TOIMISTOHUONEEN LÄMPÖOLOSUHTEET KONVEKTIO- JA SÄTEILYJÄÄHDYTYSJÄRJESTELMILLÄ Panu Mustakallio (1, Risto Kosonen (1,2, Arsen Melikov (3, Zhecho Bolashikov (3, Kalin Kostov (3 1) Halton Oy 2) Aalto yliopisto 3) International Centre for Indoor Environment and Energy, Technical University of Denmark
Lämpöolosuhdetutkimus: Lähtökohdat Tutkimusmenetelmä Tulokset
Lähtökohdat Jäähdytyspalkki- ja säteilykattojärjestelmät yhdistettynä sekoittavaan ilmanvaihtoon ih ovat käytetyimpiä iä ilmastointijärjestelmiä uusissa toimistorakennuksissa Näillä ilma-vesi i pohjaisilla ill järjestelmillä j mahdollistetaan t järjestelmän energiatehokas toiminta kiertoveden lämpötilan ollessa lähellä huonelämpötilaa Suurilla lämpökuormilla on haasteellista pitää saman aikaan hyvät termiset olosuhteet, jotka on kuvattu kansainvälisissä standardeissa Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin neljän em. konvektioja säteilyjäähdytysjärjestelmin mitattuja lämpöolosuhteita toimistohuoneessa
Lämpöolosuhdetutkimus: Lähtökohdat Tutkimusmenetelmä Tulokset
Järjestelmäratkaisut lämpöolosuhdetutkimuksessa CCMV CB CBR MVRC Mittaukset tehtiin tutkimushuoneessa (4,12 x 4,20 x 2,89 m, P x L x K) tasapainotilanteessa 26 C huonelämpötilalla. Koetilanteiden lämpökuormat olivat 64 W/m 2 vastaten jäähdytyksen mitoitusolosuhteita ja 38 W/m vastaten keskimääräisiä ki äi iä jäähdytyksen olosuhteita Ulkoilmavirta oli järjelmillä CB, CBR ja CCMV 1,5 l/s per m 2 ja järjestelmällä MVRC 2,5 l/s per m 2
Mittausasettelu - Lämpötaseet Lämpötase Jäähd. mitoitusolosuhteet Keskimääräiset olosuhteet Ihmiset (noin 78 W/ihminen) 2 henkilöä 2 henkilöä 156 W 156 W 9 W/m² 9 W/m² Tietokoneet (noin 65 W/tietokone) 2 tietokonetta 2 tietokonetta 130 W 130 W 8 W/m² 8 W/m² Valaistus 160 W 160 W 9 W/m² 9 W/m² Aurinkokuorma - ikkunan pintalämpötila 34 C 30 C 6.3 m2 ikkuna ja 26 degc huoneessa ~ 404 W 202 W Aurinkokuorma - suora kuorma lattialta 250 W 0 W Kokonaisaurinkokuorma 38 W/m² 12 W/m² Lämpökuorma yhteensä 1100 W 648 W 64 W/m² ² 38 W/m² ² Tuloilmavirta 26 l/s 26 l/s Tuloilman lämpötila 16 C 16 C Tuloilman jäähd.teho 26 degc huoneessa 312 W 312 W 18 W/m² 18 W/m² Jäähdytystarve jäähdytysvedestä 788 W 336 W 46 W/m² 20 W/m²
A) Mittausasettelu - Mittaustila
