Hvordan fungerer adiabatisk køling?

Beregningseksempel for et simuleret ventilationssystem

Simulation af et ventilationssystem med indirekte evaporativ køling. Det energibidrag, som indirekte evaporativ køling giver, bør vises ved hjælp af en simuleret prøveberegning for en prøvebygning. Dette betyder, at vi ved hjælp af meteorologiske data for prøvestedet beregner den samlede mængde arbejde, som kræves for at køle prøvebygningen, samt hvilket bidrag indirekte evaporativ køling giver til kølingen gennem et helt år. Resultaterne kan derefter bruges som et realistisk grundlag for vurdering af den påkrævede systemstørrelse samt evaluering af omkostningseffektiviteten af dette tiltag, når systemet designes.

Se en kort video, som forklarer hvordan adiabatisk køling fungerer

Systemparametre for prøvebygningen

Den simulerede beregning blev udført for den strukturelle installation af den ventilationsenhed, der vises i figur 1, mens de temperaturprofiler og parametre, der vises i figur 2, blev medregnet som værende repræsentative for køletilstanden. Systemet kører med sommer-kompensering af lufttemperaturen i rummet samt jævn sænkning af temperaturen på indsugningsluften.

I dette eksempel finder varmegenvinding sted ved hjælp af en varmeveksler med plader uden overførsel af fugt fra ud- til indsugningssiden og uden lækager. Forholdet mellem ind- og udsuget luft antages at være 1:1.

Følgende parametre, der er relevante for systemsimulationen, blev antaget som værende gældende:

Luftgennemstrømning i ventilationsenheden:           52,500 m³/t

Antal dage i anvendelse pr. uge:                              7 dage

Påbegyndt anvendelse:                                            kl. 6:00

Fugtforøgelse i rummet:                                           1,0 g/kg

Minimal/maksimal indendørs luftfugtighed:             40/65% RH

Differentiel forskel i evaporativ køling:                     1,0 K

Effektivitetsfaktor for luftbefugtning:                        94%

Effektivitet af varmegenvinding:                              0,75

Det samlede årlige energibidrag beregnes ud fra summen af de individuelle resultater for hver af årets timer, der går i løbet af simulationen. Beregningerne baseres på statistiske steddata fra den globale meteorologiske database Meteonorm Version 6.1, som indsamles på fem lokationer i Berlin, Stuttgart, Wien og Bregenz.

Diskussion af simulationsresultaterne

Simulationen giver et tydeligt billede af det kølearbejde, der udføres i løbet af året, samt fordelingen mellem mekanisk køling, indirekte evaporativ køling og varmegenvinding. Den effekt-aflastning, som varmegenvindingen fra bygningens udsugning giver, er i sig selv ikke ret stor givet den valgte varmegenvindingseffektivitet på 0,75, der opstår som følge af den lave effektive temperaturforskel, når systemet et i køletilstand. Hvis det øvrige fald i temperaturen på udsugningsluften imidlertid sker som følge af indirekte evaporativ køling, fører dette til et betydeligt fald i dens energibidrag.

Simulationsresultater, der baseres på datasæt for normale somre, viser de gennemsnitlige energibidrag ved langvarig systemdrift, hvilket er årsagen til, at de er egnede til evaluering af de energibesparelser, som opnås ved anvendelse af indirekte evaporativ køling, samt omkostningseffektiviteten deraf.

Hvis vi tager et kig på de meget varierende udendørs luftforhold over hele året, bliver det hurtigt tydeligt, at køleudstyr skal kunne yde passende køleevne i alle de luftforhold, der måtte opstå. Af denne årsag bør simulationsresultater, som baseres på yderværdierne for varme somre, anvendes til vurdering af den påkrævede systemstørrelse. Hvis fremtidige klimaforhold skal tages med i denne vurdering, kan der udføres model-simulationer, hvori der medtages fremtidige meteorologiske datasæt, såfremt disse er tilstrækkeligt repræsentative for de faktiske forhold.

Simulationsresultaterne henviser til ventilationssystemerne på 5 udvalgte prøvesteder. Energibidraget fra indirekte evaporativ køling reducerer den påkrævede kølekapacitet, som den mekaniske køler skal yde for at køle bygningen.

Spørgsmålet om omkostningseffektivitet

Den største forhindring for anvendelsen af bæredygtig energi er omkostningseffektiviteten. Effektiviseringstiltag såsom indirekte evaporativ køling skal være rentable. Ekstraomkostninger i investeringsfasen skal vindes hjem gennem målrettede besparelser under driften. Denne balancegang skal holdes i hu for hver enkelt bygning. En pålidelig systemsimulation tydeliggør de forskellige relevante forhold og muliggør en realistisk sammenligning med konventionelle metoder til køling af bygninger.

Som simulationen viser, medvirker indirekte evaporativ køling betydeligt til genvindingen af varme. Tydelige forskelle opstår i de respektive vejrdata fra de udvalgte prøvesteder, som ellers deler det samme systemdesign. Når der er højere luftfugtighed i visse regioner, hvilket kræver en større grad af affugtning, er de bedømte værdier for energibidraget forholdsvist lavere. Dette ses tydeligt i resultaterne for Bregenz, hvor klimaet udviser en vis indflydelse grundet beliggenheden på østkysten af Lake Constance. Den samlede regenerative andel stammer fra det samlede energibidrag fra indirekte evaporativ køling og varmegenvinding. I de udvalgte bygninger udgør denne mellem 40% og 56,6% af den samlede påkrævede køleenergi pr. år.