med integrerad fastighetsstyrning.

Transkript

1 Energieffektivitet Edgar Mayer Product Manager CentraLine c/o Honeywell GmbH 02 I 2009 Tack vare modern och intelligent reglerteknik finns det särskilt i byggnader för yrkesmässig verksamhet stora potentialer för energibesparande åtgärder. Till exempel kan klassiska regleralgoritmer ersättas av innovativa, högeffektiva och energisnåla lösningar. Nya metoder möjliggör inte enbart högsta möjliga energieffektivitet med optimalt bibehållen komfort, utan säkerställer även längre livstid för anläggningarna med längre serviceintervall. En besparing upp till 15 % är möjlig enbart med en optimering av regler parametrarna. Nedan beskrivs olika faktorer som spelar en viktig roll vid energibesparing. Dessa faktorer kan uppnås med högkvalitativa regleringsanläggningar och olika optimerings möjligheter på installationssidan med kunskapsbaserade reglerenheter. Energieffektivitet Energieffektiviteten i en byggnad bestäms inte enbart av de värmeisolerande egenskaperna i väggar, tak och fönster, byggnadens konstruktion och utförande (isolering) samt omfattningen av de yttre ytorna där värme resp. kyla kan avgå. Även kvaliteten på den aktuella regleringstekniken är en väsentlig faktor för att kunna öka energi effektiviteten. Nedan beskrivs olika regleralgoritmer för att förbättra energieffektiviteten i uppvärmnings- och luftkonditioneringssystem.

2 1. Energieffektiva reglerfunktioner Energieffektiva regleranläggningar anpassar uppvärmningen efter aktuellt behov, dvs om en förbrukare begär värmeenergi. Detta betyder att varje förbrukare oavsett om det rör sig om en värmekrets, en varmvattenberedare, en ventilationsanläggning eller en rumsreglering sänder en signal till värmeanläggningen som indikerar att värmeenergi behövs. Eftersom användningstiderna för varje förbrukare kan ställas in individuellt, ställs ingen onödig värmeenergi till förfogande, vilket i sin tur sänker förlusteffekten. Bild 1: Typisk värmeanläggning (sammanställd med projekteringsverktyget Coach från CentraLine) 2. Värmekretsreglering I de flesta anläggningar används av kostnadsskäl endast värmeregleringar med en väderleksstyrd reglering av framledningstemperaturen. Förutom dimensioneringen av radiatorerna spelar även inställningen av värmekurvan en stor roll för energieffektiviteten i byggnaden. En högre effekt för radiatorerna vid en optimerad reglering resulterar i snabbare uppvärmning och större sänkning av framledningstemperaturen. Den lägre framledningstemperaturen reducerar i sin tur förlusterna i rörledningarna som är beroende av ledningslängden och kvaliteten på isoleringen. Vid lågtemperatur- och brännvärdespannor kan även returtemperaturen sänkas, vilket sänker avgas- och strålningsförlusterna och ger en bättre effektivitet i kondenseringen. Ur ett regleringsteknisk perspektiv måste mer hänsyn tas till inställningen av värmekurvan. Om utgångskurvan förskjuts med +/- 5 K ändras energiförbrukningen med +/- 19%. 1 För att begränsa nackdelarna med en väderleksstyrd reglering av framledningstemperaturen, är det alltså viktigt att reglersystemet håller börvärdet för framledningstemperaturen på så låg nivå som möjligt. Särskilda reglerenheter som t ex Tiger eller Panther från CentraLine gör detta genom att automatiskt anpassa värmekurvan till byggnadens förutsättningar. 1 Källa: Forschungszentrum Jülich Einsparpotentiale bei der Energieversorgung von Wohngebäuden durch Informationstechnologien (Besparingspotential vid IT-stödd energiförsörjning till bostadshus)

3 Med en väderleksstyrd reglering är det dessutom inte möjligt att registrera påverkande faktorer som solstrålning, värme som genereras av utrustning eller antalet personer som vistas i ett rum. Varje person genererar ca W värmeeffekt. Dessa nackdelar kan endast kompenseras med en rumsreglering. 3. Pumpreglering Ytterligare besparingar är möjliga med behovsstyrda värmepumpar: I många fall kör pumparna dygnet runt med maximalt varvtal. Framför allt vid stora matarpumpar vars effekt överstiger 100 kw finns stora möjligheter till besparingar. Vid risk för frost är det visserligen viktigt att pumparna kör kontinuerligt. Om pumparna dock endast är i drift när energi verkligen behövs och utetemperaturen är över nollstrecket, kan minst 30 till 60 % av elförbrukningen sparas in. 4. Reglering av värmeanläggning Om pannanläggningen ska saneras i samband med att reglertekniken moderniseras, lönar det sig att installera en brännvärdespanna. De högre anskaffningskostnaderna lönar sig tack vare lägre energikostnader redan inom ett fåtal år. Även alternativa värmeanläggningar såsom värmepumpar kan vara en lösning. Individuella regleringsmetoder innehåller t ex funktioner för en effektiv reglering av pannor, pannserier eller integrering av alternativa och miljövänliga värmeanläggningar. Dessa grupperas så att de miljövänliga värmeanläggningarna alltid har prioritet och konventionella värmeanläggningar alltid används till att tillgodose energibehovet vid toppbelastningar. Denna regleringsmetod garanterar att endast erforderlig värmeenergi ställs till förfogande och att värmeanläggningarna kör med maximal verkningsgrad. Detta uppnås om man jämför värmeeffekten som å ena sidan krävs av förbrukare och som å andra sidan tillhandahålls av värmeanläggningarna. Med så långa drifttider som möjligt, vilket ger ett lågt antal inkopplings- och frånkopplingssekvenser, resulterar denna regleringsmetod i en längre livslängd för pannan.

