VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? Onderzoek naar de beheersbaarheid van het binnenkimaat en behoud van het monumentae interieur van het Luxor Theater te Arnhem. Uitgevoerd door de Technische Universiteit Eindhoven In samenwerking met Deerns raadgevende ingenieurs bv Auteur: ing. R.J.M. Lony Studentid. 0551804 Begeeiding: ir. A.W.M. van Schijnde dr. ir. H.L. Scheen ing. H. Nennie (TU/e) (TU/e) (Deerns) 17 januari 007
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 4 VOORWOORD Dit rapport beschrijft de werkzaamheden betreffende het tweede masterproject binnen de opeiding Instaatietechnoogie aan de Technische Universiteit Eindhoven. As duaa student voer ik deze opdracht uit binnen mijn werkkring bij Deerns raadgevende ingenieurs BV. Het onderwerp van dit project is een praktijkvoorbeed uit het werkved van een instaatietechnisch adviesbureau. De concusie uit dit onderzoek is enerzijds een eerdoe binnen de opeiding maar anderzijds ook van beang voor de kennisuitbreiding binnen de werkkring. Binnen dit project wordt onderzoek gedaan naar de beheersbaarheid van het binnenkimaat van het monumentae Luxor Theater te Arnhem. Dit rapport beschrijft een verdergaand onderzoek gebaseerd op het eerder uitgebrachte onderzoek Vat het doek voor het Luxor Theater - Onderzoek naar het binnenkimaat en behoud van het monumentae interieur van het Luxor Theater te Arnhem [1]. Dit project zou niet hebben kunnen paatsvinden zonder de ondersteuning die ik heb gekregen. Bij dezen wi ik mijn begeeiders van de TU/e dhr. ir. A.W.M. van Schijnde en dhr. dr. ir. H.L. Scheen, mijn interne begeeider van Deerns dhr. ing. H. Nennie en mw. M. Prins van Architecten bureau Fritz dankzeggen voor hun bijdrage aan dit onderzoek. ing. Rogier J.M. Lony, 17 januari 007.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 5 SYMBOLENLIJST Grootheid Formueteken Eenheid Temperatuur T ºC Luchtdebiet V m 3 /s Luchtsneheid v m/s Vermogen Q W Capaciteit C kg/s Dichtheid ρ kg/m 3 Soorteijke warmte c J/kg.K Massastroom m kg/s Massa m kg Warmteoverdrachtscoëfficiënt k - Reatieve uchtvochtigheid RV %
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 6 SAMENVATTING Binnen dit project is onderzoek verricht naar de beheersbaarheid van het toekomstige binnenkimaat van het Luxor Theater te Arnhem. Dit onderzoek is gebaseerd op het eerder uitgevoerde studieproject Vat het doek voor het Luxor Theater - Onderzoek naar het binnenkimaat en behoud van het monumentae interieur van het Luxor Theater te Arnhem. De vogende onderwerpen zijn binnen dit project aan bod gekomen: Vochttoets ter vaststeing van een mogeijk condensatierisico van de gebouwconstructie. Modeering van het toekomstige uchtbehandeingssysteem van het Luxor Theater; Vergeijking van de voorkomende ruimteuchttemperaturen en reatieve uchtvochtigheden uit het eerdere onderzoek met de resutaten van het nieuwe mode, wek voorzien is van een uchtbehandeingssysteem. Luchtbevochtiging as verbeteringsvoorste. Vochttoets Condensatie heeft een nadeige invoed op het behoud van de gebouwconstructie. In het vochtonderzoek is één van de buitenwanden van het Luxor Theater onderzocht op mogeijk condensatierisico in de toekomst. Uit dit onderzoek is gebeken dat er geen kritische situaties in de toekomst zuen voorkomen. We is het aan te beve om met behup van infraroodfoto s, na votooiing van de restauratie, de resutaten van de vochttoets te verifiëren. Modeering van het uchtbehandeingssysteem Deerns raadgevende ingenieurs bv heeft in september 005 het ontwerp van het toekomstige uchtbehandeingssysteem van het Luxor Theater votooid. Op basis van de door de everancier van de uchtbehandeingskast opgegeven vermogens en capaciteiten is een mode gemaakt van het uchtbehandeingssysteem. In dit systeem zijn de vogende componenten opgenomen: Twincoi warmteterugwinning; Verwarmer; Koeer; Naverwarmer. Ae genoemde componenten zijn voorzien van de benodigde regeingen. Vergeijking van de simuatieresutaten van het eerdere onderzoek met het nieuwe mode Uit vergeijking van de ruimteuchttemperaturen van het eerder gemodeeerde HAMBase mode met de temperaturen uit het nieuwe HAMBase Simuink mode, is gebeken dat de temperatuurstijgingen tijdens het gebruik van het theater in het nieuwe mode groter zijn in vergeijking met de temperatuurstijgingen uit het oude mode. Dit heeft te maken met een afwijkende opgave van het beschikbare koevermogen in beide modeen. Voor wat betreft de ruimteuchttemperaturen wordt in het HAMBase mode het voedige (voebare en atente) koevermogen gebruikt, terwij in het HAMBase Simuink mode aeen het voebare koevermogen de ruimteuchttemperatuur beïnvoedt. De simuatieresutaten van het HAMBase Simuink mode komen overeen met de praktijksituatie en geven een betere weergave van de werkeijk te verwachten uchttemperaturen in het theater dan de resutaten uit het eerder gemodeeerde HAMBase mode. Bij de resutaten van de reatieve uchtvochtigheid (RV) geeft het HAMBase mode hogere RV-pieken tijdens gebruik dan het HAMBase Simuink mode. Dit heeft te maken met de grote invoed van de be- en ontvochtigingscapaciteit door buitenucht van het uchtbehandeingsmode van de HAMBase Simuink simuatie. Daarbij kent het RV gedrag van het HAMBase mode tijdens de zomerperiode een constant veroop. De reden voor dit constante RV veroop moeiijk te verkaren. Het geconstateerde RV-gedrag van het HAMBase mode stemt echter we overeen met de simuatieresutaten uit het eerdere onderzoek. Ook voor het RV veroop gedt dat de HAMBase Simuink resutaten de werkeijke situatie beter benaderen dan de resutaten van het eerder gemodeeerde HAMBase mode.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 7 Het uchtbehandingssysteem van het HAMBase Simuink mode is bij deze modeering 4 uur per dag in bedrijf. Hiermee wordt de meest ideae bedrijfssituatie benaderd. Een verfijning van de regestrategie van het uchtbehandeingssysteem za nauweijks van invoed zijn op de uchttemperaturen en de RV in het theater en is in dit project niet verder onderzocht. Luchtbevochtiging as verbeteringsvoorste Uit de simuaties van de winterperiode van het HAMBase Simuink mode is gebeken dat de reatieve uchtvochtigheid in het theater tijdens de winter age waarden aanneemt. Reatieve uchtvochtigheden ager dan 40% kunnen schade veroorzaken aan de constructie en het interieur van het gebouw. As verbeteringsvoorste is een uchtbevochtiger aan het uchtbehandeingsmode toegevoegd. Luchtbevochtiging heeft een positief effect op de reatieve uchtvochtigheid in het theater tijdens de winterperiode. Sterke RV-daingen tijdens het gebruik en reatieve uchtvochtigheden ager dan 40% worden beperkt. Aanbevoen wordt om een uchtbevochtiger asnog in het uchtbehandeingsontwerp op te nemen.