Karlstads universitet 651 88 Karlstad
Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60
Information@kau.se www.kau.se Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap
Miljö- och energisystem
John Sjöberg
Komfort- och ventilationsanalys på Lersäters värmeverk
PMV-beräkningar och ventilationsmätningar i ett pannhus samt två intilliggande lokaler
Fjärrvärme, komfortindex, arbetsförhållanden
Comfort and ventilation analysis on Lersäters värmeverk
PMV calculations and ventilation measurements in a boiler room and two adjacent buildings
District heating, comfort index, working conditions
Examensarbete 30 hp
Civilingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik
Januari 2019
Handledare: Jonas Berghel Examinator: Roger Renström
Sammanfattning
Den globala uppvärmningen är en stor utmaning för världen att hantera och därför har länder som Sverige och unioner som EU kommit överens om olika klimatmål. Fram till 2020 är planen att utsläppen av växthusgaser skall sänkas med 20% jämfört med nivåerna 1990 och sen 2050 skall det reduceras med 80%. För att kunna möta dessa miljömål måste energiproduktionen inom EU- länderna bli mer miljövänlig. Ett sätt att producera sådan energi är med biobränslen vilket kan göras genom förbränning av biobränslena i en fjärrvärmeanläggning. Därmed blir det viktigt att alla energiproducenter strävar åt att gå mot en mer miljövänlig energiproduktion.
Utöver att energiomvandlingen måste göras på ett miljövänligt sätt för att uppnå ett hållbart samhälle måste bra arbetsklimat också erhållas på anläggningarna. För om ett bra arbetsklimat inte infinner sig kan hälsan hos dem anställda riskeras med hälsoproblem som till exempel illamående och i värsta fall hjärtproblem. Dåligt arbetsklimat kan uppkomma på olika sätt men två exempel är vid för höga inomhustemperaturer eller dålig luftkvalitet.
För att utvärdera hur bra ett inomhusklimat är finns olika typer av komfortindex, i denna studie har PMV-metoden använts för att utvärdera komfortnivåerna på Lersäters värmeverk som är en del av Kils Energi AB. Genom att samla in klimatdata inne i tre lokaler som används vid fjärrvärmeproduktionen kunde komfortnivåer för samtliga våningar beräknas. Dessutom har luftflöden i ventilationssystemet beräknats för vardera lokal och don för att säkerställa att anläggningen möter de rekommenderade kraven för ventilation från Arbetsmiljöverket.
Ett av sätten att säkerställa ett bra arbetsklimat i lokaler är att ha ett väl fungerande ventilationssystem. Finns många olika tillvägagångssätt för att få en lokal väl ventilerad där vissa är energikrävande och vissa inte. Lersäters värmeverk har ett tilluftsventilationssystem som har pannan som utflöde ur pannhuset.
PMV:s som beräknades fram i Lersäters värmeverk varierade kraftigt beroende på vilken lokal och vilken våning som undersöktes. När spjällen var stängda i pannhuset blev det beräknade PMV högre än 3 på våning 5 och 6 i pannhuset vilket är över det maximala värdet för PMV-metoden. Längre ner i pannhuset sjönk PMV till mer acceptabla nivåer där det gick mellan 1–2 för resten av anläggningen.
Två olika fallstudier utfördes där olika fläktfrekvenser på ventilationssystemet och med öppna eller stängda spjäll i pannhuset. När spjällen var öppna blev komforten bättre i pannhuset. På våning 5 och 6 i pannhuset ökade komforten avsevärt när spjällen var öppna i jämförelse mot vid stängda spjäll. PMV minskade till runt 2 istället för 3–4 vid stängda spjäll.
Pannhuset hade upp till 18 gånger högre luftomsättning än rekommenderade värden för inomhusklimat men stor del av denna luft blev stillastående på de lägsta våningarna där komforten blev god men på bekostnad av låga komfortnivåer på de övre våningarna. På dem två översta våningarna i pannhuset vid grundfallet var PMV till och med högre än det maximala värdet PMV- metoden normalt kan ge.
En undersökning av vad de anställda tyckte om klimatet utfördes med hjälp av ett frågeformulär, se bilaga 3. Resultaten från formuläret visade att stora delar av mätresultaten stämde överens med dem anställdas åsikter. Personliga preferenser varierar alltid från person till person men genomsnittet bekräftade många av resultaten utöver komfortnivåerna i lagerlokalen 108an. I
lagerlokalen 108an visade mätningarna en god komfort medan dem anställda ansåg den vara väldigt varm. Anledningen till denna skillnad är att lagerlokalen 108an påverkas mer av vilken säsong det är. För i beräkningarna visas bara resultatet från våren när utomhustemperaturen var låg medan de anställda bygger uppfattningen på hela året.
Eftersom alla in- och utflöden för ventilationen sitter monterat på samma sida av pannhuset blir luftomrörningen dålig trots det aktiva ventilationssystemet som är monterat på anläggningen. Vilket rökanalyserna bevisar då bara ett par meter ifrån utflöden som spjäll eller insugen till pannan avtar lufttransporten mot dessa. Placering av utflödena i pannhuset är dessutom monterade på samma sida och dessutom sitter spjäll 1 och primär- och sekundärinsuget till pannan precis ovanför varandra. Detta leder till att trots höga flöden av friskluft tillgodoses in i lokalen blir utbytet av den förorenade luften bristfällig. För att förbättra komforten i pannhuset måste luftomrörningen förbättras. Det kan göras på flera olika sätt men till exempel genom att installera fler spjäll på väggarna och installera ställbara takluckor för att bättre kunna ventilera ut den varma stillastående luften runt taket.
Abstract
The global warming is a big challenge for the world to handle and therefore have countries such as Sweden and unions agreed on different climate goals. Before 2020 the goal is to reduce the emissions of greenhouse gases by 20% compared to the levels at 1990 and then before 2050 reduce it to 80%. To achieve these climate goals the energy production within the EU gas to become more environmentally friendly. One way of producing such energy is with biofuels which can be done by burning biofuels in a district heating. Therefore, it’s important that energy producers try to become more environmentally friendly.
To reach a more sustainable society the energy production must become environmentally friendly and make sure that the workers have good working conditions. Because if bad working conditions are not achieved the workers could get health problems, such as nausea and in worst case heart problems. Bad working conditions can be for example to high temperature indoors or poor air quality.
To evaluate how good an indoor climate is there are different types of comfort index, in this study the PMV-method has been used to evaluate the comfort levels at Lersäters värmeverk which is a part of Kils Energi AB. Through climate data collection from inside of three different buildings that are used at the production facility could the comfort levels for all stories be calculated. Also, the flow of fresh air in the different rooms and from each diffuser was measured to secure that enough air was supplied to the buildings.
One was of securing that good working conditions is achieved is to have a well-functioning ventilations system. There are many ways of making a building will well ventilated, there are some that require energy and some that don’t. Lersäters värmeverk have an active ventilation system which transport fresh air into the buildings through ducts.
The calculated PMVs for Lersäters värmeverk varied heavily depending on which building and story that was evaluated. The calculated PMVs on Lersäters värmeverk varied largely depending on which building and what floor was evaluated. When the dampers were closed the PMV on floor 5 and 6 in the boiler room was higher than 3 which is normally the maximum value for the PMV-method.
Further down in the boiler room the PMV decreased to more acceptable levels and was between 1 and 2 for the rest of the facility.
Two different case studies were done where different frequencies on the ventilation system was used and if the dampers were open or closed in the boiler room. When the dampers were open the comfort was improved in the boiler room. On story 5 and 6 in the boiler room the comfort was greatly improved when the dampers were opened compared to when they were closed. The PMV went from above maximum to around 2.
For the case studies different frequencies for the ventilation fan was tested and how open or shut dampers impacted the comfort levels. When the dampers were open like in case 2 the comfort in the boiler room was improved. For story 5 and 6 in the boiler room the comfort was greatly improved with open dampers which was lowered to around 2 instead of 3-4 in the standard-case.
