Effektive kjølebafler med variabel k-faktor – optimalt for både CAV- og VAV-systemer

For å sikre god luftkvalitet, må forurensninger fjernes ved hjelp av ventilasjon. For å utforme et energieffektivt system, er det fordelaktig å benytte mekanisk ventilasjon der energi kan gjenvinnes fra avtrekksluften. Ventilasjon kan gi komfortkjøling ved å tilføre primærluft med lavere temperatur enn romluften. I situasjoner der uteluften er kaldere enn romtemperaturen, blir dette svært energieffektivt, da den kalde uteluften gir «gratis» kjøling. Imidlertid er det en begrensning på hvor mye kjøling   ventilasjonssystemet kan gi. For å øke kjølekapasiteten og for å endre styring av luftkvalitet og termisk komfort, kan ventilasjonssystemet suppleres med et vannbårent klimasystem for oppvarming og kjøling.

Hva er alternativene?
Vanligvis, når luft benyttes for å sørge for god innendørs luftkvalitet og komfortkjøling, kan oppvarming bli levert av et vannbasert system, for eksempel  viftekonvektorer, gulvvarme eller radiatorer. Et annet alternativ er et vannbårent klimasystem som kan håndtere både kjøling og oppvarming ved hjelp av en vannkrets. Eksempler på dette er viftekonvektorer, strålevarme i taket og aktive kjølebafler. Med de nyeste fremskrittene innen aktive kjølebafler har en hybrid løsning med luft og vann blitt tilgjengelig på markedet. Ved å legge til intelligente styringssystemer til en slik løsning, er det mulig å utnytte de viktige fordelene med både luft og vann, inkludert frikjøling og stor kapasitet for kjøling/varme.

CAV-alternativer
Ofte  kan en løsning med aktive kjølebafler bli prosjektert for å fungere med konstante luftmengder (CAV). Primærluften er deretter prosjektert for å håndtere latent varmebelastning og fjerne forurensing for å sikre et godt inneklima. Tradisjonelle aktive kjølebafler er utført med dyser/spalter med en konstant størrelse, noe som gir en fast k-faktor. For å levere forskjellige primærluftmengder, må størrelsen og/eller antallet dyser/spalter varieres. Dette betyr at hvis bruken av et rom endres under prosjektering eller i forbindelse med renovering, kan det hende at produktene må erstattes for å sikre at riktig mengde frisk luft leveres til rommets nye formål. Imidlertid, med de nyeste utviklingene innen aktive kjølebafler, erstattes dysene/spaltene av åpninger i trykkskammeret der størrelsen kan tilpasses. K-faktoren er da ikke fast, men variabel. Luftmengden kan deretter endres ved å endre k-faktoren, noe som er mye enklere enn å erstatte produktet.

VAV-løsninger med aktive kjølebafler
I tilfeller der det er ønskelig å benytte en tradisjonell aktiv kjølebaffel med fast dyseinnstilling, og i tillegg at det ønskes  varierende luftmengder (VAV), må det installeres et VAV spjeld  foran den aktive kjølebaffel for å endre luftmengden som skal tilføres. Utfordringen blir da at dyseinstillingen  i den aktive kjølebaffel må dimensjoneres for maksimal luftmengde. Når det så ikke er behov for maksimal luftmengde, vil trykkfallet over den aktive kjølebaffel falle, induksjonen blir dårligere. Dette fører igjen til at hastigheten  på  luften som kommer inn i rommet, blir lavere. Da er det en risiko for at Coanda-effekten ikke opprettholdes, noe som resulterer i økt risiko for problemer med trekk. Med andre ord er det kun en begrenset endring i luftmengde som kan gjøres uten at det går utover den aktive kjølebaffels prestanda. Det gjelder også ift hvilken kjøle/varmeffekt man kan få ut ved redusert luftmengde. Det er også begrensninger for økning i luftmengde. Å øke luftmengden betyr at trykkfallet over baffelen økes, som igjen kan gi lydproblemer. Alt i alt kan tradisjonelle aktive kjølebafler med faste dyser opereres under VAV-forhold, men innenfor et begrenset område av primærluftmengden for at den skal kunne yte tilfredsstillende.

Variabel k-faktor for VAV-løsninger
Moderne aktive kjølebafler med variable dysestørrelser kan operere ved ulike primærluftmengder samtidig som trykket holdes konstant. Når primærluftmengden reduseres, reduseres også størrelsen på åpningene i baffelens trykkkammer, samt k-faktoren. Dette resulterer i en økt induksjonsevne. I praksis betyr dette at mengden indusert luft ikke reduseres lineært med primærluftmengden. Dette muliggjør høy induksjonsevne og gode kjøle-/oppvarmingskapasiteter selv ved lave luftmengder. Det opprettholdte trykket sikrer at hastigheten til den tilførte luften i rommet opprettholdes på et nivå som igjen kan opprettholde Coanda-effekten. Videre er det mulig å øke primærluftmengden uten å øke kanaltrykket, noe som betyr at ett enkelt produkt kan levere et bredt spekter av primærluftmengde.

Figur 1:
Induksjonsrate som en funksjon av primærluftmengden. Med variable k-faktorer reduseres størrelsen på «dyseåpningen» i  baffelens trykk-kammer når luftmengden avtar, noe som resulterer i økt induksjonsrate. Hvis en enhet med fast dyseinnstilling benyttes, og primærluftmengden avtar med bruk av et VAV-spjeld på utsiden av baffelen, forblir induksjonsraten mer eller mindre konstant.

Styringsstrategier når produktet har et bredt arbeidsområde
Videre kan aktive kjølebafler med variable k-faktorer opereres som beskrevet ovenfor, over et bredt spekter av primærluftmengder, noe som tillater at ulike styringsstrategier kan benyttes.

Hvis det er nødvendig å endre temperaturen i rommet, kan flere parametere endres for å justere mengden av kjøling/varme som leveres til rommet. Primærluftmengden og temperatur, samt mengden og temperaturen på vannet som strømmer gjennom batteriet til en aktiv kjølebaffel, kan justeres, noe som kontrollerer mengden av varme/kjøling som leveres til rommet. Hva som er den beste løsningen, vil avhenge av situasjonen og systemoppbyggingen. Hvis det er kaldt og tørt ute, kan det være gunstig å øke luftmengden når det er behov for mer kjøling. På et annet tidspunkt kan forholdene være annerledes, og det kan være mer effektivt å øke vannmengden i stedet for å øke luftmengden.

Siden aktive kjølebafler er avhengige av induksjon av romluft for å generere en luftstrøm over batteriet, blandes primærluften alltid med romluft som kan kjøles, varmes opp eller, hvis vannventilene er lukket, forblir upåvirket av batteriet Med denne logikken kan en aktiv kjølebaffel betraktes som en induksjonsdiffusor, noe som gjør det mulig å operere med lavere primærlufttemperatur enn de fleste diffusorer, uten å oppleve problemer med trekk. Fordelen med dette er muligheten til å levere mer kjøling via ventilasjonsluften eller redusere behovet for høy primærluftmengde om det ønskes  en moderat mengde kjøling, noe som gjør bruken av frikjøling enda mer effektiv. Aktive kjølebafler med variabel k-faktor eller VAV-bafler kan betraktes som en hybrid løsning som, hvis den kombineres med intelligent styring, utnytter fordelene ved både luftbårne og vannbårne klimaløsninger.