FROSTSKYDDSREGLERING I BATTERIVÄRMEVÄXLARE
Utvärdering av värmeväxlare av modell Ecoterm och Econet
Alexander Granlund
EN1807
Examensarbete, 30 hp
Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik, 300 hp
FROST PROTECTION CONTROL IN RUN-AROUND COIL HEAT EXCHANGERS
Evaluation of heat exchanger models Ecoterm and Econet
Abstract
This master’s thesis was written in collaboration with Fläkt Woods in order to evaluate the frost protection control of two run-around coil heat exchangers, their older model Ecoterm and their newer model Econet. The frost protection of Eco- term is only reliant on the temperature of the liquid circuit whereas Econet also regards the dewpoint temperature of the exhaust air, as to not activate the frost protection unnecessarily. Ecoterm uses bypass control for frost protection and de- frosting whereas Econet first increases the liquid flowrate before initiating bypass control. The evalutation is built upon data collected from the university hospital in Umeå, NUS, mainly during february 2018, with a minimum outside temperature of −23◦C.
Ecoterm starts defrosting when the liquid temperature reaches −5◦C, which correlates to an outside temperature of −14◦C irregardless if there is any risk of frost growth, which there was not during the measuring period. For Econet the results were more difficult to interpret, but imply that bypass control only was nescessary at two occasions during the whole measuring period. This is partly due to the design of Econet, which integrates the additional heating, normally reserved for a separate battery, into the heat exchangers liquid circuit.
The results for Ecoterm show the limitations of single parameter controlled frost protection and why better frost protection control is necessary for highly efficient heat exchangers. For quantifiable results further studies are required.
Sammanfattning
Detta examensarbete är utfört i samarbete med Fläkt Woods i syfte att utvär- dera frostskyddsregleringen i deras äldre och nyare modeller av batterivärme- växlare, Ecoterm respektive Econet. Ecoterms frostskydd regleras efter tempe- raturen på vätskekretsen medan det för Econet även regleras utifrån frånluftens daggpunktstemperatur för att förhindra onödig aktivering av frostskyddet. Eco- terms frostskydd består främst av shuntreglering av vätskeflödet medan Econet först reglerar vätskeflödet innan shuntreglering påbörjas. Utvärderingen baseras på mätningar utförda vid Norrlands Universitetssjukhus, NUS, under främst feb- ruari 2018, varav den lägsta temperaturen uppmätt för uteluften var −23◦C.
För Ecoterm, som regleras utifrån en vätsketemperatur på −5◦C, påbörjas shuntreglering vid en uteluftstemperatur på cirka −14◦C, oavsett om det finns risk för frostbildning eller inte. Under mätperioden fanns det aldrig risk för frost- bildning i Ecoterm när frostskyddet aktiverats. För Econet är resultaten tvetydiga, men antyder att shuntreglering endast använts vid två tillfällen under hela mät- perioden. Detta beror till viss del på designen av Econet, som har spetsvärme integrerad på värmeväxlarens vätskekrets.
Resultaten från Ecoterm visar ett tydligt behov av den moderna frostskydds- regleringen som används i Econet, för kvantifierbara jämförelser krävs dock vidare studier.
Förord
Detta examensarbete utgör sista del i civilingenjörsprogrammet inom energiteknik vid Umeå Universitet. Arbetet har utförts vid Norrlands Universitetssjukhus åt Fläkt Woods och har även involverat Västerbottens läns landsting och Gate IBS.
Jag vill därmed först och främst tacka Peter Sundelin, mina handledare från Fläkt Woods, och Ronny Östin, min handledare från Umeå Universitet. Jag vill dessutom tacka övrig personal från Fläkt Woods, Västerbottens läns landsting samt Gate IBS som jag haft kontakt med under arbetets gång, framförallt Bo Lindström, Robert Holgersson, Urban Jonasson och Daniel Johansson.
Umeå, Maj 2018 Alexander Granlund
Innehåll
Nomenklatur v
1 Inledning 1
1.1 Bakgrund . . . 1
1.1.1 Byggnad 6M . . . 1
1.1.2 Hjältarnas Hus . . . 1
1.2 Syfte . . . 2
1.3 Avgränsningar . . . 2
2 Teori 2 2.1 Batterivärmeväxlare . . . 3
2.1.1 Ecoterm . . . 3
2.1.2 Econet . . . 4
2.2 Verkningsgrad . . . 4
2.3 Psykrometriska egenskaper . . . 7
2.3.1 Fukttillskott i byggnader . . . 8
2.3.2 Frostbildning . . . 9
2.4 Frostskydd och avfrostning . . . 10
2.4.1 Reglering . . . 10
3 Metod 12 3.1 Datainsamling . . . 12
3.2 Jämförelse av värmeväxlare . . . 12
3.3 Utvärdering av frostskydd . . . 13
4 Resultat och diskussion 14 4.1 Diskussion Econet . . . 20
4.2 Diskussion Ecoterm . . . 20
5 Slutsats 21
Bilaga A MATLAB-kod A-1
Nomenklatur
Förkortningar
DUC Dataundercentral
NUS Norrlands universitetssjukhus
TFE Institutionen för tillämpad fysik och elektronik VLL Västerbottens läns landsting
Tecken - Generellt Enhet
P Tryck [Pa]
SV 1A Ventil spetsvärme
T Temperatur [◦C]
x Fuktkvot [kgvatten kg−1luf t]
η Verkningsgrad [%]
φ Relativ luftfuktighet [%]
Tecken - Econet Enhet
GT 2 Vätsketemperatur efter spetsvärme [◦C]
GT 4 Vätsketemperatur efter tilluftsbatteri [◦C]
GT 42 Vätsketemperatur före spetsvärme [◦C]
RC01 Styrsignal frostskydd [%]
SV 40 3-vägs shuntventil vätskeflöde frånluftsbatterier SV 41 2-vägs ventil vätskeflöde tilluftsbatteri
Tecken - Ecoterm Enhet
GT 2B Vätsketemperatur efter frånluftsbatteri [◦C]
GT 8A Temperatur returvatten spetsvärme [◦C]
SV 2A Shuntventil vätskeflöde Index
a Avluft
atm Atmosfär
d Daggpunkt
f Frånluft
l Luft
t Tilluft
T Temperatur
u Uteluft
v Vätska
w Ånga
wst Mättad ånga
1 Inledning
I alla större moderna byggnaders luftbehandlingssystem används värmeväxlare för att återvinna den värme som annars skulle ventileras ut. Dessa värmeväxlare finns i en mängd olika utföranden men har alla samma uppgift, att återvinna tillräckligt med energi för att nå önskvärd temperatur på tilluften. Om inte tillräckligt med energi återvinns krävs värmebatterier för att nå denna temperatur, vilket kan bidra med ökade uppvärmningskostnader beroende på tillsatsvärmens ursprung. Detta blir som mest aktuellt under kalla vinterdagar när värmebehovet är som störst.
Under dessa kalla dagar är utomhusluften som torrast, väl inne i byggnaden ökar luftens fuktinnehåll beroende på aktivitet och verksamhet. När varm frånluft kyls ned i värmeväxlaren finns då risk för kondensbildning, kyls luften tillräckligt blir denna kondens till frost. För att undvika och motverka frostbildning i värmeväxlare används generellt sett någon typ av frostskyddsreglering och avfrostning.
1.1 Bakgrund
Generellt regleras frostskydd och avfrostning mot en parameter, ofta med något beroende av Tu. Detta innebär att frostskyddet kan aktiveras utan något egentligt behov för att garantera att ingen påfrysning sker. Fläkt Woods moderna värme- växlare är utrustade med givare som mäter både Tf och φf för att beräkna Td,f. Detta gör att frostskyddet styrs mot faktisk frostbildningen och inte enbart en beroende variabel.
Detta arbete är utfört i samarbete med Fläkt Woods för att utvärdera hur deras moderna frostskyddsreglering fungerar jämfört med konventionell reglering.
Denna utvärdering baserades på två värmeväxlare, båda lokaliserade i Norrlands Universitetssjukhus, NUS. I byggnad 6M utvärderas en Ecoterm batterivärmeväx- lare från 2002 och i Hjältarnas Hus utvärderas en Econet batterivärmeväxlare från 2017.
1.1.1 Byggnad 6M
Den huvudsakliga verksamheten som bedrivs i 6M är provtagningar samt dess analys. Stor del av byggnadens ventilationskrav kommer därmed från laboratorier, varvid man valt att använda sig utav batterivärmeväxlare.
1.1.2 Hjältarnas Hus
Hjältarnas hus erbjuder tillfälligt boende för sjuka barn där de bor tillsammans med sina familjer för att ha nära till sjukhuset. Detta gör att ventilationen kan liknas med flerfamiljshus snarare än sjukhus.
