pump och regulator
med 2- eller 3-vägsventil (ECOTERM®) eller frekvensstyrd pump (ECONET®) för effektreglering och
frostkontroll.
Vätskekopplade återvinnare finns från små upp till
mycket stora luftflöden. För varje storlek finns oftast flera
effektvarianter, d v s olika antal rörrader. Luftvärmeväxlare skall kopplas så att man får en motströmskoppling.
By-pass
Denna reglering innebär att värmebäraren kan gå i bypass förbi tillluftsvärmeväxlare. Genom styrning av bypassflödet kan man reglera ned återvinningen. Man kan
också tillse att temperaturen efter tillluftsvärmeväxlare
aldrig blir så låg att påfrostning kan ske. Denna reglerprincip kan användas för system med flera luftvärmeväxlare om dessa alltid går parallellt.
Flödesreglering
Används i större system med flera tilluftsvärmeväxlare
då individuell reglering erfordras. I ECONET® systemet
används en kombination av by-pass och flödesreglering
vid nedreglering av återvinningen och för frostskydd.
Frostskyddsmedel
Frostskyddsmedlet är en säkerhet om pumpen skulle
stanna och är även en säkerhet vid återvinning av låga
temperaturer. Inblandning av frostskyddsmedel inverkar
alltid negativt på verkningsgraden. För varje 10 % inblandning av till exempel etylenglykol reduceras verkningsgraden med cirka 1 procentenhet. En glykolkoncentration av 15 % är teoretiskt tillräckligt men för att få en
viss marginal rekommenderas 30 % glykolinblandning.
Systemet
Ett vätskekopplat system har några värdefulla egenskaper som skiljer ut det från de övriga systemen:
• Tillufts- och frånluftsflödena är effektivt separerade
vilket förhindrar läckageflöde.
Fläkt Woods
125
®
ECONET -system
Det finns en variant av vätskekopplade system som
kallas ECONET®. ECONET® är ett produktnamn och
produkten är patenterad av Fläkt Woods. I ECONET® konceptet är alla energifunktioner samlade i en gemensam krets för värme-/kyl-återvinning, värme och kyla.
Härigenom krävs färre komponenter i form av värmekylbatterier, pumpar, ventiler, rör, isolering osv.
Resultatet blir ett kortare och mer kompakt aggregat.
När värme och kylåtervinning inte räcker till tillförs
värme- eller kylenergi in i tilluftsbatteriet.
Genom att batteriet på tilluftssidan är uppdimensionerat (10–12 rörrader) och extremt effektiva får man en
bra värmeåtervinning och kan använda lågtemperaturvatten som tillsatsvärme. Spillvärme och spillkyla kan
användas i högre utsträckning.
Tidigare i avsnittet om vätskekopplade system har vi
nämnt att tryckfallet blir stort vid 10 rörrader men detta
kompenseras i ECONET®-system av att det inte behövs
någon ytterligare luftvärmare eller kylare eftersom detta
är integrerat i systemet.
ECONET®-systemet består av två eller tre värmeväxlare, dvs. ett eller två batterier i tilluftsenheten och ett i
frånluftsenheten. Då ett förvärmebatteri önskas som
skydd mot uteluftsfiltret används två batterier i tilluftsdelen. I denna lösning kan både till- och utluftsbatteri
utnyttjas för återvinning, vilket gör att systemet blir
effektivare och enklare än traditionell lösning.
I leveransen ingår även en pumpenhet, bestående av
pumpenhet och styrfunktion för optimering av energiåtervinning. Alla nödvändiga givare i pumpenheten, programvaran samt projektbaserade parametrar i frekvensomriktaren och styrskåpet är på fabrik installerade.
Rören i pumpenheten är isolerade och pumpenheten
står på eget stativ. ECONET® kan kompletteras med
verkningsgradsmätning samt förses med två pumpar.
Systemets funktion
Värmeåtervinning: Systemet optimerar vätskeflödet i batterierna så att bästa möjliga värmeåtervinning åstadkoms. Vätskeflödet regleras med
den frekvensstyrda pumpen.
Värmeåtervinning + tilläggsvärme: Systemet
optimerar vätskeflödet i batterierna så att bästa
möjliga värmeåtervinning åstadkoms. Tilläggsvärme kan tillföras kretsen, antingen direkt eller
via en värmeväxlare.
Kyla: Frånluftsbatteriet kopplas bort och tilläggskyla tillförs kretsen så att kylvätskan endast
cirkulerar genom tilluftsbatteriet. Tilläggskyla tillförs kretsen direkt eller via en kylväxlare.
Kylåtervinning (tex; IEK): Frånluften kyls genom
befuktning med indirekt evaporativ kyla (Coolmaster). Kyleffekten överförs via återvinningssystemet till tilluften. Vätskeflödet optimeras och vid
behov kan tilläggskyla tillföras.
126
Temperaturverkningsgrad
och tryckfall
Nedan visas temperaturverkningsgrader och
tryckfall för de tre systemen. Jämförelsen är
gjord för installation i samma luftbehandlingsaggregat. Rotorhöljet kan i vissa fall vara
större än höljet i övrigt.
Temperatur
verkningsgrad, %
Tryckfall, Pa
Roterande återvinnare
75
150
Plattvärmeväxlare
58
150
Vätskekopplad1),
50
210
55
270
65
3302)
ECOTERM® 6 rörrader
Vätskekopplad1),
ECOTERM® 8 rörrader
Vätskekopplad,
ECONET®
1) 30 % etylenglykol
2) Det totala tryckfallet för hela systemet blir ej högt på grund av att
luftvärmare och kylare är inegrerat i ECONET®-systemet.
Systemjämförelser
Tabellen visar en jämförelse av
de olika systemen med avseende på ett antal systemfaktorer.
Rotor
Plattvvx
Vätskekopplat
system, ECOTERM®
Vätskekopplat
system, ECONET®
Verkningsgrad
++
+
–
+
Tryckfall
+
+
–
+
Effektbesparing
++
+
+
+
Luftläckage
–
+
++
++
Utrymmesbehov
+
_
+
++
Kanaldragning
–
–
++
++
Reglering
+
+
+
+
Luktöverföring
–
+
++
++
Frostproblem
++
+
+
+
Fuktöverföring
++
_
_
–
Kylåtervinning
++
+
+
+
Miljötålighet
+
+
++
++
Tillförlitlighet
+
+
+
+
Spillvärme/Kyla
-
-
-
++
++ betyder mycket goda egenskaper
+ betyder goda egenskaper
– betyder mindre goda egenskaper
Vilka av faktorerna ovan som tillmäts störst vikt beror av
förhållandena i det enskilda fallet.
Fläkt Woods
127
Sammanfattning
ström och värmen överförs genom plattorna.
Plattorna är tunna och gjorda av ett värmeledande material för att värmegenomgångstalet
skall bli stort. Temperaturverkningsgraden är
betydligt lägre än för den roterande växlaren.
Vid kall uteluft kommer frånluften att avkylas
under sin daggpunkt och man får en kondensutfällning. Man måste därför ha ett tråg under
frånluftsdelen med ett avlopp.
Vid utetemperatur under cirka –7 °C kan kondensatet frysa till is. För att förhindra igensättning finns flera metoder:
• Sektionsavfrostning
• By-pass av uteluft
• Avstängning av tilluftsfläkten
Värme- och kylåtervinning är en besparing, både
ur ett ekonomiskt och ett miljöperspektiv.
Varaktighetsdiagram
Ett varaktighetsdiagram anger utetemperaturens varaktighet för en viss ort under ett
genomsnittligt år. Ur diagrammet kan man
utläsa årsvärmebehovet, utan värmeåtervinnare vid kontinuerlig drift och behovet då man
har en återvinnare.
Verkningsgrad
Verkningsgraden är ett mått på återvinnarens
effektivitet med avseende på återvinning av
temperatur eller fukt och anges i procent av den
teoretiskt möjliga återvinningen.
Plattvärmeväxlare kan byggas mycket täta.
Tillser man sedan att trycket är högre på tillluften än frånluften så får man ingen överföring av gaser eller partiklar från frånluft
till tilluft.
Det finns ett flertal system för återvinning, de
helt dominerande systemen är:
• Roterande återvinnare
Roterande återvinnare har hög verkningsgrad jämfört med andra återvinningssystem.
Hygroskopiska rotorer återvinner även fukt
(latent energi) Verkningsgraden regleras
med varvtalet.
Drivanordningen har motor med reglerbart
varvtal, växel och drivrem. Styrutrustningen
reglerar rotorvarvtalet.
För att hindra frånluft att medrotera till tillluftssidan används en renblåsningsssektor.
Vid låga utetemperaturer kommer kondens att
utfällas på frånluftsidan som sedan normalt
förångas på tilluftsidan. Vid hög fukthalt i
frånluften och mycket låg utetemperatur blir
kondensationen större än förångningen och
man får överskottsvatten i rotorn. Om medeltemperaturen under varvet är lägre än 0 °C
kommer vattnet att frysa till frost och man
måste ha ett system för avfrostning.
• Vätskekopplade återvinnare
Den vätskekopplade återvinnaren består av
värmeväxlare i till- och frånluft. Som värmebärare används vatten med tillsats av frostskyddsmedel som pumpas runt och överför
värme från det varma batteriet till det kalla.
Värmeväxlarna är uppbyggda av kopparrör
med profilerade aluminium- eller kopparlameller. Ett vätskekopplat system har några
värdefulla egenskaper som skiljer ut det från
de övriga systemen:
• Inget överläckage
• Kan användas där tillufts- och frånluftskanaler ej kan sammanföras.
• Enkelt att installera i befintliga anlägg
ningar.
Det finns en variant av vätskekopplade system som kallas ECONET®. I ECONET®konceptet är alla energifunktioner samlade i
en gemensam krets för värme-/kylåtervinning, värme och kyla. Härigenom krävs
färre komponenter i aggregatet. Resultatet
blir ett kortare och mer kompakt aggregat.
• Plattvärmeväxlare
Plattvärmeväxlare består av ett antal kvadratiska, parallella plattor. Mellan plattorna går
varm och kall luft i varannan kanal i kors-
128
16
Luftfuktare
Vid luftbefuktning är de hygieniska aspekterna viktiga.
Olämplig användning av utrustningen, bristande
skötsel och underhåll, kan i extrema fall skapa hälsoproblem genom att bakterier, alger, mögel kan växa i
systemet och spridas med tillluften ut i lokalerna.
I de fall man har värmebehov i lokalen kostar luftbefuktning mycket energi. Har man kylbehov kan evaporativa fuktare användas för att sänka temperaturen.
Kapitlet tar upp
• Allmänt om luftfuktare
• Kontaktfuktare
• Ångfuktare
• Dysfuktare
Befuktningsprinciper
Luftbefuktning kan ske antingen genom att man tillför luften vattenånga med en ångfuktare eller genom
att låta luften komma i kontakt med en vätskeyta så
att vattnet förångas, sk evaporativ befuktning.
