Põhja-Eesti regionaalhaigla operatsiooniruumi ventilatsioonisüsteemi optimeerimine

Lõputöö eesmärk oli leida, kas ventilatsioonisüsteemis on võimalik õhutöötluskulusid säästa. Uurimise alla võeti süsteem, mis teenindab Põhja-Eesti regionaalhaigla operatsioonisaali. Operatsioonisaali sisekliima loomisel on määratud õhuparameetrite vahemik, mille tagamisel võib kuluda küllalt palju energiat. Kulude säästmiseks uuriti õhumasside segamisel tekkivat temperatuuri ja õhuniiskust. Reguleerides välisõhu ja ruumist tagastuva õhu koguseid on võimalik optimeerida parameetrid enne, kui õhk suundub töötlusprotsessidesse. Õhu koguseid reguleeritakse välisõhuvõtu klapi asendiga 30-70% avatud. Vastavalt aastaajale koostati kaks analüüsi tabelit, suvine ja talvine režiim. Tabelites toodi välja optimaalseim välisõhuvõtuklapi asend, mille määramisel lähtuti õhuniiskuse tagamisest. Talvises analüüsis arvutati seguõhu parameetreid, kui välisõhk on vahemikus 10 °C kuni -2 °C, suhtelise õhuniiskuse 30-100%. Millest järeldus, et enamus tingimustel on mõistlik hoida klapp 30% avatud. Välisõhu suhtelise niiskuse langedes tuleks klappi avada kuni 50%. Suvise analüüsis arvutati segunemist välisõhuga 12-22 °C, samuti suhtelise õhuniiskusega 30-100%. Selliste tingimuste vahemikus järeldus, et klappi on mõistlik reguleerida vahemikus 40-60%, kõrgema välisõhu niiskuse juures pigem sulgeda ning madalama juures avada. Mõlema analüüsi arvutuslikest tulemustest võib väita, et kulusid on võimalik kokku hoida. Selle näitlikustamiseks koostati kulude võrdlus. Kulude võrdlusesse võeti välisõhu tingimused, kus klapiasendid enne ja pärast optimeerimist üksteisest rohkem erinesid. Seejärel võrreldi, kui palju peab seguõhku töötlema, et tagada sisekliima nõuded. Temperatuuri korrigeerimine edastati soojus- ja jahutusvõimsuses, niiskuse lisamine aga elektrivõimsuses. Võrdlusest järeldus, et reguleerides õhuklappi, saavutatakse teatud tingimustel säästlikumad olukorrad, kuid esines ka erandeid. Reaalse efektiivsuse määramiseks, tuleb luua õhuklapi reguleerimise juhtimisalgoritm, mille loogikat kirjeldati töö viimases peatükis. Programmi rakendamisel uuritavale ventilatsioonisüsteemile tuleks jälgida kuluarvestite logisid ning võrrelda tulemusi enne ja pärast optimeerimist. Edaspidi, et ventilatsioonisüsteemi veelgi kokkuhoidlikumaks teha, tuleks keskenduda õhutöötlemisprotsesside optimeerimisele.

The purpose of this thesis was to find if there is a possibility to save air processing expenses in an air handling unit (AHU). The author chose to examine an AHU which creates climate in a surgery room located in The North Estonia Medical Centre. The theoretical part of this thesis was to inform about the requirements for building a ventilation system to service the operations room as well as describing the examined AHU elements and explaining how the unit is controlled. The process of assuring air quality in an operations room might take a lot of energy. In order to lower these expenses, the author studied what happens to the air temperature and humidity when mixing two different air masses. When regulating airflows of the fresh air and the re-circulated air, it is possible to optimize the parameters of the air mixture, before it heads to processing. Airflow rates are controlled by regulating the air intake damper, positioning it between 30-70% open. According to the seasons - winter and summer - two analytical tables were made. These tables consist of the optimal positions for the air intake damper, depending on the external air conditions. The selection of the air damper position was based on ensuring the air humidity rather than temperature. In the winter analysis, mixed air parameters were calculated, with the external air in between temperatures 10 °C to -2 °C with the relative humidity 30-100%. The analysis concluded that in the most circumstances, it is wise to keep the damper 30% open. When the relative humidity of the external air is decreasing, the damper should be opened to 50%. In the summer analysis, the mixing parameters were calculated with the external air temperature in the range of 12 °C to 22 °C, and the relative humidity 30-100%. It concluded that with these conditions, it is reasonable to regulate the intake air damper between positions 40-60% open. In the case of higher relative humidity, the damper should be closed further. However, when the humidity decreases, the damper should open to 60%. The results of both analysis prove that it is possible to lower the costs of air processing. A comparison of the costs was made to illustrate the savings. Comparison of the costs was based on weather conditions, where there was more difference between the suggested damper position before and after the optimization. It included the comparison of how much the mixed air needs processing to ensure the internal climate requirements. The temperature adjustment was given in thermal power, adding humidity in electrical power. The comparison concludes that under certain conditions, regulating the air damper is sustainable. However, there were exceptions. In order to determine the real effectiveness, a control algorithm, which was described in the last chapter of this thesis, must be established to regulate the air damper. After applying the algorithm to the system, data loggings of the energy meters should be compared - before and after the optimization. In the future, in order to enhance sustainability of the air handling unit, the focus should be on optimizing the air processes in the unit.