Les Byggeindustrien digitalt
Det vanligste systemet for produksjon av kjøling i yrkesbygg er kjølemaskiner. Kjølemaskinen består av et sirkulerende kjølemedium som ved hjelp av en kompressor kondenserer i kondensatoren (avgir varme), og ved hjelp av en ekspansjonsventil fordamper i fordamperen (tar opp varme).
- Kjøleprosessen baserer seg på at faseendring fra væske til damp som krever energi fra omgivelsene. Kjølemaskinen kan for eksempel ”avgi” kjøling direkte til ventilasjonsluften (DX-system), eller mest vanlig til et vannbårent sirkulasjonssystem som tilfører kjøling til lokale enheter rundt i bygget, dorteller energirådgiver Stig Allan Stokvik i Enova Svartjeneste Enova Svarer.
Isvannsystemer sirkulerer nedkjølt vann
Isvannsystemer er et vannbårent lukket system som sirkulerer nedkjølt vann til kjølebatterier og lokale kjøleenheter som fancoils, kjøletak eller lignende.
- Kondensatoren der varmen fra kjølemaskinen avgis blir vanligvis væskeavkjølt via en tørrkjøler som står ute, vanligvis på taket. Tørrkjøleren har også vifter som øker varmeavgivelsen, forteller Stokvik.
Tørrkjøleren kan også brukes til «frikjøling» når utetemperaturen er lav nok. Det vannbårne isvannsystemet går da utenom isvannsmaskinen, og direkte til tørrkjøleren. Man kan da slå av kompressoren slik at kun sirkulasjonspumper og vifter i tørrkjøleren går.
Lave temperaturer gir kondensering
For tilførsel til kjølebatterier er turtemperaturen ut fra isvannmaskinen typisk 7 grader celsius, og returtemperaturen typisk 12 grader. Med så lave temperaturer vil det bli kondensering både på kjølebatteri og på sirkulasjonssystemet.
- Kondenseringen kan føre til høyere energibruk da en må fjerne kondensasjonsvarme. Andre ulemper er fare for mikrobiologisk vekst og korrosjon. For å hindre kondensering kan en heve tur- og returtemperaturen til for eksempel 10/17 grader celsius der det er mulig, sier Stokvik.
Gunstig med høyere turtemperatur
En høyere turtemperatur er gunstig for energibruken, ettersom kjølefaktoren øker ved lavere temperaturforskjell mellom kondensator, varm side, og fordamper, kald side. For tilførsel til lokale enheter som for eksempel kjøletak må turtemperaturen være høyere for å unngå kondensering i kjøletaket. Typisk tur-/returtemperatur er her 14/17 grader celsius.
- I DX-systemer kjøler fordamperen ned luften direkte. Dette kan for eksempel gjøres i
Kjølebatterier (fordamperen sitter i luftstrømmen). Slike systemer kan også brukes i vindus- og
fasadeapparater, og fordamperen kjøler ned uteluften til ønsket tilstand, sier Stokvik.
Sjø-, elv- eller brakkvann
Sjø, elv eller brakkvann kan også bruke direkte til å kjøle ned bygget. Her er da det mest vanlige et vannbårent sirkulasjonssystem som varme-veksles mot for eksempel sjø- eller elvevann, og avgir kjøling til bygget.
- Et slikt system krever kun elektrisk energi til sirkulasjon av vann, og får derfor en meget høy kjølefaktor. Ulempen med slike systemer er at turtemperaturen aldri er lavere enn temperaturen i sjø- eller elvevann, noe som ofte ikke er tilstrekkelig ved sommerforhold med høy vanntemperatur og høyt kjølebehov. I mange tilfeller må man derfor ha en kjølemaskin i tillegg som kan slå inn når turtemperaturen er for høy, forteller Stokvik.
Fjernkjøling via fjernkjøleledning
Fjernkjøling genereres på samme måte som anlegg beskrevet over. Forskjellen er at kjølingen tilføres bygget via en fjernkjøleledning, på samme måte som en fjernvarmeledning tilfører varme.
- Nødvendig kjøling til bygget tilføres her via en varmeveksler mellom fjernkjøleledning og et vannbårent lukket sirkulasjonssystem i bygget.