Med ångfuktare tillförs luften den energi som är bunden i vattenångan. I de evaporativa fuktarna tas energin från luften för att förånga vattnet.
Evaporativa luftfuktare finns i två utföranden, kontakt och dysfuktare. I kontaktfuktare skapar man en
stor kontaktyta mellan luft och vatten med hjälp av
våta kontaktblock. I dysfuktare (lufttvättar) skapas
finfördelade droppar som förångas i luftströmmen.
Friska människor är relativt okänsliga för variationer
i luftfuktigheten. Vid temperaturer mellan 20 – 22 °C
kan den relativa fuktigheten få variera mellan 30 och
65 % utan att man upplever obehag. Med ökande
temperatur ökar känsligheten för låg luftfuktighet.
Hög rumstemperatur i kombination med låg luftfuktighet ger uttorkning av hud, ögon och slemhinnor. Risken för infektioner ökar och man känner obehag. I övrigt gäller att luftfuktighet under 50 % kan ge
statiska uppladdningar i syntetiska golvbeläggningar
och att många industriella processer kräver en lägsta
relativ luftfuktighet av 45 – 50 %.
Fläkt Woods
131
Kontaktbefuktare
Hygien
I kontaktbefuktare förångas vattnet från våta, ouppvärmda fuktarblock. Det som driver processen är skillnaden i ångtryck mellan luften nära vattenytan och i
den fria luftströmmen. Energin för förångning tas ur
luften vars temperatur sänks 2.5 °C per gram uppfuktning.
Kontaktblockens uppgift är att bilda en stor kontaktyta mellan luft och vatten. Materialet i blocken är aluminium, som har behandlats hygroskopiskt för att ge
en vätande yta, eller mikroglas.
Ytorna är utformade med struktur som styr vattnet
mot uppströmssidan för att balansera förhållandet att
luften pressar vattnet nedströms.
Kontaktbefuktare är mycket hygieniska:
• Vattnet hålls samman i en vattenfilm på
fuktarblocken och avger inte aerosoler
• Tillståndet efter fuktaren blir inte övermättat vilket
minimerar risken för kondensutfällning nedströms.
Har man extremt höga hygieniska krav bör fuktare för
direktvatten användas.
Reglering
Kontaktbefuktarna regleras genom:
• On/off reglering
• Fuktaren delas upp i steg ( by-pass )
• Daggpunktsreglering
Funktion
Kontaktblocken påvattnas uppifrån med hjälp av t ex
strilrör. Vattnet rinner ned och väter hela ytan.
Vanligtvis förångas en mindre del av vattnet medan
huvuddelen når tråget under kontaktblocken.
Vid on/off reglering skall hygrostaten placeras i frånluftskanalen eller i rummet så att man undviker alltför
korta gångtider. Har man högre krav kan man använda flerstegsreglering i två eller flera steg.
Vid mycket höga krav måste daggpunktsreglering
tillgripas. Först fuktar man luften så man når över
önskat vatteninnehåll. Sedan kyls luften till rätt daggpunktstemperatur. Slutligen värmer man till önskad
temperatur.
Det finns två system för påvattning:
• Direktvattensystem
• System med cirkulerande vatten
I direktvattenfuktaren rinner vattnet från tråget direkt ut i
avloppet. Påvattning sker med kranvatten. Direktvattenfuktaren uppfyller höga krav på hygien, men vattenförbrukningen blir relativt hög.
Vid fuktare med cirkulerande vatten har man en pump
i tråget som pumpar upp vattnet till strilrören. Kranvatten innehåller alltid en viss mängd mineraler och salter.
Därför måste man ha en avblödning av vatten från systemet för att undvika en koncentration i vattnet och mineralutfällning på fuktarblocken.
Vid hög lufthastighet genom fuktaren kan droppar
lämna ytan och följa med luftströmmen. Aluminiumblock
klarar en fronthastighet av minst 3.0 m/s utan stänk.
Vid högre lufthastigheter skall droppavskiljare användas.
Maximal lufthastighet är 4.0 m/s. I figuren till höger visas
principen för fuktare med cirkulerande vatten.
Fördelarrör
Fuktarblock
Flottör
Pump
Breddavlopp
Avloppsventil
Fuktare med cirkulerande vatten
132
Avlopp
Ångfuktare
I ångfuktare tillförs ånga till luften via sk ångspjut
som sitter i luftströmmen.
Ångfuktare karakteriseras av:
• Befuktningen kan ske utan att luftens temperatur
ändras väsentligt.
• Befuktning kan ske var som helst i kanalsystemet
• Kalk och salter avskiljs där ångan produceras
• Enkel och snabb modulerande reglering
• Försumbart luftmotstånd
på efterföljande komponent. För att producera ånga
krävs elektrisk energi. Ångfuktaren kräver normalt
också en vattenbehandling.
Ånga
Partikelavskiljare
Reglerventil
Ångspjut (förvärms)
Figuren till höger visar en ångfuktare.
Det är viktigt att luften inte blir övermättad med ånga
så att man får kondens i kanalerna vilket kan skapa
hygieniska problem. Det är också viktigt att avståndet
från ångspjuten till närmaste komponent är tillräckligt
lång. Annars bildas kondens på komponenten.
När ångan blåses in i kanalen bildas först droppar
som sedan förångas så att det inte sker kondensering
Separator
Kondensatavskiljare
Vattenlås
Kondensat
Ångfuktare
Dysfuktare
Vattenkvalitet
Dysfuktare har en kammare med ett antal dysor som
sprutar fina strålar uppströms mot en avvattningsfill.
En kraftig pump skapar ett relativt högt tryck i dysorna
som ger tunna strålar vilka bryts upp till små droppar.
Nedströms dysorna sitter droppavskiljare.
Liksom vid kontaktbefuktare är det viktigt att man
avblöder vatten för att hålla nere mineralkoncentrationen. Då vattnet finfördelas i droppar som förångas
så innebär detta att föroreningar som finns i dropparna
kan föras över till luften. Detta är en betydande nackdel med dysfuktare och kan medföra en besvärlig
stoftbeläggning och hygieniska problem om vattnet
innehåller bakterier.
Med hänsyn till kontaktblockens funktion och livslängd bör färskvattnet vara av dricksvattenkvalitet
med ett pH- värde mellan 5.0 och 8.0.
Kammare
Droppavskiljare
Dysor
Inlopp
Magnetventil
Max. vattenstånd
Min. vattenstånd
Breddavlopp
Pump
Filter
Dysfuktare
Fläkt Woods
133
Avlopp
Sammanfattning
balansera förhållandet att luften pressar vattnet nedströms.
Luftbefuktning kan ske antingen genom att man
tillför luften vattenånga med en ångfuktare eller
genom att låta luften komma i kontakt med en
vätskeyta så att vattnet förångas, sk evaporativ
befuktning. Evaporativa luftfuktare finns i två
utföranden, kontaktfuktare och dysfuktare.
Ångfuktare
I ångfuktare tillförs ånga till luften via sk
ångspjut som sitter i (kanalen) luftströmmen.
Det är viktigt att luften inte blir övermättad
med ånga så att man får kondens i kanalerna
vilket kan skapa hygieniska problem. Det är
också viktigt att avståndet från ångspjuten till
närmaste komponent är tillräckligt lång.
Annars bildas kondens på komponenten.
Kontaktbefuktare
I kontaktbefuktare förångas vattnet från våta,
ouppvärmda fuktarblock. Det som driver processen är skillnaden i ångtryck mellan luften
nära vattenytan och i den fria luftströmmen.
Energin för förångning tas ur luften vars temperatur sänks 2.5 °C per gram uppfuktning.
Kontaktblockens uppgift är att bilda en stor
kontaktyta mellan luft och vatten. Materialet i
blocken är aluminium, som har behandlats
hygroskopiskt för att ge en vätande yta, eller
mikroglas. Ytorna är utformade med struktur
som styr vattnet mot uppströmssidan för att
Dysfuktare
Dysfuktare har en kammare med ett antal
dysor som sprutar fina strålar uppströms mot
en avvattningsfill. En kraftig pump skapar ett
relativt högt tryck i dysorna som ger tunna
strålar vilka bryts upp till små droppar.
134
Fläkt Woods
135
17
Styr och regler
För att förstå de kommande sidorna är det bra att
känna till grunden för hur ett luftbehandlingsaggregats
komponenter styrs och regleras.
För att visa detta tar vi hjälp av ett blockschema som
visar ett slutet system, ett system med återkoppling.
Kapitlet tar upp
• Allmänt styr och regler
• Dynamiska egenskaper/Tidsfördröjning
i reglersystem
Störning
• Olika typer av regulatorer/reglerprinciper
– PID-reglering
Reglerad
variabel
Ställsignal
+
Regler objekt
Regulator
Börvärdessignal
Mätsignal
-
– Kaskad-reglering
– Tvåstegsreglering
Ärvärdesgivare
Ärvärdessignal
– Flerstegsreglering
• Temperaturreglering
Någon form av störning påverkar reglerobjektet.
En givare (ärvärdesgivare) läser av den reglerade storheten, exempelvis temperatur, som kommer från
systemet som regleras. Detta värde, ärvärdet, är det
värde som kommer ut från komponenten just nu.
Ärvärdet skickas till en jämförelsepunkt i systemet,
till denna punkt kommer även en signal från givaren
som vet vilket värde det ska vara, börvärdet.
Om dessa inte överensstämmer skickas en felsignal
vidare till regulatorn som reglerar in rätt värde.
• Luftflödes/tryckreglering
• Frysskydd
• Utekompensering
• Nattuppvärmning
• Nattkyla
• CO2-kompensation
• Larm
• Kommunikation
Hur kan vi nu översätta detta till ett luftbehandlingsaggregat?
TF1
LOKAL
M
ST1
Den viktigaste orsaken till att luftbehandlingssystem
regleras är för att skapa ett komfortabelt inomhusklimat. Rummets temperatur och ventilationsgrad,
som är ett mått på luftomsättningen i rummet, är det
som påverkar inomhusklimatet mest. Därför måste
temperatur och luftflöde från aggregatet regleras.
Eftersom vi alltid vill minimera energiförbrukningen måste reglersystemet vara utformat för att klara
detta. Det är också nödvändigt att skydda och underhålla luftbehandlingssystemet och därför behöver styroch reglerutrustningen utrustas med vakter och larm.
Fläkt Woods
M
GT5
RC1
GT1
SV1
CP1
Den variabel som ska regleras i detta exempel är temperaturen och komponenten som ska regleras är luftvärmaren. Temperaturgivare GT1 (ärvärdesgivaren)
känner av vilken temperatur det är på luften just nu
(ärvärdet). Ärvärdet skickas till regulator RC1 som vet
börvärdet och reglerar till rätt temperatur och skickar
en styrsignal till ventilställdon (SV1) som antingen
öppnar eller stänger.
