Muuttuvailmavirtaisten ilmanvaihtojärjestelmien toimivuus, säätö ja energiatalous asuinkerrostalossa

Työssä tarkasteltiin asuinkerrostalon muuttuvailmavirtaisten ilmanvaihtojärjestelmien ja niihin liitettyjen lämmitysjärjestelmien toimivuutta, säätöä, termistä viihtyisyyttä ja energiataloutta. Puhaltimen eri säätötapoja tarkasteltiin laskennallisesti. Jos kanaviston painetason ei sallita kasvavan, suurin toteutettavissa oleva ilmavirran kasvu loivaa puhallinkäyrää käytettäessä on 70 % kuristussäätöä käytettäessä 200 %, kaksi- tai useampinopeuksista moottoria käytettäessä 150 % ja vakiopainesäädössä 200 %. Laboratorioon sijoitetun kanaviston mittauksina tutkittiin haluttujen venttiilikohtaisten ilmavirtojen toteutumista huoneistossa. Venttiilien, kanaviston ja virtaussäätimen käytettävissä oleva paine-ero oli 200 Pa, joka jakaantui siten, että virtaussäätimen painehäviö oli 50, 100 tai 150 Pa perustilanteen ilmavirralla. Venttiilien ilmavirran kasvu niitä lisää avattaessa tapahtuu lainaamana lisäilmavirta viereisistä venttiileistä, kun virtaussäätimen painehäviö on perustilanteessa 100 tai 150 Pa. Kun venttiileille jätetään perustilanteessa yli 75 % kokonaispaine-erosta halutut venttiilien ilmavirrat toteutuvat hyvin. Tuloilmakanaviston käyttäytymisessä ei havaittu merkittävää eroa poistoilmakanavistoon verrattuna. Eri ilmanvaihtojärjestelmiin liitettyjen lämmitysjärjestelmien säädettävyyttä ilmavirtoja muutettaessa tutkittiin simuloimalla. Tuloilman lämmityspatterin säädettävyyttä simuloitiin lämmityspattereilla, joka oli mitoitettu ilmavirran 1,0 m3/s perusteella. Peruskäyttötilanteessa ilmavirta oli 1/4 mitoitusilmavirrasta. Kun kiinteäparametrinen säädin viritetään järjestelmän pienimmällä käyttötilanteissa esiintyvällä ilmavirralla ei lämmityspatterin säätö ole ongelma suhteellisen suurissakaan ilmavirran muutoksissa. Vesipatterin dynaamista toimintaa simuloitiin poistoilmanvaihtojärjestelmässä tilan poistoilmavirran nopeasti muuttuessa. Koska termostaattisen patteriventtiilin todettiin olevan hidas lämmöntarpeen nopeissa muutoksissa, simuloitiin vesipatterin säätöä myös PI- ja PID-säätimillä. Erityisesti poistoilmanvaihtoiärjestelmässä esiintyvää huonelämpötilan jyrkkää alenemista ilmanvaihtoa lisättäessä ei pystytty poistamaan millään simuloidulla vesipatterin säätötavalla. Lisäksi työssä simuloitiin lattia- ja yhdistetyn lattia- ja vesipatterilämmityksen toimintaa. Myös näillä lärnmitysjärjestelmillä huonelämpötila pienenee nopeasti poistoilmavirtaa lisättäessä. Vedon esiintymistä tarkasteltiin kirjallisuustutkimuksena. Tulo- ja poistoilmanvaihtojärjestelmässä on mahdollisuus päästä vedottomaan ilmanvaihtoon suhteellisen suurella nimellisilmanvaihtuvuudella 4,011h. Huoneistokohtaisessa järjestelmässä vedon mahdollisuutta lisää ilmanvaihdon tehostaminen siten, että poistoilmavirtaa lisättäessä tuloilmavirta pidetään lähes vakiona, jolloin vuotoilman osuus kasvaa. Poistoilmanvaihtojärjestelmässä ei nykyisillä ulkoilmaventtiileillä päästä 6,0 dm3/s suurempiin vedottomiin raitisilmavirtoihin venttiiliä kohti, jos ulkolämpötila on 0 °C tai pienempi. Muuttuvailmavirtaisten ilmanvaihtojärjestelmien energiankulutusta verrattiin vakioilmavirralla käytettävään ilmanvaihtojärjestelmään. Ilmanvaihdon tehostuksen käyttötiheydeksi valittiin 1 h/vrk ja 4 h/vrk. Energiankulutus kasvoi enimmillään tulo- ja poistoilmanvaihtojärjestelmässä 0,7 %, poistoilmanvaihtojärjestelmässä 1,3 % ja huoneistokohtaisessa ilmanvaihtojärjestelmässä 1,6%. Melu ei ole ongelma, jos puhallin ja mahdolliset kanavistoissa sijaitsevat virtaussäätimet ovat hyvin vaimennettu. Huoneistokohtaisessa järjestelmässä, jossa ilmankäsittelykoje sijaitsee huoneiston yhteydessä, tulee myös runkoäänten vaimennukseen kiinnittää erityistä huomiota. Asuinkerrostalossa muuttuvailmavirtaisen ilmanvaihtojärjestelmän maksimi-ilmavirtoja rajoittavat termiset olosuhteet, veto, huoneen suurin sallittu äänitaso, puhaltimen ja kanaviston ominaisuudet sekä käytetty lämmitysjärjestelmä. Tulo- ja poistoilmanvaihto järjestelmässä huoneen maksimi-ilmavirtaa rajoittaa eniten kanavista, joka sallii minimi-ilmavirran nelinkertaistamisen. Poistoilmanvaihto järjestelmässä huoneen maksimi-ilmavirta määräytyy suurimman vedottoman ulkoilmavirran mukaan, mikä nykyisiltä ulkoilmaventtiileiltä on noin 6 l/s venttiiliä kohti. Huoneistokohtaisen ilmanvaihtojärjestelmän maksimi-ilmanvaihto määräytyy termisen viihtyisyyden perusteelta, ja se on perusilmanvaihtoluku (esim.0,5 l/h) + 1,0 - 1,2 l/h.