TUOTTAVA SISÄILMASTO. Jäähdytyskatto -opas. Omakonvektio

TUOTTAVA SISÄILMASTO Jäähdytyskatto -opas Omakonvektio

Jäähdytyskatto-opas 2

Omakonvektiotekniikka Lämmönsiirto Jäähdytyspalkki on lämmönvaihdin, joka siirtää lämpöä huoneen ilmasta jäähdytysvesipiiriin. Kondensaation välttämiseksi palkkiin tulevan veden lämpötila ei saa olla liian alhainen (noin +14 C). Ensimmäisessä vaiheessa huoneilman lämpö siirtyy jäähdytyspalkin pintoihin, jonka jälkeen lämpö johdetaan pinnoista putken seinään, josta se siirtyy jäähdytysveteen. Lämpötilaerosta huoneilman lämpötilan ja jäähdytysvesipiirin lämpötilan välillä on 80-90 % huoneilman ja pinnan välillä ja vain 10-20 % putken seinän ja veden välillä. Edellyttäen, että vedessä esiintyy pyörrevirtausta ja siitä johtuen, että lämmönsiirtoluvut ovat monta kertaa suuremmat vedessä kuin ilmassa. Lämmönsiirto huoneilman ja pinnan välillä tapahtuu kahdella tavalla. Se tapahtuu osittain säteilynä palkin pintojen ja ympäröivien huoneen pintojen välillä, osittain konvektiona pintaa lähinnä olevan ilman ja itse pinnan välillä. Nämä kaksi lämmönsiirtoarvoa yhteenlaskettuna ilmoittavat kokonaislämmönsiirron. Lämmönsiirto säteilynä On tärkeätä tietää, että lämmönsiirto säteilynä tapahtuu ainoastaan jäähdytyspalkin pintojen ja huoneen pintojen välillä. Tämä riippuu pintojen lämpötilaerosta ja on riippumaton ilman lämpötilasta. Säteilynä tapahtuva lämmönsiirto voidaan helposti laskea säteily-yhtälön avulla: T panel P = A e t 5,67-100 P = teho (W) A= pinta (m²) e t = kokonaisemissioluku 5,67= Stefan-Boltzmannin vakio T= lämpötila (K) ( C + 273) e on materiaalin kyky absorboida ja säteillä lämpöä. Kaikkien huoneessa olevien tavallisten materiaalien, paitsi kiiltävien metallipintojen, e-arvo on 0,88-0,97. Maalattujen pintojen e-arvo on noin 0,95, kun taas lasin, tiilen ja muiden materiaalien arvo e-arvo on noin 0,9. Kiiltävän metallin e-arvo 4 1 2 T rum 100 4 1 2 1 2 on noin 0,1. Tämä merkitsee sitä, että säteilynä tapahtuvaa lämmönsiirtoa ei voida käyttää, jos jäähdytyspalkin pinnat tai huoneen pinnat ovat kiiltävää metallia. Edellyttäen, että huoneen pinnat ympäröivät täysin jäähdytyspalkin, mikä on tavallisinta, lasketaan pinta A jäähdytyspalkkia ympäröiväksi pinnaksi. Jäähdytyspalkin pinnan e-arvo on tavallisesti 0,95. e t -kokonaisarvo on jäähdytyspalkin pinnan arvo kerrottuna huoneen pintojen e-arvolla. Huoneen pintojen e-arvot saattavat olla hieman erilaiset, mutta yleensä tavallisen huoneen e-arvoksi voidaan valita noin 0,94. e t -kokonaisarvoksi saadaan siten:: 0,95 0,94 ø 0,9 e t -arvo 0,9 sopii hyvin käytettäväksi yleislaskelmissa. Esimerkki: 2 m pitkän liuskapalkin (Capella Classic-53) ympäröivä lämmönsiirtopinta on 2,6 m². Tämän pinnan lämpötila on + 16 C ja huonepintojen lämpötila on + 24 C. Säteilyarvon e t oletetaan olevan 0,9. Kuinka suuri on jäähdytyspalkin jäädytysteho säteilyn kautta? P = 2,6 0,9 5,67 289-297 100 100 P = 107 W Lämmönsiirto konvektion avulla Lämmönsiirto konvektion avulla kuvaa mitä tapahtuu hyvin lähellä peltipintaa huoneilman ja itse peltipinnan välillä. Lämmönsiirto lasketaan yhtälöstä: P = a A (T panel - T rum ) P = teho (W) a = lämmönsiirtoarvo (W/m², C) A = pinta-ala (m²) T= lämpötila (K) ( C + 273) 4 1 2 1 2 4 1 2 Jäähdytyskatto-opas 3

