Hvorfor lav SFP-faktor? Publisert i Norsk VVS nr Vifteenergi er også energi!

Transkript

1 Hvorfor av SF-faktor? ubisert i Norsk VVS r Vifteeergi er også eergi! Bjøruf Jese og Bjør R. Sørese Itegrert Bygigstekoogi Siviigeiørutaige i Narvik Lav SF-faktor betyr øveigvis ikke bere øsomhet. Det har i e seere ti vært fokusert å foreee me av SF-faktor i vetiasjosaegg. Imierti er ikke ae sier ve ee sake beyst tistrekkeig fori store eer av e eergie som går me ti rift av vifter tibakeføres ti ovarmig av vetiasjosufte. Hesikte me ee artikkee er å settes fokus å e reee kosekveser ve bruk av av SFfaktor.. Ieig I e seere ti har et vært fokusert mye å reuksjo av SF-faktore (SF Secific Fa ower). Lav SF betyr iirekte at trykkfaet i vetiasjossystemet må være avt. Dette har igje betyig for imesjoerig vag av ufthastigheter i kaaee og aggregat ivesterigskostaer og assbehov. I ee artikkee settes et fokus å ee viktige forho som har øye sammeheg me otesiaet for å sare eergi ve å reusere SF. Reuksjo av SF-faktore som et titak for å reusere eergiforbruket ti vetiasjo er øveigvis ikke ati ike øsomt. I ekete tifeer ka et faktisk være irekte uøsomt. Årsake ti ette er hovesakeig at e stor e av eergimege som går me ti rift av vifter gjevies i form av varme. Varmeæres første hovesetig gjeer sevføgeig også i ee sammehege. Ae ta omformes ti varme ete et er friksjosta ta.g.a. eketmotstaer eer are ta. Betyige av taee eer rettere sagt varmetiskuet.g.a. ta er tiigere ite iskutert. Dette har imierti stor betyig i forho ti otesiaet for eergisarig. I mage eer av aet er et store eer av året behov for ovarmig. Varmetiskuet fra taee vi reusere et irekte ovarmigsbehovet. I sike områer vi e reuksjo av SF-faktore være mire øsom e i områer er kjøig er vesetig. Varmetiskuet ti vetiasjosufte gruet uike ta varierer fra aegg ti aegg. Dette skyes b.a. at komoeter som viftemotor riftsoverførig og evt. frekvesomformer i oe tifeer er okaisert utefor aggregatet og i oe tifeer i seve uftstrømme. Lavere trykkfa i vetiasjosaegget ka oås ve å seke ufthastighetee.v.s. å øke imesjoee å aggregat og kaaer i forho ti et ma ormat rosjekterer. å ee måte ka SF-faktore reuseres. Større imesjoer betyr økte ivesterigskostaer og økt assbehov. assbehovet ka igje føre ti at økte bygigsmessige ivesteriger bir øveig. E bygigsmessig kostasøkig i form av eksemevis økt himigshøye vi bi stor. I ee artikkee beyses isse mometee reativt overfaisk. Viftee beytter eektrisk kraft og varmetiskuet.g.a. ta er erfor ikke feksibet m.h.t. eergikie. Det er i tiegg ofte kyttet effektkostaer ti ee eergie. Dette er faktorer som må tas me i e totavurerig av SF-faktore.

2 . emeratureriger gruet vifterift Før e reee beregigseksemee utyes er et øveig å ae et teoretisk beregigsgruag. Vi ser erfor først å e e teoretiske reasjoer meom temeratur eergi trykk og mege. ) C C HA C J A HE L A JE ) / 8 D 8 BH L J! I HEBJI L A HB HE C # ' # J H D $ '. HA L A I B H A H D B ' $ ' Figur : Driftsoverførig motor og frekvesomformer ka i oe tifeer være motert utefor og i oe tifeer i aggregatet (stiet ije markerer aggregatgresee). otat trykkøkig over vifte tisvarer trykkfaet gjeom vetiasjosaggregatet (AG) og aaettet () igig. rykkfaet over veti er i ette tifeet ikuert i kaatrykkfaet (se figur ): () V AG Som e tommefigerrege ka ma ata at trykkfaet over aggregatet er omtret ike stort som trykkfaet over kaaettet. () AG Beregigsgruaget ka imierti gjøres oe mer geeret ersom e ifører at trykkfaet over aggregatet utgjør x eer av et totae trykkfaet: AG x V ( x) V ()

