Bestek Groep WH11.C.1
16/01/15 S. Kaptein A-J Houweling J. Hop M. van der Jagt T. Jansen D. Janse F. Kappelhof S. Younan T. Hooftman
Naam document: Bestek Groep: WH11.C.1 Opdrachtgever: De Haagse Hogeschool Coördinator: M. Kras Tutor: Dhr. Meijs Module: COH12 Periode: Hoofdfase jaar 1, blok 2 Inleverdatum: 16/01/15 Plaats: Delft
Sjoerd Kaptein
Voorzitter
Tim Jansen
Vicevoorzitter, Archivaris
Jasper Hop
Lid
Max van der Jagt
Lid
Steven Younan
Lid
Anne-Jan Houweling
Notulist
David Janse
Planner
Frank Kappelhof
Redactie
Thijs Hooftman
Redactie
2
Voorwoord Dit rapport betreft het ontwerp van een klimaatinstallatie van het Roteb gebouw gevestigd in Rotterdam. Dit is onderdeel van het project “THIN2” van de Haagse Hogeschool Delft. In dit rapport zijn alle relevante elementen te vinden die betrekking hebben tot het ontwerpen van een klimaat installatie. Het betreffende gebouw is een grootschalig kantoorgebouw, waarvan de eerste vier verdiepingen voorzien moesten worden van een klimaatinstallatie. Wij willen dhr. Meijs bedanken voor het ondersteunen van onze groep gedurende het project. De feedback die wij wekelijks meekregen heeft ons geholpen om meer kennis te krijgen in de eisen die gesteld worden aan het ontwerpen van een klimaatinstallatie. Daarnaast gaat ons dank ook uit naar dhr. Kras voor zijn ondersteuning in het programma Bink. Delft, 16 januari 2015
3
Inhoudsopgave Samenvatting .....................................................................................................6 Inleiding ............................................................................................................7 Opdrachtomschrijving .......................................................................................7 Pakket van eisen ................................................................................................8 Stakeholders ...................................................................................................8 Conceptkeuze ....................................................................................................9 Roosterselectie ................................................................................................. 10 Berekeningen ................................................................................................ 10 Roosterselectie .............................................................................................. 12 Luchtafvoer .................................................................................................. 12 Filterkeuze ....................................................................................................... 13 Types .......................................................................................................... 13 Keuze .......................................................................................................... 13 Radiatorkeuze .................................................................................................. 14 Berekeningen ................................................................................................... 16 Pomp vermogen CV ....................................................................................... 16 Ventilator vermogen Luchtbehandeling .............................................................. 16 EPVarianten ..................................................................................................... 17 Conclusie ........................................................................................................ 17 Bijlage............................................................................................................. 18 Energiebalans ................................................................................................ 18 Gegevens .................................................................................................. 18 Winter ...................................................................................................... 18 Zomer ....................................................................................................... 19 LEIDINGPROEF .............................................................................................. 19 Opdracht ................................................................................................... 19 Aanwijzingen ............................................................................................. 20 Metingen ................................................................................................... 20 Gegevens .................................................................................................. 20 Excursie ....................................................................................................... 21 4
Controleberekeningen ..................................................................................... 22 Controle berekening weerstand CV ................................................................ 22 Controle berekening weerstand luchtbehandeling ............................................. 23 Climasim ...................................................................................................... 24 Gebruiksmodel .............................................................................................. 25 Klimaatmodel ................................................................................................ 27 Gebouwmodel ............................................................................................... 28 Simulatie resultaten ....................................................................................... 29 Jaarlijks energiegebruik ................................................................................... 29 Temperaturen................................................................................................ 29 Warmtewinsten en verliezen ............................................................................ 30 Dagelijks uitvoer (1. Koude dag, 2. Warme dag) ................................................. 31 Maandelijkse energiebehoefte .......................................................................... 32 COP-Waarden ............................................................................................... 32 Principeschema’s CV ...................................................................................... 33 Principeschema’s luchtbehandeling ................................................................... 38 Plattegronden CV .......................................................................................... 43 Plattegronden luchtbehandeling........................................................................ 47 Concepten .................................................................................................... 56 Concept 1 ................................................................................................. 56 Concept 2 ................................................................................................. 57 Concept 3 ................................................................................................. 57 EP Varianten ................................................................................................. 58 Concept 1 ................................................................................................. 58 Concept 2 ................................................................................................. 62 Concept 3 ................................................................................................. 66
5
Samenvatting In dit rapport staan de bevindingen en resultaten, en hoe er is gekomen tot het eindconcept dat aan de gestelde eisen voldoet. De Haagse Hogeschool heeft de opdracht gegeven om voor een bestaand gebouw en herontwerp te maken voor de installaties in het gebouw. Het gaat hierbij om een kantoorpand van ROTEB in Rotterdam waarvan de verwarmingsinstallatie en de lucht toevoer en afvoer installatie. De huidige installatie was niet goed genoeg bevonden, vandaar deze opdracht. Het ging bij deze opdracht om het nieuwe concept zuinig en gebruiksvriendelijk. Dit alles moet ook nog voldoen aan het bouwbesluit en aan ISSO 43. Om tot een goed eindconcept te komen is er allereerst een energiebalans gemaakt om te bepalen welk vermogen er nodig is voor de klimaatbeheersing. Daarnaast is er informatie verworven in colleges en door onderzoek naar klimaatinstallaties. Vervolgens is er aan de hand van de stakeholders en het bouwbesluit een PVE, pakket van eisen, opgesteld met daarin ook de wensen. Vervolgens zijn er via het programma EP-varianten 3 concepten ontstaan. Uit deze concepten is er één eindconcept voortgekomen en is dit concept vervolgens verder uitgewerkt. Bij het uitwerken van het eindconcept moet er een bestek gemaakt worden, hierin staan technische bepalingen, materialen en uitvoeringsvoorwaarden. Om dat te doen moet er met het programma 'bink' gewerkt worden. Hierin wordt de installatie geplaatst in de ruimtes aan de hand van de bouwtekeningen. Hierdoor worden een aantal zaken als stroomsnelheid van de lucht en het water enzovoorts bepaald. Vervolgens zijn de filters, ventilatieroosters en radiotoren zorgvuldig gekozen aan de hand van de verworven gegevens. Uiteindelijk moest dit alles verwerkt worden in principeschema's zodat een aannemer er zo mee aan de slag zou kunnen gaan op de installatie in te bouwen. En zo is het eindconcept gekozen en uitgewerkt.
