HVAC anlæg

HVAC er en forkortelse for ”heating, ventilation and air conditioning”, og er en betegnelse indenfor ventilationsområdet. HVAC anlæg opsættes i bygninger ud fra et ønske om at styre og regulere luftmængder, luftkvalitet, temperaturer og renlighed, men kan også bruges til at øge sikkerheden i forbindelse med brande, ved at skabe trykforskel mellem adgangsveje og øvrige områder, samt ved at afskære brandens spredning med brandspjæld.

Enhver moderne bygning har et mere eller mindre avanceret HVAC anlæg.

Ventilationskanaler

 

Ovenfor ses en helt grundlæggende opbygning af et ventilationsanlæg. Man tilfører luft og man fjerner luft fra rum. Hvis man kun tilførte luft uden af fjerne luft, så ville den luft der allerede er til stede i et rum, ikke have noget sted at forsvinde hen. Ud over at skabe overtryk i rummet, ville ventilationen på denne måde ikke være effektiv.

Hvis man på den anden side kun fjernede luft uden at tilføre ny luft, så ville man ud over at skabe undertryk i rummet, heller ikke have en effektiv ventilation. Med undertrykket ville man tvinge luft ind udefra og dermed ikke have mulighed for at varme, køle eller filtrere luften.

Et optimalt ventilationsanlæg har derfor lige mængder indblæsning og udsugning for at luften bevæger sig både ind og ud og rummet og dermed bliver skiftet som den skal, samtidig med at trykket i rummet er neutralt.

Ventilationstyper

Man kan opdele ventilation i de tre typer, afhængig af graden af ønske om mulighed for styring og regulering. Det går lige fra at være meget overordnet for en hel bygning til at kunne styre ventilationen differentieret i de enkelte rum.

Når man skal vælge ventilationstype, så er der nogle kriterier som man skal have for øje. F.eks. er graden af personbelastning i et rum, dvs. hvor mange personer som ”belaster” et rum med sin tilstedeværelse, et af de vigtigste kriterier. Personer skaber varme og fugt samt bruger ilten og danner CO2. Af hensyn til indeklima har et rum med mange personer i derfor et større behov for ventilation, end et rum med få personer.
Et andet kriterie for valg af ventilationstype er graden af hvor meget et rum er varmebelastet. En typisk form for varmebelastning af et rum er solindfald. Hvis solen skinner lige ind på et rum hele dagen, så vil temperaturen blive påvirket og det er i den grad også med til at påvirke indeklimaet.

Constant Air Volume – CAV

Constant Air Volume, forkortes som CAV, og betyder på dansk konstant luftmængde, er den mindst differentierbare ventilationstype. CAV bruges steder hvor der er et ensartet behov for ventilation, og hvor der dermed er et lille udsving i personbelastning og et lille udsving i varmebelastning. Ikke dermed sagt at rummet ikke kan indeholde mange personer eller være meget varmebelastet af f.eks. solindfald, kravet hertil er blot at belastningen er nogenlunde konstant. Dog forekommer det sjældent, at rum med personer og varmepåvirkning, kan holdes særlig konstant. CAV typen bruges derfor mest på f.eks. lagre eller fællesarealer.

CAV regulerer efter luftflow eller efter konstant tryk i ventilationsanlægs hovedkanal. Af hensyn til at spare på ressourcerne, indstilles CAV anlæg typisk til at holde et lavere flow i tidsrum hvor behovet er mindre – f.eks. ved aften-/nattedæmpning.

Variable Air Volume – VAV

Variable Air Volume forkortes VAV og betyder på dansk; variabel luftmængde. Med en VAV ventilationstype, kan man regulere et anlæg så det kun arbejder efter behov.

Hvis man forestiller sig en bygning som har en række rum som kun bliver anvendt periodisk, så kan man med ressourcebesparende fordel, anvende spjæld til kun at åbne for ventilation af disse rum når de bliver benyttet. Dette er en fordel, fordi ventilationsanlægget kun skal levere luft dertil hvor rummene bliver benyttet, og dermed ikke bruger energi på at levere unødig luft til rum som ikke bliver brugt. I praksis kan ventilationsspjæld til et rum blive aktiveret af den PIR føler som også tænder for lyset i rummet. Dette er en meget økonomisk besparende løsning i forhold til CAV, og den ses anvendt mere og mere ude i virkelighedens verden, trods den lidt større investering grundet de ekstra komponenter.

VAV ventilationstypen er altså en fordel i rum som kun benyttes periodisk og som ved brug for en ensartet belastning både i forhold til personbelastning og varmebelastning. Det kunne f.eks. være et enkeltmands-kontor uden solindfald. Solindfaldet ville skabe varians i behovet for køling og hertil at VAV ikke det smarteste valg.