1.2 Syfte
Genom att mäta relevanta parametrar under drift för båda värmeväxlarna är ut- värderingen tänkt att identifiera inom vilket intervall som Econets frostskydds- reglering är fördelaktigt jämfört med Ecoterms men även när Ecoterms reglering aktiverar frostskyddet utan något egentligt behov.
1.3 Avgränsningar
Utvärderingens fokus ligger på frostskyddsregleringen; prestanda och effektför- brukning för pumpar, fläktar och övrig kringutrustning i luftaggregatet bortses från.
2 Teori
Värmeväxlare har som syfte att återvinna den energi som finns i frånluften genom att värma upp tilluften över växlingslameller [1]. Utomhusluften passerar först värmeväxlaren där värme absorberas från frånluftströmmen, när utomhusluften värmts upp och lämnat värmeväxlaren benämns den sedan tilluft. Tilluften går ut i byggnaden via ventilationssystemets tilluftsdon. Luft som lämnar byggnaden via ventilationens frånluftsdon passerar sedan värmeväxlaren för att återvinna sin värme genom att värma upp utomhusluften. Efter den passerat värmeväxlaren be- nämns den avluft, se fig. 1 för en förenklad bild över en värmeväxlare. Värmeväxlare
Figur 1 – Förenklad bild av en värmeväxlare [1].
delas generellt sett in i tre kategorier: roterande värmeväxlare, plattvärmeväxlare
och batterivärmeväxlare, även kallade vätskekopplade värmeväxlare. För roterande och plattvärmeväxlare sker energiåtervinningen i ett steg. De två luftströmmar- na passerar varsin sida om växlingslamellerna, förenklat kan energin ses gå från luft-till-luft. I batterivärmeväxlare sitter separata batterier av växlingslameller i respektive luftström, dessa batterier är kopplade mot en gemensam vätskekrets som agerar energibärare i värmeväxlaren. I detta fall kan energin ses gå från luft- till-vatten-till-luft. På grund av den extra värmeövergången i batterivärmeväxlare sker fler övergångsförluster i batterivärmeväxlare och de har således generellt sett en lägre verkningsgrad än roterande- och plattvärmeväxlare [1].
2.1 Batterivärmeväxlare
I en batterivärmeväxlare sker energiutbytet mellan till- och frånluftssidorna med hjälp av en vätska, vanligtvis vatten blandat med etylenglykol. Vätskan cirkuleras mellan batteripaketen på respektive sida och återvinner således energi, se fig. 2.
Eftersom de två luftflödena hålls helt separata finns ingen risk för korskontamine-
Figur 2 – Förenklad bild av en batterivärmeväxlare, de två växlingsbatterierna är kopplade mot en gemensam vätskekrets.
ring [2]. De är även relativt lättinstallerade och kan installeras i anläggningar där till- och frånluftskanalerna är åtskilda [1].
2.1.1 Ecoterm
En Ecoterm värmeväxlare består av två växlingsbatterier lokaliserade på varsin luftkanal som är kopplade på gemensam vätskekrets. Värmeväxlarens verknings- grad beror till stor del på antalet rörrader i växlingsbatterierna. Fler rörrader ger
en djupare växlare med större yta där värmeväxling kan ske, detta ger högre η men bidrar dock med större tryckfall, något som kräver kraftfullare fläktar och cirkula- tionspumpar i luftaggregatet och vätskekretsen. Vätskeflödet är fixt och kan inte regleras annat än en shuntventil för avfrostning [1].
Frostskyddet och avfrostningen är endast temperaturberoende och tar inte hän- syn till frånluftens fuktinnehåll [3].
Om tilluften inte nått önskad temperatur genom värmeväxlingen krävs ett yt- terligare värmebatteri för spetsvärme. I detta fall är det ett separat vätskekopplat batteri som sitter efter värmeväxlaren i tilluftkanalen.
I fig. 3 ses en översiktsbild på styrsystemet av Ecoterm-värmeväxlaren instal- lerad i byggnad 6M. Notera hur luftkanaler och vätskekrets delar sig och går ur bild, detta beror på att två värmeväxlare är parallellkopplade. Värmebatteriet vid GT8A är ett spetsvärmebatteri.
2.1.2 Econet
Econet samlar all funktionalitet för energiåtervinning och spetsvärme/-kyla i en och samma vätskekrets. Detta ger ett kompaktare system med färre komponenter såsom pumpar, ventiler, rör mm [1].
Till skillnad från Ecoterm har Econet-enheten i Hjältarnas Hus fyra växlings- batterier, varav två på varje luftkanal, se fig. 4. Detta bidrar till större växlingsyta, högre η samt högre tryckfall. Tryckfallet kompenseras i och med att inget batteri för tillsatsvärme behövs [1]. De dubbla tilluftsbatterierna utnyttjas även av frost- skyddet som har en shuntventil som kringgår det ena tilluftsbatteriet. Vätskeflödet är variabelt och regleras för att maximera verkningsgrad vid normal drift men kan även regleras som del av frostskyddet.
Frostskyddet styrs efter frånluftens daggpunktstemperatur och vätsketempe- raturen in i frånluftsbatteriet. Finns risk för frostbildning aktiveras frostskyddet.
2.2 Verkningsgrad
Generellt används ηT för tilluft för att beskriva hur effektiv en värmeväxlare är [1].
Den säger hur stor andel av den tillgängliga energin från frånluften som återvinns.
Den beräknas enligt
ηT ,t= Tt− Tu
Tf − Tu. (1)
Vid tillsatt spetsvärme i vätskekretsen kommer temperaturverkningsgraden enligt ekv.(1) stiga eftersom energi som inte kommer från frånluften används för att
Figur 3 – Översiktsvy av styrningen för Ecoterm-enheten i byggnad 6M, figur erhållen från VLL via privat kommunikation.
Figur 4 – Översiktsvy av styrningen för Econet-enheten i Hjältarnas hus, figur erhållen från Gate IBS via privat kommunikation.
värma upp tilluften. För att kompensera detta används följande ekvation ηT, t = (GT 42 − GT 4)(Tt− Tu)
(GT 2 − GT 4)(Tf − Tu). (2)
Dessa GT -termer säger hur stor andel av den totala energin i vätskekretsen som har sitt ursprung i värmeväxlaren [4].
2.3 Psykrometriska egenskaper
Psykrometriska egenskaper beskriver hur blandningar av luft och vattenånga age- rar vid olika förhållanden. Med hjälp av några centrala parametrar kan en mängd egenskaper beskrivas [5]. Med hjälp av Tl och φlkan exempelvis Tdoch x beräknas.
Detta kräver vissa mellansteg såsom beräkningar av Pw och Pwst.
Pwstbeskriver maximala andelen vattenånga som kan finnas i en luft-vattenånga blandning vid en given temperatur. För olika temperaturintervall används olika ek- vationer för ökad precision [5]. För 0◦C < T < 63◦C används
Pwst = 610, 78 · exp
17, 269T 237, 3 + T
(3) och för −40◦C < T < 0◦C används
Pwst = 610, 78 · exp
21, 874T 265 + 0, 9615T
. (4)
φ beskriver hur stort ångtrycket är relativt mättnadsångtrycket enligt φ = Pw
Pwst. (5)
Detta kan skrivas om för att bestämma ångtrycket i Pa enligt
Pw = φ · Pwst. (6)
x anger hur mycket vattenånga som finns i luften och ges av x = 0, 62198Pw
Patm− Pw. (7)
För att beräkna Td, den temperatur där φ = 100% och luftens fuktinnehåll börjar kondensera, bestäms först Pwst enligt ekv. (3) eller (4) och sedan beräknas Pw enligt ekv. (6). Detta används i ekv. (3) eller (4) istället för Pwst och löses för T. För 0◦C < T < 63◦C blir detta omskrivet till en ekvation
Td= ln
φ · exp 17, 269T 237, 3 + T
· 237, 3
17, 269 − ln φ · exp 237,3+T17,269T (8)
och för −40◦C < T < 0◦C Td= ln
φ·exp 21, 874T 265 + 0, 9615T
· 265
21, 874 − 0, 9615 · ln φ · exp(265+0,9615T21,874T ) . (9) Psykrometriska egenskaper redovisas ofta i Mollierdiagram, se fig. 5, vilket tydliggör det maximala fuktinnehållets beroende av temperatur.
Figur 5 – Mollierdiagram, visar psykrometriska egenskaper hos fuktig luft [1].
2.3.1 Fukttillskott i byggnader
Fukttillskottet i en byggnad beror till stor del på dess verksamhet samt ventila- tionskrav. Ju mer vatten som har möjlighet att förångas desto större blir fukt-
tillskottet. Detta betyder att exempelvis badhus och storkök generellt har höga fukttillskott medan kontor har lägre. Dessutom beror fukttillskottet på mängden människor som vistas i lokalen där framförallt utandningsluft bidrar till ökat fukt- tillskott tillsammans med användning av vattenrelaterad utrustning som duschar och handfat.
