Warmte Terug Win Balans Ventilatie
Leerdoelen:
- Leerlingen kennis laten nemen met de internationale verplichtingen welke Nederland is aangegaan.
- wat betreft terugdringen van CO2 uitstoot,
- duurzaamheid wat betreft gebruik van energie en gebruik van grondstoffen.
- Techniek een belangrijke rol speelt of gaat spelen in de verduurzaming van Nederland. Zoals WTW ventilatie.
- Het bied veel nieuwe kansen wat betreft opleiding en beroep.
- Dat een ogenschijnlijk eenvoudig apparaat toch nog een gecompliceerd meet en regelsysteem blijkt te zijn.
Klimaat verandering.
Door de grote hoeveelheden CO2 welke door menselijk handelen sinds de industriële revolutie in de atmosfeer wordt gepompt, vind er een opwarming van de aarde plaats vanwege het broeikaseffect. In allerlei sectoren is men technologie en regelgeving aan het ontwikkelen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Daarvoor is een plan opgesteld om Nederland te verduurzamen.
CO2 uitstoot
Duurzaam:
Nederland is aan het verduurzamen. Nederland heeft mede internationaal afspraken gemaakt om te verduurzamen. Concreet betekend dit:
- Zuiniger met grondstoffen.
- Minder energieverspilling.
- Duurzame energie opwekking.
- Daarmee samenhangend: minder CO2 en warmte-energie uitstoot.
Elke sector:
Op elk niveau worden binnen elke sector onderzocht waar een bijdrage geleverd kan worden om de verduurzamingsdoelen te behalen.
- Industrie.
- Vervoer.
- Industrie
- Verpakking
- Landbouw.
- Woningbouw.
WONEN en WERKEN.
Daar waar wij wonen en werken, onze huizen, scholen, ziekenhuizen, kantoren en fabrieken, daar is veel winst te behalen bij het voorkomen van verspilling van warmte- energie en daarmee CO2 uitstoot. Maar er is meer....
Wooncomfort verbeteren én verduurzamen.
Een van de acties welke daar uit voortvloeit is dat huizen en andere gebouwen drastisch warmte - geïsoleerd moeten worden. Gebouwen worden zo ontworpen dat er geen warmte – energie verspilling door open ramen en muren plaats vindt. Om in onze gebouwen wel een goed woon / werk klimaat te creëren met een constante aanvoer van frisse buitenlucht en afvoer van gebruikte lucht maken we gebruik van luchtverversing installaties. Bij een ventilatiesysteem klasse D gebeurt de aanvoer van verse buitenlucht en de afvoer van gebruikte binnen-lucht volledig mechanisch door 2 ventilatoren.
Probleem is wel dat als je bezig bent de gebruikte binnen-lucht naar buiten te verplaatsen je ook meteen ook alle binnen-warmte mee naar buiten verplaatst. En daarvoor in de plaats koude buitenlucht naar binnen transporteert. Dit zou een geweldige warmte energie-energie verspilling teweeg brengen.
Warmte Terug Win ventilatie.
De oplossing zit in een WarmteTerugWin (WTW) ventilatie installatie. In een WTW ventilatie installatie wordt de warme gebruikte binnen-lucht welke afgevoerd moet worden, gebruikt om de koude buiten lucht welke naar binnen gevoerd wordt voor te verwarmen.
Warmte terug Win (WTW) ventilatie systeem.
Een WTW ventilatie systeem heb je in allerlei soorten en maten. Gecentraliseerd of gedecentraliseerd. Extra voordeel van een dergelijk WTW systeem is dat er uitbreidingen kunnen worden toegevoegd. Als extra uitbreiding kan er een lucht vochtigheid regeling worden toegevoegd, filters tegen fijnstof e.d. of b.v. voor koeling in de warme zomermaanden met een bypass.
Balansventilatie:
Een WTW balansventilatie bestaat uit een uitgaande luchtstroom en een ingaande luchtstroom welke mechanisch gerealiseerd worden met twee aparte ventilatoren. Om drukverschillen tussen het binnenklimaat en het buitenklimaat te voorkomen wordt er door het balansventilatiesysteem gezorgd dat de aangevoerde verse lucht stroom volledig in balans is met de hoeveelheid afgevoerde vervuilde lucht. Indien de 2 luchtstromen niet met elkaar in balans zouden zijn ontstaan er ook temperatuurschommelingen.
Essentiele onderdelen.
In de afbeeldingen zijn de essentiele onderdelen weergegeven.
- Inlaatventilator
- Uitlaatventilator
- Warmtewisselaar
- Bypassklep.
- Bypassklepservomotor.
- Elektronica schakelkast voor besturing.
Besturing en monitoring.
Elke WTW installatie moet natuurlijk bestuurd en gemonitord kunnen worden op optimaal functioneren. Een onaangename temperatuur en of vieze lucht is onwenselijk in b.v. ziekenhuis of kantoor. Dit kan ontstaan door een defect of disfunctioneren van het systeem.
Elektronica-schakelkast.
De elektronica schakelkast heeft globaal drie verschillende functies.
- Verwerken en opslaan van de door de gebruiker ingestelde parameters.
- Aansturen van de actuatoren.
- D.m.v. monitoring en terugkoppeling het systeem optimaal laten funtioneren. In alle gevallen gebeurt dit door een on board computer.
Embedded System.
Een “embedded system” is een compleet systeem bestaande uit elektronica, hardware en software die de functies van het apparaat volledig voor zijn rekening kan nemen. Bestaande uit:
Hardware:
Processor, ROM en RAM geheugen voor het uitvoeren van een voor geprogrammeerd ingebakken (embedded) programma. Beperkt aantal parameters zijn door de gebruiker in te stellen. Zoals:
- Vloeroppervlak van de ruimte.