The boiler room up to 18 times higher air intake than the minimum requirement for indoors climate but large part of this are became stagnant at the lower stories which made the comfort good there
but at the cost of the comfort of the higher stories. With the comfort levels above maximum for the PMV-method at story 5 and 6 in the boiler room.
A survey of what the employees at Lersäters värmeverk thought about the climate at the facility was done with a questionnaire. The results from the survey confirmed a lot of the calculated values for the comfort. But personal preferences always differ from person to person, but the averages confirmed the results except for the warehouse building called warehouse 108. In warehouse 108 the calculated values showed good comfort, but the employees thought it was a lot warmer. The reason for this difference is probably that this building is on a higher degree effected by seasonal changes and the employees evaluate the total comfort level for the building while the calculations only show results during the spring while the outdoor temperature is still low.
All intake and outtake of air is located at the same side in the boiler room which makes the air circulation bad even though an active ventilation system is installed. Which the smoke analysis confirmed by noticing that the transport of air towards the outtakes reduces to almost zero just a few meters away from an air outtake. The placements of the outflows are also placed on the same side in the boiler room and damper 1 is placed right above the primary and secondary intake to the boiler. This led to that even though lots of air is supplied into the building the exchange between the contaminated air and the fresh air was far from good. To improve this exchange the air circulation must improve. This can be done in several ways, one way of doing it is the install more dampers and controllable hatches in the ceiling to be able to ventilate out the hot air around the ceiling.
Förord
Detta examensarbete är den sista delen på Civilingenjörsprogrammet med inriktning Energi- och Miljöteknik på Karlstads Universitet. Omfattningen var 20 veckors arbete och motsvarar 30 högskolepoäng.
Detta examensarbete har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete.
Delar av inledningen är hämtade från ett tidigare arbete gjort av mig på Karlstads universitet och är inte tidigare publicerat.
Jag vill tacka Kils Energi AB som har gjort det möjligt att genomföra detta examensarbete på er anläggning och för stödet som fåtts under arbetet trots alla problem som dykt upp under arbetets gång. Dessutom har ni bidragit med nödvändig utrustning och en god samarbetsvilja att besvara intervjuer och frågeformulär.
Vid frågor om studien kan jag kontaktas via: Johsjo_@hotmail.com John Sjöberg
Karlstad, november 2018
1 Inledning ... 1
1.1 Ventilation ... 3
1.2 Termisk komfort ... 3
1.3 Syfte och mål ... 6
2 Metod ... 7
2.1 Anläggningsbeskrivning ... 7
2.2 Ventilationskartläggning ... 10
2.3 Komfortanalys ... 12
2.4 Känslighetsanalys ... 16
2.5 Anläggningsjämförelse ... 16
2.6 Termiska preferenserna ... 17
2.7 Rökanalys ... 17
3 Resultat ... 18
3.1 Ventilationskartläggning ... 18
3.2 Komfortanalys ... 19
3.3 Känslighetsanalys ... 25
3.4 Anläggningsjämförelse ... 26
3.5 Termiska preferenserna ... 27
3.6 Rökanalys ... 29
4 Diskussion ... 31
4.1 Ventilationskartläggning ... 31
4.2 Komfortanalys ... 32
4.2.1 Grundfall ... 32
4.2.2 Fall 1 ... 33
4.2.3 Fall 2 ... 34
4.3 Känslighetsanalys ... 34
4.4 Anläggningsjämförelse ... 35
4.5 Termiska preferenserna ... 35
4.6 Programmering och bearbetning av mätdata ... 37
4.7 Rökanalys ... 38
4.8 Åtgärdsförslag ... 38
4.9 Metoddiskussion... 39
4.10 Vidare studier ... 41
5 Slutsats ... 41
6 Referenser ... 42
7 Bilagor ... 44
7.1 Bilaga 1: Intervjufrågor ... 44
7.2 Bilaga 2: Frågeformulär Anläggningsjämförelse ... 45
7.3 Bilaga 3: Frågeformulär för termiska preferenser ... 47
7.4 Bilaga 4: Sammanställning av resultaten för frågeformuläret del 1 av 2. ... 51
7.5 Bilaga 5: Sammanställning av resultaten för frågeformuläret del 2 av 2. ... 52
7.6 Bilaga 6: Beräknade medelvärden för fall 1 ... 53
7.7 Bilaga 7: Beräknade medelvärden för fall 2 ... 54
Nomenklatur
𝑨𝒕𝒗ä𝒓𝒔𝒏𝒊𝒕𝒕 Tvärsnittsarean m2
𝒇𝒄𝒍 Ratio mellan hudyta påklädd och hudyta avklädd
𝒉𝒄 Konvektiva värmeövergångstalet
𝑰𝒄𝒍 Klädernas isoleringsvärde, CLO
M Metabolismen, W/m2
𝒑𝒂 Ångtrycket, kPa
𝒑𝒍𝒖𝒇𝒕,𝒎𝒆𝒅𝒆𝒍 Medelvärde av lufttrycket, kPa
𝒑𝒎𝒆𝒅𝒆𝒍 Beräknade medeltrycket i ventilationskanalerna kPa
PMV Predictive mean vote (komfortindex)
PPD Predicted percentage of dissatified %
RH Relativ fuktighet %
𝑻𝒂 Omgivningstemperatur, °C
𝑻𝒄𝒍 Klädtemperaturen, °C
𝑻𝒍𝒖𝒇𝒕,𝒊 𝒌𝒂𝒏𝒂𝒍𝒆𝒏 Lufttemperatur i ventilationskanalen, °C
𝑻𝒓 Medelvärdet av strålningstemperaturen, °C
V Volymen m3
v Lufthastighet, m3/s
𝒗̇ Luftflöde, m3/s
𝒗𝒍𝒖𝒇𝒕 Lufthastighet i ventilationskanalerna m/s
W Externt arbete W/m2
𝝆𝒍𝒖𝒇𝒕 Densitet luft kg/m3
1
1 Inledning
På grund av utsläpp av växthusgaser ser världen en ökad global uppvärmning för varje år som går, för att kedjeeffekten av ökad temperatur inte ska bli okontrollerbar har globala avtal som Kyotoavtalet och Parisavtalet skrivits för att tillsammans försöka möta problematiken med den globala uppvärmningen (Shaw 2017). Utöver de globala avtalen har EU satt upp olika klimatmål för att minska effekten av den globala uppvärmningen. Några av klimatmålen inom EU är till exempel att innan 2020 minska utsläppen av koldioxidutsläpp med 20 % jämfört med utsläppen 1990, öka andelen förnyelsebara energikällor och optimera användningen för att minska produktionsbehovet (Europeiska unionen 2018). Till 2050 är planen att sänka åtminstone 80% av växthusutsläppen vilket är en stor utmaning för samhället (Europeiska unionen 2018).
Energiproduktionen har därmed en stor roll i att försöka möta de allt strängare miljömålen som både länder och unioner som EU satt. Energiförbrukningen i världen ökar på grund av befolkningsökningen i världen samt industrialiseringen av länder som tidigare varit u-länder och därmed haft en låg energianvändning. Däremot har Sverige ingen kontinuerlig ökning utan håller sig runt samma nivå på totalanvändning av energi under dem sista 5 åren enligt Energimyndigheten (2017). För Sverige handlar det mer om hur energin används och produceras för att möta miljömålen som regeringen och EU har satt upp till 2020 och 2050.
