Byggnadsstyrelsens informationer T: OT-system. Optimal tidsstyrning av värmeanläggningar. tem p. innetem. 1po. utetemp.

Transkript

1 Byggnadsstyrelsens informationer T: 133 OT-system Optimal tidsstyrning av värmeanläggningar tem p innetem 1po utetemp tid

2 Dokumentets utgivare t&iw ISBYGGNADSSTYRELSEN Projektledare, upphovsman( män), konsult(er), etc Eva Berg-Hallberg, Tv Dokumentnamn och dokumentbeteckning Byggnadsstyrelsens informationer T: 133 Dokumentets datum ) Projektnamn (ev förkortat) OT-system Uppdragsgivare Byggnadsstyrelsen Tekniska enheten Vvs-sektionen Ärendebeteckning Dokumentets titel OT-system. Optimal tidsstyrning av värmeanläggningar Huvudinnehåll Beskrivning och utvärdering av intermittent uppvärmning av byggnader enligt principen "optimal tidsstyrning". OT innebär att starttiden för en värmeanläggning anpassas till rådande utomhusförhållanden. Normalt utgår intermittent uppvärmning från den kallaste tänkbara perioden i fråga.utifrån denna temperatur bestämmer man när anläggningen ska stoppas respektive startas för att rätt temperatur ska ha uppnåtts i byggnaden vid en, i förväg bestämd, tidpunkt. Föreliggande publikation är ett tilltryck (500 ex) av Tekniska byråns informationer nr 28, Nyckelord Intermittent uppvärmning, optimal tidsstyrning Försäljningsställen Byggnadsstyrelsen/publikationsförrådet - ISSN Omfång 3 sid + 10 sid bil Red Ingrid Bäckström Byggnadsstyrelsen 1981 Ref Eva Berg-Hallberg Denna skrift är utgiven av byggnadsstyrelsen. Verket har regeringens Innehållet i denna skrift får inte återges utan byggnadsstyrelsens medgivande att försälja publikationer utan hinder av expeditionskungö- samtycke. Överträdelser kan beivras i enlighet med upphovsrättsrelsens (SFS 1976:383) regler om kopior av myndighets expeditioner. lagen (SFS 1960:799). Postadress Besöksadress Godsadress Telefon Telex Telefax Byggnadsstyrelsen Karlavägen 100 Banergatan build S STOCKHOLM

3 1 OT-system ; system för optimal tidst ring av värmeanlä gningar Ett sätt att söka begränsa energiförbrukningen för uppvärmningen av en byggnad är att tillämpa s k intermittent uppvärmning. Vanligtvis går denna sänkning så till att man utgår från den kallaste tänkbara perioden för orten ifråga. Utifrån denna temperatur bestämmer man när anläggningen skall stoppas respektive startas för att rätt temperatur skall ha uppnåtts 'i byggnaden vid en, i förväg bestämd, tidpunkt. Det ovan skisserade förfaringssättet medför att vid alla andra (varmare) utomhusförhållanden, kommer byggnadens inomhustemperatur att ha nått det f örutbeståmda värdet tidigare än nödvändigt ( se figur 1). Energiförbrukningen kommer då att vara onödigt stor fram till den i förväg bestämda tidpunkten. Ett annat sätt att tillämpa intermittent uppvärmning är att använda en utrustning som arbetar enligt vad som kan kallas "optimal tidstyrning". Detta innebär att starttiden för värmeanläggningen anpassas till rådande utomhusförhållanden ( se figur 2). För att få en uppfattning om hur dessa utrustningar arbetar i praktiken och hur stor den verkliga energibesparingen blir,har prov gjorts under vintern 76/77 med en optimeringsutrustning. Proven har gjorts i en av byggnaderna tillhörande Luleå Högskola. Resultat Ur resultaten (se bilaga 2) framgår att energibesparingen för en anläggning som arbetar enligt metoden "optimal tidstyrning" för denna m cket lätta byggnad ( ytterväggar utif ran och in: profilerad plåt, asfaboard, 120 mm mineralull, panel, plastfolie, gipsskiva). Kopplade 2-glasfönster uppgår till mellan 7 och 11 % jämfört med energiförbrukningen då anläggningen körs utan nattsänkning. temp FIG 1 temp FIG 2 HÄR STOPPAS HÄR NAR RUMSTEMPEN UPPVÄRMNINGEN " NORMALT" VARDE VID 1 i EN HÖGRE UTETEMP HAR STARTAS UPPVARMNINGEN - - HAR STOPPAS UPPVÄRMNINGEN 1 --4, HAR SKALL RUMS- TEMPEN VARA NORMAL KURVA VI D VANLIG INTERMITTENT UPP- VÄRMNING HAR STARTAS UPP- 1 VARMNINGENAR DET AR SOM KALLAST HAR SKALL RUMS- TEM PEN VARA "NORMAL" tid HAR (EX. VIS) STARTAS UPPVÄRMNINGEN VID EN HÖGRE UTETEMP tid BESPARING