6
Inleiding Dit rapport gaat over het ontwerpen van een klimaatsysteem voor een kantoorpand. Hierbij wordt gekeken naar energiezuinige en efficiënte manieren om het pand te voorzien van verwarming en verse lucht. Alvorens hiermee aan de slag kon worden gegaan moesten er eerst projectgrenzen en onderzoek worden gedaan. Deze werden gecontroleerd door een tutor. Vervolgens moest er door de projectgroep informatie verworven worden om aan de slag te kunnen gaan met een aantal programma's en berekeningen tot een efficiënt concept te komen. Na dit gedaan te hebben is dit alles uitgewerkt. In dit rapport is te lezen wat het eindconcept is en hoe de projectgroep hiertoe is gekomen.
Opdrachtomschrijving Gedurende het huidige blok houdt de opdracht in dat er verschillende installatieconcepten komen voor klimaatinstallaties, deze moeten daarna uitgewerkt worden tot een ontwerp (bestek genoemd). Dit moet gebeuren voor het ROTEB gebouw in Rotterdam. Deze concepten moeten voldoen aan ISSO 43. Voor de opdracht kan de begane grond buiten beschouwing gelaten worden. Binnen het project moet er SABOP opdrachten worden gedaan. SABOP staat voor: Stakeholder Analyse binnen het ontwerp Proces. Doormiddel van deze analyses en met behulp van de programma's BINK en EPvarianten moet het eindconcept ontworpen worden. Vervolgens moesten er principeschema's gemaakt worden van de gehele installatie. Uiteindelijk moet van dit alles een beknopt eindrapport gemaakt worden zodat iemand die niet mee heeft gedaan aan het project precies snapt wat er gedaan is en wat het eindconcept is. SABOP A: harde eisen - Het energieverbruik moet aan de EPC eisen voldoen - De hoeveelheid ventilatie moet minimaal zijn. SABOP B: zachte eisen - De investering voor deze installaties moet zo goedkoop mogelijk - Het binnenklimaat moet verbeterd worden. - Verslag met installatieconcept moet voldoen aan ISSO 43 SABOP C: bestek - Bestek moet bestaan uit een uitgewerkt concept - Een technische beschrijving met schema’s - Detaillering van het luchtkanaal en cv-leidingontwerp - Ventilator- en pompvermogens gegevens - Rooster filter en radiator selectie Eindrapport - Beknopte samenvatting van de SABOP A, SABOP B en SABOP C - Bijlagen met: PVE, principeschema's, plattegronden, uitwerkingen EPV, uitwerkingen BINK
7
Pakket van eisen De installatie in het Roteb gebouw moet aan een aantal vaste eisen voldoen. Een aantal van deze eisen is vastgelegd in het bouwbesluit. In het bouwbesluit komen een aantal zaken en normen naar voren die van toepassing zijn voor het ontwerp van een dergelijke klimaat-installatie. Tevens moet gekeken worden naar de eisen die de ARBO-wet stelt. Met de volgende zaken moet rekening gehouden worden:
Voor een kantoor ruimte is een minimum van 20m2 per persoon (ten minste aan te houden aantal personen per m²verblijfsgebied voor kantoor: 0.05) Lucht verversing: minimaal 0.7dm3/s per m2 De ruimte moet een minimale hoogte behouden van 2,1 meter De volgens NEN 2686 bepaalde luchtvolumestroom van het totaal aan verblijfsgebieden, toiletruimten en badruimten van een gebruiksfunctie is niet groter dan 0,2 m³/s. De maximale grenswaarde voor de EPC waarde (energieprestatie coëfficiënt) voor een gebouw met een kantoorfunctie is 1,1
Stakeholders Bij het Roteb gebouw zijn er verschillende belanghebbende, dit zijn alle mensen die iets te maken hebben met het gebouw. Al deze belanghebbende worden in kaart gebracht aan de hand van een stakeholdersanalyse. Dit is van noodzakelijk belang omdat verschillende stakeholders verschillende belangen hebben en dus invloed hebben op het resultaat van het project. Hieronder worden de belangrijkste stakeholders en hun belangen toegelicht: De opdrachtgever: Roteb, de opdrachtgever, wil een energiezuinig en efficiënt installatiesysteem. Tevens zal Roteb verantwoordelijk zijn voor de financiering van de installatie. Hierdoor heeft Roteb ook belang bij een financieel aantrekkelijke installatie. De architect: De architect van het gebouw heeft baat bij de esthetiek van de installatie. Een installatie die uit het zicht is heeft voorkeur bij de architect. De ondernemingsraad: De ondernemingsraad vertegenwoordigen de toekomstige gebruikers van het gebouw. De ondernemingsraad heeft belang bij een aangenaam werkklimaat. De schoonmakers: De schoonmakers zorgen de reiniging van de installatie. De schoonmakers willen een toegankelijke installatie die eenvoudig schoon te maken is. De brandweer: De brandweer heeft belang bij een veilige installatie die geen gevaar oplevert voor de gebruikers en de omgeving van het gebouw.