Vida höga luftomsättningar i byggnadens ventilation kommer fukttillskottet få en mindre inverkan.
Vid höga fukttillskott ökar tillväxten av mikroorganismer som mögel och bak- terier samtidigt som vissa material kan släppa från sig farliga kemiska föreningar [6]. På grund av detta finns gränsvärden för höga fukttillskott, framförallt under vinterhalvåret. Fukttillskottet får då inte passera över 7 gvattenkgluf t−1 under längre perioder eller 3 gvattenkgluf t−1 regelbundet [7].
För småhus och flerbostadshus ligger fukttillskottet vid cirka 1, 8 respektive 1, 2 gvattenkg−1luf t.
2.3.2 Frostbildning
Under kalla dagar är behovet av värmeåtervinning som störst. På grund av den stora temperaturdifferensen finns även störst potential att återvinna värme under kalla dagar [8].
Från det att tilluften passerar luftaggregatet och sedan återvänder som frånluft kommer dess fuktinnehåll öka. När den fuktiga frånluften växlar från sig sin energi och kyls ned finns risk för kondensbildning. Om växlingsytan har lägre tempera- tur än både frånluftens daggpunkt och det kondenserade vattnets fryspunkt sker frostbildning [9], i en batterivärmeväxlare sker detta om Tv ≤ Td ≤ 0◦C. Denna frost påverkar luftbehandlingssystemet negativt på en mängd olika sätt, se tabell 1. Vid frostbildning blockeras först värmeväxlarens lameller, detta påverkar i sin tur tryckfall och luftflöde negativt. Tryckfallet ökar och luftflödet minskar. Det- ta betyder att fläktarna i luftaggregatet måste öka sin effekt för att kompensera det minskade luftflödet. Dessutom kommer frosten isolera växlingslamellerna och minska värmeövergången från luften. Tas inga åtgärder för att motverka frostbild- ningen riskerar man att permanent skada värmeväxlaren, då expansionen av vatten som fryser till is kan orsaka stora skador på växlingsbatterierna [10].
Frostbildning är inte unikt för batterivärmeväxlare, även roterande- och platt- värmeväxlare har samma problematik. För roterande värmeväxlare är risken för frostbildning till stor del beroende på om värmeväxlaren är hygroskopisk eller inte.
En hygroskopisk värmeväxlare överför inte bara värme utan även fukt. Förutsatt ett lågt fukttillskott i byggnaden kan en hygroskopisk värmeväxlare generellt klara sig ner till −25◦C utan frostskydd medan en ickehygroskopisk klarar sig ner till cirka −15◦C [1]. För plattvärmeväxlare beror frostbildningstemperaturen till stor del på konstruktion och fuktinnehåll i frånluft, men ligger generellt vid cirka −7◦C
Tabell 1 – Olika följder av frostbildning med negativ inverkan på luftbehandlings- systemet [8].
Konsekvenser vid frostbildning
Delvis eller hel blockering av luftkanalens lameller.
Ökat tryckfall.
Minskat luftflöde.
Ökad elanvändning för fläktar.
Minskad energiåtervinning mellan luftströmmarna.
[1].
Vid kalla temperaturer när behov och potential av värmeväxling är som störst presterar värmeväxlare generellt som sämst på grund av risken för frostbildningen.
2.4 Frostskydd och avfrostning
För att förhindra frostbildning tillämpas ofta någon typ av frostskydd. I de två undersökta värmeväxlarna består detta delvis av shuntreglering, finns det risk för frostbildning leds i vätskan om för att minska hur mycket frånluften kyls ned. Det- ta betyder att mindre värme återvinns ur frånluften, således finns mindre värme tillgänglig för uppvärmning av tilluften. Därmed kommer ηT minska. För Econet används förutom shuntreglering även variabelt vätskeflöde och tillsats av spetsvär- me för att undvika att GT 4 ≤ Td≤ 0◦C. Även för det variabla vätskeflödet kommer ηT sjunka vid aktivt frostskydd.
Frostskydd fungerar generellt sett endast till en viss gräns. Blir det tillräckligt kallt kommer verkningsgraden sjunka så pass mycket att det är mer effektiv att låta växlaren frysa och tina i intervall för att kunna bibehålla viss energiåtervinning i systemet istället för att avbryta driften helt.
2.4.1 Reglering
Frostskydden för Ecoterm och Econet är relativt lika, men frostskyddsregleringen skiljer sig. För Ecoterm sker frostskyddsregleringen i tre steg, se tabell 2. SV2A regleras alltid av GT2B och har −5◦C som minimivärde, det är först om GT2B sjunker under minimivärdet som avfrostningen aktiveras och SV2A öppnas inom intervall för att bibehålla viss energiåtervinning. Notera att steg 1 och 2 har som huvudsakligt syfte att hålla tilluftstemperaturen konstant i luftaggregatet och steg 3 är frostskyddet för värmeväxlaren vilket påverkar hela värmeväxlarens prestanda [3].
Tabell 2 – De olika stegen av frostskyddsreglering för och avfrostning Ecoterm [3].
Ecoterm
Steg Orsak Åtgärd
1 GT 8A < 12◦C SV 1A styrs mot GT 8A för
att bibehålla 12◦C
2 GT 8A < 8◦C SV 1A öppnas helt
3 GT 2B < −5◦C SV 2A styrs mot GT 2B för
att bibehålla −5◦C
För Econet sker frostskyddsregleringen i tre steg, se tabell 3. Till skillnad från Ecoterm regleras frostskyddet både mot temperatur och fuktighet i luft. Likt steg 1 och 2 från Ecoterms reglering styrs SV 1A för att Econet ska bibehålla Tt vid önskvärd nivå. Detta har som följd att Tv generellt är högre för Econet vid lågt Tu, även om mer energi återvinns, än för Ecoterm. Detta eftersom spetsvärmen går in direkt på värmeväxlarens vätskekrets och mer energi absorberas av tilluften än vad som återvinns ur frånluften.
Tabell 3 – De olika stegen av frostskyddsreglering för Econet.
Econet
Steg Orsak Åtgärd
1 Risk för frostbildning Ökar vätskeflödet till 100%
2 Steg 1 aktivt, risk för frostbildning Öppnar SV 41 0 − 100%
3 Steg 2 aktivt, risk för frostbildning Öppnar SV 40 0 − 100%
Samtliga tre steg i tabell 3 sammanställs i en styrsignal RC01 vilken kan variera mellan 0 − 100% där 33% är gräns mellan steg 1 och 2 medan 67% är gräns mellan steg 2 och 3.
3 Metod
Som grund i utvärderingen används data insamlad med värmeväxlarnas egna givare under större delen av februari och delar av mars månad. Beräkningar och grafer är gjorda i MATLAB R2018a, script och funktioner är redovisade i bilaga A.
3.1 Datainsamling
För Ecoterm loggades Tt, Tf, Tu, Ta, GT 2B, SV 1A, SV 2A samt GT 8A med hjälp av värmeväxlarens egna givare. För att se om frostskyddet aktiveras i onödan måste även φf vara känt, detta loggades på plats med två UNI-T UT330B, varav en var placerad i frånluften och en i avluften. Utöver φl loggades även Tl samt Td via UT330B i respektive luftkanal. Loggning med växlarens egna givare skedde via växlarens dataundercentral, DUC, genom VLL. Varje enskild parameter loggas där separat från övriga baserat på värdeförändring bestämt av en global parameter för hela övervakningssystemet. Antalet mättillfällen som sparas är beroende av ledigt utrymme i VLLs databas, är utrymmet begränsat kan värden interpoleras ihop för att spara utrymme. Detta betyder att olika parametrar väldigt sällan loggas samtidigt och beräkningar med mer än en beroende variabel blir svåra att utföra utan att introducera grova fel. Dessutom behöver inte värden för en given tidpunkt stämma överens med verkligheten då de kan vara interpolerade från data som raderats, något som introducerar ytterligare fel. För UT330B dataloggarna valdes ett samplingsintervall på 15 minuter.
För Econet loggades Tt, Tf, Tu, Ta, φf, GT 2, GT 4, GT 42, RC01, SV 1A, SV 40 samt SV 41. Detta skedde på liknande sätt som för Ecoterms dataundercentral fast via Gate IBS, dock fortfarande genom VLLs system varvid parametrarna även här loggades separat från varandra.
Begränsade mätningar av Econet skedde även på plats, detta för att logga samtliga parametrar samtidigt.
Ytterligare data på uteluftens temperatur och relativa luftfuktighet har häm- tats från Umeå Universitets väderstation vid TFE, cirka 500 m från byggnad 6M och cirka 900 m från Hjältarnas Hus. Denna data loggades varje heltimme dygnet runt under mätperioden [11].
