Åtgärdsförslag

Här föreslås en styrning av PF Arenas avfuktare baserat på erhållna mätsresultat och styrstrategier i ishallar som har undersökts i andra studier. Huvudsakliga målet med detta arbete är att ändra styrningen så avfuktarens energianvändning minskas. Samti-digt ska avfuktaren se till att ingen kondens-, frost- och dimbildning uppstår i ishal-len. Nuvarande styrfunktion är:

RH_PL>60 %

Det förekommer kondensbildning på två ytor i ishallar: på isplanen och takytan. För att undvika kondensbildning på isplanen så bör den absoluta fukthalten för isens gränsskikt vara mindre än den absoluta fukthalten för luften ovan isen. En sådan styrfunktion är därmed X_L>X_is,D. För att undvika kondensbildning på takytan så bör takets temperatur vara högre än den av luftens daggpunkt. Så optimal styrfunktion för att undvika takkondens är därmed T_L,D>T_y,tak.

När det uppstår kondens på taket så skadas byggkonstruktionen och om inte ska-dorna åtgärdas så kan ishallen i värsta fall kollapsa. Men när kondens framkommer på isplanen så sker ingen materiell skada, istället blir isen tjockare vilket måste åtgär-das med slipning från ismaskinen för att jämna ut isplanen. Det föregående konden-sationsfenomenet anses därför att ha större konsekvenser för ansvariga i LSK. Forsk-ning från Palmowska och Lipska (2018) visar också att användForsk-ning av styrfunktionen X_L>X_is,D leder till stor överdimensionering för kondensfenomenet på takytan vid både användning av separat avfuktare eller avfuktning via ett ventilationssystem. För att minska avfuktarens energianvändning så bör styrfunktionen T_i,D>T_y,tak användas över X_L>X_is,D.

Mätresultatet visar att det tar tid innan fukthalten i PF Arenan minskar under bör-värdet även om ishallen är tom. Det innebär att takets yttemperatur måste vara högre än inneluftens daggpunkt innan anläggningen förses med fuktbelastning. Det visas i Tabell 3 att avfuktaren med befintlig styrning ser till att medelvärdet för ta-kets yttemperatur är högre än luftens medeldaggpunkt (Tmi,D) för alla utomhustem-peraturer vilket betyder att avfuktaren klarar av att hålla luftens daggpunkt under ta-kets yttemperatur. Medelvärdet för luftens medeldaggpunkt är som högst 0,5 °C högre än processluftens daggpunkt på grund av PF Arenans temperaturprofil (från 1,2 m till 5,4 m i höjd). Så för att undvika takkondens måste processluftens dagg-punkt vara 0,5 °C mindre än takets yttemperatur adderat med luftens daggdagg-punkt- daggpunkt-sökning som tänks tillkomma från omedelbar fuktlast i PF Arenan. Baserat på Figur 13 så är ökas processluftens daggpunkt (TPL,D) med 0,5–3,0 °C vid små fuktlaster (under förmiddagar) medan 6 °C vid stora fuktlaster (som hockeymatcher) dock så är ökningen större under hockeymatcher som avfuktaren startar efter kylsystemet stängs av vilket leder att daggpunkten ökar mer en ifall avfuktaren startar tidigare.

Hursomhelst så bör temperaturskillnaden mellan processluftens daggpunkt och taky-tans temperatur ligga mellan 1,0 till 6,5 °C. Men eftersom processluftens daggpunkt sjunker snabbt efter lasten inträffar så är sannolikt att ingen kondensbildning hinner att uppstå på takytan så en lägre temperaturskillnad är försvarbart att använda för styrningen i PF Arenan.