Ett sätt att försöka närma oss miljömålen är att framtidens energiproduktion sker på ett miljövänligt sätt och vara drivna av förnyelsebara bränslen. Fjärrvärmeproduktion är en metod som passar in i framtidens energisystem eftersom den kan producera förnyelsebar energi. Vid förbränning av biobränslen frisläpps CO2 som tidigare varit bunden i biomassan ut i atmosfären men eftersom biomassa är en förnyelsebar resurs kan denna metod bli miljövänlig om återväxten av biotopen säkerställs. När biologiskt material växer binds CO2 och därmed agerar som en koldioxidsänka. Vilket innebär att om återväxten av biotopen är större än avvecklingen kan förbränningen anses vara koldioxidneutral om man bortser från effekter av behandlingen av biobränslet innan förbränningen (Sidén 2015). För all typ av biobaserade bränslen finns det idag en hög konkurrens om råvaran som används inom allt från energi, byggmaterial och kläder. Dessutom är åkermark en begränsad tillgång och även fast Sverige inte har problem med matbrist så är det många länder som lever i fattigdom och behöver mat istället för energi för att kunna överleva. Biobränslen är ändå en del av framtidens energisystem men som med det mesta behövs större perspektiv användas än bara Sverige för att göra hållbara och moraliskt bra beslut för energisystemen. Ett fjärrvärmeverk har en hög effektivitet men kan också förbättras genom att kombinera värmeproduktionen med elproduktion och då vara ett kraftvärmeverk. Ett fjärrvärmeverk består förenklat av fyra delar, en förbränningspanna av valfri sort, bearbetning och transport av bränslet till pannan, värmeväxling till vattenledningarna som därefter transporterar varmvattnet till kunderna och sista steget i anläggningen är rökrening för att minska miljöpåverkan av förbränningsprocessen.
Fjärrvärme tillgodoser idag många hushåll i Sverige med varmvatten både som tappvatten och uppvärmning av lokaler via vattenburna värmesystem. Enligt Energiföretagen (2017) som för statistik över fjärrvärmeproduktionen i Sverige var totalleveransen av fjärrvärme till kunder 45 000 GWh 2015. Den högsta uppmätta årsleveransen var 2010 med 60 000 GWh fjärrvärme. I Karlstad
2
2015 levererades 484 GWh fjärrvärme medan dem tre anläggningar som besökts under detta arbete har en mycket lägre effekt. Kristinehamn, Sunne och Kil har mellan 30 till 90 GWh årligen.
Fjärrvärmebehovet har en tydlig korrelation med utomhustemperaturen eftersom vid kallt väder behövs den till både uppvärmning och tappvatten. Däremot vid höga temperaturer som på sommaren har fjärrvärmebolag en väldigt låg efterfrågan och därför går anläggningarna ofta på låg eller ingen effekt beroende på vilka typer av bränslen som förbränns.
Vid en förbränning av organiskt material finns det ett flertal olika farliga ämnen som frigörs och olika mycket beroende på vilken typ av anläggning samt utformning (naturvårdsverket 2005). Stoft, svaveldioxid, kväveoxider, koldioxid och kolmonoxid är sådana sammansättningar som kan frisläppas vid förbränningen (naturvårdsverket 2005). För att bli av med kolmonoxiden som är en giftig gas måste enligt naturvårdsverket (2005) en så kallad fullständig förbränning infinna sig i förbränningskammaren. För att en ofullständig förbränning inte ska ske måste temperaturen i förbränningskammaren vara tillräckligt hög men dessutom att uppehållstiden är tillräckligt lång (naturvårdsverket 2005). Det mest energieffektiva är att den luft som pumpas in i förbränningskammaren har hög temperatur och därmed inte måste värmas upp lika mycket för att säkerställa fullständig förbränning i förbränningskammaren. För att uppnå den högsta temperaturen på ingående luft till pannan i Sverige är det att ta luften inifrån lokalen som är uppvärmd av den energi som pannan strålar ut. En hög temperatur på ingående luft till pannan innebär riskfaktorer för arbetsmiljön. Beroende på design och effekt på pannan kan arbetsmiljön variera mellan olika anläggningar.
Kils Energi AB är ett energibolag som producerar fjärrvärme och primärt förbränner olika typer av returträ. Bolaget består av flera anläggningar men den huvudsakliga produktionen infinner sig på Lersäters värmeverk. Vid samtal med Jonatan Brunbäck som är driftchef på Kils Energi AB beskrevs problematiken med höga temperaturer och låg luftkvalitet på Lersäters värmeverk där klagomål fått mottagas från anställda och inhyrd servicepersonal. Därför ville Kils Energi att anläggningens komfort skulle utvärderas för att kunna ta beslut om hur anläggningen skall byggas om för att förbättra arbetsklimatet.
Ventilationssystem på industrier kan se olika ut eftersom behovet av kylsystem är individuellt beroende på vilken typ av industri det är och design på lokalen. För fjärrvärmeanläggningar är det typen av panna som styr mycket men dessutom designen av anläggningen. Lersäters värmeverk har ett aktivt ventilationssystem som tillgodoser anläggningen med friskluft till skillnad mot Kristinehamns värmeverk och Sunne energi som också är fjärrvärmeanläggningar men enbart har naturlig ventilation. Det vill säga ställbara öppningar i väggar och tak i form av dörrar, luckor och fönster.
På Lersäters värmeverk är det tre olika lokaler som kommer undersökas i arbetet. Anledningen till att dessa tre lokaler valdes var för att det är dem som påverkas av det aktiva ventilationssystemet som finns installerat på Lersäters värmeverk. Den viktigaste lokalen av dessa är pannhuset där själva fjärrvärmeproduktionen sker. Utöver pannhuset är det ventilationsrummet och lagerlokalen 108an som undersöktes. I dessa två lokaler sker ingen produktion men samtidigt utgör en viktig del på anläggningen. I ventilationsrummet är ventilationsfläkten monterad som tillgodoser de tre lokalerna med friskluft, dessutom finns kompressorer och annan utrustning som behövs för
3
fjärrvärmeproduktionen i pannhuset. lagerlokalen 108an är mestadels en lagerlokal men också har en del utrustning som behövs för driften av anläggningen.
1.1 Ventilation
För att kunna eftersträva säkra levnads- och arbetsförhållanden har Sverige olika myndigheter som ställer krav på byggnationer att möta diverse parametrar. Att ha ett väl fungerande ventilationssystem som hanterar till- och frånluften på ett effektivt sätt är viktigt för att säkerställa bra arbetsförhållanden. Enligt Boverket (2009) kan bristfälligt ventilationssystem ge hälsoproblem som kan variera från irriterad hals till illamående. Därför är det viktigt att en bra omblandning av luften sker i lokalen för att minska risken av ökade koncentrationer av luftföroreningar som kan orsaka dessa hälsorisker.
Förut rekommenderade Boverket att ventilationssystemet skulle ge en luftomsättning på minst 0,5 omsättningar per timme i byggnader, nu har standarden ändrats till att det skall tillsättas 0,35 liter friskluft per sekund ochkvadratmeter golvarea (Boverket 2015).
Dagens rekommendationer är på industrier som Lersäters värmeverk svåra att applicera då golvarea är en ett mer subjektivt begrepp för industrier då ofta golvet består av galler som precis är fallet på Lersäters värmeverk. Dessutom är dessa rekommendationer inte gjorda för att hantera stora föroreningskällor som kan finnas på industrier. Därför kommer den gamla standarden att användas med luftomsättningar istället då den är mer praktisk att använda för industrilokaler.