4 2 Motsvarande besparing har beräknats för samma byggnad då konventionell intermittent uppvärmning tillämpas. Energibesparingen blir då mellan 3 och 6 % jämfört med energiförbrukningen då anläggningen körs utan nattsänkning (se fig 3). Den minskning av energiförbrukning som torde kunna uppnås genom övergång från konventionell intermittent uppvärmning till optimal ridstyrning är mellan 1 och 8 % för denna mycket lätta, byggnad (se fig 3). Här motsvaras 8 % av utetemperaturen +100C och 1 % av utetemperaturen -35 C. o/ 0 LATT HUS KONVENTIONELL NATTSÄNKNING KBS-HUS OPTIMAL TIOSTYRNING KBS-HUS KONVENTIONELL NATTSÄNKNING LÄTT HUS OPTIMAL TIOSTYRNING ENERGIBESPARING I % AV ENERGI- FÖRBRUKNING UTAN NÅGON FORM AV NATTSÄNKNING Av intresse är också att betrakta effekten av optimal tidstyrning tillåmpad på en byggnad, som mera stämmer överens med byggnadsstyrelsens övriga byggnader vad gäller fasadmaterial och fönster m m. Om man, för en byggnad av samma storlek, som den beskrivna men med ytterväggar bestående av (utifrån och in) 1/2-stenstegel, 170 mm mineralull, 180 mm btg samt med treglasfönster, gör motsvarande beräkningar för energibesparing med konventionell intermittent uppvärmning respektive optimal tidstyrning blir resultaten enligt följande: För intermittent uppvärmning enligt principen `'optimal tidstyrning" blir energiförbrukningen utan någon form av nattsänkning, mellan 2,5 och 5 % (se fig 3). Använder man konventionell intermittent uppvärmning blir motsvarande besparing, j mfört med energiförbrukningen utan någon form av nattsänkning, mellan 1,5 och 3 Z (se fig 3). Den besparing, som kan åstadkommas med en övergång från en konventionell intermittent uppvärmning till en optimalt tidsstyrd blir alltså mellan 0 och 3,5 %. Här motsvarar 3,5 % en utetemperatur på +12 C och 0 % innebär -30 C. 1 /2 sten RW btg :a a< a Q. V 4 Q KBS HUS TIDKONSTANTz 80h FIG 3 plåt asfaboard RW träpanel 'ps LÄTT HUS TIDKONSTANT z 3Oh

