Recair Oy 2006-09-11 Seppo Kanninen/sisäisen koulutuksen tiedosto ILMASTOINTIKONEEN SFP-LUKU JA SEN LASKENTA 1. Mitä on SFP-luku? SFP ( Specific Fan Power ) = ominaissähköteho eli sähköverkosta otettu teho, joka tarvitaan yhden ilmakuution kuljettamiseen rakennuksen läpi sekunnissa. Se sisältää koko rakennuksen kaikkien tulo- ja poistopuhaltimien ( poisto voi olla myös huippuimuri ) yhteenlasketun verkosta otetun sähkötehon jaettuna käsitellyllä ilmavirralla. Jakajana on aina suurempi ilmavirta( tulo tai poisto ). SFP = P verkko / q Vmax SFP-yksikkö on siis teho jaettuna ilmavirralla: ( SFP ) = kw / m3/s Mikä on sitten SFP V -luku? Tämä on ruotsalaisen ilmastointialan järjestön ( Föreningen V ) käyttämä ominaistehontarve yhdelle puhaltimelle tai yhdelle koneelle, laskenta aivan samalla tavalla kuin SFP-luvulla. Huom! -mitoitusohjelmassa SFP V -lukua käytetään yhden puhallinosan yhteydessä, esim. koko tulo-poistokoneelle ilmoitamme SFP-luvun! Mikä sitten on VAS-luku? Tulee sanoista Ventilation Airconditioning System VAS-luku lasketaan samalla tavalla kuin SFP-luku! 2. SFP-luokat ja vastaavat VAS-luokat SFP-luokka VAS-luokka 1,0 k W / m3/s ei ole 1,5 kw / m3/s 1500 ( W / m3/s ) 2,5 kw / m3/s 2500 ( W / m3/s ) 4,0 kw / m3/s 4000 ( W / m3/s ) X / kw / m3/s VASx ( W / m3/s )
3 SFP-luvun laskenta 3.1 Puhaltimen sähkötehontarve Puhaltimen sähkötehontarve lasketaan ottamalla huomioon kaikkien osatekijöiden hyötysuhteet ja jakamalla näistä saadulla sähköisellä kokonaishyötysuhteella puhaltimen teoreettinen tehontarve eli ilmavirta x puhaltimen kokonaispaine. Huom! Kun puhallintekniikassa käytetään sanaa puhaltimen kokonaishyötysuhde, tarkoitetaan sillä puhaltimen kokonaispaineen mukaan laskettua teoreettisen tehontarpeen suhdetta puhaltimen siipipyörälle tuotavaan todelliseen tehoon. Puhaltimen kokonaishyötysuhde akselitehon mukaan laskettuna sisältää myös laakerihäviöt! Recair Oy:n mitoitusohjelmassa puhaltimen kokonaishyötysuhde on määritelty akselitehon mukaan. Laskentakaava sähkötehontarpeelle: q Vpuhallin x p tf P sähkö = n tfa x n hihnak x n moottori x n taajuusmuuttaja P sähkö = moottorin verkosta ottama sähköteho ( kw ) q Vpuhallin = puhaltimen ilmavirta ( m3 / s ) p tf = puhaltimen kokonaispaine ( kpa ) n tfa = puhaltimen kokonaishyötysuhde akslitehon mukaan n hihnak = hihnakäytön hyötysuhde n moottori = moottorin hyötysuhde n taajuusmuuttaja = taajuusmuuttajan ( tai muun säätölaitteen ) hyötysuhde Tulo/poistokone-yhdistelmän SFP-luku lasketaan jakamalla verkosta otettu yhteinen sähköteho koneen ilmavirroista sillä, joka on suurempi. Laskentakaava: P tulosähkö + P poistosähkö SFP =, q Vmax jossa. SFP P tulosähkö P poistosähkö q Vmax = tulo-poistokoneen ominaissähköteho kw / ( m3/s ) = tulopuhaltimen verkosta ottama sähköteho, kw = poistopuhaltimen verkosta ottama sähköteho, kw = koneen ilmavirroista suurempi, tulo tai poisto m3/s
