Fortrængningsventilation

Swegon Luftbaserede klimasystemer 2005
www.swegon.dk

Generelt

Figur 42 nedenfor viser et fortrængningssystem. Ventilationsluften tilføres rummet med undertemperatur i gulvniveau og suges ud i loftniveau. Ventilationsluften fordeler sig udefter ved gulvet, og begynder at stige, når den kommer i kontakt med varme genstande, som genererer opgadgående konvektionsstrømme.

Den varme punktkilde i figuren afgiver en forurening, f.eks opvarmet luft, som er lettere end den omgivende luft. Forureningen stiger mod loftet og mere luft trækkes ind.

Hvis volumenstrømmen af luft i forureningsøjlen, når den når loftet, er større end ventilationsluftstrømmen, kan den forurenede luft ikke evakueres direkte med ventilationsluften. En del af forureningen recirkuleres derfor nedad i rummet. Vi får derfor en front med forurenet luft, som begynder at bevæge sig nedad i rummet.

Fronten standser på det niveau, hvor mængden af den opadstigende forurenede "luftsøjle" er lig med ventilationsluftmængden.

Der opstår derfor to zoner i rummet, en øvre zone med forurenet luft og en nedre zone med "ren" luft. I lokaler, hvor der foregår bevægelser og med et generelt højt aktivitetsniveau, er det hensigtsmæssigt at få hævet den rene zone så meget som muligt, -helst over "indåndingshøjden.

Den anbefalede volumenstrøm bestemmes ud fra gældende normer og bestemmelser om de hygiejniske grænseværdier.

Figur 42. Fortrængningsventilation.
Luften tilføres i gulvniveau og suges ud i loftniveau. Indblæsningsluften (q_v) fordeler sig udefter i gulvhøjde og stiger, når den kommer i kontakt med varme emner.
q_v = ventilationsluftstrøm l/s
q_x = konvektionsstrøm i forurenings "søjlen" på niveau x (l/s)

A = Forurenet zone
B = Rørlig front med forurenet luft
C = Ren zone

Projektering

Ved fortrængningsventilation tilføres luften med meget lav lufthastighed. Dette indebærer, at strømningsbilledet i lokalet styres af de eksisterende densitetsforskelle. Strømningsbilledet kan betegnes som termisk styret. Dete indebærer andre hensyn end hvad der er normalt ved opblandningsventilation.
Det er derfor vigtigt nøje at analysere forudsætningerne i forbindelse med projekteringsarbejdet:

1.	Procesanalyse	2.	Beregning

	- Virksomhedens art / lokaletype		- Volumenstrøm
	- Aktivitetsgrad		- Energibalanceberegning
	- Konvektionsstrømme		- Konvektionsluftstrøm
	- Rumdimensioner		- Resulterende lydniveau
	- Rumlayout		- Nærzone

Figur 43. Fortrængningsventilation.

Procesanalyse

Virksomhedens art / lokaletype
Det er formålstjenligt at anvende lavhastighedsarmaturer i rum, hvor luften er forurenet, fordi disse giver en meget lille medrivning af rumluft.

Aktivitetsgrad
I lokaler, hvor man må tage et særligt hensyn til komforten, er det vigtigt at fastlægge komfortkravene med udgangspunkt i den aktuelle aktivitetsgrad.

Konvektionsstrømme
De i lokalet forekommende konvektionsstrømme bestemmer sammen med indblæsningsluften strømningsbilledet i lokalet. Såvel indblæsningsflowet som indblæsningsarmaturerne får derved en meget stor indflydelse på slutresultatet. Hvis dimensioneringen skal ske med udgangspunkt i forureningsudbredelsen, og en maksimal forureningskoncentration i opholdszonen, må luftflowet dimensioneres efter gældende normer og bestemmelser hvad angår hygiejniske grænseværdier. Se videre under rubrikken "Beregninger".

Rumdimensioner
Rummets højde påvirker i høj grad den luftskifte- og ventilationseffektivitet, som kan opnås.

Højt til loftet giver større volumen for oplagring af forurenet luft, mens lav lofthøjde begrænser dette.

Rumlayout / Generelt
Eftersom varmekildernes placering og størrelse har stor betydning for slutresultatet, er det vigtigt at kende deres placering.

