Textilkanaler - cloudfront.net

Textilkanaler
– lågimpuls eller undanträngande ventilation?
(Del 1)
Det är sedan länge känt att textilkanaler (textildon) är ytterst lämpade att dragfritt tillföra
stora luftflöden. Det är också känt att de inte är lämpade för dragfri lufttillförsel vid större
temperaturdifferens än 3°C (mätt som skillnaden mellan den tillförda luften och rumsluften). Frågan är om så alltid är fallet?
Av civilingeniör Carsten Jespersen, KE Fibertec AS
Carsten Jespersen, civilingeniör i inomhusklimat och energiekonomi vid Ålborgs Universitet.
Från 1996 försäljningschef och delägare i KE Fibertec AS Vejen, Danmark. Hos KE arbetar
f.n. 75 personer med utveckling, produktion och global försäljning av textilkanaler.
”Textilkanaler kan inte dimensioneras för mer än ca. 3°C temperaturskillnad mellan tilluft
och rumsluft utan att skapa drag. Därför är de inte lämpade att installeras i bl.a. kontor,
skolor och restauranger med kyld tilluft, eftersom luftmängden och därmed
ventilationsanläggningen blir orimligt stor för att uppfylla temperaturkravet”.
Den sortens uttalanden möter vi ofta i våra kontakter med konsulter och installatörer. Av
denna orsak startade KE Fibertec ett omfattande projekt på bl.a. Aalborgs Universitet.
Syftet var att klargöra om man överhuvudtaget kan kyla tilluften med större ∆T än 3°C, och
samtidigt klara komfortkraven i rumskategori A och B. Dessa innebär en max lufthastighet i
vistelsezonen på 0,15 m/s (kategori A) och 0,20 m/s (kategori B).
Fig 1: Textilkanaler installerade i storkök med krav på dragfri
lufttillförsel.
Funktion
För att kunna besvara ovanstående frågeställning är
det viktigt att förstå fysiken bakom textilkanalernas
funktion. Ofta nämns både undanträngande- och
lågimpulsprincipen, och det är inte för att förvirra eller
blanda samman begreppen. Det beror helt enkelt på
om textilkanalerna placeras ovanför eller under värmekällorna.
Om textilkanalen placeras horisontellt i tak så är det frågan om lågimpulsprincipen. Den
undertempererade luften diffunderar ut genom textilytan med mycket låg och jämn
hastighet, typiskt mindre än 0,1 m/s. Termiken (kall luft är tyngre än varm luft) får den
tillförda luften att sjunka mot golvet. I hela förloppet, från det att luften lämnar textilkanalen
och ner till vistelsezonen, sker en omblandning mellan den tillförda luften och rumsluften.
Därmed utjämnas temperaturskillnaden.
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]
I regel blir det mycket små temperaturdifferenser mellan golv och tak i likhet med den
lodräta temperaturprofil, som karaktäriserar omblandande ventilation.
Placeras textilkanalen däremot vertikalt på väggen eller lågt horisontellt i lokalen
(exempelvis på sidan av stora värmeavgivande maskiner), så är det frågan om den
undanträngande principen. Denna innebär att luften tilförs direkt i vistelsezonen, och
konvektionsströmmar från värmekällor orsakar en dimensionerande temperaturgradient på
upp till 2°C/m. De två strömningsbilderna nedan visar rökförsök enligt lågimpuls- och
undanträngande princip.
Fig 2: Rökförsök med horisontell textilkanal placerat vid tak (lågimpuls)
Fig 3: Rökförsök med textilkanal
monterad på vägg (undanträngande)
I bägge fallen är det frågan om passiva system, d.v.s ökas temperaturskillnaden, ∆T,
kommer luften under donet att accelereras, och det kan uppstå en stabil kalluftzon –
närzonen, under textilkanalen. Förhållandet i denna zon är primärt beroende av
parametrar som ∆T, luftflöde och rumshöjden, och i mindre grad av det statiska trycket.
Det är praktiskt taget omöjligt att tillföra luften med en sådan impuls att man kan uppnå en
effektiv spridning bort från närzonen, såvida inte textilkanalen görs aktiv genom
exempelvis ett par rader små Ø4,5 mm laserperforerade hål på ovansidan (se artikel om
oblandande ventilation).