Utöver att tillräckligt mycket friskluft behövs tillföras i en lokal behöver också temperaturen vara passande för vilken typ av aktivitet som förekommer där inne. Vid stillasittande arbeten i inomhusklimat bör temperaturen vara mellan 20 till 26 grader under sommaren (Arbetsmiljöverket 2018). För industrier är temperatur inte en lika tydlig parameter då det är många fler faktorer som spelar in och för att kvantifiera komfortnivån. Vid sådana situationer behövs komfortindex av olika slag som till exempel Predictive mean vote (PMV). (Arbetsmiljöverket 2018)
Dessa rekommendationer för temperatur och ventilation har tagits fram för att motverka hälsorisker som uppkommer vid dåliga arbetsklimat. Vid för höga temperaturer är den mänskliga kroppen inte lika effektiv som vid klimat som den personen anser sig vara bekväm i (Arbetsmiljöverket 2018). Utöver att arbetaren blir mindre effektiv finns dessutom hälsorisker med att utföra tunga arbeten i allt för höga temperaturer, effekterna kan variera från huvudvärk till hjärtproblem. (Arbetsmiljöverket 2018)
1.2 Termisk komfort
Ett sätt att utvärdera hur en person uppfattar sitt klimat den befinner sig i är att göra en termisk komfortanalys. Komfortanalys är ett generellt begrepp som beskriver hur sannolikt det är att en person kommer trivas i klimatet den befinner sig i. Eftersom varje person har olika preferenser gällande till exempel temperatur kan man aldrig garantera att alla kommer uppfatta klimatet likadant. Det finns ett flertal olika metoder inom termisk komfortanalys att använda, i denna rapport kommer fokus vara på den traditionella PMV-metoden. PMV-metoden bygger på att beräkna värmebalanser på en kropp för att därmed kunna uppskatta om en person troligen trivs eller inte (ISO 7730). Detta görs genom att bedöma komforten på en sjugradig skala där 0 motsvarar att personen trivs med sitt klimat. En mer utförlig beskrivning vad de olika värdena av PMV
4
representerar kan ses i tabell 1 (ISO 7730). Utöver dem sju komfortindexen som finns i PMV- metoden har ytterligare två index lagts till, vilket är >3 och <-3 samt är också beskrivna i tabell 1.
Tabell 1. Förklaring av vad PMV:s värden motsvarar.
PMV [ ] Förklaring
<-3 Extremt kallt -3 Väldigt Kallt
-2 Kallt
-1 Aningen kyligt
0 Trivs bra
1 Aningen varmt
2 Varmt
3 Väldigt varmt
>3 Extremt varmt
För att kunna utvärdera komforten behövs sju olika indata där fem är klimatparametrar och två är personliga parametrar. De fem klimatparametrarna som behövs mätas upp för att kunna beräkna ett PMV är relativa fuktigheten, lufttrycket, omgivningstemperaturen, strålningstemperaturen och lufthastigheten. Utöver klimatparametrarna behövs också klädernas isoleringsvärde och metabolismen hos personen för att kunna uppskatta en medeluppfattning av komforten med hjälp av PMV-metoden.
Vid en utvärdering av den termiska komforten finns det därmed många olika mätbara faktorer som spelar roll för hur den termiska komforten uppfattas finns det en hel del som inte går att mäta upp.
Till exempel att varje person har olika preferenser till vart sin komfortnivå ligger men finns dessutom psykologiska orsaker till hur termisk komfort uppfattas. Kwok et al. (2017) undersökte detta genom att söka efter ett samband mellan hur personerna uppfattade deras tillgång till att ändra ventilationssystemet och dess inverkan på den termiska komforten. Kwok et al. (2017) utförde då en komfortanalys i sju universitetsbyggnader i Kyung Hee University, Sydkorea. Dessa byggnader hade inget centralt ventilationssystem utan hade fönster som gick att öppna för att justera luftflödet. Det Kwok et al. (2017) studie kunde påvisa var att även fast samma medelvärde av komfortnivån med flera olika metoder kunde uppfattningen påverkas genom hur personerna ansåg att deras förmåga att kontrollera luftflödet var. Studien påvisade att genom att ge personer ökad kontroll av regleringen kan den uppfattade komforten förbättras utan att den beräknade komforten har förändrats.
Dessutom finns det en hel del fysiologiska faktorer som spelar in i hur en person uppfattar den termiska komforten. Den mänskliga kroppen är komplex och det är stor skillnad mellan individ till individ men finns också likheter som till exempel mellan de olika könen. I en studie angående hur könen spelar roll gjord av Maykot et al. (2018) påvisade dem att tidigare studier har kommit fram till blandade slutsatser. 60 % av rapporterna kunde det påvisas att kvinnor hade svårare att nå
5
termisk komfort medan 5 % kom fram till att männen hade svårare. De resterande 35 % kunde inte påvisa någon konkret differans mellan könen.
Maykot et al. (2018) utförde en ny studie i Florianópolis vilket är beläget i södra Brasilien, personerna fick möjlighet att ändra mängden kläder, öppna eller stängda fönster och inställningen på luftkonditioneringen. Ett flertal olika scenarier av dessa kombinationer utvärderades och Maykot et al. (2018) kom fram till att det fanns ingen signifikant skillnad vad det gällde val av kläder men vad det gällde termisk komfort och termisk preferens fanns det signifikanta skillnader. Medelvärdet för komforttemperaturen för kvinnor låg på 24,3 °C medan för männen var det 23,0 °C.
En till mänsklig faktor som också kan påverka är hur mycket kroppsmassa man har baserat på sin längd (Body mass index, BMI). Detta undersökte Indraganti et al. (2015) och kom fram till att det fanns en signifikant skillnad mellan personer med högt (BMI> 25 kg/m2) och lågt (BMI> 18,5 kg/m2) BMI. Komforttemperaturen var 0,7 °C lägre för personer med lågt BMI.
Hur gammal personerna är spelar också roll i vilken temperatur de trivs i. Indraganti et al. (2015) kunde också påvisa detta med att jämföra två olika målgrupper, upp till och med 25 samt över 25 år. Komforttemperaturen var 0,7 °C lägre för personer över 25.
Något som påverkar hur den termiska miljön uppfattas är vilket typ av klimat man normalt infinner sig i. Om en person som bor i Sverige utsätts för höga temperaturer vilket är något en svensk sällan utsätts för i vårt klimat är risken större att den inte trivs. Däremot om man befinner sig i varmare land så ökar den så kallade komforttemperaturen. Ett exempel på detta visas i tabell 2. Där visas det att det är runt 3 °C skillnad i komforttemperatur mellan att bo i Florianópolis (Brasilien) och Chennai/Hyderabad (Indien) Maykot et al. (2018). Enligt Arbetsmiljöverket (2018) bör inomhustemperaturen i svenska hushåll vara runt 20 °C vilket är 7 °C lägre än komforttemperaturen i Indien.
Tabell 2. Jämförelse av komforttemperatur för olika platser (Maykot et al. 2018).
Plats Index för
kvinnor
Index för män Florianópolis
(Brasilien)
24,3 23,0
Chennai/Hyderabad (Indien)
27,0 26,7
Det finns som beskrivet många olika faktorer i vad som påverkar hur komfort uppfattas vilket ger en stor utmaning vid design av anläggningar för att både upprätthålla säkra arbetsförhållanden för de anställa men dessutom ge bra förutsättningar för en ekonomisk drift. I fallet för ett fjärrvärmeverk går dessa inte bra ihop då hög temperatur i ingående luft till pannan är bra för driften men ej för komforten för de anställda.
För att skapa en hållbar energiproduktion måste energiproduktionen både produceras på ett miljövänligt sätt men dessutom ge arbetarna en säker miljö att driva anläggningen i för att inte riskera hälsan hos dem anställda.
6
1.3 Syfte och mål
Syftet med studien är att utvärdera och öka kunskapen om hur komforten är på Lersäters värmeverk samt föreslå ombyggnationer på anläggningen som skulle förbättra komforten.
Målet med studien är att utvärdera klimatet i pannhuset, ventilationsrummet och lagerlokalen 108an. Utöver att utvärdera komforten var ett av målen att mäta ventilationssystemets luftflöden och undersöka luftrörelserna i lokalerna. Ytterligare ett mål är att undersöka hur de anställda på Lersäters värmeverk upplever komforten i dessa lokaler på de olika våningarna. Dessutom är ett mål att utvärdera om problemet med låg komfort är ett branschproblem eller specifikt på Lersäters värmeverk.
7
2 Metod
2.1 Anläggningsbeskrivning
Lersäters värmeverk är en fjärrvärmeproduktionsanläggning som förbränner träavfall i en bubblande bäddpanna. Kils Energi AB består av flera anläggningar men studien handlar enbart om Lersäters värmeverk vilket är deras primära värmeverk. I studien kommer pannhuset samt två intilliggande lokaler undersökas på Lersäters värmeverk. Utöver pannhuset är det en lagerlokal som kallas lagerlokalen 108an och ett rum med diverse utrustning för driften av anläggningen i lokalen som kallas ventilationsrummet. Utöver dessa lokaler finns också ett kontrollrum som ligger beläget i ventilationsrummet på andra våningen och kopplar samman ventilationsrummet och pannhuset.