137
Dynamiska egenskaper
Reglersystem som har egenskapen att ändringar i insignalen tar en viss tid för att fortplanta sig till utsignalen kallas dynamiska system. Exempel på dynamiskt system är temperaturreglering i ett rum.
När värmeeffekten från radiatorn har höjts tar det en
viss tid innan rummets temperatur ändras.
Värmeeffekt
Rum
För att lättare se tiden det tar innan temperaturen
ändras, systemets dödtid, efter att värmeeffekten har
höjts förskjuter vi kurvorna. Figuren nedan visar även
tidskonstanten som motsvarar hur lång tid det tar att
nå upp till 63% av slutvärdet.
Om man har en liten tidskonstant kommer processen
bli snabb, men i de flesta fall inom luftbehandling vill
man att processen ska vara långsam.
Temperatur
Värmeeffekt
Värmeeffekt
Tid
Tid
Tidpunkt när värmeeffekten höjs
Temp.
Temp.
100 %
22° C
63 %
19° C
{
{
Tid
Tidpunkt när värmeeffekten höjs
Dödtid
138
Tidskonstant
Tid
Olika regulatorer/reglerprinciper
Nedan följer en kort beskrivning av de mest förekommande reglerprinciperna.
termostat. Regulator slår alltså till eller ifrån beroende
på felsignalen, skillnaden mellan ärvärdet och börvärdet. Reglerprincipen har därför även fått namnet
on/off-reglering.
Fördelar med tvålägesreglering är att det är enkelt
och billigt, men nackdelarna är att det kan ge upphov
till stora svängningar i reglersystemet, se figur nedan,
och kan ge mekaniskt slitage på regulatorn.
Tvålägesreglering (on/off-reglering)
Tvålägesreglering är den enklaste formen av reglering.
Den enda som behövs är en anordning som kan slå om
styrsignalen beroende på om reglersystemets utsignal
är större eller mindre än utsignalen, exempelvis en
Styrsignal
Börvärde
Tid
Styrsignal
100 %
Tid
0%
Svängningar vid tvålägesregulator
Flerstegsreglering
Flerstegsregulatorerna har fler steg i stället som bara
av och på som för tvålägesregulatorn.
Detta gör att svängningarna i reglersystemet inte blir
lika stora som för tvålägesregleringen. Denna typ av
reglering används ofta i elvärmare och även i batterier
med dx-kyla.
Styrsignal
Steg 3
Steg 2
Steg 1
Tid
Hög effekt
Fläkt Woods
Av
139
Låg effekt
Proportionell reglering (P-reglering)
För proportionell reglering är styrsignalen proportionell mot insignalen till regulatorn, felsignalen.
Integrerad reglering (I-reglering)
Utsignalen från regulatorn är integralen av felet enligt
följande:
u=Pxe
u(t) = 1
TI
Där
u = Styrsignalen
e = Felsignalen
Vid ett lågt P får vi en stabil men långsam reglering,
medan vid ett högt värde på P blir systemet snabb
men har en hög svängning, se bild nedan.
Svagheten med en P-regulator är att vi aldrig uppnå
önskat börvärde.
Om det uppstår ett reglerfel kommer styrsignalen att
minska eller att öka. När felet sedan försvinner kommer
styrsignalen att lägga sig konstant på sitt nya värde.
Proportionell reglering (P-reglering)
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
2.00
o
Där
u(t) = Utsignalen från o till t
TI = Integreringstiden
e = Felsignalen
P = Förstärkning
0.00
0.00
t
∫e(t) dt
P=0.3
P=0.7
P=1.0
P=1.2
4.00
6.00
8.00
10.00
Tid [s]
Förstärkningens påverkan på styrsignalen
140
PI-reglering
Oftast kombineras P- och I-reglering och kallas då PIreglering. PI-regulatorn är den vanligaste typen av
regulator. På detta sätt kombineras fördelarna från de
båda typerna av regulatorer.
1.40
1.20
1.00
0.80
P=0.2 I=0.2
0.60
P=0.8 I=0.5
P=1.5 I=0.6
0.40
0.20
0.00
0.0
2.0
4.00
6.00
8.00
10.00
Tid [s]
Förstärkningen och på verkan på styrsignalen
1.20
PID-reglering
D:et står för deriverande delen. Utsignalen från
D-blocket beror på derivatan av insignalen.
Deriverande reglering förkommer aldrig ensamt
utan används alltid tillsammans med PI-reglering
eller P-reglering. D-reglering har till uppgift att
stabilisera systemet.
1.00
0.80
0.60
0.40
P=1.3 I=0.45 D=0.35
0.20
0.00
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
Tid [s]
Kaskadreglering
Kaskadreglering används när reglerprocessen kan
delas upp i flera block och där det kommer in störningar från flera olika håll, se figur nedan.
Denna typ av reglering används ofta i luftbehandlingssystem.
Dessutom kan börvärdet för den inre delprocessen
begränsas.
Fläkt Woods
Börvärdessignal, r
Kaskadregulator
regulator
Börvärdesbegränsning
Störning 1
Störning 2
System 1
System 2
Mätsignal, y
Regulator 1
Ärvärdessignal 1
Ärvärdessignal 2
Regulator 1 har till uppgift att minska störning 1 så den inte
får för stor inverkan på system 2.
141
Reglercentral i luftbehandlingsaggregat
Reglercentralens huvuduppgift är att reglera egenskaperna hos den behandlade luften, hantera driften av
aggregatet samt övervaka uppkomsten av eventuella
larm. Exempel:
Frånluftsreglering
Med tilluftstemperaturreglering har reglercentralen
ingen återföring för vare sig rumstemperatur eller
frånluftsluftstemperatur och har därför ingen vetskap
om vad temperaturen i rummen verkligen är. Detta
kan förbättras genom att installera temperaturgivare i
både tillufts- och frånluftskanalerna. Frånluftstemperaturen ger ett gott medelvärde på temperaturen i
rummen. Reglercentralen reglerar tilluftstemperaturen till en passande nivå, för att hålla frånluftstemperaturen vid önskad nivå. Metoden passar till ventilationssystem som förser ett antal liknande rum. I några
fall, där rum har mycket olika värmebehov, kan denna
metod vara olämplig eftersom temperaturen kan vara
låg i ett rum och hög i ett annat. Reglercentralen på
luftbehandlingsaggregatet kommer inte att känna
denna skillnad, utan kan bara läsa genomsnittstemperaturen. I sådana fall skulle tilluftstemperaturreglering vara mycket bättre. Används vid reglering av
batterier med dx-kyla.
Huvudfunktioner
• Temperaturreglering
• Luftflödes/tryckreglering
Tilläggsfunktioner
• Frysskydd
• Utekompensering
• Nattuppvärmning
• Nattkyla
• CO2-kompensation
Temperaturreglering
Reglercentralens funktion är reglering av tilluften till
begärd temperatur. Temperaturen kan regleras genom
att använda en av tre grundmetoder:
Tilluftsreglering
Med denna metod är en temperaturgivare placerad i
tilluftskanalen och är kopplad till luftbehandlingsaggregatets reglercentral.
Den önskade tilluftstemperaturen ställs som ett börvärde i reglercentralen. Tilluftsregulatorn styr sedan
exempelvis värmeväxlare och luftvärmare till att
möta värmebehovet i tilluften. Tilluftstemperaturreglering passar när luftbehandlingsaggregatet försörjer
ett antal rum. Normalt levereras relativt kall luft till
rummen och radiatorerna eller någon annan värmekälla används för att reglera rumstemperaturen.
M
Principskiss över frånluftsreglering
M
Principskiss över tilluftsreglering
142
Rumsreglering
Rumsreglering ger bäst reglering av temperatur i ett
specifikt rum och används där luftbehandlingsaggregatet endast tjänar detta rum. En temperaturgivare
placeras i rummet, ofta finns det möjlighet att manuellt justera temperaturbörvärdet på denna rumsenhet.
En annan givare placeras i tilluftskanalen. Båda kopplas till reglercentralen. Denna metod passar normalt
endast till mycket stora rum.
M
Principskiss över rumsreglering
Flödes- och tryckreglering
(fläktreglering)
CAV
Luftbehandlingssystem kan grovt delas in i två typer:
• CAV-system, system med konstant luftflöde och
• VAV-system, system med variabelt luftflöde.
I ett CAV-system regleras fläkten till att hålla ett
konstant luftflöde, medan fläkten styr mot
ett visst tryck i kanalen i ett VAV-system.
Båda fläktarna regleras av trycket. Skillnaden i
trycket kan användas för att skapa ett börvärde för
frånluftsfläkten. Ger bättre reglering av trycket i
rummet.
CAV
VAV
Tilluftfläkten regleras av kanaltrycket. Frånluftsfläkten regleras parallellt. Enkelt system men tryckvariationer i rummet kan uppstå.
I VAV-system kan tilluftsfläkten regleras av trycket. Tilloch frånluftsflödet mäts och skillnaden mellan dessa
värden används som felsignal för att reglera fläkten.
På detta sätt ändras tilluften och frånluften följer.
Fläkt Woods
143
Frekvensomriktaren används för att reglera motorns
varvtal, som ger oss en riktig metod för tryck- och
flödesreglering. Frekvensomriktaren kan användas
i både VAV- och CAV-system för att hålla kvar börvärdet för tryck eller flöde. I några fall kan frekvensomriktaren byggas in i motorn men funktionen är
densamma. Den ändrar sedan spänningens frekvens
elektroniskt innan den matar ut den till motorn.
Från fläktens fläktkurva kan vi se att olika fläkthastigheter ger olika tryck och flöden. Det medför att
genom att ändra motorns varvtal kan vi reglera trycket
eller flödet i systemet. Normalt placeras tryckgivare för
tryckreglering av VAV-system efter fläkten i kanalen,
medan givare för flödesreglering av CAV-system
mäter från fläktens dysa, se figur nedan. Givaren
skickar en återföringssignal till en PI-regulator, som
antingen är placerad i frekvensomriktaren eller i
aggregatets reglercentral. I PI-regulatorn jämförs mätsignalen med aktuellt börvärde. Börvärdet är vanligen
en inställning i regulatorn som gjordes under
igångkörningen.
Luftflödet från fläkten och trycket som genereras av
fläkten bestäms av skärningspunkten mellan fläktkurvan och systemkurvan. För att förändra flödet eller
trycket måste antingen systemkurvan eller fläkt kurvan ändras. Systemkurvan är en funktion av tryckfallet i systemet och för att förändra den måste tryckfallet ändras på något sätt.
Fläktkurvan är en funktion av fläkthjulets utformning och hastigheten i vilken den körs. För att förändra fläktkurvan måste vi antingen förändra fläktutformningen eller förändra hastigheten.
Traditionella metoder innefattar:
• Strypning av luftflödet genom att använda ett luftspjäll (systemkurvan förändras)
• Ledskenor som förändrar fläktens karaktäristik
(fläktkurvan förändras)
• Skovelvinkelreglering som också förändrar fläktens
karaktäristik (fläktkurvan förändras).
