SAMK. Ilmastointitekniikan kirjat Esa Sandberg

Transkriptio

1 SAMK Ilmastointitekniikan kirjat 2014 Esa Sandberg Satakunnan ammattikorkeakoulu Tekniikka ja merenkulku Satakunta University of Applied Sciences Faculty of Technology and Maritime Management

2 Ilmastointitekniikan kirjat 2014 Taustalla tarve päivittää Olli Seppäsen ilmastointitekniikan kirjat, aloite SuLVI:lta. Tavoitetta kuitenkin laajennettiin Tavoitteena toimia alan perusteoksena sisältää ilmastointitekniikan kokonaisuuden pääpaino perusasioissa esimerkkeineen uusin tieto päivitettynä suunnitteluesimerkkejä ja teollisuusilmastoinnin perusteet. Oppikirjat amk- ja yliopisto-opiskeluun ja täydennyskoulutukseen Kustantajana Talotekniikka-Julkaisut Oy Satakunnan ammattikorkeakoulu Tekniikka ja merenkulku Satakunta University of Applied Sciences Faculty of Technology and Maritime Management

3 Ilmastointitekniikan kirjat 2014 Toteutus 2-osaisena kohderyhmittäin Sisäilmasto ja ilmastointijärjestelmät, Ilmastointitekniikka osa 1 Rakennuttajat, kiinteistönomistajat Suunnittelijat (LVI, arkkitehti, rakennus, sähkö, rakennusautomaatio) Urakoitsijat, kiinteistönpito ja -huolto Sisäilmaryhmät kunnissa ja muissa organisaatioissa Opiskelijat (LVI, arkkitehti, rakennus, sähkö, rakennusautomaatio) Ilmastointilaitoksen mitoitus, Ilmastointitekniikka osa 2 Rakennuttajien ja kiinteistönomistajien LVI-asiantuntijat LVI-suunnittelijat Ilmastointiurakoitsijat, kiinteistönpito ja -huolto LVI-opiskelijat Satakunnan ammattikorkeakoulu Tekniikka ja merenkulku Satakunta University of Applied Sciences Faculty of Technology and Maritime Management

4 Ilmastointitekniikan kirjat 2014 Toimittaja Esa Sandberg Kirjoittajia yhteensä 32 Heinonen Jarkko Holmberg Rolf Hyvärinen Kalevi Hänninen Reijo Jokinen Liisa Kauppila Kari Keinonen Pauli Koivula Urpo Koskela Hannu Koskinen Erkki Kosonen Risto Laine Tuomas Liljeström Kimmo Lönnström Jyrki Mustakallio Panu Mäkinen Pekka Nykvist Ari Paasio Ilkka Pessi Pekka Pettersson Henrik Pihlajamaa Pirkko Railio Jorma Rantama Markku Ripatti Harri Sahlsten Toivo Sandberg Esa Silvan Jari Sundman Tom L. Säteri Jorma Tammivaara Heikki Valkeapää Aki Vuolle Mika Satakunnan ammattikorkeakoulu Tekniikka ja merenkulku Satakunta University of Applied Sciences Faculty of Technology and Maritime Management

5 Alkusanat 0. Johdanto 1. Ilmastointilaitoksen kuvaus ja säädökset 2. Sisäilmasto 3. Kosteus ilmassa 4. Ilmavirran mitoitusperiaatteet 5. Ilmanvaihtojärjestelmät 6. Ilmastointijärjestelmät 7. Koneet ja konehuoneet 8. Kanavat ja varusteet 9. Päätelaitteet ja huonelaitteet 10. Jäähdytysjärjestelmät 11. Sähkö- ja automaatiojärjestelmät 12. Esimerkkejä tavanomaisten ilmastointilaitosten suunnittelusta 13. Harjoitustehtävät Liitteet