En nøjagtig analyse af f.eks. værkstedsmaskiners placering er derfor en nødvendig forudsætning ved projekteringsarbejdet.

I komfortanlæg er det nødvendigt at have kendskab til, hvordan rummet skal møbleres for bedst at kunne vælge indblæsningsarmaturernes placering. Principperne for dette fremgår af figuren nedenfor.

Rumlayout / Kontorlandskab
Forsøg at finde placeringer, hvor personer ikke sidder konstant. Ofte findes specielle "gangarealer", hvor armaturerne kan placeres.

Plane eller halvrunde armaturer ved søjler eller runde armaturer i form af "falske" søjler.

Andre stedet, som kan være egnede for armaturplacering i et kontorlandskab, kan f.eks være ved "centrale reoler" eller ved kopimaskiner.

Figur 44. Armaturplacering i kontorslandskab. 1 = Konc. af armaturer langt fra arbejdspladsen 2 = Bogreoler 3 = Kopiering 4 = Alt. indblæsningsarmatur i form af falsksøjlerække

Rumlayout / Småkontorer
I normale "småkontorer" er dybden ofte større end bredden. Forsøg at placere armaturet i eller ved væggen mod gangen. Dette giver stor afstand fra armaturet til den, som sidder ved skrivebordet.

Kommentarer till figur 45.

A.
Ofte kan armaturet placeres i væggen nærmest døren. Ved døren er vægarealet ofte umøbleret på grund af lyskontakter.

B.
Armaturplacering bagved dørbladet er en mindre velegnet løsning. Nærzonen påvirkes, forhøjede lufthastigheder opstår langs med vægge, hvor i dette tilfælde gæster er placeret.

C.
Placeres armaturer ved facader, bør de forskydes til den ene side, afhængigt af hvor skrivebordet placeres. Gæster, som sidder i nærzonen, er ikke så udsatte for træk, som den der sidder på kontoret hele dagen.

Figur 45. Armaturplacering i kontor.

Variable spredningsbilleder, nærzoner

Det er i de fleste tilfælde en klar fordel, hvis armaturernes spredningsbillede kan rettes således, at siddepladserne ikke kommer ind i armaturernes nærzone.

Swegons fortrængningsarmatur er forsynet med VariZon-systemet. Hvert armatur har et antal cirkulære drejelige luftspredere bagved den perforerede frontplade. Ved at dreje på disse påvirkes spredningsbilledet.

En klar fordel, da det projekterede rumlayout eller funktion måske forandres med tiden.

En rumregel, er at den i kataloget angivede nærzones udbredelse over gulvfladen (m²), kan udover standardindstillingerne ændres til;

Nærzone mod højre
Nærzone mod venstre
Lang og smal nærzone

Fælles for disse alternativer er, at spredningsarealet skal være det samme som for standardindstillingerne.

Figur 46. Eksempel på alternative indstillinger.

Figur 47. Armaturer, hvor nærzonens form er tilpasset efter rummets møblering.

Figur 48. Armaturer, hvor der ikke er foretaget nogen tilpasning i forhold til siddepladserne.

Beregninger

Volumenstrøm
For industrianlæg, hvor ventilationssystemet skal dimensioneres for en vis maksimal forureningskoncentration i opholdszonen, er det vigtigt, at indblæsningsluftmængden bestemmes med udgangspunkt i omfanget af forureninger m (mg/s) i lokalet og den tilladte forureningskoncentration ctill (mg/m³).

Volumenstrømmen q skrives som:

Koncentrationen, c_tilliflg. denne ligning skal altid være mindre end den hygiejniske grænseværdi i flg. de gældende foreskrifter. Hvis den aktuelle forurening også kan findes i indblæsningsluften, beregnes indblæsningsmængde q iflg. ligningen:

hvor c_t = forureningskoncentrationen i indblæsningsluften i mg/m³.

I komfortanlæg er mindste indblæsningsluftmængde normalt 0,35 l/s pr. m² gulvflade. For cellekontorer bør frisklufttilførslen dog ikke være mindre end 12 à 15 l/s per person.

Energibalanceberegning
En beregning af interne og eksterne varmebelastninger, hvor der tages hensyn til varmeakkumuleringen i bygningen, skal ligge til grund for beregning af nødvendig kølebelastning. Dette giver sammen med komfortkravene grundlag for et passende systemvalg og indblæsningsluftmængde. Beregning af fortrængningssystemets mulighed for at tilføre køleeffekt fremgår af denne projekteringsvejledning.

