Zelfregelende klep in ventilatieroosters: Studie van de werking van de zelfregelende klep en bijhorende testopstelling

Departement Industriële Wetenschappen en Technologie Opleiding Master of Science in de industriële wetenschappen: elektromechanica Afstudeerrichting elektromechanica

Zelfregelende klep in ventilatieroosters: Studie van de werking van de zelfregelende klep en bijhorende testopstelling

Eindwerk aangeboden tot het behalen van het diploma van Master of Science in de industriële wetenschappen: elektromechanica door Jeroen Desmedt

o.l.v. Eric Debrabandere, KHBO Stefan Verbrugge, DUCO NV

Academiejaar 2010 - 2011

KHBO Campus Oostende ● Zeedijk 101 ● B-8400 Oostende ● Tel. +32 59 56 90 00 ● Fax +32 59 56 90 01 ● www.khbo.be

Deze eindverhandeling was een examen. De tijdens de verdediging geformuleerde opmerkingen werden niet opgenomen.

Woord vooraf Dit eindwerk is het resultaat van een onderzoek die ik mocht uitvoeren bij het bedrijf NV Duco. Langs deze weg zou ik graag enkele mensen bedanken die in die periode een grote steun voor me betekenden. In de eerste plaats zou ik graag Ing. Stefan Verbrugge bedanken voor de kans die hij me gegeven heeft om mij te mogen uitleven in een echte werksituatie en voor de vele energie die hij in me gestopt heeft. Verder wil ik graag mijn binnenpromotor Dr. Ir. Eric Debrabandere en Ir. Marc Hongerloot bedanken voor hun bezoek aan de firma. Naast deze twee docenten zou ik nog een resem docenten moeten opnoemen voor de vele tips die zij mij aangereikt hebben. Bovendien wens ik ook een dankwoordje te plaatsen voor de volledige R&D-afdeling van NV Duco voor hun fijne werksfeer en hun bereidwilligheid om mij te helpen. Dankzij hen heb ik een zeer positieve eerste werkervaring achter de rug. Vervolgens zou ik graag Ing. H.M. Bruggema, van het adviesbureau Peutz in Mook, bedanken voor zijn deskundige advies. Tot slot zou ik ook graag mijn ouders en grootouders bedanken voor de kans die ze mij geboden hebben om deze opleiding te kunnen volgen. Uiteraard mag ik mijn vriendin en mijn vrienden niet vergeten waarbij ik altijd terecht kon. Ze zorgden er ook voor dat de taalfouten tot een minimum beperkt bleven.

Jeroen Desmedt Mei 2011

3

Abstract Ventilatie in hedendaagse woningen is een noodzaak geworden omwille van de energieprestatieregelgeving (EPB). Daarom is het belangrijk dat de zelfregelende klep, die zorgt voor een zo constant mogelijk debiet, goed functioneert in de ventilatieroosters en op een correcte manier gevalideerd wordt. Het doel van het onderzoek bij Duco is nagaan waarom er hysteresis in de grafiek zit. Dit betekent in werkelijkheid dat er moet nagegaan worden waarom de klep niet bij hetzelfde drukverschil opengaat als het drukverschil waarbij zij dichtgeklapt is. Belangrijk bij dit onderzoek is aanwijzen of de oorzaak bij de meetopstelling (opgebouwd volgens EN 131411:2004) of bij het rooster ligt. Bovendien is het ook gewenst om de posities tussen de open en gesloten stand te valideren. De methode die aangewend werd, is het uitvoeren van enkele aanpassingen aan zowel het rooster als de meetopstelling. Die methode moet voor elke aanpassing uitwijzen welke wijzigingen er optreden op de druk-debiet curve van het rooster. Bij elke wijziging moet er nagegaan worden of er progressie gemaakt wordt omtrent de onderzoeksvragen. Alle bevindingen wijzen erop dat de oorzaak niet bij het rooster ligt, maar dat het probleem zich bij de testopstelling situeert. Dit betekent dat de huidige testopstelling zal moeten aangepast worden. Men zal moeten bewijzen dat de huidige meetopstelling geen gunstige meetwaardes oplevert. Er blijft nog veel onderzoekswerk over om de precieze oorzaak van de hysteresis en het plotse omslaan van de klep aan te tonen. Vervolgens is het de bedoeling om een benchmarking uit te voeren op de meetopstelling volgens de norm.

4

Inhoudstabel Woord vooraf .......................................................................................................................................... 3 Abstract ................................................................................................................................................... 4 Inhoudstabel............................................................................................................................................ 5 Lijst met figuren....................................................................................................................................... 6 Lijst met tabellen ..................................................................................................................................... 8 Inleiding ................................................................................................................................................... 9 1

Ventilatie ....................................................................................................................................... 10

2

Bedrijf ............................................................................................................................................ 12

3

Onderzoeksvraag ........................................................................................................................... 13

4

Aanpak ........................................................................................................................................... 15 4.1

Testopstelling ........................................................................................................................ 16

4.1.1

Samenstelling van de testopstelling .............................................................................. 16

4.1.2

Opbouw van een nieuwe testopstelling volgens de normen ........................................ 17

4.1.3

Meting volgens de norm ............................................................................................... 21

4.1.4

Theoretische ondersteuning metingen ......................................................................... 25

4.1.5

Berekening van het debiet ............................................................................................ 27

4.2

Onderzoek naar de hysteresis van de klep............................................................................ 29

4.2.1

Samenstelling van het rooster....................................................................................... 29

4.2.2

Mogelijke oorzaken van de hysteresis .......................................................................... 31

4.2.3

Analyse van het rooster................................................................................................. 33

4.2.4

Analyse van de meetopstelling...................................................................................... 60

4.3

Ontwerp................................................................................................................................. 91

Algemeen besluit ................................................................................................................................... 97 Bibliografie ............................................................................................................................................ 98

5

Lijst met figuren FIGUUR 1: DEBIET (BIJ 2PA) VOLGENS NBN D50-001 ..................................................................................................... 10 FIGUUR 2: SYSTEEM C ................................................................................................................................................ 11 FIGUUR 3: DUCO PROJECTS ......................................................................................................................................... 12 FIGUUR 4: HYSTERESIS IN DE GRAFIEK – PROBLEEM VAN DE MEETOPSTELLING ........................................................................ 14 FIGUUR 5: SCHEMATISCHE VOORSTELLING VAN DE TESTOPSTELLING ..................................................................................... 16 FIGUUR 6: PLAATSING VAN HET ROOSTER IN DE TESTOPSTELLING ......................................................................................... 16 FIGUUR 7: DE DIKTE EN LENGTE VAN DE TESTOPSTELLING ................................................................................................... 18 FIGUUR 8: VOORKANT VAN DE TESTOPSTELLING VOLGENS VOLGENS NBN-EN 13141-1 ......................................................... 19 FIGUUR 9: VOORKANT VAN DE NIEUWE TESTOPSTELLING ................................................................................................... 19 FIGUUR 10: ACHTERKANT VAN DE TESTOPSTELLING VOLGENS NBN-EN 13141-1 .................................................................. 19 FIGUUR 11: ACHTERKANT VAN DE NIEUWE TESTOPSTELLING ............................................................................................... 19 FIGUUR 12: KALIBREREN VAN EEN MEETFLENS BIJ ADVIESBUREAU PEUTZ MET HUN MEETOPSTELLING ......................................... 21 FIGUUR 13: DRUKVERSCHILMETER DPI 800/802 ............................................................................................................ 22 FIGUUR 14: TOELAATBARE ONNAUWKEURIGHEID ............................................................................................................. 23 FIGUUR 15: BERNOULLI .............................................................................................................................................. 27 FIGUUR 16: PLAATSEN WAAR DRUKVERSCHILLEN OPGEMETEN WORDEN ............................................................................... 27 FIGUUR 17: COMPONENTEN VAN HET ROOSTER ............................................................................................................... 29 FIGUUR 18: HENDEL OM DE LUCHTAANVOER TE OPENEN OF SLUITEN ................................................................................... 30 FIGUUR 19: ISHIKAWA VAN DE MOGELIJKE OORZAKEN OMTRENT DE HYSTERESIS IN DE KARAKTERISTIEK ....................................... 31 FIGUUR 20: PARAMETERS VOOR HET VEREENVOUDIGDE ROOSTER ....................................................................................... 33 FIGUUR 21: HET VEREENVOUDIGD ROOSTER ................................................................................................................... 35 FIGUUR 22: AANGEVEN VAN DE KANTELPUNTEN .............................................................................................................. 36 FIGUUR 23: DOORHANGEN VAN HET ROOSTER................................................................................................................. 38 FIGUUR 24: LENGTE VAN DE KLEP L ............................................................................................................................... 38 FIGUUR 25: WEERSTAND NA DE KLEP H ......................................................................................................................... 39 FIGUUR 26: WEERSTAND ONDER DE KLEP K .................................................................................................................... 39 FIGUUR 27: WEERSTAND BOVEN DE KLEP A .................................................................................................................... 40 FIGUUR 28: INWERKENDE KRACHTEN EN MOMENTEN TOEGEPAST OP DE UITERST GESLOTEN STAND............................................ 41 FIGUUR 29: VERDELING IN OPPERVLAKTES ...................................................................................................................... 42 FIGUUR 30: BEMATING OP DE KLEP ............................................................................................................................... 43 FIGUUR 31: ZWAARTEPUNT KLEP (HANDMATIG BEREKEND) ................................................................................................ 43 FIGUUR 32: GESLOTEN STAND VAN DE KLEP DUCOTOP 60 ................................................................................................. 44 FIGUUR 33: ZWAARTEPUNT KLEP (BEREKEND MET SOFTWARE) ........................................................................................... 44 FIGUUR 34: VEREENVOUDIGDE VOORSTELLING VAN DE KLEP............................................................................................... 47 FIGUUR 35: OPEN STAND VAN DE KLEP........................................................................................................................... 48 FIGUUR 36: SPUITBUS WD-40 EN PTFE-SPRAY .............................................................................................................. 49 FIGUUR 37: METING 1 ............................................................................................................................................... 52 FIGUUR 38: METING 2A ............................................................................................................................................. 53 FIGUUR 39: METING 2B ............................................................................................................................................. 54 FIGUUR 40: BOVENAANZICHT VAN DE KLEP MET AANGEDUIDE KRACHTEN (BOVEN); VERVORMINGSPATROON VAN DE KLEP (ONDER). 55 FIGUUR 41: PLAATSING VAN DE KOPPELSTUKKEN MET 'LAGERING' ....................................................................................... 58 FIGUUR 42: GEKOZEN AFMETINGEN VOOR DE BEREKENING ................................................................................................ 58 FIGUUR 43: VENTILATORKARAKTERISTIEK MET VERSCHILLENDE WEERSTANDSKARAKTERISTIEKEN ................................................ 61 FIGUUR 44: SITUATIE 1: NET VOOR HET DICHTGAAN ......................................................................................................... 62 FIGUUR 45: SITUATIE 2: NET NA HET DICHTGAAN............................................................................................................. 63 FIGUUR 46: SITUATIE 3: NET VOOR HET OPENGAAN ......................................................................................................... 63

6

FIGUUR 47: SITUATIE 4: NET NA HET OPENGAAN ............................................................................................................. 63 FIGUUR 48: GESLOTEN STAND VAN DE KLEP (SOLID EDGE) ................................................................................................. 64 FIGUUR 49: VERSCHILLENDE OPPERVLAKKEN VAN DE KLEP WAAR KRACHT OP BEREKEND WORDT IN DE SIMULATIE ......................... 65 FIGUUR 50: MESH IN HET ROOSTER ............................................................................................................................... 65 FIGUUR 51: BEELD VAN DE SIMULATIE VOOR SITUATIE 1: KLEP NET NIET DICHT ....................................................................... 67 FIGUUR 52: BEELD VAN DE SIMULATIE VOOR SITUATIE 2: KLEP NET DICHT.............................................................................. 68 FIGUUR 53: BEELD VAN DE SIMULATIE VOOR SITUATIE 3: KLEP NET NIET OPEN........................................................................ 68 FIGUUR 54: BEELD VAN DE SIMULATIE VOOR SITUATIE 4: KLEP NET OPEN .............................................................................. 68 FIGUUR 55: SAMENVATTING VAN DE KRACHTEN............................................................................................................... 69 FIGUUR 56: SITUATIE VAN DE TESTOPSTELLING ................................................................................................................ 71 FIGUUR 57: SITUATIE IN WERKELIJKHEID ......................................................................................................................... 71 FIGUUR 58: VOORSTELLING VOOR HET AANZUIGEN (BOVEN) EN BLAZEN VAN LUCHT DOOR HET ROOSTER (ONDER) ........................ 72 FIGUUR 59: CONSTRUCTIE VOOR HET PLAATSEN VAN DE VENTILATOR VOOR DE TESTOPSTELLING ................................................ 75 FIGUUR 60: GECREËRDE OMGEVINGSWEERSTAND R2 VÓÓR HET ROOSTER ............................................................................. 75 FIGUUR 61: ZICHT IN DE KAST VÓÓR HET ROOSTER MET GEPERFOREERDE PLAAT (RECHTS) ........................................................ 75 FIGUUR 62: METING IN REALITEIT (FASE 1) ..................................................................................................................... 78 FIGUUR 63: VOLLEDIGE OPSTELLING MET PLAATSING VAN DE DRUK –EN SNELHEIDSMETER ....................................................... 79 FIGUUR 64: BEVESTIGING LUCHTSNELHEIDSMETER ........................................................................................................... 80 FIGUUR 65: MEETOPSTELLING (FASE 3) ......................................................................................................................... 82 FIGUUR 66: METING VAN HET DRUKVERSCHIL EN DE KLEPSTAND ......................................................................................... 82 FIGUUR 67: WINDTUNNEL........................................................................................................................................... 83 FIGUUR 68: KENPLAATJE VAN DE MOTOR........................................................................................................................ 83 FIGUUR 69: REVCOR VENTILATORKARAKTERISTIEK ............................................................................................................ 83 FIGUUR 70: ZICHT IN DE WINDTUNNEL (ACHTERKANT) ...................................................................................................... 84 FIGUUR 72: AFSTANDEN VAN DE MEETPUNTEN T.O.V. DE RAND VAN DE WINDTUNNEL............................................................. 84 FIGUUR 72: WINDSNELHEDEN VOOR 16 MEETPUNTEN BIJ 10HZ, 15HZ & 20 HZ .................................................................. 85 FIGUUR 73: KLEPSTAND BIJ STIJGENDE DRUK VOOR 4HZ (LINKSBOVEN), 15HZ (RECHTSBOVEN), 19HZ (LINKSONDER), 22HZ (RECHTSONDER) ................................................................................................................................................ 87 FIGUUR 74: MEETRKRUIS ............................................................................................................................................ 89 FIGUUR 75: PITOTBUIS ............................................................................................................................................... 90 FIGUUR 76: VERING IN DE KLEP .................................................................................................................................... 91 FIGUUR 77: VERING BIJ HET SCHARNIERPUNT .................................................................................................................. 91 FIGUUR 78: IDEE 1 ..................................................................................................................................................... 93 FIGUUR 79: IDEE 2 ..................................................................................................................................................... 93 FIGUUR 80: IDEE 3 ..................................................................................................................................................... 94 FIGUUR 81: IDEE 4 ..................................................................................................................................................... 94 FIGUUR 82: IDEE 5 ..................................................................................................................................................... 95

7

Lijst met tabellen TABEL 1: NAUWKEURIGHEID VAN DE DRUKMETER ............................................................................................................ 22 TABEL 2: TOELAATBARE AFWIJKING VAN HET DRUKVERSCHIL T.O.V. HET DRUKVERSCHIL OP TE METEN VOLGENS DE NORM .............. 23 TABEL 3: COMPONENTEN VAN HET ROOSTER ................................................................................................................... 30 TABEL 4: WAARDES VOOR DE PARAMETERS ..................................................................................................................... 34 TABEL 5: WAARDES VOOR DE DRUKKEN EN DEBIETEN BIJ DE KANTELPUNTEN .......................................................................... 37 TABEL 6: THEORETISCHE BEREKENING VAN DE DRUK EN HET MOMENT .................................................................................. 47 TABEL 7: ELASTICITEITSMODULUS VAN DE KUNSTSTOF GEBRUIKT VOOR DE KLEP BEREKEND VIA 3 METHODES................................ 56 TABEL 8: LUCHTSNELHEID ............................................................................................................................................ 57 TABEL 9: RESULTAAT VAN DE SIMULATIE VOOR SITUATIE 1: KLEP NET NIET DICHT .................................................................... 66 TABEL 10: RESULTAAT VAN DE SIMULATIE VOOR SITUATIE 2: KLEP NET DICHT ......................................................................... 66 TABEL 11: RESULTAAT VAN DE SIMULATIE VOOR SITUATIE 3: KLEP NET NIET OPEN ................................................................... 67 TABEL 12: RESULTAAT VAN DE SIMULATIE VOOR SITUATIE 4: KLEP NET OPEN ......................................................................... 67 TABEL 13: SAMENVATTING DEBIETEN............................................................................................................................. 69 TABEL 14: MEETWAARDEN 'VENTILATOR VOOROP' ........................................................................................................... 75 TABEL 15: SNELHEIDS- EN DRUKMETING & KLEPSTAND...................................................................................................... 80 TABEL 16: METING MET VENTILATOR VOOROP VOOR ........................................................................................................ 86 TABEL 17: VOOR-EN NADELEN VAN DE VERSCHILLENDE IDEEËN ........................................................................................... 96

8

Inleiding Ventilatie vormt het globale thema van deze studie. Ventileren is een fenomeen die meer en meer aan belang wint bij het renoveren of plaatsen van nieuwe woningen. Daarbij is het noodzakelijk dat dit gebeurt met een zo hoog mogelijk gevoel van welbehagen. Een voorbeeld van een onaangename situatie die bij het ventileren dient vermeden te worden is het ondervinden van een koude tocht binnenskamers in de winterperiode. Daarom heeft NV Duco ervoor gezorgd dat er woningen geplaatst kunnen worden, gebouwd volgens de ventilatienormen, waarbij de bewoners in een veel aangenamer en bovendien gezonder binnenklimaat kunnen vertoeven. NV Duco startte destijds met ventilatieroosters waarbij de gebruiker zelf de toevoer kon regelen naargelang de winderigheid van het moment, maar nu zit men zo ver dat het regelen automatisch gebeurt (m.b.v. een zelfregelende klep). Dit eindwerk handelt over dat automatisme, namelijk een klep, die toelaat de opening zodanig te openen dat er een min of meer constant luchtdebiet de woning binnenstroomt. Het is een eenvoudig systeem zonder energieverslindende elektronicacomponenten. Het probleem situeert zich echter bij het openen en sluiten van de klep. In de praktijk opent en sluit de klep blijkbaar op het gewenste moment, maar bij metingen op de testopstelling vertoont ze een eigenaardig verschijnsel. De klep opent namelijk niet bij dezelfde druk als de druk waarbij ze dicht sloeg. Er werden in de voorbije jaren reeds enkele mogelijke oplossingen voorgesteld door het R&D-team van NV Duco alsook door hun concurrenten, maar geen van deze voorstellen brak echt door. Sommige voorstellen waren te duur, andere zorgden ervoor dat de klep voortdurend klapperde op de meetopstelling, etc. Ondanks deze mogelijke oplossingen wist men echter niet waaraan de hysteresis kon toegewezen worden. Met deze thesis wordt geprobeerd om de oorzaak van de hysteresis te achterhalen en er een oplossing voor te vinden. Indien de oorzaak niet ontdekt wordt, is het de bedoeling om een andere oplossing aan te reiken, hetzij een aanpassing aan de testopstelling, hetzij een aanpassing aan het rooster. De thesis zal beginnen met een uitvoerige bespreking over een vernieuwde testopstelling en een volledige beschrijving van de meting. Het tweede deel bestaat uit de verschillende denkpistes die gevolgd worden om de hysteresis mogelijk te ontdekken.

9

1 Ventilatie Tegenwoordig wordt de mens zich ervan bewust dat de klimaatverandering wel degelijk een probleem vormt op korte en zeker op lange termijn. Dit gebeurt onrechtstreeks door de vele campagnes om het ecologische bewustzijn te stimuleren, maar vaak ook gewoon omdat we moeten voldoen aan regels en normen. Zo moet de wetgeving voldoen aan de eisen van het Kyoto-protocol waarbij we de uitstoot van broeikasgassen moeten reduceren tot een opgelegd minimum. Een resultaat van het Kyoto-protocol voor België is de EPB-richtlijn (Energieprestatie en binnenklimaat). Het is een richtlijn die de energieprestaties van nieuwe en gerenoveerde gebouwen beperkt tot de opgelegde minimumeisen. De energieprestatie van een gebouw drukt uit hoe een gebouw presteert op het vlak van energieverbruik. Zo werd er beslist dat alle bouwaanvragen vanaf 1 januari 2006 een certificaat moeten verkrijgen dat verzekert dat het gebouw aan bepaalde normen voldoet op vlak van thermische isolatie en energieprestatie (bvb. verwarmingsinstallatie, ventilatie, zonne-energie,..). De bedoeling ervan is om in Vlaanderen zoveel mogelijk energiezuinige, comfortabele gebouwen te verkrijgen. Dit kan o.a. mogelijk gemaakt worden door te ventileren. Dit houdt in dat er gecontroleerd lucht af- en aangevoerd wordt. Hiervoor maakt NV Duco gebruik van ventilatieroosters. De roosters zorgen ervoor dat alle verontreinigde stoffen, koolstofdioxide en vocht (door bvb. ademhaling, transpiratie, koken,..) die zich binnenshuis ophopen, tijdig worden vervangen door een dosis verse lucht. Waarden voor de hoeveelheid lucht die ververst moet worden, zijn terug vinden in de Belgische ventilatienorm NBN D50-001 “Ventilatievoorzieningen in woongebouwen” die opgesteld werd in 1991. Deze norm zet richtlijnen uit om een correcte ventilatie van gebouwen met een woon- of verblijfsfunctie te garanderen. NBN D50-001 geeft als richtwaarde een debiet van 3,6m³/u ( = 1dm³/s) per m² vloeroppervlakte van de ruimte die geventileerd moet worden waarbij enkele bijzondere regels opgesteld werden voor specifieke kamers (zie figuur 1) (Brussels instituut voor milieubeheer, 2009). Het dimensioneren van het debiet (voor natuurlijke ventilatie) wordt in België gedimensioneerd bij een drukverschil over het rooster van 2 Pa, in Nederland is dat 1 Pa.

