1 TROX TROX USA HVAC for Educational Facilities. 2 Recent Developments Past practices –Mixed air...
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TROXTROX USA
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HVAC for Educational Facilities
2
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Recent Developments
• Past practices – Mixed air systems with local fans and/or compressors– First costs and system familiarity were the driving factors
• Increased interest in displacement ventilation– Proven IAQ benefits due to enhanced contaminant removal– Potential energy savings– Acoustics
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Classroom Acoustics• • • • • • • • • • •
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Normal teacher voice level is 50
to 60 dBA
Signal at receiver should
be 15 dBA above
background
Background Noise
Background Noise
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Classroom Acoustics• • • • • • • • • • •
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• Demographics– 13 to 15% of students slightly impaired– 10 to 15% of students learning in a
language not spoken at home
• Cost of Poor Classroom Acoustics – 3% of children need out of class
support services ($2,500 annually)– 1% of children need outside placement
($15,000 annually) due to acoustics
Annual cost of $6,300 ($7/FT2) per classroom
Based on a 900 ft2 classroom with 28 students
Annual cost of $6,300 ($7/FT2) per classroom
Based on a 900 ft2 classroom with 28 students
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Classroom AcousticsBasis of ANSI Standard S12.60
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• Objectives of Standard:
– Establish SNR that will enable all students to hear teacher speaking at normal voice level
– Academic improvement– Reduction of teacher vocal stress
• Provisions of Standard
– Reverberation times of 0.6 seconds– Background noise levels ≤ 35dBA in
all core learning areas!
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Classroom Acoustical Study
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• Minnesota school district
• 48 classrooms tested
• 45% over 50 dBA
• 15% below 40 dBA
• None below 35 dBA
Source: Classroom Acoustical Study (ATS&R, 2005)
> 55 dBA
50-55 dBA
45-50 dBA
40-45 dBA
35-40 dBA
>55 dBA
10%
50-55 dBA
35%
35-40 dBA
15%40-45 dBA
21%45-50 dBA
19%
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Classroom Acoustics• • • • • • • • • • •
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• Current:In new construction, plans submitted under WAC 246-366-040 shall specify ventilation equipment and other mechanical noise sources in classrooms are designed to provide background sound which conforms to a noise criterion curve or equivalent not to exceed NC-35. The owner shall certify equipment and features are installed according to the approved plans.
• Proposed:Noise control — Construction requirements (1) School officials shall design ventilation equipment and other mechanical noise sources in classrooms to provide background sound which conforms to a noise criterion curve or equivalent not to exceed NC-35. School officials shall certify, or hire the appropriate person to certify, that ventilation equipment and other mechanical noise sources are installed according to the approved design.
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Adoption• • • • • • • • • • •
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• LEED™ for Schools (2007)
• ASHRAE Handbook (Applications, 2007)
• Various school districts– State of Connecticut
– New Hampshire Department of Education
– New Jersey School Construction Board
– Ohio School Facility Commission
– New York City Public Schools
– Arlington County (VA) Public Schools
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Displacement VentilationDisplacement Ventilation
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Displacement Conditioning of Classrooms
Heat SourceHeat Source
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Adjacent Zone• • • • • • • • • • •
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V ≤ 40 FPMV ≤ 40 FPM
L0.2
• Adjacent Zone– Area where velocities greater
than 40 fpm may exist
– Occupants should not be located within this area
– Defined by manufacturers’ literature
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Adjacent Zone• • • • • • • • • • •
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• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
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V ≤ 40 FPMV ≤ 40 FPM
L0.2
(TX – TS) / (TE – TS)
0.50
Pe
rce
nta
ge
of
Ro
om
He
igh
t (X
)
TS
TE
Occupied Zone
Maximum 5°F ASHRAE
Standard 55
Adjacent Zone
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Adjacent Zone Effect• • • • • • • • • • •
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Adjacent Zone = 9 feet
Adjacent Zone Area = ~190 ft2
Adjacent Zone = 9 feet
Adjacent Zone Area = ~190 ft2
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Adjacent Zone Effect• • • • • • • • • • •
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• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
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Trox Adjacent Zone = 9 feet
Adjacent Zone Area = ~120 ft2
Trox Adjacent Zone = 9 feet
Adjacent Zone Area = ~120 ft2
Brand “X” Adjacent Zone = 21 feet
Adjacent Zone Area = 600 ft2
Brand “X” Adjacent Zone = 21 feet
Adjacent Zone Area = 600 ft2
VS.