Idag är emellertid varvtalsreglering den vanligaste
regleringsformen.
• Frekvensomriktare (fläktkurvan förändras)
Flöde
Börvärde
Flödesreglering
Tryck
Börvärde
Regulator
Frekvensomriktare
Fläkt
Motor
Ärvärdessignal
Tryckgivare
Regulator
Frekvensomriktare
Dysa
Motor
Fläkt
Ärvärdessignal
Tryckreglering
Verkligt
luftflöde
Tryckgivare
144
Mätnippel
för tryck
Kanal
Verkligt
tryck
Sekvensreglering
En av reglercentralens viktigaste uppgifter är att reglera
tilluftstemperaturen till en passande nivå. Temperaturnivån avviker oftast från utomhustemperaturen, vilket
medför att luften behöver värmas och kylas.
I de flesta fall finns det också något slag av värmeåtervinningssystem som kan användas för uppvärmning och nedkylning. Vi vill också ha en energieffektiv
reglering av temperaturen, så vi behöver maximera
användningen av värmeåtervinningssystemet.
Metoden som används för att utföra detta kallas
sekvensreglering, se figur nedan.
Figuren visar utsignalen från regulatorn till olika
komponenter i luftbehandlingsaggregatet vid olika
temperaturer. I diagrammet kan vi se att det finns två
olika börvärden för temperatur; en för uppvärmning
(T2) och en för nedkylning (T3). Dessa är önskade
temperaturer som har ställts in i reglercentralen.
Typiska temperaturer är 18º C för T2 och 22º C för T3.
Detta betyder att om temperaturen är under 18ºC
behövs uppvärmning och om temperaturen är över
22º C behövs kyla. Orsaken till att ha två börvärden är
att temperaturen då kommer att vara lite lägre på
vintern och lite högre på sommaren. Detta är både
energieffektivt och i praktiken mer bekvämt för
personerna som vistas i lokalen. Det är naturligtvis
möjligt att ställa in två punkter till samma temperatur, men ju närmare de är desto högre blir energikostnaden. Anta att temperaturen är precis över T2.
Vare sig uppvärmning eller nedkylning behövs och
bara fläktarna går. Om temperaturen faller något till
precis under T2 startar värmeåtervinningssystemet och
värme återvinns från värmekällorna i byggnaden.
Om temperaturen fortsätter att falla ökar utsignalen
till värmeåtervinningssystemet, så att mer energi
återvinns.
När det når 100% startar värmaren. Uppvärmningen
ökar sedan successivt upp till 100 % medan värmeåtervinningssystemet går vid 100 %. När temperaturen överstiger T3 behövs nedkylning. Om kylåtervinning används går den vid 100 % när utomhustemperaturen är över frånluftstemperaturen.
Styrsignal (%)
m
Vär
nin
r vin
Åte
Kyla
100
e
g
50
T0
T1
T2
T3
Sekvensreglering
Fläkt Woods
145
T4
Temperatur °C
Exempel på reglering i olika funktioner
Roterande värmeväxlare
För att reglera lufttemperaturen när en roterande
värmeväxlare används behöver man endast reglera
rotormotorns hastighet. Diagrammet visar att verkningsgraden på den roterande värmeväxlaren är en
funktion av rotorhastigheten och verkningsgraden
i sin tur är ju förhållandet mellan de olika temperaturerna i aggregatet. Reglering av motorhastighet
används även vid avfrostning av rotorn.
η=
Plattvärmeväxlare
Temperaturen regleras med hjälp av spjäll när en
plattvärmeväxlare används. För att skapa rätt temperatur släpps en del av luften förbi värmeväxlaren och
detta regleras med hjälp av spjället. Spjäll används
även vid avfrostning av plattvärmeväxlaren.
Det finns två huvudsätt att avfrosta värmeväxlaren:
• Förbigångsavfrostning
• Sektionsavfrostning
Vid förbigångsavfrostning öppnas plattvärmeväxlarens
förbigångssektion medan frontspjället stängs. Därmed reduceras värmeväxlarens temperaturverkningsgrad och frosten får möjlighet att smälta. Vid
sektionsavfrostning stängs varje individuellt
spjällblad på värmeväxlaren ett i taget i sekvens.
ttilluft – tuteluft
tavluft – tfrånluft
Där
t = temperaturen på olika luftströmmar
%
80
Verkningsgrad
100
60
t
x
40
Hygroskopisk rotor
20
0
0
10
20
30 40
% av max. hastighet
50
146
60
70
80
90
100
Vätskekopplad värmeväxlare
Temperaturen regleras antingen genom att en del vatten
släpps förbi frånluftsbatteriet vilket gör att mängden
energi som återvinns ur frånluften minskar. Den andra
metoden är att varvtalet på pumparna regleras istället.
Värme- och kylbatterier
Det finns ett antal olika sätt att reglera batteriets
värmeuteffekt, vilka alla innebär reglering
antingen av vattenflödet, av vattentemperaturen eller
av båda.
Huvudmetoderna för reglering är:
• Vattenflödesreglering med hjälp av en ventil.
• Shuntreglering med hjälp av en sekundär
kretspump och ventil.
Vattenflödesreglering
Varmvatten levereras från en central panna och pumpas
runt en vattenkrets i byggnaden av en central pump.
Trycket i systemet är dimensionerat att vara högt
nog att tvinga vattnet genom varierande antal värmeväxlare såväl som den verkliga kretsen. Den enklaste
metoden som används är en tvåvägsventil, som
stryper vattenflödet i kretsen.
Med trevägssystem kan en högre returtemperatur
på vattensidan hållas vid delbelastning, vilket är
önskvärt i olje- eller gaseldade pannanläggningar.
Låga returtemperaturer medför kondensation av rökgaser som kan förorsaka korrosion i pannanläggningen.
+
Tvåvägsventil
+
Trevägsventil
Fläkt Woods
147
Luft
Shuntreglering
En shuntgrupp är länken mellan ett primär och
sekundärsystem i vattenburna värme och kylsystem
t.ex. mellan värmepanna (primärkrets) och radiatorsystem (sekundärkrets).
Det sekundära systemet arbetar ofta med andra
temperaturer och flöden än det primära. Shuntgruppen sitter monterat mellan dessa två och blandar
medierna (primär/sekundär) på ett kontrollerat sätt
med hjälp av styrventil och ställdon så att rätt temperatur uppnås på det sekundära systemet. Cirkulationspumpen ser till att rätt flöde cirkulerar i det
sekundära systemet.
•
•
•
•
föring mellan shuntgruppens primära och sekundära system. Dessa finns i antingen mekanisk eller
termiskt utförande.
Bypass möjliggör cirkulation i shuntens sekundärkrets även om styrventilen är stängd mot den
sekundära kretsen.
Backventil förhindrad att mediet tar fel väg vid
spänningsbortfall av sekundärpump.
Termometrar monterade på tillopp och returledning. Dessa är endast till för att få en överblick om
att shuntgruppens driftläge och system fungerar.
Mätuttag monterade i vår shuntgrupp är till för
fullständig kontroll och felsökning.
I batterier hålls vattenflödet genom batteriet konstant,
medan vattenflödestemperaturen regleras med hjälp
av shuntreglering. Detta uppnås genom att installera
en pump på ingången till batteriet och en trevägsventil på utloppet, som visas i diagrammet nedan.
Med detta system kan returvattentemperaturen hållas
konstant, vilket kan vara ett krav när det gäller
exempelvis fjärrvärmesystem.
I shuntkopplingen tvingar pumpen ett konstant
flöde av vatten genom batteriet och trevägsventilen
blandar en del av det primära varma vattnet med en
del av det kalla returvattnet från batteriet, för att ge
riktig värmeuteffekt.
I samtliga fall driver ställdon kopplade till luftbehandlingsaggregatets reglerenhet vattenregleringsventilerna.
En shuntgrupp består vanligtvis av komponenterna
nedan:
• Styrventil som reglerar flödet i shuntgruppens
primära och sekundära krets. Styrventilen styrs av
en ställmotor kopplad till reglercentral i fastigheten.
Styrventilen är av 2- eller 3-vägs utförande beroende
på kopplingsalternativ.
• Cirkulationspump som håller cirkulationen i gång
på sekundärsidan.
• Injusteringsventil(er) används för att justera (balansera) flöde och tryckfall i shuntgruppens sekundära
sida och/eller primära sida så att shuntgruppens
driftpunkt uppnås optimalt.
• Avstängningsventiler monteras på samtliga tillopp
och returledningar för att kunna demontera shunt
gruppen utan att tömma hela systemet.
• Värme/kylspärr förhindrar oönskad energiöver-
+
Shuntkoppling
Fläkt Woods
148
Naturligtvis betyder detta att lufttemperaturen tenderar att förändras i steg, vilket kan vara oönskat.
För att ge en variabel uteffekt kan en tyristorstyrning användas. Det är en elektronisk temperaturstyrning som reglerar effekten från värmaren genom att
pulsera ut full effekt periodvis till elementen (s.k.
Puls/Paus-teknik), t.ex. 30 sekunder på och 30 sekunder av.
Detta ger en mycket noggrann temperaturreglering.
Lufttemperaturen beror på tiden mellan pulserna och
längden av pulserna.
För tillförlitlighet och lägsta kostnad är det tillrådligt att kombinera användningen av binär stegregulator med tyristorstyrning på de minsta effektstegen.
Det första steget kan regleras hela tiden mellan 0
och 1, så om vi behöver 13,65 kW kopplar vi in 0,65
kW (använder tyristorn i det första steget) + 1 + 4 + 8.
Att kontrollera hela effekten med en enda tyristor kan
vara mycket dyrt.
Elvärmare
I en elvärmare är en stegkopplarenhet kopplad till
reläer som styr lufttemperaturen. För att reducera
antalet steg som behövs och därmed hålla kostnaden
så låg som möjligt, används ett binärt system. Kapacitetsstegen arrangeras så att vart och ett har dubbel
kapacitet av det föregående.
Till exempel:
1+2+4+8+16+32
eller
3+6+12+24+48
Tilläggsfunktioner
Utekompensering
Börvärdestemperaturen för tilluft eller rumsluft kan
justeras upp eller ner beroende på utomhustemperaturen. Komfort kan förbättras både på kalla vinterdagar
och heta sommardagar om börvärden sätts högre.
På sommaren kommer denna ökning också att spara
energi.
Börvärde
+30
+25
+20
+15
-20 -15 -10 -5
0
5
10 15 20 25 30 35
Utomhus
Startpunkt, Startpunkt, temperatur
sommar
vinter
Utekompensering
Fläkt Woods
149
Nattuppvärmning
Nattuppvärmning används för att förhindra byggnaden från att kylas ner för mycket på natten. Detta görs
för att säkerställa komfortvillkor vid igångsättning
tidigt på morgonen, men också för att skydda byggna-
den och innehållet.
