Ventilatoren op Radiator

4 April, 2019

10:41

 

Samenvatting

Het plaatsen van ventilatoren op radiatoren vergroot de capaciteit van de radiatoren aanzienlijk, feit of fabel ?

Het is inderdaad mogelijk om met behulp van ventilatoren de capaciteit van radiatoren aanzienlijk te vergroten. In onze experimenten hebben we, bij een flow van

1.5 m/s, verbeteringen van meer dan 50% behaald, waarbij wel direct gezegd moet worden dat bij deze flow het geluidsniveau onaanvaardbaar hoog is.

De verbetering is hoger naarmate de aanvoer temperatuur lager is. Bijvoorbeeld  P25 (50/40/20) is de verbetering 10% meer dan bij P35 (60/50/20)

 

Er zijn kant en klare systemen te koop, maar een beetje doehetzelver kan gemakkelijk zelf iets bouwen. Grote voordeel is dat je dan ook je eigen besturing kan realiseren, met variabel toerental,  waarbij je bijvoorbeeld een boost mode kunt realiseren, die gebruikt kan worden om na een vakantie-verlaging de boel toch snel op te stoken. Naast het lawaai moet je oppassen om geen koude lucht te gaan verplaatsen omdat dat als onprettige tocht wordt ervaren.

 

Om de effecten van ventilatie in te kunnen schatten is er een online rekentool   https://www.climatebooster.nl/calculator-radiatorpro en zijn ook rekenroutines (in Python) bijgevoegd.

 

Tijdens de metingen is gebleken dat het rendement van ons systeem in ons huis vreselijk onrendabel is, we meten een rendement van slechts 40 .. 60% en dat met gebruikmaking van een HR ketel die gespecificeerd is met  een rendement van 107 % . Dit slechte rendement wordt geconstateerd door de meetresultaten te vergelijken met de theorie en door de meetresultaten te vergelijken met een elektrische straalkachel (rendement exact 100%).

 

 

Meting 1

De volgende metingen zijn uitgevoerd in 1 ruimte ( 50 m2), waar in totaal 3 radiatoren zijn geplaatst.

Op 1 radiator ( type 33, 700*1000 mm, capaciteit bij 75/65 bedraagt 2788 Watt ) zijn aan de onderkant 5 ventilatoren van 12 cm geplaatst, die meer dan de helft van het oppervlakte van de radiator omvatten.

De andere radiatoren hebben een capaciteit bij 75/65 van 3333 Watt ).

    100 * 2788 / ( 2788 + 3333 ) = 45.5481

Dus op 45% van de radiator capaciteit is een ventilator geplaatst.

De aanvoertemperatuur is verlaagd naar 43 graden Celsius, waardoor de radiatoren slechts 30% van de capaciteit bij 75/65 hebben.

De gebruikte ventilatoren produceren een grote hoeveelheid (niet te accepteren) lawaai, van naar schatting 50 .. 55 dB op 1 meter afstand. (gemeten met een Android app).

 

Gemeten is hoe snel de ruimte opwarmt met en zonder ventilator (bij ongeveer gelijke buiten omstandigheden)

 

Effect van ventilator niet erg spectaculair (in onderstaande tabel zijn de meetgegevens van de blauwe curven uit de figuren hieronder gebruikt.

Situatie

Datum

Tijdstippen

Temperatuur verschil

Helling

ventilator

19-2

9:42 - 9:51

18.4 - 16.6=1.8 

1.8 / 9 =  0.2 

overdag

18-2

16:00 - 16:16

19.25 - 17.9 = 1.35 1.35

1.35 / 16 = 0.0844

 

18-2

9:23 - 9:33

17.8 - 15.6 = 2.2 

2.2 / 10 =  0.22

 

17-2

11:03 - 11:14

18.5 - 16.6 = 1.9

1.9 / 11 = 0.1727

 

 

 

 

Zonder ventilatoren

 

 