5 3 Vid en besparing på 2 resp 7 % av energiförbrukning blir den investeringskostnad, som ovanstående resonemang skulle kunna motivera enligt nedan (medeltemperaturen för Luleå är -2 C under eldningssäsongen. För det lätta huset är besparingen då ca 7 % och för KBS "normalhus" ca 2 % jämfört med konventionell nattsänkning). Antag brukstid = 1O år. Antag att drift- och underhållskostnaderna inte ökar. : I[kr]=BKxp3xQ log l (kr) där I = investering [kr] BK Q = besparingskostnad = energibesparing p3 = faktor för ber av nuvärde av årl energibesparing [kr/kwh] [kwh/årj ' 108 ENERGIFÖRBRUKNING kwh/år FIG 4 GODTAGBAR INVESTERINGSKOSTNAD VID EN ENERGIBESPARING AV 2 RESP 7% BK = 0,11 kr/kwh P3 = 9.2 I =0,11 x9.2xq= 1,01 xq'q (se figur 4) Sammanfattningsvis kan sägas att för den typ av byggnader, som KB:S. normalt förvaltar, är det inte någon god lönsamhet att installera "optimal" tidstyrning, som ersättning för ett system med konventionell nattsänkning.

6 á

7 BILAGA 1 TEMP UPPMÄTTA MED SKRIVARE I D-HUSET MED OPTIMERINGSUTRUSTNING INKOPPLAD. DYGNET TEMP oc FRAMLEDN I NGSTEMP RUMSTEMP UTETEMP -30 TID PÅ DYGNET

8 á

9 7 BILAGA 2 BESPARINGSBE RÄKN INGAR Beräkningarna är gjorda enligt den modell, som presenteras i [11. Avsvalnings- respektive uppvärmningsförloppet för en byggnad, där nattsänkning tillämpas, kan schematiskt åskådliggöras så hår. temp innetem utetemp eau Här gäller följande beteckningar: Zu z t 8 8v = avkylningsperioden [h] (den tid värmeanläggningen är stoppad) = uppvärmningsperioden [hl (den tid det tar från det att värmeanläggningen startas igen, tills rumstemperaturen uppnått önskat värde) = 24 [hl = rumsluftens övertemperatur gentemot utetemperaturen vid avkylningsperiodens början respektive uppvärmningsperiodens slut I C1 = rumsluftens övertemperatur gentemot utetemperaturen vid avkylningsperiodens slut [ C] 8 = konstant, som är karakteristisk för byggnaden ifråga [oc I q = konstant, som är karakteristisk för byggnaden ifråga [hl B = energibesparing i förhållande till energiförbrukningen då ingen nattsänkning tillämpas [%l za + zu har satts till 15h tid Den byggnad, där provet genomförts är det s k D-huset vid Luleå högskola. Huset har ett plan över mark samt utgrävd källare under mittersta delen av huskropparna. Allmänt kan sägas att byggnaden är en mycket lätt konstruktion. Ytterväggar består av (utifrån räknat) profilerad plåt, asfaboard, 120 mm mineralull, panel, plastfolie samt gipsskiva. 2 Detta ger ett k-varde på ca 0,36 W/m K. Fönstren är kopplade tvåglasfönster i trä. För taket gäller att materialen (utifrån räknat) är tre olika lager papp, 120 mm kombiskiva samt profilerad plåt. k-värdet blir här 0,33 W/m 0C Bjälklaget mellan markplan och källarplan är av betong. I byggnaden finns institutions- och lektionslokaler samt ett kök med tillhörande servering. Enligt [1] är Za=q. 8s _ 8v [hl (2) z&=q ln 8s - 80 Vid registreringstillfället gällde (se bilaga 1) 8v = 28 C 5h Insättning i (1) och (2) ger: q = 32,7h 85 98,5 C (1) För att nu göra om avsvalnings/uppvärmningsf örloppet till andra utomhusförhållanden än det, som gällde vid registreringstillfället är det övertemperaturen 8v man skall söka. Denna ges genom diverse omskrivningar av (1)_ och (2) samt insättning av q och 8 till 5