3.2 Jämförelse av värmeväxlare
För att kunna göra en korrekt jämförelse mellan värmeväxlarna krävs så lika för- utsättningar som möjligt. Detta omfattar främst luftens fukttillskott i byggnaden samt verkningsgraden. Om dessa inte är lika måste detta tas i åtanke vid ut- värderingen av frostskyddet. Ett högre fukttillskott kommer exempelvis leda till större risk för frostbildning. Hjältarnas hus förväntas ha ett högre fukttillskott än
byggnad 6M på grund av den verksamhet som bedrivs. Eftersom det är ett fler- bostadshus bör exempelvis framförallt duschning påverka, medan det i 6M bör ligga på en ganska jämn nivå över hela mätperioden. En hög verkningsgrad le- der till kallare växlingslameller samt avluft och leder därmed till större risk för frostbildning.
Eftersom tillgänglig mätdata har brister i att mäta flera parametrar samtidigt krävs förenklade metoder för att utvärdera energiåtervinningen med minimalt an- tal beroende variabler eller använda de variabler som har minst osäkerhet. Genom att skriva om ekv. (1) till
ηT ,f = Tf − Ta
Tf − Tu (10)
erhålls frånluftens temperaturverkningsgrad. Den beräknar istället den återvunna energin med hjälp av från- och avluft, detta är fördelaktigt eftersom frånluften generellt sett hålls konstant. Dessutom behövs ingen kompensering för spetsvärme utföras eftersom ingen markant temperaturändring i vätskan skett mellan tillufts- idans utlopp och frånluftsidans inlopp. Används utelufttemperaturen från TFE istället för växlarnas givare ökar precisionen något, detta eftersom närmsta mät- tillfälle då alltid maximalt är 30 minuter bort. Således kommer den enda variabeln med stor osäkerhet vara avlufttemperaturen istället för fem olika variabler såsom i ekv. (2). För beräkningar av Ecoterm kan mätdata från UT330B användas, vilket minskar felmarginalen ytterligare. För mätningarna utförda på plats är osäkerhe- ten minimal, varvid ekv. (2) är att föredra.
3.3 Utvärdering av frostskydd
Utöver verkningsgrad analyseras frostskyddet med jämförelser av olika parametrar hos de två växlarna. Tv för Ecoterm bör som lägst vara −5◦C medan Econet inte bör ha något fixt minimivärde. Eftersom Econet har högre verkningsgrad bör vätsketemperaturen vara lägre vid lågt Tu förutsatt att ingen spetsvärme tillsätts.
Vid tillsatt spetsvärme bör det finnas tydlig skillnad mellan GT 2 och GT 42, denna skillnad bör öka för kallare Tu. Ta bör vara lägre för Econet än Ecoterm eftersom η bör vara högre och mer energi återvinns. Detta förutsatt att Tf är relativt lika.
För en väloptimerad värmeväxlare med hög η bör Ta ligga nära Tv eftersom så mycket termisk energi i vätskan som möjligt ska tas tillvara på. Om frostskydds- regleringen är väl optimerad bör Tv och Tdligga mycket nära varandra vid lågt Tu
för att återvinna maximal mängd energi utan att riskera frostbildning. Ett dåligt optimerat frostskydd kommer börja avfrosta även om ingen påfrysning skett och ingen risk för frostbildning finns.
4 Resultat och diskussion
Här redovisas och diskuteras insamlad data samt resulterande beräkningar.
Fig. 6 visar lufttemperaturer för båda värmeväxlarna över hela mätperioden. På grund av låg samplingfrekvens med växlarnas egna givare används data från TFEs väderstation samt data från UT330B loggar om möjligt för ökad noggrannhet.
Sett till Tl för hela mätperioden, är det generellt sett större varians i Econets
(a) Tu från TFEs väderstation.
(b) Ta och Tf från UT330B dataloggar samt Tu från TFE.
Figur 6 – Lufttemperaturer för båda värmeväxlarna.
temperaturer. Framförallt Ta som vid vissa tillfällen får spikar där den kan gå från att vara lika Tu vid ett tillfälle och sedan vara lika med Tt bara minuter efter.
Fukttillskotten för båda byggnaderna redovisas i fig. 7.
(a) Samtliga värden för båda värme- växlarna.
(b) Värden över 2, 5 · 10−3 borttagna från Econet.
Figur 7 – Fukttillskott i båda värmeväxlarnas byggnader.
I mätloggarna sker oscillationer av φf fortlöpande mellan cirka 10 − 45%, något som ger stor felmarginal. Vid mätningarna på plats var detta extra tydligt dessa oscillationer skedde inom några sekunders intervall. I fig. 7b bortses toppvärden från oscillationerna. På grund av avsaknad av vissa parametrar vid början eller slutet av mätperioden redovisas enbart mätningarna från 2018-02-02 till 2018-03- 02. Förutsättningarna för de två värmeväxlarna är relativt lika förutsatt att de kraftigt varierande värdena för Econet i fig. 7a är felaktiga.
Fig. 8 visar Td för de extremvärden som uppstod vid kraftigt varierande φ relativt Tuoch Tv. För frostskyddet har detta stor påverkan, ett lågt φ för frånluften
(a) Data uppmätt på plats för φ = 10%. (b) Data uppmätt på plats för φ = 45%.
Figur 8 – Td för Econets frånluft med data uppmätt på plats för extremvärdena av oscillerande φ.
ger god marginal på frostskyddet medan ett högt φ tyder på att frostbildning redan borde skett. Förutsatt att det korrekta värdet är det låga extremvärdena som i fig.
7b och ett φ på cirka 10% används verkar ingen risk för frostbildning finnas, dock är det stor skillnad i antalet mättillfällen på de manuellt uppmätta resultaten och de loggade via Ecoterms DUC.
ηT redovisas i fig. 9. På grund av kraftigt varierande värden på Econets DUC loggar har dessa valts att bortses från i fig. 9b för att tydliggöra differensen mellan Econet och Ecoterm.
(a) Samtliga ηT och trendlinjer. (b) ηT från Econet - DUC borttaget.
Figur 9 – ηT för båda värmeväxlarna. För Ecoterm och Econet - DUC visas ηT ,f och för Econet - Manuell visas ηT kompenserad för tillsatt spetsvärme.
Den kraftiga variationen för Econet DUC beror till stor del på Ta som varierar mycket. Med manuellt uppmätt data erhålls ett rimligare resultat vilket medför att Econet alltid har bättre ηT än Ecoterm, vilket är förväntat.
I fig. 10, 11, 12 och 13 redovisas Tv, Ta samt Tf som funktion av tid och Tu.
(a) Samtliga vätsketemperaturer för Eco-
net och Ecoterm över hela mätperioden. (b) Tv som funktion av Tu. Figur 10 – Tv för båda värmeväxlarna.
För vätsketemperaturerna i fig. 10 verkar den generellt sett vara lägre för Eco- term än Econets GT 4, något som inte borde vara fallet i och med att η är högre för Econet. GT 4 har dessutom många orimligt höga spikar. Med tanke på den låga skillnaden mellan GT 2 och GT 42 i fig. 11a verkar ingen större mängd spetsvärme tillförts, men GT 2 och GT 42 tycks konvergera med stigande temperatur, vilket
(a) Data från Econets givare. (b) Manuellt uppmätt data.
Figur 11 – Tv för Econet.
(a) Hela mätperioden. (b) Ta som funktion av Tu. Figur 12 – Taför båda värmeväxlarna.
förväntats. Jämförs fig. 10b med fig. 12 där Ta alltid är lägre för Econet tyder detta på att den loggade datan är inkorrekt. Fig. 10b visar att GT 4 som lägst är cirka −5◦C medan Ta enligt fig. 12b som lägst är cirka −15◦C. GT 4 ska aldrig kunna vara högre än Ta. Att båda värmeväxlarna har ungefär samma lägstanivå trots högre η hos Econet skulle kunna förklaras med att spetsvärmen är kopplad på Econets vätskekrets och således höjer Tv i hela systemet. Dock framgår det av fig. 11a att ingen betydande mängd spetsvärme tillförts, i och med att Econet håller en högre η bör därmed GT 4 vara lägre än Tv för Ecoterm.
(a) Hela mätperioden. (b) Tf som funktion av Ta. Figur 13 – Tf för båda värmeväxlarna.
Tf för båda värmeväxlarna är relativt lika bortsett från vissa perioder då Econet avviker kraftigt.
Fig. 14 visar Ta, Tv samt Tdsom funktion av Tu. De båda figurerna har tydliga
(a) Econet, värden för Td utgår från samma fuktdata som fig. 7b.
(b) Ecoterm, notera hur frostskyddet aktiveras vid Tu= −5◦C.