3 De teoretiske effekt som ska ti for å rive vifte er: Φ V teor Q V (4) Virkeig tiført effekt fies ve å korrigere me e totae virkigsgrae: Q V ΦV virk η V tot () De totae virkigsgrae er sammesatt av virkigsgrae for seve vifte (η V ) virkigsgrae for riftsoverførige meom motor og vifte (η ) viftemotores virkigsgra (η m ) samt virkigsgrae for e evetue frekvesomformer (η f ). η η η η η V tot V m f () De varmeeffekt som.g.a. vifterift tiføres uftstrømme er ikke i ae tifeer ik virkeig tiført effekt ti vifterift. Dette avheger av hvorvit riftsoverførig motor og frekvesomformer er assert i uftstrømme eer å utsie av aggregatet. Vaigvis er frekvesomformere assert utefor aggregatet mes motor og evetue riftsoverførig er motert i aggregatet. Vi bør erfor skie meom tota virkigsgra ti rift av vifte (η Vtot ) og tota virkigsgra m.h.. varmeoveførig ti uftstrømme.g.a. vifterift (η). Når båe motor og frekvesomformer er assert i uftstrømme ka vi skrive η η η η η η (7) V tot V m f Dersom vi har e irekterevet vifte er riftsoverføriges virkigsgra (η ) ik.0. De ae av vifteeffekte som går me ti å heve ufttemerature bereges ut fra ifferase meom virkeig og teoretisk vifteeffekt: ΦV ΦV virk ΦV teor Q V (8) η Q V Q ρ c V (9) η emeraturøkige over vifte fies fra igig 9: V V (0) ρ c η At viftearbeie går over ti varme. Dette betyr at e totae temeraturøkige i vetiasjosaegget mius temeraturøkige over vifte er ik e samee temeraturøkige over aggregatkomoetee (eksk. vifte) og kaaer. emeraurøkige skyes friksjos- og støttasarbei. De totae temeraturøkige i vetiasjosaegget (år ae viftekomoetee er assert i uftstrømme) ka bereges fra igig : V tot () ρ c η V tot

4 Effekte.g.a. ta (eksk. ta fra vifte) som tiføres ufte i aggregatet er: Φ Q Q ρ c () AG AG AG emeraturøkig over aggregatkomoeter (eksk. vifte) gruet ta bir erme: AG V AG x ρ c ρ c () å tisvaree måte fies tibakeført effekt gruet ta og temeraturøkig i kaaettet: Φ Q Q ρ c (4) ρ c ρ c V ( ) () x Dersom vi atar at trykkfaet over aggregatkomoetee er omtret ike stort som trykkfaet over kaaettet (igig ) settes x0... Eergi Vi efierer føgee størreser (se også figur og ): VB : Driftsager i året for maksima utyttese av varmegjevier. Dette er et samme som ata riftsager et er behov for varmebatteri (VB). V : Driftsager i året ik. ørag og søag eksk. ferie. h V : riftstimer r. øg : riftsager r. uke. ) C C HA C J A H C L A JE ) % $ 8 ) 8 ) # )! 8 * " " 4 C * Figur : Obygig av vetiasjosaggregat (som tifee i figur ). 4

5 * H J L EBJA A BBA J D C I D C I A HJ 8 C A H! $ # C A H # "! 8 EBJA F I I A HE C EBA 8 * $ # JA JA F 8 *! " " EBA A ) / 8 # $ C / A L A J L EBJA A BBA C A H >! $ # C A H - > Figur : Varighetskurve og ieaisert eergiforbruk. Areaee (a) og (b) rereseterer eergiforbruk ti rift av h.h.v. avtrekks- og tiuftsvifte. Area (c) og () er gjevuet vifteeergi for h.h.v. avtrekks- og tiuftsvifte. Area (c) vi være u ersom et ikke fies varmegjevier. Se figur for symboforkarig. Eergi som går me ti rift av vifter (se figur ): E ΦV V hv ΦV A V hv () 7 7 E Q Q V A V A V hv ηv tot ηv tot A 7 (7) De eergie som tibakeføres ti vetiasjossystemet er: E Φ VB hv Φ gj A VB hv (8) 7 7