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 8 INHOUDSOPGAVE VOORWOORD... 4 SYMBOLENLIJST... 5 SAMENVATTING... 6 1. INLEIDING... 10. OPDRACHTOMSCHRIJVING... 11.1. AANLEIDING TOT HET ONDERZOEK... 11.. DOEL VAN HET ONDERZOEK... 11 3. VOCHTTOETS LUXOR THEATER... 1 4. MODELVORMING LUCHTBEHANDELINGSSYSTEEM... 13 4.1. MODELLERING VAN DE TWINCOIL WARMTETERUGWINNING... 14 4.1.1. Systeemomschrijving toevoerzijde twincoisysteem... 15 4.1.. Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden... 16 4.1.3. Modeering van de toevoerzijde van de twincoi... 18 4.1.4. Regeing en verificatie van het twincoisysteem... 0 4.1.5. Systeemomschrijving retourzijde twincoisysteem... 3 4.1.6. Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden... 4 4.1.7. Modeering van de retourzijde van de twincoi... 6 4.1.8. Regeing en verificatie van het twincoisysteem... 7 4.1.9. Koppeing toevoer- en retourbatterij... 8 4.. MODELLERING VAN DE VERWARMINGSBATTERIJ... 9 4..1. Systeemomschrijving centrae verwarmer... 9 4... Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden... 30 4..3. Modeering van de verwarmer... 3 4..4. Regeing en verificatie van de verwarmer... 33 4.3. MODELLERING VAN DE KOELERBATTERIJ... 35 4.3.1. Systeemomschrijving koeerbatterij... 35 4.3.. Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden... 36 4.3.3. Modeering van de koeer... 38 4.3.4. Regeing en verificatie van de koeer... 39 4.4. MODELLERING VAN DE NAVERWARMINGSBATTERIJ... 41 4.4.1. Systeemomschrijving naverwarmer... 41 4.4.. Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden... 4 4.4.3. Modeering van de naverwarmer... 44 4.4.4. Regeing en verificatie van de naverwarmer... 45 4.5. MODEL VOOR EXTRA VERWARMINGSVERMOGEN... 47 4.6. MODELLERING VOCHTGENERATOR... 48 4.6.1. Be- of ontvochtiging door de vochtinhoud van de buitenucht... 48 4.6.. Bevochtiging door de aanwezige personen in het theater... 49 4.6.3. Ontvochtiging door koeing... 50 4.6.4. Totae be- en ontvochtiging... 51
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 9 5. VERGELIJKING SIMULATIERESULTATEN HAMBASE HAMBASE SIMULINK... 5 5.1. UITGANGSPUNTEN... 5 5.. SIMULATIE VAN DE WINTERPERIODE... 53 5.3. SIMULATIE VAN DE ZOMERPERIODE... 55 5.4. CONCLUSIE... 57 5.5. INVLOED BEVOCHTIGING... 58 5.5.1. Bevochtigingsmode... 58 5.5.. Simuatieresutaten van het bevochtigingsmode... 60 5.5.3. Condensatieschakeing... 61 6. CONCLUSIE EN AANBEVELINGEN... 6 6.1. CONCLUSIE... 6 6.. AANBEVELINGEN... 64 7. LITERATUURLIJST... 65 BIJLAGEN: SIMULATIEMODELLEN: zie bijagenboek zie bijbehorende CD-rom
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 10 1. INLEIDING Het studieonderwerp van dit project is de grote theaterzaa van het Luxor Theater te Arnhem. Het pand, gebouwd naar ontwerp van architect Wiem Dieh, is in 1915 in gebruik genomen as bioscooptheater. Het inmiddes as Rijksmonument aangewezen pand is door de gemeente Arnhem aangekocht met as doe er een poppodium te vestigen. Op dit moment wordt het Luxor Theater gerestaureerd. Architectenbureau Fritz, adviesbureau DGMR en Deerns raadgevende ingenieurs BV hebben de opdracht gekregen de restauratie van dit theater te reaiseren. Eén van de punten die tijdens de verbouwing aan bod komen is het impementeren van een nieuwe kimaatinstaatie. Deze instaatie heeft enerzijds tot doe het verzorgen van een passend binnenkimaat gereateerd aan de gebruiksfunctie. Anderzijds moet de instaatie ervoor zorgen dat er zo weinig mogeijke schommeingen in ruimtetemperatuur en uchtvochtigheid paatsvinden wat ten goede komt aan het behoud van het monumentae interieur van het gebouw. Het doe van dit project is om aan de hand van een simuatie, onderzoek te verrichten naar de te verwachten binnencondities van het Luxor Theater. Hiertoe wordt het toekomstige uchtbehandingssysteem gemodeeerd in MatLab/Simuink [A]. Aan de hand van simuaties worden de capaciteiten van het uchtbehandeingssysteem in kaart gebracht. Indien mogeijke schommeingen van ruimtetemperatuur en/of uchtvochtigheid de kwaiteit van het interieur nadeig beïnvoeden za een instaatietechnisch verbeteringsvoorste gedaan worden.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 11. OPDRACHTOMSCHRIJVING In dit hoofdstuk wordt de aaneiding tot het onderzoek en de hieruit vogende opdrachtomschrijving beschreven..1. Aaneiding tot het onderzoek Voorafgaande aan het Masterproject is een schakeproject uitgevoerd waarbij middes een simuatie de ruimtecondities binnen het Luxor Theater onderzocht zijn. Hierbij is geconcudeerd dat het toekomstige binnenkimaat van het Luxor Theater tijdens gebruiksperiode niet za vodoen aan de kimaateisen voor museaa binnenkimaat. Uit bouwhistorisch onderzoek is gebeken dat het interieur zich nog in goede staat bevindt. Om veroudering van het interieur te beperken heeft Deerns voorgested om, in het kader van een nieuw project, een optimaisering voor het geadviseerde uchtbehandeingssysteem te onderzoeken... Doe van het onderzoek Het doe van dit onderzoek is verbeteren van de regestrategie van het voorgestede uchtbehandeingssysteem. Deze regeing moet het mogeijk maken om het binnenkimaat tijdens gebruik zo geijkmatig mogeijk te houden. Om veroudering van het interieur te voorkomen dient de temperatuur en RV stijging tijdens het gebruik van het theater beperkt te bijven. De minimae uchtverversing moet ten ae tijden vodoen aan de vigerende eisen uit het bouwbesuit. Indien het aanscherpen van de regestrategie onvodoende bijkt te zijn om veroudering van het interieur te beperken moeten verbeteringsvoorsteen voor het uchtbehandeingssysteem onderzocht worden. Bij de uitvoering van dit project dient het eerdere simuatieonderzoek as basis meegenomen te worden. Om de genoemde vraagsteing te beantwoorden worden de vogende onderwerpen binnen dit masterproject onderzocht: 1 Onderzoek naar het risico op oppervaktecondensatie bij het toepassen van temperaturen en uchtvochtigheden behorende bij het voorgestede kimaatconcept. Uitvoeren van Simuink simuaties met de vogende kenmerken: Met behup van meest recente HAMBase versie worden de bouwkundige eigenschappen vastgeegd. Vervogens dient een simuatie met het maximae aanta aanwezige personen uitgevoerd worden. Deze dient as referentie voor het vervogonderzoek. Met behup van Simuink moet een mode samengested worden waarin een uchtbehandeingskast en een eement voor vochtproductie opgenomen wordt. Aan de hand van simuaties worden de te verwachten uchttemperaturen en uchtvochtigheden voor verschiende bedrijfssituaties geanayseerd. Aan de hand van de genoemde anayses moet bijken of de aanwezige capaciteiten vodoende zijn om veroudering van het interieur te beperken. Indien er toch een onacceptabee veroudering verwacht wordt moet het uchtbehandeingsmode verbeterd worden. Hierbij moet de voorgestede verbetering inpasbaar zijn in de door Deerns geadviseerde uchtbehandeingsinstaatie.