Omakonvektiotekniikka Esimerkki: 2 m pitkän liuskapalkin (Capella Classic-53) ympäröivä lämmönsiirtopinta-ala on 2,6 m². Tämän pinnan keskilämpötila on + 16 C ja huoneilman lämpötila on + 24 C. Kaikkien pintojen lämmönsiirtoarvoje a keskiarvoksi oletetaan 10. Kuinka suuri on jäähdytyspalkin jäähdytysteho konvektion avulla? P = 10 2,6 (289-297) P = 208 W Johtopäätös: Yllä olevan laskuesimerkin mukaan jäähdytysteho säteilynä on noin 107 W ja konvektion avulla 208 W. Tämä antaa säteilyn osuudeksi noin 34 % ja konvektion osuudeksi noin 66 %. Laskettaessa omakonvektion avulla tapahtuvaa lämmönsiirtoa, yhtenä ongelmana on löytää oikea lämmönsiirtoarvo, a-arvo. Lämmönsiirtoarvo ilman ja pinnan välillä vaihtelee riippuen osittain lämpötilaerosta ja osittain pinnan suuruudesta ja sen kallistumasta. Suuri lämpötilaero antaa suuremman lämmönsiirtoarvon. Vaakasuorat pinnat antavat suuremman lämmönsiirtoarvon pienille pinnoille (leveys vähemmän kuin 1 m). Kun noin 1 m leveän tasaisen vaakasuoran pinnan lämmönsiirtoarvo on vain noin 3 W/m² C, niin 5 cm leveän pinnan lämmönsiirtoarvo on noin 5 W/m² C, ja 1 cm leveän pinnan lämmönsiirtoarvo on noin 10 W/m² C (10 C lämpötilaeron vallitessa). Omakonvektiopalkin tehon lisäämiseksi voidaan käyttää hyväksi hieman raskaampaa, jäähdytettyä ilmaa Tämä tapahtuu tekemällä jäähdytyspalkin sivut korkeammiksi, jolloin palkin alle saadaan kylmä, raskas ilmamassa, joka lisää jäähdytyspalkin pinnoilla virtaavan ilman nopeutta ja lisää näin lämmönsiirtoarvoja. Miksi on tärkeää laskea säteily ja konvektio? Koska säteily merkitsee lämmönsiirtoa pintojen välillä, se ei vaikuta ilmavirtauksiin huonetilassa. Lämmönsiirto konvektion avulla taas synnyttää ilmavirtauksia koska siinä ilma virtaa lämpöä siirtäviä pintoja pitkin. Omakonvektiopalkkeja ja niiden synnyttämiä ilmavirtauksia laskettaessa mukaan voidaan ottaa ainoastaan konvektiivinen siirto. Kuva 1. Liuskapalkissa lämmönsiirto tapahtuu sekä konvektiolla että säteilyllä. Staattinen ja dynaaminen paine ja niiden vaikutus ilman liikkeisiin huonetilassa Kun huoneessa oleva ilma saavuttaa tietyn nopeuden, se vetää mukaansa lähistöllä olevan ilman, mikä puolestaan muuttaa ilmavirtauksia. Huoneessa tapahtuvat ilman liikkeet voidaan teoreettisesti selittää yksinkertaisen yhtälön avulla: P yhteensä = P staattinen + P dynaaminen P d v² dynaaminen = 2 Kuva 2. Patteripalkissa lämmönsiirto tapahtuu konvektiolla. P yhteensä = kokonaispaine (Pa) P staattinen = staattinen paine (Pa) P dynaaminen = dynaaminen paine (Pa) d = tiheys (kg/m³) v =nopeus (m/s) Jäähdytyskatto-opas 4