Met ventilatoren

In bovenstaande plaatje is in de ruimte met  3 verschillende temperatuur sensoren gemeten

 

 

Meting 2

Deze meting wordt uitgevoerd in dezelfde ruimte, met dezelfde sensoren op dezelfde plaats, echter nu gaan alle radiatoren dicht behalve de radiator die we gaan onderzoeken. Omdat de capaciteit dan te laag is, verhogen we in eerste instantie de keteltemperatuur tot 60 graden Celsius. Verder denken we dat de slimme thermostaat (Atag Brain) ook roet in het eten gooit omdat deze adaptief (en met meerdaagse leercurve) regelt. De Brain thermostaat wordt uitgeschakeld en er wordt gebruik gemaakt van een gewone klassieke Honeywell thermostaat.

 

 

In alle gevallen was de maximale aanvoertemperatuur ingesteld op 60 graden Celsius

Situatie

Datum

Tijdstippen

Temperatuur verschil

Helling

Brain

17-3

9:54 - 10:01

17.2 - 15.7 = 1.5

1.5 / 7 =  0.2143  

Honeywell, ventilator

18-3

8:50 - 8:57

19.01 - 16.8 = 2.21 

2.21 / 7 = 0.3157

 

Bij deze vergelijking zien we wel duidelijke verschillen en helemaal als we de curves uitvergroten en over elkaar heen projecteren, zoals in onderstaande figuur is te zien.

 

 

Op de horizontale as staat de tijd  op een wat vreemde manier, namelijk "Dag Uren:Minuten", dat is vervelende eigenschap van het gebruikte programma ( MatPlotLib). Vertikaal staat de temperatuur centraal gemeten in de ruimte [Celsius].

 

We zien hier dat het gebruik van ventilatoren onder een radiator wel degelijk wat doet.

De helling tijdens de eerste opstart fase (rond 8:47) is in beide gevallen ongeveer even stijl. De helling is (In tegenstelling wat eerder werd gedacht) dus geen goede maatstaf voor het meten van de capaciteit van een radiator.

 

Wat we wel zien is dat met ventilator de ketel de eerste keer veel langer doordraait (het punt waarop de helling begint af te vlakken). Op dit punt is de ingestelde kamertemperatuur nog niet bereikt (met ventilator mogelijk wel), maar slaat de ketel af als gevolg van de retour temperatuur van het water. Dit impliceert dat met ventilatoren veel meer warmte uit de radiator wordt onttrokken, waardoor de retour temperatuur van het water lager is en dus de capaciteit aanzienlijk is vergroot.

 

Bovenstaande meting willen we nog een aantal keren herhalen. Wat we dan eigenlijk extra zouden willen meten is of het gasverbruik of het vermogen van de verwarmingsketel. Helaas is het gasverbruik niet nauwkeurig genoeg te meten en is de Brain Thermostaat waarmee we de ketel kunnen uitlezen uitgeschakeld. We zullen eens kijken of we de Brain thermostaat voor de gek kunnen houden.

 

 

Meting 3

Onderzocht is of we de Brain thermostaat kunnen neppen, zodat we toch een snelle opwarming kunnen realiseren. Het voordeel van het gebruik van de Brain thermostaat is dat we de ketel kunnen blijven monitoren en dus beschikken over ketelvermogen, aan- en afvoertemperatuur..

Hier is de Brain thermostaat in Boost mode gezet en we zien dat de opwarmcurve gelijk is aan de klassieke thermostaat. De rest van de situatie is gelijk gehouden, dus alle radiatoren dicht en alleen de radiator met ventilatoren open.

En zoals in onderstaande figuur te zien is, "Met Ventilator" is klassieke Honeywell thermostaat met ventilators", terwijl de andere curve de Brain thermostaat in Boost mode is met ventilatoren. Beide curves zijn nagenoeg identiek, dus we kunnen vanaf gebruik maken van de Brain Thermostaat in Boost mode.