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 1 3. VOCHTTOETS LUXOR THEATER Voorafgaande aan de modeering van het uchtbehandeingssysteem voor het Luxor Theater is een handmatige vochttoets uitgevoerd. Het doe van dit onderzoek is het vaststeen van een mogeijk condensatieprobeem vogend uit de ruimtecondities en beastingen tijdens het gebruik van het theater in de toekomst. De vochttoets is uitgevoerd vogens de handmatige Gaser-methode []. Voor aanvang van de restauratie heeft een bouwhistorisch onderzoek in het Luxor Theater paatsgevonden [3]. Uit dit is gebeken dat in de radiatornis schimmesporen aangetroffen zijn. Na verder onderzoek is gebeken dat de schimmes ontstaan zijn door een geveekkage en niet door condensatieprobemen uit het vereden. Aangezien de geve ter paatse van de radiatornis de enige buitengeve is wordt de vochttoets aan de radiatornis van deze geve uitgevoerd (zie figuur 3.1). In de vochttoets zijn de vogende bedrijfssituaties onderzocht: Wintersituatie buiten gebruik; Zomersituatie buiten gebruik; Gemiddede jaarconditie buiten gebruik; Wintersituatie tijdens gebruik; Zomersituatie tijdens gebruik; Gemiddede jaarconditie tijdens gebruik. Concusie In het bijageboek, bijage I, zijn de de Gasertabeen voor de genoemde bedrijfssituaties weergegeven. Hieruit is gebeken dat bij geen enkee situatie inwendige condensatie van de constructie of interieur za optreden. Aangezien het risico op condensatie van de gevedeen of interieur minimaa is wordt er binnen dit project geen verder onderzoek naar condensatie gedaan. Radiatornis Figuur 3.1: Gevedoorsnede ter paatse van de radiatornis
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 13 4. MODELVORMING LUCHTBEHANDELINGSSYSTEEM In dit hoofdstuk wordt de modeering van de afzonderijke componenten die in het voorgestede uchtbehandeingssysteem opgenomen zijn omschreven. De vogende uchtbehandeingscomponenten omschreven: Warmteterugwinning middes twincoi batterij; Verwarmingsbatterij; Koeerbatterij; Naverwarmer. De omschrijving van ieder component vindt paats aan de hand van de vogende onderverdeing: Systeemomschrijving middes processchema s en anaogons; Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden; Modeering; Regeing en verificatie. Dit hoofdstuk wordt afgesoten met een beschrijving van het voedige uchtbehandeingssysteem, incusief vochtgenerator. Hierbij zijn de eerder omschreven uchtbehandeingscomonenten samengevoegd tot één systeem en gekopped met het HAMBase gebouwmode. Opgemerkt dient te worden dat voor de bepaing van de instaatietechnische capaciteiten van het uchtbehandeingssysteem de everanciersomschrijving van de uchtbehandeingskast (zie bijage II) aangehouden wordt. Behave de in de productinformatie omschreven technische gegevens in voast situatie zijn geen gegevens bekend van de instaatie in deeast. Aangezien het gebouw nog in renovatie is zijn er ook geen meetgegevens bekend van de nieuwe situatie. De verificatie van de genoemde uchtbehandeingscomponenten vindt paats op basis van de in de everanciersomschrijving beschreven piekast situatie.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 14 4.1. Modeering van de twincoi warmteterugwinning Een twincoi systeem wordt gebruikt om warmte uit de retourucht van een uchtbehandeingssysteem te onttrekken en toe te voeren aan de (verse) buitenucht. Een twincoi systeem bestaat uit een in de uchttoevoerkast gepaatste verwarmingsbatterij en een in de uchtretourkast gepaatste koebatterij weke middes een watervoerend eidingsysteem met ekaar verbonden zijn. De voeistof zorgt voor het transporteren van de onttrokken energie aan de retourzijde naar de afgifte batterij aan de toevoerzijde van de uchtbehandeingskast. Ruimteucht Toevoerucht Afbaasucht Buitenucht Bij age buitentemperaturen, gecombineerd met een reatief hoge vocht inhoud in de afgevoerde ruimteucht, bestaat er een risico op oppervaktecondensatie op de koebatterij in de uchtretourkast. Oppervaktecondensatie heeft een nadeig effect op het warmteterugwinningsrendement van het twincoisysteem. Een tweede risico vormt bevriezing van de twincoibatterij. Om beide probemen te voorkomen zijn twincoisystemen uitgerust met een antivries regeing. Hiertoe is in het verbindende eidingsysteem een drieweg regekep opgenomen (zie figuur 4.1.1). Figuur 4.1.1: Schematische weergave twincoi Met deze motorisch bediende regekep kan door debietregeing de temperatuur van de voeistof bij age buitentemperaturen aangepast worden om bevriezing van de voeistof en rijpvorming op de batterij te voorkomen. Om het risico op bevriezing verder te beperken zijn twincoisystemen doorgaans gevud met een water-gyco mengse. Een andere systeemeigenschap is het afnemende rendement bij toenemende buitenuchttemperatuur. Bij hoge buitentemperaturen za het rendement zodanig afnemen dat op een bepaad moment de benodigde pomp- en ventiatorenergie hoger is dan het energiewinst van de warmteterugwinning. Bij de modeering van de regestrategie van de twincoi wordt met beide systeemeigenschappen rekening gehouden. In hoofdstuk 4.1.3 worden deze eigenschappen nader toegeicht. Om de systeemwerking van het twincoisysteem overzichteijk te houden wordt de toevoer- en retourzijde separaat omschreven.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 15 4.1.1. Systeemomschrijving toevoerzijde twincoisysteem Een twincoi batterij kan gezien worden as een back box waar zowe een uchtstroom as voeistofstroom in komt as weer uit gaat. In de back box vindt een warmte uitwisseing paats tussen de voeistof- en de uchtstroom. Schematisch kan dit proces as vogt weergegeven worden (zie fig 4.1.1.1.): Warmte-uitwisseing toevoerzijde twincoi Figuur 4.1.1.1: Schematische procesweergave van de toevoerzijde van de twincoi In bijage III is het thermische proces van de toevoerzijde van de twincoi in het Moierdiagram weergegeven. De uchtstromen kunnen hierbij as vogt omschreven worden: Lucht in : V ρ c T in Lucht uit : V ρ c T1 De voeistofstromen kunnen omschreven worden as: Voeistof in : mw cwg Twin Voeistof uit : m w c wg T Bovenstaand schema uitgedrukt in anaogons evert (zie fig. 4.1.1.): Q tc toe Q tc af V ρ c T in V ρ c T 1 w cwg m T win w cwg m T Figuur 4.1.1.: Schematische procesweergave in anaogons
