Energieffektiv intelligent HVLS ventilator (High Volume Low Speed)
Test af HVLS ventilatoren ophængt. Foto: Teknologisk Institut
I projektet udvikles en ny metode til reduktion af elforbruget til ventilation, opvarmning og køling i store højloftede rum ved udnyttelse af kontrolleret træk/opblanding med omrøringsventilatorer. Projektet griber fat om vingedesignet og intelligent styring.
Projektet udvikler en metode til reduktion af elforbruget til ventilation i store højtloftet rum ved brug af nyudviklet HVLS-ventilatorer og intelligent styring. Projektet griber fat om vingedesignet og intelligent styring igennem måleprincip for validering af køle+varme+opblandingseffekt ift. indgående effektforbrug+indeklima.
Teknologien kan anvendes i industrihaller, landbrugsbygninger, butikscentre, kontorbyggerier med åben arkade, hangarer, aktivitetshaller mv. Princippet er svagt udviklet/udbredt og kendes bedst fra lufthavne hvor der sidder store langsomtgående propeller under loftet. Men erfaringer viser at det potentielt kan være yderst energisparende og i mange tilfælde erstatte traditionel køling ved at skabe kontrolleret træk om sommeren og reducere varmeforbruget om vinteren ved at reducere lagdelingen og returnere varmen under loftet til opholdszonen.
En såkaldt HVLS-ventilator (High Volume Low Speed ventilator) med en diameter på 3–7 meter kan anvendes alene eller som supplement til eksisterende ventilationsanlæg ifm. kølespidsbelastninger om sommeren og varmefordeling om vinteren. Om vinteren sker der en naturlig termisk lagdeling i højloftede rum, hvor HVLS-ventilatoren kan returnere varmen under loftet til opholdszonen. Om sommeren kan HVLS-ventilatoren køle ved at skabe kontrolleret træk med høje lufthastigheder og turbulensniveauer.
I projektet udvikles en række vinger igennem udvikling af et vingedesignværktøj samt CFD-analyser og tilhørende forsøg i luftfysisk-laboratorium. Som noget nyt optimeres vingeeffektiviteten ikke blot i relation til energieffektiviteten, men også ift. køleeffekten i opholdszonen beregnet iht. lufttemperatur, relativ-fugtighed, lufthastighed og turbulensniveau.
I tillæg til vingedesigns udvikles også en intelligent styring, der regulerer ventilationen i hhv. sommer- og vinterdrift, iht. ovenstående fokusmålepunkter.
For at gøre det muligt for både kunde og fabrikant at vurdere HVLS-ventilatorer indbyrdes, udvikles også procedure til standardiseret test, da det pt. ikke er muligt at opmåle det hydrauliske arbejde og tilhørende energieffektivitet samt impuls/afkløling/opblanding en HVLS-ventilatoren skaber.
Til slut udvikles et designværktøj til rådigivere, der kan anvendes, når det skal afgøres om HVLS med fordel kan anvendes, hvilke størrelse der i givet fald bør vælges, og placering heraf. Endelig anvendes designværktøjet til at beregne energibesparelsen.
Det udviklede produkt demonstreres i Hedensted centret og Vestas.
Se de første resultater fra projektet i de vedlagte Power Point.
- Færdig udviklet HVLS fan testes nu i højloftede lokaler med mennesker i bevægelse.
- HVLS fan også til energireduktion om vinteren.
Det nye ventilationskoncept til højloftede lokaler kan både bruges til køling om sommeren og til reduktion af udgifter til varme om vinteren.
Det nye ventilationskoncept er tilegnet det nordeuropæiske klima.
Ventilationskonceptet bygger på HVLS ventilatorer – High Volume Low Speed fan – det er ventilatorer med et vingefang på over 2 meter i diameter, som flytter store luftmængder ved lav hastighed. Det må ikke forveksles med de små loftsventilatorer, der anvendes i varmere lande som har en langt mindre diameter, og roterer hurtigt med deraf følgende høje lydniveauer.
Mange brancher med højloftede lokaler, hvor der er behov for køling om sommeren, men hvor det ikke er økonomisk eller energimæssigt realistisk at investere i airconditionanlæg, vil kunne skabe køling med HVLS ventilatorer. Ligeledes vil varmeregningen i lokaler med højt til loftet kunne reduceres, da HVLS ventilatorer kan fjerne temperaturgradienten om vinteren ved at køre baglæns og sikre, at varmen under loftet returneres ned til opholdszonen.