6 Effektee i igig 8 bereges fra: ( V AG ) ( ) (9) Φ Q ρ c Φ η (0) gj A Q ρ c gj V A AG A A Føgee uttrykk for tibakeført eergi ka erme settes o: E V z V A gj η z η η A A Q VB h V 7 () Størrese z er iført for å e eke måte å kue agi e ae av ta som ska tas me i beregige av temeraturøkig i kaasystemet. Ve z metas at ta i beregige. I et føgee beyttes z båe å tiufts- og avtrekkssie. Differase meom E og E - rereseterer e virkeige eergimege som går me ti rift av viftee. Netto eergiforbruk bereges fra: E E E () 4. SF-faktor SF-faktore (secific fa ower) er ve baasert vetiasjo gitt av: SF V V A () η V tot η V tot A Når trykkfaet å tiufts- og avtrekkssie er ikt og år virkigsgraee for viftee er ike ka uttrykket forekes: SF V (4) η V tot I tifeer er SF-faktore er gitt f.eks som et krav ti aegget fies et korresoeree trykkfa fra: ηv tot SF V (). Erig av kaaimesjo.g.a. erig av SF-faktor rykkta.g.a. eketmotstaer (e) og friksjosmotsta (f) i tiegg ti et trykkta som er over vetie utgjør tisamme et totae trykkta over kaaettet. Dette ka skrives som: e f veti ()

7 7 rykkta fra eketmotstaer ka agis som e viss ae (y) av summe av eketmotstaer og friksjosmotsta: ) ( f e e y (7) f e y y (8)!! Figur 4: risiskisse kaaforgreiig. Det totae kaatrykkfaet over e kaaforgreiig (se figur 4) er summe av trykkfaee for e ekete strekk. veti... (9) Ligig 9 ka utvikes viere ve å sette i igig og 8 (vi forutsetter a at foreige meom friksjosmotsta og eketmotsta er ikt for ae strekk ykost): veti f f f y y y... (0) Friksjostaet for sirkuære kaaer er gitt ve: 4 Q c f π λ ρ λ ρ () ombieres igig 0 og fås: veti Q Q Q... () er kostate er gitt av: 4 π λ ρ y ()

8 Staar kaaimesjoer ka uttrykkes som e fuksjo av e vagt referaseimesjo ( 0 ): (4) 0 Settes igig 4 i i igig fås føgee uttrykk: 0 Q Q... Q veti () rykkfaet over kaaett og aggregat er sesifisert som aeer (x) av et totae trykktaet (igig ). Viftes trykkøkig er e fuksjo av SF-faktore og forutsatt at trykktaet å tiufts- og avtrekkssie er ikt gjeer igig 4. ombieres igigee og fås føgee uttrykk: 0 ( x) SF V tot Q... Q veti () Q Ligig gjeer for e sesifikk SF-faktor. Vi øsker å se å hvora aeggets imesjoer avheger av SF-faktore. I et føgee atas et at aeggets øvrige ata hoes fast (eger uftmeger etc.) og at bare kaaimesjoee ska eres. Vi øsker eksemevis å ere SF-faktore for et aegg fra SF ti SF. Me utgagsukt i igig ka føgee iameterforho settes o: η 0 SF 0 SF ( ηv tot ( x) SF veti ) ( η ( x) SF ) V tot SF veti SF / (7) Ligig 7 brukes ti å berege øveig erig i kaaiameter ve erig av SFfaktore fra SF ti SF.. Ekseme. Eergiberegig Føgee forutsetiger gjeer for eksemeet: Atar at ae viftekomoeter er motert i aggregatet (vs at igig 7 gjeer). Virkigsgraee å tiufts- og avtrekkssie er ike: η η V η 0. (0%) tot V tot A rykkfaet å tiufts- og avtrekksie er ikt. Varmegjevieres virkigsgra er 0. (0%). Det atas at e tie et er behov for ovarmig av vetiasjosufte er 80 ager r. år. Aegget kjøres ager r uke og 0 timer r øg hee året. Luftmege er 00 m /h ( m /s). 8