I modsætning til CAV, regulerer VAV kun efter lufttryk i hovedkanalen og ikke efter luftmængde, da luftmængden skifter anhængig af hvor mange spjæld der er åbne, og trykket skal være konstant.

Demand Controlled Ventilation – DCV

Demand controlled ventilation forkortes DCV og den mest avancerede ventilationstype, fordi den, som navnet antyder, giver den størst mulige kontrol over ventilation ved at styre den efter det enkelte rums behov.

DCV ventilationstypen minder meget om VAV. DCV er dog mere avanceret end VAV ved ikke at være styret af en tilstedeværelsessensor, men ved at være styret af en CO2-føler og en temperaturføler, hvor CO2-føler melder tilbage til anlægget hvor høj CO2 værdien i rummet er og temperaturføler melder tilbage hvad temperaturen er. CO2 værdien må ikke blive for høj da det betyder at der bliver udåndet for meget CO2 i rummet dermed luftkvaliteten er for dårlig og at personbelastningen derfor er høj. CO2-føleren kan ikke blot åbne for spjældene ind til rummet ligesom VAV’en kan, men den kan også melde til anlægget at luftflowet/luftudskiftningen i rummet skal være større. Derved øget anlægget luftmængden i hovedkanalen.

Temperaturføleren melder tilbage til anlægget hvad temperaturen er i rummet og kan derfor også være med til at indikere at luftkvaliteten er for dårlig. Den avancerede form for styring af ventilationen med CO2– og temperaturfølere, gør at ventilationen kører minimalt da kun kører når der er set-værdierne for CO2 og temperatur bliver overskredet.

DCV ventilationstypen er derfor den mest økonomisk ventilationstype at drive, men kræver også den største investering. Da avancerede styring gør den egnet til at bruge i de rum som at mest belastet af variation i personbelastning og varmebelastning, som f.eks. mødelokaler, kontorer med høj solbelastning, men også skoler og andre institutioner. Ligesom DCV har de laveste driftsomkostninger, da den kun kører lige netop til grænsen af behovet, så har den også de største investeringsomkostninger grundet de mange komponenter og udarbejdelsen af den mere avancerede styring.

Ligesom VAV regulerer DCV på trykket i hovedkanalen og ikke på luftmængden, da den på samme måde skifter i behov afhængig af hvor mange spjæld der er åbne.

Genvinding

Genvinding er en vigtig del af HVAC-anlæg da der er meget økonomi i, at genanvende energien fra den allerede opvarmede luft i udsugningen til at opvarme luften i indblæsningen. Omvendt kan kulden fra udsugningen også bruges til at køle den luft som indblæsningen tager udefra. De handler alt sammen om relative luftforskelle udendørs og indendørs. Der findes en række forskellige måder at udnytte varmeenergi på uden fysisk at blande luften på. Anvender man en metode som i større eller mindre grad sender udsuget luft direkte tilbage til indsugningen, er det vigtig at den tilbage sendte luft bliver filtreret, så man ikke sender udsuget støv, bakterier og andre partikler lige tilbage hvor de kom fra.

Genvinding er ikke bare økonomisk smart. Det er et miljømæssigt krav, at man ved opsætning af nye anlæg, designer dem sådan så de i erhvervsøjemed genvinder 80% af varmeenergien og i bolig-/privatøjemed genvinder 70%.

I det følgende vil de forskellige genvindingsformer i ventilationsanlæg blive gennemgået.

Krydsveksler

I en krydsveksler sendes kold luft gennem lameller som den varme luft passerer forbi. På denne måde varmer den varme luft den kolde luft og den kolde luft køler den varme luft, og det er endda uden at de to luftstrømme fysisk bliver blandet sammen. I praksis er lamellerne i krydsvekslerne helt tynde og hule metalplader som med det størst mulig overfladeareal sender de to luftbaner forbi hinanden kun adskilt af tyndt metal.

Krydsveksler

 

En krydsveksler genvinder 50-70% af varmeenergien og er derfor i sig selv, i bedste fald tilstrækkelig til boligventilation, med krav om 70% genvinding, men ikke erhverv som har krav om 80%.

Rotorveksler

En rotorveksler er et roterende hjul af lameller som bevæger sig meget langsomt rundt inde i de to luftkanaler. Luften i udsugningskanalen er varm og opvarmer derved lamellerne som bagefter roterer ned i indblæsningskanalen hvor den opvarmer luftstrømmen. Lamellerne bliver nedkølet af luftstrømmen og kører bagefter op i udsugningskanalen og nedkøler den luft der her bevæger sig over lamellerne.