Mittaukset Mittapisteissä 8 korkeudelta (0.05 m, 0.1 m, 0.3 m, 0.6 m, 1.1 m, 1.7 m, 2.0 m ja 2.4 m lattiapinnasta) ilman lämpötila operatiivinen lämpötila ilman nopeus turbulenssin intensiteetti vetoriski Pintojen lämpötilat ja säteilyn epäsymmetria Lämpönukkejen eri osien ekvivalentti lämpötila Lämpötilat mitattiin termistoreilla (tarkkuus +/- 0.2 C), jotka oli suojattu lämpösäteilyltä ilma lämpötilan mittauksessa Nopeudet mitattiin viiden minuutin keskiarvona kuumalanka anemometreillä (tarkkuus +/- 0.2 m/s /4/ tai 1% lukemasta alueella 0.05-0.5 m/s)
Lämpöolosuhdetutkimus: Lähtökohdat Tutkimusmenetelmä Tulokset
JÄÄHD. MITOITUSTAPAUS (VAHVENNETTU FONTTI) JA KESKIMÄÄRÄINEN TAPAUS (NORMAALI FONTTI) Mittaustulokset oleskeluvyöhykkeellä korkeuksilla 0.1 m 1.7 m CCMV CB CBR Nopeuden keskiarvo [m/s] 0.13 0.13 0.12 0.11 0.12 0.11 Viiden korkeimman nopeuden keskiarvo 0.22 0.25 0.23 0.20 0.25 0.25 Lämpötilan keskiarvo [ C] 26.1 25.8 26.1 26.0 25.8 25.9 Ikkunapuolen keskiarvo 26.8 26.4 26.9 26.4 26.2 26.4 Ovipuolen keskiarvo 25.7 25.4 25.7 25.7 25.6 25.7 Vaakasuuntaisen lämpötilaeron keskiarvo 11 1.1 10 1.0 12 1.2 0.7 0.7 0.7 Pystysuuntaisen lämpötilaeron keskiarvo 0.0 0.3 0.2 0.3 0.4 0.2 Vaakasuunt. operatiiv.lämpötilaeron keskiarvo 1.6 1.4 1.5 0.8 0.9 0.9 Pystysuunt. operatiiv.lämpötilaeron keskiarvo 0.1 0.5 0.2 03 0.3 05 0.5 na n.a. Keskiarvo operatiivinen ilman lämpötila 0.13 0.29 0.19 0.12 0.13 0.10 Vetoriskin keskiarvo [%] 7.9 9.5 8.1 5.7 7.8 6.9 Viiden korkeimm. vetoriskin keskiarvo 14.3 18.9 17.1 11.7 17.4 16.2
0.1 M FROM FLOOR 1.1 M FRO OM FLOOR 1.7 M FROM FLOOR OR WITH CCMV OR WITH CB OR WITH CBR OR WITH CCMV OR WITH CB OR WITH CBR 0.10 0.11 0.20 0.20 0.15 0.17 0.15 0.19 0.19 0.22 0.08 0.09 0.16 0.20 0.16 27.2 26.4 26.0 25.6 25.5 25.7 26.0 25.8 25.5 25.2 26.5 26.2 26.1 25.6 25.5 0.11 0.21 0.19 0.15 0.11 0.24 0.26 0.29 0.10 0.18 0.22 0.25 27.8 26.0 25.4 25.3 26.5 25.6 25.4 25.2 27.2 25.8 25.5 25.4 0.09 0.16 0.19 0.16 0.10 0.20 0.20 0.20 0.09 0.14 0.19 0.15 28.0 25.6 25.4 25.3 26.5 25.6 25.2 25.2 27.6 25.7 25.5 25.6 0.11 0.24 0.17 0.17 0.19 0.23 0.18 0.12 0.22 0.23 0.18 27.3 25.8 25.4 25.4 25.9 25.3 24.9 24.9 27.2 25.5 25.3 25.3 0.10 0.13 0.21 0.23 0.16 0.21 0.14 0.19 0.17 0.15 0.09 0.12 0.18 0.17 0.13 27.4 26.8 26.2 25.6 25.4 26.6 26.1 25.3 24.9 24.9 26.9 26.6 25.8 25.4 25.3 0.10 0.08 0.08 0.08 0.16 0.07 0.06 0.17 0.13 0.07 0.07 0.06 0.15 0.15 26.5 26.2 26.0 25.9 25.9 26.4 26.2 26.1 25.7 25.4 0.16 0.09 0.09 0.16 0.14 0.13 0.10 0.10 0.16 0.12 0.10 0.08 26.8 25.9 25.7 25.6 26.4 25.8 25.6 25.6 0.15 0.11 0.14 0.14 0.12 0.18 0.18 0.15 0.12 0.14 0.17 0.17 27.2 25.9 25.8 25.6 26.5 25.7 25.4 25.5 No temperature readings 0.12 0.09 0.08 0.20 0.12 0.12 0.15 0.14 0.12 