Koulun ilmastointijärjestelmien simulointi ja puhallinenergian laskentatyökalu

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia Fläkt Woods Oy:n uuden VAV-ilmastointijärjestelmän vuosittaisia käyttökustannuksia englantilaisessa koulukohteessa ja vertailla sitä toisiin potentiaalisiin ilmastointiratkaisuihin. Uutuutena järjestelmässä on kanavapaineen jatkuva optimointi ja tuloilmapuolella päätelaitteina olevat aktiivihajottajat. Tutkimus kohdistui lämmitysenergian, jäähdytyksen sähköenergian ja LVI-laitteiden sähköenergian kulutukseen.

Lämmitystä ja jäähdytystä sekä tiettyjen LVI-laitteiden sähkönkulutusta tutkittiin IDA Indoor Climate and Energy -rakennussimulointiohjelmalla. Koulurakennus mallinnettiin saatujen pohjapiirustusten mukaisesti ohjelmalla. Sen rakenteiden ja yleisten järjestelmien mallinnuksen lähtökohtana oli, että kyseessä on olemassa oleva, peruskorjattava kohde. Mallinnettuun rakennukseen valittiin kolme erilaista käyttötapausta, joissa tilojen sisäiset kuormat eroavat toisistaan. Näihin käyttötapauksiin suunniteltiin yhteensä kuusi erilaista ilmastointivaihtoehtoa, joista kolme on toteutettu Fläkt Woodsin VAV-järjestelmällä ja kolme on vertailujärjestelmiä. Järjestelmien simulointi tapahtui vuoden mittaisena dynaamisena simulointina aidoilla säätiedoilla.

Ilmanvaihdon puhaltimien sähkönkulutusta tutkittiin Excel-mallinnuksella hyödyntäen MagiCADin ja Fläkt Woodsin Acon-valintaohjelman simulointiominaisuuksia. Tarkoitusta varten koulun ilmanvaihdosta tehtiin suunnitelmat MagiCADilla ja myös VAV-järjestelmiin kuuluvat aktiivihajottajat mallinnettiin. MagiCADin avulla simuloitiin koulun ilmanvaihtokanaviston painesuhteita erilaisissa virtaustilanteissa, jotka pohjautuivat VAV-järjestelmien IDA-mallinnuksen tuloksiin. Simulointi vastasi tilannetta, jossa kanavapainetta optimoidaan. Saatujen tulosten pohjalta määritettiin myös vertailutilanteet, joissa VAV-järjestelmän kanavapainetta ohjataan joko keskuskoneessa tai jossain kanavassa sijaitsevalla paineensäätöanturilla. Aconin avulla tutkittiin edelleen koko ilmanvaihtolaitoksen painehäviöitä ja puhaltimien kokonaishyötysuhteita eri virtaustilanteissa. Tuloksista laadittiin laitoskäyrät ja hyötysuhdekäyrät kullekin vertaillulle säätövaihtoehdolle. Nämä tulokset yhdistettiin yhdeksi puhallinenergian laskentatyökaluksi, jolla voi laskea periaatteessa minkä tahansa aktiivisin päätelaittein varustetun kohteen puhaltimien vuotuisen energiankulutuksen.

Tutkimuksen tuloksista voidaan sanoa, että VAV-ilmastointi puoltaa paikkaansa käyttökustannukiltaan parhaana ilmastointijärjestelmänä tutkitun kaltaisessa koulukohteessa. Kanavapaineen optimointi sen sijaan ei ole omimmillaan tutkitussa kohteessa, vaan sopii paremmin esimerkiksi toimistorakennukseen, jossa ilmanvaihtoon riittää suurimman osan vuotta 20-40 % järjestelmän mitoitusilmavirrasta.