Styrfunktion som föreslås i sorptionsavfuktaren i PF Arenan är att luftens daggpunkt beräknat med Ekvation (8) ska vara 2 °C lägre än takets yttemperatur beräknat med Ekvation (22). En sådan styrning kvalificeras som en variabel daggpunktstyrning med syftet att undvika takkondens och minimera avfuktarens energianvändning men det innebär att det kommer att ske kondensbildning på isplanen. Temperaturskillnad på 2 °C mellan processluftens daggpunkt och takytans temperatur ligger inom inter-vallet som resonerades i föregående stycke. Den minsta giltiga temperaturskillnaden är 1 °C vilket tänks spara mest energi och undviker takkondens för små fuktlaster i PF Arenan. Men 2 °C valdes för att klara av medelstora fuktlaster samt så rekom-menderas att öka avfuktningskapaciteten för att minska sannolikheten för takkon-dens vid stora fuktlaster. Den föreslagna styrfunktionen blir enligt detta resonemang som följande:

Styrningen är därmed beroende av processluftens lufttillstånd, inneluftens tempera-tur, utetemperaturen och isens temperatur. Eftersom ispisten kyler isen för att hålla en jämn temperatur och det faktum att isen inte genomgår stora temperaturänd-ringar så kan Ts,is sättas till ett konstant värde. Istemperaturen tänks ligga mel-lan -5 och -1 °C beroende på själva ishallen, då observerade temperaturer i PF Are-nan var mellan -4,5 och -3,5 °C.

Figur 15 visar processluftens daggpunkt med den föreslagna och gamla styrningen, processluftens fukthalt, regenereringstemperatur när avfuktaren antogs vara igång och takets temperatur under mätperioden. En grov jämförelse kan utföras mellan den föreslagna och gamla styrningen ifall det antas att takets temperatur skulle vara densamma med båda styrningar. Alltså när T_PL,D>T_PL.D.styr anses styrningen som un-derdimensionerad även om takets temperatur är lägre än processluftens daggpunkt.

Såväl när T_PL,D<T_PL.D.styr anses styrningen som överdimensionerad vilket betyder att avfuktaren slösar energi ifall den är igång.

Det fastställdes tidigare att den befintliga styrningen är underdimensionerad vid stora fuktlaster som förekommer under hockeymatcher till exempel när T_tak>T_PL.D. Därför undersöktes hur avfuktningskapaciteten ändras med höjda regenereringstem-peraturer vilket visas i Figur 16. Avfuktarens avfuktningskapacitet höjs med högre regenereringstemperaturer med en stark korrelation. Så ju mer nuvärdet avviker från börvärdet desto högre bör regenereringstemperaturen vara. Alltså högre rege-nereringstemperaturer kan användas än vad som visas från mätresultatet för att und-vika takkondens vid stora fuktlaster. Samtidigt så hittas ingen optimal regenererings-temperatur för avfuktning med parametern Wreg/MRC vid olika medelvärden för regenereringstemperaturen vilket visas i Figur 17.

Figur 15. Ideal daggpunkt av processluften med styrningen T_PL,D,styr = T_tak,is - 2 jämfört med uppmätta lufttillstånd under mätperioden. Regenereringstemperaturer är filtrerad för tidpunkter som avfuktaren är igång.

Temperatur [ C] och relativ fukthalt [%]

Temperatur [ C]

T_tak med T_is=-4.5 °C T_PL,D T_PL,D,styr Treg RH_PL

Figur 16. Medelvärde av avfuktningskapaciteten beroende på regenereringstemperaturen när avfuktaren är igång.

Figur 17. Medelvärde av Wreg/MRC för att se om avfuktaren är som mest energieffektiv vid en specifik regenereringstemperatur. Mätdata visar att en sådan korrelation inte är stark.

Möjlig energibesparing genom att införa den nya styrningen kan approximeras ge-nom att jämföra processluftens absoluta fukthalt med den gamla och nya styrningen.

Jämförelse av absoluta fukthalter för styrningarna visas i Figur 18 där X_PL,styr - X_PL visar avfuktningens över- och underdimensionering i ishallen. X_PL,styr är över

y = 0,1093x^0,7061 R² = 0,9087

0 0,5 1 1,5 2 2,5

39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

Avfuktningskapacitet [g/s]

Regenereringstemperatur [ C]

y = 0,2293ln(x) + 5,0273 R² = 0,019

0 1 2 3 4 5 6 7

39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

W_reg/MRC [kWs/g]

Regenereringstemperatur [ C]

0,0026 kg/kg för större delen av perioden vilket indikerar att kondensbildning framstår på isplanen.