6 Alkusanat 0. Johdanto 1. Ilmastoinnin suunnittelu ja mitoitus 2. Huoneakustiikka ja äänitekniikka 3. Kanaviston mitoitus, säätö ja mittaus 4. Ilmankäsittelyprosessit ja koneiden mitoitus 5. Ilman suodatus 6. Tilailmastointi ja ilmanjaon mitoitus 7. Järjestelmätekninen mitoitus 8. Laitosteknisiä suunnittelunäkökohtia 9. Huoneen sisäilmaston mallintaminen 10. Sisälämpötilan ja jäähdytystehontarpeen laskenta 11. Ilmastoinnin energiantarpeen laskenta sekä energia- ja olosuhdesimulointi 12. Ekotehokas ilmastointi ja elinkaarilaskenta 13. Ilmastointilaitoksen asennukset, vastaanotto ja ylläpito 14. Erityistilojen suunnittelu 15. Teollisuus- ja erkoisilmastoinnin suunnittelun periaatteita Liitteet

7 Ilmastointitekniikan kirjat 2014 Ulkoasu: kovat kannet, sidottu, värillinen Ilmestyy (Finnbuild-messut) Myynti: Talotekniikka-Julkaisut Oy / Eeva Keränen eeva.keranen@talotekniikka-lehti.fi

8 Osa 1 Sisäilmaston tavoitteet ja mittaus Järjestelmien toimintaperiaatteet Kanavisto ja laitteet Järjestelmien ja laitteiden historiankaari Tavanomaisten rakennusten ilmastoinnin suunnitteluesimerkkejä Poimintoja luvuittain

9 LVI-tekniikan rooli sisäilmaston ja energiatehokkuuden toteuttamisessa. LVI-suunnittelijan tehtävät ja yhteistyö muiden suunnittelijoiden kanssa. Urakoinnin, vastaanoton, käytön ja ylläpidon merkitys. Sisäympäristö Rakennus Sisäilmasto Akustiikka Valaistus Tila Työpiste Sisustus Sisäilma Puhtaus Lämpöolot Äänitaso Puheen ymmärrettävyys Valon laatu Valon määrä VOC Ilman lämpötila Ilmanvaihto Puheindeksi (STi) Luminanssi (valotiheys) Hiukkaset Ilman liike Ilman käsittely Äänen taajuus Häikäisy Mikrobit Pintalämpötila Tilan siivous Ääneneristys Päivänvalo Tuoksut Kerrostuma Jälkikaiunta Heijastukset Kosteus Spektri (valon kirjo)

10 100% Rakentaminen ja ylläpito Sähköenergia Lämmitys Kokonaiskustannukset Rakennuskustannukset Runko ja perustukset LVI-tekniikan rooli sisäilmaston ja energiatehokkuuden toteuttamisessa Palkat Siivous Sisustus Putkityöt LVI-suunnittelijan tehtävät ja yhteistyö muiden suunnittelijoiden kanssa. Urakoinnin, vastaanoton, käytön ja ylläpidon merkitys Rakennuskustannukset Ilmastointi Sähköjärj. Turva+autom. Suunnittelu Rakentaminen ja ylläpito Muut Muut ALV Tontti Kuva 0.4. Esimerkki toimistorakennuksen palkkakustannusten suhteellisesta merkittävyydestä rakennuksen kokonaisvuosikustannuksiin verrattuna ( Hanssen 2000).

11 Tavanomaisen ilmastointilaitoksen osat ja niiden tehtävät.

12 Teollisuusilmastointilaitoksen osat ja niiden tehtävät

13 Eurooppalaiset säädökset EU-direktiivit ja -asetukset Ekosuunnittelu ja energiamerkintä Kansalliset lait ja asetukset jne.

14 Lämpöolot Kuva 2.1 Lämpöaistimus, PMV (Predicted Mean Vote) asteikko ja sitä vastaavat tyytymättömien osuudet, PPD (Predicted Precentage of Dissatisfied). Väritetyt alueet kuvaavat 6 % (-0,2<PMV<0,2), 10 % (- 0,5<PMV<0,5), ja 15 % (-0,7<PMV<0,7) tyytymättömien osuuksia. Kuva Saman lämpöaistimuksen tuottavia operatiivisen lämpötilan ja ilman keskimääräisen liikenopeuden yhdistelmiä. PMV=0 käyrä vastaa noin +25 C koettua lämpötilaa. Aktiviteettitaso 1,2 met, vaatetus 0,5 clo, ilman vesisisältö 12 g/kg k.i., liikkuvan ilman lämpötila on sama kuin operatiivinen lämpötila.