Denna lokal är ej med i studien eftersom den har ett eget klimatsystem som är helt oberoende av de andra lokalerna. En överblick på positionering av de olika lokalerna kan ses i figur 1.
Figur 1. Positionering av de olika lokalerna på Lersäters värmeverk, bilden är inte skalenlig.
Vid genomgång av Lersäters värmeverk med driftchefen Jonatan Brunbäck framkom det att i ventilationsrummet har en panna tidigare varit installerad men är ej kvar och därmed återstår mest
8
diverse maskiner som behövs för driften i pannhuset. I ventilationsrummet börjar det aktiva ventilationssystemet som transporterar in friskluft till Lersäters värmeverk ifrån insuget som är beläget på ventilationsrummets tak. Friskluften transporteras via ventilationskanaler till ventilationsrummet och pannhuset. I ventilationsrummet finns det två tilluftsdon den första sitter mindre än en meter ifrån ventilationsfläkten som är lokaliserad omkring mitten av lokalen. Det andra tilluftsdonet sitter strax före väggen emot pannhuset. Båda tilluftsdonen sitter monterade strax under takhöjd i en lokal med 2 våningar och våningarna avskiljs med trappor och gångar av galler som luften därmed kan strömma igenom. Lagerlokalen 108an har inte någon tillförsel av friskluft ifrån ventilationssystemet utan enbart har en dörr öppen på ventilationsrummets bottenplan som leder in till lagerlokalen 108an som tillgodoser rummet med luft. Lagerlokalen 108an är mer eller mindre enbart en lagerlokal med någon enstaka kompressor men annars är det ett lager för reservdelar och diverse utrustning som behövs för att underhålla anläggningen.
Därefter är det pannhuset som är lokalen där fjärrvärmeproduktionen sker i. Pannhuset består av 6 våningar och precis som i ventilationsrummet avskiljs våningarna av gallertrappor och gångar.
Däremot är pannhuset fyllt med många fasta objekt som luft ej kan strömma igenom som tex pannan, gasreningsanläggningar med mera.
I pannhuset finns det två tilluftsdonsystem monterade där luft sprids i tre riktningar, rakt fram och vardera sida. En överblick på positionering av spjällen och tilluftsdonsystemen kan ses i figur 2 och positionering i höjdled i pannhuset kan ses i figur 3. För den utgående luften finns alternativa vägar för luften att lämna pannhuset. Det ena är via spjällen som är lokaliserade på våning 5 eller via insuget till pannan som befinner sig strax under spjäll 1. Ett tredje spjäll fanns tidigare som var monterat på den motstående väggen mot de befintliga spjällen men på grund av slitage på utrustningen fick detta spjäll tas bort.
9
Figur 2. Schematisk vy ovanifrån för positionering av panna, spjäll och tilluftsdonsystemen i pannhuset.
Figur 3. Schematisk bild av pannhuset i höjdled med en total höjd på 18 m.
Pannhuset har en höjd på 18 m och har en totalvolym på 4001 m3, en uppskattning har gjorts att 35% av volymen utgörs av pannan och andra fasta objekt. Ventilationsrummet har en totalvolym på 2340 m3 med en höjd på 10 meter, 10 % av volymen uppskattas vara fasta objekt.
10
2.2 Ventilationskartläggning
Vid ventilationskartläggningen användes en mätmetod skriven av Andersson & Svensson (1999) vilket innebar att antal mätpunkter och positioner för mätningarna var beroende på kanalens diameter. Under mätningarna genomfördes det mätningar på tre olika kanalstorlekar. Den stora ventilationskanalen som gick från ventilationsfläkten till samtliga tilluftsdon var 800 mm i diameter.
Utöver det fanns det två små kanaler med 350 och 250 mm i diameter som enligt Jonatan Brunbäck transporterade luft till lagerlokalen 108an och en annan lokal som inte är del av studien.
Utrustning som använts under ventilationskartläggningen: Multimätare (Testo 435), givare för relativa fuktigheten och temperatur (IAQ), prandtelrör av olika längder och ett U-rör med t-sprit.
Det som mättes upp var temperaturen i kanalen samt det dynamiska trycket genom att använda prandtlrör av olika längder beroende på position i kanalen. För dem små kanalerna var det dynamiska trycket för lågt för att multimätaren skulle detektera något och därmed användes u-röret istället för dessa kanaler. Trots användningen av u-röret blev det dynamiska trycket i dessa kanaler för lågt för att någon slutsats om deras förändring kunde göras och därför ströks från studien. Det som blev kvar då var tre mätpunkter och deras positionering visas i figur 4.
Figur 4. Beskrivning av var mätpunkterna för ventilationskartläggningen var placerade. Streckade linjen är väggen mellan pannhuset och ventilationsrummet.
Samtliga tre mätpunkter har samma diameter och borde därmed haft samma mätmetodik men på grund av att det inte gick att göra mätningen på ett säkert sätt då fick mätmetoden för mätpunkt 3
11
modifieras där de vågräta mätpunkterna ströks och en extra i mitten lades till. Placering av positionering i kanalerna kan ses i figur 5.
Figur 5. Tvärsnitt av ventilationskanalen med mätpositionerna i mätpunkt 1–3.
För beräkningarna av flödet behövdes det dynamiska trycket före och efter ett tilluftsdon. Flödet för don 1 blev därmed skillnaden mellan mätpunkt 1 och 2. För don 2 var det skillnaden mellan mätpunkt 2 och 3. Däremot för tilluftsdonsystemen i pannhusen gick det ej att mäta mellan de två tilluftsdonsystemen, därför antogs mätvärdet som uppmättes i don 3 representera flödet för de båda tilluftsdonsystemen tillsammans. Mätningarna gjordes genom att borra hål i kanalen och placera prandtlröret som var kopplat till multimätaren på en position ifrån figur 5 i taget och när ett stabilt värde uppnåtts loggades detta i multimätaren. Ett medelvärde över kanalens dynamiska tryck beräknades för varje mätpunkt för att sedan användas i ekvation 3 för att ta fram luftflödet ur donen. Hela mätproceduren upprepades för två olika frekvenser på ventilationsfläkten vilket var 25 och 50 Hz.
Ekvation 1–3 har använts för att beräkna fram flödet i varje mätpunkt och skillnaden mellan mätpunkterna blir flödet ut genom tilluftsdonen 1,2 och tilluftsdonsystemen i pannhuset. Ekvation 4 har använts för att beräkna luftomsättningen i pannhuset och ventilationsrummet.
𝜌𝑙𝑢𝑓𝑡 = 1,293∗989,6∗273
273+𝑇𝑙𝑢𝑓𝑡,𝑖 𝑘𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑛 [g/m3] (1)
𝑣𝑙𝑢𝑓𝑡 = √2∗𝑝𝜌𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙
𝑙𝑢𝑓𝑡 [m/s] (2)
𝑣̇ = 𝑣𝑙𝑢𝑓𝑡∗ 𝐴𝑡𝑣ä𝑟𝑠𝑛𝑖𝑡𝑡 [m3/s] (3)
𝐿𝑢𝑓𝑡𝑜𝑚𝑠ä𝑡𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 =𝑣̇𝑉∗ 3600 [1/h] (4)
Efter luftflödena var beräknade användes dessa för att beräkna totala flödet av friskluft till varje lokal. Utöver flöden beräknades också luftomsättningen per timme ut i pannhuset och ventilationsrummet. För att beräkna luftomsättningen per timme behövdes volymen luft som infann sig i varje lokal vilket efter ett par antaganden som är beskrivna i anläggningsbeskrivningen blev volymerna 2601 m3 i pannhuset och 2340 m3 i ventilationsrummet.