8
Conceptkeuze Met behulp van de EP varianten zijn drie mogelijke concepten met elkaar vergeleken, A1.2, A12.7 en A9.3. Er is gekeken naar het EPC waarde (energieprestatiecoëfficiënt), de TO-indicatie (het effect op het binnenklimaat) en de totale kosten. Het belangrijkst is het Energieprestatiecoëfficiënt (EPC). Dit is de maat voor de energetische eigenschappen van een gebouw of een gedeelte van een gebouw inclusief gebouwinstallaties bij een bepaald gebruikersgedrag. Hieronder is het tabel weergegeven waarin de drie concepten uitgezet tegenover de drie punten waarnaar gekeken is.
Concept EPC Kantoorfunctie
TO-indicatie
Totale kosten
A12.7
1,07
Donkergroen
710,87
A1.2
0,95
Rood
419,95
A9.3
0,87
Lichtgroen
666,67
Concept 1
Dit betreft installatieconcept A12.7: verwarmde/gekoelde ventilatielucht, verwarming en koeling d.m.v. klimaatplafond.
9
Er is gekozen voor het installatieconcept A12.7 uit ISSO 43. Dit is de verwarmde/gekoelde ventilatielucht, verwarming en koeling door middel van klimaatplafond. Als verwarming is gekozen voor stralingsverwarming, omdat dit voordeliger is dan verwarmde lucht. Voor de koeling van het kantoorgebouw is gekozen voor het klimaatplafond, deze zal ook zorgen voor verwarming van de ruimte als dit nodig is.
Functie
Keuze
Verantwoording
Warmte opwekking
HR-107
Hoog rendement
Koude opwekking
compressie koelmachine
Compacte installatie koude opslag
t.o.v.
Roosterselectie In dit stuk van het verslag staat welke roosters zich in welke kantoren bevinden en hoe er tot deze keuze is gekomen. Er is een keuze gemaakt voor het aantal roosters per ruimte van het pand. Vervolgens is er uitgegaan van een verversing van de lucht van 5m3 per m2 voor elke ruimte, dit is terug te vinden in het PVE bij de stakeholders van de gebruikers van het pand.
Berekeningen De gebruikte formule is: lengte * breedte * 5 : aantal roosters per ruimte. Hieruit volgt hoeveel lucht er per rooster aangevoerd moet worden, aan de hand daarvan worden de rooster geselecteerd. Er is niet per ruimte een berekening weergegeven, dit omdat er een meerdere ruimtes dezelfde afmetingen hebben. Hieronder staat van elke verschillende afmetingen voor ruimtes de berekeningen. Ruimte 1 verdieping 1: Ruimte 2 verdieping 1: Ruimte 3 verdieping 1: Ruimte 4 verdieping 1: Ruimte 6 verdieping 1: Ruimte 7 verdieping 1: Ruimte 2 verdieping 2: Ruimte 3 verdieping 2: Ruimte 4 verdieping 2: Ruimte 7 verdieping2: Ruimte 17 verdieping 2: Ruimte 16 verdieping 3: Ruimte 6 verdieping 4: Ruimte 7 verdieping 4:
(12*6,2+6*3,05)*5/4=116 8*9,25*5/4=93 4*3,05*5/1=61 4*4*5/1=80 12*9,25*5/5=111 4*6,2*5/1=124 6*3,3*5/1=99 (8*4,2+4*2)*5/2=104 4*4,85*5/1=97 4*4,2*5/1=84 4*8.35*5/1=167 8*6,4*5/1=256 8,4*8*5/2=168 (8*6-4*2)*5/12=104
10
De ruimte indeling is gebaseerd op de volgende figuur van het programma 'Bink'. Hierin staan de 4 verdiepingen, elke vertakking op de verdieping geeft een ruimte weer. Ruimte 1 van de verdieping is de vertakking die het dichtst bij het begin zit, ruimte 2 is de volgende enzovoorts.
In de figuur hieronder staat weergegeven hoeveel lucht er per rooster per ruimte wordt ingeblazen en hoeveel roosters er per ruimte zijn.
11
Roosterselectie Er wordt bij alle rooster gebruik gemaakt van een vierkant rooster met duse. Deze worden gekenmerkt door de typenaam RFD-Q-D/... met op de puntjes de grootte van het rooster. Aan de hand van de onderstaande figuur is er gekozen om voor elk rooster het type RFD-Q-D/160 te gebruiken op de roosters in de ruimtes 16 van verdieping 3, 17 van verdieping 2 en 6 van verdieping 4 na. Voor deze ruimtes wordt er gebruik gemaakt van de roosters RFD-Q-D/250.
