Project Installatietechniek Conceptrapport Filmhuis Lumen Delft Module: THIN3 Product: Conceptrapport Groep: WP27A + WP27B Groepsnaam: Filmhuis 4 Periode: Blok 3 Ingeleverd op: 21-03-2014 Groepsleden:
A.J Houweling J. Hop M. van der Jagt S. Kaptein A. Keetman R. Keulen
1
Inhoud Inleiding..............................................................................................................................................3 Plan van eisen .....................................................................................................................................4 Functie analyse ...................................................................................................................................5 Morfologisch overzicht .......................................................................................................................6 Concepten ..........................................................................................................................................7 Concept - Straalkachel op windenergie ...........................................................................................8 Het concept ................................................................................................................................8 Onderdelen .................................................................................................................................9 Concept - Heatstrips......................................................................................................................10 Het concept .............................................................................................................................. 10 Componenten ........................................................................................................................... 10 Energiebalans............................................................................................................................10 Concept - Fietsen ..........................................................................................................................12 Het concept .............................................................................................................................. 12 Onderdelen ............................................................................................................................... 12 Energiebalans............................................................................................................................12 Concept - Heteluchtterras ............................................................................................................. 14 Het concept .............................................................................................................................. 14 Onderdelen ............................................................................................................................... 14 Energiebalans............................................................................................................................14 Concept - Heteluchtluifel ..............................................................................................................16 Het concept .............................................................................................................................. 16 Onderdelen ............................................................................................................................... 17 Energiebalans............................................................................................................................17 Keuzematrix ...................................................................................................................................... 18 Voorlopig eindconcept ...................................................................................................................... 20
2
Inleiding De opdracht van dit project is een milieuvriendelijke terrasverwarming te ontwikkelen voor het Filmhuis Lumen te Delft. Het project is een enkel product ontwikkelen dat voldoet aan de specifieke eisen van de enige opdrachtgever. Het Filmhuis Lumen te Delft is het enige filmhuis in Nederland dat geen subsidie ontvangt. Het draait volledig door de inzet van vrijwilligers. Het publiek en de vrijwilligers hebben aangegeven dat een terrasverwarming alleen op prijs gesteld wordt als het zichtbaar milieuvriendelijk is. In dit conceptrapport worden de resultaten van het verrichte onderzoek omgezet in oplossingen voor het gestelde probleem. De verschillende oplossingen worden op een rijtje gezet en beoordeeld aan de hand van de eisen die de opdrachtgever heeft gesteld.
3
Plan van eisen Datum 12-2-2014
Kg/m^3 -
Bron Opdrachtomschrijving Filmhuis " "
Joule of Watt
"
12-2-2014
Joule of Watt
"
12-2-2014
m/s
"
12-2-2014
Eisen/Wensen Energieneutraal (W)
Eenheid Joule of Watt
CO2-neutraal (E) Zichtbaar milieuvriendelijk (E) Hergebruik restwarmte (W) Beperk warmteverlies bij gevel (W) Terras is windgevoelig
12-2-2014 12-2-2014
Tabel 1 - Pakket van eisen
4
Functie analyse De functies van de door ons te ontwerpen terrasverwarming zijn:
Energie opvangen
De opdrachtgever heeft bij voorkeur een energie neutrale terrasverwarming, waarbij gebruik gemaakt wordt van energie die al beschikbaar is. Om deze reden moet er bestaande energie opgevangen worden.
Energie transporteren
De opgevangen energie moet naar het terras getransporteerd worden.
Eventueel energie opslaan
Eventueel kan de opgevangen energie opgeslagen worden als deze niet direct gebruikt wordt.
Eventueel energie omzetten
Afhankelijk van de opgevangen energievorm zal de energie omgezet moeten worden naar een bruikbare energievorm voor terrasverwarming. Dit zal afhangen van het soort energie dat er opgevangen, getransporteerd en afgegeven wordt.
Warmte-energie afgeven
Om het terras te verwarmen zal de opgevangen energie in de vorm van warmte afgegeven moeten worden op het terras.