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 16 4.1.. Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden De warmteoverdracht tussen het voeistof- en uchtsysteem kan beschreven worden met behup van de warmteoverdrachtscoëfficiënt k: Q T T tc w gem gem = k ( T T ) k = Q T T ) waarin: gem T = T = in win w gem + + T 1 T tc /( w gem gem Bepaing van de differentiaavergeijkingen Op basis van de anaogons en de bepaing van de k-waarde kunnen de differentiaavergeijkingen voor de toevoerzijde van de twincoi bepaad worden: dt1 C1 dt C dt dt = V = m ρ w c c wg ( T ( T in win Twin + T Tin + T T1 ) + k Twin + T Tin + T T ) k Instaatietechnische uitgangspunten Uitgaande van de technische aspecten uit de productomschrijving van het uchtbehandeingssysteem van het Luxor Theater (zie bijage II) worden de vogende instaatietechnische uitgangspunten gehanteerd (zie tabe 4.1..1): Grootheid Waarde Eenheid V 6,58 m 3 /s ρ 1, kg/m 3 c 1000 J/kg K m,68 kg/s w ρ 1030 kg/m 3 wg c wg 3676 J/kg K m _ 1 kg batterij toe m _ 07 kg batterij ret V _ 101 voeistof toe V _ 84 voeistof ret V _ 0,75 m 3 ucht toe V _ 0,75 m 3 ucht ret k toe 1789 - k 1361 - ret Tabe 4.1..1: Instaatietechnische uitgangspunten van de twincoi 1 1
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 17 De capaciteiten, C1 en C, worden as vogt gedefinieerd: C = ( m + m m ) * c C C 1 batterij _ toe voeistof _ toe + ucht _ toe = (1 + (101*1,03) + (0,75*1,))*1000 = 316930 J/K = (07+(84*1.03) + (0,75*1,))*3676 = 10888 J/K De opgave van het thermische vermogen uit de everanciersopgave is niet correct. Vogens deze opgave bedraagt het afgegeven vermogen 116700W. Gebaseerd op de watertemperaturen uit de opgave van de fabrikant bedraagt het werkeijke overgedragen waterzijdige vermogen van verwarmer: Q = m c T T ) =,86 3676 (9,5 1,6) = 116698 W waterzijdig w wg ( win Gebaseerd op de uchttemperaturen uit de opgave van de fabrikant bedraagt het werkeijke overgedragen uchtzijdige vermogen van verwarmer: Q = uchtzijdig V ρ c ( Tin T1 ) = 6,58 1, 1000 ( 10 4,4) = 11370 W Om de warmteoverdracht te corrigeren moet de k-waarde, gebaseerd op het werkeijke waterzijdige vermogen, aan de uchtzijdige kant vermenigvudigd worden met: Quchtzijdig 11370 = = 0,9743 Q 116700 waterzijdig
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 18 4.1.3. Modeering van de toevoerzijde van de twincoi Het modeeren van de uchtbehandeingscomponenten in dit project is uitgevoerd met het softwareprogramma Simuink. Simuink maakt vormt een onderdee van MatLAB, 6.5 reease 13 [A]. Voor het verkrijgen van een overzichteijk mode is gebruik gemaakt van S-functions. In de S- function worden naast ae in- en outputs de differentiaavergeijkingen en basisregeingen omschreven. In bijage III is de S-function van de toevoerzijde van de twincoi weergegeven. Voor het twincoimode zijn de vogende inputs gedefinieerd: V_nom Nominae voumestroom van de ucht [m 3 /s] Ftc_nom Nominae massastroom van de voeistof [kg/s] T_in_toe Luchttemperatuur van de ingaande buitenucht [ C] Tw_in_toe Watertemperatuur aan de ingaande zijde van de toevoer twincoi [ C] De vogende outputs zijn gevraagd: T_uit_toe De uittrede uchttemperatuur van de toevoer twincoi [ C] Tw_uit_toe De uittrede watertemperatuur van de toevoer twincoi [ C] Q_toevoer Het vermogen van de uittredende ucht [W] Omdat de toevoer- en retourzijde van de twincoi apart gemodeeerd worden zijn de inputs en outputs in dit mode as constante waarde verondersted. Na koppeing van de in- en uitgaande waterstromen kunnen de uchttemperaturen variabe uitgevoerd worden (zie paragraaf 4.1.9). Naast de in tabe 4.1..1 weergegeven instaatietechnische uitgangspunten worden ook nog een maximaa ucht voumedebiet (V_max) en water massastroom (Ftc_max) opgegeven. Wanneer in een ater stadium behoefte is om deze beide inputs in grootte te variëren is dit mogeijk. In praktijk za bij variatie in voumedebiet of massastroom het rendement van de twincoi niet ineair veranderen. Het rendement kent een enigszins exponentiee veroop. In deze simuatie wordt het rendement middes een exponentiee functie verwerkt in de definitie van de k- waarde: k V V 1 e k * 1 e Ftc 1 e * 1 e _ nom Ftc _ nom _ max _ max = ( 1) ( 1) Wanneer V_nom = V_max en/of Ftc_nom = Ftc_max za de k-waarde maximaa worden.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 19 Het in Simuink samengestede mode is weergegeven in figuur 4.1.3.1. Figuur 4.1.3.1: Simuinkmode van de toevoerzijde van de twincoi
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 0 4.1.4. Regeing en verificatie van het twincoisysteem Een voedig twincoisysteem, dus waar de toevoerzijde en retourzijde gekopped zijn, is zefregeend. Naarmate het temperatuurverschi tussen de toegevoerde buitenucht en de afgevoerde ruimteucht grote wordt, neemt het rendement toe. Zoas in hoofdstuk 4.1 beschreven moet het systeem echter begrensd worden. Enerzijds om bevriezing van de voeistof te voorkomen, anderzijds om het systeem te kunnen uitschakeen wanneer de hoeveeheid teruggewonnen energie ager wordt dan de benodigde toegevoerde energie. Deze twee eigenschappen zijn in de S-function van de toevoerzijde van de twincoi verwerkt. Bevriezingsbeveiiging Om bevriezing van de retourbatterij te voorkomen moet het twincoisysteem bij een bepaade buitenuchttemperatuur uitgeschaked worden. Eurovent 6/8 [4] geeft voor de bepaing van het schakemoment de vogende vergeijking: T _ in _ toe V ρ c = V ρ c η t η + t ( cwg rwg ) ( c r ) wg wg T _ in _ ret Waarin: η Maximaa rendement van de twincoi [%] t r Dichtheid van het water-gyco mengse [kg/m 3 ] wg De waarden voor soorteijke massa zijn in deze vergeijking gegeven in [kj/kgk] De vergeijking voor ηt is: T _ uit _ toe T _ in _ toe 4,4 10 η t = = = 0,94 (vogens opgave everancier LBK) T _ in _ ret T _ uit _ ret 0 4,7 De aagst mogeijke temperatuur voordat bevriezing optreedt is: 6,58 1, 1 0,94 (3676 *1,03) 7,4 3786,3 T _ in _ toe = 0 = 0 = 19,9 [ C] 6,58 1, 1 0,94 + (3676*1,03) 7,4 + 3786,3 Op het moment dat de buitentemperatuur ager wordt dan -19,9 C wordt de twincoi uitgeschaked door de k-waarde geijk aan nu te steen. Rendementsschakeing Vanaf een bepaade (hoge) buitentemperatuur is de extra benodigde energie voor ventiatoren en de twincoipomp hoger dan de energieopbrengst van de twincoi. Vogens Eurovent 6/8 [4] kan de benodigde pompenergie as vogt omschreven worden: Pcirc W circ teq _ op 1000 = [kwh/jr] Waarin: P circ = opgenomen energie door een pomp [W] t eq_op = 0,8* voast bedrijfstijd [h/jr] Voasttijd = 161 h/jr (= aanname)