4 5. Reglering av värmeanläggningar med en kunskapsbaserad regleralgoritm. Särskilda reglerenheter kan även användas till att reglera värmeanläggningarna med en kunskaps baserad regleralgoritm. Med denna regleringsmetod kan reglerbeteendet förbättras markant. Efterföljande pannor kopplas endast in om ett verkligt behov av energi från ytterligare pannor föreligger. Förutom regleravvikelsen, som även utvärderas med klassiska metoder, beaktar den kunskapsbaserade reglerenheten viktiga störstorheter som t ex returtemperatur eller flödet på sekundärsidan. Därigenom kommer den utgående signalen från reglerenheten att vara proportionell till erforderlig panneffekt i den kompletta anläggningen, som sedan omvandlas till reglersignaler för värmeanläggningen. Kunskapsbasen som utgör en viktig del av reglersignalen anpassas automatiskt med regleravvikelsen. Regleralgoritmen är försedd med en statisk optimeringsalgoritm som självständigt utför ändringar i kunskapsbasen om regleravvikelser förekommer. Reglerenheten anpassas därmed automatiskt till anläggningen. En inreglering av anläggnings parametrar som ofta krävs vid driftstart är inte längre nödvändig. Bild 2: Karakteristiskt diagram. Kunskapsbaserad utgångssignal som funktion för båda störstorhetsingångar: När en av de båda störstorheterna flöde eller temperaturdifferens resp. inkommande flöde/returflöde är låg, är även reglersignalen som sänds till värmeanläggningen låg. Om båda ovanstående störstorheter är maximala, krävs även största möjliga effekt från pannan.

5 Fördelar med en kunskapsbaserad metod i värmeanläggningar: stabil pannreglering utan variationer onödiga inkopplings- och frånkopplingssekvenser vid seriekopplade pannor kan undvikas, vilket förlänger serviceintervallen och anläggningens livslängd låga temperaturgradienter vid pannkomponenterna (lägre slitage) optimalt flöde genom pannan vilket ger optimerad panndrift exakt fastlagt börvärde för bättre reglering vid värmekretsventilen konstant tillgänglighet av värme enligt inställningarna vid förbrukaren sänkning av energiförbrukningen med arbetspunktsoptimerade ingrepp i inställningen 1 6. Effektiv reglering av ventilationsanläggningar Den höga energiförbrukningen i ventilationsanläggningar är ofta baserad på en överdimensionad ventilationsanläggning. Om volymflödet reduceras till erforderligt minimalt luftutbyte, kan energiförbrukningen sänkas med 30 till 50 %. En optimalt koordinerad reglering av temperatur, fuktighet och volymflöde kan spara in ytterligare 10 till 15 %. Bild 3: Klassiskt luftkonditioneringssystem 1 Källa - Prof. Dr. Christian Rähder - Die Realisierung eines MaxXControl-Reglers für Kesselfolgeschaltungen. Optimale Betriebsführung durch bedarfsgeführte Regelung (Realisering av en MaxXControl-reglerenhet för seriekopplade pannor. Optimal driftstyrning med behovsstyrd reglering)