12
För att undersöka hur stor felmarginal som infann sig under mätningarna valdes mätpunkt 2 ut att göra analysen på. Där delades de 8 punkterna in i fyra kvadranter och ett medelvärde togs fram för varje kvadrant. Dessa värden procentuellt jämfördes mot varandra och en genomsnittlig felmarginal togs fram.
2.3 Komfortanalys
PMV är ett komfortindex som ofta används för att bedöma komforten i inomhusklimat som bostäder och kontorsbyggnader och har en gradering från -3 till +3 där 0 representerar en god komfort. För att kunna beräkna fram ett PMV behövs flertalet indata som både är klimat och personbaserade. Indata som behövs för att kunna beräkna fram ett PMV presenteras i tabell 3.
Tabell 3. Parametrar för beräkning av den termiska komforten.
För att kunna samla in all data på ett konsekvent sätt byggdes en mätstation ihop där mätarna placerades på en höjd av 1,3 meter ovanför golvet. Mätstationen kan ses i figur 6.
Variabel Förklaring Uppmätt eller antaget
𝑻𝒂 Omgivningstemperatur Uppmätt
𝑻𝒓 Medelvärdet av
strålningstemperaturen
Uppmätt
𝒗𝒂 Lufthastigheten Uppmätt
RH Relativ fuktighet Uppmätt
𝒑𝒂 Ångtrycket Uppmätt
M Metabolismen Antaget, 100 W/m2 (Engineering
ToolBox, 2004)
𝑰𝑪𝒍𝒐 Klädernas isoleringsvärde Antaget, 1,0 CLO (Engineering ToolBox, 2004)
13
Figur 6. Mätstationen med de tre olika mätinstrumentet monterade. Från vänster till höger är det mätinstrument för mätning av strålningstemperatur/lufttrycket, relativa luftfuktigheten/omgivningstemperatur och lufthastigheten.
De värden som mättes var relativa fuktigheten, lufttrycket, omgivningstemperatur, strålningstemperatur och lufthastigheten. De tre olika lokalerna som påverkas av ventilationssystemet utvärderades, vilket var pannhuset, ventilationsrummet och lagerlokalen 108an. På varje plan i dessa tre lokaler valdes två mätplatser ut. Val av mätplatser på varje våning bestämdes till att ha en i närheten av tilluftsdonen till ventilationssystemet och den andra på platser längre där ifrån eller bakom hinder som till exempel pannan eller annan utrustning som därmed begränsar luftflödet.
Mätinstrument som användes för mätningarna av den termiska komforten var: multimätare (Swema 3000 och Testo 432-2), givare för strålningstemperaturen, givare för lufthastigheten (draggivare) och en Testo 605i för temperatur och relativa fuktigheten.
Första mätningen gjordes i pannhuset på våning 6 för att sedan ta varje våning från översta våningen till markplan. Efter pannhuset mättes det i ventilationsrummet och där startades det också på översta våningen, det vill säga våning 2 och sist gjordes mätningarna i lagerlokalen 108an. På varje våning mättes det som tidigare nämnt två positioner och började med den som var nära ventilationssystemet.
För att förenkla beskrivning av lokal, våning och position kommer förkortningar användas tex P5N och P5L. Där den första bokstaven står för lokalen, där P är pannhuset, V är ventilationsrummet och lagerlokalen 108an är lagerlokalen 108an. Därefter är siffran vilken våning i lokalerna (utöver lagerlokalen 108an som bara är en våning). Sista bokstaven är antingen N eller L vilket står för om mätpunkten var nära eller långt ifrån ventilationssystemet eller dörren i lagerlokalen 108an som använts som referenspunkt där. I pannhuset mättes det på 12 platser, i ventilationsrummet 4 och i lagerlokalen 108an 2. De slutgiltiga placeringarna för mätpunkterna presenteras i figur 7 och 8.
14
Figur 7. Placering av samtliga mätpunkter i pannhuset.
Figur 8. Placering av samtliga mätpunkter i ventilationsrummet och lagerlokalen 108an.
Vid datainsamling har mätdata lagrats under 6 minuter med ett samplingsintervall på 15 sekunder och första minuten bortses från vid medelvärdesberäkningar. Vid mätningarna är anläggningen i full drift vilket medför att ibland dyker störningskällor upp i form av personal vid mätutrustningen, vid sådana tillfällen kommer resultaten från dem tidpunkterna att bortses från om tydliga avvikelser
15
kunde påvisas eller hela mätserien förkastas om för stora störningar hittades. Eftersom luften som tas in är obehandlad utomhusluft påverkar utomhustemperaturen komforten på Lersäters värmeverk. För att ha en referenspunkt om skillnader uppstått mäts den första punkten två gånger.
Det vill säga att första mätserien och sista mätserien görs på samma plats och valdes till att vara nära ventilationssystemet på översta våningen i pannhuset. Efter referenspunkten gjorts för grundfallet visades det att det inte blev några stora skillnader mellan första och sista mätningen och därmed gjordes inga fler referenspunktsmätningar, utomhustemperaturerna under alla mätningar kan ses i tabell 4.
Tabell 4. Min, max och medelvärde för utomhustemperaturerna i de olika komfortanalyserna.
Temperatur Grundfallet Fall 1 Fall 2
Min (°C) 9,1 8,6 9,3
Max (°C) 10,6 13,3 10,9 Medel (°C) 9,9 11,0 10,0
Beräkningarna av komforten har gjorts med ekvation 5–8 och ekvationer hämtade ifrån ISO 7730 (1994). Andelen personer som skulle känna sig obekväma för ett visst PMV beräknades fram med ekvation 9.
ℎ𝑐 = 12,1 ∗ √𝑣 [m/s] (5)
𝑓𝑐𝑙 = 1,05 + 0,645 ∗ 𝐼𝑐𝑙 (6)
𝑇𝑐𝑙 = 35,7 − 0,028 ∗ (𝑀 − 𝑊) − 𝐼𝑐𝑙∗ (3,96 ∗ 10−8∗ 𝑓𝑐𝑙∗ ((𝑇𝑐𝑙+ 273)4−
(𝑇𝑟+ 273)4) + 𝑓𝑐𝑙∗ ℎ𝑐∗ (𝑇𝑐𝑙− 𝑇𝑎)) [°C] (7) 𝑃𝑀𝑉 = (0,303 ∗ 𝑒−0,036∗𝑀+ 0,028) ∗ ((𝑀 − 𝑊) − 3,05 ∗ 10−3∗ (5733 −
6,99 ∗ (𝑀 − 𝑊) − 𝑝𝑎) − 0,42 ∗ ((𝑀 − 𝑊) − 58,15) − 1,7 ∗ 10−5∗ 𝑀 ∗ (5867 − 𝑝𝑎) − 0,0014 ∗ 𝑀 ∗ (34 − 𝑇𝑎) − 3,96 ∗ 10−8∗ 𝑓𝑐𝑙∗ ((𝑇𝑐𝑙+ 273)4− (𝑇𝑟+ 273)4) − 𝑓𝑐𝑙∗ ℎ𝑐∗ (𝑇𝑐𝑙− 𝑇𝑎)) (8) 𝑃𝑃𝐷 = 100 − 95 ∗ 𝑒−(0,03353∗𝑃𝑀𝑉4+0,2179∗𝑃𝑀𝑉2) (9)
Ventilationsfläkten som är monterad på Lersäters värmeverk har ett frekvensområde på 20 till 50 Hz. Vid vanlig drift är frekvensen automatiskt styrd för att upprätthålla 27 °C i mitten av pannhuset.
Ett grundfall gjordes där frekvensen låstes under vardaglig drift den 24/4–2018 vilket då var 45 Hz.
Grundfallet bestod av en mätstudie vid 45 Hz på ventilationsfläkten. Vid grundfallet har båda spjällen varit stängda. Två mätpunkter togs på varje våning i pannhuset, ventilationsrummet, lagerlokalen 108an samt en referenspunkt i pannhuset.
Utöver grundfallet gjordes två fallstudier men i brist av tid fick antal mätpunkter minimeras i dessa.