Fullskaleförsök
Mot bakgrund av denna kunskap utförde vi en serie fullskaleförsök. Simuleringar i ett
typiskt cellkontor utfördes i syfte att påvisa sambanden mellan lufthastighet i närzonen
(området närmast under textilkanalen) som funktion av ∆T, luftflöde, och med en typisk
värmelast för kontor på 40-45 W/m² golvyta.
Kravspecifikationerna var följande:
- Rumsdimensioner (LxBxH): 4,25 x 2,5 x 2,9 m
- Värmelast: 400 W (max. 450 W)
- Max. lufthastighet vid arbetssplats: 0,15 m/s
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]
Utifrån traditionellt synsätt vad gäller textilkanaler, krävs det ca. 400 m³/h för att klara
kravspecifikationerna vid en temperaturskillnad på 3°C. Istället för att tänka i traditionella
banor med små temperaturdifferenser valde vi att variera ∆T från 3° till 7°C.
Fullskaleförsöken visar entydigt att också relativt stora temperaturdifferenser mellan tillförd
luft och rumsluft mycket väl kan fördelas dragfritt enligt lågimpulsprincipen. Vad som krävs
är en korrigering av kyleffekten per meter aktiv textilkanal. Man ska med andra ord
korrigera kyleffekten för den termiska accelerationen, vilken förorsakas av ett större ∆T.
Vid 3°C är det möjligt att tilföra 260 W/meter, medan det vid 6°C endast är möjligt att
tillföra 100 W/meter. Det krävs således en 2,6 gånger längre textilkanal för att klara
samma kyleffekt vid ∆T=6°C i förhållande till en traditionell lösning med ∆T=3°C. I
nedanstående diagram är sambandet mellan maximal kyleffekt per meter textilkanal
avbildat som funktion av ∆T och kraven på komfort.
Fig. 4: Diagram över max. kyleffekt per meter textilkanal
Kategori A = 0,15 m/s, kategori B = 0,20 m/s och kategori C = 0,25 m/s.
Referensorder till Digital
Med dessa nya erfarenheter lyckades KE Fibertec få en order på över 400 cellkontor till
Digitals skandinaviska huvudkontor i Oslo. De valde halvrunda KE-Interiør system istället
för en lösning med kylbafflar. Systemen till Digital dimensionerades för att klara en tillufttemperatur på 16°C vid en önskad rumstemperatur på 22-23°C, d.v.s. ett ∆T på 6°C.
Det ställdes även krav på max. lufthastighet 0,15 m/s vid arbetsplatserna. Enligt fig. 4 blev
textilkanalerna därför dimensionerade för max. 100 W/meter.
De första driftserfarenheterna har varit mycket positiva. Utöver god komfort har man
dessutom fått ett system med låg ljudnivå som är enkelt att underhålla.
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]
Lågimpuls eller undanträngande ventilation?
Valet mellan undanträngande- eller lågimpulsprincip och kylning med 3°C eller 6°C, beror
helt och hållet på kraven för respektive installation. Vår uppfattning är att den undanträngande principen endast är fördelaktigt i större lokaler (rumshöjd > 4,5 m) med stora
konvektiva värmekällor, såsom maskiner och liknande, placerade i vistelsezonen.