3.2 Puhaltimen kokonaishyötysuhde ( akselitehon mukaan ) Puhaltimen kokonaishyötysuhde määritellään suomalaisessa puhallinstandardissa (SFS 5147) seuraavasti: - puhaltimen ilmavirta x puhaltimen kokonaispaine jaettuna siipipyörälle tuotavalla mekaanisella teholla. Tämä hyötysuhde ei sisällä laakerihäviöitä! Recair Oy:n mitoitusohjelmassa käytetään puhaltimen akselitehon mukaan laskettua kokonaishyötysuhdetta, jossa on mukana puhaltimen laakerihäviöt. Suorakäyttöisessä kammiopuhaltimessa puhaltimen siipipyörä on asennettu suoraan sähkömoottorin akselille ja tällöin puhaltimessa ei ole laakerihäviöitä. Häviöt sisältyvät sähkömoottorin arvoihin. 3.2.1 Liitäntähäviöt ja niiden käsittely mitoitusohjelmassa Mitoitusohjelmissa puhaltimen hyötysuhde lasketaan valmistajan DLLmodulilla, joka laskee puhaltimelle kokonaishyötysuhteen akselitehon mukaan. Kyseinen hyötysuhde on laboratoriomittausten perusteella saatu tulos, joka mitataan mittausstandardin ( AMCA Standardi 210 kuva 12 ) mukaisella koejärjestelyllä ja näinollen edustaa parasta mahdollista hyötysuhdetta. Todellisessa tilanteessa koteloon asennetulla ja kanavaan tai kammioon liitetyllä puhaltimella ei päästä kyseiseen hyötysuhteeseen, koska puhaltimen imu- ja painepuolella on häiriötekijöitä, jotka heikentävät puhaltimen suoritusarvoja. Näitä virtaushäiriöitä kutsutaan yhteisellä nimittäjällä liitäntähäviöiksi. Nämä liitäntähäviöt huonontavat puhaltimen paineenkorotusta ja sitä kautta hyötysuhdetta. Imupuolen liitäntähäviöitä ovat mm: - puhaltimen imuaukossa oleva hihnakäyttö - puhallinkotelo, joka on huomattavasti kapeampi kuin testikammio - toiminto-osat ennen puhallinta ( kulmaosa, ääniloukku, jne ) Painepuolen liitäntähäviöitä ovat mm: - puhallus kammioon - puhallus ilmantasaimeen - puhallus kanavaan - puhallus käyrään Recair Oy:n mitoitusohjelmassa liitäntähäviöt otetaan huomioon seuraavasti: - hihnakäyttöisillä keskipakoispuhaltimilla lasketaan painepuolen liitäntähäviö paineaukon virtausnopeuden ja liitäntätavan mukaan ( liitos kanavaan tai kammioon ) - suorakäyttöiset kammiopuhaltimet on valittu kuhunkin konekokoon siten, että
painepuolella ei synny liitäntähäviöitä 3.3 Hihnakäytön hyötysuhde Hihnakäytön hyötysuhteen laskeminen tapauskohtaisesti kulloinkin valitulle käytölle on työlästä, koska hyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä on runsaasti. Teoreettinen laskenta on korvattu alalla lähinnä kokemusperäisillä käyrillä, joissa hyötysuhde annetaan siirrettävästä tehosta riippuvana. Seuraavassa tekijöitä, jotka vaikuttavat hyötysuhteeseen: - kiilahihnan ( -hihnojen ) kireys, johon puolestaan vaikuttavat: o siirrettävä teho o kuorman laatu ( puhallin on suht. tasainen kuorma ) o välityssuhteesta ja akselivälistä seuraava kosketuskulma o hihnanopeus o hihnojen lukumäärä o hihnapyörien halkaisijat - kuormittamattoman järjestelmän kitka- ja hystereesihäviöt - hihnavoimat vetävällä ja löysällä puolella - hihnatyyppi o SPZ, SPA etc... o raakareunahihna+hammastus o hihnan jousivakiosta - hihnojen linjaus - esikiristys - lämpötila, kosteus Hihnakäytön hyötysuhde Recair Oy:n ohjelmassa ao. taulukon mukaan: MOOTTORIN HIHNAKÄYTÖN NIMELLINEN HYÖTYSUHDE TEHO kw % 0,55 88 0,75 90 1,10 91 1,50 92 2,20 92 3,00 93 4,00 92 5,50 94 7,50 94 11,00 94 15,00 95 18,50 95 22,00 96 30,00 96 37,00 96 45,00 96 Arvot ovat likipitäen samat kuin ruotsalaisten laitevalmistajien käyttämä AMCA 203