Omakonvektiotekniikka Tämä yhtälö selittää huonetilassa tapahtuvat ilmiöt ja se selittää myös miksi lentokone lentää, purjevene liikkuu eteenpäin tuulta vastaan, induktiopalkki toimii ja sen antaa selityksen myös monille omakonvektiopalkkien alla esiintyville ilmavirtausilmiöille. Dynaaminen paine on sama kuin nopeuspaine, ts. se paine, joka syntyy ilmavirtauksen ansiosta. Huoneessa kokonaispaine on aina yhtä suuri, kun ei esiinny paineen laskua. Tämä merkitsee sitä, että jos luodaan ilmavirta, niin on olemassa dynaaminen paine, joka aiheuttaa automaattisesti pienemmän staattisen paineen tilassa. Tilavuusyksiköllä ilmavirrassa, jolla on nopeus, on alempi staattinen paine kuin ympäröivällä ilmalla, minkä ansiosta ympäröivä ilma pyrkii lähestymään ilmavirtausta kiihtyvällä nopeudella, ja kun tämä tapahtuu, niin ilmavirtaus painuu kokoon ja se kapenee. Raskaamman kylmän ilman poistuessa konvektiopalkista tietyllä nopeudella, ympäröivä huoneen ilma liikkuu molemmilta puolilta ilmavirtaa kohti ja painaa sitä kokoon. Tällöin ilmavirta konvektiopalkin alla kasvaa suhteessa siihen mitä se on juuri palkin ulostulossa. Sen ansiosta ilmavirtaukset ovat suhteellisen samanlaisia konvektiopalkkien alla, riippumatta palkin leveydestä. Leveän palkin alla noin kahden desimetrin etäisyydellä syntyy kapeampi ilmapatsas, joka on muodoltaan samanlainen kuin kapeammalla omakonvektiopalkilla. Jos omakonvektiopalkkeja sijoitetaan vierekkäin lähelle toisiaan, niin ilmavirtausten väliin ei pääse kylliksi huoneilmaa, jolloin alhainen staattinen paine ilmavirtauksissa saa huoneilman painamaan ilmavirrat kokoon, yhdeksi ilmavirraksi, jonka seurauksena nopeus kasvaa. Sama ilmiö esiintyy jos omakonvektiopalkki sijoitetaan lähelle seinää. Huoneilma ei pääse tällöin kulkemaan ilmavirtauksen ja seinän välistä, vaan huoneilma painaa konvektiopalkista tulevan ilmavirran seinää vasten. Kun se tapahtuu ylhäällä katossa, sitä kutsutaan Coanda-tehoksi, mutta se on sama ilmiö, joka tapahtuu kun konvektiopalkki sijoitetaan lähelle seinää. Se ilmavirtauksen painaminen kasaan, joka tapahtuu lähinnä palkin alla siksi, että huoneilma painaa sitä, vähenee sitten alempana, kun huoneilmaa sekoittuu mukaan. Ilma kevenee ja laajenee. Missä kohdassa tämä tapahtuu, riippuu tietyssä määrin huoneen korkeudesta. Korkeassa huoneessa ilma putoaa alemmas omakonvektiopalkin alla ennen kuin se laajenee. Matalassa huoneessa ilma putoaa lyhyemmän matkan, koska lattia muodostaa absoluuttisen jarrun ilmavirtaukselle. Ilmannopeus on suhteellisen riippumaton huoneen korkeudesta normaalihuoneissa, joiden korkeus on 2,5-3,0. Veto on enemmän kuin ilmavirtaus Veto määritellään tavallisesti ilman liikkeiden aiheuttamaksi ei-toivotuksi kehon paikalliseksi jäähtymiseksi. Vedon aistimiseen vaikuttavat ilman nopeus, ilman lämpötila ja turbulenssin voimakkuus. Turbulenssilla ilmavirrassa on myös suuri vaikutus vedon riskiin. Turbulenssin mittana on turbulenssin voimakkuus. Se ilmaisee kuinka paljon ilman nopeus ilmavirtauksessa vaihtelee suhteessa ilmavirran keskinopeuteen. Siis ilman nopeuden, sen lämpötilan ja turbulenssin voimakkuuden yhdistelmä ratkaisee vetoaistimuksen riskin suuruuden. Eri suhteet ilman nopeuden, sen lämpötilan ja turbulenssin voimakkuuden välillä voivat aiheuttaa saman vetoriskin. Ilman nopeus m/s 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Turbulensintensitetsgrad Turbulenssin voimakkuusaste 5% 20% 40% 0,00 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 C Lufttemperatur Ilman lämpötila Kaavio 1. Lasketusta turbulenssin voimakkuudesta ja huoneen ilman lämpötilasta voidaan kaaviosta DIN 1946 lukea maksimaalinen ilman nopeus, joka ei synnytä vetoa. Jäähdytyskatto-opas 5

