fältförsök med adaptiv reglering av radiatorsystem Rapport I 2009:19

fältförsök med adaptiv reglering av radiatorsystem Rapport I 2009:19

fältförsök med adaptiv reglering av radiatorsystem janusz wollerstrand patrick lauenburg ISBN 978-91-7381-034-0 2009 Svensk Fjärrvärme AB

förord Projektet är en fortsättning på tidigare rapport Fjärrsyn 2008:2 Optimal reglering av radiatorsystem vars mål var att nå lägsta möjliga returtemperatur. Det har visat sig att i en fjärrvärmecentral går att prova sig fram till bästa avkylningen i enstaka driftpunkt med en regleralgoritm då radiatorkretsens framtemperatur och cirkulationsflöde varieras. En sådan algoritm kan under drift successivt skapa en styrkurva för radiatorkretsen som ger optimal avkylning året runt och i och med detta minimera behovet av konsultinsatser för inställning av reglerparametrar i specifika fastigheter. Det övergripande syftet med projektet är att sänka den primära returtemperaturen. Föreliggande projekts huvudmål är att vidareutveckla metodiken så att den kan provas i fält som en praktisk tillämpning. I rapporten beskrivs algoritmen och genom fältförsök har metodiken verifierats i praktisk drift. Rapporten redovisar resultaten från studien Adaptiv reglering av radiatorkretsen i en fjärrvärmecentral för lägsta returtemperatur byggande av en prototyp och verifiering av funktionen i fältförsök i forskningsprogrammet Fjärrsyn som finansieras av Svensk Fjärrvärme och Energimyndigheten. Fjärrsyn ska stärka konkurrenskraften för fjärrvärme och fjärrkyla genom ökad kunskap om fjärrvärmens roll i klimatarbetet och för det hållbara samhället till exempel genom att bana väg för affärsmässiga lösningar och framtidens teknik. Projektet har genomförts av Janusz Wollerstrand Patrick Lauenburg på Lunds tekniska högskola. Referensgruppen har bestått av Kjell Andersson, Mälarenergi; Holger Feurstein, Ringsjo-energi; Gunnar Nilsson, Göteborgenergi; Osten Tordenmalm, Regin; Robert Duimovich, TAC; Lars Hansson, Siemens; Hampus Ekvall, Siemens. Projektet hade varit omöjligt att genomföra utan engagemang av flera personer. Projektet vill också tacka Hans Magnusson, Karlshamn Bostäder för engagemang och stöd vid vårt fältarbete, samt Christian Johansson och Fredrik Wernstedt, BTH/Noda IS AB för omfattande hjälp med datainsamling och anpassning av DUC-programvara. Tack också till Richard Krejstrup och Mats Bäckström, Alfa Laval AB samt Nilla Karlsson och Bo Johansson, KEAB för all hjälp i samband med våra aktiviteter i Karlshamn. Eva-Katrin Lindman Ordförande i Svensk Fjärrvärmes teknikråd Rapporten redovisar projektets resultat och slutsatser. Publicering innebär inte att Svensk Fjärrvärme eller Fjärrsyns styrelse har tagit ställning till innehållet. 4