Figuur 1: Debiet (bij 2Pa) volgens NBN D50-001 (Duco, 2009)

10

Het systeem dat Duco aanwendt om gebouwen te ventileren is het systeem C (zie figuur 2), d.w.z. dat de aanvoer van verse lucht gebeurt via een natuurlijke aanvoer (als gevolg van druk –en temperatuurverschillen en windeffecten) via de gevel in droge ruimtes (woonkamer, slaapkamer,…), gecombineerd met een centrale, mechanische afvoer van de vervuilde lucht door één of meerdere ventilators Figuur 2: Systeem C (Duco, 2009) in de ‘vochtige’ of ‘natte’ ruimtes (badkamer, toilet, keuken,…). Zo zijn er ook geen toevoerkanalen nodig (systeem D) die een hoger risico op bacteriën omvatten door de reeds voorverwarmde kanalen. Bovendien zou het kanalensysteem bij systeem D (omvat mechanische toe- en afvoer van de lucht) vijfjaarlijks gereinigd en ontsmet moeten worden. Er kan natuurlijk wel de vraag gesteld worden of we energie besparen tijdens de winter als er voortdurend koude lucht binnenkomt. Wel, dat is mogelijk doordat de luchtvochtigheid daalt wanneer er geventileerd wordt. Aangezien er minder energie nodig is om droge lucht op te warmen, kan er dus wel degelijk energie bespaard worden (Duco, 2009). Naast het energiezuinige aspect maakt DUCO van een gezond binnenklimaat zijn prioriteit (Verbrugge, 2009). Vroeger werd vaak beklemtoond dat een woning voldoende geïsoleerd diende te worden om zo min mogelijk warmte te verliezen. Maar als de warmte niet naar buiten kan, zal de zuurstofrijke lucht ook niet naar binnen kunnen en zal de kwaliteit van de lucht afnemen. Dit leidde tot het ontstaan van het sick building syndrome (SBS). SBS is een combinatie van ziektes die geassocieerd worden met de verminderde kwaliteit van de woon -of werkplaats (Stevens, s.d.). Concreet kan dit inhouden dat de binnentemperatuur vaak de 22°C overstijgt, de vochtigheidsgraad te hoog of te laag ligt of schadelijke stoffen die te lang blijven hangen in het gebouw. Het grootste percentage van deze ziektes zou te wijten zijn aan een slechte luchtkwaliteit, vooral als de luchtcirculatie gebeurt via (lucht)kanalen. Ten slotte kunnen we via een gecontroleerde luchtcirculatie het gebouw veel beter beschermen. De vochtigheidsgraad wordt steeds naar beneden gebracht door de aanvoer van verse lucht zodat condens en schimmelvorming verhinderd worden. Kort samengevat zorgt het ventileren van een gebouw (door middel van het plaatsen van ventilatieroosters bijvoorbeeld) voor verbeterde energieprestaties. Door de opgelegde EPBnormen zullen we kunnen genieten van een gezonder en comfortabeler binnenklimaat. Ventileren heeft zowel een positieve invloed op het individu als op de gebouwen zelf.

11

2 Bedrijf NV Duco is een bedrijf dat zich specialiseert in ventilatie- en zonweringsystemen. Het werd opgestart in 1991 en vestigt zich in een uiterst moderne infrastructuur met een totale grondoppervlakte van 56.000m². Sedert 2008 is de bedrijfsoppervlakte van Duco meer dan verdubbeld met de komst van de nieuwe vestiging Duco Projects (zie figuur 3). De oudste vestiging heet Vero Duco, die hoofdzakelijk instaat voor de productie van woningbouwtoepassingen. Duco Projects richt zich vooral op de utiliteitsbouw, dit is het geheel van bouwwerken die geen woonbestemming hebben zoals fabrieken, kantoren, winkels, ziekenhuizen, sporthallen,… Duco wil de nadruk leggen op een evenwicht tussen de ecologische en esthetische aspecten van hun toepassingen waarbij ook veel belang gehecht wordt aan de duurzaamheid en de kwaliteit van hun producten. Deze grote pijlers moeten o.a. bijdragen aan het idee “Green Building Solution” waarbij getracht wordt om gebouwen te ontwikkelen die zo efficiënt mogelijk het energieverbruik minimaliseren. Figuur 3: Duco Projects (Vereniging metalen ramen en gevelbranche, 2010)

Dit is niet enkel voordelig voor het gebouw zelf, maar heeft ook positieve gevolgen voor de mens. Doordat woningen op een natuurlijke en energiezuinige manier geventileerd worden, kan de mens er in een gezond en comfortabel binnenklimaat vertoeven. Een mooi voorbeeld van hun streefdoelen/motivaties is het gebouw van Duco Projects zelf waarbij de groene technologie zeer duidelijk naar boven komt. De natuurlijke ventilatie, zonnewering en passieve nachtkoeling (in tegenstelling tot energieverslindende airco’s) zorgen voor een minimaal energieverbruik waarbij een gezond en aangenaam binnenklimaat gecreëerd wordt. Zoals op figuur 3 te zien is, verliest men naast het functionele karakter zeker het esthetische aspect niet uit het oog. Met zijn ligging aan de autosnelweg E40 Brugge – Calais ter hoogte van Veurne, ligt de firma economisch gezien zeer strategisch om handel te drijven met het buitenland. Zo exporteert Duco zijn producten voor ongeveer 90 procent naar 22 Europese landen. Door de vergevorderde regelgeving in Nederland wordt daar zelfs een zodanig groot deel van de omzet gerealiseerd dat ze er marktleider zijn. Dit gebeurt via een dealerstructuur die door Duco technisch en commercieel ondersteund wordt.

12

3 Onderzoeksvraag Bij de oorspronkelijke roosters werd enkel een klep geïnstalleerd waarbij het ventileren in – of uitgeschakeld kon worden. Wanneer deze klep open staat, zal het luchtdebiet toenemen naargelang er zich een grotere drukval over het rooster opbouwt. De oorspronkelijke roosters hadden dus een variabel luchtdebiet. Geleidelijk aan ontstond de behoefte om een extra klep te installeren die toelaat om de variabele luchtstroom doorheen het rooster constant te houden. Deze klep wordt een zelfregelende klep (ZR) genoemd. De ZR zorgt er dus voor dat het luchtdebiet min of meer constant gehouden wordt onafhankelijk van het drukverschil over de klep. In figuur 4 (boven) wordt een karakteristiek opgesteld van het debiet (door het rooster) als functie van het drukverschil (die over het rooster staat). Daarbij werd het drukverschil eerst continu opgebouwd tot 100 Pa en vervolgens terug afgebouwd tot 0 Pa. Figuur 4 (onder) toont een vergroting van het hysteresisverschijnsel die onderzocht moet worden. De kaders op figuur 4 (onder) geven tonen eveneens aan waar de klep open –en dichtklapt. Uit de meetresultaten van de karakteristiek blijkt dat de curve goed verloopt bij een stijgend drukverschil. Bij een dalend drukverschil over de ZR blijft de klep echter hangen. Op figuur 4 kan dit aangewezen worden door het kleinere drukverschil bij het opengaan van de klep. De klep opent niet bij hetzelfde drukverschil als dat waarbij ze dichtgeklapt is. De klep blijft dus langer dicht dan verwacht. Dit impliceert dat het debiet kleiner zal zijn bij dalende druk (t.o.v. de stijgende druk) doordat het drukverschil daalt terwijl de weerstand niet verandert. Er moet dus een oplossing gezocht worden waarbij de klep op hetzelfde moment opent bij afnemende druk, als het drukverschil waarbij ze dichtgeklapt is bij toenemende druk. Een tweede probleem manifesteert zich bij de meetopstelling. Bij het uitvoeren van een meting op een willekeurig rooster, waarin een ZR klep bevestigd is, kunnen niet alle punten opgemeten worden. Als we de druk doen toenemen, verloopt de meting goed tot op een bepaald punt dat de klep plotseling dicht slaat. Wanneer we de druk doen dalen slaat de klep eveneens open naar een bepaald punt – maar niet bij dezelfde druk als bij stijgende druk - vanaf waar zij dan opnieuw geleidelijk aan verder open gaat. Dit zorgt ervoor dat de klepstand niet waargenomen kan worden voor de tussenliggende drukken. Dit verschijnsel kan duidelijk aangewezen worden bij de grote sprongen in de kaders van figuur 4 (onder).

13

Figuur 4: Hysteresis in de grafiek – Probleem van de meetopstelling

14

4 Aanpak Bij nader onderzoek manifesteren zich twee problemen. Het eerste probleem dat aangepakt dient te worden, situeert zich bij de meetmethode. Veel metingen en kalibraties van onderdelen van de testopstelling worden uitgevoerd bij het adviesbureau Peutz. Bij Duco wou men deze metingen zelf uitvoeren op een eigen meetopstelling zodat de metingen zo goed als mogelijk de referentie van de meetcentra benaderen. Het is bijgevolg noodzakelijk een nieuwe testopstelling te ontwerpen die voldoet aan de geldende normen. Dit geldt zowel voor de afmetingen, als voor de verschillende meetinstrumenten. Daarbij kan eveneens onderzocht worden of de huidige meetmethode efficiënt is aangezien er bij zowel stijgende als dalende druk een kantelpunt opduikt in de grafiek. Bij stijgende druk slaat de klep plots dicht en bij dalende druk opent zij plots. Wanneer de meetopstelling volledig op punt gesteld is, komt het hoofdprobleem van dit eindwerk ter sprake, nl. het onderzoek op het rooster met de ingebouwde zelfregelende klep (ZR). In de eerste plaats zal er gezocht worden naar de oorzaak van de hysteresis via verschillende te volgen denkpistes. Eventueel gelijklopend met dit onderzoek kan er gestart worden met een mogelijke oplossing voor het probleem. Er zal gekeken moeten worden om een “massa-veer-demper” in te bouwen die de klep helpt ondersteunen. Hierbij zullen ofwel de dempings- en veerkarakteristieken van de ZR-klep gedimensioneerd moeten worden, ofwel wordt er via trial-and-error een alternatieve oplossing voorgesteld. Ten slotte zullen er nog testen moeten gebeuren op dit laatste voorstel. Deze laatste stap is natuurlijk enkel nodig indien de oorzaak van de hysteresis niet aan het licht is gekomen.

15

4.1 Testopstelling 4.1.1 Samenstelling van de testopstelling

De testopstelling (zie figuur 5) bestaat uit een grote testkast waarin de lucht zich mooi kan verspreiden. In de voorzijde van de kast kan dan een geijkte (geijkt debiet) meetplank of het te testen rooster bevestigd worden (zie figuur 6). Net voor de achterzijde van de testkast wordt een geperforeerde plaat bevestigd om de turbulentie die optreedt voor de perforatieplaat zoveel mogelijk weg te werken. Op die manier stroomt de lucht gelijkmatiger naar de meetflens toe.

Figuur 5: Schematische voorstelling van de testopstelling

In de volledige opstelling zullen eveneens twee drukmetingen uitgevoerd worden. De plaats van de drukmetingen wordt voorgesteld in figuur 5. De eerste drukmeting vindt plaats over het rooster. Daarvoor worden er in het midden van de drukkast vier aansluitingen bevestigd die parallel verbonden worden tot één leiding. Van deze druk wordt de luchtdruk buiten de testkast afgetrokken zodat men het drukverschil over het rooster bekomt. Voor het meten van de druk Figuur 6: Plaatsing van het rooster in de testopstelling vóór het rooster wordt geen extra leiding gelegd aangezien de druk in het atelier genomen kan worden. Deze is nagenoeg overal dezelfde. De druk wordt gemeten loodrecht op de stroming in de kast waardoor er enkel statische druk gemeten wordt. De tweede drukmeting vindt plaats na de drukkast waarop er een leiding aangesloten is. Op die leiding wordt een grote flens gemonteerd. Parallel met die leiding wordt een leiding met kleinere diameter gemonteerd met een kleinere flens. Voor beide meetflenzen is een kraan bevestigd die ervoor zorgt dat de lucht zich slechts door één van de meetflenzen begeeft. De kleine meetflens wordt gebruikt voor metingen met een klein debiet en de grote meetflens uiteraard voor metingen waarbij een groot debiet opgemeten moet worden (zie verder voor specifieke waarden). Om lucht te laten circuleren door dit systeem is er uiteraard een ventilator nodig. Deze bevindt zich op het uiteinde van het circuit, iets na de meetflenzen. Er kan lucht door deze kring gestuurd worden door de lucht vanaf de ventilator te doen vertrekken naar het rooster 16

toe, maar eveneens omgekeerd door lucht aan te zuigen door het rooster. Voor het uitvoeren van de ene meting t.o.v. de andere moet het rooster echter wel omgekeerd opgesteld worden zodat de lucht steeds in dezelfde richting door het rooster passeert. De metingen in dit eindwerk werden steeds uitgevoerd door lucht aan te zuigen door het rooster. Chronologisch gaat de lucht vanuit het atelier doorheen het rooster om vervolgens via de testkast en de daaropvolgende leidingen via de ventilator terug in het atelier terecht te komen. Indien anders gemeten werd, zal dit vermeld worden.

4.1.2 Opbouw van een nieuwe testopstelling volgens de normen

Het is de bedoeling om een testopstelling te bouwen die volledig geconstrueerd is volgens de normen aangezien er met de huidige testopstelling steeds afwijkingen bekomen worden bij het opmeten van een willekeurig rooster. Vandaar dat NV Duco een voorontwerp aangevraagd heeft bij Peutz zodat er een gelijkaardige opstelling als in Nederland bekomen kan worden die bovendien voldoet aan de normen. De norm waaraan voldaan moet worden voor het ontwerpen van de testopstelling is de norm NBN-EN 13141-1 “Ventilation for buildings – Performance testing of components/products for residential ventilation – Part 1: Externally and internally mounted air transfer devices” (= “Luchtverversing van gebouwen – Prestatiebeproeving van onderdelen/producten voor luchtverversing in woningen – Deel 1: Binnen en buiten gemonteerde luchtroosters”) (Belgisch instituut voor normalisatie, 2004). In bijlage 1 worden enkele pagina’s van deze normen weergegeven. Op basis van het voorontwerp dat terug te vinden is in bijlage 2 wordt een definitieve testopstelling ontworpen (zie bijlage 3). De keuze van de definitieve afmetingen, het gebruikte materiaal en de meetapparatuur zal beschreven worden in de volgende paragrafen. Ter verduidelijking werden er enkele foto’s van de testopstelling genomen. Bepaalde foto’s worden toegelicht in bijlage 5.

17

4.1.2.1 Bespreking van de opgegeven maten

In deze paragraaf zullen de afmetingen definitief vastgelegd worden a.d.h.v. de afmetingen opgelegd in de norm. De afmetingen uit het voorontwerp vormen hiervoor de basis. Dikte van het “board” en lengte Figuur 7 toont ons o.a. de beperkingen van de lengte van de testopstelling. Met een lengte van 2,358m [ = 2m (voorste deel) + 0,315m (achterste deel) + 0,003m (geperforeerde plaat) + 0,040m (voorste plankenstelsel) ] voldoet deze ruim aan de minimum lengte y = 0,5m. Een tweede beperking is weggelegd voor de dikte van het houten inzetstuk waarin het rooster bevestigd wordt. Bij Duco wordt steeds gemeten alsof het inzetstuk een raam voorstelt en bijgevolg moet het inzetstuk een dikte van 20 mm bezitten. Het inzetstuk, gebruikt bij Duco, bedraagt 26mm en voldoet dus aan de norm.

Figuur 7: De dikte en lengte van de testopstelling (Belgisch instituut voor normalisatie, 2004)

18

Voorkant Aan de voorkant is de opstelling zodanig opgebouwd dat er een grote ruimte voorzien is met een hoogte van 470mm (= 600mm – 2 x 65mm)zodat het ventilatierooster op minstens 300mm van de bovenkant kan zitten (zie figuur 8). De te testen roosters moeten dus nog juist gemonteerd worden anders voldoet de plaatsing van het rooster niet aan de norm (zie figuur 9). Het rooster zal wel altijd correct gepositioneerd zitten t.o.v. de onderkant van de testopstelling aangezien de bovenkant van de scheiding tussen de twee ruimtes zich op 369mm van de onderkant van de testopstelling bevindt. Het onderste gedeelte is apart geconstrueerd om eventueel een bijkomende opening te maken als voorstel om de testopstelling te verbeteren. Achterkant

Figuur 8: Voorkant van de testopstelling volgens volgens NBNEN 13141-1 (Belgisch instituut voor normalisatie, 2004)

Figuur 9: Voorkant van de nieuwe testopstelling

Voor de achterkant werd er eveneens voor gezorgd dat de rand van het gat, waar de buis geplaatst zal moeten worden, zich op minstens 300mm van de rand van de testopstelling bevindt (zie figuur 10). In de hoogte bevindt de opening zich op 295mm [=(750-160)/2] van de rand maar deze fout zal een minimale invloed hebben op de meting (zie figuur 11).

Figuur 10: Achterkant van de testopstelling volgens NBNEN 13141-1 (Belgisch instituut voor normalisatie, 2004)

Figuur 11: Achterkant van de nieuwe testopstelling

19

4.1.2.2 Gebruikte materiaal

Het adviesbureau Peutz had ons aangeraden om multiplex te gebruiken. Er werd geopteerd voor betonplex omdat deze nog voorradig was in het atelier. Betonplex is een multiplex die afgewerkt wordt met een epoxy toplaag. Het belangrijke voordeel van het gebruik van betonplex is de goede luchtdichtheid van het materiaal. De epoxy toplaag zorgt ervoor dat de wand van de kast glad afgewerkt is zodat de lucht weinig weerstand ondervindt. Aan de buitenkant van de testopstelling wordt de testopstelling verstevigd met houten balken met een doorsnede van 40x65mm. Aan de binnenkant worden de hoeken extra verstevigd met een houten balk met driehoekig voorvlak van 60x60mm. Tussen de platen die aan elkaar bevestigd moeten worden, wordt neopreentape gekleefd om de testkast zo luchtdicht mogelijk te maken door de spleten tot een minimum te reduceren. Voor de perforatieplaat opteerde Peutz voor een plaat met een perforatiegraad van 33% waarvan de gaten een doorsnede van 3mm hebben. Als materiaal werd er voor aluminium gekozen daar de uitvoering ervan lichter is t.o.v. stalen perforatieplaten.

20

4.1.3 Meting volgens de norm 4.1.3.1 Meetflenzen (en ijkplaat)

De gebruikte apparatuur om de meting uit te voeren bestaat uit een meetflens en drukmeters. Er werd eveneens een geijkte meetplaat gebruikt om te kijken of de ventilator een juist debiet aanzuigt doorheen het circuit. De geijkte meetplaat is een plaat die gekalibreerd is met een bepaald debiet. Wanneer die geijkte meetplaat geïnstalleerd wordt op de nieuwe testopstelling, in plaats van het rooster, moet de testopstelling het debiet doorlaten zoals de kalibratie aangeeft. Figuur 12: Kalibreren van een meetflens bij Bij Duco twee meetflenzen gebruikt, een adviesbureau Peutz met hun meetopstelling (Peutz meetflens met een doorsnede van 50mm, die Nederland, 2010) tot een debiet van ca. 100m³/h werkt, en een meetflens met een doorsnede van 160mm, die tot een debiet van ca. 600m³/h werkt.

Beide meetflenzen werden gekalibreerd in het laboratorium van Peutz met hun referentiesysteem (zie figuur 12). De meetopstelling voor het kalibreren is opgesteld volgens de norm NEN-EN-ISO 5167-2:2003 (Peutz Nederland, 2010). Bij de kalibratie is het belangrijk dat de meetflens juist opgesteld wordt met de schuin afgesneden kant stroomafwaarts. Bovendien moet de aanzuigzijde van het systeem een pijplengte van minstens vijf maal de binnendiameter hebben. De meetmethode is gebaseerd op een druk- en een debietmeting. Voor alle drukken wordt er een bepaald debiet door de leidingen verkregen. Dit debiet zal nog gecorrigeerd worden met een formule die ondersteund wordt door de wet van Boyle-Gay Lussac. De correctie wordt uitgevoerd om de afwijking van de temperatuur en de druk van de omgeving t.o.v. deze in normaalomstandigheden op te heffen. De situatie in normaalomstandigheden doet zich voor bij: Ө = 20°C en p = 101325Pa. Correctieformule:

Qv , gecorrigeerd  Qv , gemeten .

pa 293 . 273  a 101325

met

pa = druk afgelezen op de barometer [Pa] Өa = omgevingstemperatuur [°C]

21

Deze waarden worden grafisch uitgezet tegen de wortel uit het drukverschil zodat er via de kleinste kwadratenmethode een lineaire regressielijn getrokken kan worden om na te gaan of de meetwaarden de theoretische relatie volgen: Qv, gecorrigeerd  C. p

De meetpunten werden vervolgens ook ingevuld in een volgend iets praktischer verband:

Qv, gecorrigeerd  K (p) n Wanneer deze meetpunten uitgezet worden in een dubbellogaritmische grafiek met als onafhankelijk variabele het drukverschil en als afhankelijk variabele het luchtdebiet, kan er via de kleinste kwadratenmethode een regressielijn van de vorm log(Qv,gecorrigeerd) = log(K) + n.log(Δp) afgeleid worden. Zo worden de praktische waarden bekomen die ook door Duco gebruikt worden voor hun berekeningen, namelijk de doorlatendheidscoëfficiënt K en de exponent n voor de meetflens. Al deze informatie is gebaseerd op het kalibratierapport van Peutz.