Om enheten har värmeåtervinning ordnas en förbigång så att tilluftsfläkten och återvärmaren kan köras
för att ge en cirkulation av varm luft.
Ej belagt
Belagt
Belagt
Rumstemp. [°C]
Ärvärde
22
20
Ej belagt
värmeläge
18
16
14
10
8
tid
Nattuppvärmning
Nattkyla (Frikyla)
Nattkyla används för att reducera kylbehovet vid
aggregatstart och för att begränsa maximal
temperatur under icke arbetstid, genom att använda
den fria nedkylningen som finns till hands
under de svala sommarnätterna. Fläktarna körs men
ingen kylenergi behöver användas.
[°C]
26
Nattkyla aktiv
Rumstemp.
24
22
Utetemp.
20
18
16
14
12
tid
Beläggningstidens
slut
Beläggningstidens
början
Nattkyla
150
CO2-kompensering
Luftflödet till rummet kan justeras upp eller ner beroende på CO2-halten.
Larm
Reglercentralen hanterar också olika larm. Larm
används för att indikera när någonting är fel eller om
service behövs, sådant som filterbyte.
Larmen indikeras på reglercentralen men det är också
möjligt ge ut ett allmänt larm till ett högre nivåsystem,
tex ett överordnat styr- och övervakningssystem
(SCADA/BMS*), via kommunikation. * BMS = Building
Management System, Fastighetsautomationsystem.
Drifthantering
Reglercentralen är också ansvarig för att starta luftbehandlingsaggregatet med korrekt funktionssekvens,
sådan som att öppna luftspjällen och sedan starta
fläktarna.
Reglercentralen kan programmeras till att starta och
stanna luftbehandlingsaggregatet vid vissa tider på
dagen och till att svara på vissa förhållanden, sådana
som låg temperatur i byggnaden eller att känna av
rök.
En annan funktion som ofta ingår är att köra
pumparna några minuter då och då under långa
perioder när luftbehandlingsaggregatet inte är i drift.
Exempel på vanliga larm:
• Flödesvakt
En tryckvakt övervakar trycket över fläkten och ger
en signal om det faller under ett inställt värde.
Uteblivet flöde kan indikera att fläkten har stannat
beroende på t.ex. motorproblem eller remhaveri.
• Filtervakt
En filtervakt är en tryckvakt som övervakar tryckfallet över filtret. När trycket har nått det inställda
värdet skickas en signal till reglercentralen som
sedan indikerar att ett filterbyte behövs.
Frysskydd
Det är viktigt att skydda vattenbatterier från att frysa
sönder vid låga utetemperaturer. Detta kan antingen
göras genom att mäta lufttemperaturen nära batteriet
eller genom att mäta vattentemperaturen i batteriet.
Andra larm innefattar frostskydd, överhettningsskydd och brandskydd.
Fläkt Woods
151
KOMMUNIKATION – TOPOLOGI
BMS interface
Fläkt Woods interface
VAV
Närvarodetektor
Temperaturregulator
AHU
Kommunikation
Luftbehandlingsaggregat kan ingå som en del i byggnadens automationssystem (BMS = Building Management System). Ett modernt byggnadsautomationssystem bör vara uppbyggt av standardiserad och
öppen kommunikation. Detta ger möjlighet till integration av olika fabrikat till en låg kostnad, samtidigt
som användarvänligheten och funktionaliteten hamnar i fokus och systemet kan skräddarsys efter kundens behov. Fläkt Woods styrutrustning kan hantera
följande öppna kommunikationsmöjligheter.
• BACnet
BACnet är en öppen världsstandard, speciellt framtagen för byggnadsautomation.
BACnet ansluts via TCP-/IP-nätverk eller RS 485.
• OPC
OPC är en öppen industristandard som via ett
gemensamt gränssnitt förenklar integration av olika
produkter i samma system.
OPC ansluts via TCP-/IP-nätverk.
Fläkt Woods
• LonWorks
Lonkorten är försedda med automatisk utskickning
av alla SNVT's vilket möjliggör enkel idrifttagning.
LonWorkskorten ansluts via Lon-nätverk.
• Modbus
Modbus är en öppen industriell defactostandard
och ansluts via RS 485 alternativt TCP/IP.
Modbuskortet kan konfigureras som antingen
master eller slave.
• Web-kommunikation
Flera styrleverantörer erbjuder numera reglercentraler
med inbyggd webserver, vilket innebär att något
speciellt övervakningsprogram inte behövs, det
räcker med en standardwebbrowser på valfri dator i
nätverket (TCP/IP).
152
Sammanfattning
Den viktigaste orsaken till att luftbehandlingssystem regleras är för att skapa ett komfortabelt
inomhusklimat. Eftersom vi alltid vill minimera energiförbrukningen måste reglersystemet
vara utformat för att klara detta.
Det är också nödvändigt att skydda och
underhålla luftbehandlingssystemet och därför
behöver styr- och reglerutrustningen utrustas
med vakter och larm.
Reglersystem som har egenskapen att ändringar i insignalen tar en viss tid för att fortplanta sig till utsignalen kallas dynamiska
system. Exempel på dynamiskt system är
temperaturreglering i ett rum.
Det finns olika typer av regulatorer/reglerprinciper:
• Tvålägesreglering (on/off-reglering)
• Flerstegsreglering
• Proportionell reglering (P-reglering)
• Integrerad reglering (I-reglering)
• PI-reglering
• PID-reglering
• Kaskadreglering
Huvudfunktioner
• Temperaturreglering
• Luftflödes/tryckreglering
Tilläggsfunktioner
• Frysskydd
• Utekompensering
• Nattuppvärmning
• Nattkyla
• CO2-kompensation
Reglercentralen är också ansvarig för att starta
luftbehandlingsaggregatet med korrekt funktionssekvens. Reglercentralen kan även indikera larm alternativt ges det ut ett allmänt larm
till ett högre nivåsystem, tex ett överordnat
styr- och övervakningssystem (SCADA/BMS*),
via kommunikation. Luftbehandlingsaggregat
kan ingå som en del i byggnadens automationssystem. Ett modernt byggnadsautomationssystem bör vara uppbyggt av standardiserad
och öppen kommu-nikation. Fläkt Woods styrutrustning kan hantera följande öppna kommunikationsmöjligheter.
• BACnet
• OPC
• LonWorks
• Modbus
• Web-kommunikation
Reglercentralen i luftbehandlingsaggregatet
har som huvuduppgift är att reglera egenskaperna hos den behandlade luften, hantera driften av aggregatet samt övervaka uppkomsten
av eventuella larm.
* BMS = Building Management System
Fläkt Woods
153
18
Mätteknik och standarder
I luftbehandlings branschen görs mätningar i huvudsak
för två syften, dels utveckla produkter till bättre prestanda, energi effektivare, utveckling mm.
Det andra huvudsyftet syftet är att skapa underlag för
dimensionering av produkter/system i form av kataloger och produktvalsprogram. Dessa två syften görs
i laboratorier och följer oftast en standard. Det görs
även fältmätningar där produkterna ingår i ett system.
Dessa fältmätningar är svåra att utföra och följer oftast
ingen standard.
Kapitlet tar upp
• Mätnoggranhet
• Temperaturmätning
- Termoelement
- Resistansgivare
• Tryckmätning
- Membranmanometer
- Vätskepelare
• Beräkning av luftflöden
Mätnoggrannhet
• Luftfuktighet
Alla mätningar som utförs innehåller ett visst fel. Om
man delar upp dessa fel i tre kategorier.
Mätinstrumentets fel m1, mätmetodens fel m2 och
avläsnings fel m3.
Det sannolika felet räknas ut enligt följande formel.
• Standarder
Mätteknik eller metrologi är läran om mätning, en
vetenskapsgren inom fysik och elektronik som handlar om hur olika fysikaliska storheter mäts. Detta är
ett mycket brett vetenskapligt område, och är omfattande och komplicerat. Exempel på svårigheter är att
det inte går att mäta någonting utan att påverka det
objekt man mäter på, störningar från omgivningen
eller mätning av en liten skillnad mellan två mycket
stora värden med mera.
Fläkt Woods
m = √ m 2 + m2 + m 2
1
155
2
3
Temperatur
Resistansgivare
Resistansgivare har en annan mätprincip än termoelementen. I princip är det ett motstånd vars resistans
ändras proportionellt mot temperaturen.
En klassisk givare är uppbyggd av en metalltråd lindad på en isolerad kropp av glas eller keramik. Metaller som används är t.ex. platina (Pt) och nickel (Ni).
Ofta benämns givaren efter dess resistans vid 0°C
t.ex. Pt100 (R=100 ohm) eller Ni1000 (R=1000 ohm).
Sambandet resistans temperatur är väl känt (nästan
linjärt) och definieras i olika DIN-normer där även
onoggrannhet specificeras. Resistansgivare är för ömtåliga för att användas nakna och kapslas därför i allmänhet i olika typer av metallrör. En mycket vanlig
temperaturgivare i industriella sammanhang är Pt100.
Den är synnerligen välbeprövad och tillverkas i stora
antal. Den finns i många olika utföranden (kaps-lingar)
för olika användningsområden.
Andra fördelar är känd noggrannhet och långtidsstabilitet. En nackdel med givaren är dess låga utsignal ca 0.39 ohm/°C. Detta innebär att mätfel kan
uppstå på grund av resistansen i anslutningskabeln.
För att lösa detta används 4-tråds-koppling som eliminerar inverkan av ledningsresistans. Pt100 har blivit
industristandard.
Temperaturmätning är den vanligaste mätningen, och
fysikaliska parameter som kanske mest påverkar vår
miljö och oss människor. Följaktligen mäts den också
allra mest av alla fysikaliska parametrar och mätapplikationerna är de mest skiftande.
Vi mäter på material i dess tre aggregationstillstånd fast, flytande och gasform. För detta krävs mätutrustning som fungerar i olika miljöer med rätt utformning,
noggrannhet och tillförlitlighet. Nedan beskrivs några
vanliga typer av givare för temperatur samt några praktiska aspekter på dess användning.
Termoelement
Termoelementet utnyttjar principen att två metaller av
olika sammansättning förbundna i en punkt genererar
en elektrisk spänning proportionell mot differenstemperaturen över metallerna. Sambandet spänning/
temperatur är tämligen komplext.
Termoelement utförs i praktiken som två isolerade trådar
som förbinds i ena änden (mätänden). I dess andra
ände monteras vanligen ett kontaktdon speciellt avsett
för ändamålet. Ett stort antal olika typer av termoelement med olika egenskaper förekommer. Några i
praktisk användning mycket vanliga typer är J, K och
T. Se vidare nedan.
Tryck & Flöde
Typ
Material
Färg,
kontakt
Område °C
J
Fe - Cu/Ni
Svart (svart)
20 -700
K
Ni/Cr - Ni/Al
Gul (grön)
0 - 1100
T
Ni - Cu/Ni
Blå (brun)
- 185 - 300
Nedan beskrivs några vanliga sätt att mäta tryck.