Omakonvektiotekniikka Turbulenssin voimakkuuden kaava on seuraavanlainen: SD T u = v 100 9 T u = turbulenssin voimakkuus SD v = vakiopoikkeama 9 = keskinopeus sijoitettuna ympäröivästä pinta-alasta tulee jonkin verran suurempi kuin vastaavalla patterituotteella. Jotta tekniikka toimisi hyvin, se asettaa myös rajoituksia muotoilulle. Luonnollisesti liuskapalkki voidaan sijoittaa rei itetyn alakaton yläpuolelle, jolloin säteilyn osuus jää kuitenkin pienemmäksi kuin vapaassa asennuksessa. Esimerkki: Miten suuri on turbulenssin voimakkuus, kun vakiopoikkeama SDv = 0,05 m/s, ja keskinopeus 9 = 0,16 m/s? T u = 100 0,05 0,16 T = 31% Patteri- ja liuskatuotteiden välinen vertailu Omakonvektiotuotteet voidaan rakenteen perusteella jakaa kahteen ryhmään, patteri- ja liuskatuotteisiin. Patterituotteet käyttävät hyväksi konvektiota kun taas liuskatuotteet käyttävät sekä konvektiota että säteilyä lämmönsiirtoon. Patterituotteissa, katso kuva 2, on jäähdytyspatteri, joka koostuu kupariputkesta ja noin 5 millimetrin välein olevista poikittaisista alumiinilamelleista. Tämä patteri on suunniteltu siirtämään lämpöä konvektion avulla. Rakenteen ansiosta saadaan erittäin suuri lämmönsiirtopinta pieneen tilaan. Tuotteet voidaan näin tehdä suhteellisen pienikokoisiksi, mutta ne ovat silti suuritehoisia. Lisäksi patteri voidaan rakentaa palkin sisään siten, että ainoastaan meno- ja paluuputki näkyvät. Tämän ansiosta tuotteet ovat muotoilun suhteen joustavia. Patterin ollessa tuotteen sisässä, hyvin pieni osa jäähdytyksestä tapahtuu palkin kotelonvälityksellä, jolloin siirto tapahtuu yksinomaan konvektion avulla. Liuskatuotteet, katso kuva 1, on rakennettu aivan toisella tavalla kuin patterituotteet. Niissä energia siirtyy kokonaan tuotteen ulkopintojen välityksellä. Pinnoissa saattaa olla rakoja tai ne ovat rei itettyjä, jotta ilma pääsee virtaamaan läpi ja teho lisääntyy materiaaliyksikköä/pintayksikköä kohti. Nämä aukot muistuttavat yleensä pieniä lamelleja korkean lämmönsiirtotehon aikaansaamiseksi. Tällainen tuote tuo lämpöä tai jäähdyttää suhteellisten pienten pintojen välityksellä. Kokonaan koteloon Kuva 3. Liuskapalkki Carat sijoitettuna rei itetyn alakaton yläpuolelle. Patteripalkkeihin verrattuna liuskapalkkien etuna on samalla ilmannopeudella 50 % suurempi teho säteilyn ansiosta. Pienempi kokonaispinta-ala tekee myös tuotteen puhtaanapidon helpommaksi. Liuskapalkit siirtävät energian konvektion avulla kapeiden rakojen kautta ja säteillyn avulla. Tämän ansiosta tehokäyrä on lähes suoraviivainen suhteessa lämpötilan lisääntymiseen ja eroaa näin patteripalkin vastaavasta. Veden keskilämpötilan ja huoneen lämpötilan välisen eron ollessa 4 C, vaihtoteho on noin puolet verrattuna 8 C lämpötilaeroon. Tämän ansiosta dynaamisessa lämpötilan kulussa, jossa huoneen lämpötila vaihtelee vuorokauden aikana, voidaan käyttää tehokkaammin hyväksi jäähtymisen akkumulointia rakennuksen rungossa. Tuloksena on alhaisempi huoneilman lämpötila samalla asennetulla teholla. Tämä merkitsee myös, että liuskapalkit ovat suhteellisen epäherkkiä sijoitukselle, verrattuna patteripalkkeihin, jotka vaativat tietyn nopeuden lamellien läpi toimiakseen ja ovat arempia väärälle sijoitukselle ja ilmavirtausta haittaaville esteille. Liuskapalkkien säteilylämmönvaihdon ansiosta ilmasto koetaan myös paremmaksi samassa huoneen lämpötilassa. Jäähdytystehosta 30-35 % ollessa säteilyä, ihmisen ja jäähdytyspalkin välillä tapahtuu suoraa lämmönvaihtoa, jonka ansiosta sama lämpötila tuntuu viileämmältä. Jäähdytyskatto-opas 6