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 1 P circ (3 dpcoi + dpoop ) = qv _ iquid [W] η p Waarin: q v_iqiud = massastroom water-gyco =,78 /s dp coi = drukveries in twincoi = 4,6 kpa (vogens opgave everancier LBK) dp oop = drukveries ineiding. Loop = eidingengte = 8m dp oop = conform tabe 6. in Eurovent 6/8 = 16 kpa η = Eektrisch pomp rendement = 48 % p (3 4,6 + 16) P circ =,78 = 83,8 W 0,48 t = 0,8*161 189,6 h/jr eq _ op = Pcirc 83,8 W circ = teq _ op = 189,6 = 1073 kwh/jr 1000 1000 Het uchtzijdig energieverbruik door het toepassen van de twincoi bedraagt: dpcoi 1 dpcoi Wcer = W fan1 + W fan dp dp fan1 fan Waarin: dp coi1 = Drukveries aan de toevoerbatterij van de twincoi = 08 Pa dp fan1 = Extra drukveries toevoer ventiator door twincoi = 183 Pa dp coi = Drukveries aan de retourbatterij van de twincoi = 08 Pa dp fan = Extra drukveries retour ventiator door twincoi = 183 Pa W fan1 = Energieverbruik toevoerventiator op jaarbasis = 4180 kwh/jr W fan = Energieverbruik retourventiator op jaarbasis = 1090 kwh/jr 08 58 W cer = 4180 + 1090 = 7633 kwh/jr 183 840 Het totae extra energieverbruik bij het gebruikmaken van een twincoisysteem bedraagt: W W + W = 1073 + 7633 = 8706 kwh/jr tot = circ cer Uitgaande van een eektriciteitsprijs van 0,1 /kwh bedraagt het extra energieverbruik op jaarbasis: E = 0, 1 = 1044,84 con W tot De energiewinst van de twincoi kan bepaad worden aan de hand van het opwekkingsrendement van en HR CV-kete. Hierbij zijn de vogende uitgangspunten gehanteerd: Keterendement van een HR-kete = 90 % Verbrandingswaarde van het aardgas = 3,1 MJ/m 3 Aardgasprijs = 0,45 /m 3 Bedrijfstijd = 161 h
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? De energiewinst van de twincoi kan omschreven worden as: Q _ toevoer bedrijfstijd 6 E 1,0 10 con _ thermisch = keterendement aardgasprijs verbrandingswaarde _ aardgas Op het moment dat de energiewinst van de twincoi ager is dan het extra benodigde energieverbruik door de pomp en ventiatoren, ofwe E < E, wordt de twincoi uitgeschaked door de k-waarde geijk aan nu te steen. con _ thermisch Verificatie van de toevoerzijde van de twincoi Zoas reeds in de ineiding van dit hoofdstuk is aangegeven zijn er geen meetgegevens van dit project bekend. De enige manier om een verificatie van het mode uit te voeren is het vergeijken van de in de everanciersomschrijving van het uchtbehandeingssysteem omschreven uitgaande vermogens en temperaturen met de outputs van het mode (zie tabe 4.1.4.1). Parameter Eenheid Technische Simuatie Verschi omschrijving resutaat T_uit_toe [ C] 4,4 4,4 0 Tw_uit_toe [ C] -1,6-1,6 0 Q_toevoer [W] 116700 113700-3000 Tabe 4.1.4.1: Verificatie van de toevoerzijde van de twincoi Op basis van de vermogensanayse van paragraaf 4.1.. kan geconcudeerd worden dat het afgegeven vermogen aan de toevoerzijde van de twincoi nooit geijk za zijn het waterzijdige vermogen. Bij de voorgestede uchttemperaturen bedraagt het overgedragen vermogen 11370 W. Het verschi tussen anayse en simuatie wordt in dit geva beperkt tot W. Aangezien de verschien tussen de uitgaande temperaturen en het uitgaande vermogen uit de technische omschrijving niet afwijken van de outputs van het Simuink mode kan geconcudeerd worden dat het mode correct is. con
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 3 4.1.5. Systeemomschrijving retourzijde twincoisysteem De anayse van de retourzijde van het twincoisysteem is, behoudens de bevriezingsbeveiiging en vermogensschakeing, identiek aan de toevoerzijde. Zowe de uchttemperaturen as de voeistofstromen aan de retourzijde van de twincoi zijn identiek aan de uchttemperaturen as de voeistofstromen de toevoerzijde, echter met omgekeerd evenredige temperaturen. Schematisch kan dit proces as vogt weergegeven worden (zie fig 4.1.5.1.): Warmte-uitwisseing retourzijde twincoi Figuur 4.1.5.1: Schematische procesweergave van de retourzijde van de twincoi In bijage IV is het thermische proces van de retourzijde van de twincoi in het Moier-diagram weergegeven. De uchtstromen kunnen hierbij as vogt omschreven worden: Lucht in : V ρ c T in _ ruimte Lucht uit : V ρ c T3 De voeistofstromen kunnen omschreven worden as: Voeistof in : m w cwg Twin ruimte Voeistof uit : m w c wg T4 _ Bovenstaand schema uitgedrukt in anaogons evert (zie fig. 4.1.5.): Q tc af Q tc toe V ρ c T in _ ruimte V ρ c T 3 w cwg m T win _ ruimte w cwg m T 4 C 1 Figuur 4.1.5.: Schematische procesweergave in anaogons C
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 4 4.1.6. Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden De warmteoverdracht tussen het voeistof- en uchtsysteem kan beschreven worden met behup van de warmteoverdrachtscoëfficiënt k: Q T T tc w gem gem = k ( T T ) k = Q T T ) waarin: gem T = T = w gem win _ ruimte T 4 + + in _ ruimte T tc /( w gem gem Bepaing van de differentiaavergeijkingen Op basis van de anaogons en de bepaing van de k-waarde kunnen de differentiaavergeijkingen voor de retourzijde van de twincoi bepaad worden: C C 3 4 dt dt 3 dt dt 4 = V = m ρ w c c wg ( T ( T in _ ruimte win _ ruimte Twin _ ruimte + T4 Tin _ ruimte + T3 T ) + 3 k Twin _ ruimte + T4 Tin _ ruimte + T3 T ) 4 k Instaatietechnische uitgangspunten De instaatietechnische uitgangspunten incusief de capaciteitsbepaing van de retourzijde van de twincoi zijn opgenomen in tabe 4.1..1 in paragraaf 4.1.. De capaciteiten, C1 en C, zijn ook geijk aan de capaciteiten van de toevoerzijde: C = ( m + m m ) * c C 1 C batterij _ toe voeistof _ toe + ucht _ toe = (1 + (101*1,03) + (0,75*1,))*1000 = 316930 J/K = (07+(84*1.03) + (0,75*1,))*3676 = 10888 J/K De vermogensaanname van de retourbatterij in de productomschrijving is niet correct. In de productomschrijving wordt het voedige koevermogen opgegeven, voebaar en atent. Het totae vermogen waterzijdig bedraagt 116700W. Bij een afkoeing van de ucht van 0 C met een RV van 40% afgekoed naar 4,7 C met een RV van 99% bedraagt het voebare vermogen: Q = voebaar V ρ c ( Tin T3 ) = 6,58 1, 1000 (0 4,7) = 10808 W Het totae vermogen uchtzijdig bedraagt: Qtotaa = V ρ c h h = ( 35 18) = 17 kj/kg = 6,58 1, 1000 16,5 = 13084 W Q totaa Hieruit vogt het atente vermogen: Q = Q Q Q atent atent totaa voebaar = 13084 10808 = 9476 W