0.11 0.14 0.14 26.9 26.0 25.8 25.7 26.2 25.9 25.4 25.4 0.14 0.08 0.05 0.07 0.19 0.08 0.08 0.07 0.17 0.11 0.11 0.06 0.06 0.19 0.11 26.5 26.3 26.1 25.9 25.7 26.6 26.5 26.2 25.3 25.3 R0.11 0.11 0.08 0.11 0.19 0.08 0.08 0.25 0.09 0.05 0.09 0.08 0.23 0.10 26.6 26.2 26.1 26.0 25.9 26.4 26.2 26.4 25.0 25.5 26.8 26.5 26.4 25.5 25.7 0.19 0.11 0.09 0.19 0.12 0.07 0.10 0.07 0.15 0.09 0.10 0.08 26.8 26.1 25.9 25.8 26.4 26.0 25.8 25.8 26.8 26.0 25.9 25.8 0.21 0.12 0.13 0.16 0.11 0.11 0.13 0.12 0.13 0.09 0.11 0.11 27.2 26.0 25.9 25.7 26.4 26.0 25.5 25.6 26.9 25.9 25.7 25.7 0.12 0.09 0.10 0.20 0.09 0.09 0.11 0.11 0.10 0.07 0.10 0.10 27.0 26.1 26.1 25.9 26.3 26.1 25.5 25.5 26.9 26.2 25.9 25.8 0.15 0.13 0.09 0.14 0.22 0.09 0.08 0.08 0.17 0.07 0.10 0.07 0.07 0.18 0.09 26.6 26.3 26.0 26.0 25.7 26.4 26.4 26.2 25.0 25.4 26.7 26.6 26.4 25.3 25.8 USUAL COOLING CONDITIONS 1.7 M FROM FLOO OR 0.07 0.08 0.09 0.12 0.20 0.06 0.06 0.07 0.20 0.07 0.06 0.06 0.08 0.15 0.06 26.4 26.2 26.2 26.1 25.8 26.2 26.3 26.0 25.6 25.6 26.3 26.2 26.2 25.8 25.7 0.09 0.08 0.08 0.13 0.09 0.10 0.07 0.07 0.08 0.09 0.09 0.08 26.4 26.2 26.1 25.9 26.2 25.8 25.8 25.7 26.4 25.8 25.8 25.8 0.17 0.09 0.09 0.10 0.07 0.11 0.12 0.11 0.09 0.09 0.09 0.10 26.6 26.0 25.9 25.8 26.2 25.8 25.6 25.6 26.5 25.9 25.6 25.6 0.12 0.08 0.07 0.14 0.09 0.07 0.08 0.07 0.10 0.09 0.07 0.06 26.6 26.2 26.2 25.9 26.3 26.0 25.8 25.7 26.5 25.9 25.9 25.8 0.07 0.09 0.08 0.13 0.23 0.05 0.09 0.05 0.16 0.11 0.07 0.07 0.18 0.07 26.5 26.3 26.1 26.0 25.8 26.4 26.2 26.0 25.3 25.5 26.5 26.2 26.0 25.6 25.7 ILMAN NOPEUS [m/s] 0.00 0.15 0.25 0.35 ILMAN LÄMPÖTILA [ C] 25.0 26.0 27.0 28.0
OR WITH CCMV OR WITH CB OR WITH CBR OR WITH CCMV OR WITH CB OR WITH CBR 0.1 M FROM FL LOOR 1.1 M FR ROM FLOOR 0.3 0.3 0.1 0.0 0.0 0.5 0.1 0.0 0.0 0.1 0.4 0.3 0.0 0.0 0.0 4.2 6.2 11.4 12.3 8.6 11.0 9.5 13.2 13.6 15.0 3.5 4.7 10.3 13.1 10.6 02 0.2 01 0.1 00 0.0 00 0.0 03 0.3 00 0.0 00 0.0 0.11 01 0.1 01 0.1 00 0.0 00 0.0 55 5.5 11.7 11.4 92 9.2 58 5.8 17.11 19.11 19.6 50 5.0 13.4 15.7 18.11 0.1 0.1 0.0 0.0 0.5 0.0 0.2 0.1 0.2 0.1 0.1 0.0 3.1 10.6 12.1 10.4 4.2 14.8 14.8 17.1 3.5 9.1 14.4 10.9 0.0 0.1 0.0 0.0 0.5 0.3 0.3 0.2 0.0 0.2 0.2 0.2 5.7 16.3 11.6 10.6 14.5 17.8 15.4 6.1 15.3 16.5 15.4 0.3 0.3 0.1 0.1 0.0 0.0 0.2 0.4 0.2 0.2 0.2 0.1 0.2 0.2 0.2 4.6 7.1 12.5 13.8 10.0 13.9 9.6 13.4 12.2 11.5 4.3 7.4 11.5 12.0 8.7 0.5 0.3 0.2 0.1 0.1 0.7 0.4 0.3 0.2 0.2 5.2 3.8 4.2 4.6 11.4 3.3 1.4 14.7 10.0 3.2 3.4 2.1 12.8 11.4 0.6 0.3 0.1 0.1 0.7 0.4 0.3 