4.1.3.2 Drukmeter

Om het debiet met voldoende zekerheid te kennen, is het noodzakelijk om de drukverschillen correct op te meten. Daarvoor zijn drukmeters nodig die een voldoende kleine drukval kunnen opmeten. Op basis van de beste prijs-/kwaliteitverhouding werd voor onze situatie als drukmeter gekozen voor de DPI 800/802 (zie figuur 13). De norm (Belgisch instituut voor normalisatie, 2004) geeft weer hoe groot de onnauwkeurigheid van de drukmeter mag bedragen Figuur 13: Drukverschilmeter DPI (zie figuur 14). Met tabel 1 kan gecontroleerd worden of de 800/802 (GE Sensing, 2011) nauwkeurigheid uit de norm behaald kan worden. Volgens de norm mag het drukverschil bij 1 Pa ± 0,23 Pa afwijken en bij 100 Pa ± 23 Pa. In tabel 1 is te zien dat de fout op de drukmeter afhankelijk is van het meetbereik die ingesteld wordt. De Tabel 1: Nauwkeurigheid van de drukmeter range die voor ons van toepassing is, is deze van 25mbar (= 2500Pa). De premier accuracy “P” uit tabel 1 toont voor dat bereik een precisie van 0,03% FS, wat neerkomt op een nauwkeurigheid van ± 0,75 Pa [=0,0003.2500 Pa]. Dit betekent dat de metingen slechts betrouwbaar zijn vanaf 4 Pa omdat vanaf dit meetpunt de nauwkeurigheid groter mag zijn dan ± 0,75 Pa. 22

Figuur 14: Toelaatbare onnauwkeurigheid

Men zal echter ondervinden dat de drukmeter niet de beperkende factor zal zijn tijdens het meten. Het zal de ongelijkmatig binnenstromende lucht zijn die zal zorgen voor een schommelende meting. Zo zullen er verschillende invloeden op te merken zijn die een veel negatievere invloed zullen hebben op de meting, zoals bijvoorbeeld de onregelmatige luchtstroming in het atelier. Het is ook niet nodig om een ‘perfect’ gestandaardiseerde meting te bekomen aangezien de roosters toch telkens opnieuw opgemeten moeten worden in de meetcentra. Het is de bedoeling om een testopstelling te bekomen die de norm zo goed mogelijk benadert en de nauwkeurigheid van deze drukmeter is zeker voldoende. Het is bovendien zeer moeilijk om dergelijke, kleine drukverschillen zo perfect op te meten. Daarvoor is nog duurdere apparatuur vereist. Tabel 2 wordt opgesteld voor de operator die de metingen uitvoert. Er wordt voor elk gemeten punt weergegeven hoeveel de variatie van het drukverschil mag bedragen t.o.v. het drukverschil die moet opgemeten worden volgens de norm.

23

Tabel 2: Toelaatbare afwijkingen van de drukverschillen t.o.v. het drukverschil op te meten volgens de norm

4.1.3.3 Meting uitvoeren volgens de norm

Volgens de norm NEN-EN-ISO 13141-1:2004 moeten de metingen gebeuren in een ruimte waar de temperatuur (20±5)°C bedraagt waarbij de temperatuur niet meer dan ±2°C verandert. Opdat een meting op een rooster met een bewegend onderdeel (in dit geval de ZR klep) geldig zou zijn, moet het drukverschil over het rooster eerst continu opgebouwd en vervolgens afgebouwd worden (zie bijlage 1: pagina 10). Er mogen dus bvb. geen metingen afzonderlijk herhaald worden. Dit illustreert hoe het probleem ontstaan is. Er moeten twee curves opgemeten worden, namelijk een meting met een stijgend drukverschil en één met een dalend drukverschil. Vreemd genoeg liggen deze curves niet op elkaar. De meetgegevens mogen bovendien pas genoteerd worden als de meting de steady statetoestand aangenomen heeft. Er moet dus telkens een korte tijd gewacht worden voordat het meetpunt geregistreerd wordt. De “fast log”-functie van de drukmeter zorgt ervoor dat de drukverschillen automatisch geregistreerd kunnen worden terwijl men bijvoorbeeld het toerental doet stijgen. Deze functie mag dus zeker niet gebruikt worden aangezien deze erop wijst dat er verschillende meetpunten geregistreerd worden terwijl het toerental van de ventilator continu opgedreven wordt. Die functie is eventueel wel toepasbaar om na te gaan wat er gebeurt met de druk wanneer de klep open -en/of dichtgaat. In dat laatste geval zijn de resultaten louter illustratief en mogen ze niet als een genormeerde meting opgevat worden.

24

4.1.4 Theoretische ondersteuning metingen

De aangewende meettechniek is gebaseerd op onderstaande theoretische beschouwingen. Meetflens De wet van Bernoulli wordt toegepast op een punt voor de meetflens en op een punt net na de meetflens (zie figuur 15). p1 

v12 2

 gh1  p 2 

v22 2

 gh2

De hoogte kan reeds geëlimineerd worden aangezien deze constant is. p  p1  p 2 

v22 2

v12



2

Figuur 15: Bernoulli

(1)

Aangezien het debiet constant is kan de volgende formule toegepast worden.

A Q  v1 A1  v2 A2  v2  v1 1 A2 Dit wordt toegepast op formule (1):

v22 

A  p  1   2  2   A1  

2

   

Zo wordt na het verplaatsen van lid, de snelheid na de “orifice plate” v2 bekomen. Hierbij wordt eveneens een experimenteel bepaalde factor C in de formule gestopt. Deze factor wordt de “coefficient of discharge” genoemd en vangt de vereenvoudiging van de werkelijkheid op (Waller, 1973).

v2 

2p



.

C A  1   2   A1 

2

Beide termen worden vermenigvuldigd met de factor A2 wat uiteindelijk resulteert in het volumedebiet.

Q 

2p



.

C. A2 A  1   2   A1 

2

25

In de “coefficient of discharge” C zitten verschillende factoren vervat zoals de vorm van de “orifice plate”, de omgevingstemperatuur, de samendrukbaarheid van het fluïdum, etc. Deze laatste kan als volgt berekend worden (Perry, R.H. & Green, D.w., 2007): k 1    k  1 r k Y r    k  1  1  r  2 k



A2 A1

waarbij

  1   4  2  1   4 r k 

r

p2 p1

    

k

cp cv

cp = warmtecapaciteit bij constante druk

cv = warmtecapaciteit bij constant volume De term C vormt samen met de constanten A1, A2 en ρ de constante K:

Q  K p Deze formule is in de praktijk echter niet volledig correct. In de formule is duidelijk te zien dat de drukval erin verwerkt zit, en dus zal er in de praktijk niet steeds een verband gevonden worden waarbij het debiet in verband staat met de druk volgens de exponent 0,5. Zo moet de volgende algemene vergelijking beschouwd worden. n Q  K p 

Elk kanaal of meetinstrument, waarin een fluidum stroomt, heeft een welbepaalde (lucht)doorlatingscoëfficiënt K voor een fluidum. Die coëfficiënt kan opgemeten (=gekalibreerd) worden in een testcentrum (of bij Peutz). Dit geldt ook voor de exponent n die het verband tussen de drukken en de volumedebieten weergeeft. Het is de bedoeling dat deze exponent groter blijft dan 0,5 anders wil dit zeggen dat de stroming turbulent is. De gewenste waarde voor de exponent n moet tussen 0,5 en 1 liggen en duidt op een laminaire stroming van het fluïdum.

26

4.1.5 Berekening van het debiet 4.1.5.1 Gebruikte fysische formules

De theorie over de meetflens kan gebruikt worden voor het berekenen van de druk over het rooster en het debiet dat erdoor stroomt. In figuur 16 worden de plaatsen nog eens aangeduid waar het drukverschil over gemeten wordt.

Figuur 16: Plaatsen waar drukverschillen opgemeten worden

De berekening wordt gestart met het uitrekenen van het debiet door de meetflens op basis van het drukverschil Δp2. Aangezien de parameters “K” en “n” van de meetflens gekend zijn (na kalibratie bij Peutz), kan het luchtdebiet door de meetflens berekend worden door het drukverschil in te vullen in volgende formule: n Q 2  K p2 

Het debiet door de meetflens mag gelijkgesteld worden aan het debiet door het rooster aangezien alle lucht die door het rooster gaat ook door de flens moet. Dit geeft: n n Q1  K1 p1  1  Q 2  K 2 p2  2

Na het uitzetten van alle meetpunten in een dubbellogaritmische (Q,Δp)-grafiek, kan er een verband bepaald worden door deze punten. Uit dat verband kunnen de parameters “K” en “n” van het rooster afgeleid worden. In de volgende paragraaf wordt uitgelegd hoe deze procedure verloopt in Excel.

27

4.1.5.2 Stappenplan meting

De volledige procedure wordt uitgewerkt in Excel. De eerste stap bestaat uit het opmaken van een tabel met alle meetgegevens. Daarvoor is een kolom vereist voor het drukverschil over de kast, het drukverschil over de meetflens en het berekende debiet in zowel m³/h als in dm³/s. In de laatste kolom wordt er nog een correctie toegepast op de temperatuur en de druk aangezien het zeer uitzonderlijk is dat de lucht bij normaalomstandigheden voorkomt. Deze meetgegevens worden omgezet in logaritmische waarden zodat de parameters K en n eenvoudig bepaald kunnen worden via volgende formules: n Q  K p   log( Q )  log( K )  n. logp 

Via de logaritmisch berekende waarden kan er een rechte gevonden worden van de vorm:

y  a  bx  log( Q )  log( K )  n. logp  a = log(K) = snijpunt met de y-as b = n = helling van de grafiek Eerst worden de logaritmische waarden berekend. Vanuit de laatst berekende waarden kan men met de functie “LIJNSCH” van Excel de parameters “a” en “b” kan bepalen via de kleinste kwadratenmethode. Voor de functie “LIJNSCH” moet er op het einde van de functie een cijfer 1 aangegeven worden om de parameter “a” en dus rechtstreeks de parameter “n” van het rooster te verkrijgen. Met het cijfer “2” wordt de parameter “b” verkregen. Uit deze parameter kan de factor “K” berekend worden door volgende berekening: K  10 b

Met de functie “CORRELATIE”, die de correlatiecoëfficiënt berekent, wordt tevens gecontroleerd of de lineaire samenhang tussen beide variabelen voldoende is; namelijk wanneer de correlatiecoëfficiënt groter is dan 0,98 en dus dicht genoeg bij 1 (= een perfecte rechte) ligt. Opmerking: Deze meting is genormaliseerd en mag dus als een volwaardige meting beschouwd worden. Het probleem van deze meting is echter het beperkt aantal punten die gemeten kunnen worden tijdens het dicht- of opengaan van de klep. Enkel de punten net voor of net na de overgang kunnen opgemeten worden, maar geen tussenliggende punten. Daarvoor zal de hysteresis onderzocht moeten worden. 28

4.2 Onderzoek naar de hysteresis van de klep 4.2.1 Samenstelling van het rooster

Figuur 17: Componenten van het rooster

29

Nr

Omschrijving

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Profiel Profiel Profiel Profiel Plaatje Plaatje Koppelstuk (met ‘lagering’ voor de ZR) Zelfregelende klep (ZR) Aan-/uitklep Tabel 3: Componenten van het rooster

Om de hysteresis van het rooster te onderzoeken wordt het rooster eerst even kort uit elkaar gehaald. De verschillende onderdelen van het rooster zijn te vinden in figuur 17 met de bijhorende lijst in tabel 3. De nummers 1 tot 4 zijn aluminiumprofielen die respectievelijk aan de binnen- of buitenkant zichtbaar zijn. Deze zullen stevig moeten zijn aangezien de muur of het raamprofiel zich daaronder en/of daarboven bevindt. In profiel nummer 2 bevindt zich de afronding die moet zorgen voor het vloeiend binnenstromen van de lucht. Nummers 5 en 6 stellen respectievelijk een plexiplaatje en een plaatje uit een andere kunststof voor. Deze plaatjes zorgen voor de verbinding van de profielen. Nummer 7 is een koppelstuk dat eveneens voor de verbinding van de profielen zorgt. Tevens bevindt er zich een opening - wat verder de lagering genoemd zal worden – waarin de kunststoffen zelfregelende klep (nummer 8) zal roteren. Op figuur 17 is duidelijk te zien dat de klep nergens aan vastgemaakt is. Ze kan enkel roteren als gevolg van de luchtstroom, die gerealiseerd wordt door het drukverschil die zich over de klep bevindt. Nummer 9 stelt de klep voor die ervoor kan zorgen dat het ventileren zowel in- als uitgeschakeld kan worden. Dit gebeurt handmatig door de hendel die terug te vinden is in figuur 18. Daar wordt ook een duidelijkere weergave van de uitstroomopening getoond.

Figuur 18: Hendel om de luchtaanvoer te openen of sluiten

30

4.2.2 Mogelijke oorzaken van de hysteresis

Nu de ruwe samenstelling van het rooster gekend is, kan er op zoek gegaan worden naar de oorzaak van de hysteresis in de grafiek. Het is dus de bedoeling om uit te zoeken waarom de klep niet bij hetzelfde drukverschil over het rooster terug openklapt als het drukverschil waarbij de klep toegeklapt is. Hiervoor wordt gedacht aan allerhande oorzaken. De voornaamste oorzaken worden in een Ishikawadiagram (zie figuur 19).

Figuur 19: Ishikawa van de mogelijke oorzaken omtrent de hysteresis in de karakteristiek

De oorzaak zal niet toe te wijzen zijn aan de “omgevingsfactoren” of aan de “operator” aangezien deze fout systematisch voorkomt, bij verschillende operatoren en in verschillende omgevingen. Vandaar zal de oorzaak vooral gezocht worden bij de “machines” en de “meetmethode”. Doordat Duco reeds onderzoek gedaan heeft op de testopstelling en zijn meetmethode, wordt er gestart met het zoeken van de oorzaak bij het rooster zelf. Indien de oorzaak van het gestelde probleem niet te wijten is aan het rooster, zal de oorzaak toch moeten gezocht worden bij de testkast en/of meetmethode. Nu volgt een kort overzicht van de verschillende invloedsfactoren die onderzocht zullen worden omtrent het rooster.

31

De eerste invloedsfactor die onderzocht wordt, is het nagaan van verschillende lengtes van de verschillende componenten van het rooster. Vooraf werd ervan uitgegaan dat waarschijnlijk enkel het debiet zou veranderen en dat de klep iets later of vroeger zou dichtgaan. Het is echter moeilijk vooraf bijkomende effecten te voorspellen die zich voordoen als gevolg van bijvoorbeeld eventuele turbulentie in het rooster of de testkast. De tweede invloedsfactor is de wrijving van de klep in zijn lagering. Het is mogelijk dat de wrijving anders verloopt als gevolg van een andere hoekstand van de klep. Het zou ook kunnen dat de klep in het midden of aan de zijkanten meer doorgebogen is waardoor de klep iets verwrongen zit (derde mogelijke oorzaak). Dit zal de soepelheid van het dichtslaan of open gaan van de klep in het rooster zeker niet bevorderen. Voor de laatste denkpistes zullen er opnieuw elementen van het rooster veranderd moeten worden zodat er mogelijke veranderingen kunnen opgemerkt worden in het verloop van de grafiek. Er kan bijvoorbeeld een smeermiddel in de scharnieren aangebracht worden voor de tweede invloedsfactor. Om de derde mogelijke oorzaak uit te werken, kan de klep bijvoorbeeld op meerdere of op andere plaatsen gelagerd worden. Er kan ook eens nagegaan worden hoe de lucht het rooster binnenstroomt. Is de snelheid overal even groot? Er bestaat ook een mogelijkheid dat de hysteresis te wijten is aan de testopstelling. Daarom wordt er gepoogd om het principe iets aan te passen. Het kan bijvoorbeeld zijn dat er een betere meting verkregen wordt als de ventilator aan de andere kant van de testopstelling gezet wordt. Misschien ligt het wel aan de drukval over het rooster die iets te vroeg of te laat opgemeten wordt in de testkast. Is de meetmethode vergelijkbaar met de werkelijkheid, m.a.w. zou het kunnen dat de norm niet voldoet? De norm werd eigenlijk eerst gebruikt bij ventilatieroosters zonder zelfregelende klep. Toen stelde dat probleem zich nog niet. Eerst wordt de oorzaak gezocht bij het rooster. Indien de oorzaak niet opduikt bij het rooster, zal deze gezocht worden bij de testkast en de meetmethode.

32

4.2.3

Analyse van het rooster

4.2.3.1 Onderzoek naar invloedsfactor 1: Lengtematen aanpassen Principe Om de kennis omtrent de werking van het rooster te verhogen en om eventueel een mogelijke oorzaak van de hysteresis te ontdekken, wordt een eenvoudiger rooster opgesteld waarbij verschillende parameters veranderd konden worden (zie figuur 20). De bedoeling van dit onderzoek is nagaan wat er gebeurt met de drukverschillen en de debieten bij de verschillende toerentallen van de ventilator als er enkele lengtes veranderd worden. Er wordt geopteerd om volgende parameters te laten veranderen: -

L = Lengte van de klep A = Weerstand boven de klep (hoogte boven de klep) H = Weerstand na de klep (uitstroomopening) K = Weerstand onder de klep

Figuur 20: Parameters voor het vereenvoudigde rooster

Het is de bedoeling dat er telkens 1 parameter veranderd wordt door die parameter een waarde te geven die respectievelijk iets hoger en iets lager ligt. Daarbij blijven de overige parameters ongewijzigd. De waardes voor de parameters werden zodanig gekozen dat die het gekozen rooster, nl. Top 60 Corto, zo goed als mogelijk benaderen. De bedoeling is niet om een exact rooster na te bouwen, maar om waardes te verkrijgen die in de buurt liggen zodat de metingen toch wat representatief zijn. Zo moet er bvb. geen klep gekozen worden van 100mm lang.

33

Vooraf gekozen afmetingen Er werd gekozen voor een lengte L van 25mm. Deze lengte werd berekend via Pro-E en had bij het originele DucoTop60-rooster een waarde van 25,445mm. De minimale en maximale lengte wordt respectievelijk 2mm korter en langer gekozen. De hoogte van de uitstroomopening H (weerstand na de klep) bestaat uit een rechte lijn met 2 halve cirkels en heeft een totale hoogte van 25mm [= 22,4mm + (2 x 1,3mm ]. Dit wordt ook gekozen als effectieve opening voor het vereenvoudigde rooster. Er wordt een ruime marge genomen van 5mm ten opzichte van de gemiddelde waarde. Een derde parameter in het vereenvoudigde rooster is de weerstand onder de klep K. Zo wordt de onderste doorgang, deze tussen de klep en de instroomrand, variabel ingesteld. Voor de hoogte van het L-profiel werd 30mm gekozen en als uiterste waarden 28 en 32mm. De hoogte boven de klep A (weerstand boven de klep), de bypass, bedraagt ongeveer 2,25mm. Er wordt gekozen voor een waarde van 3mm zodat er nog genoeg marge is om zowel een kleinere als een grotere ruimte boven de klep te kiezen, nl. 1,5mm. In tabel 4 worden de verschillende parameters nog eens samengevat met hun standaardwaardes en de waardes voor de minimale en maximale lengte. De technische tekeningen van het vereenvoudige rooster worden weergegeven in bijlage 6.

L H K A

Minimum Standaard Maximum [mm] [mm] [mm] 23 25 27 20 25 30 28 30 32 1,5 3 4,5 Tabel 4: Waardes voor de parameters

34

Praktische uitvoering van het rooster De praktische opbouw van het vereenvoudigd rooster is weergegeven in figuur 21. In het linkergedeelte van de figuur zijn de inbouwstukken weergegeven voor de uiterste waarden van de parameters H, L en K. Het geheel waarin alles opgebouwd is, bestaat uit plexiplaatjes die bevestigd worden met lijm (en tape voor de extra stevigheid). De tape die zich rondom het volledige rooster bevindt, zorgt voor de afdichting van de spleten. De lengte van de klep L werd gerealiseerd door de klep volgens de lengterichting in twee te zagen. Vervolgens werd voor zijn minimale lengte een stuk afgezaagd van de bovenste helft, waarna deze bevestigd werd op zijn oorspronkelijke onderste helft. Voor de maximale lengte werd de oorspronkelijke bovenste helft behouden en werd een langer onderste van een andere klep eraan gekleefd. Om de weerstand boven de klep A te kunnen realiseren, zijn kleine ‘lagertjes’ gefreesd met een variabele dikte. Die variabele dikte zorgt ervoor dat de klep respectievelijk lager of hoger scharniert t.o.v. het dak van de constructie. De lagertjes zijn bevestigd met dubbelzijdig klevende plakband aan de plexiglazen bovenkant van het geconstrueerde rooster. De hoogte van de uitstroomopening H (weerstand na de klep) werd variabel gemaakt door verschillende driehoekvormige houten profielen erin te kleven. De weerstand onder de klep K werd variabel gemaakt door gezaagde aluminium L-profielen.

Figuur 21: Het vereenvoudigd rooster

35

Meting Nu kan men voor elke meting, waarbij men de druk continu laat oplopen tot 100 Pa en vervolgens laat afnemen tot 0 Pa, de meetwaardes net vóór en net na de positieverandering van de klep (= kantelpunten) noteren. Terwijl de drukken over het rooster opgemeten worden, zullen ook de flensdrukken opgemeten worden zodat er ook een beeld gevormd kan worden van de verandering van het luchtdebiet. Er wordt gestart met een drukval over het rooster van 0 Pa en men laat deze opbouwen tot er een drukverschil van 80 Pa gerealiseerd wordt. Deze waarde was vrij te kiezen maar moest hoog genoeg zijn zodat de maximale druk over het rooster groot genoeg is. In werkelijkheid kunnen er soms ook grote drukken over het rooster komen te staan als het bvb. stormt. Het kantelpunt waarbij de klep dicht slaat wordt in de tabel KP1 genoemd. Vindt er nu opnieuw een drukdaling plaats tot er terug een drukval van 0 Pa bekomen wordt, dan zal er opnieuw een kantelpunt teruggevonden worden dat in de tabel KP2 genoemd wordt (zie figuur 22). In tabel 5 wordt een overzicht gegeven van de drukken die men terugvindt rond beide kantelpunten. De drukken worden weergegeven in de volgorde van voorkomen. Zo verkrijgt men eerst de druk bij KP1 net vóór de klep dicht slaat en bij KP2 de druk net voor ze terug open gaat. Een overzicht van alle meetwaardes worden weergegeven in bijlage 7 met in het groen de meetwaardes rond de kantelpunten. De eerste metingen van het linker- en rechterdeel van tabel 5 geeft de drukken en de debieten weer van de opstelling waarbij voor alle parameters de normale lengte gekozen werd. Deze meting werd tweemaal uitgevoerd zodat er nagaan kon worden of de opstelling nog genoeg betrouwbaar was en zodat de metingen, waarbij één van de parameters veranderd werd, kon vergeleken worden met een recentere meting. Zo kunnen de metingen waarbij de parameters K en A veranderd werden,vergeleken worden met standaard 2.