10 8 98, 5 eo z +z 80 + (98,5- e )e q 0 Den lägsta inomhustemperatur, som uppkommer till f ör l j d av nattsänkning blir t =8 +t v v ute Se tabell 1 samt bild 1. (4) tute 80 8v tv B [ c] [ c] [ c] [ c] [7] , 6 18,6 11, ,9 17,9 11, ,3 17,3 11, ,8 16,8 10, ,2 16,2 10, ,7 15,7 10, ,2 15,2 10,2 Vid beräkning av energibesparingen förutsätts att värmetillförseln är helt avstängd under utkylningsperioden samt att under uppvärmningsfasen anläggningens hela effekt tas i anspr åk. *) För besparingen kan följande uttryck användas: q eo es-eo 8s-8v B =100 z [1n-' ln -- 1[%1(5) t 8v eo es - eo w , 7 14,7 10, ,2 14,2 9, , 8 13,8 9, , 4 13,4 9, , 0 13,0 9, ,6 12,6 8, ,3 12,3 8, ,0 12,0 8, , 7 11,7 8, ,5 11,5 8, ,3 11,3 7,7 Här gäller enl tidigare zt=24h q =32,7h 6s = 98,5 C För resultat se tabell 1 och bild 1. Ur bild 1 framgår att energibehovet minskar med mellan 7 och 11 % om man jämför med ett fall där ingen nattsänkning tillämpas , 1 11,1 7, ,0 11,0 7, , 9 10,9 7, ,8 10,8 6, ,8 10,8 6, ,8 10,8 6,3j ,8 10,8 6, ,9 10,9 5,7 Tabell 1. Lätt byggnad, optimalt system. tinne = 22 C *) Mellan klockan och förutsätts rumstemperaturen vara "normal" dvs 22 C (se bilaga 1). Värmetillförseln antages upphöra kl men startar igen vid en sådan tidpunkt, att rumstemperaturen nått sitt normala värde kl

11 oc h 6 BILD 1 OPTIMAL TiDSTYRNING -LÄTTHUS tinne = 22oC Za Zu oc (Lägsta rumstemp) Zaf Zu -. _. e h 0 0. o o B w w s (Besparing) '-s -r ' tv oc 1

12 10... Vid konventionell nattsänkning letar man ut det kallaste dygnet under uppvärmningsperioden och använder den temperaturen för att välja starttid för anläggningen. EUT 1 för Luleå = -42"C förutsätter q=24h EUT 5 för Luleå = -32 C förutsätter q 80 h För denna lätta byggnad gäller enl 2.1 q = 32,7 h. Därför används t _ -40 C ute som dimensionerande utetemperatur. Bild 1 : vid -40 C z = 6,5 h a dvs avkylningsperioden kan aldrig vara längre än 6,5 h za (1) : ev = eo e q 6z5.. ev = e. e 32,7 ev insättes i (2) :zu=32.7 ln _ ,5 - eoe32, 7 98,5 - e 0 Ett uttryck för besparingen, som går att använda här är: _ (za+zu) e0-zu 8s B 100x z eo %(6) t zt=24h B= 100 x 65+zu För resultaten se tabell 2 e0 -zu ' eo Den besparing, som görs genom att övergå från konventionell nattsänkning till optimal framgår av tabell 3. tut e e0 ev t V z u B [ c] [ c] [ c] [ c] [h] [%] ,2 20,2 0,7 2, ,8 19,9 0,8 2, ,5 19,5 1,0 2, ,1 19,1 1,1 2, ,8 18,8 1,3 3, ,4 18,4 1, ,0 18,0 1,7 3, ,7 17,1 1,9 3, ,3 17,3 2,1 3, ,0 17,0 2,3 3, ,6 16,6 2,5 3, ,2 16,2 2,7 3, ,9 15,9 3,0 3, ,5 15,5 3,2 3, ,2 15,2 3,5 3, ,8 14,8 3,8 3, ,4 14,4 4,1 4, ,1 14,1 4,4 4, ,7 13,7 4,8 4, ,4 13,4 5,2 4, ,0 13,0 5,6 4, ,6 12,6 6,0 4, ,3 12,3 6,5 4, ,9 11,9 7,0 5, ,5 11,5 7,5 5, ,2 11,2 8,1 5, ,8 10,8 8,7 5, ,5 10,5 9,4 5,9 Tabell 2. Lätt 'hus, konventionell nattsänkning t. = 22 C inne a