sammanfattning Följande rapport är en fortsättning på tidigare arbete om hur regleringen av radiatorsystem kan optimeras för att ge lägsta möjliga returtemperatur. Det har visat sig att det med en regleralgoritm går att prova sig fram till den bästa avkylningen i enstaka driftpunkter i en fjärrvärmecentral då radiatorkretsens framtemperatur och cirkulationsflöde varieras. En sådan algoritm kan under drift successivt skapa en styrkurva för radiatorkretsen som ger optimal avkylning året runt och i och med detta minimera behovet av konsultinsatser för inställning av reglerparametrar i specifika fastigheter. Det övergripande syftet med projektet är att sänka den primära returtemperaturen. Föreliggande projekts huvudmål är att vidareutveckla metodiken så att den kan provas i fält som en praktisk tillämpning. Fältförsöken genomfördes i Karlshamn Energi AB:s fjärrvärmenät. Befintliga styroch reglerkomponenter i FC modifierades och kompletterades. Ytterligare utrustning för mätning av temperatur och flöde sattes in i valda radiatorkretsar. Ett dubbelriktat kommunikationssystem etablerades mellan försöksobjekten, en mätdataserver hos företaget Noda IS AB i Karshamn och Institutionen för energivetenskaper i Lund. Vid försök, som utfördes i fyra FC nattetid, modifierade ett adaptivt styrprogram radiatorkretsens temperaturkurva och pumpvarvtal. Styrprogrammet utvärderade även åtgärdens inverkan på avkylning av primärvatten i radiatorväxlaren och, beroende på utfallet, modifierade temperaturkurvan med bäst möjliga avkylning som mål. De skarpa testen pågick under april maj 2009 och en ny styrkurva höll på att byggas upp i respektive FC under tiden, men perioden var definitivt för kort för att hela styrkurvan skulle hinna modifieras. Algoritmen för den adaptiva regleringen har dock utarbetats och testats därmed och kunde användas i testobjekten under nästkommande uppvärmningssäsong. Det som återstår, är att implementera adaptivt utnyttjande av information från energimätaren och kompensering för temperaturvariationer i fjärrvärmenätet. Algoritmen beskrivs i rapporten och illustreras i en bilaga med hjälp av ett flödesschema. Den framtagna metodiken kan implementeras i en befintlig DUC för reglering av en värmekrets eller användas från en övervakningsdator inom ett SCADA-system. De preliminära resultat som inhämtats indikerar att en returtemperatursänkning i linje med tidigare teoretiska beräkningar kan förväntas. Det vore önskvärt om försöken med adaptiv modifiering av styrkurvor kunde återupptas under uppvärmningssäsongen 2009-2010 så att algoritmen kunde förfinas ytterligare. 5

summary The following report is a continuation of previous work regarding how the control of a radiator system can be optimised to provide the lowest possible district heating return temperature. It has been shown that, it is possible to achieve the largest cooling in each operating point in a substation when the radiator circuit s temperature and circulation flow are varied. Such an algorithm can, in service, gradually create a modified control curve for the radiator circuit that provides optimum cooling year round and therefore minimise the need for consultants for setting the control parameters in specific buildings.the overall objective of the project is to reduce the primary return temperature. The project s main objective is to develop the methodology further so that it can be tested in field as practical application. The field tests were performed in the district heating network owned by Karlshamn Energi AB. Existing components of control equipment in district heating substations were modified and supplemented. Additional equipment to measure temperature and flow was installed in some space heating circuits. A two-way communication was established between the test objects, a database server at the company Noda IS AB in Karlshamn and the Department of Energy Sciences in Lund. During the tests, always conducted in the middle of the night in four substations, an adaptive control software performed modifications of the temperature and the circulation flow in the space heating systems. The software also evaluated the influence of the changes on the cooling of primary water in the space heating heat exchanger and, depending on the outcome, it modified the existing temperature control curve, with highest possible cooling of primary water as a target. The sharp field tests were performed during April May 2009 and the building of a new control curve was carried on under that time in each of the substations in test. The time period was too short to obtain fully modified curves; nevertheless, the adaptive control algorithm has been developed and tested, so the process might continue during the next heating season. Some improvements should be done concerning adaptive usage of information supplied by the energy meters and the influence of varying district heating water supply temperature. The algorithm is described in the report and is illustrated in the appendix as a flow chart. The developed methodology can be implemented in an existing DUC for adaptive control of a radiator circuit, or used by a monitoring computer in a SCADA system. The preliminary results obtained indicate that a lowering of the return temperature in line with previous theoretical calculations can be expected. It would be desirable if the adaptive control with development of modified control curves could be resumed during the heating season 2009-2010 so that the algorithm could be refined further. 6