Genom att använda uträknade medelvärden för avfuktningskapaciteten, regenere-ringsuppvärmning, fläkteffekten, processluftens densitet och processluftflödet samt antal timmar som avfuktaren är igång, kan avfuktarens energianvändning för båda styrningar jämföras. Avfuktarens approximerad elanvändning för uppvärmning av uteluften för befintlig styrning, överdimensionering, underdimensionering och för ny styrning presenteras i Tabell 5. Approximation tar inte hänsyn till energiök-ningen ifall högre regenereringstemperaturer är tillämpade i den nya styrenergiök-ningen.

Tabell 5. Approximerad elanvändning för den nya styrningen jämfört med den befintliga styrningen under mätperioden i kWh/14 dagar.

Figur 18. XPL,styr är uträknad absolut fukthalt när processluften är 2 °C under takets temperatur under mätperioden. Där avfuktaren anses som överdimensionerad när XPL,styr- XPL är över noll och

underdimensionerad under noll.

4.3.1 Installering av åtgärdsförslag

Den nya styrningen väger processluftens fuktighet mot takets temperatur. Detta an-tagande är baserat på att den befintliga styrningen startar avfuktaren när processluf-tens fuktighet är över 60 % med hjälp av en givare i processlufprocessluf-tenskanalen. Eftersom målet med den nya styrningen är att minimera energianvändning utan att kondens framkommer på taket specifikt, så rekommenderas det att PF Arenan investerar i en daggpunktgivare som placeras vid takluften. Det medför att styrningen blir mer

-0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

Absolut fukthalt [kg/kg]

X_PL,styr X_PL X_PL,styr-X_PL

Befintlig styrning Överdimensionerade Underdimensionerade Ny styrning

2481,6 545,4 18,7 1936,3

noggrann för dess ändamål. Samtidigt så mäts isens temperatur i PF Arenan vilket som kan tillämpas till styrningen vilket gör att Ekvation (22) inte behöver använda ett konstant värde för isens temperatur. Dock så är inte ishallen fullkomligt symmet-risk. Palmowska och Lipska (2016) visade också att temperaturförhållandet i sym-metriska ishallar varierar mellan olika positioner i höjdled. PF Arenan har en kafete-ria i ena hörnet som värms upp med en luftluftvärmepump och det faktum att läkta-rens och spelarbåsens geometri skiljer sig emellan. Det kan tänkas att temperatur-förhållandet i PF Arenan skiljer sig mer än de i symmetriska ishallar. Enligt denna lo-gik så kan olika strategier användas för var man bör placera daggpunktgivaren under taket. Antigen så kan temperaturförhållandet på taket undersökas med en värmeka-mera när ishallen är under höglast och sedan placeras givaren under den kallaste de-len av taket. Nackdede-len med denna metod är att det antas att takets temperaturför-hållande per position inte förändras och luftens daggpunkt under taket är proport-ionell mot takets yttemperatur. Fördelen är att det bara krävs en givare. Andra me-tod är att placera många givare vid olika positioner och sedan använda medelvärdet på luftens daggpunkt eller den högsta registrerade daggpunkten från givarna. Nack-del med uppsättningen är att den är betydligt mer komplex och kräver flera givare.

Modellen för takets yttemperatur beror främst på isytans temperatur, inomhustem-peraturen och utomhusteminomhustem-peraturen. Anledningen för att använda modellen i denna studie har varit att avgöra kondensbildning på takytan och att jämföra energianvänd-ning mellan potentiella styrstrategier vilket gjordes i avsnitt 4.3. Men i praktiken så är det bättre att installera en yttemperaturgivare istället för att förlita sig på

Marquardt och Mainka (2008a):s modell även då modellen har validerats för tre ishallar. Placering av yttemperaturgivaren för taket så kan samma strategier som re-kommenderas i ovanstående stycke användas. Då daggpunkt- och yttemperaturgi-varna ska placeras där den minsta temperaturskillnaden framkommer. Detta innebär att den föreslagna styrfunktionen med temperaturgivare blir som följande:

daggpunktgivare = yttemperaturgivare - 2

5 Diskussion

Målet med denna studie har varit att hitta en bättre styrstrategi anpassat till PF Are-nan och att besvara på de frågeställningar som ställdes i avsnitt 1.4.1. Därför kom-mer detta avsnitt att innehålla diskussion kring frågeställningarna vilket medför att resultaten kommer att jämföras med tidigare forskning och vidareutvecklas med lo-gik samt så kommer åtgärdsförslaget att valideras.