13 11 Skillnaden i energibesparing mellan nattsänkning av optimeringstyp och "vanlig" nattsänknin. Lätt hus t ute [ C] 0B[%] ,8-8,6 1o 11,2-2,8 =.8,4 8 11,0-2,9 = 8,1 6 10,8-2,9 = 7,9 4 10,6-3,0 = 7,6 2 10,4-3,1 = 7,3 0 10,2-3,1 = 7,1 2 10,0-3,2 = 6,8 4 9,8-3,3 = 6,5 6 9,6-3,4 = 6,2 8 9,3-3,4 = 6,1-10 9,1-3,5 = 5,6-12 8,9-3,6 = 5,3-14 8,7-3,7 = 5,0-16 8,4-3,8 = 4,6-18 8,2-3,9 = 4,3-20 8,0-4,0 = 4,0-22 7,7-4,2-3,5-24 7,5-4,3 = 3,2-26 7,3-4,4 = 2,9-28 7,0-4,6 = 2,4-30 6,8-4,7=2,1-32 6,5-4,9 = 1,6-34 6,3-5,1 = 1,2-36 6,0-5,2 = 0,8-38 5,7-5,4 = 0,3 Tabell 3 En jämförelse bör göras mellan det uppmätta huset och ett KBS "normalhus". Normalhuset har en tyngre väggkonstruktion. Väggen är uppbyggd av (utifrån och in) 1/2-stens tegel, cm mineralull samt cm betong. Detta ger ett k-värde hos väggen på ca 0,28 W/m2, K. Fönstren är 3-glas i trä. För taket gäller att materialen. är tre lager papp, 20 mm skiva, cm mineralull samt, innerst 10 cm betong. k-värdet blir ca 0,30 W/m2, K. Nedan har antagits att tidskonstanten för denna byggnad är 80 h. q = 80 h z + z = 15 h a u 8s = {samma som i föreg fall} = 98.5 C 0v = tv=8v+tute t. = 22 inne o 80 +(985-80) e80 Besparingen beräknas enligt (5) där zt = 24 h Resultaten framgår av tabell 4 och bild 2. Där framgår att en idealenergibesparing på mellan 5 och 2 % kan uppnås.

14 oc h BILD 2 OPTIMAL T I DSTYRN I NG - KBS"NORMALHUS" t. = 22 C inne Z a h z h t= u v za+zu =. -.- h B (Lägsta rumstemperatur) % (Besparing) tv oc

15 13 t ute v tv B [ c ] [ c] [ c] [ c] [%J ,4 20,4 5, ,2 20,2 4, ,9 19,9 4, ,7 19,7 4, ,4 19,4 4, ,2 19,2 4, ,0 19,0 4, ,8 18,8 4, ,6 18,6 4, ,4 18,4 4, ,2 18,2 4, ,1 18,1 3, ,0 18,0 3, ,8 17,8 3, ,7 17,7 3, ,6 17,6 3, ,6 17,6 3, ,5 17,5 3, ,4 17,5 3, ,4 17,4 3, ,4 17,4 2, ,4 17,4 2, ,4 17,4 2, ,4 17,4 2, ,5 17,5 2, ,5 17,5 2,3 EUT '5 = -32 C för Luleå. Detta medför, enligt bild 2, att z =7hdvs, dåz +z =15, z =8 h. a a u u Avkylningsperioden blir alltså aldrig längre än 7 h. ev insättes i (2) : z = 801n u eo _ oe För besparingen används formeln (6), zt= 24 C B = 100 (7 + zu eo - zu eo Resultaten framgår av tabell 5. Den besparing som gör genom att för denna hustyp övergå till ett system md "optimal" tidstyrning framgår av tabell 6. Tabell 4 KBS "normalhus", t. = 22 C inne optimalt system

