Experimentell verifiering av förenklade och självreglerande golvvärmesystem för välisolerade bostäder

Report, 2015

Tidigare forskning vid Byggnadsfysik, Chalmers har teoretiskt visat på hur golvvärmesystem kan göras enklare, robustare och billigare. Ett självreglerande golvvärmesystem behöver färre komponenter än konventionella återkopplande system. De simuleringar och analyser som denna experimentella studie baseras på visar på hur man kan dra nytta av internvärme som alstras i byggnader. Genom att endast styra framledningstemperaturen till det vattenburna golvvärmesystemet minskas automatiskt den avgivna effekten från golvet till rummet, vilket motverkar temperaturhöjningar. Denna självregleringseffekt har framgångsrikt verifierats experimentellt inom ramen för detta projekt. Den experimentella verifieringen av har utförs i SPs laboratorium, Borås. Ett isolerat testrum med tillhörande vattenburet golvvärmesystem har byggts upp i anslutning till en sekundär klimatkammare där utomhusklimat kan simuleras. Testrummet utförs på ett sätt så att det motsvarar ett bostadsrum med en yttervägg och ett fönster som vetter mot utomhusklimatet i sekundärkammaren. Rummet ventileras med en realistisk luftväxling och en realistisk tilluftstemperatur med mekanisk till och frånluft med värmeåtervinning (≈80% temperaturverkningsgrad). Labbförsök har gjorts på både lätta och ingjuten golvvärmesystem, totalt tre olika golvvärmesystem med olika uppbyggnad. Självregleringsprocessen har studerats under realistiska förutsättningar. Den s.k. utnyttjandegraden γ har analyserats experimentell med tre olika typer av tester, både med stationära och dynamiska metoder (analys av steg- och pulssvar). Utnyttjandegraden ger ett mått på systemets energieffektivitet. Den anger hur stor del av en internt avgiven värme som återvinns genom att golvvärmesystemet spontant avger mindre värme då internlaster förekommer. För välisolerade hus kan i storleksordningen 80-90% av internvärmen återvinnas på detta sätt. En enkel kostnadskalkyl för en enplansvilla med ingjutna golvslingor (cc300mm) har genomförts. Den visar att ett konventionellt golvvärmesystem med rumsreglering via trådbundna termostater och med utetemperaturkompenserad framledningstemperatur blir ca 30 % dyrare jämfört med ett förenklat självreglerande golvvärmesystem. Om trådlös kommunikation används (mellan rumsgivare och ställdon) blir det konventionella systemet ca 60-70% dyrare. En viktig parameter i analysen av golvvärmesystem är den konvektiva värmeöverföringen vid golvytan. Denna har kvantifierats till att ligga mellan 2.3 till 2.5 W/(m2K) vid en realistisk driftssituation för golvvärme i lågenergibostäder och de tre studerade golvvärmesystemen. Noterbart är att jämfört med dimensioneringsförutsättningarna som anges i standard SS-EN 1264-2 är den uppmätta konvektiva överföringen på en betydligt lägre nivå. Standarden anger det konvektiva överföringstalet vid golvytan till ca 5.3 W/(m2K).