6 I konventionella ventilationsanläggningar arbetar olika reglerenheter för temperatur, relativ fuktighet och fläktvarvtal (volymflödesreglering) oberoende av varandra. Med denna lösning är variationer och energislöseri redan förprogrammerade. Följande problem kan uppstå vid regleringen av enstaka luftkonditioneringssystem: variationer uppstår samtidigt i temperatur och relativ fuktighet överdrivna regleringsrörelser vid störningskompensation, leder till onödigt hög energiförbrukning ökad påfrestning på ventiler och pumpar vid variationer i storheterna (t ex ofta förekommande omkopplingar) varierande börvärden vid störningar Reglerenheter från CentraLine kan användas till en kunskapsbaserad regleralgoritm som motverkar alla ovanstående nackdelar och i väsentlig mån bidrar till en effektiv användning av anläggningarna. Enligt den grundläggande idén med kunskapsbaserad informationsbehandling, bestäms den erforderliga reglersignalen i klimatregleringen inte enbart av reglerkomponenter, utan även av utvärderingen av en kunskapsbas som sammanställts på grundval av expertkunskap. Storheterna som kommer till användning i den kunskapsbaserade klimatregleringen mäts upp i klimatprocessen och är därmed tillgängliga. En extra sensorik är i regel inte nödvändig. Storheterna utvärderas dock mer komplext av reglerenheten. Denna reglerenhet vet nu att reglersignalen y ges vid status x. Därmed kan reglerenheten reagera redan innan den ändrade situationen har påverkat reglerstorheten och till exempel börvärdet underskrids otillåtet mycket. De parallellt arbetande och erforderliga PI-reglerkomponenterna har endast en korrigerande funktion som kompletterar den kunskapsbaserade reglersignalen. Därmed reduceras reglerområdet markant, vilket har positiva följder för reglerenhetens arbetssätt när det gäller stabilitet och robusthet.

7 Bild 4: Utgång vid karakteristiskt diagram för värmeregister med tre störstorheter: X1 X2 X3 Störning värmebegäran Störning avfuktning Störning fläktvarvtal För att kunna bestämma en behovsanpassad reglersignal för anläggningskomponenter som t ex luftvärmare, värmeåtervinning och luftspjäll, måste en reglersekvens genereras som utnyttjar komponenter som t ex värmeåtervinning eller blandspjäll i full mån, innan mer energetiskt krävande anläggningsdelar kommer till användning. Förutom bättre regleringskvalitet förbrukar en kunskapsbaserad reglerenhet mindre energimängd än konventionella PID-reglerenheter. En hög regleringskvalitet kan uppnås med snabb utreglering lägre transienta insignaler begränsade reglersignaler vid reglerventilerna (minimala amplituder, stabilt reglerbeteende) låg påverkan på delprocesser såsom uppvärmning, kylning samt inbördes be- och avfuktning, vilket leder till en sänkning av störningar som kan undvikas hög robusthet i reglerenheten gentemot interferenseffekter reducering av onödig energiförbrukning med optimal koordinering av luftbehandlingar lägre slitage på anläggningen med begränsat rörliga reglerdon 1

8 7. CO2-reglering och värmeåtervinning En besparingspotential mellan 30 och 50 % kan även uppnås med en CO2- reglering. Denna reglering överstyr andelen utomhusluft och volymflödet med hjälp av fläktens varvtal. Därigenom tillförs friskluft endast när CO2-börvärdet underskrids 2. Även värmeåtervinning med hög verkningsgrad (vid brännvärdespannor kan denna uppgå till 80 %) eller en fri nattkylning kan bidra till ökad energieffektivitet. 8. Regelbunden inspektion och underhåll av anläggningen För att kunna uppnå hög energieffektivitet är det viktigt att anläggningen underhålls regelbundet. Vid moderna reglerutrustningar kan underhållsschema anges direkt i reglerenheterna. Därmed kan en underhållsintervall anges för varje enstaka kopplingskommando eller drivanordning. Efter att underhållsintervallen avslutats ges ett underhållslarm från reglerenheten. Detta larm aktiveras endast om det har avtalats med kunden att ett regelbundet underhåll ska utföras. Endast ett byggnadsstyrsystem kan garantera denna effektiva tillämpning av olika underhållsscheman. Facit De låga energipriserna kommer inte att finns kvar för alltid, och priserna kommer att stiga igen. Även med tanke på miljön måste energieffektiviteten i byggnader permanent förbättras, vilket flera stater redan har insett och därefter kräver och stödjer byggnads saneringar med olika slags bidragsprogram. Besparingar i byggnader kan uppnås med en optimerad reglering med relativt låga investeringar. Ett modernt och effektivt regler- och byggnadsstyrsystem ger ett viktigt bidrag till att förbättra energi effektiviteten i byggnader. Sådana system erbjuder pålitliga och väl beprövade reglerfunktioner som uppfyller alla krav på en effektiv energianvändning. 1 Källa - Prof. Dr. Christian Rähder - Energieoptimaler Betrieb durch Koordination der Luftbehandlungen (Energioptimerad drift med koordinerad luftbehandling) 2 Ytterligare information kring CO2-reglering finns på

9 Källor Bild 1 4: CentraLine Författare: Edgar Mayer Produktmanager CentraLine c/o Honeywell GmbH För ytterligare information och möjlighet att läsa andra artiklar om energibesparing, gå in på CentraLines hemsida eller kontakta oss direkt. CentraLine Honeywell AB /ECC Box STOCKHOLM-GLOBEN Tel