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 5 Het aan de retourzijde van de twincoi afgegeven voebare vermogen kan nooit groter zijn dan het waterzijdige vermogen. Bij 100% warmteoverdracht moet het waterzijdige vermogen geijk zijn aan het totae (voebare en atente) uchtzijdige vermogen. Bij een ucht intredetemperatuur van 0 C met een RV van 40% en een totaa vermogen van 116700 W bedraagt het enthapieverschi: Qtotaa 116700 h = = = 14,8 kj/kg ( 6,58 1, 1000) V ρ c Het koeerdauwpunt van de retourbatterij bedraagt: ( 1,6 + 9,5) T win + T4 = = 3,95 C De enthapie van de ingaande ucht (0 C met een RV van 40%) bedraagt 35kJ/kg. De enthapie van de uitgaande temperatuur bedraagt: h = h h = 35 14,8 = 0, kj/kg uit in De bijbehorende ucht uittredetemperatuur bedraagt 5,4 C. Uit deze anayse bijkt dat er nauweijks atent vermogen gegenereerd wordt: x x = 5,8 g/kg in uit Vanwege deze rede gedt ook: Q = voebaar V ρ c ( Tin T3 ) = 6,58 1, 1000 (0 5,4) =1158 W Vogens de everanciersomschrijving van de LBK bedraagt het afgegeven vermogen 116700 W. Uit voorgaande anayse is gebeken dat het werkeijke overgedragen vermogen 1158 W bedraagt. Om de warmteoverdracht te corrigeren moet de k-waarde, gebaseerd op het werkeijke waterzijdige vermogen, aan de uchtzijdige kant vermenigvudigd worden met: Quchtzijdig 1158 = = 0,9878 Q 116700 waterzijdig
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 6 4.1.7. Modeering van de retourzijde van de twincoi Ook voor het modeeren van de retourzijde van de twincoi is gebruik gemaakt van S- functions. In bijage IV is de S-function van de retourzijde van de twincoi weergegeven. Voor het twincoimode zijn de vogende inputs gedefinieerd: V_nom Nominae voumestroom van de ucht [m 3 /s] Ftc_nom Nominae massastroom van de voeistof [kg/s] T_in_ret Luchttemperatuur van de ingaande ruimteucht [ C] Tw_in_ret Watertemperatuur aan de ingaande zijde van de retourtwincoi [ C] De vogende outputs zijn gevraagd: T_uit_ret De uittrede uchttemperatuur van de retour twincoi [ C] Tw_uit_ret De uittrede watertemperatuur van de retour twincoi [ C] Q_retour Het vermogen van de uittredende ucht aan de retourzijde [W] Vergeijkbaar met de toevoerzijde is ook in de modeering van de retourzijde is een exponentiee vergeijking aan de berekening van de k-waarde toegevoegd om variatie in de uchtvoumestroom en massastroom van de voeistof mogeijk te maken. k V V 1 e k * 1 e Ftc 1 e * 1 e _ nom Ftc _ nom _ max _ max = ( 1) ( 1) Wanneer V_nom = V_max en/of Ftc_nom = Ftc_max za de k-waarde maximaa worden. Het in Simuink samengestede mode is weergegeven in figuur 4.1.7.1. Figuur 4.1.7.1: Simuinkmode van de retourzijde van de twincoi
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 7 4.1.8. Regeing en verificatie van het twincoisysteem Aangezien de toevoerzijde en retourzijde gekopped worden zijn de bevriezingsbeveiiging en de vermogensschakeing aeen in het mode van de toevoerzijde verwerkt. Beide regeingen beïnvoeden de k-waarde waardoor de totae warmteoverdracht in het gekoppede mode aangestuurd wordt. Verificatie van de retourzijde van de twincoi Ook bij de retourzijde van de twincoi wordt de verificatie uitgevoerd door het vergeijken van de in de everanciersomschrijving van het uchtbehandeingssysteem omschreven uitgaande vermogens en temperaturen met de outputs van het mode (zie tabe 4.1.8.1). Parameter Eenheid Technische Simuatie Verschi omschrijving resutaat T_uit_ret [ C] 4,7 5,4 0,7 Tw_uit_ret [ C] 9,5 9,5 0 Q_retour [W] 116700 114900-1800 Tabe 4.1.8.1: Verificatie van de retourzijde van de twincoi In paragraaf 4.1.9 is aangeduid dat de door de fabrikant opgegeven temperatuur niet haabaar is met het gegeven waterzijdige vermogen. Het gesimueerde vermogen komt goed overeen met het geanayseerde vermogen (1158W) bij een uittrede uchttemperatuur van 5,4 C. De afwijking is keiner dan 1%. Aangezien de geanayseerde temperaturen en vermogens minimaa afwijken van de outputs van het Simuink mode kan geconcudeerd worden dat het mode correct is.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 8 4.1.9. Koppeing toevoer- en retourbatterij In de paragrafen 4.1.1. tot en met 4.1.8 is de modeering van de toevoer- en retourbatterij van de twincoi omschreven. In deze paragraaf worden beide systemen gekopped. Aangezien de waterzijdige toevoer- en retourtemperaturen van beide systemen overeenstemmen kunnen de Simuink modeen direct gekopped worden. In figuur 4.1.9.1 is het gekoppede Simuink mode weergeven. Figuur 4.1.9.1: Simuinkmode van het gekoppede twincoimode De verificatie van dit mode kan uitgevoed worden door de water- en uchttemperaturen van de niet-gekoppede modeen te vergeijken met de water- en uchttemperaturen van het gekoppede mode (zie tabe 4.1.9.1). Parameter Eenheid Afzonderijke Gekoppede Verschi modeen mode T_uit_toe [ C] 4,4 4,5 0 Tw_uit_toe [ C] -1,6-1,6 0,1 Q_toevoer [W] 113700 113500-00 T_uit_ret [ C] 5,4 5,4 0,1 Tw_uit_ret [ C] 9,5 9,5 0,1 Q_retour [W] 114900 115000 100 Tabe 4.1.9.1: Verificatie van het gekoppede twincoimode Aangezien de outputs van de afzonderijke modeen en het gekoppede mode minimaa afwijken, kan geconcudeerd worden dat het mode correct is.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 9 4.. Modeering van de verwarmingsbatterij In de uchtbehandeingskast van het Luxor Theater wordt de verse buitenucht na opwarming door de twincoi warmteterugwinning verwarmd door de centrae verwarmer. uchtaanvoer uchtafvoer Deze verwarmer bestaat uit een watergevoede verwarmingsbatterij weke aangesoten is op het centrae verwarmingssysteem van het Luxor Theater. Het toegevoerde vermogen wordt gereged op basis van een waterzijdige temperatuurregeing (zie figuur 4..1). Indien niet het voedige vermogen gevraagd wordt, wordt de bypass in de regekring middes een drieweg regekep opengestuurd. De temperatuur van het toevoerdebiet van de verwarmingsbatterij daat, waardoor het afgegeven vermogen van de verwarmer afneemt. Figuur 4..1: Schematische weergave verwarmer 4..1. Systeemomschrijving centrae verwarmer Een verwarmingsbatterij kan, net zoas de toevoerbatterij van de twincoi, gezien worden as een apparaat waar zowe een uchtstroom as voeistofstroom in komt as weer uit gaat. In het apparaat vindt een warmte uitwisseing paats tussen de voeistof en de ucht. Schematisch kan dit proces as vogt weergegeven worden (zie fig 4..1.1.): Warmte-uitwisseing verwarmer Figuur 4..1.1: Schematische procesweergave van de verwarmer In bijage V is het thermische proces van de verwarmer in het Moier-diagram weergegeven. De uchtstromen kunnen hierbij as vogt omschreven worden: Lucht in : V ρ c T _ in _ verw Lucht uit : V ρ c T _ uit _ verw