0.2 10.2 5.4 5.1 11.8 9.2 8.7 7.2 6.2 9.1 8.0 6.2 5.0 0.5 0.2 0.2 0.1 0.7 0.4 0.4 0.3 No temperature readings 8.2 7.3 9.4 9.9 6.8 13.7 13.4 11.7 6.7 9.1 12.5 12.1 0.6 0.2 0.1 0.1 0.7 0.3 0.3 0.2 7.0 5.3 4.4 13.6 7.6 8.1 12.7 10.6 7.1 6.9 9.8 9.6 0.5 0.4 0.3 0.1 0.1 0.6 0.2 0.2 0.3 0.2 8.1 4.3 0.4 3.2 13.9 4.2 4.5 4.1 16.0 7.7 6.5 2.5 2.2 15.7 6.9 1.7 M FROM FLOO OR 0.2 0.0 0.1 0.2 0.2 0.5 0.2 0.1 0.4 0.1 0.3 0.2 0.0 0.2 0.1 4.6 4.7 3.2 5.9 10.3 3.9 4.1 20.8 5.4 0.6 4.6 4.4 19.5 7.2 0.2 0.0 0.1 0.2 0.6 0.3 0.3 0.2 0.4 0.2 0.2 0.1 9.3 4.6 3.8 10.5 7.8 3.8 7.0 3.7 9.7 5.6 6.1 4.7 0.2 0.1 0.1 0.1 0.6 0.2 0.3 0.2 0.4 0.1 0.1 0.1 10.6 6.0 7.8 9.7 7.6 8.0 9.1 8.8 8.6 4.8 7.3 8.0 0.3 0.0 0.1 0.2 0.7 0.3 0.3 0.2 0.5 0.1 0.1 0.1 5.3 3.9 5.4 12.3 5.3 5.0 8.4 8.5 6.0 3.3 6.7 6.8 0.2 0.0 0.0 0.1 0.2 0.6 0.4 0.3 0.4 0.2 0.5 0.2 0.2 0.3 0.1 7.4 6.5 3.6 7.9 13.9 4.7 4.0 5.0 17.2 3.6 5.9 3.0 2.9 15.6 5.8 USUAL COOLING CONDITIONS 0.1 0.1 0.0 0.1 0.0 0.1 0.2 0.1 0.1 0.0 0.2 0.1 0.0 0.1 0.0 2.0 3.2 3.6 6.1 12.3 2.1 2.3 3.0 15.6 3.6 2.5 2.0 3.8 11.5 2.7 1.7 M FROM FLOOR 0.2 0.0 0.0 0.0 0.3 0.3 0.2 0.1 0.2 0.2 0.2 0.0 3.9 3.2 3.1 7.1 4.7 6.8 3.1 3.1 4.2 6.0 5.1 4.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.2 0.1 0.2 0.1 0.2 0.0 0.1 0.0 8.6 4.2 3.7 4.4 3.0 7.4 8.6 7.8 6.5 5.9 6.4 0.2 0.0 0.0 0.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.2 0.1 0.0 0.0 5.4 3.2 2.3 8.0 5.1 2.7 4.6 3.6 6.0 5.5 3.4 2.7 0.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2 0.1 0.1 0.2 0.0 0.2 0.1 0.0 0.1 0.0 2.3 3.3 2.7 6.5 13.0 1.1 5.4 0.8 12.5 7.5 3.1 3.2 13.1 4.1 0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 VETORISKI [%] 5 10 15 20 25 OPERAT. LÄMPÖTILA ILMAN LÄMPÖT. [ C]
Ekvivalentti lämpötila lämpönukkejen eri osissa JÄÄHDYTYKSEN MITOITUSOLOSUHTEET JÄÄHDYTYKSEN KESKIMÄÄRÄISET OLOSUHTEET
Yhteenveto Mittaustulosten mukaan erot lämpöolosuhteissa neljän eri järjestelmän j välillä eivät olleet suuria. Ilman lämpötila ja operatiivinen lämpötila oli kaikissa tutkituissa tapauksissa samankaltainen (operatiivinen lämpötila enimmillään vain 0.2 C alhaisempi kuin ilman lämpötila). Tämä ä tulos poikkeaa siitä käsityksestä k ä että operatiivisen i lämpötilan tulisi olla alhaisempi CCMV tapauksessa. Ilman nopeudet olivat hieman suurempia CB ja CBR tapauksissa, suurimmat nopeudet sijaitsivat kuitenkin työpisteiden ulkopuolisissa kohdissa. MVRC tapauksessa ekvivalenttilämpötilat olivat matalampia kuin muilla järjestelmillä, j mutta vaihtelivat eniten