Figur 14 – Beroende av Tu för olika parametrar för båda värmeväxlarna.
skillnader, fig. 14b över Ecoterm ser precis ut som förväntat. Tydligt uppdelade grupperingar för varje parameter, relativt stort avstånd mellan Taoch Tv på grund av relativt låg η. Tv som sjunker linjärt med Tu för att sedan stanna av vid gräns- värdet där frostskyddet aktiveras. I detta fall finns ingen risk för frostbildning när frostskyddet aktiveras, således har det aktiverats i onödan under de tillfällen av mätperioden då Tu ≤ −14◦C. När frostskyddet väl aktiverats går man miste om mer och mer värme ju kallare det blir eftersom även Td sjunker med Tu. Vore η
annorlunda för värmeväxlaren skulle gränsvärdet nås vid ett annat värde för Tu, högre η skulle innebära att gränsvärdet nås vid lägre Tu. Ju mer Tu sjunker efter att frostskyddet aktiveras desto mer värmeåtervinning går förlorad. För att opti- mera Ecoterms frostskyddsreglering skulle förmodligen gränsvärdet kunna sänkas ytterligare någon grad, men eftersom Td fortsatt sjunker med Tu kommer aldrig frostskyddet kunna kalibreras för optimal drift så länge det enbart styrs mot en variabel.
Från fig. 14a kan ingen karaktäristik för Econet utläsas då ingen tydlig gruppe- ring av parametrarna skett. Hade resultaten varit tydligare för Econet ska fig. 14a och fig. 14b vara nästintill identiska med enda tydliga skillnaden att GT 4 aldrig skulle stannat av vid −5◦C såsom Tv för Ecoterm.
I fig. 15 redovisas frostskyddsregleringen för Econet samt avfrostningsventilens läge för Ecoterm som funktion av Tu. För Ecoterm visas även ventilens läge som funktion av Tv. Som synes har shuntreglering för Econet endast aktiverats vid två
(a) Frostskyddssignal RC01, Econet.
(b) Avfrostningsventilens läge för Ecoterm som funktion av Tu och Tv.
Figur 15 – Frostskydd/avfrostningens styrsignaler för båda värmeväxlarna.
tillfällen under hela mätperioden medan Ecoterm påbörjar shuntreglering vid cirka
−14◦C för att hålla Tv vid −5◦C. Vid de tillfällen som manuell mätning utfördes öppnades ingen shuntventil för Econet. Eftersom Econet har högre verkningsgrad och således bör ha större faktiskt behov av frostskydd tyder detta på att Ecoterm påbörjar sin avfrostning i onödan och/eller att loggningen för Econet även här är inkorrekt. Förutsatt att det lägre fukttillskottet från fig. 7b och att Tv från fig.
10b stämmer bör Td och Tv för Econet vara liknande Ecoterms värden i fig. 14b, vilket inte påvisar någon risk för påfrysning. I och med att Econet aldrig överstiger gränsvärdet för SV40 skulle mätningar för ännu kallare Tu vara av intresse. Detta skulle förmodligen visa ännu större skillnad mellan de två växlarna.
4.1 Diskussion Econet
Genomgående för samtliga resultat är den bristande precisionen på Econets loggade mätdata. För samtliga parametrar är mätdatan bitvis orimlig och kontraintuitiv, med exempelvis kallare Ta än Tv eller kraftigt oscillerande φf. Enligt mätningar- na på plats verkar detta dock inte påverka växlarens prestanda märkbart, även om vissa frågetecken finns där också, främst φf. Några förklaringar till dessa fel är: givarfel, loggningsfel, och loggningsmetodik. Givarfel verkar mest aktuellt för φ medan övrig problematik i mätdata förmodligen har sitt ursprung i en kombination av loggningsfel och loggningsmetodik. Loggningsfel kan bero på störningar i da- taundercentralen eller styrsystemet, vilket skulle kunna orsaka de ojämna värdena som ses på framförallt luft- och vätsketemperaturer. Dessutom bidrar loggningsme- todiken med stor problematik. Data loggas med huvudsyfte att kunna identifiera driftstörningar och är inte optimerad för den typ av beräkningar som utförts i denna utvärdering. När värden dessutom kan interpoleras och raderas vid bris- tande lagringsutrymme introduceras ytterligare fel. Eftersom samma system dock tillämpas vid loggning av mätdata för Ecoterm tyder detta på att felen är mer lokala för Econet, varvid störningar i dataundercentralen är den troligaste orsaken till mätfelen.
Förutsatt att det är det lägre värdet på φ som stämmer, enligt fig. 7b, verkar ingen risk för frostbildning finnas trots kalla temperaturer. Detta beror till viss del på att spetsvärmen och värmeväxlaren går på samma vätskekrets, vilket höjer Tv och minskar risken att den understiger Td.
Regleringen för Econets frostskydd är lovande, om den fungerar som tänkt är svårt att se i denna utvärdering. Även om regleringen fungerar korrekt finns det brister i själva frostskyddet eftersom huvudfunktionen är att eliminera påfrysning genom att öka Tv, vilket minskar η. Detta gör att spetsvärme blir nödvändigt vid lägre Tu. Optimalt vore om η alltid kunde vara maximal. För detta krävs antingen bättre material i värmeväxlaren som minimerar risken för påfrysning, något som det forskas mycket om, eller att effektivt kunna sänka Td genom att minska fuktinnehållet i frånluften.
4.2 Diskussion Ecoterm
För Ecoterm har mätningarna varit betydligt mer framgångsrika, både med logg- ning med växlarens egna givare via DUC samt de mätningar som utförts med UNI-T UT330B dataloggare. Alla resultat för Ecoterm är väntade, rimliga och har låg varians. För att kunna utföra mer detaljerade beräkningar och erhålla mer kvantifierbara resultat behövs dock alla parametrar loggas samtidigt med lika samplingsintervall under längre period. För parallellkopplade värmeväxlare, som Ecoterm i detta fall, bör data för samtliga värmeväxlare på samma vätskekrets
loggas. Detta för att få en rättvisare helhetsbild över hela systemet som är mer jämförbar med Econet-enheten.
5 Slutsats
Detta examensarbete jämför två batterivärmeväxlares frostskyddsreglering vid Norr- lands Universitetssjukhus i Umeå, båda värmeväxlarna är tillverkade av Fläkt Woods. Ena växlaren är från tidigt 2000-tal, Ecoterm, den andra från 2017, Econet.
För Ecoterm aktiveras frostskyddet vid uteluftstemperaturer ≤ −14◦C för att hålla inloppstemperaturen på vätskekretsen till frånluftsbatteriet ≥ −5◦C. Un- der mätperioden har detta förhindrat all frostbildning. Däremot går viss värme, som annars skulle kunna återvinnas, förlorad i och med att frostskyddet aktive- ras tidigare än det egentligen behövs. Detta är extra tydligt de kallaste dagarna när frostskyddet aktiveras tidigt medan daggpunktstemperaturen är avsevärt lägre än vätsketemperaturen och relativt mycket värme går förlorad. Med bättre frost- skyddsreglering skulle denna onödiga avfrostning kunna undvikas och mer värme återvinnas. Är dessutom ηT högre för växlaren kommer gränsvärdet för vätske- temperaturen nås vid högre uteluftstemperatur eftersom större energiåtervinning bidrar till större temperaturdifferenser inom växlaren. Ju tidigare ett frostskydd som enbart styrs mot en parameter beroende av uteluftstemperaturen aktiveras desto mer värmeåtervinning kommer växlaren gå miste om. Detta eftersom dif- ferensen mellan vätsketemperaturen och daggpunktstemperaturen kommer öka ju kallare det blir, vilket leder till att avluftstemperaturen stagnerar istället för att fortsätta sjunka som vore fallet om all värme kunde återvinnas.
För Econet verkar det finnas flertalet fel vid loggning av parametrar från väx- larens givare, främst luftfuktighet, samtliga temperaturer på vätska och luft, fram- förallt avluften. Detta bör ses över. Baserat på de få mätningar som utförts på plats verkar dock inte dessa fel påverka prestandan märkbart, men framförallt verkar luftfuktigheten ha något typ av givarfel.
På grund av bristande kvalitet på loggad mätdata från Econet behövs ytterli- gare studier för att kvantifiera mer exakta skillnader i hur frostskyddsregleringen påverkar energiåtervinningen i de båda värmeväxlarna. Förutsatt att de loggade värdena på frostskyddssignalen för Econet stämmer verkar dock frostskydd i form av shuntreglering nästan aldrig behövas för det undersökta intervallet av Tu. Det- ta beror nog till stor del på att spetsvärmen sätts in direkt på värmeväxlarens vätskekrets, något som höjer Tv något.
För utvärdering av enbart frostskyddsregleringen vore det intressant att und- vika spetsvärme i vätskekretsen för Econet. Detta kommer leda till lägre Tv och Ta samt aktivera frostskyddet fler gånger. Eftersom Econet inte är konstruerad för sådan drift vore detta inte optimalt för värmeåtervinning men vore intressant för
att retroaktivt kunna ändra frostskyddsregleringen hos befintliga värmeväxlare, såsom Ecoterm.
