Transcript Tilluftsradiatorer del 2, artikel i Energi & Miljö april 2012

teknik och forskning
Artikelförfattare jonN are myhren
Företag
Högskolan Dalarna
Kontakt
[email protected]
Tilluftsradiatorer, del 2:
Påverkan på inneklimatet
och energianvändningen
I ett forskningsprojekt för att utveckla rumsvärmare anpassade för
sänkt framledningstemperatur utan att kompromissa med värmeavgivningen eller inomhusklimatet, har tilluftsradiatorer optimerats
med hjälp av CFD-simuleringar och mätningar i klimatsimulator.
Detta är den andra artikeln av två om studien, del 1 publicerades i Energi & Miljö nr 3/12.
av denna artikelserie visades att ett byte av traditionella radiatorer
mot tilluftsradiatorer kan möjliggöra en
lägre framledningstemperatur i värmesystem samtidigt som total värmeeffekt och
termisk komfort kan bibehållas. Undersökningarna gjordes med CFD-simuleringar
(Computational Fluid Dynamics) och mätningar i laboratorium i ett projekt på KTH
Byggvetenskap med stöd från Statens energimyndighet (STEM).
I denna sista del redovisas vad den verkliga energibesparingen kunde ha blivit i en
byggnad där tilluftsradiatorers potential
utnyttjas. Jämförelser av specifik energianvändning mellan olika systemlösningar har
gjorts i en studie utförd i samarbete med
Sveriges tekniska forskningsinstitut (SP)
och Trä- och Möbelföretagen (TMF).
I första delen
Verkliga energibesparingar med
tilluftsradiatorer
TMF tog för några år sedan fram ett program tillsammans med SP för att beräkna
den totala energianvändningen i en byggnad
över ett år beroende på byggnadsfysik, val
av ventilations- och värmesystem och interna värmelaster [1]. Syftet med programmet
var att säkerställa att byggnader uppnår
energikraven i Boverkets Byggregler (BBR).
Programmet, som inte favoriserar någon
systemlösning, är baserat på SS-EN ISO
13790:2008 och har använts i rapporter
från till exempel Elforsk [2].
Ett samarbete mellan SP och vår forsk74
ningsgrupp vid Avdelningen för Strömningsoch klimatteknik (KTH) har lett till att til�luftsradiatorer har införts i programmet.
Tabell 1 (sidan 76) presenterar en körning
med programmet där flera systemlösningar
har genomförts för en typisk enfamiljs villa
i Sverige (alla kombinationer gav samma
totala värmeavgivning). Figur 1 illustrerar
principen för fyra av dessa system, tilluftsradiatorer inkluderat. Nedan följer en lista
över byggnadsfysikaliska data för byggnaden, specifikationer över relevanta installationer (som nya och rena), klimatdata och
användarindata (i linje med BBR).
Klimat
w Klimatzon 3
w Genomsnittlig utomhustemperatur: 8 °C
Byggnad och installationer
w Atemp: 130 m2
w Ventilationsflöde: 45,5 l/s
w Inomhustemperatur: 21 °C
w UAtot: 89,1 W/K
w Tidskonstant: 57 h
w Effektbehov vid DUT: 4,66 kW
w Lufttäthet: 0,8 l/(s m2)
w Traditionella radiatorer: Modul 21, längd
∙
600 mm, höjd 500 mm
w Tilluftsradiatorer: samma dimension som
ovan, med rumsluftsinblandning
w Nyutvecklad testmodell: samma dimensioner som ovan
w Massflöde i radiatorkrets: 0,01 kg/s (tvårörssystem)
Användarindata
w Interna värmelaster: fyra personer à
80 W/person, 14 timmar per dag
w Tappvarmvatten per person och år
(60 °C): 16 m3
w Hushållsel: 6 063 kWh/år
I just detta hus kunde ett byte av fem traditionella radiatorer med luftintag över fönster mot tilluftsradiatorer med rumsluftinblandning möjliggöra en temperatursänkning av framledningsvattnet på 13–14 °C
(fall fem till sex och fall åtta till tio). I systemlösningen med frånluftsvärmepump
gav detta i sin tur en sänkning av den specifika energianvändingen från 55 kWh/m2
till 50 kWh/m2, eller från 41 kWh/m2 till
37 kWh/m2 med bergvärmepump.