15 Ilman laatu Kuva Ehdotus sisäilman laatuindeksiksi perustuen PM 2.5 -pitoisuuden käyttöajan (8 tai 24 h) keskiarvoihin (Rantala 2014). Kuva Sisäilma-altisteisiin liittyvä tautitaakka (DALY) altisteittain Suomessa vuonna (Hänninen 2013)

16 Sisäilmaston mittaukset ja tutkimukset Kuva Huonevirtausten havainnollistaminen savukokeilla. Kuva Esimerkki Työterveyslaitoksen sisäilmastokyselyn tuloksista saman rakennuksen eri tiloissa.

17 2 t kuiva = vakio Perusasiat kosteasta ilmasta, kosteuden mittaus ja tiettyjen suureiden lukeminen Mollier-piirroksesta 6 x = vakio 7 Kuiva anturi Märkä anturi 101,3 kpa H 2 O Puhallin 1 4

18 t o C Sääolosuhteiden esiintyminen eri paikkakunnilla. Laskuesimerkkejä Diagrammi pätee ilmanpaineelle 101,3 kpa Merkinnät: h ominaisentalpia [kj/kg ki] x vesisisältö [g H 2 O/kg ki] t kuiva lämpötila [ C] φ suhteellinen kosteus [%RH] p h vesihöyryn osapaine [Pa] ρk kuivan ilman määrä [kg ki / kg kosteaa ilmaa] Δh/Δx prosessin suunta [kj/kg] x g/kg Δh/Δx, kj/kg ph, Pa ph, Pa p h, Pa

19 Ilmavirran mitoitus - lämpökuorman - epäpuhtauskuorman - kosteuskuorman - Sisäilmastoluokituksen - RakMK D2:n mukaan. 30 C 30 C C (t) h C 26 C 18 C C t ( C) ppm 1100 ppm 900 ppm h t /min 300 O,5 1/h 1 1/h 3 1/h 6 1/h 400 ppm 900 ppm 400 ppm C (h)