Utifrån tryckmätningar kan sedan flödet beräknas.
Membranmanometrar
Detta är den typ av givare som oftast används i praktiken. I sin enklaste form består den av ett elastiskt
membran som flyttar sig beroende på tryckdifferensen
mellan in och utsidan.
Moderna elektroniska mätare använder denna princip
då membranets förskjutning motverkas av en magnetspole som reglerar kraften. En del elektroniska givare är
inte bara läges beroende utan kan också påverkas av
vilket underlag som de är placerade på.
Termoelement kan köpas på rulle där man själv kan
kapa till lämplig längd och tillverka sin givare genom
att stansa eller svetsa ihop ändarna. Det finns även
mantlade i mycket små dimensioner samt utförda som
handprober. Mätnoggrannheten är måttlig, i praktiken
ca ±1°C som bäst. Referenspunkten (kalla lödstället)
måste mätas av det instrument som används och här
finns en stor källa till mätfel. Speciella kompensationsledningar krävs förförlängning av termoelement.
Kriterier för val av givare är bl.a. mekaniskt utförande,
temperaturområde och miljö.
156
vilket kan tolkas som en energiökning per volymenhet. Summan av dessa energier benämns totaltrycket
pt. Volymflöde qv anges ofta i dokumentation, vilket
definieras som
Vätskepelare, U-rör
I den enklaste formen används vätskepelare som bygger på grundläggande principer. Ett u-rör fylls med en
vätska, om u-röret har exakt samma diameter kan kapilärkraften bortses från och formeln för trycket blir då.
qv = A . v
p = F= ρ
A
. g.h.A
=ρ.g.h
A
Där
qv = Volymflöde m3/s
A = Tvärsnittsarean m2
v = Hastighet m/s
Där
p = Trycket Pa
F = Kraften N
A = Arean mm2
ρ = Densitet mm3
g = Acceleration vid fritt fall m/s2
h = Höjd m
I ett slutet system ändras volymflödet när gasen komprimeras, ändrar temperatur och då tätheten ändras,
då kommer massflödet qm in i bilden kg/s.
Massflödet är alltid konstant i ett slutet system
q m = ρ . qv
Densiteten på vätskan måste vara
känd. Med fördel kan mätröret
lutas för att öka känsligheten, då
man får multiplicera med vinkeln
tg (φ) i ovanstående formel.
Exempel:
Vanlig data i dokumentation:
Densitet = 1,2 kg/m3
Tryck = 101,325 kPa
Temperatur = 20 °C
Relativ luftfuktighet = 46%
Om vi sedan mäter dessa en varm sommardag
Tryck = 97,325 kPa
Temperatur = 30 °C
Relativ luftfuktighet = 60%
Beräkning av luftflöden
Att mäta luftflöden i fält är erkänt svårt till och med i
laboratorium räknas en noggrannhet av 5 % som precisionsmätning. Det är endast under speciella omständigheter som den absoluta noggrannheten kan pressas
ned mot 1-2 %.
De vanligaste metoderna bygger på antingen att man
mäter lufthastigheten i ett antal punkter och summerar
över en viss area eller att man mäter ett tryckfall över
någon typ av strypning.
I en strömmade gas eller vätska räknar man med
rörelseenergin per volyms enhet, detta får då dimensionerna av ett tryck, det så kallade dynamiska trycket
pd. Då luft passerar genom en fläkt går energi åt att öka
det dynamiska trycket pd, men en större del går åt att
till att komprimera luften och öka det statiska trycket ps ,
Fläkt Woods
Så söker vi densiteten för dessa förhållanden
ρ1 = ρ0 .
T0 . P1 . 1 + x
T1 P0 1 + x
0.622
= 1.153 kg/m3
Inverkar på densiteten ändrar som tidigare nämnt
volymflödet. Nedan visas hur mycket de olika parametrarna påverkar i procent för detta exempel.
Temperatur = 10%
Tryck = 4%
Fuktinnehåll = 1%
157
Luftfuktighet
Traditionell metod att mäta fukt är att mäta den relativa fuktigheten genom att använda en torr och en våt
termometer och utvärdera resultatet i ett Mollierdiagram (Se kapitel Luftens egenskaper).
Modernare givare typ konduktiva instrument brukar
ha en noggrannhet av ca 1%-enhet. Ett sådant instru-
Standarder
ment består i princip av platinatrådar ingjutna i ett
gelatinblock som dra åt sig mer eller mindre fukt och
genom att mäta resistensen över detta block.
Ljud
(Se kapitel ljud).
Standarder är dokument som
beskriver hur en mätning skall
utföras för att likställa mätmetoden och kunna jämföra resultat
med andra tillverkare och minimera mätfel.
Tryckkammare på Fläkt Woods
i Jönköping som används för att
prova aggregat använder följande
standarder:
Luftflöde
Tryckökning
Mikrofon
Fläkt som testas
Tryckkammare
Efterklangsrum
SS-EN 5801
Läckage:
EN 1886 Class L1-L3
SS-EN ISO 3741
AMCA 210-99
Hållfasthet:
EN 1886 Class D1-D3
AMCA 300-96
BS 848-1
Filter:
EN 1886 G1-F9
AHU:
Efterklangsrum:
Utlopp:
Mekaniskt:
Kapacitet:
Ljud:
BS 848-2
Värme-
SS-EN ISO 9614:2-3
läckage:
EN 1886 TB1-TB5
Utöver detta mäts även motoreffekten med hjälp av en effektmätare som kalibreras årligen på SP (Sveriges Tekniska
Forskningsinstitut). Detta görs för att säkerställa hög mätnoggranhet.
158
Sammanfattning
Mätteknik eller metrologi är läran om mätning,
en vetenskapsgren inom fysik och elektronik
som handlar om hur olika fysikaliska storheter
mäts.
I luftbehandlingsbranschen görs mätningar i
huvudsak för två syften, dels utveckla produkter
till bättre prestanda, energieffektivare, utveckling mm. Det andra huvudsyftet är att skapa
underlag för dimensionering av produkter/
system i form av kataloger och produktvalsprogram. Dessa två typer av mätningar görs i
laboratorier och följer oftast en standard.
Det görs även fältmätningar där produkterna
ingår i ett system. Dessa fältmätningar är svåra
att utföra och följer oftast ingen standard.
Alla mätningar som utförs innehåller ett visst
fel. Dessa fel kan delas in i tre kategorier; mätinstrumentets fel, mätmetodens fel och avläsnings fel.
Tryck och flöde
För att mäta tryck kan exempelvis en membranmanometer eller en vätskepelare (U-rör)
användas.
För att få fram luftflödet är den vanligaste
metoderna att man mäter lufthastigheten i ett
antal punkter och summerar över en viss area
eller att man mäter ett tryckfall över någon typ
av strypning.
Fukt
Traditionell metod att mäta fukt är att mäta
den relativa fuktigheten genom att använda en
torr och en våt termometer och utvärdera resultatet i ett Mollierdiagram.
Standarder
Standarder är dokument som beskriver hur en
mätning skall utföras för att likställa mätmetoden och kunna jämföra resultat med andra tillverkare och minimera mätfel.
Temperatur
Temperaturmätning är den vanligaste mätningen.
Några vanliga typer av givare för temperatur är
termoelementet och resistansgivare.
Fläkt Woods
159
19
Formler
Storheter och enheter
Storhet
Enhet
L
B
H
A
V
Längd
Bredd
Höjd
Area
Volym
m
m
m
m2
m3
Meter
Meter
Meter
Kvadratmeter
Kubikmeter
t
f
v eller c
a
g
q
m
tid
Frekvens
Lufthastighet
Acceleration
Acceleration vid fritt fall
Volymflöde
Massflöde
s
Hz
m/s
m/s2
m/s2
m3/s
kg/s
Sekund
Hertz
Meter per sekund
Meter per sekundtvå
Meter per sekundtvå
Kubikmeter per sekund
Kilogram per sekund
m
ρ
F
E
P
ps
pd
pt
ΔPf
W
Massa
Densitet
Kraft
Energi
Effekt
Statiskt tryck
Dynamiskt tryck1)
Totaltryck
Tryckförlust
Arbete
kg
kg/m3