Oberoende av värmepumptyp blev sänkningen av den specifika energianvändningen ungefär tio procent. Om man ser på
uppvärmning isolerat (exklusive ventilation och tappvarmvatten) blev besparingen
12–13 procent (detta kan inte läsas direkt ur
tabellen).
Orsaken till att bara fem av totalt tio
enheter blev utbytta var att varje tilluftsradiator optimalt tar in åtta till tio liter ventilationsluft per sekund. Då ventilationsbehovet var på 45,5 l/s var byte av fem enheter
lämpligast. Klarar inte tilluftsradiatorerna
hela uppvärmningsbehovet, som i det här
huset, måste man alltså ha en kombination
med andra värmeavgivare.
Kombinationen av nya effektivare til�luftsradiatorer (vår testmodell) och traEnergi&Miljö nr 4 april 2012
Fall 1 i tabell 1
F + elradiatorer
Fall 3 i tabell 1
FTX + fjärrvärme + traditionella radiatorer
Fall 6 och 7 i tabell 1
FX + tilluftsradiatorer
Fall 10 och 11 i tabell 1
F + bergvärme + tilluftsradiatorer
Figur 5: Skisser över principen för utvalda kombinationer mellan ventilations- och värmesystem som beskrivet i Tabell 1 (förkortningar i
figuren är utskrivna i tabellen).
ditionella radiatorer var inte optimal på
grund av att effekten hos de traditionella
radiatorerna försämras avsevärt vid lägre
framledningstemperatur. I fall sju och elva
kunde vi därför bara sänka framledningstemperaturen med ytterligare 2 °C i förhållande till fall sex och tio. Vår testmodell
skulle troligtvis må bättre i hus med ännu
lägre uppvärmningsbehov så att man undviker någon kombination alls, eller alternativt i kombination med system som klarar
av samma låga framledningstemperatur (se
figur 1, del 1). En kombination med golvvärme, till exempel, är mycket intressant
då denna skulle vare idealisk i system med
värmepumpar och alternativa energikällor
som solvärme. Kombinationen skulle dessutom ha snabb termisk respons vid temperaturförändringar och ge möjlighet att hålla
hög ventilationsgrad utan fara för kallt drag.
nr 4 april 2012 Energi&Miljö
Exakt vilken energianvändning man
skulle hamna på i ett hus med nya effektivare tilluftsradiatorer och golvvärme är dock
svårt att beräkna med TMF-programmet.
En diskussion runt detta finns emellertid i
vår forskning [3].
Två systemlösningar med balanserad
ventilation (FTX) togs med i undersökningen (se principskiss i figur 5). Många hävdar
att FTX är nödvändigt för att klara BBRkraven även i mindre bostadshus.
En viktig slutsats i denna studie var att
energin man kunde återvinna om man bytte
från F- till FTX-ventilation var begränsad
jämfört med den elkraft det krävdes för att
driva extra tilluftsfläktar/värmeväxlare.
Den totala energibesparingen blev alltså
relativt liten. Om man hade värmepump i
detta hus var det mer effektivt att behålla
frånluftventilationen, byta från traditio-
nella radiatorer till tilluftsradiatorer och
utnyttja värmepumpens effektivitetshöjning vid sänkt framledningstemperatur.
Resultatet blev då höjd verkningsgrad på
värmesidan och totalt sett större energibesparing.
Vi kunde alltså visa att ventilationssystemet indirekt kunde göra värmesystemet
effektivare. Detta var mycket tack vare
energiprogrammet från TMF som visar hur
komponenter samverkar med varandra och
ger en bild av hur hela byggnaden fungerar.
Implementeringsstudie pågår
Vi har sett att dagens tilluftsradiatorer kan
ingå i systemlösningar som uppfyller nuvarande BBR-krav och samtidig säkerställer
rikligt med friskluft till bostaden (byggnaden) utan risk för kallt drag.