Figuur 22: Aangeven van de kantelpunten

36

Meetwaardes De meetwaardes bij KP 1 geven het drukverschil (en debiet) weer net vóór en net na het dichtgaan van de klep bij stijgende druk. De drukverschillen (en debieten) rond KP 2 geven de drukverschillen weer bij dalende druk net vóór en net na het opengaan van de klep. De meetwaardes uit de tabel worden nader besproken in de besluiten waar ze voorgesteld worden in een grafiek. KP Standaard 1

1

prooster [Pa] 12,2

2

17,8 14,6

1 L = 23 2 1 L = 27 2 1 H = 20 2 1 H = 30 2

debiet [l/s]

KP 1 2

18,2 13,7

8,6

15,0 14,7 13,4 13,9

prooster [Pa] 12,3

15,5 20,5 17,4 13,4

18,9 19,1 17,6 17,6

11,4 19,9 15,6 8,5

14,9 14,6 12,9 13,5

12,0 19,2 14,5 7,7

14,8 14,1 12,2 12,7

11,9 17,7 13,3 7,6

14,4 14,2 12,1 12,7

Standaard 2

1 K = 28 2 1 K = 32 2 1 A = 1,5 2 1 A = 4,5 2

Tabel 5: Waardes voor de drukken en debieten bij de kantelpunten

37

debiet [l/s]

7,8

14,8 14,4 12,5 12,7

10,0 16,6 13,8 8,2

15,0 14,7 13,4 13,7

11,8 19,0 14,3 7,8

14,8 14,2 12,3 12,7

10,0 17,3 14,3 7,6

14,2 13,6 12,3 12,8

11,6 16,2 15,6 10,2

14,8 14,7 14,1 14,2

Besluiten Een eerste verschil is op te merken bij de standaardmetingen. De klep slaat op hetzelfde moment dicht maar de klep gaat iets later open bij de tweede meting. Hiervoor is niet direct een oorzaak aan te wijzen. Er moet wel opgemerkt worden dat het rooster iets meer doorhing dan bij de eerste standaardmeting aangezien het rooster slechts voor 1cm van de 7cm ingeklemd was in de voorste plank Figuur 23: Doorhangen van het rooster van de testkast (zie figuur 23). Het doorhangen werd zoveel mogelijk beperkt door de bevestiging van duct tape die in de eerste plaats aangebracht werd om de kieren zo goed als mogelijk te beperken. De volgende besluiten worden getrokken door het vergelijken van de metingen per parameter. Als men de kantelpunten van de drie uitgevoerde metingen, waarbij de lengte van de klep L als variabele beschouwd werd, vergelijkt, ziet men dat een kortere klep iets later zal dichtslaan en vroeger zal opengaan (zie figuur 24) aangezien er een groter drukverschil moet opgebouwd worden. De verklaring kan gevonden worden in het kleinere oppervlak waardoor de druk volgens de formule F = p.A een kleinere kracht op uitoefent. Door die kleinere oppervlakte zal de klep een grotere druk nodig hebben om dicht te slaan. De lengte van de klep doen afnemen en daaruit volgend haar een kleinere massa geven, zou normaal betekenen dat de klep bij een kleinere druk zou dichtslaan. Het moet echter zijn dat de grootte van het draagvlak belangrijker is dan de massa aangezien men de redenering niet kan toepassen op de massa. Een bijkomend effect van een kortere klep is het grotere debiet doorheen de opening doordat de opening onder de klep groter wordt (zie figuur 24).

Figuur 24: Lengte van de klep L

38

Een tweede parameter is de uitstroomopening van het rooster H (weerstand na het rooster). Als figuur 25 in acht genomen wordt, kan men zien dat het veranderen van de weerstand na het rooster weinig invloed heeft op de drukken en de debieten. De weerstand na het rooster is blijkbaar kleiner dan de andere weerstanden en is dus geen beperkende factor. Het enige effect dat zal optreden is een verhoging of verlaging van de snelheid bij de uitstroomopening, wat zal resulteren in een groter of kleiner tochtgevoel.

Figuur 25: Weerstand na de klep H

Wordt de weerstand onder de klep K als variabele beschouwd, kan er op basis van de redenering bij de weerstand na het rooster H gesteld worden dat deze weerstand een grotere invloed heeft t.o.v. de totale weerstand. De weerstand onder de klep K is duidelijk een grotere weerstand waardoor de ruimte (afstand) onder de klep in een kleiner interval moet liggen om de goede werking van het rooster te garanderen. De debieten liggen min of meer rond dezelfde waardes (zie figuur 26). De weerstand K zou enigszins toch wat meer invloed kunnen hebben op de debieten als de ruimte onder de klep nog meer vergroot of verkleind zou worden.

Figuur 26: Weerstand onder de klep K

39

Door de hoogte boven de klep A te laten variëren zal in het ene geval de opening boven de klep vergroten terwijl die onder de klep verkleint en voor het andere geval geldt het omgekeerde. Uit de metingen (zie figuur 27) zien we dat het debiet groter zal zijn als de opening boven de klep groter is. De totale weerstand zal echter wel kleiner zijn aangezien de klep bij een hogere druk dicht slaat. Er moet hierbij opgemerkt worden dat de instroom van de lucht onder de klep niet zo geleidelijk gebeurde als bij de originele roosters aangezien er met een L-profiel gewerkt werd in plaats van een gebogen instroomopening. Dit betekent dat in dat geval de weerstand van de opening onder de klep t.o.v. de weerstand boven de klep relatief gezien groter zal dan bij de originele roosters. Bovendien kan er opgemerkt worden dat het debiet waarbij de klep open- of dichtklapt bijna hetzelfde is. Dit is positief aangezien het de bedoeling is om het debiet zo constant mogelijk te houden.

Figuur 27: Weerstand boven de klep A

Algemeen besluit Wanneer er geopteerd wordt om enkele lengtes (L, H, K en A) aan te passen, wordt er enkel een verandering bekomen van de druk waarbij de klep omslaat en het debiet waarbij dit gebeurt. Er wordt dus slechts een ander drukverschil bekomen over het rooster wanneer de klep dichtklapt en terug openklapt maar het interval waarin dit gebeurt, varieert niet zo veel. De hysteresis blijft echter optreden. Er is één meting waarbij de hysteresis zeer klein is en dat is bij de meting met een opening boven de klep A van 4,5mm. Er is slechts een drukdaling nodig over het rooster van 0,6 Pa om de klep opnieuw te laten opengaan. Dit gaat gepaard met een zeer kleine daling van het debiet terwijl de weerstand onder de klep volledig veranderd is. Waarschijnlijk wil dit zeggen dat de weerstand boven de klep klein genoeg is zodanig dat het overgrote deel van de lucht boven de klep passeert waardoor de weerstandsverandering onder de klep niet zoveel verschil uitmaakt. Het zou dus eventueel kunnen dat de hysteresis verminderd kan worden door de weerstand boven en onder de klep op elkaar af te stemmen. Dit zou waarschijnlijk enkel de hysteresis doen verminderen. Vandaar wordt verder gezocht naar de uiteindelijke oorzaak ervan. 40

4.2.3.2 Onderzoek naar invloedsfactor 2: Wrijving

Het volgende invalspunt zal het verloop van de wrijving onderzoeken i.f.v. de hoekstand van de klep. Daarvoor zal een theoretische berekening gekoppeld worden aan metingen. 4.2.3.2.1 Theoretisch

De eerste stap die moet ondernomen worden is de berekening van de druk die in theorie vereist is om de klep in een bepaalde positie te krijgen. Hiervoor wordt uiteraard geen rekening gehouden met het wrijvend moment want dit is een onbekende factor. Het is de bedoeling om deze te bepalen. M.b.v. de inwerkende krachten die in figuur 28 (boven) weergegeven worden, kan de bewegingsvergelijking opgesteld worden: met Met

Mp = Moment t.g.v. de druk Mt = Tegenwerkend moment Mm = Moment t.g.v. de massa Mw = Moment t.g.v. de wrijving I0 = Massatraagheidsmoment = Hoekversnelling

Als we elk meetpunt berekenen wanneer de klep in stilstand is, kan de hoekversnelling gelijk gesteld worden aan nul. Zo wordt het volgende evenwicht verkregen: Figuur 28: Inwerkende krachten en momenten toegepast op de uiterst gesloten stand

Deze momenten zijn: (op dit moment is de wrijving “0” verondersteld) (1) (2)

41

Om deze momenten te berekenen, is het noodzakelijk dat volgende gegevens van de klep gekend zijn: - Het zwaartepunt van de klep zodat men weet waar de zwaartekracht aangrijpt. - De zwaartekracht Fm (rond zijn scharnierpunt). - De equivalente lengte en de oppervlakte A van de klep zodat de kracht Fp berekend kan worden die op de klep uitgeoefend wordt door de druk.

4.2.3.2.1.1

Zwaartepunt van de klep

Om te achterhalen waar de kracht F (mg) aangrijpt moet het zwaartepunt van de klep berekend worden. Daarvoor moet de totale oppervlakte van de klep berekend worden.Om het berekenen van de totale oppervlakte te vereenvoudigen wordt de doorsnede van de klep opgedeeld in 4 oppervlaktes (zie figuur 29). Dit zal de nauwkeurigheid van de berekening iets verminderen maar anders worden de berekeningen te ingewikkeld. De eerste oppervlakte bestaat uit vijf zesden van een torus. Het tweede oppervlak wordt voorgesteld door een rechthoek en voor het derde en vierde oppervlak werd voor de eenvoud een parallellogram gekozen. Bij het vierde oppervlak is op te merken dat de bovenste zijde niet volledig parallel loopt met de onderste zijde. Om dit en de afrondingen, die er reeds teveel bij geteld werden, iets te compenseren, wordt er voor de lengte van dat oppervlak de kleinste waarde (2,72mm) gekozen. Dit wordt vermeld omdat de opgemeten zijde van het oppervlak aan de rechterkant van het oppervlak iets groter is volgens de afstand bekomen uit SolidEdge. De fouten die hierbij gemaakt worden, zullen echter relatief klein zijn.

Figuur 29: Verdeling in oppervlaktes

In figuur 30 worden de opgemeten lijnen, cirkelbogen, stralen, etc., voorgesteld, die gebruikt worden voor het berekenen van de vier opgedeelde oppervlakken die zullen leiden tot het totale oppervlak.

A1 

5 ( .1,952   .0,752 )  8,482mm2 6

A2  14,25.1,2  17,100mm2 A3 

6,95 .1,2  10,309mm2 cos(36)

A4  (2,72  0,2).1,2  3,504mm2 42

Figuur 30: Bemating op de klep

Nu de verschillende oppervlaktes gekend zijn, kan de afstand tot het zwaartepunt van de volledige klep berekend worden. Daarvoor wordt het assenstelsel gekozen zoals in figuur 31.

Deze berekende waardes werden uitgezet in figuur 31. De waarde 1,4 van het eerste oppervlakje is een geschatte waarde die iets groter gekozen werd dan het gemiddelde van de stralen . Figuur 31: Zwaartepunt klep (handmatig berekend)

43

Volgens de goniometrie, kan de hoek van het zwaartepunt tot het center berekend worden, namelijk  0,901    4,45  4,5  11,577 

1  Bg tan

Dit is echter de voorstelling van de klep zoals ze gemonteerd is in bvb. de Duco80ZR. In de DucoTop60 is ze omgekeerd gemonteerd. Er zal nu een hoek gedefinieerd worden om de positie van de klep weer te geven. De hoek die daarvoor gebruikt zal worden is de hoek tussen de lange zijde van het oppervlak A1 en de verticale y-as door het center van de lagering. In rustpositie zou die hoek 4,5° bedragen. De rustpositie geeft de klepstand weer als de druk buitenshuis even groot is als binnenshuis, m.a.w. als er geen winddruk op heerst. De positie van de klep als ze volledig dichtgeklapt is, wordt gevonden met NX door de klep in die positie te laten roteren (zie figuur 32):

Figuur 32: Gesloten stand van de klep DucoTop 60

1  50 Figuur 32 toont ook dat de rotatie niet beperkt is aan het uiteinde van de klep maar door de lagering waarin de klep roteert. Dit zorgt ervoor dat er in de gesloten stand nog steeds lucht kan binnenstromen zowel boven als onder de klep. Nadat het zwaartepunt handmatig berekend werd, kon dit resultaat eens getest worden m.b.v. de software “Pro-Engineer” (zie figuur 33): xP = 1,01mm yP = 11,30mm

Figuur 33: Zwaartepunt klep (berekend met software)

Dit geeft ons de hoek van het zwaartepunt:  1,01    5,108  5,1  11,30 

1  Bg tan

Omdat de laatste waardes preciezer berekend zijn, zullen verdere berekeningen uitgevoerd worden met deze waardes.

44

4.2.3.2.1.2

Zwaartekracht Fm

De zwaartekracht wordt bepaald door het volume dat reeds berekend werd met Pro-E (zie figuur 33). De massadichtheid van de klep kan teruggevonden worden in de datasheet van de kunststof in bijlage 8. De zwaartekracht wordt dan als volgt berekend: kg 1000mm m .6,273696.10 6 m 3 . .9,81 2 3 160mm m s m Fm  (1290.39,21.10 6.9,81) N  0,05058kg.9,81 2  0,496206 N  0,50 N s Om te testen of de massa van de klep wel degelijk klopt, werden 4 kleppen van een meter gewogen. Er werd telkens een massa van 49g of 50g afgelezen dus er kan besloten worden dat de berekening goed verlopen is. Fm  Vg  1290

Om het moment te berekenen dat uitgeoefend wordt door deze kracht, is het noodzakelijk om de afstand van de oorsprong tot het zwaartepunt Lzp te berekenen a.d.h.v. de x- en ycoördinaten: Via handmatige berekening:

11,58 2  0,90 2  11,615mm  0,01162m

Via Pro-E:

11,30 2  1,012  11,345mm  0,01135m

4.2.3.2.1.3

Kracht Fp

De kracht Fp wordt berekend door het product “p.A”. De druk p zal ofwel het gegeven zijn of zal berekend moeten worden. Het oppervlak waarop de lucht zijn druk zal uitoefenen wordt handmatig berekend. Om het moment Mp te kunnen berekenen zal de huidige klep vereenvoudigd worden naar een equivalent model zoals in figuur 34. Deze klep is gelijkaardig als in figuur 28 zodat het momentenevenwicht kan toegepast worden op dit model. De klep, met het bovenstuk buiten beschouwing gelaten, wordt gezien als een dunne plaat die dicht geblazen moet worden. De equivalente dikte van deze plaat is niet relevant voor deze kracht aangezien de lucht toch geen mogelijkheid heeft om op de zijkant druk uit te oefenen. Bovendien zou deze kracht niet relevant zijn aangezien de klep enkel beweegt door een moment uitgeoefend rond de as waarrond zij scharniert. De equivalente lengte wordt berekend door elk oppervlakje van figuur 29 te delen door zijn dikte zodat elk oppervlakje een equivalente lengte krijgt. Vervolgens moeten de lengtes nog gesommeerd worden zodat men de totale equivalente lengte bekomt.

45

De richting zal voorgesteld worden vanaf de oorsprong en loopt door het zwaartepunt. o De equivalente lengte handmatig berekend:

L eq = ( l1 + l 2 + l 3 + l 4 + l 5 ) 2 2  3  Leq = 14,25  1,7.36.  7,24  2,79  0,2.45. .10 m 360 360  

L eq  25,505.10 -3 m A  L eq .L  25,505.10 -3 m.1m  25,505.10 -3 m 2 met L = Lengte van het rooster (in horizontale richting gemeten als de klep gemonteerd is) o De equivalente hoogte berekend via Pro-E:

L eq = 25,445169.10 -3 m A  L eq .L  25,45.10 -3 m.1m  25,45.10 -3 m 2

4.2.3.2.1.

Figuur 34: Vereenvoudigde voorstelling van de klep

Theoretisch (vervolg)

De lengtes en oppervlakte van de klep werden net bepaald:

0,01135m want het is berekend voor 1 meter klep Zo ook: Fm = 0,496206N Met een gegeven hoekpositie kan het moment berekend worden die nodig is om de klep in die bepaalde hoekpositie te krijgen. Dit gebeurt door de hoekpositie in te vullen in formule (1) (zie 4.2.3.2.1. en de laatste kolom uit tabel 6). In de voorlaatste kolom wordt formule (2) gebruikt voor het berekenen van de druk die hiervoor vereist zou zijn als de wrijving buiten beschouwing gelaten wordt.

46

In Excel wordt het moment berekend met de hoekpositie uit kolom 2 in radialen. De eerste 2 kolommen geven de hoekpositie van de equivalente klep weer. Als men de werkelijke positie wil weten, moet er overal 5° (afgerond van 5,1°) bijgeteld worden omdat de klep reeds over een hoek van 5° staat, vooraleer ze begint dicht te gaan (zie figuur 35). In tabel 6 wordt een overzicht gegeven van alle drukken (+ omgezet in momenten) die de klep theoretisch vereist om een bepaalde hoekpositie aan te nemen als de wrijving verwaarloosd wordt. Na de tabel volgt een rekenvoorbeeld die toegepast werd op de stand van 20°. Figuur 35: Open stand van de klep

Kolom 1 Kolom 2 Kolom 3 Kolom 4 Equivalente Werkelijke hoekpositie hoekpositie Druk [°] [rad] [°] [Pa] 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 42,5 45

0 0,04 0,09 0,13 0,17 0,22 0,26 0,31 0,35 0,39 0,44 0,48 0,52 0,57 0,61 0,65 0,70 0,74 0,79

5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 42,5 45 47,5 50

0 0,57 1,14 1,70 2,26 2,82 3,38 3,92 4,46 4,99 5,51 6,02 6,52 7,01 7,48 7,94 8,38 8,81 9,22

Kolom 5 Moment [Nm] 0 0,0002 0,0005 0,0007 0,0010 0,0012 0,0015 0,0017 0,0019 0,0022 0,0024 0,0026 0,0028 0,0030 0,0032 0,0034 0,0036 0,0038 0,0040

Tabel 6: Theoretische berekening van de druk en het moment

47

Rekenvoorbeeld (op de stand van 20°): 1. Kolom 2: Equivalente hoekpositie [rad] In radialen uitgedrukt wordt de hoek uit kolom 1: = 0,349 rad 2. Kolom 3: Werkelijke hoekpositie [°] Een stand van 20° voor de equivalente klep geeft ons in werkelijkheid een hoek van 25° [= 20° + 5°]. 3. Kolom 5: Moment [Nm] De hoek (in graden voor onderstaande berekening want berekend met GRM en voor de berekening met Excel in radialen) wordt ingevuld in formule (1):

4. Kolom 4: Druk [Pa] Via Mm kan de theoretische druk uitgerekend worden die zou nodig zijn om die hoekpositie te bekomen als de wrijving verwaarloosd zou worden. De druk wordt berekend via formule (2):



p = 4,46 Pa

f

48

4.2.3.2.2 Praktisch

4.2.3.2.2.1

Meting 1

Op de klep, waarop enkele theoretische berekeningen uitgevoerd werden, worden enkele metingen uitgevoerd. De meting bestaat uit het opmeten van de druk over het rooster die nodig is om de verschillende posities te bekomen. De posities zullen geregistreerd worden door op een plexiglazen plaatje streepjes te trekken om de tien graden. Dat plexiglazen plaatje zorgt voor het zichtbaar maken van de kleppositie. Zo kan de positie bij benadering afgelezen worden. Aangezien de hoekstand moet afgelezen worden van een lengte van 25mm zal de hoek sowieso niet perfect geregistreerd kunnen worden. Met de opgemeten drukken kan via formule (2) het moment uitgerekend worden die er praktisch nodig is om die bepaalde hoekstand te behalen. Nu kan men van zowel de theoretische berekening als van de meting een tabel opstellen met de benodigde momenten. Wanneer deze momenten van elkaar afgetrokken worden, zou het mogelijk moeten zijn om een zicht te krijgen op het wrijvingsmoment. Deze metingen hebben geen resultaat opgeleverd daar de klep in te weinig posities kon gebracht worden.

4.2.3.2.2.2

Meting 2

Voorgaande meting wordt herhaald na het aanbrengen van een smeermiddel in het gedeelte waarin de klep scharniert. Er kan opnieuw een tabel opgesteld worden zodat men kan nagaan of het smeermiddel een positieve invloed heeft op de wrijving, m.a.w. of het smeermiddel ervoor gezorgd heeft dat de wrijving verminderd is. De eerste meting (meting 2a) werd uitgevoerd met een spuitbus WD-40 zoals men kan zien op figuur 36 (links). Vervolgens werd nog een meting uitgevoerd waarbij PTFE-of teflonspray (figuur 36 rechts) gespoten werd op hetzelfde reeds geteste rooster (meting 2b).

Figuur 36: Spuitbus WD-40 en PTFE-spray

49

Verwerken van de meetresultaten De bedoeling van deze meting is uiteindelijk het bepalen van het wrijvingsmoment. Theoretisch werd eerder het moment berekend om de klep in een bepaalde positie te brengen met de volgende formule waarbij de wrijving als nul genomen werd: = Zo kon men de druk berekenen die nodig was om een bepaalde positie aan te nemen. In de praktijk zal er echter een grotere druk vereist zijn om de klep in een bepaalde positie te brengen door de wrijving. Die wrijving wordt berekend met volgende formule:

Door de wrijving kan er dus niet meer gesteld worden dat Mm = Mp. Voor de waarde van het moment uitgeoefend door de massa Mm van de klep worden de eerder theoretisch berekende waardes gebruikt. Het moment dat nodig is om een bepaalde positie te bekomen kan vervolgens berekend worden met de opgemeten drukverschillen (tweede kolom). Nu beide momenten gekend zijn, kan het verschil van beide gemaakt worden (het wrijvingsmoment). Dit is weergegeven in de laatste kolom van bijlage 9. Uitvoeren van de meting In bijlage 9 worden alle meetwaardes van de uitgevoerde metingen 1 en 2 (a en b) weergegeven. De kolommen die in het groen weergegeven worden zijn de waardes die ingevuld moesten worden in de tabel. De overige waardes worden berekend uit deze waardes. Het belangrijkste van deze metingen was de kantelpunten zo goed als mogelijk te registreren daar het correct aflezen van de hoekpositie niet altijd evident was. De drukken werden enkel genoteerd rond de kantelpunten aangezien de klep toch in dezelfde positie blijft staan. De overige drukken zijn random ingevuld om een oordeel te kunnen vellen over het wrijvingsmoment. Van de overige metingen worden slechts de meetpunten weergegeven in de tabel eronder (zie bijlage 9). De zwarte strook duidt telkens aan waar er een positieverandering van de klep waar te nemen is. Indien men wenst te rekenen met de waardes bekomen via de werkelijke positie, dan moeten er telkens 5° afgetrokken worden om te kunnen rekenen met een equivalente klep die recht is aangezien de klep in de oorspronkelijke positie reeds op 5° staat (zie ook figuur 35). Die hoek moest vervolgens nog in radialen omgezet worden zodat het Excel-werkblad de berekening kon uitvoeren.