9 Det ses sesifikt å to uike tifeer me forskjeig asserig av viftee i forho ti varmegjeviere (se figur ). I et ee tifeet er avtrekksvifte assert før varmegjevier og i et are tifeet er e assert etter gjeviere. abe viser resutatee fra eergiberegige ve e SF-faktor å..0 og 4.0. abee viser også ifferasee i eergiforbruk ve SF..0 og 4.0. abe : Netto (reet) eergiforbruk ti vifter (E) i kwh/år r. m /s ve forskjeig SF-faktor år temeraturøkig i kaasystem og aggregat mereges. abee viser også rosetvis tibakeført eergi ve η gj 70%. SF V Vifte- E E- E E/E- (a) asseri (%) g Figur gir e grafisk fremstiig av rosetvis tibakeført vifteeergi ti vetiasjosufte gruet ta avhegig varmegjeviigsgrae. urve A gjeer ersom ae viftekomoetee er assert i uftstrømme. urve B og C gjeer er rivaorig (riftsoverførig viftemotor og frekvesomformer) er assert utefor aggregatet. I tifee B er foreige av taee meom vifte og rivaorig 0/0 % og i tifee C 40/0 %. Ve hje av figur ka rosetvis gjevuet varme gruet rift av vifter for e gitt virkigsgra å varmegjeviere eket fies. Figur : ibakeført (gjevuet) vifteeergi i roset som fuksjo av varmegjeviigsgra og tasforeig i aggregat/utefor aggregat. I tifee A er båe vifte og rivaorig assert i uftstrømme. I tifee B og C er rivaorige assert utefor aggregatet. Foreige av ta å h.h.v. vifte og rivaorig er i tifee B 0/0% og i tifee C 40/0%. 9

10 Søyeiagrammet i figur viser foreige meom e reee eergibesarese (i roset) som oås ve å gå fra høy ti av SF-faktor samt e eergi som tibakeføres ti uftstrømme fra ta. Søye het ti vestre iustrerer besarese ma i utgagsuktet skue tro ma fikk ersom tibakeførig av e uike taee ikke metas i beregige. Øvrige søyer viser foreige meom ree eergibesarese og tibakeført eergi ve forskjeig asserig av avtrekksvifte i forho ti varmegjeviere (se figur ). Figur : rosetvis eergibesarese ve reuksjo av SF og gjevuet eergi ti ovarmig av vetiasjosuft.. Dimesjoseriger.g.a. reusert SF-faktor Vi øsker her å fie ut hvor mye kaaimesjoee eres ve erig av SF fra. ti 4.0. Det atas at trykkfaet over kaaettet (eksk. vetitrykkfa) er 0% av et totae trykkfaet (x 0. igig ). Vetitrykkfaet settes ik 90 a. Ligig 7 gir forhoet meom imesjoee for SF4.0 og SF.: 0 SF SF. 0.( 0.) ( 0.) / 0.7 Dette betyr at iametere ve SF4.0 er 7% av iametere ve SF.. Når et aegg imesjoeres veges staarimesjoer oe som mefører at aeggets SF ikke bir eksakt

11 . Dimesjoerig av vetiasjosaegg For å kue si oe om hvor mye tiegg i kaamasse e aeggsutførese me SF. mefører i forho ti et aegg me (i utgaguktet) SF4.0 må et kokret vetiasjosaegg imesjoeres. I et føgee imesjoerigseksemeet er et tatt hesy ti at aegget i størst muig gra ska utbaaseres ute å bruke ireguerigssje. Figur 7 viser skjematisk aeggseksemeet me e SF-faktor å.. For et samme aegget er ye imesjoer bereget som 7% mire e orieig og eretter er ærmeste staar imesjo vagt. Ny bereget SF bir a.0. abe viser erigee i kaaimesjoee.!!!!!!!!! I "! #! #! #! #! # #! #! # " " "! I $ "! " " % $ # "! $ # 8 > A HA C E C B I A B ' L A JE ' ' ' ) / 8 8 ) D 8 # J JJ 8 ) / ". D D 8 8 ' # # $ Figur 7: Aeggsekseme (SF.). abe : aaimesjoer ve SF. 4.0 og.0. SF-faktor å.0 er fuet ve å beytte staar kaaimesjoer. Ve SF. (orieig) [mm] Ve SF4.0 (7% av orieig) [mm] Bereget SF.0 (ærmeste stimesjo) [mm]