Luchtafvoer Er is gekozen om 4 rooster voor de verdiepingen 2 tot en met 4 te gebruiken plus een extra rooster voor de wc apart. Ook in de rokersruimte op de vierde verdieping is een apart rooster geplaatst. Op verdieping 1 zijn er meer afzuigroosters geplaatst. Dus kortom ziet het er als volgt uit: Verdieping 1: 7 roosters in de hal en 1 rooster in de wc Verdieping 2: 4 roosters in de hal en 1 rooster in de wc Verdieping 3: 4 roosters in de hal en 1 rooster in de wc Verdieping 4: 4 roosters in de hal, 1 rooster in de wc en 1 rooster in de rokersruimte.
12
Filterkeuze Types Voordat de buitenlucht het kantoorgebouw wordt ingeblazen moet deze worden gefilterd. Dit zorgt voor een hogere luchtkwaliteit in het gebouw en een langere levensduur van de installatie. Filter
Omschrijving Medium Frame Weerstand (Pa) Max temp (C) Max vochtigheid (%) Norm volgens EN779 Aanschaf €(relatief) Ruimte (relatief) Levensduur (relatief)
Zakkenfilter Syntetisch Metaal 250 70 100 G4-F9 Laag Hoog Hoog
Zakkenfilter Glasvezel Metaal 450 70 100 M6-F9 Gemiddeld Hoog Hoog
Paneelfilter Syntetisch Karton 250 70 100 G4 Laag Laag Laag
De norm die gebruikt wordt voor het bepalen van het type filter is vastgelegd in de EN779. Hierin wordt de mate van luchtfiltering opgedeeld in: grof, medium en fijn.1
Keuze De mate van filtering die nodig is in het Roteb-gebouw, een kantoorgebouw, is grof tot medium. De goedkoopste filter die hiervoor in aanmerking komt is een paneelfilter. (zie tabel). Echter is de levensduur van deze filter lager dan die van de zakkenfilter, waardoor de zakkenfilter een betere keuze lijkt. De aanschafkosten van een synthetische-zakkenfilter is lager Figuur 1 Normen volgens EN779 dan die van een glasvezel- zakkenfilter, waardoor de keuze uitkomt op de synthetische-zakkenfilter.
1
Bron: EN 779 13
Radiatorkeuze In dit deel van het bestek zal besproken worden welke radiatoren er gebruikt zouden worden in het gebouw. De radiatoren zouden geselecteerd worden aan de hand van de volgende criteria
Het benodigde vermogen om een ruimte van een bepaalde oppervlakte te kunnen verwarmen Benodigde ruimte om de radiator op te hangen (zo mogelijk de buiten muren) Om een selectie te kunnen maken is het aantal ruimtes in het gebouw opgedeeld in 14 types, hieronder weergegeven.
Ruimten
Oppervlakte
Kantoor type 1 Kantoor type 2 Kantoor type 3 Kantoor type 4 Kantoor type 5 Kantoor type 6 Gang verdieping 2 Gang verdieping 3 Gang verdieping 4 Balie ruimte verdieping 4 Hal verdieping 2 Hal verdieping 3 Hal verdieping 4 Toiletten
24.8m² 19.7m² 24.8m² 49.6m² 48 m² 12.4 m² 41.9 m² 96 m² 63.3 m² 58.2 m² 74 m² 111 m² 80.4 m² 19.4m²
Door deze oppervlakte te vermenigvuldigen met de warmte vraag per vierkante meter krijg je het benodigde vermogen per vierkante meter. Na het berekenen van het benodigde vermogen kan een selectie gemaakt worden van welk merk radiator gebruikt gaat worden. In dit geval is er samen met de klant voor gekozen om Brugman radiatoren te gebruiken. Het type radiatoren welke van Brugman gebruikt zouden worden zijn afkomstig uit de Brugman Casual Line. Dit omdat er geen eisen gesteld worden aan het uiterlijk van de radiatoren doordat deze weggestopt worden in bekistingen.
14
De volgende radiatoren zijn geselecteerd voor het gebruik in het gebouw Radiator code Vermogen (H = hoogte – L= Lengte) (watt) Casual Line H300 – L 1,44 - Type22 1488 Casual Line H300 – L 1.76 - Type22 1818 Casual Line H500 – L 1.76 - Type22 2728 Casual Line H300 – L 1,12 - Type22 1157 Casual Line H400 – L 0,64 - Type22 833
Radiator nummer 1 2 3 4 5
Inhoud (Liters) 6,2 7,6 11,8 4,8 3,5
Deze radiatoren zullen gebruikt in meerdere kamers binnen het gebouw.