50

Besluiten: Volgende opmerkingen gelden eigenlijk voor alle uitgevoerde metingen, maar zijn toegepast op deze invloedsfactor. De nauwkeurigheid van de operator is zeer belangrijk bij dit soort metingen aangezien het exacte moment waarop de klep zal omklappen vooraf moeilijk te voorspellen is. Bovendien klapt de klep niet steeds bij dezelfde drukval om en niet steeds naar dezelfde hoekpositie. Het is dus zeer moeilijk om vaak dezelfde “precieze” meetwaarden uit te komen. Zeker als er gewerkt zal worden met de smeermiddelen WD-40 en de PTFE-spray aangezien het smeermiddel zich waarschijnlijk niet steeds op dezelfde plaats bevindt. Het is moeilijk om die nauwkeurigheid nog te vergroten aangezien het heel normaal is dat men niet steeds perfect dezelfde drukverschillen bekomt voor dergelijke metingen met lucht bij zo’n kleine drukken. De meetwaarden zijn bovendien sterk afhankelijk van de mate van grofheid waarmee het luchtdebiet van de ventilator geregeld wordt. Vanaf dat er iets te grof bijgeregeld wordt, is de kans groot dat de klep een plotse drukstoot ondergaat waardoor de klep iets verder klapt dan de positie waarin zij zich normaal zou moeten begeven en dat zij dus een grotere waarde voor de druk zal aangeven. Dit wil niet zeggen dat deze meetmethode niet efficiënt is – zeker als men weet dat het een genormeerde meetmethode is (zie volgende paragraaf) - maar dit verklaart wel waarom er niet steeds dezelfde resultaten worden bekomen. Deze afwijking kon vooral goed aangetoond worden als er in de lagering een smeermiddel aangebracht werd. Zie vooral meting 2b. Voor het uitvoeren van de normale metingen op deze meetopstelling (= debietmetingen) is het zeker de bedoeling niet om de verschillende kantelpunten op te meten (door hun bijhorende drukverschil te registreren) maar dat het debiet opgemeten wordt voor verschillende drukverschillen die vooraf opgegeven worden (drukverschillen terug te vinden in de norm). Op deze metingen is de fout heel klein want de meetopstelling is ervoor gemaakt (genormeerd) om dat soort metingen uit te voeren. Volgende besluiten zijn toegepast voor elke afzonderlijke meting.

51

Meting 1: Rooster opgemeten in normale omstandigheden ‘Bijlage 9 (meting 1)’ toont dat de klep bij een voldoende hoge druk in één keer volledig dichtklapt terwijl zij eerst volledig open stond. Volgens de theoretische berekeningen uit tabel 6 zou de klep volledig gesloten moeten zijn bij minimaal 9,2 Pa aangezien de wrijving in de tabel verwaarloosd wordt. Volgens de metingen beweegt de klep niet continu maar in grote stappen. Dit duidt er waarschijnlijk op dat de startwaarde voor de wrijving groot is, maar dat de wrijving heel wat afneemt eens zij in beweging is. Bij een drukverschil van 7,0 Pa slaat de klep in één keer volledig dicht. Dan zou er gesteld kunnen worden dat de klep opnieuw zou willen opengaan, aangezien er theoretisch 9,2 Pa nodig is om deze dicht te houden, waarbij de wrijving nog verwaarloosd werd. De druk is echter gestegen tot 22,5 Pa na het dichtslaan van de klep en zo blijft die toch de gesloten stand aanhouden. De oorzaak van de drukstijging is te wijten aan de positieverandering van de klep die ervoor zorgt dat de weerstand van het rooster gestegen is terwijl het debiet slechts weinig gedaald is. Voor de kleine daling van het debiet tijdens het dichtklappen, wordt verwezen naar bijlage 4. De tabel onder de hoofdmeting toont aan dat de klep niet altijd perfect hetzelfde reageert, maar dat er soms ook een tussenpositie aangenomen wordt (meetpunten 0 en 00). Daar kan eveneens opgemerkt worden dat de druk een hogere waarde zal moeten aannemen om de klep volledig te doen dichtklappen als zij zich reeds in een iets meer gesloten stand bevindt. Figuur 37 geeft een voorstelling weer van de hoofdmeting uit bijlage 9 (meting 1) waarin alle hoekposities getekend zijn met hun respectievelijke drukverschil net vóór en net na het kantelpunt. De drukverschillen moeten gelezen worden van boven naar beneden. Eerst werd het drukverschil opgebouwd tot een waarde van 7,0 Pa (5°). Bij een geringe toerentalstijging van de ventilator sloeg de klep dicht om vervolgens een waarde aan te geven op de drukmeter van 22,5 Pa (50°). Na het drukverschil opgebouwd te hebben tot 100 Pa kon men het toerental laten zakken totdat men de waardes kon registreren rond het kantelpunt waarbij de klep terug openklapt. Deze drukverschillen waren 10,4 Pa (50°) net vóór het opengaan en 3,2 Pa (5°) na het opengaan .

Figuur 37: Meting 1

52

Meting 2a: Rooster opgemeten met WD-40 in de lagering In ‘bijlage 9 (meting 2a)’ zijn meerdere tussenstanden van de klep waar te nemen. Deze posities worden aangegeven door de extra meetpunten 0, 00, 000 en 0000. Blijkbaar gaat de klep vlotter naar een volgende positie met WD-40 in de lagering. Dit impliceert een verlaagde startwrijving. De hysteresis blijft echter aanwezig (22,5 Pa na het dichtgaan en 10,4 Pa vóór het opengaan). Uit de stijgende druk kon er afgeleid worden dat de startwrijving kleiner geworden is, maar bij het laten dalen van het toerental moet de druk nog steeds erg dalen vooraleer zij openklapt. Het probleem is dus nog steeds niet opgelost. De tabel onder de hoofdmeting in bijlage 9 (meting 2a) geeft nog enkele andere metingen weer. Daaruit is af te leiden dat de klep zich soms bij een hogere of lagere druk naar een meer gesloten stand begeeft. Dit heeft waarschijnlijk te maken met de grofheid van het regelen van de ventilator want bij meting 1 uit deze tabel werd bvb. iets harder gedraaid dan bij de andere meting. Die grofheid zal ook gedeeltelijk een reden zijn waarom er soms een tussenpositie meer of minder te vinden is. Een andere reden hiervoor kan ook de ongelijkmatige verdeling van het smeermiddel in de lagering zijn voor de verschillende metingen doordat het smeermiddel zich verplaatst door het draaien van de klep of door het drukken van de lucht. Het zou ook kunnen liggen aan de onregelmatige stroming in het atelier zodat de lucht soms iets minder vlot het rooster binnenstroomt. A.d.h.v. al deze mogelijke oorzaken voor de moeilijk repeteerbare, onnauwkeurige metingen kan er besloten worden dat het zeer moeilijk is om perfect dezelfde meting te herhalen (vooral wanneer er een smeermiddel in de lagering gebracht wordt). Figuur 38 toont een gelijkaardige voorstelling als in figuur 37, maar voor meting 2a.

Figuur 38: Meting 2a

53

Meting 2b: Rooster opgemeten met PTFE-spray in de lagering ‘Bijlage 9 (meting 2b)’ is één van de vele metingen die uitgevoerd werden op het rooster behandeld met PTFE-spray in de lagering. Aangezien er opnieuw veel verschillende overgangspunten gevonden werden bij het herhalen van de meting, werden deze niet allemaal genoteerd. Zo sloeg de klep vanuit de beginpositie soms naar een stand van 15°, 19° of 22°. Dit bevestigt nogmaals ofwel de dynamische invloed van de luchtstroming voor de kast ofwel de onregelmatigheid van de PTFE-spray in de lagering, die niet op dezelfde plaats blijft zitten tijdens het manoeuvreren van de klep. Als de meetwaarden vergeleken worden met meting 2a waarbij de bus WD-40 gebruikt werd, kunnen dezelfde besluiten toegepast worden op deze meting met dit verschil dat er onregelmatigere waardes bekomen dan meting 2a. Dit zou te wijten kunnen zijn aan het vuil die zich in de lagering begint op te stapelen.

Figuur 39: Meting 2b

Algemeen besluit: Uit de metingen 2 a en b kan afgeleid worden dat de klep iets vlotter van positie verandert als er een smeermiddel aangebracht wordt in de lagering. Daarmee is echter het probleem van de hysteresis nog niet opgelost. Het enige probleem die zou kunnen opgelost worden door het verminderen van de wrijving is de stijging van het aantal meetpunten tussen de open en gesloten stand van de klep (zie onderzoeksvraag). Aangezien de hysteresis het voornaamste probleem is van deze eindverhandeling, wordt een volgende invloedsfactor onderzocht, namelijk de wringing van de klep in het rooster.

54

4.2.3.3 Onderzoek naar invloedsfactor 3: Wringing

Principe De gedachte achter deze invloedsfactor is dat de klep wel eens verwrongen zou kunnen zitten in de lagering doordat de klep slechts in 3 punten (voor 1 meter) scharniert. Daardoor kan er vervorming optreden als de belasting (de druk) te groot is t.o.v. de stijfheid (elasticiteitsmodulus) van de klep. Dit zou tot gevolg kunnen hebben dat de klep in de gesloten stand (positie van 50°) opgespannen kan zitten door de vervorming. In figuur 40 (boven) wordt een bovenaanzicht van de klep getoond met de aanwezige krachten, nl. aan de bovenkant de reactiekrachten in de lagering en aan de onderkant de heersende druk. Als de elasticiteitsmodulus en/of de dikte van het rooster klein genoeg zou zijn of de heersende druk zodanig groot, dan zou het vervormingspatroon uit figuur 40 (onder) kunnen optreden zodat de klep vervormd in de lagering zit bij de gesloten stand. Dit zou betekenen dat de druk veel meer moet zakken om de klep opnieuw open te doen gaan.

Figuur 40: Bovenaanzicht van de klep met aangeduide krachten (boven); vervormingspatroon van de klep (onder)

55

Indien het vervormingspatroon gekend dient te zijn, dan is het noodzakelijk dat de elasticiteitsmodulus en het oppervlaktetraagheidsmoment berekend worden. Berekening van de doorbuiging A. Elasticiteitsmodulus De elasticiteitsmodulus werd bepaald via de driepuntsbuigproef op de trekbank “Instron 3345” in de KHBO te Oostende. Er werden 6 proefstaafjes opgemeten waarvan de elasticiteitsmodulus door de software op drie verschillende manieren (zie (*), (**) en (***) bij tabel 7) berekend werd (voor de berekening kan de software bij Instron geraadpleegd worden). De dikte en breedte van het proefstaafje werden ook genoteerd. Eigenlijk moesten de afmetingen meerdere keren opgemeten worden zodat de effectieve waarde beter benaderd kan worden met behulp van een boxplot. Dit werd toch niet uitgevoerd aangezien een benadering van de elasticiteitsmodulus voldoende is. De waardes worden weergegeven in tabel 7. meting

dikte [mm]

breedte [mm]

E (*) E (**) E (***) [N/mm²] [N/mm²] [N/mm²]

1

1,21

13,19

3694

3064

3688

2 3 4 5 6

1,18 1,18 1,18 1,15 1,17

13,43 13,33 13,40 13,38 13,40

3503 3927 3969 3906 3937

2963 3358 3685 3253 3276

3400 3810 3915 3664 3834

Tabel 7: Elasticiteitsmodulus van de kunststof gebruikt voor de klep berekend via 3 methodes

(*) (**) (**)

Automatic Young’s E-modulus Automatic

Er zal telkens gerekend worden met de waardes van het worst-case scenario, de waardes die de grootste doorbuiging zouden opleveren. Voor de elasticiteitsmodulus werd gekozen voor de kleinste waarde ( E = 3000 N/mm² ≈ 2963 N/mm²). E=

3000

[N/mm²]

56

B. Oppervlaktetraagheidsmoment Het oppervlaktetraagheidsmoment zal ook niet perfect berekend worden, maar wordt berekend met een symbolische waarde van 1 mm4. Deze symbolische waarde is véél kleiner dan het effectieve oppervlaktetraagheidsmoment. Dit betekent dat de berekening volstaat indien de doorbuiging klein genoeg is met deze gekozen waarde. C. Belasting Nu de elasticiteitsmodulus en het oppervlaktetraagheidsmoment vastgelegd werden, kan de doorbuiging bijna berekend worden. Het enige wat nog gecontroleerd moet worden is de gelijkmatigheid van de belasting op de verschillende plaatsen van de klep. Duwt de lucht op elk punt van het rooster even hard? Om dit te controleren wordt een snelheidsmeting uitgevoerd op verschillende plaatsen net vóór het rooster. De meting gebeurde met de Testo 435 met als voeler de vleugelradsonde met een diameter van 16mm. Er werd gemeten door de meter horizontaal te verplaatsen op ongeveer 10 verschillende punten en verticaal op slechts 2 posities door de beperkte opening van 23mm. Voor de bovenste meting werd de bovenkant van de voeler tegen de bovenkant van de opening gehouden en voor de onderste meting werd de onderkant van de voeler tegen de onderkant geplaatst. Aangezien er in horizontale richting geen significant verschil op te merken was, werd hier geen onderscheid in gemaakt. De luchtsnelheid moest opgemeten worden bij drukken die hoog genoeg waren zodat het verschil van de luchtsnelheid op de verschillende plaatsen genoeg opvalt. In tabel 8 worden de meetwaardes weergegeven. Druk [Pa] 23 50 100

Totaal [m/s] Min Max Min Max Min Max

0,9 1,2 1,4 1,5 1,7 2,2

Bovenkant Onderkant [m/s] [m/s] 0,9 1,1 1,4 1,5 1,8 1,9

1,0 1,2 1,4 1,5 2,0 2,1

Tabel 8: Luchtsnelheid

57

Besluit: Er werd vastgesteld dat er meer lucht binnenkomt aan de onderkant dan aan de bovenkant van de instroomopening. Dit ligt waarschijnlijk aan de gebogen instroomrand onder de klep die de lucht rechtstreeks naar de opening onder de klep geleid waardoor de lucht daar een vlotte doorgang krijgt. De lucht in de bovenliggende lagen zal iets moeilijker weg kunnen omdat het grootste deel van de lucht min of meer loodrecht naar boven afgebogen moet worden doordat de klep de rechtstreekse stroming naar de uitgang van het rooster belemmert. Zoals er horizontaal geen verschil te merken was, is het verschil in verticale richting ook zeer klein. D. Berekening van de doorbuiging Nu alle gegevens bekend zijn, kan de doorbuiging berekend worden. De berekening gaat door voor een ligger op 2 steunpunten. Als de doorbuiging klein genoeg is voor deze voorstelling, zal die ook klein genoeg zijn op een ligger met 3 of 4 steunpunten (= 3 of 4 koppelstukken) voor een lengte van 1 meter (zie figuur 41).

Figuur 41: Plaatsing van de koppelstukken met 'lagering' (Duco, s.d.)

De voorstelling wordt opnieuw in het slechtste geval gekozen waarbij er tussen twee steunpunten een afstand van 50cm gekozen wordt (zie figuur 42) die op zich een grote waarde is. Dus als de doorbuiging op deze voorstelling voldoende klein is, moet die niet meer gecontroleerd worden voor de opstelling met 3 of meer steunpunten. Zo zal ook het oppervlaktetraagheidsmoment niet perfect moeten berekend worden als de doorbuiging klein genoeg is met die symbolische kleine waarde van 1mm4.

Figuur 42: Gekozen afmetingen voor de berekening

58

D.1. Reactiekrachten Er moeten twee reactiekrachten gezocht worden in de steunpunten, nl. R1 en R2. De reactiekrachten worden berekend via het krachten- en momentenevenwicht rond het rechtse steunpunt. De doorbuiging werd berekend voor een druk van 20 en 100 Pa. R1 + R2 – p.A = 0 0,5R1 – p.A.0,25 = 0 p = 20 Pa:

=> R1 = 0,254N

=> R2 = 0,254N

p = 100 Pa:

=> R1 = 1,27N

=> R2 = 1,27N

D.2. Doorbuiging Met de vorige waardes wordt de T-, M-, α- en y (=doorbuigings)-lijn opgesteld. plaats:

0mm

250mm

750mm

T:

-p.Leq.x

… R1

… R2

… R1 (x – 0,25)

… R2 (x – 0,75)

… - R1 (x – 0,25)

… - R2 (x – 0,75)

EIα:

…-

…-

EIy:

…-

M:

(x – 0,25)² –

…-

(x – 0,75)² –

(1) (2)

De waarde C1 wordt berekend met vergelijking (1) voor de positie x = 500mm aangezien daarvoor geldt: α = 0. De waarde C2 wordt berekend met vergelijking (2) voor de positie x = 250mm aangezien daarvoor geldt: y = 0. De doorbuiging wordt maximaal op de plaatsen x = 0mm; x = 500mm en x = 1000mm. De doorbuiging zal gelijk zijn waar x = 0mm als op de plaats x = 1000mm dus deze waarde moet slechts éénmaal berekend worden. De doorbuiging wordt berekend voor p = 100 Pa. => x = 0m:

y = -6,6.10-8 m

=> x = 0,5m: y = 4,4.10-8 m Besluit Deze verplaatsingen zijn verwaarloosbaar en zullen bijgevolg geen probleem vormen. Het is dus ook overbodig om het oppervlaktetraagheidsmoment nauwkeuriger te berekenen. 59

4.2.4

Analyse van de meetopstelling

Aangezien er reeds veel energie gestoken werd in het onderzoek op het rooster, werd ervan uitgegaan dat het probleem betreffende de hysteresis daarvan niet afkomstig is. Daarom wordt het onderzoek in een volgende fase toegespitst op de testopstelling en de meetmethode. Is die wel juist? De controle gebeurt in de eerste plaats door een uitgevoerde meting theoretisch te analyseren. Daarvoor wordt o.a. gebruik gemaakt van de simulatiesoftware FloEFD. Ten tweede werd de meetmethode vergeleken met de situatie die zich voordoet in werkelijkheid. Is er dan ook hysteresis waarneembaar?

4.2.4.1 Theoretische analyse van een uitgevoerde meting op de testopstelling (met simulatie)

De bedoeling van deze paragraaf is om met behulp van de meetwaarden bekomen uit de verschillende metingen het verschijnsel theoretisch te onderbouwen. Via die theorie wordt getracht een beter inzicht te verwerven omtrent de hysteresis. Aangezien er reeds verschillende metingen uitgevoerd werden op het DucoTop60-rooster, zal er daarvan één meting uitgekozen moeten worden. Er wordt geopteerd om de theorie te baseren op de standaardmeting die uitgevoerd werd bij invloedsfactor 2 (wrijving). De debieten zijn echter niet gekend bij deze meting, maar richtwaarden werden reeds aangegeven bij eerdere metingen. Zo is te zien dat het debiet lichtjes daalt wanneer de klep dichtslaat en omgekeerd dat het debiet lichtjes stijgt als de klep opengaat. De meetresultaten zullen enerzijds geanalyseerd worden aan de hand van de ventilator- en weerstandskarakteristieken en anderzijds via een vloeisimulatie.

60

Voorstelling

Figuur 43: Ventilatorkarakteristiek met verschillende weerstandskarakteristieken

In figuur 43 wordt de werking van de testopstelling voorgesteld aan de hand van ventilator en weerstandskarakteristieken. Links wordt de situatie voorgesteld wanneer enkel de posities “volledig open” en “volledig dicht” waar te nemen zijn. Die posities worden voorgesteld door de 2 weerstandskarakteristieken. Deze zijn uiteraard anders voor beide posities aangezien er een andere weerstand optreedt voor de lucht die het ventilatierooster moet doorstromen. Rechts wordt de situatie enkel voorgesteld voor stijgende druk, maar met een tussenpositie: bij de verschillende metingen werden soms tussenposities waargenomen voor de klepstand. Die tussenpositie(s) uiten zich in tussenliggende weerstandskarakteristiek(en). De stippellijn toont aan waar de klep dichtklapt of opengaat. Die situaties (opengaan en/of dichtgaan van de klep) doen zich voor bij een bepaald toerental van de ventilator. De ventilatorkarakteristiek blijft dus dezelfde aangezien het dichtklappen of opengaan zich voordoet bij een bepaald toerental. De lijn wordt in stippellijn getekend omdat alle posities (weerstanden) ertussen niet waargenomen kunnen worden, de klep verspringt namelijk van positie. Daarmee wordt bedoeld dat er tussen de posities geen meetwaardes geregistreerd kunnen worden aangezien die positie niet statisch waar te nemen is op de meetopstelling. Figuur 43 verklaart waarom het debiet weinig daalt als de klep dichtslaat, terwijl het drukverschil over het rooster sterk stijgt. Omgekeerd zal bij het opengaan van de klep het drukverschil een opmerkelijke daling ondergaan terwijl het debiet lichtjes zal stijgen. Die druk- en debietverschillen hangen dus af van zowel de ventilator- als de weerstandskarakteristieken. Bij deze figuur moet echter wel opgemerkt worden dat de ventilator –en weerstandskarakteristieken schetsen zijn van de werkelijkheid, de weerstand zou bijvoorbeeld even goed een heel stuk hoger of lager kunnen liggen. De schetsen worden enkel gebruikt om een verklaring te vinden voor de variërende debieten en drukverschillen bij de kantelpunten.