12 Ve isettig av veriee fra tabe og figur 7 fås føgee kaamasser for aegget ve SF-faktorer å. og.0: [ Akaa ] [ A ] A SF. kaa SF kaa tiuft 80 m 4 m m Atas tisvaree forho å avtrekkssie bir e totae erige av kaaareaet: A kaa 70 m.4 ostaer abe ister o etto eergiforbruk ti rift av vifter (E) og gjeer ve e uftmege å m /s. For et aegg me SF. og SF ka ifferase i eergiforbruk tas irekte ut av tabee og korrigeres me e reee uftmege. Luftmege som er vagt i ette eksemeet (se figur 7) er. m /s (4800 m /h). Dersom avtrekksvifte er assert fora varmegjevier (tifee figur ) bir forskje i eergiforbruk meom et aegg me SF og SF.: ( E ) (44 7). 00 kwh / år I tifeer er avtrekksvifte er assert etter varmegjevier (tifee ) bir forskjee: ( E ) (89 9). 900 kwh/ år E grov uersøkese av iverse rouktkataoger viser at kostae ve å øke aggregatets størrese me e mou er i størresesore kr/mou. Det er viere forutsatt at ve å ere SF-faktor fra ti. må aggegatets størrese økes me e mou. I tiegg er et atatt e kaaris å 00 kr/m e eergiris å 0 øre/kwh og et reteivå å 7%. Nebetaigstie for merivesteriger i form av øket kaamasse og større aggregat er satt ik aeggets omiee eveti (0 år). Dette gir e auitetsfaktor å Som tabe viser vi e reuksjo av SF-faktore fra ti. ikke gi e tisiktee besarese. Eksemeet viser at et ikke er øsomt å tistrebe e av SF-faktor for ette aegget. E rekke faktorer f.eks. vifteasserig og varmegjeviigsgra har ivirkig å øsomhete.

13 abe : ostaer ve SF.0 i forho ti SF.. Vifteasserig i forho ti gjevier: ifee (avtr.vifte fora gjevier) ifee (avtr.vifte etter gjevier) Økt eergikosta (kr/år) Sart kaitakosta kaa (kr/år) Sart kaitakosta aggregat (kr/år) Økte kostaer (kr/år) iatt eergiris ve u-kosta (øre/kwh) Are faktorer E rekke are faktorer har også betyig år e øsomhetsvurerig av SF ska foretaes. De viktigste er: Areabehov aggregatrom. Lav SF mefører større aggregater. ostaer for yfeer. Økt kaaimesjo krever større imesjoer å yfeer. Sie avere hastighet gir avere trykkfa geereres mire støy e ve høyere SF. Dette betyr reuserte krav ti yfee og e rimeigere tye ka veges. Sasyigvis vi ette ikke ha stor kostasmessig betyig. Veikehoskostaer. Bygigsmessige igre. Lav SF ka meføre økt etasjehøye økte sjaktareaer etc. jøig. Besarese ve å beytte e avere SF-faktor vi øke i tifeer er et i egre erioer er behov for kjøig. Effektkostaer. Det er ikke reget å effektkostaee i forbiese me rift av vifter. I forbiese me ette ka eergifeksibiitet være av betyig. I mage tifeer øsker ma å varme o ufte ve å beytte biigste tigjegeige eergibærer samt ha muighet for akkumuerig av varme. Varmetiskuet fra vifterift skyes ku eektrisk kraft og er erfor ite feksibe. Lekkasjer og ikke-baasert vetiasjo. Estetiske forho.

14 8. SF og VAV Betyige av å tistrebe e av SF-faktor i forbiese me VAV-systemer er et ite iskutert eme. Geeret abefaes et at VAV-aegget imesjoeres for e omie uftmege som er 80% av uftmege ti et tisvaree CAV-aegg. Ve turtasreguerig av viftee ka (i føge vifteovee) forhoet meom SF ve è uftmege og e ae SF ve e ae uftmege uttrykkes som føgee: Q SF SF Q (8) Det tas utgagsukt i et VAV-aegg er ormauftmege atas å være ca. 0% av omie uftmege. For aegget atas et også at SF-faktore er. ve omiee forho. Dette gir (ve bruk av igig 8) føgee veri for SF-faktore: SF E SF-faktor å 0.90 er meget av. Sev for et VAV-aegg som er imesjoert for SF4.0 er SF-faktore uer orma rift mire e.. I forbiese me VAV-aegg er et erfor i mage tifeer ite aktuet å sakke om krav ti av SF-faktor. 9. okusjo Figur 8: SF-faktor for VAV-aegg. Vi har i ee artikkee fokusert å betyige av å tistrebe e av SF-faktor for vetiasjosaegg. Forho som tiigere har vært ite ebattert er forhåetigvis satt å agsoree. Artikkee bygger å et ekseme som viser at av SF ikke øveigvis er ike øsomt i ae tifeer. Svært mage arametre og faktorer ivirker å et eeige resutatet oe som er viktig å være kar over år e vurerer evetue reuksjo av SF for eksisteree aegg eer av SF ve yrosjekterig. 4