Omakonvektiotekniikka 500 450 400 Erotus Differens Patteri Batteri Liuska Strips Tehonotto (W) Effekt uttag (W) 350 300 250 200 150 100 50 0 25 24 23 22 Huoneen lämpötila 21 20 Liuska Strips Patteri Batteri Erotus Differens 19 Kaavio 2. Tämä kaavio esittää patteri- ja liuskatuotteita dynaamisessa kulussa. Voidaan todeta, että liuskatuotteilla on suurempi tehonotto kuin patterituotteilla hetkellisesti huoneen maksimilämpötilaan 25 C. Mittauksia & laskelmia Ilmannopeuksien mittaus- ja laskentatuloksia Kaikki tässä julkaisussa selvitetyt mittaukset ja testit on tehty Lindab Climaten ilmastolaboratoriossa. Laboratorion nykyaikainen ja erittäin joustava varustus soveltuu moniin erilaisiin mittauksiin. Mittaukset on tehty LVI-teknisen yhdistyksen ilmavirtausmittauksia koskevien ohjeiden mukaisesti. Mittausarvot ilmoitetaan tietyssä mittauspisteessä kolmen minuutin jakson aikana tehdyn mittaussarjan keskiarvona. Lämpö on tuotu mittaushuoneeseen seinien ja lattian kautta, jotta minimoidaan sen vaikutus ilmannopeuksiin. Ilmannopeudet oleskeluvyöhykkeellä on laskettu keskiarvona 1 200 ja 1 800 mm välillä lattian yläpuolella, palkin alareunan sijaitessa 2 600 mm lattian yläpuolella. Patteripalkki on jäähdytyspalkki, joka sisällä on lamellipatteri. Poikittaiset lamellit on kiinnitetty kupariputkeen. Tavallisen patteripalkin lämmönsiirrosta noin 95 % tapahtuu konvektion ja noin 5 % säteilyn avulla. Kuva 4 Patteripalkin toiminta Liuskapalkki on jäähdytyspalkki, joka on rakennettu putkista. Putkien laipat muodostavat palkin pinnat. Ylä- ja alasivulla on raot, joiden läpi ilma pääsee virtaamaan. Tyypillisen liuskapalkin lämmönsiirrosta noin 65 % tapahtuu konvektion ja noin 35 % säteilyn avulla. Käytetty mittauslaite on tyypiltään ALNOR malli AVT-75. Mittauspisteiden sijoitus on c-c 100 mm korkeuksilla 100, 1 200 ja 1 800 mm lattian yläpuolella. Kuva 5. Liuskapalkin toiminta Jäähdytyskatto-opas 7

Mittauksia & laskelmia 0,08 0,16 0,07 0,22 0,16 0,27 0,21 0,24 0,27 Liuska- ja patteripalkkien teho per tehollinen metri eri ilmannopeuksilla Kaaviosta 3 näkyy ilmannopeus patteri- tai liuskapalkin alla oleskeluvyöhykkeellä, 2,6 m korkeassa huoneessa. Kaaviosta ilmenee esim., että arvoa 110 W/m palkkia ei pidä ylittää patteripalkissa, ja vastaava raja-arvo liuskapalkille on 175 W/m palkkia, maksimaalisen ilmannopeuden ollessa 0,25 m/s. Kaavion 3. laatimiseen on vaadittu suuri määrä mittauksia. Kuva 1 esittää kahta esimerkkiä tästä mittaussarjasta tehon ollessa 150 W/m. Siitä ilmenee, että ilmannopeudet ovat hyväksyttäviä liuskapalkille, mutta ne ovat liian suuria patteripalkille. Esimerkistä käy ilmi, että ilmavirran alhainen staattinen paine aiheuttaa ilmavirtauksen painumisen kokoon ja ulkonäöltään kapeammaksi palkin alla. Ilmannopeus (m/s) 0,4 Patteri Batteri 0,3 Liuska Strips 0,2 0,1 0 0 50 100 150 200 250 Teho (Watt/tehollinen m) Kaavio 3. Ilmannopeus / Watt tehollinen metri Hajontakuva Spridningsbild Liuskapalkki Strips Hajontakuva Spridningsbild Patteripalkki Batteri Effekt Teho 150 W/aktiv W/tehollinen meter metri Teho Effekt 150 W/tehollinen W/aktiv meter metri Katon korkeus 2,9 m Etäisyys palkin alareunaan 2,6 m Ilmannopeuden mittauspisteet 1,2 ja 1,8 Kuva 1. Ilmannopeus liuska- ja patteripalkeille. Jäähdytyskatto-opas 8

