NODA Smart Heat Building. Hur funkar det? - En teknisk översikt

Transkript

1 NODA Smart Heat Building Hur funkar det? - En teknisk översikt

2 Vad är NODA? NODA grundades 2005 baserat på forskning på Blekinge Tekniska Högskola Bygger på en stark vetenskaplig grund inom datavetenskap, artificiell intelligens and maskininlärning Partners och kunder runt om i Europa Energibolag, fastighetsägare, automationsföretag och kommuner Utvecklar system för att energieffektivisera både fastigheter och hela fjärrvärmesystem Smart Heat Building - spara energi i enskilda fastigheter Smart Heat Grid - förbättra effektprofiler i fjärrvärmenät Telefon +46 (0) Adress NODA Intelligent Systems AB Biblioteksgatan Karlshamn, Sverige

3 Hur fungerar en fjärrvärmecentral vanligtvis? Den absolut vanligaste lösningen är att värmesystemet använder en givare för att mäta utomhustemperaturen. Reglerkretsen använder sedan en PI (eller ibland en PID) regleralgoritm för att samordna uppmätt utomhustemperatur med önskad framledningstemperatur i värmesystemet. Detta skapar ett ganska trubbigt system som missar mycket av de saker som faktiskt påverkar det termiska beteendet i fastigheten, vilket resulterar i högre energikostnader än det egentligen behöver vara. Utomhusgivare Fjärrvärmecentral

4 Vad påverkar inomhusklimatet? Faktum är att det är en mängd olika saker som påverkar fastighetens termiska beteende, såsom värmesystem, solinstrålning och socialt beteende. Rent konkret kan den termiska karaktäristiken av en byggnad representeras av en energibalansmodell. Vissa händelser får inomhustemperaturen att öka, och vissa händelser får den att minska. För att få ett mer effektivt och energisnålt värmesystem så måste alla dessa händelser kontinuerligt beaktas. Till detta kommer det faktum att den termiska trögheten i fastighetens byggnadstomme också spelar en viktig roll för hur mycket värmeenergi som används i fastigheten. En annan sak som ytterligare komplicerar situationen är att den termiska karaktäristiken i fastigheter inte är statisk, utan har en dynamik som kontinuerligt förändras över säsongerna. Inget av detta hanteras på ett korrekt sätt av vanliga PI/PID reglering. Uppvärmning Radiatorsystem Solinstrålning Socialt beteende etc. Upplevt utomhusklimat Inomhustemperatur Fuktighetsnivå Koncentration av utandningsluft Nivå på luftombyte Nerkylning Utomhustemperatur Status på klimatskal Ventilationsbehov Socialt beteende Vind och nederbörd etc.

5 Komplex situation Alla dessa saker sammantaget ger upphov till en väldigt komplex situation. Ur ett större perspektiv är det ganska lätt att inse sambandet mellan uteffekt i värmesystemet och byggnadens genomsnittliga temperatur. Zoomar man dock in på situationen så blir det nära nog omöjligt att förutse och förklara det närmast kaotiska beteende som en fastighets inomhusklimat uppvisar. Även i en fastighet som är väldigt väl injusterad kommer det alltid att finnas skillnader på flera grader mellan de varmaste och kallaste delarna av fastigheten. Inte nog med det, utan dessa temperaturen kommer även att konstant variera på grund av alla de parametrar som påverkar inomhusklimatet. Man skulle kunna tro att detta hanteras av de termostater som sitter på exempelvis element, men faktum är att de är bygga för att inte påverkas av den här typen av förändringar. Även en modern termostat behöver graders skillnad på inomhustemperaturen för att märka någon förändring. Allt detta skapar ett väldigt brus i mätdatan. Det är dock detta brus som gör det möjligt att spara energi! Ett exempel på inomhustemperaturen från en normal fastighet under en värmesäsong. Spridningen i datan är flera grader, och den enskilda givardatan går hela tiden upp och ner. Försök att hitta de perioder där NODA Smart Heat Building har varit aktiv!

