Denne oppgaven omhandler et plenumbasert omrøringsventilasjon løsning. Dette plenumbaserte ventilasjonssystemet er utstyrt med en perforert aluminiumshimling med en lufttett akustisk duk og en innfelte diffusor i himlingplaten. Himlingsvolumet blir brukt som tilluftskanal og har eksponert termiske masser i betongdekket i taket. Denne løsningen har blitt testet og dokumentert av Sintef som svært effektiv i forhold til kjøling uten å gå på bekostning av inneklimaet. Det har også blitt vist gjennom simuleringsresultater fra Sintef at det er mulig å eliminere all mekanisk kjøling ved hjelp av nattventilasjon og avkjøling av betongen i taket i plenumet. Firmaet Energi&miljø AS bruker en slik tilluftsløsning i deres system kalt «kjølehimling». De ønsket å undersøke muligheten for å bruke varmluftsoppvarming i denne typen ventilasjonsløsning. Som case er det tatt utgangspunkt i et reelt kontor i Statens Hus i Stavanger som bruker denne ventilasjonsløsningen. Kontoret ble implementert i programvaren EnergyPlus, et avansert amerikansk simuleringsverktøy, som skal være blant de mest fleksible i forhold til modelleringsvalg. Det ble utviklet en modell med konvensjonell oppvarming for å sammenligne med en modell som brukte varmluftsoppvarming i kombinasjon med en omluftstrategi for å minimere lufttemperaturøkningen. For å evaluere systemet ble ulike endringer gjort på modellen for å skille ut effektene av termisk lagring i dekket og aluminiumshimlingens varmeoverføringsegenskaper. Ved å erstatte aluminiumshimlingen med en standard 10 mm isolasjonshimling kunne effekten av bruken av aluminium vurderes. Isolasjon ble plassert i taket for å undersøke den termiske lagringen i betongdekket, fordi isolasjonen delvis vil eliminere denne effekten, på grunn av lav konduktivitet og lav diffusivitet. Løsningen med isolasjon i taket kan også grovt sammenlignes med et standardsystem med tilluftkanal montert direkte i himlingen Det ble gjort grundige simuleringer på tre utvalgte dager som skulle representere ulike typer klima og som dermed skulle utfordre løsningen på forskjellige måter. De tre ulike dagene ble valgt fra klimadataen - den kaldeste dagen i året med et relativt stort soltilskudd, en relativ kald dag uten soltilskudd og den varmeste dagen i året med et stort soltilskudd. Disse dagene ble analysert med hensyn til luft- og operativtemperatur, varmefluks absorbert av himlingen, tillufts- og overflatetemperaturer, luftmengder og effekter på oppvarming. Modellene ble simulert over ett år, hvor energibruken til oppvarming, kjøling, vifter, pumper og interne laster ble evaluert. De ulike modellene ble deretter sammenlignet med hensyn til termisk komfort, energi- og effektbehov. Resultatene viste at løsningen med aluminium og eksponert betong i taket komme best ut i forhold til energibruk og termisk komfort. Den totale årlige energibruken var da 82,69 kWh/m2 12% lavere enn løsningen med standard isolasjonsplater mellom kontor og plenum. Den operative temperaturen oversteg ikke 26oC og lufttemperaturen oversteg ikke 24,5oC den varmeste dagen. Løsningen med isolasjon mellom plenum og kontoret vil gi det dårligste inneklimaet og den høyeste energibruken. Den operative temperaturen vil med en slik løsning overstige 27oC og lufttemperaturen vil overstige 26,5oC. Den totale årlige energibruken var 94,32 kWh/m2. Varmluftsoppvarming viste seg å ikke fungere i denne typen plenumbasert system fordi den krevde en femdobling av effekten til oppvarming sammenlignet med konvensjonell oppvarming. Med tilluftstemperaturer på 35oC inn i plenum resulterte det i en tilluftstemperatur på 22,5oC inn i kontoret. Settpunktet på 21oC ble ikke nådd på den relativt kalde dagen uten soltilskudd. Varmen ble absorbert i den eksponerte betongen i dekket og bidro bare med en temperaturøkning i betongoverflaten på 1oC, noe som er vanskelig å utnytte. Hovedgrunnen til dette er at konveksjonskonstanten i taket blir høy grunnet høyt luftskifte av volumet i himlingen. Dette, i kombinasjon med store temperaturforskjeller mellom overflate- og lufttemperatur, vil gir en høy varmeoverføring i taket, noe som fører til en økning på over 15 % i energibruk per kvadratmeter sammenliknet med et system som bruker en konvensjonell varmekilde plassert i kontoret. Det ble også oppdaget svakheter i simuleringsverktøyet EnergyPlus. Et materiale som aluminium med veldig høy konduktivitet ble under simulering observert til å oppføre seg mindre dynamisk enn forventet. På grunn av dette ble utvalgte verdier fra EnergyPlus brukt i en matematisk varmebalanse for å predikere himlingens overflatetemperatur. Deretter ble den simulerte himlingstemperaturen sammenlignet med den predikerte temperaturen. Denne sammenligningen viste ulik oppførsel av overflatetemperaturen i himlingen for den predikerte og den simulerte temperaturen. Grunnen til dette er trolig at tidsskrittet ikke er tilstrekkelig lavt. Det laveste tidsskrittet i EnergyPlus er på 60 sekunder, noe som er altfor stort til å klare registrere aluminiumens hurtige temperaturendringer. Energibehovresultatet ble i laveste laget sammenlignet med simuleringer gjort av Energi&miljø som simulerte en energibruk på 114kWh/m2. Det var spesielt oppvarmingsbehovet som var veldig lavt. Dette skyldes trolig at det ikke var implementert solavskjerming i det sydvendte kontoret, og at det er konstant tilstedeværelse av en person, lys og utstyr. Det ble derfor også gjort en simulering av et nordvendt kontor for å undersøke forskjellen i oppvarmingsbehov, det ble også vist med ved implementering en liten pause og en lunsjpause. Dersom det var mulig skulle det opprinnelig også innhentes måledata fra termiske masser. Disse dataene skulle brukes til verifisering av simuleringsresultatene. Dette viste seg dessverre å være vanskelig da Energi&miljø ikke hadde startet målinger av betongtemperaturer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ntnu-19339 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Gram, Fredrik |
| Publisher | Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Institutt for energi- og prosessteknikk, Institutt for energi- og prosessteknikk |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Norwegian |
| Detected Language | Norwegian |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0023 seconds