5
Morfologisch overzicht In deze tabel staan alle deelaspecten van de concepten, hiermee kan gemakkelijk het meest geschikte eindconcept gegenereerd worden. Door alle concepten op te delen in aparte onderdelen kan er ook goed onderscheid gemaakt worden tussen goed werkende onderdelen van een concept, en de onderdelen die niet effectief of efficient zijn.
Concepten 3. Stoelverwarming d.m.v. fietsen
4. Hete lucht terras
5. Hete lucht luifel
Thermokoppel/ warmtewisselaar
Lucht van de projector
Lucht van de projector
HR-ketel + lucht van de projector
Bedrading
Bedrading
Luchtkanaal/ ventilator fiets
Luchtkanaal
CV- Leiding/ luchtkanaal/ ventilator (elektrisch)
Opslag
Accu
Accu
Afgifte
Straalkachel
Heatstrips
Verwarmde kussens
Roosters
Rooster
Functies
1. Straalkachel op windenergie
2. Heatstrips
Opwek
Windturbine
Vervoer
Isolatie
Luifel/ windscherm
Tabel 2 - Morfologisch overzicht
6
Concepten Voor de concepten wordt van de volgende berekening uitgegaan voor de hoeveelheid beschikbare energie:
Hitteproductie filmprojector: Gevonden waarden lopen van 10600 BTU/h tot 18800 BTU/h1 1 watt = 3.412 BTU/h 10600/3.142 = 3100W hitteproductie 18000/3.142 = 5500W hitteproductie Onze schatting is dat de projectoren bij het filmhuis 4000W/stuk aan hitte afgeven. Als beide projectoren lopen betekent dat dus een totale hitte productie van 8000W.
1
http://www.nec-display-solutions.com/p/nl/nl/products/details/specification/dp/Products/DCP/Current/DCPDLP-NC1200C/DCPDLP-
NC1200C.xhtml http://www.nec-display-solutions.com/p/nl/nl/products/details/specification/dp/Products/DCP/Current/DLP-NC2000C/DLPNC2000C.xhtml?cat=DCP&realm=products%2Fchoice
7
Concept - Straalkachel op windenergie Het concept De energie die nodig is voor het verwarmen van het terras moet op een duurzame manier worden opgewekt. Een duurzame manier van het opwekken van energie is het gebruik maken van de wind. Windenergie kan worden omgezet in elektrische energie die op zijn beurt weer kan worden omgezet in de gewenste warmte. Hieronder staat een voorbeeld van hoe dit gedaan kan worden. Het principe kan natuurlijk nog op vele andere manieren worden toegepast.
Figuur 1 - Straalkachel (concept art) Tabel 3 - Energieproces straalkachel
Figuur 2 - Straalkachel op locatie
8
Onderdelen Windturbine Stroomdraad Behuizing Accu Straalkachel Omvormer
Figuur 3 - Schematische weergave straalkachel systeem
9
Concept - Heatstrips Het concept Dit concept gebruikt de warmte van de filmprojectoren om het terras te verwarmen. De hete lucht wordt in de huidige situatie direct naar buiten gepompt. Door een thermokoppel hierin op te nemen kan de hete lucht eerst gebruikt worden om stroom te genereren, welke vervolgens gebruikt wordt om het terras te verwarmen door middel van heatstrips. Als het terras niet in gebruik is kan de stroom worden opgeslagen in accu's en later gebruikt worden, of teruggeleverd worden aan het stroomnet. Heatstrips zijn elektrische terrasverwarmers die efficiënt zijn, geen zichtbaar licht afgeven, en eenvoudig te installeren.
Componenten Thermokoppel Accu's Heatstrips Regelaar Stroomkabels
Energiebalans Dit concept gebruikt zo veel mogelijk energie uit de projectoren. Echter de energie (4000W tot 8000W) die beschikbaar is, gecombineerd met de lage efficiëntie van thermokoppels zorgt ervoor dat er netstroom vereist is om de verwarming van het terras te kunnen faciliteren. Als het terras leeg is terwijl er films worden gedraaid kan de elektriciteit teruggeleverd worden aan het net.