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 30 De voeistofstromen kunnen omschreven worden as: Voeistof in : m w _ verw cw Tw _ in _ verw Voeistof uit : m w _ verw cw Tw _ uit _ verw Bovenstaand schema uitgedrukt in anaogons evert (zie fig. 4.1.1.): V ρ c T _ in _ verw Q verw _ toe V ρ c T _ uit _ verw m w _ verw c w T w _ in _ verw Q verw _ af m w _ verw c w T w _ uit _ verw C 1 C Figuur 4..1.: Schematische procesweergave in anaogons 4... Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden De warmteoverdracht tussen het voeistof- en uchtsysteem kan beschreven worden met behup van de warmteoverdrachtscoëfficiënt k: Q T T verw w gem gem = k ( T T ) k = Q T T ) waarin: gem T = T = w gem w _ in _ verw _ in _ verw + T + T w _ uit _ verw _ uit _ verw verw /( w gem gem Bepaing van de differentiaavergeijkingen Op basis van de anaogons en de bepaing van de k-waarde kunnen de differentiaavergeijkingen voor de verwarmer bepaad worden: dt1 C1 dt C dt dt = V = m ρ c w _ verw c ( T w _ in _ verw ( T T w _ in _ verw _ uit _ verw T w _ uit _ verw Tw _ in _ verw + Tw _ uit _ verw T _ in _ verw + T ) + k Tw _ in _ verw + Tw _ uit _ verw T _ in _ verw + T ) k _ uit _ verw _ uit _ verw
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 31 Instaatietechnische uitgangspunten Uitgaande van de technische omschrijving in de productomschrijving van het uchtbehandeingssysteem van het Luxor Theater (zie bijage II) worden de vogende instaatietechnische uitgangspunten gehanteerd (zie tabe 4...1): Grootheid Waarde Eenheid V 6,58 m 3 /s ρ 1, kg/m 3 c 1000 J/kg K m _ 1,5 kg/s w verw ρ w 1000 kg/m 3 c 4180 J/kg K w m 40 kg batterij V voeistof 18 V ucht 0,5 m 3 k 63,4 - Tabe 4...1: Instaatietechnische uitgangspunten van de verwarmer De capaciteiten, C1 en C, worden as vogt gedefinieerd: C = ( m + m + m ) * c C 1 C batterij voeistof ucht = (40 + (18*1,0) + (0,5*1,))*1000 = 58300 J/K = (40 + (18*1,0) + (0,5*1,))*4180 = 43694 J/K De opgave van het thermisch vermogen uit de everanciersopgave is niet correct. Vogens deze opgave bedraagt het afgegeven vermogen 13800W. Gebaseerd op de watertemperaturen uit de opgave van de fabrikant bedraagt het werkeijke overgedragen waterzijdige vermogen van verwarmer: Q = m c T T ) = 1,5 4180 (70 50) = 15400 W waterzijdig w _ verw w ( w _ in _ verw w _ uit _ verw Gebaseerd op de uchttemperaturen uit de opgave van de fabrikant bedraagt het werkeijke overgedragen uchtzijdige vermogen van verwarmer: Q V ρ c T T ) = 6,58 1, 1000 (0 4,4) 13177,6 W = uchtzijdig ( _ in _ verw _ uit _ verw = Om de warmteoverdracht te corrigeren moet de k-waarde, gebaseerd op het werkeijke waterzijdige vermogen, aan de uchtzijdige kant vermenigvudigd worden met: Quchtzijdig 13177,6 = = 0,98 Q 15400 waterzijdig
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 3 4..3. Modeering van de verwarmer Ook voor de modeering van dit mode is gebruik gemaakt van S-functions. In de S-function worden naast ae in- en outputs de differentiaavergeijkingen en basisregeingen omschreven. In bijage V is de S-function van de verwarmer weergegeven. Voor het mode van de verwarmer zijn de vogende inputs gedefinieerd: V_verw_nom Nominae voumestroom van de ucht [m 3 /s] Fw_verw_nom Nominae massastroom van de voeistof [kg/s] T_in_verw Luchttemperatuur van de ingaande ucht [ C] Tw_in_verw Ingaande watertemperatuur van de verwarmer [ C] De vogende outputs zijn gevraagd: T_uit_verw De uittrede uchttemperatuur van de verwarmer [ C] Tw_uit_verw De uittrede watertemperatuur van de verwarmer [ C] Q_verw Het vermogen van de uittredende ucht [W] De verwarmer is as separaat mode gemodeeerd. Na het votooien van de modeering van de overige uchtbehandeingscomponenten worden ae separate componenten gekopped tot één mode. Vanwege deze reden zijn de inputs en outputs in dit mode as constante waarde verondersted. Na de integratie in het voedige uchtbehandeingssysteem kunnen de uchttemperaturen, voumestromen en massastromen variabe uitgevoerd worden. Om een variabee voumestroom en massastroom mogeijk te maken is bij de modeering van het twincoisysteem een exponentiëe vergeijking aan de k-waarde toegevoegd. Ook bij de verwarmer wordt deze vergeijking toegevoegd. Bij variatie van het voumedebiet of massastroom za het rendement van de verwarmer een enigszins exponentiee veroop kennen. In deze simuatie is dit fenomeen as vogt verwerkt in de k-waarde: k V _ V _ 1 e k * 1 e Fw _ Fw _ 1 e * 1 e verw _ nom verw _ nom verw _ max verw _ max = ( 1) ( 1) Wanneer V_verw_nom = V_verw_max en/of Fw_verw_nom = Fw_verw_max za de k-waarde maximaa worden. Het in Simuink samengestede verwarmer mode is weergegeven in figuur 4..3.1. Figuur 4..3.1: Simuinkmode van de verwarmer