innehåll 1. Inledning 8 2. Bakgrund 9 2.1. Projektets relevans och nytta 9 2.2. Optimal reglering av radiatorsystem för lägsta möjliga fjärrvärmeretur 9 2.2.1. Temperaturprogram 9 2.2.2. Optimerade program 11 2.3. Beskrivning av försöksobjekt 14 2.3.1. Bakgrund 14 2.3.2. Alternativa mätobjekt 15 2.3.3. De aktuella byggnaderna 15 2.3.4. Mät- och styrutrustning 17 2.3.5. Tekniska förändringar i fjärrvärmecentralerna 18 2.3.6. Inomhustemperaturen och byggnadernas värmetröghet 19 2.3.7. Befintlig styrning av radiatorkretsarna 20 2.3.8. Inverkan av inkoppling av luftbatterier 22 2.4. Kommunikation 23 3. Adaptiv optimering metodik 27 3.1. Onlineförsök - flödesvariation 27 3.1.1. Bakgrund 27 3.1.2. Konstanteffektreglering 27 3.2. Uppdatering av styrkurvor 32 3.3. Om mätning av temperaturer och flöden 37 3.4. Returtemperatursänkning 38 4. Slutsatser och diskussion 39 4.1. Fortsatta studier 39 5. Referenser 40 6. Bilaga A 41 7. Bilaga B 43 7

1. inledning Följande rapport är en fortsättning på tidigare arbete om hur regleringen av radiatorsystem kan optimeras för att ge lägsta möjliga returtemperatur. Det har visat sig att det med en regleralgoritm går att prova sig fram till den bästa avkylningen i enstaka driftpunkter i en fjärrvärmecentral då radiatorkretsens framtemperatur och cirkulationsflöde varieras. En sådan algoritm kan minimera behovet av konsultinsatser för inställning av reglerparametrar i specifika fastigheter. Det övergripande syftet med projektet är att sänka den primära returtemperaturen. Föreliggande projekts huvudmål är att vidareutveckla metodiken så att den kan provas i fält som en praktisk tillämpning med året runt -funktionalitet och bygga en lämplig regulatorprototyp. Genom fältförsöken ska metodiken verifieras i praktisk drift och syfta till att identifiera och åtgärda faktorer som måste tas hand om för att göra metoden robust. Den slutligt framtagna algoritmen skall redovisas i detalj, så att den skall kunna direkt implementeras i en lämplig DUC eller motsvarande hårdvara. 8

2. bakgrund I följande kapitel ges först en kort redovisning av projektets relevans och nytta, följt av en kort repetition av resultaten från tidigare publikationer i detta projekt. Därefter följer en beskrivning av våra försöksobjekt i Karlshamn. Förutom information om byggnaderna och deras värmesystem och fjärrvärmecentraler redogörs för de kommunikationsvägar som använts för att kunna reglera värmesystemen på adaptiv väg. 2.1. Projektets relevans och nytta Nyttan med låga returtemperaturer är välkänd inom fjärrvärmetekniken. En styrka med den metodik för reglering som demonstreras i denna rapport, jämfört med exempelvis konventionell lågflödesinjustering, är dess robusthet med avseende på att kontinuerligt reglera så att lägsta möjliga returtemperatur alltid erhålls oberoende av rådande utomhustemperatur och värmelast, även om till exempelvis fjärrvärmenätets framledningstemperatur förändras, värmeväxlaren försmutsas, eller om husets värmebehov förändras. Radiatorsystem är nästan alltid överdimensionerande vilket ger ytterligare potential att sänka returtemperaturen. 2.2. Optimal reglering av radiatorsystem för lägsta möjliga fjärrvärmeretur Inom ramen för projektet om optimal reglering av radiatorsystem för lägsta möjliga returtemperatur har två tidigare rapporter publicerats, FoU 2005:142 [2] och Fjärrsynrapport 2007:6 [6]. Enkelt uttryckt syftar den optimala regleringen till att finna optimalt val av framledningstemperatur och flöde i ett godtyckligt radiatorsystem vid varje driftspunkt för att minimera den primära returtemperaturen. Lågflödesinjustering introducerades i Sverige för ungefär 30 år sedan. Efter några år av livlig diskussion kom den på vissa håll att accepteras samtidigt som den mötte motstånd på andra håll. Vår tes är att ytterligare förbättring av avkylningen kan bli möjlig genom att implementera avancerade, men robusta, regleralgoritmer i fjärrvärmecentralens värmekrets. 2.2.1. Temperaturprogram Traditionellt utformas ett radiatorsystem för ett visst konstant cirkulationsflöde kombinerat med en lämplig styrkurva för den regulator som ställer in radiatorframledningstemperaturen som funktion av utomhustemperaturen. Vad som är den bästa styrkurvan varierar starkt från fall till fall och är en fråga som både vi och andra i tidigare arbeten har bidragit till att klarlägga. Ett första steg framåt var att kunna härleda teoretiska kurvor för optimal reglering, som visar hur temperaturer och radiatorflöde varierar med lastfallet. För att kunna fungera på ett robust sätt under varierande praktiska förutsättningar måste en regleralgoritm kombinera variation av radiatorframledningstemperaturen med styrning av radiatorflödet som funktion av värmebehovet och fjärrvärmevattnets framledningstemperatur. Flödet kan styras genom att varvtalet på cirkulationspumpen regleras. En sådan reglering ska för varje system kunna anpassas genom att ställa in några utvalda parametervärden i en regulator. Regulatorn ska kunna implementeras i på en godtycklig fritt programmerbar hårdvarumässig plattform (DUC) som numera ofta används för styrning av fjärrvärmecentraler. 9