Det finnes flere ulike løsninger og distribusjonssystemer for kjøling i yrkesbygg.
Ventilasjonskjøling er nedkjøling av innblåst luft ved hjelp av kjølebatterier er en vanlig form for komfortkjøling i bygg. Et kjølebatteri kan være inkorporert i et kompakt ventilasjonsaggregat eller stå fritt i ventilasjonskanalen.
- Kjølebatterier kan også brukes til avfukting av luft ved at vann kondenseres på kjølebatterioverflatene. Kjølebatterier kan enten være vannbårne, eller DX-system med fordamper i kjølebatteriet. Avgitt kjøleeffekt i kjølebatteriet styres vanligvis etter en ønsket tilluftstemperatur.
Lokal kjøling
I fuktig klima kan energibruk til avfukting av luft være større enn energibruk til kjøling av luft. Dette gjelder imidlertid sjelden for komfortkjøleanlegg i norsk klima. I bygg med strenge krav til termisk komfort og/eller store varmelaster vil det i tillegg til ventilasjonskjøling ofte installeres lokale kjøleenheter.
Vanlig brukte lokale kjøleenheter er:
* Kjølebaffel; installeres fritthengende eller integrert i himling. Tilføres kjøling via et vannbårent sirkulasjonssystem, og kjøling avgis primært konvektivt ved at luft kjøres forbi kjøleelementene i baffel. En kjølebaffel kan være tilluftsbaffel eller egenkonveksjonsbaffel. Begge typer bafler reguleres etter romtemperaturen.
* Kjøletak er mye benyttet og får tilført kjøling fra et sirkulerende isvannsystem. Kjøleeffekt avgis i stor grad som stråling, og kjøleeffekt reguleres etter romtemperaturen.
* Fasadeapparater monteres oftest i en benk langs hele fasaden, og kan tilføre både ventilasjon, kjøling og varme. Kjøling tilføres med et vannbårent isvannsystem. Kjøleeffekten er tilnærmet 100 % konvektiv og tilføres med ventilasjonsluft. Kjøleeffekt reguleres etter romtemperatur.
* Fancoils monteres vanligvis oppunder taket, benyttes mye i lokaler med store varmelaster som for eksempel datarom og butikker med mye utstyr og belysning. En fancoils bruker ei vifte til å trekke romluften gjennom et kjøleelement, og underkjølt luft tilføres rommet. Kjøleelementet kan enten tilføres kjøling fra et isvannsystem, eller direkte ved at fordamperen sitter i kjøleelementet (DX-system). Styres vanligvis etter romtemperatur men kan også styres manuelt (av/på).
Optimalisering av energibruk
Avgitt kjøleeffekt til kjølebatteriet reguleres vanligvis etter ønsket temperatur på tilluft. Tillufts-temperaturen i ventilasjonsanlegg kan være konstant, ute-kompensert eller avtrekks-kompensert.
Konstant tilluftstemperatur ikke optimalt
Konstant tilluftstemperatur er relativt normalt i mange bygg, og medfører at temperaturen på ventilasjonsluft ikke styres etter faktisk behov. Forutsatt at luftmengden er konstant vil en slik styring føre til at det tilføres for mye kjøling i perioder, noe som igjen fører til økt oppvarmingsbehov. En slik styring er altså ikke optimalt i forhold til energibruk.
- Kjølebatteriets pådrag er vanligvis sekvensstyrt med varmegjenvinner og varmebatteri slik at ikke disse tilfører varme som kjølebatteriet må fjerne. En enkel forbedring er å sørge for en temperatur i kjølesesong, og en annen temperatur i oppvarmingssesong, forteller Stokvik.
Utetemperaturkompensert tilluftstemperatur
Utetemperaturkompensert tilluftstemperatur er en noe mer avansert styring. Den oppnås ved å styre tilluftstemperaturen etter utetemperatur. En slik regulering vil være bedre tilpasset kjølebehovet i bygget, men det er ikke alltid noen klar sammenheng mellom byggets kjølebehov og utetemperaturen.