Mittauksia & laskelmia Kuva. 2 esittää ilmannopeuksia teholla 110 W/m patteripalkissa, osittain palkin poikki, osittain pitkin palkkia. Liuskapalkin vastaavat tehot ovat 175 W/m samalla ilmannopeusprofi ililla. Suurimmat Högsta uppmätta mitatut ilmannopeudet lufthastigheter jäähdytyspalkin under kylbaffel. alla. Ingen Ei kallistumaa. lutning. Teho Effekt 110 110 W/tehollinen W/aktiv meter metri Effekt Teho 110 110 W/tehollinen W/aktiv meter metri Katon korkeus 2,9 m Etäisyys palkin alareunaan 2,6 m Ilmannopeuden mittauspisteet 0,1 1,2 ja 1,8 Kuva 2. Ilmannopeus patteripalkille. Ilmannopeuden riippuvuus palkin leveydestä Jotta voitaisiin todeta onko ilmannopeus leveällä palkilla pienempi kuin kapealla, mittaukset on tehty eri levyisillä palkeilla. Kaavio 4 osoittaa, että leveydellä on ainoastaan marginaalinen merkitys ilmannopeudelle. Mikäli patteripalkin leveys kaksinkertaistetaan 42 senttimetristä 84 senttimetriin, niin ilmannopeus laskee vain 10 %. Tämä johtuu siitä, että ilmavirta painuu kasaan palkin alla ja saa samanlaisen muodon ja nopeuden palkin leveydestä riippumatta. Tämä pätee myös liuskapalkkeihin. Ilmannopeus (m/s) Patteri, Batteri, leveys bredd 42 cm Patteri, Batteri, leveys bredd 84 cm Teho (Watt/tehollinen m) Kaavio 4. Ilmannopeus erilevyisillä palkeilla. Jäähdytyskatto-opas 9

Mittauksia & laskelmia Katon korkeuden vaikutus Ilmannopeuteen oleskeluvyöhykkeellä Kuva. 3 esittää ilmannopeutta huoneessa patteripalkin eri sijoituskorkeuksilla. Kuvioista käy selvästi ilmi, että huoneen korkeus ei vaikuta mainittavasti ilmannopeuksiin, ei ainakaan 2,6 ja 3 m välillä lattian yläpuolella. Marginaalinen ilmannopeuden hidastuminen voidaan osoittaa korkeammassa huoneessa. Vasta kun katon korkeus on reilusti yli 3,0 m, ilmannopeuden oleskeluvyöhykkeellä voidaan olettaa laskevan. Hajontakuva Spridningsbild patteri batteri 42 42 Hajontakuva Spridningsbild patteri batteri 42 42 Teho Effekt 150 W/tehollinen W/aktiv meter metri Teho Effekt 150 W/tehollinen W/aktiv meter metri Katon korkeus 2,9-3,3 m Etäisyys palkin alareunaan 2,6-3,0 m Ilmannopeuden mittauspisteet 0,1 1,2 ja 1,8 Kuva 3. Ilmannopeus eri kattokorkeuksilla Jäähdytyskatto-opas 10

Mittauksia & laskelmia Ilmannopeuden riippuvuus vierekkäisistä palkeista Kuva. 4 osoittaa mitä tapahtuu kun jäähdytyspalkkeja sijoitetaan vierekkäin. Tehoksi on valittu 110 W/m patteripalkille, ts. se teho, joka voidaan katsoa maksimaaliseksi hyväksyttäväksi tehoksi yksittäiselle patteripalkille. Mikäli tilalla käytetään liuskapalkkia, vastaavaksi tehoksi voidaan asettaa 175 W/tehollinen metri. Esimerkissä palkki on 42 cm leveä. Sijoitettaessa kaksi palkkia vierekkäin, c-c 800 mm, saadaan ilmannopeudeksi huoneessa yhtä palkkia vastaava ilmannopeus. Palkkien alla olevat ilmavirtaukset vaikuttavat kuitenkin toisiinsa. Kuvioista voidaan todeta kuinka ilmavirtaukset imeytyvät toisiaan kohti johtuen alhaisesta staattisesta paineesta ilmapilarissa, joka vetää huoneilmaa puoleensa. Koska palkkien väliin ei pääse kylliksi ilmaa, niin ilmavirrat imeytyvät sen sijaa yhteen palkkien alla. Vasta kun etäisyys c-c on 1,2 m toimivat palkit kuin kaksi erillistä palkkia, puhtaasti ilmateknisesti. Kaaviosta 5 nähdään keskimääräinen ilmannopeus 1,6 m lattian yläpuolella palkkien erilaisten c-c-mittojen funktiona.siitä käy ilmi, että c-c 800 mm ja suurempi etäisyys antavat suunnilleen saman ilmannopeuden kuin yksittäisellä palkilla. Tietty minimi näkyy kun c-c on 800 mm johtuen siitä, että tällä etäisyydellä tapahtuu maksimaalinen ilman sivuttaisliike, mikä vähentää ilmannopeutta jonkin verran. Ilmannopeus (m/s) c-c-etäisyys Kaavio 5. Ilmannopeus kahden palkin välisillä eri c-c-etäisyyksillä. Patteripalkki: 110 W/m. Liuskapalkki: 175 W/m. Etäisyys Avstånd patteripalkkien mellan batteribafflar välillä 0 mm 0 mm Etäisyys Avstånd patteripalkkien mellan batteribafflar välillä 800 800 mm mm Etäisyys Avstånd patteripalkkien mellan batteribafflar välillä 1200 1200 mm mm Teho Effekt 2 110 W/aktiv W/tehollinen meter metri Teho Effekt 2 110 W/aktiv W/tehollinen meter metri Teho Effekt 2 110 W/aktiv W/tehollinen meter metri Katon korkeus 2,9 m Etäisyys palkin alareunaan 2,6 m Ilmannopeuden mittauspisteet 0,1 1,2 ja 1,8 Kuva 4. Ilmannopeus kahden palkin eri etäisyyksillä Jäähdytyskatto-opas 11