61

Besluit: Deze theoretische voorstelling toont aan waarom het debiet en de bijhorende drukverschillen over het rooster stijgen of zakken bij beide omslagpunten. Er werd dus meer kennis verworven over de relatieve waarde van de meetresultaten, maar men weet nog steeds niet waarom de klep plots dichtslaat en waarom ze niet bij dezelfde druk opengaat zoals ze dichtgeklapt werd. Daarom wordt de theoretische voorstelling nog wat uitgebreider besproken met behulp van de figuren 44, 45, 46 en 47, die hopelijk wat meer inzichten bieden. Voorstelling (vervolg) De meetresultaten zullen nu voor elke situatie voorgesteld worden op een figuur met behulp van weerstanden, debieten en drukken. Deze voorstelling zou vergeleken kunnen worden gebruik makend van elektrische weerstanden, elektrische stromen en spanningsvallen. Er zullen 4 situaties voorgesteld worden, nl. beide situaties rond het omslagpunt van het dichtgaan van de klep en het opengaan van de klep. Zo krijgen we onderstaande situaties met een voorbeeld van wat de druk (standaardmeting invloedsfactor 2) en het debiet (zie bijlage 10) ongeveer is voor elke situatie:    

Situatie 1: Net voor het dichtgaan Situatie 2: Net na het dichtgaan Situatie 3: Net voor het opengaan Situatie 4: Net na het opengaan

7,0 22,5 10,4 3,2

Pa Pa Pa Pa

21 l/s 20 l/s 14 l/s 14,5 l/s

Nu volgt een voorstelling van elke situatie waarbij de klep voorgesteld wordt in het zwart en de opening in het wit. De grootte van de pijlen geeft het debiet weer relatief gezien voor de vier situaties t.o.v. elkaar. Die zal bij het dichtgaan van de klep groter zijn (= grotere pijlen) dan voor het opengaan (= kleinere pijlen). In de eerste voorstelling werd reeds aangegeven waarom het drukverschil over het rooster en het debiet groter of kleiner wordt bij het omslaan. Situatie 1: Net vóór het dichtgaan

Figuur 44: Situatie 1: Net voor het dichtgaan

De klep blijft in de startpositie staan totdat de druk groot genoeg is om die te doen omslaan. Op het ogenblik dat de klep net wil dichtslaan heerst er een druk p 1 over het rooster waardoor er een bepaald debiet Q1 door het rooster stroomt. De weerstand die het rooster op dat moment bezit is R1, de kleinste weerstand. 62

Situatie 2: Net na het dichtgaan

Figuur 45: Situatie 2: Net na het dichtgaan

Op het moment dat zij net dichtgeslaan is, wordt het rooster doorstroomt door een debiet dat iets kleiner is dan het debiet net voor het dichtslaan van de klep. Voor de verdere redenering eenvoudig te houden wordt het debiet gelijk genomen voor de voorstelling. Door de dichtgeklapte klep is de opening onder de klep kleiner geworden. Dit heeft een vergroting van de weerstand tot gevolg. De druk p2 zal een grotere waarde aannemen aangezien het debiet (min of meer) gelijk gebleven is en de weerstand groter geworden is. Volgens de eerder geziene formule p = R.Q afgeleid van de formule uit de elektriciteit U = R.I wordt het drukverschil dan groter. Situatie 3: Net voor het opengaan

Figuur 46: Situatie 3: Net voor het opengaan

Het opengaan van de klep gebeurt bij een kleiner debiet Q2 dan het dichtklappen ervan. De weerstand net voor het opengaan is uiteraard dezelfde als situatie 2 waarbij zij net dichtgeklapt is. De druk p3 zal opnieuw een andere waarde aannemen door het kleinere debiet waarbij zij opengaat. Situatie 4: Net na het opengaan

Figuur 47: Situatie 4: Net na het opengaan

Wanneer de klep net opengeklapt is, neemt de druk een waarde p 4 aan die nog kleiner is dan de vorige waarde aangezien de weerstand opnieuw kleiner geworden is, nl. de weerstandswaarde R1 van de beginpositie. Het debiet Q2 blijft gelijk.

63

Besluit: Tijdens het dichtklappen van de klep, verandert er blijkbaar weinig aan het debiet dat door het rooster stroomt. Aangezien de opening verkleind wordt tijdens het dichtslaan, zal de lucht dus een grotere snelheid krijgen terwijl die door de opening stroomt. Daarvoor kan de formule Q = A.v aangewend worden. Hierin stelt A de oppervlakte voor van de totale opening waardoor de lucht kan stromen. Die opening omvat dus zowel de opening boven als onder de klep. De grootte van de opening boven de klep blijft gedurende het volledige proces constant. Wanneer de klep dichtgeklapt is, is de opening onder de klep ongeveer even groot als deze boven de klep. De lucht lijkt echter een meer vloeiende weg te kunnen afleggen door de opening onder de klep door zijn gebogen instroomopening onder de klep (zie figuur 48). De gedachte dat de lucht waarschijnlijk vlugger onder de klep zal stromen met een grotere snelheid in combinatie met de schuine stand van de klep zal er waarschijnlijk voor zorgen dat er veel meer kracht uitgeoefend wordt op de top van de klep dan op de rest van de klep. Dit zou uiteindelijk moeten resulteren in een groter moment aangezien de kracht die zich op de top van de klep uitoefent een grotere lastarm heeft dan de kracht die de druk uitoefent op het gedeelte dichter bij de ‘lagering’. Als deze veronderstelling zou kloppen, dan zal het debiet moeten zakken om de klep opnieuw te laten opengaan aangezien dit de snelheid en dus de kracht op het uiteinde van de klep zal doen verkleinen. Als deze veronderstelling juist is, dan zou dit mogelijk de reden van de hysteresis kunnen verklaren. Om na te gaan hoe de lucht nu effectief zal stromen, Figuur 48: Gesloten stand van de klep kunnen enkele simulaties uitgevoerd worden. In de simulaties (Solid Edge) moeten beide standen gesimuleerd worden waarbij telkens het juiste drukverschil over de klep gezet wordt. Nu kan er gecontroleerd worden wat de krachten op de klep zijn voor de verschillende posities; vooral op het uiteinde van de klep aangezien er verondersteld wordt dat daar een essentiële verandering zal optreden van de kracht. Opmerking: Deze uitleg werd gebaseerd op het feit dat de klep ofwel open ofwel dicht staat. Voorgaande uitleg zou echter ook kunnen toegepast worden op bvb. de begintoestand, een tussenstand en de eindstand van de klep of met nog meerdere tussenstanden aangezien deze situaties zich ook soms voordoen. Om de redering eenvoudig te houden wordt dit niet gedaan. De simulatie zal nu volledig beschreven worden voor de 4 belangrijkste posities van één meting met dezelfde meetwaarden die eerder beschouwd werden.

64

Simulatie 1. Simulatieprofiel: Om de uitwerking van de druk als kracht op de klep waar te nemen voor de verschillende situaties wordt de kracht berekend op 7 verschillende posities zodat duidelijk te zien is hoe de positieverandering van de klep een invloed heeft op de krachtwerking. Op figuur 49 zijn de verschillende oppervlakken zichtbaar waar de kracht berekend wordt. De software waarmee de berekening uitgevoerd werd is FloEFD en wordt ondersteund door ondermeer Pro-Engineer en SolidWorks. De simulaties gebeuren door het rooster op te stellen in een box met twee ruimtes waarvan elke ruimte een bepaalde druk meekrijgt. De opgelegde randvoorwaarden zijn de drukverschillen uit de meting (7 Pa; 22,5 Pa; 10,4 Pa en 3,2 Pa). De box die gebruikt wordt, was reeds vooraf gedimensioneerd door NV Duco aangezien er reeds debietmetingen gesimuleerd werden met die software. De dimensies van de box zijn 660 x 500 x 300mm. Bijlage 11 toont het vooraanzicht van de box (660 x 500) met de aangelegde mesh (zie verder). Om de rekentijd te beperken, wordt de simulatie slechts uitgevoerd over een breedte van het rooster van 2cm. Deze breedte werd reeds eerder onderzocht in NV Duco en bleek voldoende te zijn om tot een representatieve simulatie te komen.

Figuur 49: Verschillende oppervlakken van de klep waar kracht op berekend wordt in de simulatie

Om een geschikte te simulatie te bekomen is het noodzakelijk dat de mesh (zie figuur 50) ongeveer 200.000-250.000 cellen bevat. Daarvoor werden twee fijnere meshes gebruikt met een kleinere celgrootte, nl. rond de klep zelf en waar de lucht het rooster verlaat. Aan de randen van het rooster wordt automatisch al een iets kleinere mesh gekozen, maar niet zo klein als de 2 meshes die handmatig ingesteld werden. Er wordt voor de 4 situaties een tabel opgesteld waarin de 7 krachten terug te vinden zijn. In de tabel wordt ook telkens de maximale snelheid en het debiet doorheen het rooster weergegeven.

Figuur 50: Mesh in het rooster

65

2. Resultaten: De screenshots van de resultaten van de simulatie zijn terug te vinden in bijlage 11. Alle gegevens werden echter samengevat in 4 tabellen (tabel 9, tabel 10, tabel 11 en tabel 12) om een goed overzicht te krijgen van de verschillende krachten. Daarna volgt een overzicht van de verschillende stromingssimulaties voor de 4 situaties (zie figuur 51, figuur 52, figuur 53 en figuur 54). De krachten werden opgeteld en werden eveneens vergeleken met de krachten die theoretisch op de klep heersen volgens het product F = p.A waarbij voor de oppervlakte A de equivalente lengte van de klep gekozen werd zoals in invloedsfactor 2, nl. Leq = 25,45.10-3m. De breedte van de klep was 0,02m aangezien de simulatie slechts uitgevoerd werd voor een breedte van 2cm zodat A = Leq.0,02 . De optelsom en het product p.A zijn terug te vinden onderaan tabel 9, tabel 10, tabel 11 en tabel 12. 1) Gegevens samengevat in een tabel Situatie

P

hoekstand

vmax

Qberekend

[Pa]

[°]

[m/s]

[l/s]

Plaats op klep waar kracht wordt berekend Voorkant

1

7,0

5

4,1

31,5 Achterkant

1 2 3 4 5 6 7

Fres .10-6 [N] 487 132 31 188 1696 892 345

Totaalgesim

3771

Totaalberek

3562

Tabel 9: Resultaat van de simulatie voor situatie 1: klep net niet dicht

Situatie

P

hoekstand

vmax

Qberekend

[Pa]

[°]

[m/s]

[l/s]

Plaats op klep waar kracht wordt berekend Voorkant

2

22,5

50

6,9

23,7 Achterkant

Tabel 10: Resultaat van de simulatie voor situatie 2: klep net dicht

66

1 2 3 4 5 6 7

Fres .10-6 [N] 165 2 180 694 6549 3484 1358

Totaalgesim

12432

Totaalberek

11450

Situatie

P

hoekstand

vmax

Qberekend

[Pa]

[°]

[m/s]

[l/s]

Plaats op klep waar kracht wordt berekend Voorkant

3

10,4

50

4,4

15,9 Achterkant

1 2 3 4 5 6 7

Fres .10-6 [N] 76 1 82 314 2993 1594 623

Totaalgesim

5683

Totaalberek

5293

Tabel 11: Resultaat van de simulatie voor situatie 3: klep net niet open

Situatie

P

hoekstand

vmax

Qberekend

[Pa]

[°]

[m/s]

[l/s]

Plaats op klep waar kracht wordt berekend Voorkant

4

3,2

5

2,7

21,4 Achterkant

Tabel 12: Resultaat van de simulatie voor situatie 4: klep net open

2) Simulatie van de stromingen met hun maximale snelheid:

Figuur 51: Beeld van de simulatie voor situatie 1: klep net niet dicht

67

Fres .10-6 [N]

1 2 3 4 5 6

226 59 15 86 780 415

7

161

Totaalgesim

1742

Totaalberek

1628

Figuur 52: Beeld van de simulatie voor situatie 2: klep net dicht

Figuur 53: Beeld van de simulatie voor situatie 3: klep net niet open

Figuur 54: Beeld van de simulatie voor situatie 4: klep net open

68

3. Samenvatting resultaten Snelheid Een eerste aspect dat opvalt is de verandering van de snelheid die zowel boven als onder de klep bijna met de helft stijgt (bij het dichtgaan van de klep) of daalt (bij het opengaan van de klep). Deze resultaten kunnen niet vergeleken worden met eerder gedane metingen. Debiet Het debiet daalt of stijgt veel meer dan verwacht. Bovendien zijn de waardes voor het debiet niet gelijk aan de gemeten waardes. Uit de laatste kolom van tabel 13 is te zien dat het debiet van situatie 2 en 3 het opgemeten debiet het beste benaderen. Situatie 1 2 3 4

p

Qgemeten

Qsimulatie

PA

[Pa]

[l/s]

[l/s]

%

7 22,5 10,4 3,2

21 20 14 14,5

31,5 23,7 15,9 21,4

33,3 15,6 11,9 32,2

Tabel 13: Samenvatting debieten

Krachten In figuur 55 wordt een overzicht gegeven van de krachten die berekend werden op de verschillende oppervlakken voor de 4 situaties.

Figuur 55: Samenvatting van de krachten

69

4. Besluiten Snelheid De snelheid stijgt zowel boven als onder de klep. Het debiet is nochtans veel meer gedaalt dan er uit de meting voortkwam. Zo werd er verondersteld dat het debiet bij benadering gelijk bleef. Bij het dichtslaan van de klep zakt het debiet noemenswaardig maar de snelheid onder en boven de klep is toch gestegen. De hypothese kan dus nog steeds doorgaan aangezien die ondersteund werd door de stijging van de snelheid onder de klep bij het dichtslaan. Debiet De reden waarom het debiet zoveel verschilt van het opgemeten debiet valt niet direct te verklaren. Het debiet in situatie 1 is echter veel kleiner dan de gesimuleerde situatie. Ofwel ondervindt de opstelling in de praktijk nog veel meer invloeden (zoals bvb. een te grote weerstand tussen de testkast en de ventilator). Krachten Nu kan de vooropgestelde hypothese onderzocht worden. Er werd namelijk verondersteld dat de druk relatief gezien veel meer kracht uitoefent op het onderste gedeelte dan op het bovenste gedeelte in de gesloten toestand waardoor het moment veel groter wordt aangezien de lastarm groter is. Bij situatie 2 en 3 zien we echter dat de kracht op het bovenste gedeelte van de klep (dicht bij het center) relatief veel groter is dan het onderste gedeelte. Dit is volledig het tegenovergestelde van wat vooropgesteld werd. Na het uitvoeren van deze simulatie, kwam men bovendien tot de vaststelling dat de hypothese eigenlijk niet klopte. De kracht op de klep wordt eigenlijk niet bepaald door de dynamische druk en dus ook niet door de snelheid, maar enkel door de statische druk! Er zal dus naar een andere oorzaak gezocht moeten worden. Dit wordt geprobeerd door de testopstelling uit te spelen tegen de situatie die zich voordoet in werkelijkheid.

70

4.2.4.2 Praktische analyse van de meetmethode

Het is de bedoeling om het verschil tussen de testopstelling en de realiteit beter te begrijpen. Daarom werden beide situaties geschetst in figuur 56 en figuur 57. Bij de testopstelling is het proces afhankelijk van de ventilator. De ventilator stelt een bepaald debiet in. Afhankelijk van het debiet dat door het rooster passeert en de positie van de zelfregelende klep in het rooster nemen de drukken bepaalde waardes aan. Bij de theoretische analyse werd Figuur 56: Situatie van de testopstelling reeds eerder ondervonden dat het debiet min of meer constant blijft wanneer de klep dichtslaat of terug opengaat (zie theoretische analyse van een uitgevoerde meting op de testopstelling: voorstelling). In realiteit steunt het principe op de heersende druk p1 die zich voor het rooster bevindt ofwel het luchtdebiet dat afkomt van vóór het rooster. De druk p1 zal variëren als gevolg van de onregelmatigheid van de wind. De druk p1 zal dus verre van continu verlopen zoals de metingen die uitgevoerd werden op de testopstelling, aangezien er steeds gewacht Figuur 57: Situatie in werkelijkheid wordt tot de druk gestabiliseerd is. Zo komt de wind in realiteit vaak op en gaat ze ook vlug weer liggen. Dit zal later nog bevestigd worden door een filmpje. Het debiet doorheen het rooster reageert hier dus als functie van de wind die zich voor het rooster bevindt. De wind is afkomstig van een druk p1 en dus van het totale luchtdebiet vóór het rooster waarvan een deel wel en een deel niet door het rooster stroomt. De klep reageert dus niet ten gevolge van dezelfde drijfveer bij de testopstelling t.o.v. de realiteit.

71

4.2.4.2.1 Meetopstelling

In eerste instantie werden er bedenkingen gemaakt bij de meetmethode. Bij de huidige meetmethode werd er telkens gemeten door lucht aan te zuigen doorheen het rooster. Daarbij werd het atelier als buitenomgeving beschouwd en de testopstelling als binnenruimte. Om die luchtstroming te creëren worden aan de ventilator 2 leidingen bevestigd. Eén leiding mondt uit in het atelier en de tweede leiding wordt aangesloten op de testkast en zuigt lucht aan vanuit het atelier doorheen het rooster, doorheen de testkast en vervolgens door de ventilator tot de lucht in de tweede leiding terechtkomt en de lucht opnieuw in de omgeving geblazen wordt. Vroeger werden er reeds vragen gesteld bij de meetmethode en werd er getest wat er gebeurde als er lucht geblazen werd door het rooster in plaats van die aan te zuigen. Daarvoor werd het rooster in de voorste plank omgedraaid en werden er enkele leidingen verwisseld via een omschakelmechanisme (zie figuur 58) zodat de ventilator nu lucht naar de testopstelling toe blaast in plaats van er aan te zuigen. Tevens werd er een meting uitgevoerd op de testopstelling om het verschil te zien bij een meting waarbij respectievelijk een grote of kleine flens gebruikt wordt. Deze 3 metingen op een DucoTop 60-rooster zijn te zien in bijlage 10.

Figuur 58: Voorstelling voor het aanzuigen (boven) en blazen van lucht door het rooster (onder)

72

Probleem: De bedenking die gemaakt wordt bij de meetmethode is in welke mate dit vergeleken kan worden met de realiteit. Wanneer de testopstelling met als meetmethode ‘lucht aanzuigen’ vergeleken wordt met de situatie in werkelijkheid, heeft dit het grote verschil dat de lucht doorheen het rooster aangezogen wordt in plaats van die er door te blazen zoals in werkelijkheid gebeurt. Bij de testopstelling met als meetmethode ‘lucht blazen’ kan de opmerking gemaakt worden dat alle lucht doorheen het rooster moet passeren. In realiteit gaat er een gedeelte door het rooster en een ander gedeelte neemt een andere weg in de omgeving. Mogelijke oplossing: Er wordt gepoogd een meting uit te voeren die de realiteit zoveel mogelijk benaderd. Het voorstel is om de huidige testopstelling te behouden en een leiding van de ventilator te verleggen zodanig dat die lucht zal blazen op het rooster vanuit de omgeving; in die zin dat de opstelling blijft bestaan zoals er aangezogen wordt. Het rooster moet dus niet omgedraaid worden. Het probleem van deze meting zal de ventilatorkarakteristiek zijn. Aangezien er met een dergelijke ventilator met klein vermogen geblazen wordt, zal de klep niet (voldoende) reageren op de luchtstroming. De weerstand van het rooster is te groot t.o.v. de capaciteit van de ventilator. De meest eenvoudige oplossing zou zijn om een grotere ventilator of meerdere kleine ventilators aan te kopen of te huren. Dit werd echter niet gedaan omdat het een dure oplossing leek, er wordt dus geopteerd om zich te behelpen met de middelen die zich in het bedrijf bevinden. Er zal gebruik gemaakt worden van dezelfde ventilator, maar na de leiding die vertrekt vanaf de ventilator zal een kleine kast gebouwd met geperforeerde plaat. Die kast moet zorgen voor een drukopbouw door de vergrote weerstand van de omgeving. Nu kan er reeds lucht door het rooster geblazen worden, maar het is de bedoeling dat niet alle lucht door het rooster moet passeren. Als oplossing wordt er in de kast een vaste wand vervangen door een scharnierende wand zodat er een variabele opening gecreëerd wordt vóór het rooster. Deze bypass, parallel met de roosteropening (weerstand R1), wordt voorgesteld door de weerstand R2. Weerstand R2 stelt eigenlijk de weerstand voor t.o.v. de omgeving. Zo is aan beide eisen voldaan, namelijk het feit dat niet alle lucht door het rooster zal stromen en dat er lucht door het rooster geblazen zal worden zoals de drijfveer in de realiteit (wanneer het rooster bijvoorbeeld in een gevel geplaatst wordt).

73

Meting Er werden twee metingen uitgevoerd door twee verschillende openingen (of weerstanden), hetzij (1) de dikte van de kabel van de lamp zoals in figuur 59 zonder de duct tape(ca. 1 cm), (2) de hoogte van de tape die plat gelegd werd zoals in figuur 60 (ca. 5 cm)

Figuur 59: Constructie voor het plaatsen van de ventilator voor de testopstelling

Figuur 60: Gecreërde omgevingsweerstand R2 vóór het rooster

De drukmeting die uitgevoerd moest worden was opnieuw deze over het rooster. Daarvoor werden 4 parallelle leidingen (zie figuur 60) aangebracht vóór het rooster om opnieuw een preciezere meetwaarde te bekomen (cf. 4 parallelle leidingen bij de testopstelling zelf). De drukval over het rooster wordt berekend door van deze druk de druk na het rooster af te trekken. Dit drukverschil wordt vanzelf opgemeten door de verschildrukmeter.

Figuur 61: Zicht in de kast vóór het rooster met geperforeerde plaat (rechts)

Als er in de kast gekeken wordt, is duidelijk merkbaar dat er eveneens een geperforeerde plaat in bevestigd wordt (zie figuur 61) voor het gelijkrichten van de stroom zodat de snelheid min of meer overal gelijk is door het rooster.

74

Meetwaardes In tabel 14 worden (opnieuw) enkel de drukverschillen weergegeven rond de kantelpunten. In het linkerdeel worden de meetwaardes getoond van meting (1) en in het rechterdeel van meting (2). Wanneer de tape rechtop gezet werd, kon er over het rooster slechts een drukval van 1,4 Pa gerealiseerd worden. Vandaar dat de leiding van de ventilator aangesloten werd op een kast zodat er voldoende druk opgebouwd kan worden. Zonder kast zou de omgevingsweerstand R2 nog veel kleiner geweest zijn t.o.v. de weerstand R1 van het rooster en zou de te behalen drukval over het rooster eveneens veel kleiner geweest zijn.