6 Hur håller vi koll på det komplexa beteendet? NODA Smart Heat Building använder givare för att mäta vad som händer med inomhusklimatet. Till detta använder systemet även en matematisk modell för att löpande förutse påverkan av olika styrscenario. Denna kombination möjliggör ett system som ger en bra uppskattning av inomhusklimatets beteende. HOSE modellen Enkel att använda Pseudo black-box modell Dynamisk följning av temperatur Dubbla temperaturzoner (klimatskal och luft) Parametrar Går att använda fördefinerade mallar Manuell kalibreringsalgoritm tillgänglig Tillståndskontrollerad adaptiv variabel

7 Hur är det här möjligt? Tänk dig en person som sitter och tittar på fotbolls-vm på TV. Hur lång tid skulle det ta för den personen att reagera om strömmen bröts till TVn? Det skulle förmodligen inte ta speciellt lång tid, speciellt inte om det är i slutminuterna av matchen. Tänk dig nu elementet som sitter på väggen i samma rum. Hur lång tid skulle det ta för samma person att reagera om värmeeffekten på elementet skruvades ner en bit? Personen skulle givetvis reagera förr eller senare, men det skulle förmodligen ta en bra stund. I fallet med elementet så finns det en tröghet i processen, vilket innebär att det är ett tidsfönster mellan orsak (förändring i värmeeffekten från elementet) och verkan (personen reagerar på temperaturförändringen). Det är denna termiska tröghet som i kombination med bruset i inomhustemperaturen möjliggör för systemet att spara energi. Ett smart system kan utnyttja den termiska trögheten för att göra små förändringar i värmeffekten utan att någon märker det genom att förändringarna göms i inomhustemperaturens brus. Om man sedan räknar samman dessa små förändringar över tid så innebär det sammanslaget betydande energibesparingar. Orsak Förändring av värmeeffekten Verkan Förändring av inomhustemperatur

8 NODA Smart Heat Building - hårdvaran Systemet använder alltså rumsgivare för att löpande mäta inomhusklimatet i förhållande till temperatur och luftfuktighet. Hänsyn tas även till fjärrvärmecentralens beteende. I fjärrvärmecentralen mäts såväl den primära värmen (fjärrvärmenätet) och den sekundära värmekretsen (fastigheten). Systemet använder utomhusgivaren för att påverka det befintliga reglersystemet. På grund av detta finns inget behov av dyra ombyggnader eller utbyte. Systemet utnyttjar vad som finns på plats. I mer komplexa situationer kan NODA-systemet även kopplas direkt till det befintliga reglersystemet genom att använda 0-10V.

9 NODA Smart Heat Building - mjukvaran Den övergripande mjukvaruarkitekturen bygger på en modulär design där flera olika typer av styrmetodiker samexisterar. Systemet använder tre grundläggande komponenter för att spara energy, nämligen värmesystemet, inomhusklimatet och utomhusklimatet. Utomhusklimatet Använder väderprognoser Utnyttjar gratis energi från solinstrålning Framför allt effektiv under vår och höst Inomhusklimat Minskar onödiga övertemperaturer Jämnar ut temperaturvariationer Delar upp fastigheten i temperaturzoner Värmesystemet Undviker onödiga effekttoppar Adaptiv och prediktiv modell för energianvändning Samordnar energianvändningen med det faktiska termiska behovet

10 NODA Smart Heat Building - människorna Grunden i NODA Smart Heat Building är det intelligenta automationssystemet, men därtill kommer även manuellt arbete som en del av tjänsten. Varje installation är kontinuerligt övervakad av energiexperter på NODA. Detta görs för att säkerställa full funktionalitet i systemet och för att maximera energibesparingen i varje enskild fastighet. NODA kundcenter Tolkar och analyserar operativa mätdata Stöd för er i ert arbete med fastighetens värmesystem Kontinuerlig övervakning Årlig rapport som beskriver värmesäsongens energibesparingar och hur systemet fungerar

11