Ruimten
Radiator nummer
Kantoor type 1 Kantoor type 2 Kantoor type 3 Kantoor type 4 Kantoor type 5 Kantoor type 6 Gang verdieping 2 Gang verdieping 3 Gang verdieping 4 Balie ruimte verdieping 4 Hal verdieping 2 Hal verdieping 3 Hal verdieping 4 Toiletten
nummer 1 nummer 4 nummer 4 nummer 3 nummer 3 nummer 5 2 * nummer 4 4 * nummer 1 3 * nummer 4 3 * nummer 4 4 * nummer 4 6 * nummer 4 4 * nummer 4 2 * nummer 5
15
Berekeningen Pomp vermogen CV Gegevens: Volumestroom Opvoer druk Rendement pomp
-3
3
2,4 *10 m /s 96459 Pa 50%
Te gebruiken Formule: ∅ 𝑣 ∙ ∆𝑝 𝑃𝑒𝑙 = 𝜂 𝑃𝑒𝑙 =
2,4 ∙ 10−3 ∙ 96459 = 46,3 𝑊 0,5
De pomp van de cv installatie moet een vermogen hebben van 46,3 Watt.
Ventilator vermogen Luchtbehandeling Gegevens: Volumestroom Opvoer druk Rendement pomp
3
1,28 m /s 96459 Pa 50%
Te gebruiken Formule: ∅ 𝑣 ∙ ∆𝑃𝑡𝑜𝑡 𝑃𝑒𝑙 = 𝜂
Toevoer: ∆𝑃𝑙𝑏𝑘 = aanzuigdeel filter verwarmer koeler geluiddemper warmtewiel externe kanaal weerstand ∆𝑃𝑡𝑜𝑡 = ∆𝑃𝑙𝑎𝑛𝑔𝑠𝑡𝑒 𝑡𝑎𝑘 + ∆𝑃𝑙𝑏𝑘 ∆𝑃𝑡𝑜𝑡 = 114 + 1095 = 1209 𝑃𝑎 𝑃𝑒𝑙 =
1,28 ∙ 1209 = 6190 𝑊 = 6,2 𝑘𝑊 0,25
Afvoer: 20 Pa 150 x 2 Pa 30 Pa 175 Pa 35 x 2 Pa 150 Pa 350 Pa + 1095 Pa
∆𝑃𝑙𝑏𝑘 = aanzuigdeel filter geluiddemper warmtewiel externe kanaal weerstand
20 Pa 150 x 2 Pa 35 x 2 Pa 150 Pa 300 Pa + 840 Pa
∆𝑃𝑡𝑜𝑡 = ∆𝑃𝑙𝑎𝑛𝑔𝑠𝑡𝑒 𝑡𝑎𝑘 + ∆𝑃𝑙𝑏𝑘 ∆𝑃𝑡𝑜𝑡 = 114 + 840 = 954 𝑃𝑎 𝑃𝑒𝑙 =
1,28 ∙ 954 = 4884 𝑊 = 4,9 𝑘𝑊 0,25
16
EPVarianten In dit hoofdstuk zal in het kort beschreven worden wat er met het programma EP varianten berekend kan worden. Ook zullen de keuzes, die gemaakt zijn in EP varianten worden onderbouwd. Voor de globale keuze van een concept hebben wij het programma EP varianten gebruikt. Dit programma berekend of er genoeg ventilatie in een gebouw aanwezig is voor een goede leef omgeving. In de bijlage van het rapport zal een uitdraai van onze EP varianten te vinden zijn. In deze paragraaf zal uitgelegd worden welke keuzes er gemaakt zijn tijdens het werken met EP varianten. EP varianten maakt gebruik van acht tabbladen waar de gebruiker zijn informatie in dient te verwerken. Enkele van deze informatie was bekend. Dit zorgde er voor dat hier geen keuzes in gemaakt hoefde te worden. In het derde tabblad kwam de eerste keuze hier diende er gekozen te worden wat voor koeling er in het gebouw gebruikt zal worden. Hier is gekozen voor volledige luchtkoeling met een ventilatievoud, n=2, dit houdt in dat de lucht in een ruimte 2 keer per uur helemaal ververst wordt. Voor de verwarming is er gekozen voor straalverwarming met een HR 107 ketel. Om koude lucht op te wekken is er gekozen voor een compressie koelmachine. Er is gekozen om in het pand TL verlichting te gebruiken met een wattage van 9 Watt/m². Dit in combinatie met een veeg en daglichtschakelaar.
Conclusie In dit rapport is uitgezocht wat voor een klimaatinstallatie van toepassing is in het Roteb gebouw, een kantoorgebouw waarvan vier verdiepingen voorzien moesten worden van verwarming en verse lucht toevoer. Om systematisch tot de beste oplossing te komen, is er onderzoek gedaan op verschillende gebieden, waaruit de beste oplossing is gekomen. Tijdens het onderzoek is er gebruik gemaakt van software zoals BINK en EPvarianten, waar gegevens over het gebouw ingevoerd konden worden, en de meest efficiënte oplossing door het programma doorgerekend kon worden. Ook zijn er schema’s gemaakt, om duidelijk aan te geven dat de gewenste installatie weldegelijk in de betreffende ruimte geïnstalleerd kon worden. Samen, zorgen alle onderdelen van dit rapport er voor dat een gedetailleerd en overzichtelijk concept gemaakt is, dat als klimaatinstallatie kan functioneren voor het Roteb gebouw.
17
Bijlage Energiebalans In een gebouw, is het belangrijk om te weten hoeveel vermogen er nodig is om de binnen temperatuur het zelfde te houden. De gegevens die hier voor nodig zijn, staan hieronder genoteerd. Vervolgens worden er met deze gegevens berekeningen uitgevoerd.
