Naturlig ventilation med bygningsintegreret varmegenvinding og nattekøling

Indeklima og energiforbrug er blevet stadig vigtigere i bygningsdesign, men de to aspekter er modsatrettede med konventionel teknologi. En mulig løsning er at ventilere passivt, det vil sige med tørre udnyttelse af opdrift og vindtryk, men det kræver udvikling af nye koncepter og komponenter. Her præsenterer vi et varmegenvindingskoncept, som er egnet til opdrift- og vindassisterede mekaniske ventilationsanlæg. Det implementerede ventilationsanlæg har et samlet systemtryktab på blot 40 Pa.

Varmegenvindingenskonceptet er baseret på to luft-til-vand-varmevekslere, som er forbundet med et pumpedrevet væskekredsløb. Det centrale element i konceptet, en varmevekslerprototype, er blevet udviklet baseret pa designkriterier om trykfald, effektivitet og produktionsduelighed.

Veksleren er baseret på bundter af plastslanger, som i slag passerer luftstrømmen og dermed skaber modstrøm mellem luft og vand. Runde PE plastslanger anvendes. Plastrørene er almindeligt anvendt til vandbaserede gulvvarmesystemer. Mere aerodynamisk-formede rør kan have bedre varmeoverførsel og lavere luftmodstand, men runde rør kræver mindre omhyggelige produktionsprocedurer. Slangen bruges her fordi den er masseproduceret, billig og fleksibel. I udformningen, som præsenteres her, kræves dog en del koblinger.

I projektet blev adskillige designforslag modelleret og undersøgt for at bestemme den optimale løsning med hensyn til tryktab, varmeoverførsel og produktionsduelighed. Softwaremodeller blev udviklet til at simulere temperaturfordeling i rørbundtet.

Det endelige design består af to parallelle slangerør, som fastgøres i en `radiator' med bukkebøjler og afstandsstykker. Radiatorerne stables i et forskudt gitter for at fremtvinge en mere bugtet luftstrøm, så så meget varme som muligt overføres.

Performance mht. tryktab og varmeoverførsel blev sammenlignet på en sektion med numeriske fluidberegninger og faglitteraturkilder. Målinger og beregninger er rimeligt vise rimeligt resultat. Et fuldskalaeksperiment blev implementeret i en del af bygning 118 ved DTU Byg. I bygningen forsyner systemet kontorer og to undervisningslokaler med frisk luft. Det gennemsnitlige specifikke elforbrug (SEL-værdi) er målt til ca. 240 J/m³. SEL-værdien af hele systemet, herunder ventilatorer, pumpe og styring, er målt til at være ca. 600-700 J/m³.

Varmegenvindingseffektivitet for det samlede system er malt til 63 %. Natkøling er implementeret i CTS-systemet, hvilket betyder, at bygningen afkøles om natten i varme sommerperioder. Styringen sker på basis af temperaturføleren i et kritisk rum. Med det ekstremt lave strømforbrug til ventilatorer, er kølingen praktisk taget gratis.