En naturlig fortsättning på tidigare arbete är att ta fram en metod för automatisk inställning av parametervärden för en optimal regleralgoritm, d.v.s. göra algoritmen adaptiv. Meningen är att regulatorn själv ska hitta de parametervärden som i det givna fallet är bäst lämpade för att erhålla maximal avkylning. En av fördelarna med en sådan algoritm är, att den automatiskt anpassas till förändrade förutsättningar, som exempelvis en förändrad primär framledningstemperatur. Vidare kan regulatorn detaljkonstrueras för att implementera de framtagna algoritmerna och verifieras genom fältförsök. För val av dimensionerande temperaturer i radiatorsystem har olika rekommendationer förekommit. Idag dimensioneras generellt för lägre temperaturprogram (60/45 C, 60/40 C, 55/45 C) medan man traditionellt dimensionerat för högre (främst 80/60 C). Som nämndes ovan förekommer nästan alltid en överdimensionering av radiatorsystemet och framför allt av radiatorytorna, se till exempel Gummérus, [1], Petersson, [3] och Trüschel, [4], beroende på att byggnadens värmeförluster överskattas samt att komponenter vid dimensionering i allmänhet väljs i större storlekar än beräknat. Vad blir då konsekvensen av att vi har ett överdimensionerat radiatorsystem? Om systemet körs som om det var korrekt dimensionerat, med avseende på flöde och framledningstemperatur, kommer inomhustemperaturen att bli för hög. Till ett givet system med dess eventuella överdimensionering anpassas ett nytt temperaturprogram. Hur detta kommer att se ut beror bland annat på hur stort radiatorflödet är. Om radiatorerna t ex överdimensioneras redan vid projekteringen blir även radiatorkretsens cirkulationspump överdimensionerad i lika hög grad. Detta innebär att om radiatorytan är överdimensionerad med 100 procent så blir radiatorflödet dubbelt så stort jämfört med erforderligt flöde. Ett överdimensionerat system kan liknas vid ett korrekt dimensionerat system som arbetar vid ett större utomhustemperaturintervall än det faktiska. Enligt ett sådant resonemang kan temperaturkurvorna ritas om för ett nytt temperaturområde. 100 procent överdimensionering innebär således en fördubbling av temperaturintervallet mellan dimensionerande utetemperatur och balanstemperaturen, se Figur 1. Enligt den nya temperaturkurvan som visas uppe till vänster i Figur 1 kan en lägre framledningstemperatur erhållas för varje utomhustemperatur inom det normalt gällande temperaturintervallet. En konsekvens av att 80/60 C-fallet inträffar vid den nya, teoretiska, T DUT är att temperaturfallet i radiatorsystemet vid verkliga T DUT endast är 10 C (55/45 C) istället för 20 C eftersom även cirkulationsflödet är 100 procent för högt. Uppe till höger i Figur 1 visas ett alternativ där det erforderliga, lägre cirkulationsflödet från det projekterade fallet använts vilket innebär ett temperaturfall på 20 C vid den faktiska T DUT. För att undvika övervärmning har temperaturkurvorna skiftats ned även här så att den överförda effekten halveras jämfört med ursprungsfallet. Detta medför att driftsförutsättningarna ändras till en ungefärlig 60/40 C-dimensionering. Ett annat sätt att kompensera för överdimensionerad radiatoryta är att behålla fram ledningstemperaturen till radiatorerna och minska flödet ännu kraftigare, nere till vänster i Figur 1. Därmed erhålls en så kallad lågflödesinjustering. Rent teoretiskt borde ett sådant driftfall åstadkommas automatiskt vid övervärmning om rad iatorerna utrustas med termo stat ventiler. I praktiken måste dock systemet injusteras hy dra uliskt för att undvika obalans och övervärmning av byggnader orsakad av be gränsningar i termostatventilernas funktion. Även typ av cirkulationspump och huruvida den är varvtalsstyrd har betydelse i det här fallet. 10