Gegevens Binnentemperatuur = 𝑇𝑏𝑖𝑛𝑛𝑒𝑛 = 21 ℃
Gebruikersoppervlak = 𝐴𝑔𝑒𝑏𝑟𝑢𝑖𝑘. = 3648 𝑚2
Buitentemperatuur winter = 𝑇𝑤𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟 = −10 ℃
Hoogte gebruikersruimte = ℎ = 2.7 𝑚
Buitentemperatuur zomer = 𝑇𝑧𝑜𝑚𝑒𝑟 = 25 ℃
Aantal verdiepingen = 𝑛𝑣𝑒𝑟𝑑𝑖𝑒𝑝. = 4
Transmissie = 𝜏𝑤𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟 = 55 𝑊/𝑚2
Rendement warmtewiel = 𝜂 = 0.7
Koellast = 𝜏𝑧𝑜𝑚𝑒𝑟 = 30 𝑊/𝑚2
Dichtheid lucht = 𝜌 = 1.225 𝑘𝑔/𝑚3
Ventilatievoud = 𝑛𝑣. = 4
Warmtecapaciteit lucht = 𝐶 = 1005 𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾
Extern oppervlak gebouw = 𝐴𝑔𝑒𝑏𝑜𝑢𝑤 = 3600 𝑚2
Winter Energieverlies transmissie:
Energieverlies ventilatie:
𝑊𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠. = 𝐴𝑔𝑒𝑏𝑜𝑢𝑤 ∙ 𝜏𝑤𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟
𝑊𝑣𝑒𝑛𝑡. = 𝑉𝑔𝑒𝑏𝑟𝑢𝑖𝑘. ∙ 𝑛𝑣. ∙ 𝜌 ∙ 𝐶 ∙ ∆𝑇/𝑡
𝑊𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠. = 3600 ∙ 55
𝑉𝑔𝑒𝑏𝑟𝑢𝑖𝑘. = 𝐴𝑔𝑒𝑏𝑟𝑢𝑖𝑘. ∙ ℎ = (3648 ∙ 2.7) = 9849.6 𝑚3
𝑊𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠. = 198000 𝑊
∆𝑇 = 𝑇𝑏𝑖𝑛𝑛𝑒𝑛 − 𝑇𝑖𝑛 = 21 − 11.7 = 9.3 ℃ 𝑊𝑣𝑒𝑛𝑡. = 9849.6 ∙ 4 ∙ 1.225 ∙ 1005 ∙ 9.3/3600 𝑊𝑣𝑒𝑛𝑡. = 125303 𝑊
Nodig vermogen radiatoren:
Warmteoverdracht warmtewiel:
𝑊𝑟𝑎𝑑. = 𝑊𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠. + 𝑊𝑣𝑒𝑛𝑡.
𝑇𝑖𝑛 = Temperatuur inwaardse luchtstroom
𝑊𝑟𝑎𝑑. = 198000 + 125303
𝑇𝑖𝑛 = ((𝑇𝑏𝑖𝑛𝑛𝑒𝑛 − 𝑇𝑤𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟 ) ∙ 𝜂) + 𝑇𝑤𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟
𝑊𝑟𝑎𝑑. = 323303
𝑇𝑖𝑛 = ((21 − (−10)) ∙ 0.7) − 10 𝑇𝑖𝑛 = 11.7 ℃
18
Zomer Energieverlies koellast:
Energieverlies ventilatie:
𝑊𝑘𝑜𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠𝑡 = 𝐴𝑔𝑒𝑏𝑜𝑢𝑤 ∙ 𝜏𝑧𝑜𝑚𝑒𝑟
𝑊𝑣𝑒𝑛𝑡. = 𝑉𝑔𝑒𝑏𝑟𝑢𝑖𝑘. ∙ 𝑛𝑣. ∙ 𝜌 ∙ 𝐶 ∙ ∆𝑇/𝑡
𝑊𝑘𝑜𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠𝑡 = 3600 ∙ 30
𝑉𝑔𝑒𝑏𝑟𝑢𝑖𝑘. = 𝐴𝑔𝑒𝑏𝑟𝑢𝑖𝑘. ∙ ℎ = (3648 ∙ 2.7) = 9849.6 𝑚3
𝑊𝑘𝑜𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠𝑡 = 108000 𝑊
∆𝑇 = 𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑏𝑖𝑛𝑛𝑒𝑛 = 25 − 21 = 4 ℃ 𝑊𝑣𝑒𝑛𝑡. = 9849.6 ∙ 4 ∙ 1.225 ∙ 1005 ∙ 4/3600 𝑊𝑣𝑒𝑛𝑡. = 53894 𝑊
Nodig vermogen koelplafond: 𝑊𝑟𝑎𝑑. = 𝑊𝑘𝑜𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠𝑡 + 𝑊𝑣𝑒𝑛𝑡. 𝑊𝑟𝑎𝑑. = 108000 + 53894 𝑊𝑟𝑎𝑑. = 161894 𝑊 In de winter is er dus duidelijk meer energie nodig dan in de zomer, om de binnentemperatuur op 21°C te houden, ondanks het gebruik van een warmtewiel in de winter. Dit wordt deels veroorzaakt door een hoger verschil tussen de binnen- en buitentemperatuur in de winter. Ook word er in de winter meer energie via de buitenkant van het gebouw verloren dan in de zomer. De energiebalans van het gebouw en de componenten die hier aan bijdragen, zijn in dit stuk dus vastgesteld.