Vidare har vi upptäckt spännande
»
75
teknik och forskning
Tabell 1
Fall
Värmeproduktion
Ventilationssystem
VärmeavgivareElåtgång
(Värmepump)
(specifikation)
(fram/retur temp)
(för fläktar)
[kWh/m2]
1
-
Frånluftsventilation (F) Elradiatorer (El)
Total energiåtgång
(BBR krav)
[kWh/m2]
126 (4)
126 (55)
2
Fjärrvärme
Frånluftsventilation (F) 10 traditionella
radiatorer (55/45 °C)
(Trad)
5 (4)
127 (110)
3
Fjärrvärme
Balanserad ventilation
med värmeåtervinning (FTX) 10 traditionella
radiatorer (55/45 °C)
(Trad)
10 (9)
104 (110)
4
Fjärrvärme och
frånluftsvärmepump
(FJV1800)
Frånluftsventilation
med värme-
återvinning (FX)
10 traditionella
radiatorer (55/45 °C)
(Trad)
51 (6)
79 (110)
5
Frånluftsvärmepump
(CZ CE50 ECO)
Frånluftsventilation
med värme-
återvinning (FX)
10 traditionella
55 (6)
radiatorer (55/45 °C) (Trad)
55 (55)
6
Frånluftsvärmepump
(CZ CE50 ECO)
Frånluftsventilation
med värme-
återvinning (FX)
5 tilluftsradiatorer
5 traditionella radiatorer
(42/35 °C) (tilluft)
50 (6)
50 (55)
7
Frånluftsvärmepump
(CZ CE50 ECO)
Frånluftsventilation
med värme-
återvinning (FX) 5 nyutvecklade testmodeller
5 traditionella radiatorer
(40/33 °C) (tilluft)
49 (6)
49 (55)
8
Bergvärmepump
Frånluftsventilation (F)
(IVT HE6)
10 traditionella
radiatorer (55/45 °C)
(Trad)
41 (4)
41 (55)
9
Bergvärmepump
Balanserad ventilation
(IVT HE6)
med värmeåtervinning (FTX)
10 traditionella
radiatorer (55/45 °C)
(Trad)
40 (9)
40 (55)
1 0
Bergvärmepump
Frånluftsventilation (F)
(IVT HE6)
5 tilluftsradiatorer
5 traditionella radiatorer
(41/34 °C) (tilluft)
37 (4)
37 (55)
11
Bergvärmepump
Frånluftsventilation (F)
(IVT HE6)
5 nyutvecklade testmodeller
5 traditionella radiatorer
(39/32 °C) (tilluft)
37 (4)
37 (55)
Tabell 1: Total årlig (specifik) energianvändning för ventilation, uppvärmning, och tappvarmvatten med olika kombinationer mellan
ventilation och värmesystem i en villa. Observera att hushållsel inte är medräknat. Med elåtgång menas energianvändning för drift av
installationer såsom värmepumpar, cirkulationspumpar och fläktar. Mekanismerna som möjliggör sänkning av framledningstemperaturen i system med tilluftradiatorer är beskrivna i första delen av artikelserien.
outnyttjade egenskaper vid vår nya testmodell. Därför jobbar vi just nu med en implementeringsstudie i samarbete med NCC.
Kombinationen testmodell och golvvärme
kommer att testas över uppvärmningssäsongen i riktiga byggnader och jämföras
med andra lösningar.
Syftet är att övervaka energianvändningen, men också att få bättre förståelse
för praktiska fördelar och nackdelar med
systemlösningen. Vi hoppas till exempel
att vår nya testmodell ska vara speciellt
användbar i hus med behovsstyrd venti76
lation. Vi vet redan att tilluftsradiatorer
mo-mentant avger mer eller mindre värme
beroende på ändringar i ventilationsflödet.
Detta bör kunna utnyttjas för att styra ventilationsgraden beroende på personbelastningen och ytterligare sänka energianvändningen [3].
Såväl Energimyndigheten (STEM) som
Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond
(SBUF) stöder fortsättningen av projektet. Författaren samarbetar här med KTH
Byggvetenskap från sin nuvarande anställning på Högskolan Dalarna.
Referenser
1 TMF Energi version 2.1, Trä- och Möbelföretagen (TMF), 2010
2 Energianvändning i flerbostadshus och lokaler – I dag och i nära framtid, Elforsk rapport 08:32
3 J. A. Myhren, Potential of Ventilation Radiators: Performance assessment by numerical, analytical and experimental investigations (doctoral thesis), KTH Royal Institute
of Technology, ISBN 978-91-7415-940-0.
Energi&Miljö nr 4 april 2012