20

21

22 M Tarpeenmukainen ilmanvaihtojärjestelmä, vyöhykekohtainen säätö M

23 Ilmastointijärjestelmien toimintaperiaatteet ja laitteet

24 Ilmastointijärjestelmien ominaisuuksien vertailu

25 4t 9 4p 4u 4j 1 5p 5u

26 Historiankaaret konetyypeittäin

27 Korkeus,m 6,0 5,0 4,0 H=1,5 x B H=B 3,0 2,0 1,0 0, Koneen ilmavirta m 3 /s

28 Kanavat ja komponentit Tiiviys

29 8 Ilmanjakomenetelmien luokittelu Luokittelu 1 Luokittelu 2 Suurnopeusilmanjako Tuloilma puhalletaan huonetilaan suurella nopeudella, huoneilmaa sekoittuu paljon ilmasuihkuun. Huonetilassa ilmasuihkut hallitsevat huonevirtauksia. Piennopeusilmanjako Tuloilma puhalletaan huonetilaan alhaisella nopeudella. Huonetilassa lämpökuormien synnyttämät konvektiovirtaukset hallitsevat huonevirtauksia. Sekoitusilmanjako Tuloilma puhalletaan huonetilaan siten, että epäpuhtaudet laimenevat ja lämpötila tasoittuu. Syrjäytysilmanjako Tuloilma puhalletaan huonetilaan siten, että epäpuhtaudet ja lämpötila kerrostuvat. Tuloilma korvaa konvektiovirtausten mukana nousevaa huoneilmaa. Mäntäilmanjako Suuri tuloilmavirta puhalletaan alhaisella nopeudella koko huonetilan poikkipinnalle. TILAILMASTOINNIN MÄNTÄ KERROSTUMA VYÖHYKE SEKOITUS PERIAATE: TAVOITE Luoda tuloilmavirran Hyödyntää ja tukea Hallita huoneilman olo- Luoda ilmastoitavaan LÄMPÖTILA, KOSTEUS JA EPÄPUHTAUS JAKAUTUMA (KUVAT) X-akseli: C, mg/m 3, g/kg Y-akseli: Tilan koko (esim korkeus H) avulla yhdensuuntainen tiheyserojen seuraukse- suhteet valitulla vyöhyk- tilaan tasaiset olosuhteet virtauskenttä koko ilmas- na syntyvää kerrostu- keellä ja sallia lämmön toitavaan tilaan mista huonetilassa ja epäpuhtauksien kerkorvaamalla syrjäytynyt rostuminen muualla konvektioilmavirta tuloilmalla huonetilassa T=tulo, P=poisto KUVAUS Huoneilmavirtaukset hal- Huoneilmavirtauksia Huoneilmavirtaukset Huoneilmavirtauksia TEOREETTINEN EPÄPUHTAUKSIEN JA LÄMMÖN POISTO- TEHOKKUUS TYYPILLINEN YLEISILMANVAIHDON SOVELLUTUS H T t, C, x litaan yhdensuuntaisella hallitsee nostevoima. osittain hallitaan tuloilman hallitaan tyypillisesti pieninopeuksisella tulo- Tuloilmanjako toteutetaan avulla ja osittain noste- suurnopeusilmanjaon ilmanjaolla, joka on riit- pienellä nopeudella. voimalla. avulla. tävän voimakas syrjäyt- P tämään häiriövirtaukset H T P t, C, x H T P t, C, x H T P t, C, x 1

30 Ilmanjaon ja poiston päätelaitteet D H W B

31 Jäähdytysjärjestelmin toimintaperiaatteet. Laitetyypit o C Lauhdutin 70 o C Höyrystin

32 Liuoksen/kallion lämpötila C Energiakaivot. Maaperän hyödyntäminen jäähdytykseen ja lämmitykseen, periaatteet. Kaukojäähdytys. 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0-1,0-2,0 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 4,8 5,2 5,6 Etäisyys porareiän keskipisteestä metriä 8 h 1 vko 1 kk Kuva Energiakaivon ja ympärillä olevan kallion laskennallinen lämpötilaprofiili, kun energiakaivosta on otettu lämpöä tasaisella kuormalla 8 h, 1 viikon ja 1 kk ajan. Kuva Pintamaan tyypillinen lämpötilavaihtelu (Leppäharju 2008)

33 Jäähdytysvesiverkostojen toimintaperiaatteet Kuva Tuloilmakoneiden jäähdytysvesiverkosto, jossa vedenjäähdytyskone ja tuloilmakoneet on kytketty omalla kiertopiirillään tasaussäiliöön.

34 Ilmastoinnin sähkö- ja rakennusautomaatiojärjestelmä Rakennusautomaation ja ilmastoinnin sähköistyksen järjestelmät ja toimintaperiaatteet Sähköjärjestelmä Automaatiojärjestelmä Rakennuksen pääkeskus Sähkökeskus (ryhmäkeskus) Valvonnan alakeskus Kiinteistön valvomo Pääkytkin Pääkytkin Pumput Puhaltimet Ohjauskytkimet ja merkkivalot Sulakkeet Koneiden kontaktorit Lämpöreleet ja palautuspainikkeet Sulakkeet DI-moduulit DO-moduulit AI-moduulit AO-moduulit Internet Intranet Anturit Toimilaitteet Apureleet Apureleet Lämmönsiirtimet Muuntaja Jäätymissuojat Huonesäätimet Muuntaja Jäähdytyslaitteet Mittarit

35 Rakennusautomaation ja ilmastoinnin sähköistyksen järjestelmät ja toimintaperiaatteet

36 Rakennusautomaation ja ilmastoinnin sähköistyksen järjestelmät ja toimintaperiaatteet Kuva IV-koneen vahvavirtajohdotus, lukitukset ja käytetyt kaapelityypit.

