INSTALLATIONSTEKNIK - Inomhusmiljö, installationer, resursanvändning

Full text

(1)

Per Fahlén

Chalmers tekniska högskola

INSTALLATIONSTEKNIK

- Inomhusmiljö, installationer, resursanvändning

Behov Rummet Elan del 1

DCV Don Cava/Elan del 3 DCV

Distribution Elan del 3

DC Motorstyrning, systemlösning

Formas-Bic DC

Intelligent behovsstyrning

Elan del 2

Försörjning CEC

Stationär Byggnader Apparater Processer

Mobil Bilar Bussar Lastbilar Tåg

Flygplan Båtar

(2)

Termisk komfort

Inomhusmiljö

Luft-

kvalitet Miljö

Resursanvändning

Energi effektivitet Värme

Kyla Ventilation

Tekniska installationer

Styr-o. regler Tele, IT

Elkraft

- Perceptionsfaktorer och deras källor - Modeller för att prediktera luftkvalitet,

termiskt klimat och perception

- Metoder att koppla objektiv mätning och subjektiv upplevelse för formulering av kvantifierbara krav

- Miljöbelastning och energieffektivitet för alternativa system med given funktion - Samband funktionskrav - belastning

- Samband belastning – återvinning/lokal/central försörjning

- Systemmodeller för beräkning av primärenergi vid LCA

-Behov/förekomst av nya komponenter

-Komponenters funktion inom vida arbetsom- råden, modellering, mätning

- Analysera system för venti- lation, värme, kyla och belysning baserat på verkliga behov

- Systemmodeller för funk- tionsprediktering

(3)

BEHOV OCH BEHOVSRELATERAD STYRNING

Verksamhet Människor

Processer Klimatkrav

värmare

Q

belysning

Q

apparat

Q

person

Q

n ventilatio

Q

on transmissi

Q

kallvatten gråvatten

Wef

/ 2

1kW m qsol

tute

trum

belysning

We,

apparat

We, ng

luftläckni

Q ttill

+ TA

tav

VÅV

QVA

Tekniska installationer Klimatisering

(värme, kyla, ventilation) Belysning ……

Försörjningssystem Energi (arbete, värme) Information (tele, data, …) Processmedia ……

ELAN

Människa och teknik

(4)

VERKSAMHETENS BEHOV

Kyl- ma- skin Kyldisk

Qrad Qtrans

Q

Mvent

-

Kylbatteri

Butik Mvent

Minf Qpers

Qint

km

We, int ,

We

Bostäder och kontor

Skolor

Sjukhus

Butiker

Komplexa behov - Butiker

- Sjukhus

(5)

MÄNNISKORS BEHOV

Termisk komfort - Lufttemperatur

- Strålningstemperatur - Lufthastighet

- Luftfuktighet

Centrala nervsystemet Infomationsbehandling

Styrning, reglering Lagring Presentation

Receptor "Ställdon"

Omgivningsmiljö

"inomhusklimat"

Kemisk till elektrisk energiomvandling

Spänning till frekvens omvandling

f V

I Stimulus intensitet

Generator spänning

Puls- frekvens modulerad

utsignal

Frisk luft

- Sval och torr ”som champagne”

- Låg partikelhalt

- Fri från främmande gaser

(6)

UPPLEVELSEFAKTORER

"Predicted Percentage Dissatisfied"

som funktion av

"Predicted Mean Vote"

0 10 20 30 40 50

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

PMV [-]

PPD [%]

Termisk balans (välkänt?)

Psykosociala faktorer, stress

Receptorer och signalbehandling

(7)

Produktivitetsminskning som funktion av rumstemperatur

0 5 10 15 20

15 20 25 30 35

Temperatur [°C]

Produktivitetsminskning [%]

Modell Modell Berglund, 1990 Wyon, 1996 Pepler, 1968 Johansson, 1975 Niemela, 2002 Niemela, 2001 Federspiel, 2002 Link&Pepler, 1970

KONSEKVENSER AV DÅLIGT INOMHUSKLIMAT

Produktivitetsförlust (kvalitet och kvantitet)

Sjukfrånvaro och personalomsättning

Klagomål (mer arbete för fastighetsdriften)

(8)

KONTORSEKONOMI?

Personalkostnad: 100 000 SEK/m

2

/år

Hyra: 2 000 SEK/m

2

/år

Kapitalkostnad installation: 200 - 1 000 SEK/m

2

/år

Energikostnad: 100 - 500 SEK/m

2

/år

(9)

BYGGNADENS BEHOV

Byggnad

- Flexibilitet, planlösning - Estetik

- Materialval

- Energi&Miljö (LCA)

Verksamhet

- Drift och underhåll (LCC) - Energi

- Teknisk utrustning

Inre och yttre

försörjningssystem

Yttre laster!

Inre laster!

