Space3ventilatie

Project Space³Ventilatie
jezus wat een lucht
Status	Completed
Contact	mux, Morphje
Last Update	2018-01-26

TODO: begin hier

Omdat ik alles vergeet, hierbij een lijstje van dingen die nog gedaan moeten worden:

- Extra afzuigbox (120mm aansluiting) ophangen in cafetaria.
- nette zwarte afdekstrips kopen en monteren over kitranden op vervangen raam
- Uitlaatrooster plaatsen
- 160mm dop vinden voor geperforeerde klep in werkplaats
- Gat maken in plaat boven buitendeur in werkplaats om 250mm inlaat doorheen te steken. Inlaatmateriaal en flex slang staan/hangen al bij de deur, puur een kwestie van een gat maken.
- Filterbox buiten werkplaats hangen voor inlaat. Alternatief: inlaatfilter kopen.
- Luchtbevochtiger kopen en monteren
- Borstelstrips bestellen en plaatsen onder deur
- Rooktest doen voor afzuiging (idealiter: ruimingstijd < 12 minuten voor iedere ruimte) Klusbunker: GESLAAGD. Cafetaria: FAAL. Extra afzuiging nodig in cafetaria
- Sensoren ophangen en alles meten met mensen in de hoofdruimte en cafetaria. Target: <800ppm CO2, RH > 40%, PM2.5 <50µg/m3, PM10 <50µg/m3. Werkplaats hoeft niet te voldoen (obviously).
- Alles fotograferen en documenteren
- VFDs bestellen/bouwen en gebruiken om fans te regelen
- actieve regeling bouwen die ventileert op basis van CO2/RH/PM2.5/PM10/wat we ook bedenken. Voornaamste reden: energiebesparing (beide fans samen doen >500W). Tot die tijd: space open? fans vol AAN.

Space3's ventilatieplan

Op space2 hebben we redelijk ernstige luchtkwaliteitsproblemen. Gezien we op space3 aardig wat ruimte boven het verlaagd plafond hebben om mee te spelen kunnen we dit keer een wat beter ventilatieplan ontwerpen.

Huidige problemen

Allereerst de lage luchtvochtigheid. Met name bij koud weer hebben we permanent een te lage luchtvochtigheid binnen. Dit levert problemen op voor luchtwegen (met name vervelend voor astmapatiënten en mensen met COPD), zorgt voor droge lippen en verhoogt de kans op luchtgedragen infecties. Niet fijn in een gezamenlijke ruimte waar mensen urenlang zitten. De luchtbevochtiger die we momenteel gebruiken (een ultrasone vernevelaar) is net aan adequaat als hij continu aanstaat bij koud, droog weer, maar dit komt vooral doordat de klusbunker veel te weinig geventileerd wordt. Als de ventilatie voldoende was, zouden we 5-10 van deze vernevelaars nodig hebben (!!).

Daarnaast is zelfs bij middelmatige bezetting de CO2-concentratie aan het einde (inlet-zijde) van de klusbunker al 1000ppm, en loopt deze op tot ca. 1400-1500 bij drukke bezetting. Dit begint tegen oncomfortabele niveaus te geraken als je hier 6 uur achter elkaar in zit. Meer dan 800ppm is een indicatie van onvoldoende ventilatie.

Als laatste is er momenteel een ventilatie-hack voor de ozon, waterstofcyanide en andere schadelijke producten die door de laserprinter en 3d-printer worden geproduceerd. In plaats van directe ventilatie, wordt er nu gebruik gemaakt van de algemene airflowrichting om die dampen niet de klusbunker in te duwen. Deze apparaten zouden een eigen ventilatie moeten krijgen.

Particulaten (zeer kleine stofdeeltjes) en andere stoffen zijn vooralsnog niet gemeten of waargenomen en worden niet meegenomen in het ventilatie-ontwerp.

Rekenwerk: Hoeveel ventilatie?

Het ventilatiesysteem moet de gehele space *gemakkelijk* (beginning-of-life) kunnen ventileren en bevochtigen naar 800ppm CO2 / 50% RH. Dat wil zeggen: er moet minstens een factor 2 op de berekeningen zitten, gegeven typische omstandigheden. Zo kan er ook nog eens een feestje gegeven worden zonder dat iedereen zich binnen kapot zweet en kunnen calamiteiten (koken, klussen, laserbrandje) voldoende snel uitgeventileerd worden. Daarnaast hoeft de ventilatie dan het grootste deel van de tijd niet veel lawaai te maken.

Uitgaande van een bezetting van 25 personen en lage activiteit, ademt iedereen ca 1kg CO2 per dag uit, dus vrijwel precies 1kg per uur voor 25 personen. Bij 1000ppm zit er 1,8g CO2/m3, dus om 1kg per uur af te voeren moet de ventilatie minimaal 550m3/h ventileren. Gooi hier een verdubbeling overheen en de ventilatie dient dus 1000m3/h capaciteit te hebben, puur voor de klusbunker.

Gezien de ventilatie ook wordt gebruikt voor de grove werkplaats en keuken, is het beter als hier nog wat meer marge op zit. Zo uit de losse pols lijkt me nog een verdubbeling wat overdreven, maar 1200-1500m3/h moet lukken.