N (= kg · m/s2)
J (= Nm)
W (= J/s)
Pa (= N/m2)
Pa
Pa
Pa
J
Kilogram
Kilogram per kubikmeter
Newton
Joule
Watt
Pascal
Pascal
Pascal
Pascal
Joule
T
t
tv
td
Q
cp
η
h
ϕ
Absolut temperatur
Torr temperatur
Våt temperatur
Daggpunkt
Värmemägnd
Specifikt värme
Verkningsgraden
Specifik entalpi
Relativ fuktighet
K
°C
°C
°C
J
J/kg · °C
- (%)
J/kg
- (%)
Kelvin
Grader Celsius
Grader Celsius
Grader Celsius
Joule
Joule per kilogram grader
Procent
Joule per kilogram
Procent
M
n
R
Molvikt
Materiemängd (antal kmol)
Allmänna gaskonstanten 2)
kg/kmol
8 314 J/(kmol K)
Kilogram per kilomol
Lp
Lw
Ljudtrycksnivå
Ljudeffektsnivå
dB
dB
Decibel
Decibel
1)
pt = ps + pd = ps +( ρ · 2v )
2)
p·V=n·R·T
2
Fläkt Woods
161
Omvandlingsfaktorer
Energi
Joule (Nm, Ws)
kWh
kpm
kcal
1
2,778 ·10-7
0,1020
3,671·105
0,2388 ·10-3
859,8
3,6 ·106
1
9,807
2,724 ·10-6
1
2,342 ·10-3
1,163 ·10
426,9
1
hk (metrisk)
1,360 .10-3
4,187 ·10
3
-3
Effekt
Watt (Nm/s, Js)
kpm/s
kcal/s
1
0,1020
9,807
4,187 .103
1
0,2388 .10-3
2,342 .10-3
429,9
1
5,692
735,5
75
0,1757
1
1,333.10-2
Tryck
Pa (N/m2)
bar
1
10-5
kp/cm2
(atmosfärer)
1,02 .10-5
10
9,807 .103
atm
7,501. 10-3
9,869 .10-6
1
1,02
750,1
0,9869
0,9807
1,333 .10-3
1
735,6
1,360 .10-3
1
0,9678
1,316 .10-3
1,013
1,033
760
1
5
133,3
1,013 .105
torr (metrisk
Temperatur
Kelvin (K)
x
x + 273,15
5/9 . (x - 32) + 273,15
Celcius (°C)
x - 273,15
x
5/9 . (x - 32)
Fahrenheit (°F)
x . 9/5 - 459,67
x . 9/5 + 32
x
Allmänn fysikalisk data för vatten och luft
Vatten*
Kemisk
formel
Formelvikt u
H2O
18
Densitet Dynamisk Värme- Specifik
Smält
Specifik Ångbild- Specifik
r kg/m3 viskositet kondukvärme- tempera- smält- ningstem- ångbildtivitet kapacitet
106 x
ningstur
entalpi If peratur
Cp
h Ns/m2 W/(m x
(rs)
vid 1 bar entalpi Iv
°C
K)
kJ/kg
°C
kJ(kg x K)
(rå) kJ/kg
999
1005
Densitet Dynamisk VärmeSpecifik
viskositet kondukρ
värmetivitet kapacitet
106 x h
kg/m3
Ns/m2 W/(m x
Cp
K)
kJ(kg x K)
Luft**
1.28
17.0
25
1.00
0.60
Cp / Cv
1.4
* Densitet och värmekonduktivitet vid 18°C
** Densitet vid 0 °C och 1 bar
162
4.18
0
334
Smält
Ångbild- Specifik
temperanings- smältentur
tempera- talpi If
°C
tur
(rs)
°C
kJ/kg
-213
-193
209
100
2260
Medium
Temp
°C
Vatten
vätska vid
p = 1 bar
M = 18.016
R = 460
tkrit = 374.15 °C
pkrit = 221.29 bar
Vatten
vätska vid
mättningstryck
Vatten
mättad ånga
Luft (torr)
gas vid
p = 1 bar
M = 28.96
R =287
tkrit = -140.7 °C
pkrit = 36 bar
Fläkt Woods
0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
-20
0
20
40
60
100
200
300
374,5
-190
-150
-100
-80
-40
-20
0
20
40
60
80
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1750
2000
Specifik
värmekapacitet
Cp
J(kg x °C)
Densitet
ρ
kg/m3
Värmekonduktivitet
λ
W/(m x °C)
Dynamisk
viskositet
106 x η
Pa x s
Kinematisk
viskositet
106 x υ
m2/s
Värmediffusivitet
106 x α
m2/s
4225
4206
4194
4181
4175
4175
4177
4180
4186
4193
4201
4210
4231
4256
4284
4395
4500
4600
4730
4980
5230
5690
1846
1855
1859
1859
1867
1884
(1935)
(1990)
(2040)
999.8
1000
999,7
998,2
995,7
992,2
988,1
983,2
977,8
971,8
965,3
958,4
943,5
926,3
907,6
886,9
864,7
840,3
813,6
748
750,7
712,5
0,00088
0,00484
0,01734
0,05118
1301
0,5984
7.857
46.24
329
4.2
2.79
2.02
1.81
1.49
1.38
1.276
1.189
1.113
1.046
0.987
0.934
0.736
0.608
0.517
0.450
0.399
0.358
0.324
0.297
0.273
0.559
0.568
0.577
0.597
0.615
0.633
0.647
0.659
0.668
0.674
0.678
0.682
0.685
0.684
0.680
0.674
0.665
0.653
0.634
0.613
0.589
0.565
0.0172
0.0180
0.0188
0.0195
0.0205
0.0234
0.0356
0.0605
≈0.0110
0.0069
0.0115
0.0158
0.0177
0.0209
0.0226
0.0242
0.0254
0.0267
0.0279
0.0303
0.0318
0.0386
0.0454
0.0515
0.0570
0.0623
0.0668
0.0707
0.0742
0.0770
1792
1519
1308
1005
801
656
549
469
406
357
317
284
232
196
174
152
139
125
114
105
98
92
9
9.5
10
11
12.5
18.6
31.2
≈50
5.5
8.2
11.4
12.6
15.0
16.0
1701
18.1
19.1
20.0
20.9
21.8
25.8
29.5
32.9
35.9
38.8
41.5
44.0
46.5
48.8
1.792
1.519
1.308
1.004
0.805
0.661
0.556
0.477
0.417
0.367
0.328
0.296
0.245
0.210
0.189
0.172
0.161
0.149
0.142
0.137
0.133
0.130
1900
550
196
85
21
2.37
0.683
≈0.155
1.3
3.1
5.6
6.9
10
11.6
13.4
15.2
17.2
19.1
21.2
23.3
35.0
48.5
63.5
79.8
97
115
135
155
179
0.132
0.135
0.138
0.143
0.148
0.153
0.157
0.161
0.163
0.165
0.167
0.169
0.171
0.173
0.175
0.174
0.171
0.169
0.165
0.158
0.151
0.139
8800
2070
605
211
87
21.3
1.55
0.66
≈0.164
1027
1012
1009
1005
1005
1005
1005
1005
1009
1009
1010
1027
1045
1070
1093
1115
1135
1152
1168
1184
1192
1205
1215
1222
1230
1245
1260
163
4.0
7.18
8.95
13.9
16.4
18.9
21.3
24.0
26.5
29.6
32.8
50.6
70.5
92.0
114
138
162
186
210
237
Formler
Luftens egenskaper
Ps +
För att beräkna den erforderliga värmeeffekten
(P) kan följande formel användas:
ρ 2
. v = Ps + Pd = Pt = konstant
2
Där
Ps = statiskt tryck, Pa
ρ = densitet, kg/m3
P = Δh . qv . ρt = (hB – hA) . qv . ρt
v = lufthastighet, m/s
Pd = dynamiskt tryck, Pa
Där
Pt = totalt tryck, Pa
P = Värmeeffekt kW
Δh = entalpiförändring
Tryckförluster
qv = luftflöde m fuktig luft/s
3
ρt = densitet kg torr luft/m3 fuktig luft
ΔPλ = λ .
Blandning av två luftflöden
Där
L.ρ. 2
v
d 2
d = kanaldiameter, m
m .x +m .x
B = 1 m1+ m2 2
1
2
L = kanallängd, m
v = lufthastighet, m/s
ρ = densiteten, kg/m3
Där
B = Blandpunkt kg/kg
λ = friktionsfaktorn beroende av Reynoldstal eller
m, och m2 = luftmängd i punkt 1 och 2
grovheten på ytan på kanalväggen
För att beräkna friktionsfaktorn (λ) används
Strömningslära
följande formler:
Reynolds tal
Vid laminär strömning (Re ≤ 2320):
λ = 64
Re
Re = wd
υ
Vid turbulent strömning (Re ≥ 2320):
1 = 1,14 – 2log . k
d
λ
Där
w = fluidens medelhastighet m/s
L = en för kroppen karakteristisk längd
Där
(vid rörström är L = d = rörets diameter m)
k = ytans skrovlighet på kanalväggen, mm
υ = fluidens kinematiska viskositet m2/s
d = kanaldiametern, m
Bernoulli´s förenklade ekvation
Tryckförluster orsakad av kanalförändring
Ps 1 . 2
+
v = konstant
ρ 2
Följande formel används för att beräkna tryckförlusten:
Där
ΔPf = ζ .
Ps = statiskt tryck, Pa
ρ. 2
v
2
ρ = densitet, kg/m3
Där
v = lufthastighet, m/s
ζ = engångsförlustkoefficienten
ρ = densiteten, kg/m3
Om formeln ovan multipliceras med densitet får vi följande ekvation.
v = lufthastighet, m/s
164
Bernoulli´s utvidgade ekvation
För ett cirkulärt rör:
ρ . v12
ρ . v22
P1 +
+ ρgh1 = P2 +
+ ρgh2 + ΔPλ
2
2
t1
Temperaturvariation
t2
Där
P = statiska trycken refererat till höjdnivån h = 0, Pa
ρ = densitet, kg/m3
Q
r1
v = lufthastighet, m/s
g = acceleration vid fritt fall, m/s
2
h = höjd, m
ΔPf = tryckförluster, Pa
r2
ρ . v = Dynamiska trycket
2
2
ρgh = Höjdtryck
Q = -2π . r . λ . dt [W]
dr
Värmeöverföring
Men, då Q är oberoende av r fås vid integration värmeflödet
per längdenhet till
Fouriers lag
q = -λ .
Q = -2π . λ .
dt
[W/m2]
dn
t2 – t1
r [W]
ln r2
1
Isolationsfaktorn
Där
λ är materialets termiska konduktivitet
dt är temperaturgradienten i ytnormalens riktning.
dn
kb = (ts - ti)
(te - ti)
Där
För en plan vägg erhålls:
q = –λ .