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 33 4..4. Regeing en verificatie van de verwarmer De beschreven verwarmer is grotendees zefregeend. Op het moment dat warmtevraag is za er vermogen aan de ucht toegevoerd worden. Er zijn echter twee situaties die door een regeing bijgestuurd moeten worden: Indien de warmtevraag niet maximaa is za het door de verwarmer afgegeven vermogen gereduceerd moeten worden; Indien de ruimtetemperatuur hoger is dan de setpoint temperatuur, terwij de aangevoerde ucht in de uchttoevoerkast ager is dan de setpoint temperatuur moet het door de verwarmer toegevoerde vermogen gereduceerd worden. Wanneer de toegevoerde uchttemperatuur aan de verwarmer hoger is dan het setpoint moet de verwarmer uitgeschaked worden. Vermogensschakeing Het door de verwarmer in afgegeven vermogen moet, wanneer niet het voedige verwarmingsvermogen gevraagd wordt, aangepast kunnen worden. Dit kan door het toevoegen van een derde exponentiëe functie aan de k-waarde: V _ verw _ nom Fw _ verw _ nom T _ max T _ in _ verw V _ verw _ max Fw _ verw _ max T _ max T _ in _ verw _ max 1 e 1 e 1 e k = k * ( ) * ( ) 1 1 1 1 e 1 e 1 e Indien niet het voedige verwarmingsvermogen gevraagd wordt, za het afgegeven vermogen met een exponentiee veroop teruggeschaad worden. Indien de temperatuur van de toegevoerde ucht hoger is dan het setpoint, wordt T_max geijk gested aan de actuee uchttoevoertemperatuur. In dit geva za de e-macht geijk aan nu worden, waardoor er geen vermogen meer afgegeven wordt. Indien dit niet het geva is wordt Tmax geijk gested aan de setpoint temperatuur. De aagst mogeijke uchttoevoertemperatuur wordt op 4,4 C gested. Dit betreft de uitgaande uchttemperatuur van de twincoi bij -10 C buitenuchttemperatuur. Setpointschakeing In het geva dat de ruimtetemperatuur en/of de naar de verwarmer toegevoerde uchttemperatuur hoger is dan het setpoint, za de warmteoverdracht geijk aan nu gested moeten worden. Bij tusseniggende waarden moet het afgegeven vermogen teruggeschaad worden. Dit is bereikt met een if - then function: Indien T_verw > Tset of T_ruimte > Tset wordt de k-waarde nu. Indien dit niet het geva is, wordt de k-waarde geijk aan: Tset T k = k Tset Tin _ in _ verw verw _ max Met behup van de hierboven beschreven regeingen geeft de verwarmer bij ae bedrijfssituaties het gewenste vermogen af.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 34 Verificatie van de verwarmer Ook bij de verwarmer wordt de verificatie uitgevoerd door het vergeijken van de in de productinformatie van het uchtbehandeingssysteem omschreven uitgaande vermogens en temperaturen met de outputs van het mode (zie tabe 4..3.1). Parameter Eenheid Technische Simuatie Verschi omschrijving resutaat T_uit_verw [ C] 0 0 0 Tw_uit_verw [ C] 50 50 0 Q_verw [W] 13800 13500-300 Tabe 4..3.1: Verificatie van de verwarmer Het werkeijke waterzijdige vermogen, gebaseerd op de gegeven watertemperaturen, bedraagt 15400 W. Het werkeijke uchtzijdige vermogen bedraagt 13177 W. De afwijkingen tussen de opgegeven temperaturen en het vermogen zijn keiner dan 1%. De afwijking is zo minimaa dat het mode as correct aangenomen mag worden.
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 35 4.3. Modeering van de koeerbatterij In de uchtbehandeingskast van het Luxor Theater wordt de verse buitenucht, bij buitenuchttemperaturen die hoger zijn dan de ingestede setpoint temperatuur gekoed. Koeing middes de twincoi za vanuit energetisch oogpunt gezien niet paatsvinden. uchtaanvoer uchtafvoer De koeer bestaat uit een watergevoede koeerbatterij weke aangesoten is op het centrae gekoedwaternet van het Luxor Theater. Het toegevoerde vermogen wordt gereged op basis van een hoeveeheidsregeing van de massastroom van het water (zie figuur 4.3.1). Figuur 4.3.1: Schematische weergave koeer 4.3.1. Systeemomschrijving koeerbatterij Een koeerbatterij kan, net zoas de retourbatterij van de twincoi, energetisch gezien worden as een apparaat waar zowe een uchtstroom as voeistofstroom in komt as weer uit gaat. In het apparaat vindt warmte uitwisseing paats tussen de voeistof en de ucht. Schematisch kan dit proces as vogt weergegeven worden (zie fig 4.3.1.1): Warmte-uitwisseing koeer Figuur 4.3.1.1: Schematische procesweergave van de koeer In bijage VI is het thermische proces van de koeer in het Moier-diagram weergegeven. De uchtstromen kunnen hierbij as vogt omschreven worden: Lucht in : V ρ c T _ in _ koe Lucht uit : V ρ c T _ uit _ koe
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 36 De voeistofstromen kunnen omschreven worden as: Voeistof in : m w _ koe cw Tw _ in _ koe Voeistof uit : m w _ koe cw Tw _ uit _ koe Bovenstaand schema uitgedrukt in anaogons evert (zie fig. 4.3.1.): V ρ c T _ in _ koe Q koe _ af V ρ c T _ uit _ koe m w _ koe c w T w _ in _ koe Q koe _ toe m w _ koe c w T w _ uit _ koe C 1 C Figuur 4.3.1.: Schematisch procesweergave in anaogons 4.3.. Bepaing van de differentiaavergeijkingen en instaatietechnische grootheden De warmteoverdracht tussen het voeistof- en uchtsysteem kan beschreven worden met behup van de warmteoverdrachtscoëfficiënt k: Q T T koe w gem gem = k ( T T ) k = Q T T ) waarin: gem T = T = w gem w _ in _ koe _ in _ koe + T + T w _ uit _ koe _ uit _ koe koe /( w gem gem Bepaing van de differentiaavergeijkingen Op basis van de anaogons en de bepaing van de k-waarde kunnen de differentiaavergeijkingen voor de koeer bepaad worden: dt1 C1 dt = V ρ c ( T _ in _ koe T _ uit _ koe Tw _ in _ koe + Tw _ uit _ koe T _ in _ koe + T ) + k _ uit _ koe C dt dt = m w _ koe c w ( T w _ in _ koe T w _ uit _ koe Tw _ in _ koe + Tw _ uit _ koe T _ in _ koe + T ) k _ uit _ koe
VALT HET DOEK VOOR HET LUXOR THEATER? 37 Instaatietechnische uitgangspunten Uitgaande van de technische omschrijving in de productomschrijving van het uchtbehandeingssysteem van het Luxor Theater (zie bijage II) worden de vogende instaatietechnische uitgangspunten gehanteerd (zie tabe 4.3..1): Grootheid Waarde Eenheid V 6,58 m 3 /s ρ 1, kg/m 3 c 1000 J/kg K m _ 3,6 kg/s w koe ρ w 1000 kg/m 3 c 4180 J/kg K w m 10 kg batterij V voeistof 46 V ucht 0,5 m 3 k 10468 - Tabe 4.3..1: Instaatietechnische uitgangspunten van de koeer De capaciteiten, C1 en C, worden as vogt gedefinieerd: C = ( m + m + m ) * c C 1 C batterij voeistof ucht = (10 + (46*1,0) + (0,5*1,))*1000 = 148900 J/K = (10 + (46*1,0) + (0,5*1,))*4180 = 640 J/K De vermogensaanname van de koeerbatterij in de productomschrijving is niet correct. Het totae gegeven thermische vermogen waterzijdig bedraagt 100W. Bij een afkoeing van de ucht van 8 C met een RV van 60% naar 19 C met een RV van 86% bedraagt het voebare vermogen: Q = voebaar V ρ c ( Tin T3 ) = 6,58 1, 1000 (8 19) = 71064 W Het totae vermogen uchtzijdig bedraagt: Qtotaa = V ρ c h h = ( 64,5 48,5) = 16 kj/kg = 6,58 1, 1000 16 = 16336 W Q totaa Hieruit vogt het atente vermogen: Q = Q Q Q atent atent totaa voebaar = 16336 71064 = 557 W Vogens de productomschrijving van de LBK bedraagt het afgegeven vermogen 100 W. Uit voorgaande anayse is gebeken dat het werkeijke overgedragen (voebare) vermogen 71064 W bedraagt. Om de warmteoverdracht te corrigeren moet de k-waarde in de differentiaavergeijking van de uchtstroom vermenigvudigd worden met: Quchtzijdig 71064 = = 0,58 Q 100 waterzijdig