Rotorveksler

 

En rotorveksler genvinder 70-90% af varmeenergien og kan derfor, hvis den er i den gode ende, både bruges til erhverv og bolig. Bagsiden ved en rotorveksler er at den tillader en lille smule blanding mellem de to luftkanaler og derfor bør den enten sidde i forbindelse med en række filtre eller ikke blive brugt steder hvor der er bakterier eller lugt er et problemer, såsom på hospitaler eller køkkener. Der er f.eks. ikke tilladt at bruge en rotorveksler til varmegenvinding i ventilationsanlæg, som ventilerer en operationsstue.

Modstrømsveksler

En modstrømsveksler minder lidt om en krydsveksler, fordi luftstrømmene passere forbi hinanden, uden fysisk at blive blandet sammen. I modstrømsveksleren passerer luftstrømmene langs hinanden og ikke på tværs af hinanden som i krydsveksleren. Det gør at de passerer hinanden i lidt længere tid, og er også med til at gøre modstrømsveksleren mere effektiv til genvinding af varmeenergi.

Modstrømsveksler

 

På modellen ser man hvordan luften i udsugningen som kommer indefra bygningen, opvarmer den køligere indblæsningsluft, som kommer udefra. Ligesom de andre vekslere kan luften også passere forbi den anden vej, så den køligere luft indenfor om sommeren kan køle den varme luft af som kommer udefra. Modellen er naturligvis blot en illustration, og luftvejene bevæger sig ikke som vist i praksis.

Modstrømsveksleren genvinder 65-90% af varmeenergien, hvilket er bedre end krydsveksleren og potentielt kan den også være bedre end rotorveksleren. Fordelen her, er som sagt at luftstrømmene er adskilt.

Returluft system

Et returluftssystem kan ikke helt sammenlignes med de øvrige varmevekslere da den ikke genvinder varme var at udligne temperaturforskellene i luft indefra og udefra ved at sende den forbi hinanden. Den sender den udsugede luft indefra direkte op til indblæsningen.

Returluftssystem

For at undgå at sende luft retur som indeholder bakterier og andre partikler, er det vigtigt at man filtrerer luften.

Heatpipe

Et heatpipe system er et 100% passivt system. Man indsætter lameller på tværs af de to ventilations-kanaler. Lamellerne indeholder tryksat CO2. CO2 koger normalt ved -42 grader celsius ved 1 Bar almindeligt atmosfærisk tryk, men ved et højere tryk på 5 Bar, koger CO2 først højere plusgrader.

Heatpipes

 

Heatpipen fungerer ved at CO2’en skifter fra flydende form til gasform. Først flyder CO2’en rundt i bunden af heatpipen. Den varme luft i den nederste kanal fra udsugningen, opvarmer CO2’en, til den fordamper til gasform, som herefter bevæger sig op inde i heatpipen og afgiver sin varme på indblæsningsluften, samtidig med at den bliver nedkølet og bliver tilbagedannet til væskeform som drypper tilbage i bunden af heatpipen og køler udsugningslufter.

Det smarte ved heatpipen er som sagt at den er fuldkommen passiv, forstået på den måde, at den ikke får tilført energi i sin genvindingsproces, men blot er CO2 som er lukket inde ved et højt tryk i et forseglet system. Hvis der sker et brud på heatpipen, vil trykket udligne og CO2’en, som koger ved -42 grader, vil være væk på et splitsekund.

Et heatpipe system genvinder 40% af varmeenergien, og kan derfor hverken stå alene til genvinding i et bolig- eller erhvervsventilationsanlæg. Det er dog et billigt supplement til en ekstra genvindingsmodel.

Vandbåren varmeveksler

En vandbåren varmeveksler fungerer lidt ligesom en heatpipe. I den vandbårne varmeveksler sker der ingen fordampningsproces, men vand flyttes op og ned mellem ventilationskanalerne og afgiver sin temperatur. Vand i køleribberne i den nederste udsugningskanal, bliver opvarmet af den varme udsugningsluft. Herefter bliver vandet lukket igennem en trevejsventil op til indblæsningskanalen, hvor vandet afgiver sin varme til indblæsningsluften, som den bliver nedkølet af, hvorefter den kommer ned i køleribberne i udsugningskanalen, for igen at blive opvarmet.

Vandbåren varmeveksler

 

Trevejsventilens funktion er, ud over at styre hvor meget vand der bliver sendt opad, at kunne tilbageføre noget af det vand som er på vej ned. Det kan benyttes hvis det er mere hensigtsmæssigt at genbruge noget af vandet som kommer ned oppefra, i stedet for at tage noget af vandet nedefra udsugningskanalen, som måske ikke er helt varmt nok.