16 14 - 'ute 8o OV tv Zu g [ cl [ cl [ cl [ cl [hl [%l ,2 21,2 0,75 1,4 10` ,0 0,92 1, ,8 20,8 1,1 1, ,7 20,7 1,3 1, ,5 20,5 1,5 1, ,3 20,3 1,7 1, ,2 20,2 1,9 1, ,0 20,0 2,1 1, ,8 19,8 2,4 1, ,7 19,7 2,6 1, ,5 19,5 2,9 1, ,3 19,3 3,2 1, ,2 19,2 3,5 1, ,0 19,0 3,8 1, ,8 18,8 4,1 2, ,7 18,7 4,5 2, ,5 18,5 4,8 2, ,3 18,3 5,2 2, ,2 18,2 5,7 2, ,0 18,0 6,1 2, ,8 17,8 6,6 2, ,6 17,6 7,1 2, ,5 17,5 7,8 2, ,3 17,3 8,4 2, ,1 17,1 9,1 2, ,0 17,0 9,9 2, ,8 16,8 10,6 3,1 Skillnaden i energibesparing mellan nattsänkning av optimigertyp och T, _....,, :..ffi...: a. L..:; Tfn C' ( T i 7_ tt t [ Cl B[] ute Tabell ,0-1,4 = 3,6 10 4,9-1,4 = 3,5 8 4,8-1,4 = 3,4 6 4,7-1,5 = 3,2 4 4,6-1,5 3,1 2 4,5-1,5 = 3,0 0 4,4-1,6=2,8 2 4,3-1,6 = 2,7 4 4,2-1,7 = 2,5 6 4,1-1,7 = 2,4 8 4,0-1,7 = 2,3-10 3,9-1,8=2,1-12 3,8-1,8 = 2,0-14 3,7-1,9 = 1,8-16 3,5-2,0 = 1,5-18 3,4-2,0 = 1,4-20 3,3-2,1 = 1,2-22 3,2-2,1 = 1,1-24 3,1-2,2 = 0,9-26 3,0-2,3 = 0,7-28 2,9-2,4 = 0,5-30 2,8-2,5 = 0,3-32 2,7-2,6 = 0,1 Tabell 5 KBS "normalhus", vanlig nattsänkning

17 15 Sammanfattningsvis gäller att för ett mycket lätt hus blir energibesparingen mellan 8,5 % och 1 % vid övergång från ett konventionellt till ett "optimalt" tidstyrningssystem. För att KBS "normalhus" kommer motsvarande besparing att variera mellan 3,5 % och 0 %. Litteratur: [1) J Rydberg; Bränslebesparing genom intermittent uppvärmning av byggnader VVS(9) N Daf gård; intermittent uppvärmning, nattsänkning. Inst för uppv och vent teknik KTH A4-serien nr 22 1:3 3 P30 Energigruppen ; Kalkylförutsättningar för energibesparingsåtgärder, PM KBS L43 A Svensson; Optimal tidsprogrammering av ventilationsanl VVS(8) 1977

18 s

19 á

20 k BYGGNADSSTYRELSEN OT-system. Optimal tidsstyrning av värmeanläggningarutgavs som Tekniska byråns information nr 28. Upplagan är slut och det tilltryck som här föreligger inlemmas i den nya publikationsserien som Byggnadsstyrelsens informationer T: 133. Publikationen behandlar beskrivning och utvärdering av intermittent uppvärmning av byggnader enligt principen "optimal tidsstyrning". Referent för KBS: Eva Berg-Hallberg, Tekniska enheten, vvssektionen. Redigering och layout: Ingrid Bäckström, Byggnadsstyrelsen. Upplaga: 500 ex. Tryckeri:Garnisonstryckeriet, Stockholm, september Upplysningar om Byggnadsstyrelsens publikationer lämnas av informationssektionens biblioteks- och dokumentationsservice, tel Byggnadsstyrelsens publikationer kan beställas från kontorsservice /publikationsförrådet, tel Adress: Byggnadsstyrelsen, Stockholm.