 

 

 

Hier zien we een hele duidelijke verbetering in de opwarming van de kamer.

Het moment dat de blauwe curve een sterke daling maakt, wordt veroorzaakt door het uitzetten van de ventilatoren.

 

 

 

 

De volgende 2 dagen,gaan we eens in detail bekijken,

Maximale keteltemperatuur 60 Celsius, Brain in Boots mode

Eerste dag: zonder ventilator

Tweede dag met ventilator

 

 

 

Hier de uitvergrotingen, nu zijn de dagen onder elkaar gezet om een betere vergelijking te kunnen maken

 

Temperaturen

Vermogen

Zonder Ventilator

 

Zonder Ventilator

 

 

Met Ventilator

 

Met Ventilator

 

 

Liefst zoeken we in beide grafieken  een eind-tijdstip, waarop de ketel weer start en dat in beide grafieken even ver vanaf de start ligt.

Een redelijk compromis is mogelijkheid 1

Bovenste grafiek:  11:50 - 13:05 ( verschil = 1:15),  eind energie 3.9 kWh

Onderste grafiek: 8.57 - 10:12  (verschil = 1:15 ),  eind energie 5.9 kWh

Andere goede mogelijkheid, mogelijkheid 2

Bovenste grafiek 11:50 - 13:13 ( verschil = 1:23 ),  eind energie 3.9 kWh

Onderste grafiek: 8:57 - 10:12 (verschil = 1:15 ),  eind energie 5.9 kWh

Laten we mogelijkheid 2 nemen,

Capaciteit zonder ventilatoren : 1000 * 3.9 / ( 1 + 23/60 ) = 2819 Watt

Capaciteit met Ventilatoren :  1000 * 5.9 / ( 1 + 15/60 ) = 4720 Watt

 

We zien dat de hier gemeten verbruikte vermogens ruim hoger liggen dan de berekende vermogens (zie rechts)

We kunnen de volgende redenen bedenken

    1. Er treden grote verliezen op (transport, ketel) immers we meten hier opgenomen vermogen
    2. De waterflow is vele malen groter, omdat er slechts 1 radiator openstaat

 

Als we de radiation buiten beschouwing laten, dan geldt voor de verbetering als gevolg van de geforceerde convectie

Berekend : 1880 / 1169 =  1.6082

Gemeten : ( 4720 - 317 ) / ( 2819 - 317 ) = 1.7598

Dit komt weer wel redelijk met elkaar overeen

Theorie

 

 

 

 

Meting 4

Zelfde meting als hierboven, echter bij een maximale keteltemperatuur van 50 graden Celsius.

 

 

 

 

Start: 11:28,  14.5 Celsius

End : 13:05,  17.5 Celsius

Energie = 3 kWh

Vermogen :  ( 60 / 97 ) *3000 =  1856Watt

 

Energie / Delta_T : 3 / (17.5 - 14.5 ) = 1

 

 

Start :  11:20,  15 Celsius

End : 12:57,  18.5 Celsius

Energie :  7.1 kWh

Vermogen ( 60 / 97 ) * 7100 = 4392 Watt

 

Energie / Delta-T = 7.1 / ( 18.5 - 15 ) = 2.0286

 

We zien weer dat de hier gemeten verbruikte vermogens ruim hoger liggen dan de berekende vermogens (zie rechts)

 

Als we de radiation buiten beschouwing laten, dan geldt voor de verbetering als gevolg van de geforceeerd convectie

Berekend : 1330 / 776 = 1.7139

Gemeten : ( 4392 - 215 ) / ( 1856 - 215 ) = 2.5454

 

Ook hier een forse afwijking, waar we geen verklaring voor hebben.