LEIDINGPROEF Bij leidingberekeningen wordt uitgegaan van weerstandsfactoren voor rechte buizen en weerstandscoëfficiënten van appendages. Deze gegevens worden ontleend aan productgegevens van de leveranciers in dit project. Bij deze praktijkbeproeving wordt het luchtstroming apparaat van het laboratorium voor energietechniek gebruikt om de waarden te bepalen. Symbolenlijst Δp = Drukverschil λ = Weerstandsfactor L = Leidinglengte D = Leidingdiameter Ρ = Dichtheid van het fluïdum vgem =Gemiddelde stroomsnelheid Re =Getal van Reynolds η =Dynamische viscositeit (Pa · s) v =Kinematische viscositeit (m2/s)
ρHg g h p R T K
=Dichtheid Hg (kwik) =Gravitatieversnelling =Barometerstand =Omgevingsdruk =Dichtheid van lucht =Omgevingstemperatuur =Kelvin
Opdracht Om het opdracht te realiseren moeten de volgende stappen gevolgd worden, namelijk: 1. Schets de proefopstelling en geef hierin de meetpunten aan. 2. Maak een grafiek die het verband weergeeft tussen de onderdruk p in de leiding (inclusief mondstuk) tot meetpunt 14 en de pijplengte L. 19
3. Bereken de weerstandsfactor λ van de rechte buis door middel van een meting en vergelijk deze waarde met de theoretische waarde volgens Blasius. 4. Bereken als volgt de weerstandscoëfficiënten ζ van de rechte elleboog, de rechte elleboog met schoepen en de rechte bocht met straal R = 114 mm. Vergelijk de gevonden waarden met de waarden uit de literatuur.
Aanwijzingen De waarnemingen voor het bepalen van de onderdruk in de leiding en de weerstandsfactor worden uitgevoerd met de ventilatiemotor op het hoge toerental en de ventilator schuif voor 30 à 40% geopend. Bij de berekeningen dient uit te worden gegaan van een met behulp van de gas wet berekende waarde van de dichtheid van de lucht(R=287 J/kg K). De weerstandsfactor λ dient te worden bepaald in het gebied met volledig ontwikkelde stroming, bijvoorbeeld tussen meetpunt 12 en 13.
Metingen Zorg dat de meetflens erop zit, regel de stelknop boven het afleesvenster zo dat alle meetpunten op 21 staan, start de ventilator en lees alle meetpunten af. Vervolgens doet men het kniestuk op de buis met daarop weer de meetflens en stel meetpunt 0 zo af dat deze gelijk is aan de vorige meeting zonder kniestuk en lees weer alle meetpunten af, dat met alle drie de kniestukken. De afstand tussen de meetpunten moet bepaald worden. Bepalen ζ hulpstuk: trek van de weerstand tussen 12 en 13 de weerstand tussen die punten van de meting zonder hulpstuk af. Dit verschil is de weerstand van het hulpstuk.
Gegevens Inwendige diameter van het mondstuk: dm = 76,13 mm. Inwendige diameter van de pijp: dp = 79,20 mm. Nadat telkens een nieuwe spanning is afgesteld, dient er gewacht te worden totdat de stationaire toestand bereikt is. Zo zal de temperatuur van het element, vrijwel constant en het meest nauwkeurig zijn.
20
Excursie Op donderdag 18 december zijn we op excursie naar vink Systemen BV in Katwijk geweest. Na aankomst kregen wij een korte presentatie kregen over de geschiedenis en de werkzaamheden van het bedrijf. De hoofdactiviteiten van het bedrijf is het leveren en monteren van luchtkanalen en de daar bijhorende appendages. In de presentatie werd duidelijk dat Vink systemen behoord tot een van de grootse luchtkanalenfabrikanten in Nederland. Na afloop van de presentatie kregen we een rondleiding in het bedrijf. Op de werkvloer kregen we een goede indruk hoe de productie verliep. De standaard profielen luchtkanalen worden doormiddel van een machine gefabriceerd. Daarnaast komt er ook veel handarbeid aan te pas, dit is veelal nodig om speciale profielen te maken. Na de werkvloer gingen we naar de tekenkamer waar we een korte uitleg kregen hoe het programma voor luchtkanalen inhoudt. En welke uitdagingen daarbij horen. Als laatste werden we weer terug naar de presentatie ruimte geleid waar we de gelegenheid kregen om onze ervaringen na te bespreken en eventueel nog vragen te stellen. Het was een interessante excursie waarbij we een goede indruk hebben gekregen in de luchtkanalen branche.
Figuur 2 Excursie Groep 5
21
Controleberekeningen Controle berekening weerstand CV Gegevens: Binnendiameter buis: Lengte buis: Snelheid: Wandruwheid, Ez: Kinematische viscositeit:
37,2 mm 3500 mm 2,3 m/s 0,05 -6 2 1.31*10 m /s
Te gebruiken formules:
l 1 Pw,l v 2 d 2 v D v D Re
𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑒𝑣𝑒 𝑟𝑢𝑤ℎ𝑒𝑖𝑑 =
𝜀𝑧 𝐷
Het getal van reynolds wordt bepaald, dit geeft de volgende formule: 𝑅𝑒 =
2,3 ∙ 37,2 = 65312977 = 6.5 ∙ 107 1,31 ∙ 10−6
𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑒𝑣𝑒 𝑟𝑢𝑤ℎ𝑒𝑖𝑑 =
𝜀𝑧 𝐷
0.05
= 37.2 = 0,0013
Met behulp van het getal van reynolds en de wandruwheid kan de lambda waarde worden verkregen uit het Moody diagram.