ti = Luftens temperatur inuti aggregatet
dt
(t –t )
(t –t )
= –λ . 2 1 = λ . 1 2
dy
δ
δ
te = Omgivningens temperatur
[W/m2]
ts = Aggregatdelens lägsta yttemperatur
Kylprocesser
δ
Kylprocessen
Q = m . (hc - hb)
q
Där
t1
Q = Kylkapacitet kW
m = köldmediets massflöde kg/s
hc - hb = entalpiförändring från b till c,
t2
y
Fläkt Woods
se bild på sidan 34
165
Effektbehov
Tillskottsvärme
P = m . (hd - hc)
Qrest = (1 – ηårsmedel) . Qtot
100
Där
Där
P = Effektbehov kW
m = köldmediets massflöde
(hd - hc) = entalpiförändring från c till d,
värmeåtervinnare
se bild på sidan 34
värmeåtervinnaren, °C
Qrest = årsvärmebehovet, kWh/år med
ηårsmedel = årsmedelsverkningsgraden för
Qtot = årsvärmebehovet, kWh/år utan
Kylfaktorn
COPk =
värmeåtervinnare
Q m . (hc - hb)
=
P m . (hd - hc)
Verkningsgrad
t22 – t21
t11 – t21
Där
ηt =
COPk = Köldfaktor
Q = Kylkapacitet kW
P = Effektbehov kW
x –x
ηx = x 22 x 21
11 – 21
COPk =
(hc - hb)
(hd - hc)
Beteckningar
q = Luftflöde m3/s
t
= Temperatur °C
ϕ = Luftens relativa fuktighet %
ηt = Temperaturverkningsgrad, %
ηx = Fuktverkningsgrad, %
Värmefaktorn
COPv =
(hd - ha)
(hd - hc)
Index
1 = frånluftssida
2 = tilluftssida
11 = frånluft, inlopp
12 = frånluft, utlopp
21 = tilluft, inlopp
22 = tilluft, utlopp
Eftersom (hd - ha) = (hc - hb) + (hd - hc)
blir som följer att COPv = COPk + 1
Värme- och kylåtervinning
Årsvärmebehov
Värmeöverföringsenheter
Qtot = q . ρ . cp . antalet gradtimmar
Antalet värmeöverföringsenheter tecknas:
Ntu= α · F
Cmin
Där
Cmin = qmin · ρ · Cp
Qtot = årsvärmebehovet, kWh/år utan värmeåtervinnare
q = luftflöde m3/s
ρ = densitet kg/m3
cp = specifikt värme, J/kg . °C
Där
α = värmeövergångskoefficienten W/m2 °C
F = värmeöverförande yta, en sida m2
ρ = densitet kg/m3
qmin = lägsta flödet m3/s
Cp = den specifika värmefaktorn
166
Ljud
Ljudtrycksnivå utomhus
Ljudtrycksnivå
Ljudtrycksnivån vid radien r från ljudkällan anges som:
Lp = Lw – 10 log 2πr2
Ljudtrycksnivån definieras som
Lp = 20 log ( P ) = 20 log ( .P )
P0
2 10
Där
-5
Lp = Ljudtrycksnivå, dB
Lw = Ljudeffektsnivån, dB
r = Radien, m
Där
Lp = Ljudtrycksnivå, dB
P = Ljudtrycket, Pa
P0 = Referensvärde, Pa
Ljudadsorption i ett rum
Ljudeffektsnivå
A = A1·α1 + A2.·α2 + A3·α3 + … + An· αn
Ljudeffektsnivån definieras som
Där
Lw = 10 log ( W ) = 10log ( W-12 )
W0
10
A = Ekvivalent ljudabsorptionsområde, m2
A1-n = Område för de individuella ytorna i rummet
α = Ljudabsorptionkoefficient
Där
Lw = Ljudeffektsnivå, dB
W = Ljudeffekt, W
W0 = Referensvärde, W
Efterklangstid
T = 0.16 · V
A
Addition av ljudnivåer
1
Där
2
Lp = 10 log (10 ( Lp10 ) + 10 ( Lp10 ) )
T = Efterklangstid, s
V = Rumsvolymen, m3
Ljudhastighet
A = Ekvivalent ljudabsorptionsområde, m2
c=fλ
Fläktar
Där
Fläktlagar
c = Hastigheten, m/s
f = Frekvens, Hz
λ = Våglängd, m
q
n
Flödet q 1 = n1
2
2
Trycket
Δp1 n1 2
=( )
Δp2 n2
Lp = Lw – 10 log A
Effekten
P1 n1 3
=( )
n2
P2
Där
Där
Lp = Ljudtrycksnivå, dB
Lw = Ljudeffektsnivån, dB
Α = Kanalens tvärsnittsarea, m2
q = Luftflöde, m3/s
Ljudtrycksnivå i kanal
Ljudtrycksnivå i en kanal:
n = Varvtal, varv/min
p = Tryck, Pa
p = Effekt, kW
Fläkt Woods
167
Temperaturökning vid motorer med remdrift
Systemkarakteristiken för ett
normalt kanalsystem
. ptf
Δt = ρ . η kp
. ηm . ηtr . cp
f
P = P0 + k . q n
Där
Där
kp = Kompressibilitetsfaktorn som är försumbar
Δt = Temperaturökning, °C eller K
P = Tryck, Pa
ptf = Fläktens totala tryckökning, Pa
P0 = Trycket vid noll flöde, det konstanta trycket, Pa
ηf = Fläktens verkningsgrad
k = systemkonstanten
ηm = Motorns verkningsgrad
n = systemexponent, vilken normalt ligger nära 2.
ηtr = Transmissions verkningsgrad
ρ = Luftens densitet, kg/m3
Fläktens verkningsgrad
Cp = Den specifika värmefaktorn
.
.
ηf = Pf = kp qvi ptf
PR
PR
Effekt för roterande maskiner
Där
P= M . f
ηf = Fläktverkningsgrad, %
Där
Pf = Effekt, W
P = Effekt, W
PR = Fläkthjulets effekt, W
kp = Kompressibilitetsfaktorn
M = Moment, Nm
qvi = Fläktens luftflödet vid inloppet, m3/s
f = Frekvens, Hz
ptf = Fläktens totala tryckökning, Pa
Ljudeffektsnivå per oktavband
Temperaturökning genom fläkten
LWokt(s) = LWA + Kokt(s)
.
Δt =ρkp. ηP. tfcp
Där
Där
LWokt(s) = Ljudeffektsnivå per oltavband, dB
Δt = Temperaturökning, °C eller K
LWA = A-vägda ljudeffektsnivåer, dB
kp = Kompressibilitetsfaktorn som är försumbar
Kokt(s)= Kokt är en faktor för att korrigera varje
enskilt oktavband beroende på fläktens varvtal.
ptf = Fläktens totala tryckökning, Pa
η = Fläktens verkningsgrad
Starttid för motorer utan frekvensomriktare
ρ = Luftens densitet, kg/m3
Cp = Den specifika värmefaktorn
Som tumregel kan vi uppskatta ρ = 1.2, η = 0.80 och
För att beräkna starttiden:
Cp = 1008 och därför
a)
Välj motor med märkuteffekt, P, baserad på
fläktens effektbehov, Pf, vid normal arbetspunkt,
Δt ≈ P/1000 eller 1°C per 1000Pa.
(= öppna ledskenor/spjäll).
b)
I formeln för beräkning av starttid sätts värdet på
Pf = fläktens effektbehov vid stängda
ledskenor/spjäll.
Använd följande formel:
J . nf2 . 10-3
t=
M
M
46 ( P ( max + st) - Pf )
M
M
Den beräknade starttiden är den tid det tar att accelerera
fläkten från stillastående till fullt varvtal.
168
Fläkteleffekten
För att beräkna starttiden för Y/D-start använd
följande formel:
ηfläkt
J . nf2 . 10-3
t=
1 x Mmax 1 x Mst
46 ( P (
+
) + Pf )
3
M
4 M
Pfläkt
ηtransm
ηmotor
Den beräknade starttiden är den tid som Y/D-kopplaren
qfläkt x Δpfläkt
skall ligga i Y-läge för att fläkten skall nå ca 90 % av fullt
varvtal. Därefter slås den över till D-läge.
Vid Y/D-start måste man också kontrollera att motorns
ηregl
moment är högre än fläktens under Y-fasen.
Beteckningar
Pnät
P = motorns märkuteffekt kW
Pf = fläktens effektbehov vid driftvarvtal kW
Beräkning av fläkteleffekt, Pnät
(Inkl.ev. remväxelförluster vid remdrift)
qfläkt . Δpfläkt
Pnät = η
η
.
fläkt
transmission . ηmotor . ηregler . 1000
PY/D = lägsta motoreffekt vid vilken Y/D-start är möjlig kW
Mst/M = Kvoten av motorns start- och normalmoment
Mmax/M = Kvoten av motorns max- och normalmoment
ηf = motorns driftvarvtal rpm
η = verkningsgrader för fläkt, transmission, motor och
J = systemets tröghetsmoment hänfört till fläktaxeln kgm2
reglerutrustning (se fig).
För aggregat med roterande värmeväxlare skall vid beräk-
SFP
ning av näteffekten till frånluftsfläktens motor, läckage och
renblåsningsflöde ingå. Även den eventuella strypning på
frånluftssidan som behövs för att uppnå rätt tryckbalans
Specifik fläkteleffekt för en hel byggnad
och läckageriktning i aggregatet skall inräknas.
ΣP
SFP = q nät
max
Tryck
SFP = byggnadens specifika fläkteleffektbehov
p = F= ρ
A
Pnät = summan av tillförd eleffekt till byggnadens
samtliga fläktar, kW
. g.h.A
=ρ.g.h
A
qmax = byggnadens största projekterade mätbara
Där
till- eller flånluftsflöde, m3/s
p = Trycket, Pa
F = Kraften, N
A = Arean, mm2
ρ = Densitet, mm3
g = Acceleration vid fritt fall, m/s2
h = Höjd, m
SFPv
Specifik fläkteleffekt för värmeåtervinningsaggregat med till- och frånluftsfläktar
SFPv =
Pnät
+P
nätFF
TF
qmax
Volymflöde
qv = A . v
SFPv = värmeåtervinningsaggregatets specifika fläkteleffektbehov kW/(m /s)
3
Pnät
Pnät
TF
FF
= tilluftsfläktens fläkteleffekt, kW
Där
A = Tvärsnittsarean, m2
v = Hastighet, m/s
= frånluftsfläktens fläkteleffekt, kW
qmax = aggregatets största till- eller frånluftsflöde, m /s
3
Fläkt Woods
169
Källförteckning
• Fläkt Woods dokumentation
− Syftet med luftbehandling, SEFLE 4267 SE 2001.12
− Luftegenskaper, SEFLE 4268 SE 2001.12
− Luftbehandlingspeocesser, SEFLE 4269 SE 2002.08
− Kylning, SEFLE 4270 SE 2002.08
− Strömningslära – Värmeöverföring – Batteriteknik, SEFLE 4271 SE 2001.06
− Ljud, SEFLE 4272 SE 2002.08
− Mätteknik och Standarder, SEFLE 4274 SE 2000.10
− Spjäll, SEFLE 4275 SE 2002.08
− Filter, SEFLE 4276 GB 2002.08
− Värmeåtervinnare, SEFLE 4279 SE 2002.08
− Luftbefuktare, SEFLE 4280 SE 2002.08
− Fläktar, SEFLE 4282 SE 2001.12
− Indirekt evaporativ kyla, SEFLE 4283 SE 2002.07
− Elektrisk teknologi, SEFLE 4290 SE 2002.02
• Fläkt Woods Inneklimatsystem, FWG–Inneklimathandbok–SE–08-8686
• Fläkt Woods Produktkatalog
− Luftbehandlingsaggregat EU, Fläkt Woods 8009SE 2007.10
− Luftbehandlingsaggregat EC, Fläkt Woods 8376SE 2007.08
• Basics of modern fan and ventilation technology, ABB SEIND Dep. FMVM 1997-09 100
• Anställda vid Fläkt Woods AB
• Modern Reglerteknik, 2:a upplagan Liber ISBN-91-47-01305-2, 1999
• Regler handbok, ISBN-91-643-0630-6
170
Anteckningar
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
Fläkt Woods
Anteckningar
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
172
Anteckningar
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
Fläkt Woods
Anteckningar
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
174
Anteckningar
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
Fläkt Woods
Anteckningar
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
176
We Bring Air to Life
Fläkt Woods Group
kan erbjuda ett
komplett sortiment
av produkter
och lösningar
för ventilation,
luftbehandling och
industriell luftteknik
Försäljningskontor
Luleå
Skellefteå
0920-25 83 30
0910-393 36
Umeå
090-71 40 90
Sundsvall
060-67 82 80
Uppsala
018-67 79 40
Västerås
021-83 10 00
Sollentuna
08-626 49 00
Karlstad
054-12 09 50
Örebro
019-26 15 80
Norrköping
011-32 02 50
Jönköping
036-19 30 00
Växjö
Kalmar
0470-71 77 00
0480-156 66
Göteborg
031-83 65 30
Halmstad
035-15 71 20
Helsingborg 042-26 91 80
FWG-ClimaFläkt Chillers Catalogue-SE 2009.03-8399
© Copyright 2009 Fläkt Woods Group
Condesign
Malmö
Fläkt Woods AB
Kung Hans väg 12
SE-192 68 Sollentuna
Tel. 0771-26 26 26
www.flaktwoods.se
036-19 30 00