Ventilator voorop (1) Kleine opening

(2) Grotere opening

Druk p [Pa]

Druk p [Pa]

Meting 1 2

Stijgend 6,8

Dalend 2,6

18,3 7,0

7,0 2,8

18,5

7,1

Meting 1 2 3

Stijgend 6,3 14,2 5,9

Dalend 2,4 6,0 2,8

14,5 6,0

6,4

14,4

6,4

2,8

Tabel 14: Meetwaarden 'ventilator voorop'

Verklaring van de meetwaarden uit tabel 14: In de volgende paragraaf wordt eerste en vooral nog eens uitgelegd waarom de omgevingsweerstand R2 zo groot moet zijn; maar belangrijker nog wordt uitgelegd waarom de drukverschillen bij stijgende druk uit tabel 14 zoveel verschillen. Alles wordt verklaard met volgende formule:

Daarbij wordt alle weerstand na het rooster verwaarloosd. Beide situaties kunnen voorgesteld worden door volgend evenwicht waarbij q1 het debiet door het rooster voorstelt en q2 het debiet door de bypass.

Voor alle metingen slaat de klep dicht bij ongeveer dezelfde drukval over het rooster, nl. tussen 6 en 7 Pa. Als de klep open is, bekomt men een even grote weerstand voor beide situaties en een gelijke drukval. Het debiet q1 zou dus identiek moeten zijn door beide roosters.

75

Direct na de omslag van de klep stijgt de drukval door de vergrote weerstand. Dit wordt weergegeven in tabel 14 door de drukverschillen die in het rood aangeduid zijn. Doordat de bypass in situatie 2 veel groter is, zal het debiet q2 ook veel groter zijn. In situatie 2 is het debiet q1 gelijk als in situatie 1 maar het debiet q2 is groter. De ventilator zal dus een groter debiet q (= q1 + q2) moeten leveren om de klep te doen omslaan. Tijdens het omslaan van de klep, wordt de weerstand van het rooster R1 vergroot. Aangezien het debiet q constant blijft tijdens het omslaan (het toerental van de ventilator verandert niet) zal de verhouding q1/q2 dalen door de verandering van de verhouding R1/R2. Doordat de verhouding R1/R2 veel groter is in situatie 2 zal ook de verhouding q 1/q2 veel lager zijn en bijgevolg is het drukverschil over het rooster ook kleiner. Besluit Uit de metingen kan geconcludeerd worden dat er een kleinere hysteresis bekomen wordt als de bypass (R2) groter is (= kleinere weerstand). Indien de bypass nog vergroot zou worden, zou de sprong in het drukverschil nog moeten verkleinen. Aangezien een filmpje aantoont dat er geen sprong is in werkelijkheid, is het mogelijk dat de weerstand R2 zeer klein is wat nogal logisch is, aangezien er in de werkelijkheid eigenlijk één grote bypass over het rooster staat want er staat geen kast voor die de druk moet opbouwen. Wat niet uit het oog verloren mag worden is het feit dat de luchtstroom zich in werkelijkheid over een veel breder oppervlak uitstrekt en niet slechts uit die ene leiding komt waarmee er getest wordt. Het is logisch dat de lucht die uit die ene leiding komt, zich vlug overal rond wil verspreiden en vlugger het rooster wil ontwijken door zijn grotere weerstand. In werkelijkheid zal dit niet onmiddellijk zo zijn doordat de lucht ook weerstand ondervindt van de omringende lucht die met ongeveer een gelijke snelheid op een woning blaast. In onze meting was het enkel de lucht die uit de leiding komt die een grote snelheid bezit. De meting gebeurt dus iets correcter op deze methode doordat de sprong reeds kleiner wordt, maar er is nog steeds hysteresis te merken aan de meetwaarden. De hysteresis werd echter verkleind dus kan er voortgebouwd worden met het onderzoek over de ‘testopstelling als mogelijke oorzaak van de hysteresis’.

76

4.2.4.2.2 Realiteit

Het plaatsen van een grote ventilator voor de testopstelling zou een volgende logische stap in dit onderzoek zijn. Zo is er geen kast nodig voor het rooster om de druk op te bouwen en wordt de lucht gelijkmatiger naar het rooster toe geblazen in plaats van uit één enkele leiding met een doorsnede van ongeveer 20-30cm. Daarvoor moet ofwel de gehele opstelling ergens getransporteerd worden naar een locatie waar een dergelijk grote ventilator te vinden is of er moet een grote ventilator gehuurd worden. Daarnaast zou men ook graag weten hoe de klep precies reageert in werkelijkheid. Er bestaat echter nog wat twijfel over het reageren van de klep in werkelijkheid. Wordt daar ook hysteresis opgemerkt? Eerder werd al opgemerkt dat de wind vlug opkomt maar ook even vlug weer gaat liggen. Daarom is het interessant om er een videocamera bij te nemen voor de volgende metingen.

77

1e fase Doel + werkwijze In een eerste fase werd slechts nagegaan hoe de klep reageert in werkelijkheid. Dit werd mogelijk gemaakt door een zeer eenvoudige test, nl. door een rooster in een plank te bevestigen en na te gaan hoe de klep reageert op de wind. Tevens wordt dezelfde verschildrukmeter als bij de testopstelling over het rooster gezet. De leiding wordt eveneens loodrecht op de stroming gericht (zie figuur 62) zoals bij de testopstelling. Figuur 62: Meting in realiteit (fase 1)

Besluit:

Er is te zien dat de klep soms vlug open en dicht gaat, maar dat zij op bepaalde tijdstippen ook enkele seconden blijft open of dicht staan. De druk over het rooster ondergaat eveneens snelle schommelingen. Wat opvalt is dat de druk bijna nooit de grens van 10 Pa overschreden heeft. Bij de meting op de testopstelling slaat de klep echter dicht bij ongeveer 7 Pa en geeft bij de gesloten stand 20 Pa en meer aan. Wanneer de wind inwerkte op het rooster sloot en opende de opening reeds tussen de 4 en 6 Pa. Soms zijn er ook tussenstanden waar te nemen. De vraag is nu of dit door het dynamische effect komt dat de wind vlug opkomt maar even vlug ook weer gaat liggen en zo trillingen opwekt die de klep reeds eerder doet dichtklappen of is het te wijten aan de klep die in werkelijkheid reeds dichtslaat tussen 4 en 6 Pa? Blijkbaar is dus bijna geen hysteresis op te merken. En wat gebeurt er (relatief gezien) met het debiet bij het omschakelen van de klep? De eerste meting levert een volledig ander inzicht op het openen en sluiten van de klep en wekt vooral veel vragen op. Vandaar dat er nog meer metingen op uitgevoerd zullen worden (zie fase 2).

78

2e fase Doel + werkwijze In de volgende fase werd een stap verdergegaan en was het de bedoeling om eveneens het debiet in de meting te betrekken. Misschien wordt er dan wel meer duidelijkheid geschept want er wordt een andere situatie verkregen dan bij de testopstelling. De klep opent als gevolg van een andere drijfveer. Zoals eerder gezegd wordt er bij de testopstelling een bepaald debiet aangezogen en in realiteit wordt er een bepaald debiet opgeblazen van vóór het rooster. Bij de testopstelling verkregen we een lichte daling van het debiet als de klep dichtsloeg maar dit ging wel gepaard met een grote drukstijging. Aangezien de klep zich steeds geopend en gesloten heeft tussen 4 en 6 Pa, vraagt men zich af wat er in dit interval gebeurt met het debiet. Er zou verwacht worden dat het debiet sterk daalt wanneer de klep dichtslaat aangezien er geen opmerkelijke drukstijging te zien is. Om dit te testen werd diezelfde plank met het daarin getapete rooster opnieuw buiten geplaatst. De bedoeling was om op hetzelfde moment zowel de druk, het debiet (relatief gezien) als de klepstand te kunnen waarnemen. Er wordt opnieuw een filmpje van gemaakt zodat het beeld makkelijk gepauzeerd kan worden. Op die manier kan er voor elke drukval nagaan worden in welke positie de klep zich bevindt en welk debiet erdoor stroomt. Voor het debiet zou een debietmeter na het rooster geplaatst moeten worden die voldoende snel reageert op veranderingen in de stroming. Omdat Figuur 63: Volledige opstelling met plaatsing van de druk- en snelheidsmeter NV Duco niet beschikt over een debietmeter voor dergelijke lage debieten, zal er een luchtsnelheidsmeter gebruikt worden van het type Testo 425 met een luchtsnelheids-/temperatuursonde. Aangezien het volstaat om het relatieve verloop van het debiet te kennen, is het niet nodig om het debiet uit te rekenen, maar volstaat het om de snelheden in het doorstromingsoppervlak met elkaar te vergelijken. Om de luchtsnelheidsmeter te plaatsen wordt dezelfde box als bij de meting uit invloedsfactor 2 (zie figuur 59 en 60) na het rooster geplaatst (zie figuur 63 en 64). Nu kan de snelheidsmeter eenvoudig in de opening geplaatst worden (zie figuur 64). Dankzij deze box kan de druk na het rooster opnieuw nauwkeuriger gemeten worden dankzij vier parallelle punten met elkaar te verbinden.

79

Er moet wel opgemerkt worden dat de luchtsnelheidsmeting waarschijnlijk zal naijlen t.o.v. het tijdstip dat de klepstand en het drukverschil waargenomen wordt. De mate van naijling zal ongeveer nagegaan kunnen worden naargelang de snelheid van de lucht. Figuur 64: Bevestiging luchtsnelheidsmeter

Meetwaarden Tabel 15 geeft een overzicht van enkele meetwaarden uit één bepaald deel van de filmpjes omdat de klep in dat gedeelte van het filmpje vaak open en dicht ging. Tijd 0:29 0:30

Klepstand Snelheid [m/s] Dicht Open

1,36 1,39 1,35 1,37 1,54 1,58 1,40 1,44 1,43 1,42 1,47 1,19 1,13 1,36 1,28 1,19 1,33 1,41 1,47 1,42 1,41 1,50

0:34 0:36 0:38 0:40

Dicht Open Dicht Open

0:42 Dicht 0:44

0:46

Op/d Open

0:49 0:50 Dicht

Drukval [Pa] 7,7/7,3 6,9 6,3/6,1 5,8 6,2 6,6/6,3 5,9 6,8 6,6/6,3 5,6 5,5/6,3 6,4/5,5 5,7 5,6/6,0 6,4 6,2 5,1 4,5/5,3 5,2/5,1 4,3 3,9 3,8

Tabel 15: Snelheids- en drukmeting en klepstand

80

Besluiten Deze tijdsspanne in het filmpje omvat meetwaarden met een drukverschil tussen 3 en 8 Pa. In dat interval wordt de klep zowel dicht- als opengeklapt. Als de drukken vergeleken worden met de klepposities zijn er enkele tegenstrijdigheden te zien. Zo is de druk soms kleiner bij een gesloten positie dan bij de open positie, hetgeen men niet zou verwachten. Vandaar kan de vraag gesteld worden of de meetmethode om de drukken op te meten wel juist is. Zo kan het zijn dat de drukmeting naijlt op de registratie van de klepstand zoals ook de meting van de snelheid. Die meting zou normaal een seconde moeten naijlen aangezien de afstand van de meter tot het rooster ongeveer een meter bedraagt en de snelheden zich situeren tussen 1 en 1,6 m/s. Ook hier zijn enkele tegenstrijdigheden te zien bij de metingen. Uit deze meting kan er besloten worden dat het niet veel zou opbrengen om metingen uit te voeren in de buitenlucht. Deze meting heeft echter wel aangetoond dat de klep ongeveer rond dezelfde drukval open- als dichtgaat en dat er verschillende tussenposities mogelijk zijn. Dit zou betekenen dat de hysteresis niets te maken heeft met het rooster, maar met de testopstelling en/of meetmethode. In een volgende fase zal een min of meer identieke methode aangewend worden die ervoor moet zorgen dat de metingen beter registreerbaar zijn.

81

3e fase Doel + werkwijze Door de nogal chaotische metingen in de buitenlucht werd er toch teruggevallen op een meting met ventilator. De meting die zal uitgevoerd worden is deze die reeds geïnsinueerd werd om uit te voeren maar dan zonder een testkast erachter (zie 4.2.4.2.2. Realiteit). De meting gebeurt dus niet zoals in de normen vermeld wordt. De reden om de testkast eerst achterwege te laten, is omwille van de grote weerstand waarvoor de testkast zorgt. In een volgende fase zal de invloed van de testkast na het rooster toch eens moeten nagegaan worden.

Figuur 65: Meetopstelling (fase 3)

De meetopstelling die gebruikt zal worden is dezelfde plank met rooster zoals in de 1 e fase waarvoor een grote ventilator geplaatst wordt (zie figuur 65). Die ventilator werd ter beschikking gesteld door de KHBO. Het voordeel ervan is dat de wind redelijk goed benaderd kan worden ten opzichte van de meting met de kleinere ventilator in NV Duco waarbij een kleine kast voor het rooster gemonteerd moest worden om de klep toch te kunnen dichtklappen. Bovendien kon het debiet geregeld worden via een frequentieomvormer zodat verschillende meetpunten gerealiseerd konden worden (in vergelijking met de realiteit). Zo was het niet nodig om er een filmpje van te maken aangezien het debiet opnieuw handmatig kan ingesteld worden in vergelijking met de Figuur 66: Meting van het drukverschil en de klepstand metingen die buiten gebeurden. Een bijkomende aanpassing aan de opstelling is de plexiglazen zijkant van het rooster in combinatie met het rooster die iets naar voor geplaatst werd t.o.v. de plank zodat de klepstand duidelijk te volgen is (zie figuur 66). De meting die uitgevoerd werd bestond uit een registratie van de frequentie van de frequentieomvormer (die een relatieve indicatie geeft van het debiet die de ventilator stuurt), het drukverschil over het rooster en een foto van de klepstand. Bijkomstig werden nog enkele filmpjes gemaakt zodat men ook kan zien wat er gebeurt als het debiet vlug op- en afgebouwd wordt.

82

Voor alle duidelijkheid worden hieronder enkele gegevens weergegeven over de testopstelling zodat de meting eventueel nog kan gereconstrueerd worden: - Afmetingen van de windtunnel (zie figuur 67): o De inwendige doorsnede van de windtunnel bedraagt 1,34 x 1,33m (gebouwd met planken van 2 mm dik). o De totale lengte van de windtunnel is afgerond zo’n 10,5m. Het inlaatkanaal heeft een lengte van 3m. Daarna wordt de ventilator geplaatst. Zo’n Figuur 67: Windtunnel 1,4m na de ventilator bevindt zich de gelijkrichter met een lengte van 1m en het uitlaatkanaal heeft een lengte van 4,5m. - Afmetingen van het meetschot Het meetschot waarin het rooster bevestigd is heeft een oppervlakte van 150 x 92mm. Het rooster bevindt zich op 57,5cm van de onderkant en staat dus verticaal niet volledig gecenterd. - Ventilator- en motorgegevens: De gegevens van de motor worden getoond in figuur 68 a.d.h.v. het kenplaatje van de motor. De karakteristiek van de ventilator van het merk “Revcor” kan niet teruggevonden worden, maar werd opgemeten door Juliaan Bossuyt (zie figuur Figuur 68: Kenplaatje van de motor 69). Het maximale toerental dat behaald kan worden door de ventilator zonder enige weerstand ervoor te plaatsen is 684 tr/min (Bossuyt, J., 2011).

Ventilatorkarakteristiek REVCOR Druk (Pa)

150 100 50

Statische opvoerdruk Totale opvoerdruk

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12

Debiet (m³/s) Figuur 69: REVCOR ventilatorkarakteristiek

83

- Afmetingen van de gelijkrichter (zie figuur 70): De gelijkrichter bestaat uit verschillende holle balken die naast en op elkaar gestapeld werden. Het patroon waarin de verschillende onderdelen gestapeld worden is 6 x 6 volgens de doorsnede van de windtunnel. Elk element heeft een doorsnede van 222 x 220mm en een lengte van 1m zoals eerder vermeld. Om de kwaliteit van het gelijkrichten na te gaan werd de windsnelheid op het eind van de windtunnel gemeten op 16 Figuur 70: Zicht in de windtunnel (achterkant) verschillende punten bij drie verschillende frequenties. De afstanden van de meetpunten worden weergegeven in figuur 71.

Figuur 71: Afstanden van de meetpunten t.o.v. de rand van de windtunnel

Opmerking 1: De windtunnel is op 10 cm boven de grond geïnstalleerd en het meetschot op 5 cm van de grond dus de wind die niet door het rooster zal stromen, kan zowel langs de zijkanten, als onder en boven het meetschot passeren. Dit zal ook geïllustreerd worden door de verhoogde snelheden aan de zijkanten van de windtunnel (zie figuur 72).

84

Opmerking 2: De drukval werd eerst opgemeten door respectievelijk één leiding vóór het rooster en één na het rooster te plaatsen. Deze leidingen moeten de druk overbrengen naar de drukmeter. De eerste testmeting op deze meetopstelling werd opgemeten met de drukmeter weg van de windtunnel zodat de tweede opening van de drukmeter de omgevingsdruk registreert. De drukmeter werd dus eerst niet in de luchtstroming bevestigd zoals in figuur 66. Wanneer de leiding losgekoppeld werd van de drukmeter, kon er opgemerkt worden dat er niets veranderde aan de drukmeting. Dit zou betekenen dat de druk na het rooster gelijk is aan de omgevingsdruk. Daarna werd de drukmeter eens opgesteld in de luchtstroming zoals in figuur 66 met als bedoeling om foto’s te nemen van de hoekstand terwijl gelijkertijd het drukverschil kan afgelezen worden. Eveneens kon men waarnemen dat er geen verschil in druk waarneembaar is en dus werd deze leiding er niet meer aan bevestigd. Aangezien er geen verschil is betekent dit waarschijnlijk dat de drukmeter hoog genoeg hangt om de omgevingsdruk te registreren en niet de druk vóór het rooster.

Figuur 72: Windsnelheden voor 16 meetpunten bij 10Hz, 15Hz & 20Hz

85

In figuur 72 worden de windsnelheden voor de drie opgemeten frequenties weergegeven. De talloze verschillen kunnen toegewezen worden aan de by-pass rondom het rooster die niet overal even groot is (en andere onregelmatigheden). Bovendien is de snelheid bij de vier centrale punten niet overal even groot. Algemeen kan dus besloten worden dat de gelijkrichter niet volledig aan de verwachtingen voldoet. Indien deze meetmethode later nog gebruikt zou worden, zullen er zeker wijzigingen aangebracht moeten worden om dit te verbeteren. Meetwaarden Tabel 16 biedt een overzicht van de drukken die waargenomen werden bij de verschillende frequenties. De kolom “stijgend” heeft de drukverschillen weer waarbij de frequentie opgedreven werd van 4 tot 33 Hz en de kolom “dalend” geeft de drukverschillen weer van 33 tot 4 Hz. Chronologisch moet de tabel dus gelezen worden startend met de kolom “stijgend” van boven naar onder en men eindigt met de kolom “dalend” van onder naar boven zoals de pijlen aangeven. Frequentie [Hz] 4 6 8 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 28 30 33

Drukval [Pa] Stijgend 0,8

Dalend 0,8-0,9

1,0 1,1 1,3 1,5 1,8 2,1 2,1-2,2 2,4-2,5 2,8-3,0 2,4-3,3 2,7-3,1 3,2-3,5 3,4-3,8 3,7-4,3 4,1-4,5 4,8-5,2 4,6-5,4 5,1-6,5 5,3-6,6 7,2-8,1

0,9-1,0 1,2 1,2-1,3 1,7-1,8 1,7-2,0 2,0-2,4 2,5-3,0 2,6-3,3 3,1-3,8 3,8-4,5 4,2-5,6

7,2-8,1

Tabel 16: Meting met ventilator voorop voor zowel stijgende als dalende druk

86

Besluiten Deze meting heeft duidelijk aangetoond dat de klep ook open- en dichtgaat wanneer de druk geleidelijk aan opgebouwd wordt. Dit in vergelijking met de testopstelling waarbij de klep meestal in één keer dichtklapt. Blijkbaar is er dus toch iets mis met de meetmethode want bij deze meting waren meerdere standen van de klep zichtbaar (zie figuur 73) en gaf de drukmeter bij zowel het stijgen als dalen van de frequentie een identieke drukval weer. De hysteresis is hier dus (bijna?) volledig verdwenen. Vandaar dat er in een volgende meting gecontroleerd moet worden wat er gebeurt met de klep als er een testkast achter geplaatst wordt; aangezien dit het enige verschil is met de oorspronkelijke meting. Indien er met de testkast achter het rooster geen tussenstanden en/of opnieuw hysteresis te merken is in de grafiek, is het héél waarschijnlijk dat de testkast de problemen veroorzaakt bij de meting op de genormeerde testopstelling.

Figuur 73: Klepstand bij stijgende druk voor 4Hz (linksboven), 15Hz (rechtsboven), 19Hz (linksonder), 22Hz (rechtsonder)

87

4e fase De vierde fase bestaat uit een grondige besluitvorming van de uitgevoerde metingen op de nieuwe meetopstellingen (1e t.e.m. 3e fase). Zoals eerder vermeld is het de bedoeling om als volgende stap een ventilator te plaatsen vóór de genormeerde testopstelling van Duco. Want het is de bedoeling om te achterhalen vanwaar de hysteresis afkomstig is op hun testkast. Daarvoor kunnen aan de huidige testkast enkele aanpassingen uitgevoerd worden. Om de meting te kunnen uitvoeren werd er door de R&D-manager S. Verbrugge van Duco beslist om een ventilator aan te schaffen die op zijn minst het nodige debiet, die nog berekend moet worden, kan leveren om de klep te doen dichtgaan. Dit moet mogelijk zijn zonder de bevestiging van een kast vóór het rooster die instaat voor de drukopbouw (zie 4.2.4.2.1.: Meetopstelling: mogelijke oplossing). Door de omvang van de ventilator is het de bedoeling dat er een stevig chassis gebouwd wordt voor de ventilator. Tevens is het de bedoeling dat de ventilator, zoals de proefstand in de KHBO, aangestuurd wordt m.b.v. een frequentieomvormer zodat het debiet in kleine stapjes kan opgebouwd worden. Deze frequentiesturing is reeds beschikbaar bij Duco maar bij gebrek aan tijd kon deze installatie en daaruit volgende meting niet meer uitgevoerd worden. Het vervolg van deze verhandeling zal bestaan uit het onderzoek naar een nieuwe meetopstelling en/of meetmethode waarbij verschillende accenten gelegd zullen moeten worden. Voor het bouwen van deze nieuwe testopstelling werd advies ingewonnen van het gerenommeerde adviesbureau Peutz, gevestigd in Mook [NL]. De persoon die instond voor het nodige advies, is Ing. H.M. Bruggema. Op het einde van het gesprek werd volgende conclusie getrokken omtrent de te bouwen testopstelling. De klep moet in kleine stapjes kunnen bewegen zoals in de 3e fase. In vergelijking met de huidige testopstelling moet het debiet ook opgemeten kunnen worden voor andere posities van de klep en niet enkel zoals in de huidige situatie bij de open en gesloten stand. Om dit te bereiken zal de testopstelling grondig moeten aangepast worden. In de volgende paragraaf worden de randvoorwaarden vastgelegd voor het bouwen van een nieuwe meetopstelling.