En vandbåren varmeveksler genvinder 40-85% af varmeenergien bl.a. afhængig af konstruktionen og  temperaturforskellene mellem indblæsnings- og udsugningsluften.

Energitilførte varmesystemer

Varmepumpe

En varmepumpe hører ikke ind under genvinding af energi, da den ikke udnytter varmeforskellene i luftkanalerne til at danne varmeenergi. En varmepumpe fungere i stedet ved at sende kølemiddel gennem et kredsløb hvor det bliver udsat for trykforskelle. En kompressor skaber lavt tryk på sin ene side og højt tryk på sin anden side. Ved lavt tryk fordamper kølemiddel ved selv meget lave temperaturer. Når kølemidlet fordamper skaber det kulde med i det øjeblik at det fordampede kølemiddel kommer gennem kompressoren, bliver det sat under højt tryk, hvorved det bliver varmt. Det varme kølemiddel skifte nu under det høje tryk, tilstand fra gasform tilbage til væskeform – det kondenserer. I denne proces indeholder kølemidlet en masse varme energi som man kan høste. Kølemidlet bevæger sig herefter gennem en ekspansionsventil, som når kølemidlet har højt nok tryk, lukket det om på den anden side, hvor trykket igen er lavt. Det lave tryk gør at kølemidlet igen fordamper og skaber kulde, hvorefter det igen passere gennem kompressoren og bliver varmt under det høje tryk.

Varmepumpe

Det er i virkeligheden hemmeligheden bag en varmepumpe. Kølemiddel ved to forskellige tryk. Det eneste energi der skal tilføres er til kompressoren, som skaber trykforskellene. Den energi man kan udvinde af en varmepumpe kan f.eks. være ca. 3,5 gange større end den energi man tilfører, og derfor er det en meget økonomisk måde af varme op på.  Varmepumpen kan i et ventilationsanlæg bruges både til at varme og til at køle, ved at spjæld styre hvilken vej luften løber forbi den fordampende og den kondenserende proces.

Elektrisk forvarmer

En elektrisk forvarmer bruges som en sikkerhedsmæssig foranstaltning i mange ventilationsanlæg. Det er sjælendt nødvendigt overhovedet at bruge den, og i givet fald det skulle være nødvendigt, er det yderste sjælendt at samtlige varmelegemer benyttes.

En forvarmer fungerer fuldstændig ligesom en hørtørrer. Kold luft sendes forbi elektriske varmelegemer, som opvarmer luften, og sikrer den opvarmning som genvinding ikke kan sikre hvis der både er koldt inde og ude.

Forvarmer fasefordeling

Forvarmeren kan ved hjælp af tre kontaktorer koble lige fra 1-7 varmelegemer ind ad gangen.

Har man brug for et varmelegeme (1 kW), kobles Q1 ind.

Har man brug for to varmelegemer (2 kW), kobles Q2 ind.

Har man brug for tre varmelegemer (3 kW), kobles Q1 og Q2 ind.

Har man brug for fire varmelegemer (4 kW), kobles Q3 kobles ind.

Har man brug for fem varmelegemer (5 kW), kobles Q1 og Q3 ind.

Har man brug for seks varmelegemer (6 kW), kobles Q2 og Q3 ind.

Har man brug for syv varmelegemer (7 kW), kobles Q1, Q2 og Q3 ind.

Luftskifte og luftkvalitet

Luftskifte

Når man dimensionerer et ventilationsanlæg er det vigtigt, at det kan skifte tilstrækkelig luftmængde i forhold til størrelsen af de rum det ventilerer. Luftskifte beregnes i kubikmeter pr time (m3/h).

Hvis en bygning f.eks. er på 1.500 m3 og bygningens ventilationsanlæg har en kapacitet på 1.000 m3/h, så vil det sige, at hvis anlægget kører på 100% kapacitet, så vil 66,67% af luften i bygningen blive skiftet på en time.

Luftkvalitet

Et godt ventilationsanlæg, kan sikre en god luftkvalitet i de rum det ventilerer. Luften må ikke være for fugtigt, den må ikke have for højt indhold af CO2, som er det mennesker, dyr og planter afgiver når vi trækker vejret. Luften må ikke have en for lav iltprocent, da vi så ikke får ilt nok til vores kroppe. For at luften er ren skal den også filtreres for baktier og partikler. Grænseværdierne for de nævnte ses nedenfor:

  • CO2 – højst 800 ppm (partikler pr million) – CO2 må højst udgøre 800 partikler ud af 1.000.000 partikler.
  • Luftfugtigheden skal helst ligge på 50%/60% for at mennesker har det optimalt.
  • Iltindholdet i luften her på jorden er 21% (ved havniveau).