Theorie

 

 

 

 

Invloed van ventilatoren is groter bij lagere temperaturen

P35: 2197/1486=1.4785

P25: 1545/991=1.559

 

 

 

Meting 5

Hier hebben we de ruimte opgewarmd met een 2kW straalkachel, om te toetsen of we de vermogens goed meten

 

 

 

Voor de bepaling van het startpunt, maken we gebruik van de slimme meter:

Start : 8:48

Stop :  11:09

 

(duidelijk is te zien dat we beschikken over zonnepanelen)

a

 

Start : 8:48,   16 Celsius

End: (we nemen dezelfde  duur 1:37 als bij vorige meting) 10:25,  19 Celsius

Vermogen 2040 Watt

Energie:   2.040 * ( 97/60) = 3.298 kWh

 

Energie / Delta-T = 3.298 / ( 19 - 16 ) = 1.0993

 

Omdat we de temperatuur slechts met een halve graad resolutie meten, kunnen we beter een van de punten nemen, waarop de temperatuur een stap van een halve graad maakt.

 

End: 10:09, duur=1:21, delta-T=3

Energie:    2.040 * ( 81/60) = 2.754 kWh

Energie/Delta-T:   2.754 / 3 = 0.918

 

Of

 

End: 10:39, duur=1:51, delta-T=3.5

Energie:    2.040 * ( 111/60) = 3.774 kWh

Energie/Delta-T:   3.774 / 3.5 = 1.0783

 

 

 

 

Vergelijking Metingen

 

Hier hebben we metingen 4 en 5 in één grafiek gezet, waarbij we de tijden zo hebben verschoven dat het punt 16.5 graden voor alle grafieken ongeveer gelijk ligt.

De maximale keteltemperatuur bedraagt 50 graden Celsius.

Horizontaal staat de ruimte temperatuur.

Vertikaal staat de tijd (vanaf een willekeurig startpunt)

 

En dit begint er op te lijken !!!

 

Wat we zien in deze grafiek:

    1. De groene (elektra) en de blauwe (met ventilator) warmen de ruimte nagenoeg even snel op.
    1. De rode curve (zonder ventilator) warmt de ruimte veel langzamer op

 

 

 

 

Wat we in ieder geval absoluut zeker weten is dat de straalkachel een gemiddeld vermogen van 2040 Watt heeft geleverd.

Wat we dus ook zeker weten is dat de radiator met ventilator gemiddeld ongeveer 2000 Watt heeft geleverd.

 

Vergelijking met de theorie:

We nemen hier P30 in plaats van P25, hiervoor zijn 2 redenen

    1. De ketel wordt zover geknepen, dat de maximale keteltemperatuur iets overshoot vetoont
    1. De ruimte temperatuur is gemiddeld geen  20 graden Celsius, maar slechts 17..18 graden Celsius (in de grafiek is het eerste meetpunt weggelaten, omdat dit als gevolg van de grove temperatuur resolutie verstoringen geeft

 

Voor de situatie met ventilator is nu de relatieve afwijking

100*(2000-1869)/2000=6.55 %

 

Theorie en praktijk komen dus zeer goed overeen.

Het is dus zeer aannemelijk dat ook de theorie zonder ventilator correct is.

In dat geval geeft dus een geforceerde luchtstroom van 1.5 m/s een verhoging van de capaciteit

100*(1869-1234)/1234 =  51.4587 %


 

 

 

 

Het grote raadsel

 

Heel vreemd, maar de metingen van de opgenomen energie, zowel geregistreerd door de ketel als geregistreerd door de gasmeter zijn bijna het dubbele van het gemeten afgegeven vermogen, welke laatste geheel in overeenstemming is met de theorie én met een vergelijkende meting met een elektrische kachel.