Naar buiten Afgekoelde lucht
Lucht van projector zaal 1
Stroom Lucht van projector zaal 2
Thermokoppel Heatstrip
Figuur 4 - Schematische weergave heatstrip systeem
10
Hete lucht wordt omgezet in stroom d.m.v. thermokoppel of warmtewisselaar.
Stroom wordt omgezet in stralingswarmte door heatstrips.
Stralingswarmte verwarmt terras.
Tabel 4 - Energieproces heatstrip
Figuur 5 - Heatstrip op locatie
11
Concept - Fietsen Het concept Het idee is de hete lucht uit de filmzaal en projectorruimte, die nu verloren gaat in de buitenlucht, af te zuigen naar de tafels en stoelen buiten. Om de afzuiging CO2 neutraal en energiezuinig te houden, wordt de afzuiging geregeld door een persoon te laten fietsen op een stationaire fiets aan de tafel. De tafels op het terras kunnen parallel aan het systeem gekoppeld worden zodat niet de eerste tafel alle warme lucht krijgt. De lucht wordt aangezogen door een ventilator onder de tafel die aangesloten zit op een luchtkanaal dat op de grond licht. Het luchtkanaal heeft een maximale hoogte van 20mm, en is rechthoekig in doorsnede. De aangezogen lucht wordt door de ventilator verdeeld over de stoelen doormiddel van flexibele slangen en warmt hiermee de kussens waar mensen op zitten op. Aan het einde van het luchtkanaal zit een opening waar het restant warme lucht afgezogen wordt door de wind die eroverheen waait, om zo een te hoge druk op het luchtkanaal te voorkomen. Wanneer er maar in een zaal een film wordt gedraaid, is het mogelijk om de afzuigen van lucht uit de niet gebruikte zaal en projectorruimte te minimaliseren. Zodat er meer warme lucht van de in gebruik zijnde zaal en projector naar het terras gaat, maar dat de andere ruimte en projector wel nog enigszins ventileert. Ook bij elke tafel zit zo een klep, wanneer een tafel in gebruik wordt genomen moet de klep opengedraaid worden.
Onderdelen Fiets Luchtleidingen Luchtslangen Ventilator Regelklep Energiebalans Het hele systeem is, afgezien van de productie, volledig CO2 neutraal, kost geen energie en zorgt niet voor een grotere impact op het milieu dan de huidige situatie. Het succes van het systeem is echter wel afhankelijk van de wil van de persoon op de fiets, want die moet wel blijven fietsen om zijn/haar tafel warm te houden.
12
Iemand fietst op een stationaire fiets op het terras.
Er wordt een warme lucht aangezogen vanuit de projectorruimte en de filmzaal d.m.v een ventilator die verbonden is aan de fiets.
De warme lucht wordt verder het systeem in geblazen naar de tafels via een luchtkanaal.
Bij elke tafel loopt de warme lucht via slangetjes naar de kussens waar de mensen op zitten. Tabel 5 - Energieproces fiets
Prjoectorruimte 1
fiets
Tafel 1 Filmzaal 1
Ventilator Tafel 2 Filmzaal 2
Tafel 3 Projectorruimte 2
Figuur 6 - Schematische weergave fiets systeem
13
Concept - Heteluchtterras Het concept Het concept berust op het gebruik van de warme lucht van de filmprojectoren. De lucht van de projectoren wordt momenteel naar buiten afgevoerd. Door deze lucht zal worden afgevoerd met behulp van een buizen systeem naar de voorgevel van het gebouw. Hier zal de buis door de gevel van het gebouw komen. Waar zich een koker bevind. Deze koker zal de lucht verspreiden over het terras. In het buizen systeem afkomstig van de projectoren zal zich ook een warmte wisselaar bevinden welke de lucht kan bij verwarmen als deze niet warm genoeg is. Deze warmtewisselaar is aangesloten op het centrale verwarming systeem.