(1+1=2)

(10)

INSTALLATIONSTEKNISKA SYSTEM

Klimatstyrande installationer

Person, process

Installationer Inre förhållanden Yttre

förhållanden

Yttre försörjnings-

system

Mängd och kvalitet (t.ex. kW/°C, luftmängd/°C+renhet)

Behovsstyrning Framkoppling

-Behovsstyrning - Framkoppling - Prognosstyrning

Installations- tekniska system

Byggnads- automations-

system

VERKSAMHETSKRAV (värme, kyla, ventilation, vatten, elektricitet, belysning, ...)

Inomhusklimat och komfort

Försörjnings- system Byggnad

Försörjnings- system konstruktion

Uppfyllda krav?

Installations- tekniska system,

konstruktion

(11)

Behov Inomhusmiljö: Behovsanalys (beteende, verksamhet)

Energi och Miljö

Styr- och reglerteknik

Värme Kyla Vent. Belysn. Verks.

Behovs- styr- ning

Tekniska installationer: Behovsstyrning  önskad funktion med låg el-användning

Överföring Distribution Överföring Distribution Rening Distribution Apparater DistributionApparater Distribution

Q

W /e W /e Q W /e V We / We / pers,m2,

(12)

VART TAR ENERGIN VÄGEN I BYGGNADER?

Lokalbyggnad ur en installationsteknikers

perspektiv

(13)

Kategori Antal Årsekv.

Professor 1 1

Ekonom/tekniker 2 1

Seniorforskare, lektorer 5+1 3,2+1

(adj. och bitr. professorer, docenter)

Seniorforskare (”outsourcade”) 3 1

Forskarassistenter 1 1

Doktorander (anställda) 6+1 6+1

Doktorander (stipendiater) 0 0

Doktorander (industrin) 6 3-4

TOTALT 25 18-19

(14)

Inomhusmiljö

Installationer

Energi/miljö

EK-KB1-1

DN32 AT2

+5--+15 °C

KB2 processkylvatten VVX-KMK1

P-KB2-2 AV-KMK1-1

P-KB2-1 P-KMK1-1

AT1

-10--+10 °C VP1

P-VP1-2 P-VP1-1

P-KB1-2

P-KB1-1

VP2 Toppen

Botten Borrhålslager

Botten Toppen KMK1

AV-KMK1-2

VV-KMK1-1 P-BH1 till 9

RV-BH1 till 9

KB1 processköldbärare

VP2 DN50

DN50

DN32 DN32

DN32

DN32

DN32 DN32

DN32

DN32 DN32 DN32

DN32

EK-KB2-1

GT-AT1-1

GT-AT1-2

GT-AT2-1

GT-AT2-2 GF-KB1-1

GT-KB1-1 GT-BH-1 -- 9

GT-BH-10 -- 19

GT-KMK1-2

GT-KMK1-1

GT-VVX- KMK1-2

GT-VVX- KMK1-1

GT-VP1-2-2 GT-VP1-2-1 AV-KB1-1

AV - KB 1-2

AV-KB1-6 AV-KB1-3

AV-VP1-2-2 AV-VP1-2-1 AV-AT1-2-1 -- 3

SÄV-EK- KB1-1

GT-VP1-1-1 GT-VP1-1-2 AV-VP1-1-2

AV-VP1-1-1

AV-KB1-7 AV-KB1-4

GT-KB1-3 EP2

GT-KB1-2 AV-KB1-5

EK-KB1-1

DN32 AT2

+5--+15 °C

KB2 processkylvatten VVX-KMK1

P-KB2-2 AV-KMK1-1

P-KB2-1 P-KMK1-1

AT1

-10--+10 °C VP1

P-VP1-2 P-VP1-1

P-KB1-2

P-KB1-1

VP2 Toppen

Botten Borrhålslager

Botten Toppen KMK1

AV-KMK1-2

VV-KMK1-1 P-BH1 till 9

RV-BH1 till 9

KB1 processköldbärare

VP2 DN50

DN50

DN32 DN32

DN32

DN32

DN32 DN32

DN32

DN32 DN32 DN32

DN32

EK-KB2-1

GT-AT1-1

GT-AT1-2

GT-AT2-1

GT-AT2-2 GF-KB1-1

GT-KB1-1 GT-BH-1 -- 9

GT-BH-10 -- 19

GT-KMK1-2

GT-KMK1-1

GT-VVX- KMK1-2

GT-VVX- KMK1-1

GT-VP1-2-2 GT-VP1-2-1 AV-KB1-1

AV - KB 1-2

AV-KB1-6 AV-KB1-3

AV-VP1-2-2 AV-VP1-2-1 AV-AT1-2-1 -- 3

SÄV-EK- KB1-1

GT-VP1-1-1 GT-VP1-1-2 AV-VP1-1-2

AV-VP1-1-1

AV-KB1-7 AV-KB1-4

GT-KB1-3 EP2

GT-KB1-2 AV-KB1-5

(15)

ÖVRIGA RESURSER (OMVÄRLDSFÖRANKRING)

Ett flertal företag medverkar i utbildningen (t.ex. i projekteringskursen)

Ett 40-tal företag medverkar i våra forskningsprojekt

Implementering av forskningsresultat i system och produkter

(t.ex. kapacitetsreglerade kompressorer, pumpar, fläktar; återladdning av borrhål, tilluftsdon, styr- och reglerprinciper, miljövärderingssystem, ...)