37 Pientalo ja rivitalo

38 Asuinkerrostalo

39 Koulurakennus Kuva Biologian opetustilan olosuhdesimuloinnin tulokset.

40 Toimistotalo

41 Liikerakennus

42 Palvelutalo

43

44

45 LIITTEET

46 LIITTEET, esimerkkejä, termit myös englanniksi

47 LIITTEET, esimerkkejä

48 Osa 2 Suunnittelun eteneminen Järjestelmien mitoitus Sisäilmaston mallintaminen Tehon- ja energiantarpeen laskenta Asennus, vastaanotto, käyttö ja ylläpito, kuntotutkimukset Erityistilojen, teollisuus- ja erikoisilmastoinnin suunnittelu

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60 Ilmankäsittelykoneen ja sen osien mitoitusohjeet sekä varusteiden valinta Valintaohjelman esimerkki

61

62

63

64

65

66

67 Ilmastointijärjestelmien järjestelmäja toimintakaavioiden esimerkit selostuksineen

68

69 Jäähdytysjärjestelmien kaaviot toimintaselostusesimerkkeineen

70 Kaukojäähdytys ja geoenergian hyödyntäminen lämmitykseen ja jäähdytykseen

71 Jäähdytysputkiston suunnittelu ja mitoitus, putkiston komponentit

72 Rakennusautomaation kenttälaitteet ja niiden asennus

73 Yhdistämisrajoitukset, konehuoneiden ja palvelualueiden muodostaminen, D2 ja E7. Roilojen suunnittelu. Mahdollisimman ylös (hajut) Konehuoneet Liuos tai levy LTO EI60 koneh Roottori LTO EI60 koneh. Liuos LTO EI120 koneh. 5. krs 4. krs 3. krs Kanavat samassa roilossa Keittiöt Kanavat samassa roilossa EI 120 kanava f 630 L50 f 500 f 500 f 630 L50 Huoltotaso Käyttövesi putket Lämmitys putket Jäähdytys putket Viemäri f 250 f krs Kanavat samassa roilossa 1. krs EI 60 kanava

74 . Koneellinen savunpoisto ja paineistus.

75

76 Taseen muodostaminen - tasapainotilanne - aikariippuva tilanne - yksivyöhyke - monivyöhyke

77 Virtauselementit mallinnusyhtälöineen - epäpuhtaus - lämpö - kosteus

78 CFD-mallinnus esimerkkeineen

79 CFD-mallinnus esimerkkeineen - Ilman nopeus - ilman lämpötila - ilman kosteus. mm. avotoimisto, delfinaario

80 Kuva Kohdepoiston sieppausasteen ja työhygieenisen tehokkuuden määrittäminen. Merkkiainemittaukset

81 Päivitetyt tehontarpeen laskentaperiaatteet ja -menetelmät

82 Päivitetyt energiantarpeen laskentaperiaatteet ja -menetelmät. Määräystenmukaisuuden osoittaminen.

83 Ympäristöluokitusten vertailua.

84 Ympäristöluokituksen esimerkki

85 Elinkaarilaskenta.

86

87

88 Kuva Poistoilmahuuvan tulee olla laiteryhmää leveämpi, jotta ylöspäin levenevä konvektioilmavirtaa saadaan siepattua. Keittiössä voi lisäksi esiintyä painesuhteiden ja oviaukkojen seurauksena ristivirtauksia, jotka heikentävät liian pienen huuvan epäpuhtauksien poistotehokkuutta. Ammattikeittiöt

89 Väestösuojat

90 Väestösuojat

91 Paikoitustilat

92

93 Epäpuhtaudet ja HTP Lämpöolot

94 Tilailmastointi ja paikallisilmanvaihto

95 Oviaukot ja oviverhot

96 Tavanomaiset teollisuushallit

97 Puhdastilat

98 Muoviteollisuus ja elintarviketeollisuus

99 Paperikone ja konesali

100 Jäähallit, monitoimihallit

101 Uimahallit ja allastilat

102 LIITTEET

103 Mukavia lukuhetkiä! Satakunnan ammattikorkeakoulu Tekniikka ja merenkulku Satakunta University of Applied Sciences Faculty of Technology and Maritime Management