De punkter som valdes ut var nära ventilationssystemet på våning 1,3,5,6 i pannhuset, våning 1 och 2 i ventilationsrummet och lagerlokalen 108an. När frekvensen hade ändrats på ventilationssystemet gavs anläggningen 60 minuter att stabilisera sig innan mätningarna
16
genomfördes, detta gällde för samtliga fall. För fallstudierna skulle en lägre frekvens än de 45 Hz som var i grundfallet väljas men eftersom dessa studier tog relativt lång tid att genomföra behövdes hänsyn mot arbetarna väljas för att säkerställa acceptabla arbetsförhållanden. Om för låg frekvens valdes skulle arbetsförhållandena bli för dåliga inne på anläggningen. Därmed valdes det att komplettera grundfallets 45 Hz med 35 Hz för fallstudierna.
Fall 1 bestod av två mätstudier den ena vid 35 Hz och den andra vid 45 Hz på ventilationsfläkten.
Spjällen var stängda under fall 1.
Fall 2 bestod av två mätstudier den ena vid 35 och den andra vid 45 Hz på ventilationsfläkten.
Spjällen var öppna under fall 2.
All mätdata sammanställdes i Microsoft Excel och beräknade fram medelvärden för mätdata mellan minut 2 till 5. PMV-metoden krävde iterativa beräkningar och därmed gjordes detta i Matlab där samtliga resultat bearbetades med ekvation 5–8. Klädernas temperatur (Tcl) som är en del i ekvation 7 krävde iterativa beräkningar då den innehåller sin egen variabel. För att uppnå ett stabilt värde beräknades ekvationen om tills föregående och det senast beräknade värde skiljde sig som maximalt 0,05. På grund av att ekvation 7 är en fjärdegradsekvation finns flera lösningar vilket resulterade i att ekvationen returnerade orealistiska resultat ibland. När ett sådant fall infann sig nollställdes körningen och en liten tilläggsfaktor lades till på startgissningen. Denna metod itererades tills ett stabilt och realistiskt värde kunde erhållas. Den första startgissningen för klädtemperaturen valdes till att vara 5°C lägre än omgivningstemperaturen och varje gång ett orealistiskt resultat returnerades ökades startgissningen med 0,01.
2.4 Känslighetsanalys
Efter de experimentella resultaten tagits fram gjordes tre olika analyser där lufthastigheten, relativa fuktigheten, omgivningstemperaturen och strålningstemperaturen ändrades i Matlab för att se hur dessa påverkar PMV. Detta gjordes för att undersöka hur känsligt det beräknade komfortindexen är för förändring av olika parametrar. För lufthastigheten undersöktes tre scenarier, 10%, 50% och 100% ökning. För relativa fuktigheten undersöktes -50% och 50%. Den tredje var för dem temperaturberoende vilket fick kombineras på grund av restriktioner inom kodningen i Matlab. För omgivningstemperaturen och strålningstemperaturen undersöktes två förändringar vilket var -5%
och -10% och dessa procentsatser gäller för temperaturen i grader Celsius.
För att bestämma hur stor inverkan dessa ändringar hade beräknades en differens fram mellan det experimentella PMV och det uppdaterade PMV för varje scenario. Utifrån dem differenserna presenteras sedan den största ökningen och minskningen för varje scenario.
2.5 Anläggningsjämförelse
Utvärderingen om det finns ett branschspecifikt problem med låg komfort gjordes genom att besöka tre anläggningar för att jämföra design, komfort med mera. Utöver Kils Energi AB valdes två bolag till ut som har fjärrvärmeproduktionsanläggningar i Värmland. De två utvalda blev därmed Kristinehamns värme AB och Rindi Sunne AB.
befann sig i Värmland som dessutom var någorlunda i samma storlek, dessa anläggningar blev Kristinehamns värme AB och Rindi Sunne AB. En eller två personer med ansvar för driften på
17
anläggningen valdes ut för att delta i en intervju. Intervjun bestod av två delar där den första var muntlig där generella frågor ställdes om anläggningen och deras anställda, intervjufrågorna kan läsas i bilaga 1. Svaren på den muntliga intervjun antecknades under intervjuns gång. Del två av intervjun bestod av att den utvalda personen skulle besvara ett utskrivet frågeformulär med diverse frågor om komforten och ventilationssystemet på anläggningen, formuläret kan läsas i bilaga 2.
Utöver intervjun och frågeformuläret gjordes en rundtur i pannhusen för att se hur anläggningarnas ventilationssystem var byggda samt alternativa lösningar för att upprätthålla ett bra arbetsklimat.
Dessutom det togs yttemperaturer på pannorna med hjälp av en värmekamera för att jämföra om pannorna har liknande värmeutveckling trots att det är olika typer av pannor.
2.6 Termiska preferenserna
För utvärderingen av den termiska uppfattningen hos dem anställda på Lersäters värmeverk gjordes ett frågeformulär som samtliga anställda som jobbar inne i lokalerna fick besvara, se bilaga 2. Innan frågeformuläret kunde besvaras av dem anställda behövdes en muntlig beskrivning av hur komfortindexets gradering var. Graderingen som muntligt beskrevs till de anställda var densamma som i tabell 1. Efter beskrivningen av komfortindexet var gjord fick personerna svara på formuläret genom att ringa in eller fylla i svaret på respektive fråga. Sex av sju anställda kunde vara på plats för att fylla i formuläret på plats och den sista fick beskrivningen över telefon och därefter mailade över det ifyllda formuläret.
2.7 Rökanalys
För att analysera luftrörelserna i pannhuset genomfördes en rökanalys vilket gjordes på tre ställen på våning 6. Rökanalysen gjordes genom att släppa ut rök på anläggningen med en rökmaskin.
Rökmaskinen hade ett långt rör där röken släpptes ut via och därmed kunde styra vart utsläppet skulle ske. För att kunna analysera resultatet av rökens rörelse filmades händelseförloppet från olika vinklar och utsläppspositioner. I rapporten presenteras stillbilder som är hämtade ifrån de olika filmklippen.
Det första som undersöktes var hur luftrörelserna runt spjäll 1 och 2 var, detta gjordes för både öppna och stängda spjäll. Vid spjäll 1 släpptes röken ut på P6N vilket är en position på Lersäters värmeverk där övre delen av pannan kan kommas åt samt bränsletillförseln till pannan också befinner sig. Däremot vid spjäll två släpptes röken ut på en liten trappgång som inte har någon direkt funktion utöver att komma åt spjället och därmed är personalen mer eller mindre aldrig där uppe.
Utsläppspunkten av röken testades från golvet upp till taket men för spjäll 1 släpptes dessutom rök ut lägre ner för att se hur luftrörelsen var runt primär och sekundärinsuget till pannan.
Röktransporten filmades från olika vinklar för att skapa en tydlig bild av hur luften rörde sig i områdena.
Därefter testades det att släppa ut rök på våning 6 långt ifrån ventilationssystemet (P6L), rök släpptes ut upp mot taket i form av ett test innan videofilmningen började och sen gick rökmaskinen sönder. Därför har rökens rörelse beskrivits i text istället för film och resterande intressanta områden fick strykas från studien.
18
3 Resultat
Arbetet har bestått av ett många olika moment för att på ett bra sätt undersöka och förklara hur klimatet på Lersäters värmeverk är. Det som har gjorts är en ventilationskartläggning, en komfortanalys på de olika lokalerna, en anläggningsjämförelse på tre anläggningar i Värmland, en undersökning av hur de anställda uppfattar klimatet som kallas termiska preferenser och en rökanalys för att undersöka luftrörelser i pannhuset.
3.1 Ventilationskartläggning
De beräknade luftflödena presenterades i tabell 5 och 6 där både individuella flöden, totalflöden per lokal och luftomsättningar per timme presenteras.
Tabell 5. Sammanställning av luftflöden och luftomsättningar för pannhuset och ventilationsrummet, se figur 1 för placering av donen.