Överlag verkar frostskyddsregleringen fungera väl för Econet även om behovet är begränsat, medan den för Ecoterm aktiveras i onödan. För att kvantifiera hur mycket effektivare Econets frostskyddsreglering faktiskt är behövs vidare studier med mer kontrollerade mätningar. Detta bör utföras vid annan plats om värme- växlarens inbyggda givare ska användas, alternativt bör systemet vid NUS ses över för att kunna logga samtliga parametrar samtidigt och dessutom identifiera de fel som uppstått vid loggningen av Econet. Med fördel sker vidare studier i kallare klimat eller i byggnader med högre fukttillskott för att kunna utvärdera alla steg i Econets frostskyddsreglering.
För att optimera frostskyddet ytterligare bör man undersöka möjligheter att undvika frostbildning utan att minska verkningsgraden. Kan man exempelvis mins- ka fuktinnehållet i frånluften på ett effektivt sätt minskas därmed beroendet av byggnadens fukttillskott samtidigt som man kan hålla en fortsatt hög verknings- grad vid kalla temperaturer.
Referenser
[1] Fläkt Woods. Teknisk Handbok - Luftbehandlingsteknologi. 2013.
[2] Fläkt Woods. Econet Premium - Flexibel energiåtervinning för eQ luftbe- handlinsaggregat, med upp till 80% verkningsgrad och 0% korskontaminering.
2017.
[3] Västerbottens Läns Landsting. Driftkort TA004-FA004 TA005-FA005. Au- gusti 2002.
[4] Fläkt Woods. Econet Premium - Felsökningsmanual/vanliga frågor. 2015.
[5] A. K. Singh m. fl. “Numerical calculation of psychrometric properties on a calculator”. I: Building and Environment 37.4 (april 2002), s. 415–419. issn:
0360-1323.
[6] Boverket. “Så mår våra hus - redovisning av regeringsuppdrag beträffande byggnaders tekniska utformning m.m.” I: (september 2009). issn: 978-91- 86342-29-6.
[7] Folkhälsomyndigheten. “FoHMFS 2014:14 Folkhälsomyndighetens allmänna råd om fukt och mikroorganismer”. sv. I: (2014), s. 8.
[8] Mohammad Rafati Nasr m. fl. “A review of frosting in air-to-air energy ex- changers”. I: Renewable and Sustainable Energy Reviews 30 (februari 2014), s. 538–554. issn: 1364-0321.
[9] Mohammad Rafati Nasr m. fl. “Evaluation of defrosting methods for air-to- air heat/energy exchangers on energy consumption of ventilation”. I: Applied Energy 151 (augusti 2015), s. 32–40. issn: 0306-2619.
[10] Maria Justo Alonso m. fl. “Review of heat/energy recovery exchangers for use in ZEBs in cold climate countries”. I: Building and Environment 84 (januari 2015), s. 228–237. issn: 0360-1323.
[11] Institutionen för tillämpad fysik och elektronik, Umeå Universitet. Väderdata från TFE’s väderstation till CSV format. Hämtad: 2018-04-17. url: http:
//www8.tfe.umu.se/weatherold/csv.html.
A MATLAB-kod
Här redovisas kod för MATLAB, för vissa funktioner och script krävs MATLAB version R2018a.
Script för beräkningar av Ecoterm
1 % Ber ä knar p a r a m e t r a r av i n t r e s s e f ö r vä rmev ä x l a r e n i
byggnad 6M med d a t a l o g g a d f r ån g i v a r e n samt med UT330B uppmä t t d a t a .
2
3 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
4
5 %I m p o r t e r a r vä d e r d a t a f r ån t f e , ä n d r a r ä ven t i l l r ä t t datumformat
6 o p t s = d e t e c t I m p o r t O p t i o n s (’ t f e v a d e r . c s v ’) ;
7 varOpts = g e t v a r o p t s ( o p t s , ’ Datum ’) ;
8 o p t s = s e t v a r o p t s ( o p t s , ’ Datum ’ ,’ DatetimeFormat ’ ,’ yyyy−MM−dd HH: s s ’) ;
9 o p t s = s e t v a r o p t s ( o p t s , ’ Datum ’ ,’ InputFormat ’ , ’MM/dd/uuuu HH :mm’) ;
10 t f e=r e a d t a b l e (’ t f e v a d e r . c s v ’ , o p t s ) ;
11
12 %I m p o r t e r a r d a t a f r ån UT330B−mä t a r e
13 a6m = r e a d t a b l e (’A_6M. c s v ’) ;
14 f6m = r e a d t a b l e (’F_6M. c s v ’) ;
15
16 %I m p o r t e r a r d a t a f r ån vä rmev ä x l a r e n i form av . CSV− f i l e r
17 %L u f t t e m p e r a t u r e r
18 B6_Tt=r e a d t a b l e (’B6_TT. c s v ’) ;
19 B6_Tf=r e a d t a b l e (’B6_TF . c s v ’) ;
20 B6_Ta=r e a d t a b l e ( ’B6_TA. c s v ’) ;
21 B6_Tu=r e a d t a b l e ( ’B6_TU. c s v ’) ;
22
23 %Vä t s k e t e m p e r a t u r
24 B6_TV=r e a d t a b l e (’B6_TV. c s v ’) ;
25
26 %V e n t i l p o s i t i o n e r
27 B6_SV1A=r e a d t a b l e ( ’B6_SV1A . c s v ’) ;
28 B6_SV2A=r e a d t a b l e ( ’B6_SV2A . c s v ’) ;
29
30 %V e r k n i n g s g r a d
31 B6_ETA=r e a d t a b l e (’B6_ETA. c s v ’) ;
32
33 %F r o s t s k y d d
34 B6_GT8A=r e a d t a b l e (’B6_GT8A . c s v ’) ;
35
36 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
37
38 %T a b e l l e r f ö r b e r ä k n i n g av d i v e r s e p a r a m e t r a r , l ä g g e r i h o p i m p o r t e r a d d a t a
39 %i gemensamma t a b e l l e r , anv ä nds f i l l m i s s i n g s å l i n j ä r i n t e r p o l e r a s den d a t a
40 %som s a k n a s .
41
42 %T a b e l l f ö r a t t b e r ä kna f r å n l u f t s v e r k n i n g s g r a d
43 b6Ta=o u t e r j o i n ( f6m , a6m , ’ MergeKeys ’ , t r u e ) ;
44 b6Ta=j o i n t f e ( b6Ta , t f e ) ;
45 b6Ta= f i l l m i s s i n g ( b6Ta , ’ l i n e a r ’ ,’ EndValues ’ , ’ n e a r e s t ’) ;
46 %Tar b o r t f e l a k t i g d a t a
47 b6Ta ( b6Ta . Tu== −6.440000000000000 ,:) = [ ] ;
48
49 %T a b e l l f ö r a t t v i s a a v f r o s t n i n g e n s b e r o e n d e av u t e l u f t t e m p e r a t u r e n
50 b6SV2=j o i n t f e (B6_SV2A, t f e ) ;
51
52 %T a b e l l f ö r a t t v i s a a v f r o s t n i n g e n s b e r o e n d e av vä t s k e t e m p e r a t u r
53 B6SV2=o u t e r j o i n (B6_SV2A, B6_TV, ’ MergeKeys ’ , t r u e ) ;
54 B6SV2= f i l l m i s s i n g ( B6SV2 , ’ l i n e a r ’,’ EndValues ’ , ’ n e a r e s t ’) ;
55 %Tar b o r t f e l a k t i g d a t a
56 B6SV2 ( B6SV2 . SV2A= = 9 7 . 9 6 0 9 7 5 6 4 6 9 7 2 7 0 0 , : ) = [ ] ;
57
58 %T a b e l l e r f ö r a t t v i s a b e r o e n d e av u t e t e m p e r a t u r
59 B6TAU=j o i n t f e ( a6m , t f e ) ;
60 B6TVU=j o i n t f e (B6_TV, t f e ) ;
61 B6TDU=j o i n t f e ( f6m , t f e ) ;
62 %Tar b o r t f e l a k t i g d a t a
63 B6TAU(B6TAU. Tu== −6.440000000000000 ,:) = [ ] ;
64 B6TDU(B6TDU. Tu== −6.440000000000000 ,:) = [ ] ;
65
66 %T a b e l l f ö r a t t b e r ä kna f u k t t i l l s k o t t
67 B6FW=o u t e r j o i n ( f6m , t f e , ’ MergeKeys ’ , t r u e ) ;
68 B6FW= f i l l m i s s i n g (B6FW, ’ l i n e a r ’ ,’ EndValues ’ , ’ n e a r e s t ’) ;
69 %Tar b o r t g r ä nsv ä r d e n dä r v i s s d a t a s a k n a s
70 a=d a t e t i m e ( 2 0 1 8 , 2 , 2 , 0 , 0 , 0 ) ;
71 b=d a t e t i m e ( 2 0 1 8 , 3 , 2 , 0 , 0 , 0 ) ;
72 B6FW(B6FW. Datum < a , : ) = [ ] ;
73 B6FW(B6FW. Datum > b , : ) = [ ] ;
74
75 B6VETA=o u t e r j o i n (B6_TV, B6_ETA, ’ MergeKeys ’ , t r u e ) ;
76 B6VETA= f i l l m i s s i n g (B6VETA, ’ l i n e a r ’,’ EndValues ’ , ’ n e a r e s t ’) ;
77
78 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
79
80 %Ber ä knar f r å n l u f t s v e r k n i n g s g r a d
81 BY=100.∗ Fverk ( b6Ta . Tf , b6Ta . Ta , b6Ta . Tu) ;
82 BX=b6Ta . Tu ;
83 %Ber ä knar t r e n d l i n j e som andragradspolynom
84 xb6 = l i n s p a c e( − 2 3 . 5 , 3 ,l e n g t h(BX) ) ;
85 [ B6_p, ~ ,B6_mu ] = p o l y f i t(BX, BY, 2 ) ;
86 e t a b 6 = p o l y v a l(B6_p , xb6 , [ ] , B6_mu) ;
87
88 %Ber ä knar f u k t t i l l s k o t t i byggnaden
89 b6fw=f u k t k v o t (B6FW. Tf ,B6FW.RH)−f u k t k v o t (B6FW. Tu_TFE,B6FW.