Lågimpulsprincipen däremot, är bäst lämpat vid jämt fördelade varmekällor (blandning av
belysning, personer, maskiner etc.). Följande tabell kan tillämpas som vägledning vid val
av lämplig lösning:
Placering av textilkanal
Rekommenderat ∆T
(kyla)
Komfortkrav
Lågt (undanträngande)
4°C¹ (12°C)
0,20 – 0,25 m/s
Tak (lågimpuls)
3°C
0,15 m/s
Tak (lågimpuls)
3-4°C
2-3°C
0,15 m/s
0,15 m/s
Storkök
Tak (lågimpuls)
6°C
3-4°C
0,20 m/s
0,15 m/s
Skolor
Tak (lågimpuls)
6°C
3°C
0,20 m/s
0,15 m/s
Kontor
Tak (lågimpuls)
6°C (< 45 W/m²)
3°C (> 45 W/m²)
0,15 m/s
0,15 m/s
Typ av installation
Tryckerier, plastfabriker
Livsmedelsfabriker
Laboratorier
-1
n < 5-10 h
-1
n > 10 h
¹)Inblåsning: 18°C, rumstemperatur 1,1 m över golv: 22°C, frånluft vid tak: Max. 30°C
Sammanfattning
De senaste erfarenheterna visar att textilkanaler är en effektiv lösning i medelbelastade
kontor motsvarende ett kylbehov på 40-45 W/m² golv och vid relativt stort ∆T på upp till
6°C. Därmed faller myten om att man endast kan tillföra luft med 3°C kylning enligt
lågimpulsprincipen. Den maximala kyleffektten per meter textilkanal måste dock korrigeras
enligt fig. 4. Annars finns risk för dragproblem i vistelsezonen. I lokaler med större
kylbehov än ca. 50 W/m² golvyta bör man enligt tidigare praxis alltid dimensionera
textilkanaler för max. 3°C undertemperatur. Detta gäller särskilt i lokaler med låg takhöjd
och höga komfortkrav, men så är det också möjligt att kyla upp till 200 W/m² golvyta utan
dragproblem.
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]
Textilkanaler
– även för omblandande ventilation
(Del 2)
Textilkanaler (textildon) är inte enbart vävda tygpåsar som relativt snabbt kan sättas igen i
smutsiga miljöer med dålig förfiltrering. I dag finns en mängd varianter med olika
egenskaper, både för lågimpuls- och omblandande ventilation. I tidigare artikel beskrevs
de passiva lågimpulssystemen. Den här gången handlar det om de nya, aktiva
textilkanaltyperna med omblandande egenskaper.
Av civilingeniör Carsten Jespersen, KE Fibertec AS
Carsten Jespersen, civilingeniör i inomhusklimat och energiekonomi vid Ålborgs Universitet.
Från 1996 försäljningschef och delägare i KE Fibertec AS Vejen, Danmark. Hos KE arbetar
f.n. 75 personer med utveckling, produktion och global försäljning av textilkanaler.
"Antingen - eller" har länge varit alternativen vad gäller textilbaserad ventilation. Antingen
valde man passiva tygkanaler, där luften ”läcker ut” genom hela ytan med mycket låg och
jämn hastighet. Eller så valde man de aktiva Inject-systemen, där perforerade hålrader
stansats i ett vaxduksliknande tätt material, och där luften tillförs med hög hastighet.
Med ny produktionsteknologi är det i dag möjligt att kombinera de två produkttyperna
beroende på kundens kravspecifikationer.
Tekniken går ut på att laserperforera hål eller placera dysor i textilen, och på så sätt
förändra produktegenskaperna. Ju fler hål/dysor, desto mer aktiv blir textilkanalerna.
Funktionen ändras därmed från ett passivt lågimpulssystem till ett aktivt omblandande
system. En fördel med den nya teknologin är att man kan dimensionera ett och samma
system till att vara passivt i några zoner och mer eller mindre aktivt i andra zoner.
Frågan är då när man ska välja rena Inject-hålsystem, när man ska välja DireJet-dysor,
och om de två systemen eventuellt kan kombineras med traditionella passiva textilkanalers
egenskaper? För att kunna besvara dessa frågor måste vi gå närmare in på skillnaderna
mellan de två systemens funktion.
Dysor eller hålperforering – aktiva system
Ett Inject-system består av en rad små hål placerade i bestämda grupper eller mönster.
Genom dessa kan luften tillföras med mycket hög hastighet på upp till 15 m/s utan
ljudproblem. Systemet kännetecknas av stor induktion, d.v.s. möjligheten att riva med och
blanda in rumsluft. Därmed uppnås en jämn luftfördelning i hela lokalen i både kyl- och
värmefall. P.g.a. den höga inblåsningshastigheten krävs en viss bromssträcka för att
undvika dragproblem i vistelsezonen. Därför erfordras det en rumshöjd på min 3 m (vid 15
m/s). En av nackdelarna med stor induktion är att kraften i strålen avtar relativt snabbt.
