Forprojekt: Proof-of-concept vedrørende miniatureføler til modstandsfri lufthastighedsmåling

Projektperiode: 2019 - 2019

Bygninger

Test af EFV-sensor hos Princeton University 351-020

Testopstilling med EFV-føler hos Princeton University. Foto: SBI AAU og Princeton University.

Målekomponenter, som anbringes i ventilationskanaler i et ventilationssystem, øger systemets tryktab og dermed energibehovet til lufttransport. Dette forprojekt introducerer en nyudviklet følertype til måling af luftstrømme, og vil demonstrere proof-of-concept.

Resultaterne viser, at EFV-føleren er et lovende alternativ til måling af lufthastigheder i ventilationskanaler, uden at det medfører mærkbart tryktab i kanalsystemet.

Projektbeskrivelse

I dette forprojekt introduceres en ny følertype til måling af luftstrømme. Føleren er baseret på Micro Electro-Mechanical System, MEMS, og føleren betegnes EFV, Elastic Filament Velocimetry.

Erstatning af eksisterende målekors i et ventilationssystem med den nye følertype, kan føre til en reduktion af energibehovet til ventilation på mindst 20 % afhængig af antallet af målekors i systemet. Derudover kan der opnås forbedret indeklima, idet EFV-følerne gør det muligt at kontrollere luftmængderne mere nøjagtigt.

EFV-føleren er udviklet ved Princeton University, New Jersey, USA. Føleren er udviklet til måling af væskestrømme i medicinsk teknik, men i dette forprojekt modificeres EFV-føleren til måling af luftstrømme i ventilationskanaler og proof-of-concept demonstreres.

Forprojektet udgør fundamentet for et efterfølgende ph.d.-projekt, og gennem simuleringer og afprøvninger under laboratorieforhold fastlægges EFV-følernes karakteristik og korrektionsfaktorer bestemmes. Dette gør det muligt, i modsætning til traditionelle følere, at placere følerne i kanalsystemet uafhængig af kanalbøjninger og kanaldimensionsændringer.

I samråd med Bygningsstyrelsen installeres EFV-følere i et ventilationssystem i en undervisningsbygning ved Syddansk Universitet, SDU. Formålet er at undersøge EFV-følernes funktion i praksis og at demonstrere den forventede energibesparelse.

Resultat

Dette pilotprojekt introducerer en miniatureføler til modstandsfri måling af lufthastighed i ventilationskanaler. Føleren er baseret på Micro Electro-Mechanical System (MEMS), EFV - Elastic Filament Velocimetry.

Formålet med pilotprojektet er at opnå eksperimentelt bevis for konceptet – at føleren kan anvendes til måling af lufthastighed i ventilationskanaler. Eksperimen-telle undersøgelser og simuleringer ved anvendelse af computational fluid dynamics (CFD) er udført parallelt for at bestemme egenskaber og ydeevne for EFV-føleren. Resultaterne viste, at EFV-føleren er i stand til at måle lufthastigheder, og at føleren er i stand til at bestemme lufthastigheder under 0,1 m/s i et rør med en diameter på 1,14 mm og fra 0,4 m/s i en ventilationskanal med en diameter på 160 mm. Et unikt træk ved EFV-føleren er, at den er i stand til at måle turbulensintensitet. Tilstedeværelsen af føleren i en ventilationskanal medfører kun ubetydeligt tryktab sammenlignet med målekors, der typisk anvendes i ventilationssystemer.

Resultaterne viser, at EFV-føleren er et lovende alternativ til måling af lufthastigheder i ventilationskanaler, uden at det medfører mærkbart tryktab i kanalsystemet. Specifikt konstateres:

De eksperimentelle undersøgelser i laboratoriet har vist, at EFV-føleren er i stand til at måle lufthastigheder lavere end 0,1 m/s i et rør med en diameter på 1,14 mm og fra 0,4 m/s i en ventilationskanal med en diameter på 160 mm. Usikkerheden på de målte værdier er ± 0,025 m/s.
CFD-simuleringerne indikerer, at et forøget gennemgående hul i selve EFV-føleren kan forbedre følerens egenskaber med hensyn til at måle lufthastigheder lavere end 0,4 m/s.
Resultaterne viser, at EFV-føleren medfører et lavere tryktab i sammenligning med et traditionelt målekors, hvilket indikerer, at udskiftning af målekors med EFV-følere kan føre til en reduktion af energibehovet til ventilatordrift.
De eksperimentelle undersøgelser har vist, at EFV-føleren er i stand til at måle turbulens-intensitet, idet følerens responsfrekvens kan være 100 Hz.

Endvidere forventes det, at prisen for en EFV-føler vil være mindst 100-200 gange lavere end eksempelvis UltraLink. Den lave pris kan føre til en markant bredere anvendelse af følertypen, som derved kan bruges i algoritmer inden for kunstig intelligens til forbedring af komfort og reduktion af energibehovet i kommende ventilationssystemer.