Methode  60/50/20 = P35

Vermogen [kWh]

    1. Gasverbruik meten per 0.5 minuut, gedurende 10 minuten en dan extrapoleren

3.5  …  4.4

    1. Ketelvermogen geregistreerd door middel van logging van de Brain Thermostaat

4.7

    1. Radiator met ventilatoren, eigen formules (P35, 5 ventilatoren)

2.0

    1. Radiator met climatebooster

2.4

    1. Radiator zonder ventilatoren volgens climatebooster

1.6

    1. Radiator 90/70/20

3.2  ..  3.5

 

 

 

Online rekentool

https://www.climatebooster.nl/calculator-radiatorpro

 

 

Screen clipping taken: 19-Mar-19, 15:45

 

 

Eigen Rekenprogramma

 

We hebben zelf een bibliotheek gebouwd die de capaciteit van plaat radiatoren bij willekeurige temperaturen en willekeurige geforceerde luchtsnelheid kan berekenen:

Als voorbeeld, geeft het volgende programma,

 

 

De volgende output:

 

 

 

 

Kant en klare systemen

 

De bekendste systemen zijn:

 

https://www.climatebooster.nl/radiator-pro

 

https://www.speedcomfort.com/speedcomfort/

 

Speedcomfort heeft zijn product laten testen door TNO en Speedcomfort stuurt het rapport van TNO op aanvraag toe.

 

 

 

 

 

Ventilatoren

Als je beetje handig bent, kun je beste zelf iets met computer fans bouwen.  Door de grote omzet van deze ventilatoren, is de prijs erg laag en mijn ervaring is dat je  ook vaak een  stillere oplossing creëert. Op tweakers kun je heel veel informatie vinden over ventilatoren, zowel kenmerken, prijs als ook de echte ervaringen.

Typische review: https://tweakers.net/productreview/123444/arctic-f12-pwm-120mm.html

Alternatieven op een rijtje: https://tweakers.net/pricewatch/262955/arctic-f12-pwm-120mm/alternatieven/

Artic 12 cm:  flow = 126 m3/hr,  CFM = 74

 

Hier nog een voorbeeld: https://www.conrad.nl/info/guides/zelfbouwprojecten/cv-met-ventilatoren

 

 

Andere Ervaringen

Ook deze ervaring constateert geen meetbaar effect: http://www.olino.org/blog/nl/articles/2010/12/20/radiator-booster/

 

 

Jaga

Jaga maakt het wel heel bont. Bij eerste lezing van alle Jaga brochures wordt de indruk gewekt dat het "Dynamic Boost Effect"  (een paar veel te dure ventilatoren) een vergroting van de capaciteit tot wel 300% kan leveren.

Als je wat dieper gaat zoeken, blijken de effecten veel geringer:

https://www.warmteservice.nl/medias/root/prod_link_dataB-JAGA_DBE.pdf?context=bWFzdGVyfHJvb3R8Mjc2MTI4NHxhcHBsaWNhdGlvbi9wZGZ8aGY1L2gwMi84ODU3NjM4ODk1NjQ2LnBkZnwyZmU2YTAzYThhZGI1NTg1MDA2YzQ1NjdkOTc4MDhhM2Y1ZWNiYTNjNzFmY2U0NmRmMzM5NTA0ZDcyNzM5MTAz

Berekening capaciteitsvergroting:

    (2247-1847)/1847=0.2166

    (1348-1108)/1108=0.2166

    (552-462)/462=0.1948

Dus nagerekend levert dit (onder ideale omstandigheden) een verbetering van 20 %. Dit geldt natuurlijk alleen voor de speciale low-temperature, low H2O radiatoren van Jaga.

 

Over Jaga:

De heaters hebben een buisthermostaat voor de ventilator, die inschakeld bij minimaal 55 graden. zet je ze lager dan is de luchttemperatuur te koud en voelt het alleen maar aan als tocht. Door de lengte van de leidingen en het versterkt koelende effect van de ventilatoren moet de ketel temperatuur echt wel 80 graden of meer zijn. We proberen wel de temperatuur in de leidingen zo veel mogelijk vast te houden met goede buisisolatie, maar toch.

Pasted from <https://gathering.tweakers.net/forum/list_messages/1490013>

 

 

 

 

Created with Microsoft Office OneNote 2007
One place for all your notes and information