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]
Därför kan Inject-systemet inte tillämpas i mycket stora lokaler med krav på långa
kastlängder.
I stora lokaler bör däremot dyssystemet, DireJet, tillämpas. De koniska dysorna kan
placeras helt flexibelt. Antalet dysor och riktning är av bedtydelse för slutresultatet.
Grundläggande är att DireJet–dysan endast är hälften så inducerande som Inject-hålen.
Å andra sidan uppnås en mycket längre inträngningslängd i lokalen, vilket har stor
betydelse vid tillförsel av uppvärmd luft i stora lokaler.
Figur 1: Produktionslokal ventilerat med ett
standard Inject-system.
Ventilationstekniskt handlar det i båda fallen
om aktiva omblandande system, d.v.s.
systemen kännetecknas av att luften tillförs
med hög hastighet utanför vistelsezonen. Det
medför en tillströmning av rumsluft mot den
inblåsta luftstrålen. I takt med att mängden
inblandad rumsluft ökas (induktion), kommer
lufthastigheten att avta. Om systemet är
korrekt dimensionerat kommer den tillförda luftmängden att vara fulldständigt inblandad
med rumsluften innan den når vistelsezonen. Dimensionering av ”bromssträckan”, eller
rättare sagt kastlängden, sker efter samma principer som vid traditionella tilluftdon för
omblandande ventilation. Detta innebär följande:
a) Välj huvudriktning på luftstrålarna (mot tak, horisontellt eller nedåt).
b) Beräkna kastlängden när hastigheten har avtagit till ex. 0,2 m/s.
c) Gör en termisk korrektion av den isotermiska hastigheten
(beror på delta T (kylning/uppvärmning), antalet hål/dysor per meter och
inblåsningshastigheten, eller mer korrekt, det statiska övertrycket i textilkanalen).
d) Kontrollera den termiska inträngningslängden.
(kan impulsen i luftstrålen övervinna kastlängden eller ”droppar” den?).
I en konkret dimensioneringssituation bör dessa upplysningar vara tillgängliga med
hänvisning till producenten eller alternativt i produktkatalogen. Förfarandet är i princip det
samma oavsett om man väljer hålperforering eller dysor.
En typisk tillämpning för de två systemtyperna är industriell ventilation och för DireJets
(dyskanaler) del även industriell kylning, eftersom textilmaterialet är luftgenomträngligt och
därmed kondensfritt.
Aktiva eller passiva system?
Inledningsvis nämnde vi att ny produktionsteknologi har gjort det möjligt att laserperforera
hål i traditionella textilkanaler och på så vis tillföra den passiva textilkanalen helt nya
produktegenskaper. Det öppnar en ny värld av flexibilitet, men samtidigt är det oerhört
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]
viktigt, att man är medveten om systemets kravspecifikationer. Redan ett fåtal hålrader
eller dysor i en textilkanal ändrar fullständigt strömningsmodellen från ett passivt
lågimpuls-system till ett aktivt omblandande system. Denna skillnad framgår mycket tydligt
av de avbildade rökförsöken i figur 2, 3 och 4.
Fig 2: Rökförsök med lågimpulssystem. Luften diffunderar
långsamt ut genom textilytan och fortsätter direkt ner i
vistelsezonen.
Fig 3: Rökförsök där ca. 20% av luften tillförs genom laserperforerade Inject-hål. Luften fördelas ut med en större bredd.
Fig 4: Rökförsök med dyssystem där ca. 30% av luften tillförs
genom dysorna.
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]
Med kombinationssystemen är det alltså möjligt att göra en passiv lågimpulskanal aktiv.