RH_TFE) ;
90
91 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Script för beräkningar av Econet, manuellt loggad data
1 % Ber ä knar p a r a m e t r a r av i n t r e s s e f ö r vä rmev ä x l a r e n i h j ä l t a r n a s hus med m a n u e l l t l o g g a d d a t a .
2
3 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
4
5 %I m p o r t e r a r d a t a f r ån . csv− f i l e r
6 HH=r e a d t a b l e ( ’HH. c s v ’) ;
7
8 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
9
10 %Ber ä knar i n t r e s s a n t d a t a
11
12 %Ber ä knar d a g g p u n k t s t e m p e r a t u r , a b s o l u t f u k t i n n e h å l l
13 HH_Td=daggpunkt (HH. Tf , 1 0 ) ;
14 Fw=f u k t k v o t (HH. Tf ,HH.RH) ;
15 Fwute=f u k t k v o t (HH. Tu , 1 0 0 ) ;
16 dFw=Fw−Fwute ;
17
18 %Ber ä knar t e m p e r a t u r v e r k n i n g s g r a d e n
19 HH_Tverk=Tverk (HH. Tt ,HH. Tf ,HH. Tu ,HH. Tv42 ,HH. Tv4 ,HH. Tv2 ,HH.
SV1A) ;
20
21 %Ber ä knar p o l y n o m i s k t r e n d l i n j e av v e r k n i n g s g r a d e n s t e m p e r a t u r b e r o e n d e
22 xhh = l i n s p a c e( −20 , −8 ,50) ;
23 [HH_p, ~ ,HH_mu] = p o l y f i t(HH. Tu , HH_Everk , 2 ) ;
24 e t a h h = p o l y v a l(HH_p, xhh , [ ] , HH_mu) ;
25
26 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Script för beräkningar av Econet, data från växlarens egna givare
1 %Ber ä knar p a r a m e t r a r av i n t r e s s e f ö r vä rmev ä x l a r e n i h j ä l t a r n a s hus med d a t a l o g g a d f r ån vä x l a r e n s g i v a r e .
2
3 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
4
5 %I m p o r t e r a r d a t a f r ån . csv− f i l e r
6 %L u f t t e m p e r a t u r e r
7 HH_Tt=r e a d t a b l e (’HH_TT_GT1A. c s v ’) ;
8 HH_Tf=r e a d t a b l e (’HH_TF_GT20. c s v ’) ;
9 HH_Ta=r e a d t a b l e ( ’HH_TA_GT21. c s v ’) ;
10 HH_Tu=r e a d t a b l e ( ’HH_TU_GT4A. c s v ’) ;
11
12 %R e l a t i v l u f t f u k t i g h e t
13 HH_RH=r e a d t a b l e (’HH_RH_GH20. c s v ’) ;
14
15 %L u f t f l ö den
16 HH_FLA=r e a d t a b l e ( ’HH_FL_GF4A. c s v ’) ;
17 HH_FLB=r e a d t a b l e ( ’HH_FL_GF4B. c s v ’) ;
18
19 %Vä t s k e t e m p e r a t u r e r
20 HH_TV_GT4=r e a d t a b l e (’HH_TV_GT4. c s v ’) ;
21 HH_TV_GT42=r e a d t a b l e ( ’HH_TV_GT42. c s v ’) ;
22 HH_TV_GT2=r e a d t a b l e (’HH_TV_GT2. c s v ’) ;
23
24 %Vä t s k e f l ö de
25 HH_FV=r e a d t a b l e (’HH_FV_GP41. c s v ’) ;
26
27 %V e n t i l p o s i t i o n e r
28 HH_SV40=r e a d t a b l e (’HH_SV40 . c s v ’) ;
29 HH_SV41=r e a d t a b l e (’HH_SV41 . c s v ’) ;
30 HH_SV1A=r e a d t a b l e (’HH_SV1A. c s v ’) ;
31
32 %F r o s t s k y d d s s i g n a l
33 HH_DPR=r e a d t a b l e ( ’HH_DPR. c s v ’) ;
34
35 %I m p o r t e r a r vä d e r d a t a f r ån t f e , ä n d r a r ä ven t i l l r ä t t datumformat
36 o p t s = d e t e c t I m p o r t O p t i o n s (’ t f e v a d e r . c s v ’) ;
37 varOpts = g e t v a r o p t s ( o p t s , ’ Datum ’) ;
38 o p t s = s e t v a r o p t s ( o p t s , ’ Datum ’ ,’ DatetimeFormat ’ ,’ yyyy−MM−dd HH: s s ’) ;
39 o p t s = s e t v a r o p t s ( o p t s , ’ Datum ’ ,’ InputFormat ’ , ’MM/dd/uuuu HH :mm’) ;
40 t f e=r e a d t a b l e (’ t f e v a d e r . c s v ’ , o p t s ) ;
41
42 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
43
44 %T a b e l l e r f ö r b e r ä k n i n g av d i v e r s e p a r a m e t r a r , l ä g g e r i h o p i m p o r t e r a d d a t a
45 %i gemensamma t a b e l l e r , anv ä nds f i l l m i s s i n g s å l i n j ä r i n t e r p o l e r a s den d a t a
46 %som s a k n a s .
47
48 %T a b e l l f ö r b e r ä k n i n g av f u k t t i l l s k o t t
49 hhTd=o u t e r j o i n (HH_Tf,HH_RH, ’ MergeKeys ’ , t r u e ) ;
50 hhTd=j o i n t f e ( hhTd , t f e ) ;
51 hhTd= f i l l m i s s i n g ( hhTd , ’ l i n e a r ’ ,’ EndValues ’ , ’ n e a r e s t ’) ;
52 %Tar b o r t g r ä nsv ä r d e n dä r v i s s d a t a s a k n a s
53 a=d a t e t i m e ( 2 0 1 8 , 2 , 2 , 0 , 0 , 0 ) ;
54 b=d a t e t i m e ( 2 0 1 8 , 3 , 2 , 0 , 0 , 0 ) ;
55 hhTd ( hhTd . Datum < a , : ) = [ ] ;
56 hhTd ( hhTd . Datum > b , : ) = [ ] ;
57
58 %T a b e l l f ö r b e r ä k n i n g av v e r k n i n g s g r a d
59 hhTa=o u t e r j o i n (HH_Tf,HH_Ta, ’ MergeKeys ’ , t r u e ) ;
60 hhTa=j o i n t f e ( hhTa , t f e ) ;
61 hhTa= f i l l m i s s i n g ( hhTa , ’ l i n e a r ’ ,’ EndValues ’ , ’ n e a r e s t ’) ;
62
63 %T a b e l l f ö r vä t s k e t e m p e r a t u r e n s b e r o e n d e av u t e l u f t t e m p e r a t u r e n
64 hhTv=j o i n t f e (HH_TV_GT4, t f e ) ;
65 hhTv2=j o i n t f e (HH_TV_GT2, t f e ) ;
66 hhTv42=j o i n t f e (HH_TV_GT42, t f e ) ;
67
68 %T a b e l l f ö r a v l u f t t e m p e r a t u r e n s b e r o e n d e av u t e l u f t t e m p e r a t u r e n
69 hhTA=j o i n t f e (HH_Ta, t f e ) ;
70
71 %T a b e l l f ö r f r å n l u f t t e m p e r a t u r e n s b e r o e n d e av
u t e l u f t t e m p e r a t u r e n
72 hhTF=j o i n t f e (HH_Tf, t f e ) ;
73
74 %T a b e l l f ö r d a g g p u n k t s r e g l e r i n g s s i g n a l
75 hhDPR=j o i n t f e (HH_DPR, t f e ) ;
76
77 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
78
79 %Ber ä knar i n t r e s s a n t d a t a
80
81 %Ber ä knar d a g g p u n k t s t e m p e r a t u r , a b s o l u t f u k t i n n e h å l l och f u k t t i l l s k o t t
82 hh_td=daggpunkt ( hhTd . Tf , hhTd .RH) ;
83 hh_fw=f u k t k v o t ( hhTd . Tf , hhTd .RH)−f u k t k v o t ( hhTd . Tu , hhTd .RH_1)
;
84 % %Tar b o r t o r i m l i g t hö ga vä r d e n
85 hh_td ( hh_fw > 0 . 0 0 2 5 , : ) = [ ] ;
86 hhTd ( hh_fw > 0 . 0 0 2 5 , : ) = [ ] ;
87 hh_fw ( hh_fw > 0 . 0 0 2 5 , : ) = [ ] ;
88
89 %Ber ä knar t e m p e r a t u r v e r k n i n g s g r a d
90 Teta =100.∗ Fverk ( 2 1 , hhTa . Ta , hhTa . Tu) ;
91 X=hhTa . Tu ;
92
93 %−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Funktion för beräkning av frånluftsverkningsgrad
1 f u n c t i o n [ e t a ] = Fverk ( Tf , Ta , Tu)
2 %Ber ä knar f r å n l u f t s v e r k n i n g s g r a d e n f ö r en vä rmev ä x l a r e
3 % Kan anv ä nda e n s k i l d a s i f f r o r e l l e r v e k t o r e r f ö r a t t b e r ä kna f r å n l u f t s v e r k n i n g s g r a d e n .