Rekenwerk: Bevochtiging

Gezien we toch ventilatie bouwen, kan daar meteen een bevochtiger in. In de winter bevat de buitenlucht zo goed als geen vocht, maar willen we binnen 50% RH hebben. Bij 20 graden betekent dit dat er ruwweg 8g H2O/m3 in opgelost moet worden. Op onze ontwerp-luchtstroom (550m3/h) betekent dit dus ca. 4L/h aan bevochtiging. Pluspunt: de meeste bevochtigers zijn tegelijk airco's, wat ook het zomercomfort verbetert.

Nieuw plan: wat als we geen bevochtiger kunnen betalen?

Een echte, in-line, luchtbevochtiger zoals de Homevap HE200 kost al gauw tegen de 1000 euro. Dat hebben we niet zomaar liggen. Hoe kunnen we hetzelfde bereiken met minder (financiële) middelen? We hebben tot onze beschikking: 80C verwarmingswater, een gewone koudwaterleiding en elektriciteit. En enkele tientjes. Laten we eens rekenen wat er nodig is.

De methode die we nu gebruiken is een atomizer, oftewel een klein ultrasoon trillend plaatje dat waterdruppels de lucht in gooit, en dan een klein fannetje dat deze oververzadigde lucht weg blaast. De cheapo modules die bijvoorbeeld hier op ebay te vinden zijn en die in onze huidige bevochtiger zitten, kunnen op deze manier ongeveer 200-300mL/h aan water de lucht in krijgen. Echter, het is niet genoeg om alleen een mist te maken. Het water moet vervolgens ook verdampen in de lucht, en daarmee wordt energie onttrokken aan de lucht. Hoeveel? Nou, water heeft een verdampingsenergie van 2260kJ/kg, dus we moeten bij 4L/h ongeveer 9MJ/h of 2.5kW aan energie aan de lucht onttrekken. Dat zou de lucht in de klusbunker ongeveer een graad kouder maken.

Dit zou allemaal prima zijn, ware het niet dat het effect van zoveel mist in de klusbunker is dat het water juist gaat condenseren op oppervlakken en niet, zoals we eigenlijk willen, volledig oplost in de lucht. De echte oplossing is om het water volledig op te lossen in de lucht vóórdat de lucht in aanraking komt met de klusbunker. Dit voorkomt condensatie en aanverwante problemen. In de praktijk betekent dat dus: warmte toevoegen. Elektrisch verwarmen kost bijna een hele groep aan elektriciteit, dus dat is zonde. We moeten dus de lucht met aanwezig heetwater in de verwarming opwarmen.

Optie één is om de huidige, bestaande radiator hiervoor te gebruiken. Deze is ca. 1.5x0.8m, en heeft dus bij 80C aanvoertemperatuur een vermogen in de buurt van de 2kW. Als we hier ventilatie aan toevoegen, gaat dat vermogen nog wat omhoog, en moeten we ruim uitkomen. De radiator kan dan dus ingebouwd worden in een houten ombouw, met onderin (weg van de mist) ventilatoren. In de box wordt dan m.b.v. atomizers een watermist ingebracht, en aan de bovenkant is een open uitlaat waar de bevochtigde lucht wordt uitgeblazen. De watertoevoer voor de atomizers wordt m.b.v. een waterleiding en vlotter geregeld. Voor de kosten van de atomizers en hun voeding, een paar fans en wat sloophout kan op die manier een afdoende luchtbevochtiger worden gebouwd.

Rekenwerk: Verwarming

Momenteel bevat onze ruimte in totaal ca. 12m aan enkelpaneels verwarming, die op 60-70 graden verwarmd wordt. Dat betekent dat er ca. 20-25kW aan totaal verwarmingsvermogen beschikbaar is, nu verdeeld over verschillende ruimtes.

Lucht heeft een warmtecapaciteit van ca. 1.3 kJ/m3*K, dus als we 550m3/h opwarmen van -5 naar 20 graden heeft onze ventilatie 550 * 1.3 * 25 = 17.8 MJ/h verwarming nodig, oftewel een continuvermogen van 5kW. Dit begint in de orde-grootte van de beschikbare verwarming te zitten, en zeker als we een bevochtiger in het ingaande luchtkanaal verwerken is het wenselijk om de lucht voor te verwarmen (zodat de ventilatielucht beter bevochtigt). Deze zal een vermogen van ca. 5kW moeten hebben.

Update: in de praktijk blijkt de luchtvochtigheid al enigszins op een gezond en bruikbaar niveau te kunnen komen bij een buitentemperatuur van ca. +7 °C, dus verwarmen we naar +10 °C in plaats van +20 °C, zodat we bij een inlaattemperatuur van -5 °C genoeg hebben aan 3 kW. (Bij een hogere buitentemperatuur zal het energieverbruik navenant lager zijn vanwege de ingebouwde regeling; het stand-by-verbruik is gemeten op minder dan 1 W.) Een kanaalverwarmer is aangeschaft en op 2018-01-25 gemonteerd. Deze zou eigenlijk 2x de buisdiameter ervoor en erna aan rechte buis moeten hebben, maar de omstandigheden laten dat niet toe; vooralsnog lijkt het de werking niet nadelig te beïnvloeden.