Konvektionsstrømning
Konvektionsstrømningen i forbindelse med forskellige varmekilder i industrianlæg behøver ikke at beregnes, hvis luftflowet bestemmes iflg. anvisningerne ovenfor. Selv i komfortanlæg ses bort fra konvektionsstrømningens størrelse ved bestemmelse af indblæsningsluftmængden.

Resulterende lydniveau
Indblæsningsarmaturer har normalt en meget lav egenlydafgivelse. Egenlyddæmpningen er også ofte lav, hvorfor man altid skal foretage en nøjagtig lydberegning for kanalsystemet. Korrigering for aktuel rumabsorption udføres iflg. afsnittet "projektering/lyd".

Nærzone
Man kan ikke forudsætte, at personerne konstant vil opholde sig i nærzonen. Det er specielt vigtigt at tage i betragtning for lokaler med stor personbelastning. Vælg derfor først og fremmest armaturer efter nærzonens form og udstrækning, og først derefter armaturer efter deres lydafgivelse.

Figur 49. Beregninger.

- Min. flow iflg. normer og foreskrifter	- Resulterende lydniveauer - Nærzoner
- Energibalanceberegning

Forhold mellem volumenstrømme, temperaturgradienter og varmebelastninger ved fortrængningsventilation

En metode til at beregne nødvendigt volumenstrøm for at kunne begrænse de vertikale temperaturgradienter ved forskellige varmebelastninger vises neden for. Metoden er hentet fra:

Meddelelse nr. 16 fra Installationsteknik KTH, mars 1991.

Betegnelser
t_lg	=	lufttemperatur ved gulvniveau
t_t	=	indblæsningslufttemperatur
t_f	=	afkastlufttemperatur
s	=	vertikal temperaturgradient, (°C/M)
h	=	rummets højde, m
Dt_t,1	=	forskellen mellem temperaturen på niveau 1,1 og indblæsningslufttemperaturen

Temperaturgradienten skal begrænses og ikke overskride de grænseværdier, som er angivet under "krav til indeklimaet".
Nødvendig laveste luftmængde for en vis given maksimal temperaturgradient bestemmes ud fra fig. 51.
På fig.52 kan temperaturforskellen mellem niveau 1,1m i rummet og indblæsningstemperaturen fastlægges.
En kontrol af lufttemperaturen ved gulvet (t_lg) udføres ved hjælp af fig. 50. For at undgå komfortproblemer er denne kontrol vigtig. tlg må ikke komme under 20°C.
En praktisk oplysning er også at indblæsningstemperaturen ikke bør komme under 18°C.

Figur 50.  Dimensionsløs temperaturforskel i gulvzone ved forskellige luftmængder.

A = a_kg = 5 W/(m²· K)	(varmeovergangstal p.g.af konvektion ved gulvfladen)
B = a_kg = 3 W/(m²· K)

Figur 51. Anbefalet luftmængde som en funktion af køleeffekten ved forskellige kombinationer af gradient og rumhøjde. A = Luftmængde (l/s,m2) B = Køleffekt (W/m2)

Figur 52. Temperaturforskelle mellem luften i gulvniveau og indblæsningsluften som en funktion af køleeffekten ved forskellige kombinationer af gradient og rumhøjde. A = Køleffekt (W/m2)

Metoden beskrives ved hjælp af følgende eksempel:

Et kontorrum med lofthøjden 2,7 m har et kølebehov på 25 W/m².

Den vertikale temperaturgradient skal begrænses til 1,7°C/m.

Beregn nødvendig luftmængde samt temperaturen 1,1 m over gulv samt ved gulv.

Løsning:

s x h = 1,7 x 2,7 = 4,6°C

Figur 51 giver q/_A = 2,8 l/s,m²Figur 52 giver Dt_1,1 - 1,1 x s = 3,6

d.v.s. D t_1,1 = 3,6 + 1,1 x 1,7 = 5,5°C

Sæt indblæsningstemperaturen t_t = 18°Chvilket giver t1,1 = 18 + 5,5 = 23,5oC

Figur 50 giver