mukainen käyrä antaa. Ilmastointisuunnitelmissa usein esitetty 50% ylimitoitus ja kahden hihnan käyttö heikentävät hyötysuhdetta etenkin pienissä ( alle 3 kw ) käytöissä. Hihnakäytön ylimitoituksen hoitaminen määrittelemällä käyttö vähintäin kahdella hihnalla ei ole perusteltua, koska selvästi parempi tulos saadaan sekä hyötysuhteen että käytön kestävyyden suhteen valitsemalla oikea hihnatyyppi ja riittävän isot kiilapyörät. Mikä on hyvin mitoitettu hihnakäyttö? - valitse moottori siten, että välityssuhde mielellään 1:1... 1:3 o pienillä taaksepäin kaartuvasiipisillä puhaltimilla 3000 1/ min moottori on usein paras ratkaisu - älä käytä pienimpiä mahdollisia hihnapyöriä ( >90 mm ) - yksi hihna riittää tehonsiirtoon pienillä puhaltimilla ja se on käytännössä tehoihin < 3 kw paras valinta, koska kahden hihnan käytössä on hihnojen muokkaamiseksi tehtävä työ verrattuna tehonsiirtotyöhön hyvin suuri. 3.4 Sähkömoottorin hyötysuhde Sähkömoottorit luokitellaan hyötysuhteeltaan erilaisiin hyötysuhdeluokkiin ( eff1, eff2 ja eff3 ), joille on määritelty minimihyötysuhteet moottoritehoittain. Moottorin hyötysuhde on jossain määrin riippuvainen napaluvusta, mutta ilmastointikoneissa yleisimmin käytetyt 2 ja 4-napaiset moottorit ( 3000 ja 1500 1/min synkr. ) ovat hyötysuhteeltaan likipitäen samanarvoisia, kuitenkin eri valmistajilla ilmenee hyötysuhteissa vaihtelua moottorikoosta riippuen. Eniten moottorin hyötysuhteeseen vaikuttaa moottorin fyysinen koko, koska pienellä moottorilla sekä sähköiset että mekaaniset häviöt heikentävät hyötysuhdetta suhteellisesti enemmän. Moottorivalmistajat ilmoittavat hyötysuhteen nimellisteholla. Osatehoilla hyötysuhde huononee varsin voimakkaasti kun kuormitus laskee alle 50%. Hyötysuhteen arvona voidaan käyttää nimellistehon hyötysuhdetta kun moottorin akseliteho on >50% nimellisestä tehosta. Ilmoitetun hyötysuhteen toleranssi on alle 50 kw moottoreilla kaavan mukainen: seuraavan dn mo = -15 ( 1-n mo ) % esim. jos moottorin ilmoitettu hyötysuhde on 85 %, saa SFP-luvun laskennassa käyttää moottorivalmistajan ilmoittamaa nimellistä hyötysuhdetta. Lisäksi on huomioitava, että taajuusmuuttajakäytössä moottorin hyötysuhde ei ole sama kuin suoraan 50 Hz verkossa toimittaessa, vaan alempi. 3.5 Taajuusmuuttajan hyötysuhde
Laitevalmistajat ilmoittavat taajuusmuuttajien hyötysuhteiksi 95...97 % nimellisellä kuormituksella. 4. Suodattimien painehäviö SFP-luvun laskennassa Recair Oy:n mitoitusohjelmassa SFP-luku lasketaan puhtailla suodattimilla. -ilmastointikoneen valintaohjelmalla simuloit helposti useita ilmastointikoneen kokoja samaan käyttötarkoitukseen, vertailet SFP -lukuja, otsapintanopeuksia, hyötysuhteita, hintaindeksejä ja näin löydät vaivattomasti sopivan koneen käyttötarkoitukseensa. Klikkaa www.recair.fi/ilmastointikoneet Tarvittaessa lisätietoja antaa DI Seppo Kanninen, puh. 09 274 4000.