The effects of network dimensioning and balancing on the performance of chilled water system in an office building

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2012
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
Ene-58
Degree programme
Language
fi
Pages
(10) + 84 + [4]
Series
Abstract
Due to constantly tightening energy efficiency regulations, designers are required creativity and adaptively to enhance the efficiency of the HVAC systems even further. This is challenging because the goals set for indoor climate must be met even when building's energy input is reduced. Three important prerequisites are required to achieve this: correct network balancing and dimensioning, and the utilization of renewable energy. In this thesis the main focus is in the operation of the chilled water system and the correct balancing and dimensioning of its distribution network. The effects of the two-way control valve dimensioning and the choice of the pump head control method on the circuits' controllability in the balanced chilled water system were studied. The information from the literature as well as the calculation program was used. The calculation program was made with Excel. Pressure differences, flows and valve authorities could then be examined in different network circuits and components under varying system loads. The results showed that in order to achieve energy efficient operation of the network, piping should be dimensioned relatively loose and the two-way control valves with relatively large pressure drops. In order to ensure good circuit controllability, the two-way control valve flow characteristic should always be combined with coil performance curve so that the resulting energy output profile would be as linear as possible. The rules of thumb presented in the literature when choosing the suitable pump head control method did not apply as such. For this reason the choice of the pump head control method should always be based on the network pressure analysis rather than the presented rules of thumb.

Yhä tiukentuvien rakennusten energiatehokkuutta koskevien määräysten myötä, suunnittelijoilta vaaditaan luovuutta ja soveltamiskykyä parantaa LVIS-järjestelmien energiatehokkuutta entisestään. Tämä on haasteellista, koska sisäilmastolle asetetut tavoitteet tulee saavuttaa silloinkin, kun rakennuksen energiankulutusta suunnitellaan pienennettävän. Kolme tärkeää edellytystä energiatehokkuuden saavuttamiseksi ovat: verkoston oikea mitoittaminen ja tasapainotus, sekä ilmaisenergioiden hyödyntäminen. Tässä diplomityössä tutkimuksen painopiste on vedenjäähdytysjärjestelmän toiminnassa sekä sen jakeluverkoston mitoittamisessa sekä tasapainottamisessa. Työssä tutkittiin tasapainotetun vedenjäähdytysverkoston kaksitieventtiilien mitoittamisen sekä pumpun ohjaustavan valinnan vaikutuksia verkoston virtauspiirien säätöominaisuuksiin. Asiaa tutkittiin kirjallisuudesta saatavan aineiston sekä tehdyn laskenta-ohjelman avulla. Laskentaohjelma tehtiin Excelillä, jolla voitiin tutkia hydraulisen jakeluverkoston eri verkostokomponenttien sekä virtauspiirien painehäviöitä, virtaamia, sekä venttiilien auktoriteetteja muuttuvissa kuormitustapauksissa. Tulokset osoittivat, että verkoston energiatehokkaan toiminnan saavuttamiseksi, putkisto tulee mitoittaa suhteellisen väljäksi ja kaksitieventtiilit verraten suurille painehäviöille. Hyvän säädettävyyden varmistamiseksi, kaksitieventtiili tulee lisäksi aina valita ominaiskäyrältään sellaisena, että se kompensoi mahdollisimman tarkasti jäähdytyspatterin epälineaarista ominaiskäyrää, jolloin päätelaitteen tehonluovutus on lähes suoraan verrannollinen venttiilin karan aukeamaan. Lähteissä esitetyt nyrkkisäännöt pumpun ohjaustavan valinnalle eivät päteneet sellaisenaan, joten pumpun ohjaustavan valinnan tulisi perustua ennemminkin verkoston painehäviöanalysointiin kuin esitettyihin nyrkkisääntöihin.
Description
Supervisor
Sirén, Kai
Thesis advisor
Pihlajamäki, Juha
Keywords
hydraulic couplings, hydrauliset kytkennät, calculation method, laskenta-menetelmä, controllability, säädettävyys, control valve, säätöventtiili, balancing, tasapainotus
Other note
Citation