Frekvens på ventilationsfläkt 25 Hz 50 Hz
Luftflöde Pannhus [m3/s] 3,84 7,11
Luftflöde Ventilationsrum [m3/s] 0,61 1,93
Luftomsättning Pannhus [1/h] 5,31 9,04
Luftomsättning/h Ventilationsrum [1/h] 1,10 3,49 Don 1 ventilationsrum [m3/s] 0,42 1,12 Don 2 ventilationsrum [m3/s] 0,19 0,81
Felmarginal [%] 19,1 19,6
Både ventilationsrummet och pannhusets har höga luftomsättningar där pannhuset har upp emot 18 gånger högre än Boverkets rekommendationer vilket kan ses i tabell 5.
19
3.2 Komfortanalys
För komfortmätningarna av grundfallet utvärderades samtliga våningar med både mätpunkter nära och långt ifrån ventilationssystemet, medelvärdena för dessa kan ses i tabell 6.
Tabell 6. Beräknade medelvärden för de olika uppmätta parametrarna i grundfallet.
Plat s
Luft - hast ighe t (m3 /s)
Luft - tem per atur (°C)
Luft - tryc k (hP a)
Strå lnin gs- tem per atur (°C)
Part iellt ång tryc k (kPa )
Ång-tryck mättat (kPa) Relativa Luft-fuktigheten (%)
P6N 0,0 9
39, 0
988 ,9
40, 6
0,8 6
6,92 12,4
Kon troll P6N
0,0 9
39, 4
987 ,5
41, 2
0,5 5
7,08 7,7
P6L 0,1 0
42, 7
988 ,8
43, 9
0,5 5
8,41 6,5
P5N 0,1 1
39, 0
989 ,0
38, 4
0,4 9
6,91 7,2
P5L 0,2 8
35, 4
989 ,0
35, 9
0,4 1
5,69 7,2
P4N 0,6 4
27, 2
989 ,3
28, 8
0,4 3
3,58 12,0
P4L 0,1 0
30, 7
989 ,2
29, 5
0,5 0
4,38 11,4
P3N 0,2 3
27, 1
989 ,5
26, 4
0,4 6
3,56 12,8
P3L 0,1 5
27, 8
989 ,5
27, 6
0,4 6
3,70 12,3
P2N 0,1 9
28, 2
989 ,7
27, 8
0,4 4
3,80 11,6
P2L 0,1 2
28, 5
989 ,7
28, 0
0,4 6
3,86 12,0
P1N 0,2 5
24, 8
990 ,0
25, 2
0,4 7
3,11 15,0
P1L 0,1 4
25, 3
989 ,8
26, 0
0,4 7
3,20 14,6
20
V2N 0,2 1
23, 2
989 ,4
23, 2
0,4 7
2,82 16,8
V2L 0,5 0
21, 6
989 ,3
22, 2
0,4 5
2,56 17,6
V1N 0,3 6
21, 7
989 ,6
21, 8
0,4 5
2,58 17,5
V1L 0,2 6
21, 6
989 ,6
21, 9
0,4 5
2,57 17,5
108 N
1,0 9
22, 5
989 ,6
22, 7
0,4 6
2,70 16,8
108 L
0,0 6
23, 6
989 ,6
23, 6
0,4 7
2,89 16,4
Utöver att luftfuktigheten har förändrats mellan P6N och kontroll P6N små förändringar i medelvärden som kan ses i tabell 6.
Efter all data hade behandlats och sedan beräknat fram PMV och PPD-index skapades grafer för dessa och presenteras i figur 9 och 10. Under mätningarna för grundfallet låg utetemperaturen mellan 9 till 11 °C vilket också kan ses i tabell 1.
Figur 9. PMV:s för grundfallet för samtliga våningar och nära och långt ifrån ventilationssystemet. Beskrivning av förkortningarna: P står för pannhuset, V står för ventilationsrummet, 108 står för lagerlokalen 108an, N står för mätpunkten nära ventilationssystemet, L står för mätpunkten långt ifrån ventilationssystemet och siffran som står efter rummets förkortning är vilken våning i lokalen.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
P MV
Position
Grundfall: komfortanalys för lokalerna
45 Hz, stängda spjäll Verifieringspunkt
21
Figur 10. PPD-index för grundfallets samtliga våningar och nära och långt ifrån ventilationssystemet. Vilket är ett index som beskriver hur troligt en person kommer känna obehag av klimatet eller ej. Beskrivning av förkortningarna: P står för pannhuset, V står för ventilationsrummet, 108 står för lagerlokalen 108an, N står för mätpunkten nära ventilationssystemet, L står för mätpunkten långt ifrån ventilationssystemet och siffran som står efter rummets förkortning är vilken våning i lokalen.
I grundfallet är PMV på våning 5 och 6 i pannhuset över är det maximala som PMV-metoden egentligen kan beräkna vilket och ger att samtliga kommer känna obehag av vara i lokalen vilket kan ses i figur 9 och 10.
Fall 1 och 2 respektive mätvärden finns att läsas i bilaga 6. Samma typ av grafer användes trots de reducerade antal mätpunkter för båda fallen vid visas i figur 11–14.
0 20 40 60 80 100
PPD -ind ex
Position
Grundfall: andel personer som kommer känna sig för varma eller för kalla i lokalerna
45 Hz, stängda spjäll Verifieringspunkt
22
Figur 11. PMV:s för fall 1 med två olika fläktfrekvenser och stängda spjäll. Beskrivning av förkortningarna: P står för pannhuset, V står för ventilationsrummet, 108 står för lagerlokalen 108an, N står för mätpunkten nära ventilationssystemet, L står för mätpunkten långt ifrån ventilationssystemet och siffran som står efter rummets förkortning är vilken våning i lokalen.
Figur 12. PPD-index för fall 1 med två olika fläktfrekvenser och stängda spjäll. Vilket är ett index som beskriver hur troligt en person kommer känna obehag av klimatet eller ej. Beskrivning av förkortningarna: P står för pannhuset, V står för ventilationsrummet, 108 står för lagerlokalen 108an, N står för mätpunkten nära ventilationssystemet, L står för mätpunkten långt ifrån ventilationssystemet och siffran som står efter rummets förkortning är vilken våning i lokalen.
-0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
P6N P5N P3N P1N V2N V1N 108N
P MV
Position
Fall 1: komfortanalys för lokalerna
45 Hz, stängda spjäll 35 Hz, stängda spjäll
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
P6N P5N P3N P1N V2N V1N 108N
PPD -ind ex
Position
Fall 1: andel personer som kommer känna sig för varma eller för kalla i lokalerna
45 Hz, stängda spjäll 35 Hz, stängda spjäll
23
24
Figur 13. PMV:s för fall 2 med två olika fläktfrekvenser och öppna spjäll. Beskrivning av förkortningarna: P står för pannhuset, V står för ventilationsrummet, 108 står för lagerlokalen 108an, N står för mätpunkten nära ventilationssystemet, L står för mätpunkten långt ifrån ventilationssystemet och siffran som står efter rummets förkortning är vilken våning i lokalen.
Figur 14. PPD-index för fallstudie 2: med två olika fläktfrekvenser och öppna spjäll. Vilket är ett index som beskriver hur troligt en person kommer känna obehag av klimatet eller ej. Beskrivning av förkortningarna: P står för pannhuset, V står för ventilationsrummet, 108 står för lagerlokalen 108an, N står för mätpunkten nära ventilationssystemet, L står för mätpunkten långt ifrån ventilationssystemet och siffran som står efter rummets förkortning är vilken våning i lokalen.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
P6N P5N P3N P1N V2N V1N 108N
P MV
Position
Fall 2: komfortanalys för lokalerna
45 Hz, öppna spjäll 35 Hz, öppna spjäll
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
P6N P6L P5N P5L P4N P4L P3N
PPD -ind ex
Position
Fall 2: andel personer som kommer känna sig för varma eller för kalla i lokalerna
45 Hz, öppna spjäll 35 Hz, öppna spjäll