På motsvarande sätt man reducera kastlängden i ett Inject/dyssystem genom att tillföra en
del av luften genom textilen. I nedanstående tabell visas en översikt av de olika
strömningsbilderna som uppstår genom kombinering av systemen:
Textilkanaltyp
Luft genom hål
Strömningsbild
Användning
Lågimpulskanal (textil)
(A)
0%
Luften faller direkt ner
under textilkanalen
Passiv termisk
undanträngning/lågimpuls
Inject/dyskanal (textil)
(B)
5-10% uppåt
Luften faller direkt ner
under textilkanalen
Bestrykning av taket pga.
kondensproblem
Inject/dyskanal (textil)
(C)
15-30% uppåt/sida
En delluftmängd faller
ner. Spridning 2-3 m
Spridning av närzonen
vid kylning > 5-6°C
Inject/dyskanal (textil)
(D)
> 40%
Luften sprids efter hålens
huvudriktning
Aktivt omblandning.
Beräknas enligt
kastlängdsprincipen
Redan vid en fördelning mellan tyg och hål på 60/40 är systemets funktion fullständigt
ändrat från ett passivt termiskt lågimpulssystem till ett aktivt omblandande system, vilket
beräknas enligt kastlängdsprincipen. Naturligvis kommer hastigheten och därmed
kastlängden att bli större om förhållandet ändras till 0/100, men principiellt ändrar det inte
strömningsbildens utseende.
Systemval
Som avslutning på denna miniserie om textilkanalers funktion visar vi en kort översikt av
de olika typerna och deras olika användningsområden:
Lågimpuls
Användning:
Dragfri lufttillförsel (0,15 m/s) i lokaler med stora luftomsättningar.
Kylning/upppvärmning: Endast till kyla/ventilation. Kan vid ∆T = 3°C dragfritt klara upp till
200 W/m² golvyta och vid ∆T = 6°C ca. 80 W/m².
Förfiltrering:
Minimum F7 förfilter med hänsyn till tvättfrekvensen.
Utförande:
Runt och halvrunt utförande till industriell kylning och till
komfortventilation.
Typiska installationer: Processlokaler i livsmedelsindustrin, laboratorier, tryckerier
storkök, skolor, kontor.
Inject-hålsystemet
Användning:
I lokaler med krav på jämn temperatur. Utjämnar
temperaturskillnaden mellan golv och tak i lokaler med en höjd
från 3-6 m. Säkerställer en jämn och energisnål ventilation.
Kylning/upppvärmning: Rekommenderat max. kyl/uppv.: ∆T = 8°C/6°C.
Förfiltrering:
Inte speciell känslig för svävstoff. Sätter inte igen.
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]
Typiska installationer: Bilverkstäder, butiker, simhallar, idrottshallar,
produktionslokaler (3-6 m rumshöjd).
DireJet-dys systemet
Användning:
Till ventilation av störe lokaler från 5 m och upp till 8-9 m höjd.
Dysorna kan vid tillverkning placeras i valfri riktning. Dessutom är
kanalmaterialet luftgenomsläppligt, vilket innebär att det håller sig
kondensfritt och fritt från irriterande svästoff på ovansidan.
Kylning/upppvärmning: Rekommenderat max. kyl/uppv.: ∆T = 10°C/8°C.
Förfiltrering:
God förfiltrering rekommenderas.
Typiska installationer: Bilverkstäder, lagerhallar, idrottshallar, produktionslokaler (5-9
m rumshöjd). Både processkylning och processventilation.
Kombinationssystemet – Inject-laser
Användning:
Göra traditionella textilkanaler mer aktiva vid exempelvis:
A) Att bestryka taket med 5-10% av luften för att undika kondens
B) Att reducera och sprida ev. kallras i närzonen direkt under
textilkanalen genom att tillföra 15-30% av luften genom Injecthålen.
C) Att säkerställa en optimal luftfördeling vid uppvärmningsbehov.
Kylning/upppvärmning: Rekommenderat max. kyl/uppv.: ∆T = 6°C/4°C.
Förfiltrering:
God förfiltrering rekommenderas, men kräver mindre tvätt och
underhåll än traditionella textilkanaler.
Typiska installationer: Primärt till komfortventilation i stora kontorsmiljöer, restauranger
och skolor.
KYL OCH VENTILATION SVANTE LUNDBÄCK AB Sturevägen 3 177 56 JÄRFÄLLA
Tel 08-580 181 00 Fax 08-584 404 11
Hemsida: www.kylovent-s-lundback.se E-post: [email protected]