Onderdelen Leidingen Rooster regelklep
Energiebalans Om aan de eisen en wensen van het filmhuis te voldoen wordt er bij dit concept alleen maar gebruikt gemaakt van de verwarmde lucht afkomstig van de projectoren. Dit concept heeft weinig tot geen invloed op de energiebalans van het filmhuis.
Figuur 7 - Schets heteluchtterras
14
elektrische energie wordt in de projectoren omgezet in thermische energie
Chemische energie wordt in de CV ketel omgezet in thermische energie
Door middel van buizen wordt de warme lucht vervoerd
De warmte wordt afgegeven aan water en vervoerd met leidingen
Eventueel wordt met behulp van de centrale verwarming de lucht meer verwarmt
het verwarmde water wordt vervoerd door middel van leidingen
De warmte wordt door middel van roosters verspreid over het terras Tabel 6 - Energieproces heteluchtterras
Gebruiker
Warme lucht van de projectoren
Figuur 8 - Schematische weergave heteluchtterras systeem
15
Concept - Heteluchtluifel Het concept Dit concept gebruikt de warme lucht van zowel de projectoren als uit de filmzalen. Dit wordt buiten het gebouw getransporteerd naar het terras via een goed geïsoleerde buis, om warmteverlies tegen te gaan. De inlaat van de buis komt op de plek waar nu het afvoerrooster zit. Door een windscherm te plaatsen is er op het terras minder last van wind. Dat gecombineerd met een luifel, blijft de warme lucht op het terras. Aan het einde van de buis zit een rooster. Zoals te zien op de afbeelding. Hierdoor wordt de warmte gelijk verspreid op het terras. Deze bevindt zich onder de luifel.
Warme lucht wordt afgezogen uit de projectorruimte en de filmzaal doormiddel van ventilatoren.
Buizen vervoeren de warmelucht via de buitenkant van het gebouw naar het terras.
Het rooster verdeeld de warme lucht over het terras.
Luifel houdt de warme lucht vast.
Windscherm voorkomt sterke wind over het terras. 16 Tabel 7 - Energieproces heteluchtluifel
Onderdelen Ventilatoren Geluiddempers Verwarmingselement CV Buizen Uitlaat rooster
Energiebalans In dit concept wordt de hitte die geproduceerd wordt door de projectoren volledig gebruikt. Als de lucht echter te koud is om het terras daadwerkelijk te verwarmen, zal de lucht worden verwarmd door water van de CV. Dit betekent dat er maar weinig energie extra verbruikt wordt om het terras te verwarmen.
Verwarmingselement
Kleppen
E-14
Geluiddemper
CV
E-15
Afgifte aan terras
Ventilator E-17
E-16
E-11
E-5
E-3
P-3
P-5
P-6
P-8 P-7
E-10
E-8
E-13
E-12
E-6
E-4
Figuur 9 - Schematische weergave heteluchtluifel systeem
17
Keuzematrix Hier wordt een definitieve keuze gemaakt aan de hand van het pakket van eisen, het morfologisch overzicht en onderstaande weegfactoren. Eisen en Wensen 1. Zichtbaar milieuvriendelijk (E)
Weging 5
2. CO2-neutraal (E) 3. Hergebruik restwarmte (W)
4 3
4. Beperk warmteverlies bij gevel (W) 5. Energie-neutraal (W)
2
Beredenering Dit is door de opdrachtgever als de hoogste prioriteit aangegeven. Als 2e eis, moet het hier ook aan voldoen. Door hieraan te voldoen zijn de 2e eis en de 33 wens makkelijker te halen.
1
Onderstaande scores zijn bepalend voor het eindconcept.
18
Tabel 8 - Scoretabel
19
Voorlopig eindconcept Na aanleiding van de scoretabel is het gekozen concept de heteluchtluifel. Dit concept scoorde het hoogste bij de scores.
20