Aprox. Cost For School Construction ~$200/FtAprox. Cost For School Construction ~$200/Ft22
Cost of lost space due to larger adjacent zone: Cost of lost space due to larger adjacent zone:
$81,000 per Class room$81,000 per Class room
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So why is there such a difference between manufactures? Nozzles VS
Perforated
Adjacent Zone Effect
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Displacement Conditioning Advantages
• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• Low space acoustical levels
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Displacement Conditioning Advantages
• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
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• Low space acoustical levels
• Enhanced contaminant removal efficiencies– Independent studies
– Minnesota elementary school
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Displacement Conditioning Advantages
• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
CO
2 C
on
cen
trat
ion
(P
PM
)
Time
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Mixed Air System (UV)
Displacement System
• Identical classrooms
• Tests conducted over two week period
• CO2 concentration at six
foot level monitored– Mixed system: 1200 PPM– DV System: 400 PPM
Minnesota Elementary School
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Displacement Conditioning Advantages in the Northwest
• • • • • • • • • • •
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• Low space acoustical levels
• Enhanced contaminant removal efficiencies
• Reduced operational costs– More periods of free cooling
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Air-side Economizer Opportunities in the Northwest
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• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
49% Increase in Free Cooling(ASHRAE BIN DATA FOR SEATTLE)
Free Cooling Hours for 54F & 69F
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
54F 69F
5am
-4p
m M
on
-Fri
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Displacement Conditioning Issues in Northwest
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• Enhanced contaminant removal• Excellent space acoustics• Reduced operational costs
• Slightly higher supply airflow rates– Lower ΔT with conventional ceiling heights– Larger terminal units– Larger fans and ductwork
• Separate heating system required
• Use with DOAS is not feasible– Airflow requirement for sensible cooling is
2.2 to 2.5 times ventilation airflow rate.– 65 to 70% of return is recirculated to room
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Advantages of DOAS Systems
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• Energy and IAQ Related Advantages– Free air-side cooling during a large portion of the year
– Guarantees delivery of appropriate ventilation air to classrooms
• Operational Advantages– Simplifies use of CO2 demand control ventilation
– Minimizes likelihood of system modification
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Passive Chilled Beam
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Air-water Cooling SystemAir-water Cooling SystemPassive Chilled Beams
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Passive Beam Advantages and Disadvantages
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• Reduce space airflow requirement to space ventilation rate
– Reduced air handling units and ductwork– Enables use of DOAS
• Compliant Acoustics
• Reduced transport costs
• Separate heating system still required
• Possible thermal comfort issues– Potential drafts below beams doing
large amounts of cooling
• Condensation potential– Chilled water must be supplied
above space dew point– No condensate trays
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Displacement Chilled Beams• • • • • • • • • • •
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• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
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• Induction Nozzles– Primary air delivered at 50 to 55ºF
– Mixing within terminal elevates supply air to appropriate temperature
• Integral Heat Transfer Coil– Room air induced through coil
– Supplements space cooling
– Eliminates separate heating system
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Chilled Water(57 to 60°F)
Primary Airflow 420 CFM
(52 to 55ºF)
Room Air 840 CFM
(75 to 78ºF)
Supply Air
1260 CFM (62 to 68ºF)
Return Air 420 CFM
(82 to 85ºF)
100% Exhausted
• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
Displacement Chilled Beams Cooling mode operation
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Hot Water (120 to 130°F)
Primary Airflow 420 CFM
(55 to 60ºF)
Supply Airflow 1260 CFM
(82 to 85ºF)
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• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
Displacement Chilled Beams Heating mode operation
Room Air 840 CFM
(70 to 72ºF)
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Displacement Chilled Beam Advantages
• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• Acoustic levels compliant with ANSI S12.60-2009
• Heating and cooling supplied through same terminals
• No concern regarding condensation
• Simple system with minimal maintenance requirements
• Reduce ducted airflow requirement to space ventilation rate– Reduced air handling units and ductwork sizes– Enables use of DOAS
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Outside Air2700 CFM @ 90F
Exhaust Air2700 CFM @ 84F
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• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
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Displacement Chilled Beams with DOAS
Airflow quantities based on 6 classrooms per AHU
Cooling Coil
FiltersOA
Damper Blower
Heat Recovery (Optional)
Return Air
(82° F)
Supply Air
(51 to 54° F)
Heating Coil
51°F Dew Point
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LEED CreditsLEED for Schools Version 2007
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Energy and Atmosphere Credit 1 Energy reduction 4 to 6 points Credit 4 Enhanced refrigerant management 1 point
Indoor Environmental Quality Credit 1 OA monitoring and maintenance 1 point Credit 2 Increased ventilation (30%) 1 point Credit 7 Compliance with ASHRAE 55-2004 1 point Credit 9 Enhanced acoustical performance 2 points Credit 10 Mold prevention (RH < 60%) 1 point
Innovation & Design Process Dedicated outdoor air system (no recirculation) 1 to 2 points
12 to 15 Points
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Installation Examples• • • • • • • • • • •
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• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
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Installation Examples• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • •
INSERT ADDITIONAL SLIDES WITH PHOTOS FROM MINNEAPOLIS SCHOOLS HERE
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TROXTROX USA
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HVAC for Educational Facilities