- Volume van de ruimte.
- Aantal gebruikers van de ruimte.
- Ingestelde kamertempreratuur van de ruimte.
Software:
Het programma dat voortduren wordt doorlopen om de functies van het apparaat tot uitvoer te brengen. Software wordt ontwikkeld in een simulatie-programmeer omgeving. Na uitgebreid getest wordt de software in het emedded systeem geupload. Het programma wordt uit het ROM geheugen aangeroepen als het apparaat wordt geactiveerd.
Elektronica:
- Transistoren e.d. voor de aansturing van ventilatormotoren (PWM)
- logische elektronica voor de bypass-servo motor.
- Temperatuur differentieel sensoren en luchtstroom sensor.
- Bluetooth ontvanger voor bedienings-unit of mobiel.
Trouble Shooter.
Het WTW systeem moet voor een optimaal functioneren gemonitord worden. Een slecht functioneren van het systeem kan het werk comfort beinvloeden en zelfs gezondheid klachten veroorzaken. De volgende mankementen kunnen optreden:
- Verstopping / belemmering van het lucht invoer kanaal.
- Verstopping belemmering van het lucht uitvoer kanaal.
- Ventilator defect, gebroken fan, ongedierte, defecte lager.
- In het apparaat ontstaat condensatie, wat storing kan veroorzaken.
VERWERKINGSOPDRACHTEN.
- Zoek op het internet wat men heeft afgesproken tijdens het Akkoord van Parijs.
- Hoe denkt Nederland deze klimaatdoelen te gaan halen.
- Hoe kan de techniek helpen deze klimaat doelen te halen.
- Kun je uit je eigen omgeving een aantal concrete locaties aangeven waar WTW balans ventilatie wordt toegepast.
- Leg in eigen woorden het principe van een WTW ventilatie systeem uit.
- Als je een WTW unit open schroeft, wat voor essentiële onderdelen kom je dan tegen. Maak een tekening.
- De besturing-unit van het systeem is in de Elektronica schakelkast ondergebracht. Welke 3 deelfuncties heeft de besturings-unit.
- De draaisnelheid van de ventilatoren wordt geregeld met PWM. Wat is PWM. Op welke manieren wordt PWM nog meer toegepast.
- Onderzoek de werking van de Bypass klep.
- De bijpass- klep wordt bediend door een servomotor. Onderzoek wat een servo motor is.
- De werking van een servo motor berust op frequentiemodulatie, leg uit wat dit betekend.
- Maak de programmeer-opdracht in MIL3, simuleer de werking.
- Geef een uitleg van de verschillende logische componenten.
PROGRAMMEER-OPDRACHT.
- Ontwerp een programma voor een WTW welke voldoet aan het programma van eisen.
Programma van eisen voor een WTW ventilatie systeem.
Om het systeem optimaal naar de wensen van de gebruiker te laten functioneren. Zullen er in het systeem een aantal temperatuur metingen moeten worden verricht.
- Differentieel temp tussen de buitenlucht ingaande en naar binnen uitgaande luchtstroom, bestaande uit twee temperatuursensoren meten de warmte- opname van de luchtstroom, (tussen C en A).
- Differentieel temperatuur tussen de binnen-lucht ingaande en naar buiten uitgaande luchtstroom, bestaande uit twee temperatuursensoren meten de warmte afgifte van de luchtstroom, (tussen B en D).
- Bedrijfstemperatuur. Meet de temperatuur tussen B en A deze moet met een ingestelde marge gelijk zijn.
- Tijdens hoge zomertemperaturen kan de bijpass open worden gezet.
Probleemanalyse /Bedrijfs programmacyclus.
- Indien temperatuursensor A en B een van te voren positief signaal afgeven, is het systeem optimaal aan het functioneren. Het besturingsconsole geeft een groen signaal.
- Indien temperatuursensor D een positief signaal afgeeft vind er oververhitting plaats. De oranje lamp gaat aan. Deze oververhitting kan tijdelijk zijn in het geval van klimatologische omstandigheden zoals grote drukverschillen tussen buiten en binnen. Of een snelle temperatuurverandering in de buitenlucht.
- Veel mensen die de ruimte binnenlopen of verlaten waar het toegepaste WTW systeem niet het vermogen voor heeft. De beheerder dient deze oranje lamp waarschuwing in de gaten te houden. Indien de situatie zich weer normaliseert gaat het licht weer terug naar groen. Als er structureel iets fout is kan het systeem nog warmer worden met als resultaat dat de rode lamp gaat branden.
- Rode lamp betekend Alarm, de ruimte moet ontruimd worden, en er moet een monteur geraadpleegd worden.
IMPLEMENTATIE van WTW ventilatie met MIL3 software.
Deelsysteem bestaande uit 4 temperatuurschakelaars en 4 controlelampjes.
- B12 en B13 zijn logische schakelingen waar alle 4 de sensoren op zijn aangesloten. Zijn van deze 4 binnenkomende signalen er willekeurig 3 resp. 2 positief dan worden er 3 resp 2 positieve signalen uitgestuurd, dit moet wel worden ingesteld.
- Ontwerp een uitbreiding van dit systeem zodat ook de ventilatoren worden aangestuurd.
- Ontwerp een uitbreiding voor dit systeem, n.l. dat het systeem een aan / uit knop krijgt om het te activeren / deactiveren.
- Ontwerp een uitbreiding voor dit systeem zodat de bypassklep geactiveerd wordt.
- Solid-work opdracht: Ontwerp een WTW balansventilator in SWorks