88

Randvoorwaarden voor een nieuwe meetopstelling: - Er zou een windtunnel gebouwd moeten worden zoals in de KHBO die ervoor zorgt dat de lucht gelijkgericht wordt zodat de turbulentie, die gecreëerd wordt net na de ventilator, geëlimineerd wordt. De lucht zal iets beter gelijkgericht moeten worden dan de meting die uitgevoerd werd in de KHBO aangezien er grote snelheidsverschillen optraden in de windtunnel, maar de optimalisatie van het gelijkrichten zal verder onderzocht worden door het adviesbureau Peutz. - De weerstand die de lucht ondervindt na het rooster moet zoveel mogelijk gereduceerd worden. Dit kan gerealiseerd worden door rekening te houden met volgende aspecten: o De mogelijkheid om de testkast groter of kleiner uit te voeren met als bedoeling de weerstand te verminderen. o Het uiteinde van de testkast kan uitgevoerd worden door een meer gebogen vorm in plaats van de vlakke plaat (loodrecht op de stroming) zodat de lucht een kleinere weerstand ondervindt om de testkast te verlaten voordat het zijn weg verder naar zet naar de meetflens toe. Bovendien kan de meetflens dichter na de testkast geplaatst worden zodat de lengte van de leidingen beperkt kan worden en zo ook de weerstand doet verminderen. Zoals bij de huidige meetopstelling kan er ook een tweede leiding aangesloten worden, parallel t.o.v. de eerste meetflens, die instaat voor het opmeten van de kleinere debieten. Het afsluiten van één van de twee leidingen kan eventueel nog wat geoptimaliseerd worden. o Bij de gekalibreerde meetflens in de huidige meetopstelling wordt het debiet opgemeten door een diameterverkleining. Dit zorgt voor een grote weerstand. Vandaar dat het beter is om het debiet op te meten met een andere methode waarbij de lucht door een grotere opening kan stromen. De voorgestelde methode door Ing. H.M. Bruggema is het gebruik van een meetkruis (zie figuur 74). Hierbij worden twee geperforeerde buisjes kruisvormig in een buis gemonteerd. Door die gaatjes zal opnieuw een druk kunnen opgemeten worden (in de buisjes). Het meetkruis kan bijgevolg gekalibreerd Figuur 74: Meetkruis worden zoals de huidige meetflens en krijgt zo een “K”en “n”-factor toegekend waardoor het debiet berekend kan worden. Het voordeel t.o.v. de vorige methode is de sterk verminderde weerstand voor de luchtstroming.

89

- Er bestaat ook discussie over het opmeten van het drukverschil (over het rooster) bij de huidige meetopstelling. Zou het niet beter zijn deze op te meten met een pitotbuis (zie figuur 75)? Hierbij wordt de statische druk opgemeten in de buitenste buis. Aangezien het niet echt nodig is om de stuwdruk (= dynamische druk + statische druk) te weten kan de opening van de holle buis gesloten worden. Eigenlijk wordt er dan een meting bekomen die berust op Figuur 75: Pitotbuis (Hogeschool Zuyd, s.d.) hetzelfde principe als de meting die in de huidige testopstelling uitgevoerd wordt, maar misschien is deze methode wel nauwkeuriger? Dit zou eens uitgetest kunnen worden. Bij de huidige meetopstelling wordt het drukverschil over het rooster opgemeten door vier parallelle leidingen na het rooster te plaatsen. Bij de nieuwe testopstelling zal de druk vóór het rooster moeten opgemeten worden omdat het debiet ditmaal gerealiseerd wordt door een overdruk vóór het rooster (doordat de ventilator nu blaast vanuit de windtunnel) in plaats van de gecreëerde onderdruk na het rooster bij de huidige meetopstelling (door het aanzuigen van lucht door de ventilator). - Bovendien zal er een bijkomstig onderzoek gestart worden door adviesbureau Peutz waarbij er nog enkele testen gedaan zullen worden om de meest geschikte parameters te bekomen. Zo kunnen de afmetingen van de testopstelling gewijzigd om bijvoorbeeld de weerstand te doen verminderen of de lucht anders te doen stromen. De afstand van de windtunnel tot de testopstelling kan nog gewijzigd worden zodanig dat de gecreëerde bypass verkleind of vergroot wordt. De afmeting van de voorste zijde van de testopstelling kan hier ook een grote rol in spelen. De bypass moet zodanig ontworpen worden dat er zeker een drukval van 25 Pa kan opgebouwd worden over het rooster. Het is niet meer nodig om een drukval van 100 Pa op te bouwen aangezien er niet meer gemeten wordt volgens de norm. De keuze voor het bereik van 25 Pa is gerelateerd aan het interval waarin de invloed op de energie in een gebouw het meest bepalend is, dit interval komt in werkelijkheid het vaakst voor.

90

4.3

Ontwerp

Dit hoofdstuk behandelt enkele (mogelijke) aanpassingen aan het rooster. De aanpassingen worden voorgesteld als oplossing voor de optredende hysteresis die men kan waarnemen in de grafiek zonder de uiteindelijke oorzaak van de hysteresis te kennen. De hoofdidee achter deze mogelijke oplossingen is het inbouwen van een “massa-veerdemper” in het rooster zodanig dat de veer helpt meeduwen met het eigen gewicht van de klep tijdens het dalen van de druk. Het meeduwen van een veer is vereist omdat de klep te laat begint te zakken tijdens het dalen van de druk. De veer zou dan bijvoorbeeld het mogelijke (start)wrijvingsmoment mee kunnen helpen overwinnen. Door deze extra veerkracht zal de klep natuurlijk lichter uitgevoerd moeten worden om dezelfde verplaatsing te krijgen bij één bepaald moment. Hierna worden enkele mogelijke oplossingen, die reeds uitgewerkt werden door Duco, voorgesteld. Het eerste voorstel is een ontwerp dat gecreëerd is door 2k-spuiten of 2-component-spuitgieten. Dit is een systeem dat berust op het principe dat er met 2 mallen één product gemaakt worden. In dit geval maakt de eerste mal 2 kunststofdelen uit hetzelfde materiaal en de tweede mal zorgt voor de rubberen bevestiging van beide delen. Deze rubberen bevestiging moet voor het verend effect zorgen. Deze techniek zorgt er dus voor dat er met één bewerking een product gemaakt wordt uit 2 of meer verschillende Figuur 76: Vering in de klep soorten kunststof. Deze klep zou in rustpositie ongeveer in dezelfde hoekpositie hangen als de huidige zelfregelende klep. De reden waarom dit niet doorgevoerd werd, was dat de klep bij bepaalde drukken begon te klapperen bij de inbouw in een woning. In vergelijking met het huidige ontwerp valt op te merken dat er hier geen by-pass te vinden is boven de klep aangezien de volledige klep scharniert. Het tweede voorstel bestond eruit om het veertje voorbij het scharnierpunt te monteren maar wel heel dicht bij het center. Aangezien het veertje een kleine lastarm heeft, kan voor de veerconstante een relatief grote veerconstante gekozen worden. Op figuur 77 is eveneens een extra deel zichtbaar dat gespoten werd bij het bevestigde rubbertje. Het ene deeltje zorgt voor de bevestiging van het rubbertje en het andere deeltje zorgt ervoor dat de klep in de normaalstand staat d.m.v. extra massa. Het nadeel van dit ontwerp was de hoge kostprijs aangezien er een volledig nieuw koppelstuk ontworpen moest worden en dit niet alleen voor dit type maar voor alle types waarin een ZR te vinden is. 91

Figuur 77: Vering bij het scharnierpunt

Wanneer dit ontwerp vergeleken wordt met de recente opstelling, kan men zien dat de klep in de normaalstand reeds onder een hoek staat voor de open stand (±45°). De klep zal vervolgens de stand van 0° benaderen voor de ‘gesloten’ stand. Dit staat in contrast met de huidige opstelling waarbij de klep zich van 5° naar 50° begeeft. A.d.h.v. de beperkingen van de vorige ontwerpen en enkele nieuwe inzichten kunnen de eisen voor het nieuwe ontwerp opgesteld worden. Deze fase in het ontwerp wordt het plannen genoemd.

Plannen Vertalen van de vorige gebreken naar de gestelde eisen voor het verbeterde ontwerp  Mag niet klapperen maar mag ook niet te traag reageren (gepaste demping)  Makkelijk toe te passen op alle bestaande roosters (lage kostprijs)  Veerkracht aangepast aan de momenten die optreden bij de verschillende drukken (gepaste veerconstante)  Moet gemaakt kunnen worden via (2k-)spuitgieten of coëxtrusie (makkelijk realiseerbaar) afhankelijk van het ontwerp Op basis van deze eisen werd gebrainstormd over enkele concepten voor een nieuw ontwerp (= concipiëren).

Concipiëren Er wordt gestreefd om de huidige opstelling zo weinig mogelijk aan te passen zodat de kostprijs niet al te sterk stijgt. Daarom is het de bedoeling om enkel het koppelstuk en de veer aan te passé. Het vervolg bestaat uit het schetsen van enkele ideeën en de beslissingsmatrix met de vooren nadelen. Schetsen Voor de eerste schetsen werd ervoor gekozen om een vering te bevestigen aan het koppelstuk zodat er niet veel veranderd moet worden aan de huidige opstelling. Dit betekent ook dat de opening boven de klep kan blijven bestaan. Die opening, die waarschijnlijk het klapperen veroorzaakte, was niet aanwezig bij het reeds uitgewerkte voorstel 1.

92

Idee 1 bestaat uit een sikkelvormige bevestiging. Het voordeel ervan is dat het contactpunt tussen de veer en de klep laag kan aangrijpen. Dit duidt op een langere lastarm waardoor er een rubber met een grotere veerconstante gekozen kan worden. De vraag blijft natuurlijk of er niet teveel vermoeiing zal optreden waardoor zij andere vormen zal aannemen en of de demping correct zal gebeuren.

Figuur 78: Idee 1

Het tweede idee bestaat uit een ingewikkelde constructie waarbij men gebruik wil maken van een metalen spiraalveertje. Dat veertje zou in een dun hol buisje bevestigd moeten worden voor de stabiliteit. De veerconstante is constanter van een metalen veertje dan van een rubberen bevestiging en bovendien treedt er in de meeste gevallen minder vermoeiing op. Het nadeel van deze inbouwwijze is natuurlijk de vele problemen die kunnen optreden. Is dit idee praktisch wel realiseerbaar? Is er bijvoorbeeld ruimte genoeg? Hoe moeten alle onderdeeltjes met elkaar verbonden worden? Zal het plaatje dat zorgt voor het contact met de klep vlot genoeg langs de klep glijden als die zich naar een andere positie beweegt?

Figuur 79: Idee 2

93

Idee 3 is een simpele uitvoering waarbij de vering uitgevoerd wordt zoals in voorstel 1 maar ditmaal niet in de klep. Er wordt een aparte vering voorzien die drukt tegen de klep. Het contactoppervlak zal klein zijn aangezien er a.h.w. op een punt geduwd wordt. Hierdoor zal eveneens weinig wrijving optreden. De beperkende factoren zijn het rubber, dat voor het verend effect moet zorgen, dat misschien te snel vermoeid zal zijn en de demping die correct moet gebeuren. Aangezien dit voorstel 1 nogal dicht benadert, kan het ook zijn dat de klep zal beginnen klapperen.

Figuur 80: Idee 3

Als vierde idee werd eraan gedacht om een extra onderdeel tussen de veer en de koppelstukken te steken met als doorsnede bvb. een vierhoek, een ring, een ruitvormige ring, een cirkel, etc. Het voordeel ervan is de makkelijke inbouw. Nu rest er nog het nagaan van welke uitvoering de meest correcte vering en demping zal opleveren, uit welk materiaal dit gemaakt moet worden en met welke dimensies. De vraag moet eveneens gesteld worden of het inbouwstuk boven –of onderaan geplaatst moet worden. De plaatsing bovenaan heeft het voordeel dat er materiaal met een grotere veerconstante gebruikt kan worden die slechts kleine verplaatsingen zullen ondergaan, maar de positionering van de klepstand zal waarschijnlijk minder nauwkeurig zijn. De andere mogelijkheid is om de vering zo laag mogelijk te plaatsen wat de omgekeerde voor- en nadelen oplevert van de vorige plaatsing. De keuze voor de plaatsing kan ook beïnvloed worden door het nagaan van de vermoeiing (van de kunststof) in functie van zijn plaatsing. Zo zal de veer misschien minder vermoeiing ondergaan wanneer deze verder van het center van de lagering geplaatst wordt. Een tweede nadeel is de vraag of de inbouwruimte wel groot genoeg zal zijn. Er kan echter nog ruimte bijgemaakt worden door een gedeelte weg te frezen (of door een andere bewerking) uit het koppelstuk (het gedeelte waarin de klep bevestigd is).

Figuur 81: Idee 4

94

Idee 5 is gebaseerd op voorstel 2 maar hier is de veer rechtstreeks in het scharnierpunt bevestigd zodat het koppelstuk geen volledige metamorfose moet ondergaan. De klep moet eventueel wel wat aangepast worden om de vering beter te doen verlopen. Heel waarschijnlijk zal de opening van de ‘kop’ van de klep daarvoor groter gemaakt moeten worden. In figuur 82 wordt in het zwart het veertje getoond die in het koppelstuk gespoten moet worden via 2k-spuitgieten. Het voordeel van deze constructie is de mogelijkheid om de veerconstante veel groter uit te voeren door de kleine lastarm.

Figuur 82: Idee 5

Op basis van deze ideeën kan er een beslissingsmatrix (zie tabel 17) opgesteld worden waarin alle voor- en nadelen van elk idee vervat zitten. Die matrix zou ervoor moeten zorgen dat er een logische keuze gemaakt wordt om het concept met de meeste kans op slagen als eerste te testen op zijn functionaliteit.

95

In tabel 17 wordt met een ‘+’ aangegeven wanneer het criterium positief is voor dat respectievelijke idee en een ‘-‘ duidt op een negatief aspect. Voor elk criterium wordt tussen haakjes weergegeven wat positief is.

Criteria

1

Grote kracht mogelijk Kost (laag) Inbouwmogelijkheden (veel) Vermoeiing (weinig) Bevestigingsoppervlak (groot) Grote veerconstante mogelijk Moeilijkheidsgraad (makkelijk) Weinig demping Slaagkansen (veel)

Volgorde van de keuze

+ + + -

C

2

3

+ ---

+ + -

++ ---

+ -

E

4 a

b

c

+ + + ++ + +

+ + + + + + + +

+ c

5

d

e

+ + + + + + +

-

+ --

++ --

++

++

-

-

-

a

b

e

d

D

A

++ +

B

Tabel 17: Voor-en nadelen van de verschillende ideeën

Besluit Op basis van de beslissingsmatrix uit tabel 17 zou er een eerste ontwerp uitgewerkt kunnen worden. Aangezien er steeds dichter gekomen werd bij de uiteindelijke oorzaak van de hysteresis, werd er eerder op gefocust om deze te vinden. Het zou echter niet verstandig zijn om aanpassingen te doen aan het rooster die de meetwaardes moet gunstiger stellen terwijl het rooster eigenlijk goed functioneert als het in een woning geplaatst wordt. Het is dus beter om toch eerst de oorzaak van de hysteresis te ontdekken en daar een oplossing voor te vinden, dan aanpassingen te moeten doen aan het rooster ter bevordering van de meetwaarden. Deze ontwerpfase liep ongeveer gelijklopend met het uitvoeren van de metingen op de testopstelling waarbij de oorzaak geleidelijk aan leek op te duiken. Daar ontdekte men dat de werking van de klep in realiteit eigenlijk in orde was, waardoor er eigenlijk niets veranderd moest worden aan het rooster. Men zal de testopstelling moeten aanpassen in plaats van het rooster en daarom werd de ontwerpfase hier beëindigd.

96

Algemeen besluit In deze verhandeling werd gezocht naar de oorzaak van de hysteresis. In een eerste opzicht zocht men die bij het rooster, maar dat leverde uiteindelijk geen resultaat op. Vandaar spitste men de aandacht toe op de testopstelling en zijn meetmethode. Er werd reeds een opstelling gevonden waarbij de klep in kleine stapjes geregeld kan worden. Hierbij wordt voldaan aan de tweede onderzoeksvraag waarin men vraagt een opstelling te zoeken voor het plotse open –en dichtklappen van de klep. De oorzaak ervan is echter nog steeds niet bekend, maar de oorzaak blijkt dus wel bij de testopstelling en niet bij het rooster te zitten. Daarentegen zal de klep misschien wel vlotter reageren als de wrijving nog verminderd wordt, maar dit zal nog altijd niet tot de gewenste oplossing leiden. Het rooster wijzigen heeft hoogstwaarschijnlijk weinig zin daar de klep in werkelijkheid toch goed functioneert door de hoogfrequente drukschommelingen. Vervolgens werd gezocht naar een oplossing voor het probleem waarbij de klep slechts opent bij een lager drukverschil dan het hogere drukverschil waarbij zij dichtklapte. Bij de laatst uitgevoerde meting (4.2.4.2.2. Realiteit: 3e fase) kan men zien dat de klep voor een bepaald toerental zowel bij stijgende als dalende debietregeling hetzelfde drukverschil aangeeft. Nu volgt de vraag of het debiet door de opening hetzelfde is voor een bepaald toerental van de ventilator. Want het debiet hangt af van zowel de klepstand als de drukval. Wanneer de combinatie klepstand-drukval dezelfde waardes heeft, zou het debiet ook hetzelfde moeten zijn. Dit zal nog verder onderzocht moeten worden. De laatste metingen openen perspectieven om de huidige meetopstelling zodanig aan te passen dat aan beide onderzoeksvragen voldaan wordt. Hierbij wordt vooral de nadruk gelegd op het wijzigen van de meetmethode. In de eerste plaats is het de bedoeling om de luchtstroming door het rooster te realiseren door een ventilator vóór de testkast te plaatsen en dus lucht erdoor te blazen in plaats van lucht aan te zuigen. Ten tweede kunnen verschillende aanpassingen uitgevoerd worden aan zowel de meetmethode als de testkast. De meetmethode kan bijvoorbeeld aangepast worden door de drukmeting op een andere wijze te registreren (bvb. met een meetkruis) en eventueel op andere plaatsen. De testkast kan aangepast worden door de uitstroomopening van de testkast vloeiender te construeren zodanig dat de lucht minder weerstand ondervindt tijdens de aanloop naar de debietmeting. Bovendien kan de afstand tussen de windtunnel en de testkast geoptimaliseerd worden zodat de bypass over het rooster niet te groot wordt. Om deze optimalisatie te realiseren kunnen de afmetingen van de voorkant van de testkast (waarin het rooster bevestigd is) aangepast worden. Het vervolg van deze eindverhandeling kan nu verder uitgewerkt worden door Duco (in samenwerking met Peutz) of kan als nieuwe onderzoeksvraag dienen voor een volgende eindverhandeling. 97

Bibliografie Belgisch instituut voor normalisatie (2004). EN 13141-1:2004. Brussel: Belgisch instituut voor normalisatie. Bossuyt, J. (2011). Studie van de vormgeving van de propeller van een axiaalventilator en simulatie van de stroming. Onuitgegeven eindwerk. Oostende: KHBO. Brussels instituut voor milieubeheer (2009). Ventilatie (VEN 01) [Brochure]. Brussel: Brussels instituut voor milieubeheer. Duco (2009). Duco bedrijfsfolder. Natural comfort inside [Brochure]. Veurne: Duco. Duco (2009). Duco bedrijfsfolder. Natuurlijke ventilatie [Brochure]. Veurne: Duco. Duco (s.d.). Plaatsing basiskoppelstukken. Onuitgegeven technische tekening. Veurne: Duco. GE Sensing (2011). DPI 800/802 - Pressure Indicator/Loop Calibrator. Geraadpleegd op 15 oktober 2010, op http://www.ge-mcs.com/en/pressure-and-level/handheld-test-tools/dpi-800802.html Hogeschool Zuyd (s.d.). Module operator training. Meetprincipes en meetapparaten. Geraadpleegd op 7 mei 2011, op http://www.aspas.nl/hsz/operator%201/pitotbuis.htm Perry, R.H. & Green, D.W. (2007). Perry's chemical engineer's handbook. S.l.: McGraw-Hill. Peutz Nederland (2010). Rapport ventilatiecapaciteit referentieplaat + kalibratie meetschijven Duco. Onuitgegven rapport. Mook: Peutz Nederland. Peutz Nederland (2010). Testopstelling ventilatievoorziening volgens NEN 13141-1. Onuitgegeven ontwerp. Mook: Peutz Nederland. Stevens, W. (s.d.). Reiniging HVAC. Geraadpleegd op 11 oktober 2010, van Airnic: http://www.airnic.be/details.asp?language=nl&productID=13818 Verbrugge, S. (2009). Innovatieve ideeën ventileren [Elektronische versie]. InterConnect, 29, 18-19. Geraadpleegd op 13 april 2011, op http://www2.imec.be/content/user/File/InterConnect/Dutch/IC29_final_website.pdf Vereniging metalen ramen en gevelbranche (2010). IPB Challenge – architectuurprijs voor Duco. Geraadpleegd op 13 april 2011, op http://www.vmrg.nl/nieuws/artikel/item/duco-heeft-de-ipbchallenge-architectuurprijs-gewonnen.html VIPA (2006). Technical information sheet. Product code: VIPAVIL RW 91AC64/4 9004. Onuitgegeven datasheet. Ancarano: VIPA. Waller, H. (1973). Compressible fluid flow through an orifice [Elektronische versie]. Onuitgegeven eindwerk. Texas: Texas Tech University.

98