- For eksempel kan kjølebehovet i bygget være relativt stort på “kalde”, men solrike dager (vår og høst), og vil ikke være en optimal løsning i slike tilfeller.
Avtrekkskompensert tilluftstemperatur gjerne fornuftig
Avtrekkskompensert tilluftstemperatur styrer tilluftstemperaturen etter avtrekks-temperaturen i ventilasjonsanlegget. Avtrekkstemperaturen er en god indikator på kjølebehovet, og en slik styring kan være fornuftig med hensyn til energibruk.
- I bygg hvor kjølebehovet varierer mye fra rom til rom vil allikevel ikke dette gi noen optimal løsning i de enkelte rom.
VAV-anlegg
VAV-anlegg varierer luftmengdene etter kjølebehovet i rommet, og tilluftstemperaturen holdes vanligvis konstant. Luftmengdene styres vanligvis etter romtemperaturen, og er derfor ofte et alternativ til lokale kjøleenheter som kjøletak eller kjølebafler.
- For å tilfredsstille krav til luftkvalitet er luftmengdene også vanligvis styrt etter CO2-målere eller tilstedeværelsesdetektorer. En slik styring kan i mange tilfeller være en optimal løsning med hensyn til energiforbruk, forteller Stokvik.
Lokal Kjøling
Lokal kjøling reguleres vanligvis etter romlufttemperaturen eller operativ temperatur. Operativ temperatur tar også for eksempel hensyn til strålingsvarme fra for eksempel soltilskudd i rommet.
- Hvis settpunkttemperaturen for kjøling settes veldig nært settpunkt for oppvarming vil man få lite utnyttelse av varmelagring i bygningskroppen, noe som igjen vil føre til økt energibruk både til oppvarming og kjøling av bygget, sier Stokvik.
Kjølebehov og varmebehov kolliderer
En lite ideell regulering og liten forskjell på settpunkt kjøling/oppvarming fører ofte til at lokal oppvarming og kjøling kjører mot hverandre i perioder. Ideelt sett skal det ikke være kjølebehov og varmebehov i bygget samtidig. I praksis forekommer dette imidlertid ganske ofte og medfører for høyt energibruk. Varme- og kjøleeffekt forekommer samtidig i bygget, og kjøleanlegget fjerner mye av varmen oppvarmingsanlegget tilfører.
Sekvensstyr lokal oppvarming
Et første steg for en mer optimal regulering er å sekvensstyre lokal oppvarming og lokal kjøling, slik at ikke varme- og kjøleanlegg kjører mot hverandre. Det er også en stor fordel å ha et sprang på 2-4 grader celsius i settpunkttemperaturen for oppvarming og kjøling.
- Ideelt sett burde lokal oppvarming være sekvensstyrt mot sentral kjøling av ventilasjonsluft (kjølebatteri). Dette kan imidlertid være vanskelig å få til i praksis fordi sentral kjøling styres etter en sentral tilluftstemperatur, mens lokal oppvarming styres av lokal termostat i hvert rom/sone. Problemet kan i de fleste tilfeller løses ved at det brukes fornuftige settpunkt for tilluftstemperaturen og lokal romtemperatur, forteller Stokvik.
Overdimensjonerte komfortkjøleanlegg
Komfortkjøleanlegg er ofte kraftig overdimensjonert, noe som igjen medfører at kjøleanlegget går på dellast i store deler av året. Dette gir en dårlig utnyttelse av kjøleanlegget og en lav kjølefaktor.
Overdimensjonerte sirkulasjonspumper i isvannsystemet vil avgi varme som igjen må fjernes av kjølesystemet. Dette medfører økt energibruk selv om det ikke er et kjølebehov.
Den store utfordringen er å iverksette tiltak som reduserer, og om mulig eliminerer kjølebehovet i bygg. Energibruk til kjøling kan (på samme måte som energibruk til oppvarming) i svært stor grad begrenses ved hensiktsmessig bygningsutforming, solavskjerming, dagslysstyring og valg av energieffektiv belysning og utstyr.
- Mange bygg vil imidlertid uansett ha et kjølebehov og da vil et kjøleanlegg med energieffektiv utforming og optimal styring være avgjørende for et energieffektivt bygg.