Hypotesen om energibesparelse er eftervist. Der vil med den nyudviklede HVLS ventilator med nye vinger, intelligent styring og smart user-interface både kunne opnås øget komfort og energireduktion i højloftede lokaler. Besparelsen er 20-30% på energiforbruget ift. konventionelt klimaanlæg, hvilket er påvist i 3 idrætshaller.
Projektet har haft succes med at få udviklet en driftssikker HVLS ventilator, der kan køle om sommeren og reducere varmeforbrug om vinteren.
Samtidig opnås øget komfort året rundt.
Vingedesigns og CFD beregninger
I projektet er der undersøgt forskellige vingedesigns, og CFD beregninger blev anvendt til at vurdere performance for de forskellige designs. Der var tale om vingedesigns svarende til vindmøllevinger og vingedesigns med det samme profil fra nav til tip. Den vindmøllelignende vinge gav det mest ensartede flow målt horisontalt under vingen, men det afveg ikke markant fra det ensartede profil fra nav til tip. Økonomisk vil et ensartet profil være at foretrække, da der derved kan produceres én vingelængde, som tilpasses den enkelte opgave ved at skære vingen til i den optimale længde. Ligeledes blev det vurderet, at et ensartet profil ville være bedst visuelt for brugerne.
Test på Teknologisk Institut
Der blev på baggrund af CFD-beregninger, økonomiske vurdering og design udvalgt et vingeprofil, der var ensartet fra nav til tip, og form til produktion heraf blev produceret. Den udviklede og producerede vinge blev efterfølgende testet i et højloftet luftfysisk testrum på Teknologisk Institut. Der blev fundet overensstemmelse mellem CFD-beregninger og målinger. Dermed kan det opbyggede program bruges til design af HVLS ventilatorløsningen til andre atypiske rumgeometrier.
I laboratoriet på Teknologisk Institut er der udviklet ligninger for sammenhængen mellem omdrejningstal på HVLS ventilatoren og den opnåede chill effekt på varme sommerdage. Dette er et alternativ til energiforbrugende airconditionanlæg.
Der er i aktuelle eksempler opnået 20-30% energibesparelse
Styring
Der er udviklet en intelligent styring med et smart user-interface, så brugeren fra en iPad får en visuel beskrivelse af drift, og brugeren kan ændre set punkter og aflæse værdier på fx temperatur og CO2 oppe under loftet og nede i opholdszonen.
Guide
Der er udviklet en guide til installation af HVLS ventilatorer i højloftede lokaler generelt således, at det kun er i specielle situationer, der vil være behov for at anvende CFD beregninger.
Testprotokoller
Parallelt med dette projekt er der i USA udviklet en test protokol til test af HVLS ventilatorer. Den er udviklet af AMCA, som er en ”non-profit” organisation i USA, der udvikler standarder, certificerer produkter og underviser markedet indenfor luftbevægelse og kontrol. Test protokollen er kendt som AMCA 230-15. Denne standard vedrører luft flow og energi performance. Som gjort i dette projekt, bør der også foretages målinger i opholdszonen i mange punkter og ved flere omdrejningshastigheder med kalibreret udstyr, der kan gå ned til meget lave hastigheder (<0,01 m/s).
Sidstnævnte er ikke en del af AMCA 230-15. ASREA (American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers) er ved at indføre en ny standard 216P, hvor lufthastigheder, som målt i dette projekt i opholdszonen, er anført. I Europa skal målinger gennemført på baggrund af test protokollen holdes op mod DS EN 16798-2.
Der er udviklet en designguide til rådgivere, der kan anvendes til dimensionering af ventilation med HVLS ventilatorer i højloftede lokaler.
Desuden skal produktet opfylde Maskindirektivet og være CE-mærket, med henblik på at dokumentere at produktet lever op til sikkerhed, sundhed og miljø.
Casesteder, brugeroplevelse og energibesparelse
Case stederne var en idrætshal og en anden var en højloftet industrihal. Case stederne gav indsigt i brugernes oplevelse af produktet, og var særligt en hjælp i forbindelse med udvikling af styringens user interface samt hvilke punkter man skal være opmærksom på i forbindelse med montering – ovenlys, lamper og placering af eksisterende indblæsningsarmaturer.
Målinger og beregninger på Teknologisk Institut og i idrætshal viser et energibesparelsespotentiale på 20-30 %.
Efter projektafslutning er der solgt flere hundrede HVLS ventilatorer til idrætshaller i Danmark, Norge og Sverige.
Emner
Mere information
352-032