Nya lösningar på gång!

Företag satsar på våra experimentella resurser

(en stor del av övriga laboratorier läggs ned; lab. behöver verksamhet!)

Internationell och nationell samverkan (USA, Kina, Norden, CEC, SP, KTH, LTH...)

Våra civilingenjörer och forskare är eftersökta

Många prisbelönta avhandlingar och examensarbeten

(16)

GRUNDUTBILDNING (B.Sc.nivå)

Grundutbildning (V, M, A)

- Byggnaden som klimatsystem (V3, 4 p) - Kandidatarbeten

Byggingenjörsutbildning - VA-teknik (6 p)

- Installationsteknik (6 p)

- Sanitetsinstallationer (4,5 p) - Projektarbete VVS (4,5 p)

- Värme- och ventilationsinstallationer (7,5 p) - Installationssamordning (3 p)

- Mätteknik

- Kandidatarbeten

(17)

GRUNDUTBILDNING (M.Sc.nivå)

Mastersprogam (både system och teknik!):

Structural Engineering and Building Performance Design (BoM) - HVAC systems engineering

- HVAC systems design - Examensarbeten

Architecture and Engineering (A) - Indoor climate and HVAC

- Examensarbeten

Sustainable Energy Systems (EoM)

- Heating, Ventilation and Air Conditioning Systems Engineering - Air-conditioning, refrigeration and heat pump technology

- Examensarbeten

(18)

UTBILDNINGENS OMFATTNING

Nordens största utbildning av civilingenjörer och forskare med inriktning installationsteknik

10-20 specialutbildade civilingenjörer per år

5-15 examens- arbeten per år

3-6 forskar-

examina per år - 5–10 egna

doktorander - 5–10 industri-

doktorander

Installationsteknik: Forskarmeritering

0 2 4 6 8 10

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Examensår

Antal per år

Bitr.prof.

Doc Dr Lic

Medel 2000-2004 1,6 dr/år 3,4 lic/år 10,5 civing/år

Lic Dr Doc Bitr. professor

(19)

MARKVÄRME MED VÄRMEPUMP - Värme, kyla (frikyla) och lagring i berg

Värmekälla

Värmesänka

Värmelager

Värmestrålning Solstrålning

Nederbörd

Borrhål Borrhål Borrhål Borrhål

Värmeled- ning i berg Grundvatten- flöde i berg

Geotermiskt värmeflöde

10 - 20 m verkas av

årstidsxlingar

Neutral zon

Temperatur stabil i tiden Ökar med ökande djup

(20)

SMÅHUS: FÖRUTSÄTTNINGAR

Borås (Nutek/STEM referens) - Klimatzon 4, tår = +5,8 °C

Byggnad: 1977, fristående - BRA = 140 + 10 m2

- torpargrund

- isolering 12 cm (U  0,35 W/m2/K), - fönster 2-glas (U  2 W/m2/K)

Installationer:

- F-ventilation, 165 m3/h (0,5 oms/h) - Direktel , 10,3 kW

- El-beredare, 300 liter, 1,5/3 kW

Totalt köpt energi:

25 MWh/år, 167 kWh/m2/år

Elprisets utveckling

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

1980 1985 1990 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002År

Pris [SEK/kWh]

Moms Energiskatt Fast kostnad Energipris

(21)

VINNARKONCEPT

Fast pris 39 000 SEK - värmepump ca. 4 kW - borrhål 60 m

- fläktkonvektor ca. 4 kW

Tillägg 3 000 SEK - större fläktkonvektor - en radiator

Förväntad besparing

- 9000 kWh/år (uppvärmning)

Utvärdering + förberedelse av framtida modifieringar

(22)

OMBYGGNAD 3+4: RESULTAT

Ökad besparing: SPF = 2,7 → SPF = 3,7 (varmvatten + lägre värmesystemtemperatur)

Längre drifttider, färre starter (tillförlitlighet)

Bättre reglerbarhet

Årlig elanvändning: Visthusgatan 6

0 5 10 15 20 25 30

1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Elanvändning [MWh]

Hushållsel Varmvatten Uppvärmning Värmepump installerad våren 1996

(bara för värme, inte för

Återladdning våren 2000

Ackumulatortank hösten 2004

Komplettering radiatorer våren 2006

IVAs Energiframsyn

(23)

SAMMANFATTNING

Naturen ställer upp som värmekälla och lager - Kraftigt minskat behov av köpt energi

Besparing: 25 MWh/år → 9-10 MWh /år - 4,5 MWh/år för värme och varmvatten - 167 kWh/m

2

/år → 63 kWh/m

2

/år

Typiskt 70-tals direktelvärmt småhus med lägre

specifik energianvändning än moderna ”passivhus”

Bättre styrning av inomhusklimatet än i ”passivhus”

Ekonomi: Rak pay-off 5 år, nuvärde 260 000 SEK

- Investering ca. 80 000 SEK, besparing ca. 16 000 SEK/år

Figur

Updating...

Referenser

Updating...

Relaterade ämnen :