𝜆 = 0.021(Moody diagram)
Nu alle gegevens bekend zijn kan de weerstandsdruk in de leiding worden berekend. 𝑃𝑤, 𝑙 = 0,021 ∙
3500 1 ∙ ∙ 1000 ∙ 2,32 = 5226 𝑃𝑎 37,2 2
Conclusie: De weerstand berekend in bink is 5273 Pa, uit de controleberekening komt 5226 Pa. Deze waardes komen dus overeen.
22
Controle berekening weerstand luchtbehandeling Gegevens: Binnendiameter buis: Lengte : Snelheid: Wandruwheid, Ez: Kinematische viscositeit lucht
500 mm 3500 mm 6,51 m/s 0,5 -5 2 1.5*10 m /s
Te gebruiken formules:
l 1 Pw,l v 2 d 2 v D v D Re 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑒𝑣𝑒 𝑟𝑢𝑤ℎ𝑒𝑖𝑑 =
𝜀𝑧 𝐷
Het getal van reynolds wordt bepaald, dit geeft de volgende formule: 𝑅𝑒 =
6,51 ∙ 500 = 217000000 = 2,17 ∙ 108 1,5 ∙ 10−5
𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑒𝑣𝑒 𝑟𝑢𝑤ℎ𝑒𝑖𝑑 =
𝜀𝑧 𝐷
0.5
= 500 = 0,001
Met behulp van het getal van reynolds en de wandruwheid kan de lambda waarde worden verkregen uit het Moody diagram. 𝜆 = 0.017(Moody diagram)
Nu alle gegevens bekend zijn kan de weerstandsdruk in het kanaal worden berekend. 𝑃𝑤, 𝑙 = 0,017 ∙
3500 1 ∙ ∙ 1,3 ∙ 6,512 = 3,29 𝑃𝑎 500 2
Conclusie: De weerstand berekend in bink is 3,29 Pa, uit de controleberekening komt 3,1 Pa. Deze waardes komen dus overeen.
23
Climasim Het programma Climasim berekent aan de hand van een Simulink model de temperaturen en het verbruik uit van het gebouw aan de hand van klimaatmodellen. Het start scherm bestaat uit een aantal blokken, welke bij aanklikken nieuwe schermen openen. In deze blokken worden de gegevens over het gebouw ingevoerd. Ook over de installatie en het klimaatcomfort wordt hierin gezet. Hieronder is het beginscherm te zien.
24
Het klimaatmodel levert weergegevens aan het gebouwmodel ten behoeve van de bepaling van de externe warmtewinsten en –verliezen en weergegevens aan het installatiemodel (zonnecollectoren, warmtepompen, koeltorens etc.) ten behoeve van de vermogensbepaling. Het gebruiksmodel levert aan het gebouwmodel de gewenste binnentemperatuur en informatie over interne belastingen (personen-, verlichtings- en apparatenwarmte) en aan het installatiemodel informatie over de gewenste ventilatie en de elektriciteitsbehoefte van apparaten. In het gebouwmodel wordt de binnentemperatuur en/of de warmte- en koude behoefte bepaald. De berekende binnentemperatuur en de behoeften worden toegevoerd aan het installatiemodel dat op zijn beurt warmte, koude en mechanische ventilatielucht levert aan het gebouwmodel. In het installatiemodel wordt uit gerekend wat het energiegebruik is om de gewenste warmte en elektriciteit (t.b.v. koude levering, apparaten, verlichting, pompen en ventilatoren) te leveren. Van al de verschillende modellen zijn er screenshots gemaakt van de ingevulde gegevens. Hier beneden zijn de screenshots te zien in de verschillende hoofdmodellen.
Gebruiksmodel
25
26
Klimaatmodel
27
Gebouwmodel
28
Simulatie resultaten Aan de hand van de ingevulde gegevens kwamen de hier onder weergegeven resultaten uit. Deze resultaten geven het jaarlijks energiegebruik en temperaturen aan.
Jaarlijks energiegebruik
Temperaturen
29
Warmtewinsten en verliezen
30
Dagelijks uitvoer (1. Koude dag, 2. Warme dag)
31
Maandelijkse energiebehoefte
COP-Waarden
32
Principeschema’s CV
33
34
35
36
37
Principeschema’s luchtbehandeling
38
39
40
41
42
Plattegronden CV
43
44
45
46
Plattegronden luchtbehandeling
47
48
49
50
51
52
53
54
55
Concepten Concept 1
Dit betreft installatieconcept A12.7: verwarmde/gekoelde ventilatielucht, verwarming en koeling d.m.v. klimaatplafond.
56
Concept 2
Dit betreft installatieconcept A1.2: verwarming d.m.v. convectoren.
Concept 3
Dit betreft installatietechniek A9.3: éénkanaalsysteem – variabel debiet.
Verwarmde/gekoelde
ventilatielucht
d.m.v.
57
EP Varianten Concept 1
58
59
60
61
Concept 2
62
63
64
65
Concept 3
66
67
68
69