Mittauksia & laskelmia Kuva 5 osoittaa mitä tapahtuu, kun kolmas jäähdytyspalkki sijoitetaan kahden aikaisemman viereen, pienimmälle hyväksytylle etäisyydelle c-c 800 mm. Kaikki ilmavirtaukset vaikuttavat toisiinsa, mutta ilmannopeudet ovat vain hivenen suurempia kuin yksittäisellä palkilla. Siksi suosittelemmekin useita palkkeja vierekkäin sijoitettaessa, että patteripalkin teho ei saa ylittää 110 W/m ja että c-c-etäisyys palkkien välillä on yli 800 mm. Sama koskee liuskapalkkeja, paitsi että tehoa saa olla 175 W/m. Ilmannopeuden riippuvuus palkin sijoituksesta seinän viereen Kuva 6 osoittaa mitä tapahtuu kun jäähdytyspalkki sijoitetaan lähelle seinää. Nopeuksista johtuvat eri paineet aiheuttavat ilmavirran imeytymisen seinää vasten, nk. Coanda-tehon. Tämä johtuu siitä, että etäisyys on niin pieni, että ilmaa ei pääse virtaamaan jäähdytyspalkin ja seinän välistä riittävästi. Ilmiö esiintyy palkin reunan ja seinän tullessa noin 400 mm etäisyydelle toisistaan. Palkin leveys on tässä tapauksessa 420 mm. On myös nähtävissä, että ilmannopeudella on taipumus kasvaa, kun palkki sijoitetaan aivan seinän viereen. Etäisyys Avstånd mellan palkkien bafflar välillä 400 400 mm mm Alue, Område jolla med ilmannopeudet lufthastigheter ovat högre yli än 0,20 0,20 m/s m/s Teho Effekt 330 W/tehollinen W/aktiv metermetri Kuva 5. Ilmannopeus kolmella palkilla Etäisyys Avstånd till seinään vägg 800 800 mm. mm. Etäisyys Avstånd till seinään vägg 400 400 mm. mm. Etäisyys Avstånd till seinään vägg 0 mm. 0 mm. Teho Effekt 110 W/aktiv W/tehollinen meter metri Teho Effekt 110 W/aktiv W/tehollinen meter metri Teho Effekt 110 W/aktiv W/tehollinen meter metri Katon korkeus 2,9 m Etäisyys palkin alareunaan 2,6 m Ilmannopeuden mittauspisteet 0,1 1,2 ja 1,8 Kuva 6. Ilmannopeus kun palkki sijoitetaan seinän viereen. Jäähdytyskatto-opas 12

Mittauksia & laskelmia Ilmannopeuden riippuvuus palkin kallistumasta Kuva 7 osoittaa, että ilmannopeudet kasvavat jonkin verran kun jäähdytyspalkkia kallistetaan pituussuunnassa. Lisäys alkaa näkyä kun kallistuma on 20. Kallistuman ollessa 30 ilmannopeudet ovat huomattavasti suuremmat ja ne ovat siirtyneet jäähdytyspalkin alempana olevaa päätä kohti. Suurimmat Högsta uppmätta mitatut ilmannopeudet lufthastigheter jäähdytyspalkin under kylbaffel. alla. Lutning Kallistuma 20 20 Effekt Teho 110 W/tehollinen W/aktiv meter metri Suurimmat Högsta uppmätta mitatut ilmannopeudet lufthastigheter jäähdytyspalkin under kylbaffel. alla. Lutning Kallistuma 30 30 Suurimmat Högsta uppmätta mitatut ilmannopeudet lufthastigheter jäähdytyspalkin under kylbaffel. alla. Lutning Kallistuma 10 10 Teho Effekt 110 W/tehollinen W/aktiv meter metri Teho Effekt 110 110 W/tehollinen W/aktiv meter metri Kuva 7. Ilmannopeus eri kallistumilla Turbulenssin voimakkuus ilmavirtauksessa omakonvektiopalkin alla Turbulenssin voimakkuus ilmavirrassa omakonvektiopalkin alla ei eroa, olipa kyseessä liuskapalkki tai patteripalkki. Sitä vastoin turbulenssin voimakkuus riippuu ilmavirtauksen nopeudesta. Yllä olevasta kaaviosta voidaan lukea turbulenssin voimakkuus eri ilmannopeuksien funktiona. Tarkasteltaessa olosuhteita kriittisillä ilmannopeuksilla, noin 0,25 m/s, nähdään, että turbulenssin voimakkuus on noin 15 %. Turbulenssin voimakkuus (%) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Ilmannopeus (m/s) Kaavio 6. Turbulenssin voimakkuus Patteri 42 Teho 100-150 W/tehollinen metri Jäähdytyskatto-opas 13