4
5 e t a = ( Tf−Ta ) . / ( Tf−Tu) ;
6
7 end
Funktion för beräkning av temperaturverkningsgrad kompenserad för spetsvärme
1 f u n c t i o n [ e t a ] = Tverk ( Tt , Tf , Tu , GT42 , GT4, GT2, SV1A)
2 %TVERK Ber ä knar t e m p e r a t u r v e r k n i n g s g r a d e n f ö r vä rmev ä x l a r e n Econet Premium
3 % Tar hä nsyn t i l l s p e t s v ärme om den anv ä nds , r e t u r n e r a r s v a r e t i p r o c e n t e n h e t e r 0 −100.
4
5 e t a =((GT42 . ∗abs(s i g n(SV1A) )−GT4) . / ( GT2. ∗abs(s i g n(SV1A) )−GT4 ) ) . ∗ ( ( Tt−Tu) . / ( Tf−Tu) ) ;
6 e t a=e t a ∗ 1 0 0 ;
7
8 end
Funktion för beräkning av daggpunktstemperatur
1 f u n c t i o n [ Td ] = daggpunkt ( T, RH )
2 %DAGGPUNKT Ber ä knar d a g g p u n k t s t e m p e r a t u r e n f ö r f u k t i g l u f t
3 % Med h j ä l p av t e m p e r a t u r e n T i c e l s i u s och l u f t f u k t i g h e t e n RH i p r o c e n t e n h e t e r b e r ä knas
d a g g p u n k t s t e m p e r a t u r e n Td . Grä nsv ä r d e f ö r l u f t t e m p e r a t u r ä r max 63C . Anvä n d e r a t m o s f ä r s t r y c k e t 101 325 Pa .
4
5 %Gö r om RH f r ån p r o c e n t e n h e t e r t i l l p r o c e n t
6 RH=RH. / 1 0 0 ;
7
8 %Mä t t n a d s t r y c k
9 Pwst = 6 1 0 . 7 8 . ∗ (exp( 1 7 . 2 6 9 . ∗T. / ( 2 3 7 . 3 +T) ) . ∗s i g n(1+s i g n(T) )+
exp( 2 1 . 8 7 4 . ∗T. / ( 2 6 5 + 0 . 9 6 1 5 . ∗T) ) . ∗s i g n(1−s i g n(T) ) ) ;
10
11 %Ån g t r y c k
12 Pw=Pwst . ∗RH;
13
14 %Daggpunktstemperatur
15 Td=l o g(Pw. / 6 1 0 . 7 8 ) . ∗ ( 2 3 7 . 3 . / ( 1 7 . 2 6 9 −l o g(Pw. / 6 1 0 . 7 8 ) ) . ∗s i g n (1+s i g n(T) ) +265./(21.874 −l o g(Pw. / 6 1 0 . 7 8 ) . ∗ 0 . 9 6 1 5 ) . ∗s i g n (1−s i g n(T) ) ) ;
16 17 18 end
Funktion för beräkning av absoluta fuktinnehållet
1 f u n c t i o n [ W ] = f u k t k v o t ( T,RH )
2 %FUKTKVOT Ber ä knar f u k t k v o t e n i l u f t
3 % Ber ä knar med h j ä l p av mä t t n a d s t r y c k f ö r f u k t i g l u f t f u k t k v o t e n i
4 % l u f t e n . T ä r t e m p e r a t u r e n i c e l s i u s och RH den r e l a t i v a
5 % l u f t f u k t i g h e t e n . Anvä n d e r a t m o s f ä r s t r y c k e t 101 325 Pa . Grä nsv ä r d e f ö r
6 % l u f t t e m p e r a t u r ä r max 63C .
7
8 %Gö r om RH f r ån p r o c e n t e n h e t e r t i l l p r o c e n t
9 RH=RH. / 1 0 0 ;
10
11 %Atmosf ä r s t r y c k
12 P=101325;
13
14 %Mä t t n a d s t r y c k
15 Pwst = 6 1 0 . 7 8 . ∗ (exp( 1 7 . 2 6 9 . ∗T. / ( 2 3 7 . 3 +T) ) . ∗s i g n(1+s i g n(T) )+
exp( 2 1 . 8 7 4 . ∗T. / ( 2 6 5 + 0 . 9 6 1 5 . ∗T) ) . ∗s i g n(1−s i g n(T) ) ) ;
16
17 %Ån g t r y c k
18 Pw=Pwst . ∗RH;
19
20 %Fuktkvot
21 W= 0 . 6 2 1 9 8 . ∗Pw . / ( P−Pw) ;
22 23 end
Funktion för att lägga in väderdata från TFE i befintlig tabell vid närms- ta tidpunkter
1 f u n c t i o n [ t a b l e 1 ] = j o i n t f e ( t a b l e 1 , t a b l e t f e )
2 %JOINTFE Lä g g e r i n kolumner med vä d e r d a t a f r ån t f e t i l l
annan t a b e l l
3 % J ämfö r datum och t i d f r ån h u v u d t a b e l l med datum och t i d f ö r t f e d a t a
4 % och l ä g g e r i n d a t a motsvarande nä rmsta t i d . Krä v e r t a b e l l e r som ä r
5 % k o r r e k t f o r m a t t e r a d e med ’ Datum ’ i f ö r s t a kolumn i bå da t a b e l l e r samt
6 % ’Tu_TFE’ och ’RH_TFE’ i ’ t a b l e t f e ’ .
7
8 % B e s t ämmer l ä ngd på l o o p n i n g s v a r i a b e l samt s i s t a kolumn
9 [ r , c ] = s i z e( t a b l e 1 ) ;
10
11 % P r e a l l o k e r a r minne f ö r de nya kolumnerna
12 Tu = t a b l e 1 . ( 2 ) ;
13 RH = t a b l e 1 . ( 2 ) ;
14 % Gö r om datumformatet t i l l J u l i a n s k t f ö r a t t u n d e r l ä t t a j ä mfö r e l s e
15 j u l i a n 1 = t a b l e 1 . Datum ;
16 j u l i a n 2 = t a b l e t f e . Datum ;
17
18 % Loop f ö r a t t h i t t a nä rmsta datum
19 f o r i =1: r
20 % Ber ä knar a b s o l u t b e l o p p e t av d i f f e r e n s e n m e l l a n datumen .
21 a = abs( j u l i a n 1 ( i ) − j u l i a n 2 ) ;
22
23 % H i t t a r i n d e x f ö r TFE dä r t i d e r n a s t ämmer bä s t ö v e r e n s .
24 b = f i n d( a == min( a ) ) ;
25
26 % F y l l e r i de nya kolumnerna med r ä t t d a t a f r ån TFE
27 Tu( i )=mean( t a b l e t f e .Tu_TFE( b ) ) ;
28 RH( i )=mean( t a b l e t f e .RH_TFE( b ) ) ;
29 end
30 % Lä g g e r i n de nya kolumnerna i den i m p o r t e r a d e t a b e l l e n
31 t a b l e 1 = a d d v a r s ( t a b l e 1 , Tu , RH, ’ A f t e r ’ , t a b l e 1 . P r o p e r t i e s . VariableNames ( c ) ) ;
32 end