Aan de hand van de temperatuurgemiddelden (KNMI, daggegevens van meetstation Voorschoten, veld TG) van voorgaande jaren kan worden berekend dat het energieverbruik voor de kanaalverwarmer voor 2015, 2016, 2017 respectievelijk zou zijn uitgekomen op 2950, 3750, 3400 kWh/jaar bij een setpoint van 10 °C. Waren we conform het oorspronkelijke plan voor 20 °C gegaan, dan komt dat op 16050, 16225, 15750 kWh/jaar, oftewel ruim het 5-voudige. Met de ingestelde temperatuur op 10 °C verwachten we een goed compromis te vinden tussen een gezonde en elektrostatisch veilige lucht en het energiegebruik. We halen de gewenste 50% RH niet, maar 35-40% is wel realistisch.

Samenvatting technische eisen

We willen dus:

- 1200-1500m3/h totale ventilatiecapaciteit, grootste deel in de klusbunker
- 4L/h bevochtigingscapaciteit
- evt. 5kW bijverwarming
- Aparte ventilatie voor lasercutter, 3d-printer, laserprinter
- (niet vergeten): bbq-shack heeft ook heftige ventilatie nodig

Wat hebben we al?

In het plafond van space3 zitten, met name langs de muur die de klusbunker scheidt van cafetaria, grove werkplaats en Mooie Zooi, een aantal dikke ventilatiebuizen die we prima kunnen dichtpurren waar nodig en verder gebruiken als gemakkelijke ventilatieroutes.

Morphje heeft beschikbaar:

- 2x1000m3/h fan unit
- 1x2500m3/h fan unit
- 1xmonster fan unit of awesomeness

Hoe monteren we dat allemaal?

De huidige situatie is als volgt:

Je ziet hier een plattegrond van de space. De groene en rode lijn zijn twee reeds bestaande, doch niet in gebruik zijnde ventilatiebuizen. De blauwe blokjes zijn roosters met moffelbak en luchtklep.

Het plan is als volgt:

- Groen is inlaat, rood is uitlaat. Iedere ruimte heeft een aparte in- en uitlaat die zoveel mogelijk volgens het piston principle lucht verplaatst
- Alle ventilatiepunten hebben een regelklep en worden getuned zodat bij vol vermogen de klusbunker de uitgerekende 1000m3/h haalt.
- Er wordt lucht ingezogen in de grove werkplaats en uitgeblazen bij het tweede raam in de klusbunker
- Er wordt ingezogen door een rond gat boven de buiteningang naar de grove werkplaats, rechterplaat. 
- Aan de buitenzijde wordt een moffelbox en rooster gemonteerd. Aan de binnenzijde zit direct een terugslagklep en inlaatfilter om beestjes tegen te houden.
- De rode en groene buis die horizontaal in de afbeelding getekend is, loopt geheel door naar links. Deze wordt doorgezaagd en dichtgemaakt.
- De rode buis wordt aan de werkplaatskant afgezaagd tot aan het eerste afzuigpunt en dichtgemaakt, het weggezaagde deel wordt hergebruikt
- De hierboven genoemde weggezaagde buizen worden onder het plafond aan de rechterzijde van de grove werkplaats opgehangen tussen de inlaat en het distributiekanaal
- In de klusbunker wordt het tweede raam van links weggehaald en vervangen door een 903x631mm isoglas raam met daarnaast een 413x631mm betonplex plaat met daarop een 315mm flens gemonteerd aan de binnenzijde en een anti-inregenrooster aan de buitenzijde
- In de klusbunker wordt aan een aantal draadeinden, vrijwel tegen het raam aan de uitgangsventilator opgehangen. Deze zit direct aan de flens vast op het betonplex.
- Aan de inzuigzijde van de uitgangsventilator komt een stuk 315mm buis met 3 160mm zadelstukken: één gaat naar de klusbunker-afzuiging, één gaat naar de rest van de afzuiging en potentieel een derde gaat naar de lasercutter e.d. Allen krijgen een regelklep. Idealiter krijgt de lasercutter-klep een elektronische regelklep.

Wat kost het?

Kosten totnogtoe:

- Uitlaatfan (marktplaats): €50 
- Ruit: €24,13
- Ophangmateriaal 13-02-2017: €2,49
- Ophangmateriaal 11-02-2017: €6,57
- Kleine ijzerwaren 07-02-2017: €21,71
- PUR-schuim en ijzerwaren 06-02-2017: €12,75
- Uitlaatrooster (marktplaats): €32
- Klein materiaal + klein uitlaatrooster (Gamma 17-02-2017): €20,96
- borstelstrips 18-02-2017: €37,78
- luchtbevochtiger: € 900 oid  HomEvap HE200 €825,00
- kanaalverwarmer: € 300 oid  VEAB CV 25-30-1MQU met externe voeler TG-K330.

Totaal: €1408,39

Wat willen we graag nog?

- inlaatfilter?

Gelukkig hebben we de foto's nog