Mittauksia & laskelmia Todellinen tapaus Konttorihuoneistoon, jossa huoneiden korkeus on 2,9 m ja etäisyys palkin alareunaan 2,6 m, asennetaan omakonvektiolaitteet. Lämpötilavaatimuksena on enintään 25 C huoneessa ja ilmastoelämyksen tulee vastata DIN-normin vaatimuksia koskien lämpötilaa, ilmannopeutta ja turbulenssin voimakkuutta. Laitteiston jäähdytystehon on oltava yhteensä 500 W. Tarkista, että ilmannopeus ei aiheuta vetoa, valittaessa annetut vaatimukset täyttäviä omakonvektiolaitteita. Ratkaisu: Vaihe 1: Siirry DIN-kaavioon, kaavio 1, kohtaan 25 C ja oleta turbulenssin voimakkuudeksi 15 %. Tämä antaa ilmannopeudeksi 0,25 m/s. Vaihe 2: Tarkista oletus kaaviosta 6. Siirry 0,25 m/s kohdalle ja lue15 %. Oletus on tässä tapauksessa OK! Vaihe 3: Ota selville liuska- ja vastaavasti patteripalkkien maksimaalinen jäähdytysteho. Siirry kaavioon 3. Kaavio antaa seuraavat arvot: Liuskapalkki: 175 W/m Patteripalkki: 110 W/m Tarkistukset: Tarkista onko palkin leveydellä vaikutusta tehoon W/tehollinen metri palkkia kaaviosta 5. Vastaukseksi saadaan, että leveyden aiheuttama ero on ainoastaan marginaalinen. Tarkista kuviosta 3 vaikuttaako palkin kattokorkeus kyseessä olevaan ilmannopeuteen ja hajontakuvaan kyseisellä katon korkeudella. Koska katon korkeus on 2,6-3,0 m lattian yläpuolella, ilmannopeudet ovat hyväksyttäviä. Ota selvää mikä etäisyys vaaditaan palkkien välille, mikäli niitä tarvitaan kaksi kappaletta, katso kuva 4.Kuva osoittaa että c-c-etäisyyden palkkien välillä tulee olla vähintään 800 mm, jotta ilmannopeudet ja hajontakuvat olisivat OK. Kun on käyty läpi vaiheet 1-3, tehdään seuraavat valinnat: Liuskapalkin valinta: Tuotteen on oltava vähintään 500 W/175 W 2,9 m pitkä. Valittaessa patteripalkki: Tuotteen on oltava vähintään 500 W/110 W 4,5 m pitkä. Kaavioiden yhteenveto Lukemalla kaaviot 1 + 6, saadaan sallittu ilmannopeus huoneen lämpötilan funktiona, katso kaavio 7. Ilmannopeus (m/s) 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Kaavio 7. 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Huoneen lämpötila ( C) Lukemalla kaaviot 1 + 3 + 6, saadaan sallittu teho per metri palkkia huoneen lämpötilan funktiona, katso kaavio 8. Teho W/tehollinen metri 300 250 200 150 100 50 0 Kaavio 8. Liuska Strips Batteri Patteri 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Huoneen lämpötila ( C) Tarkista kuvasta 6 ilmannopeudet mikäli palkki sijoitetaan seinän läheisyyteen tai sen viereen. Mikäli palkin ja seinän välinen etäisyys on suurempi kuin 400 mm, niin ilma ei seuraa seinää. Jäähdytyskatto-opas 14

Jäähdytyskatto-opas 15

Oikeus rakennemuutoksiin pidätetään. Kuvat: Carlo Marelli, Lars Lundberg. Kuvitus: Dan Hambe. Tammikuu 2002. Lindab VM AB/Climate Puhelin: +46 31-68 66 00 www.lindabclimate.com