90 80 70 60 50 40 80/60 C 55/45 C 60/40 C Temperatur [ C] 30 90 80 Rel. flöde: 200% Rel. flöde: 100% -40-30 -20-10 0 10 Vertikala linjer anger Tdut = -15 70 60 50 40 30 80/30 C Rel. flöde: 40% T sf T sr T sf,kom p T sr,kom p -40-30 -20-10 0 10 Utetemperatur [ C] Figur 1 Olika temperaturprogram som kompenserar för 100 procent överdimensionering. 2.2.2. Optimerade program Låt oss nu gå vidare och studera den teoretiskt framtagna optimala styrkurva som visas i Figur 2. Här visas även den relativa storleken på det varierande radiatorflödet i förhållande till det erforderliga flödet enligt ovan. Den blå streckade linjen i diagrammet visar den primära returtemperaturen. Som jämförelse har även den primära returtemperaturen för ett 55/45 C-system ritats in i diagrammet (grå streckad linje, 200 procent relativt flöde). 100 Temperatur [ C] 90 80 70 60 50 40 30 Sänkt primär returtemperatur T pf T pr,opt T sf,opt T sr,opt T pr,55/45 75 Rel. flöde [%] 50 m s 25 0-15 -10-5 0 5 10 15 Utetemperatur [ C] Figur 2 Temperaturer i radiatorkrets med optimerat temperaturprogram och variabelt flöde. 11

Med olika utetemperaturers varaktighet i beaktande har årsmedelreturtemperaturer beräknats. Ovanför den tunna streckade linjen i Tabell 1 visas resultatet för ett korrekt dimensionerat system, dels med ett 80/60-program och dels med ett optimerat program. Här ser man att vinsten är måttlig, knappt två grader. Sista kolumnen visar hur returtemperaturen påverkas om värmeväxlaren förlängs med hundra procent. Denna jämförelse kan motiveras genom att returtemperaturen påverkas kraftigare med det lägre sekundärflöde som optimeringen medför, samtidigt som tryckfallet och därmed värmeövergångstalet i värmeväxlaren kan hållas i ursprunglig storleksordning. Under sen streckade linjen visas resultatet för ett system som är hundra procent överdimensionerat. De tre första temperaturprogrammen är de samma som visades i Figur 1, 55/45, 60/40 respektive 80/30 C. Det fjärde och sista är det optimerade programmet med variabelt flöde. Tabell 1 Sammanställning av flödesviktade årsmedelreturtemperaturer för olika typer av temperaturprogram. Överdimensi o- nering [%] Radiatorprogram Rela tivt flöde Returtemperatursänkning: original vvx vvx förlängd 100 % 0 standard, 80/60 C 1 44,9 0,8 0 optimerat (0.2-1) lastberoende 1,8 5,8 100 55/45 C (högflöde) 2 34,7-1,0 100 60/40 C (normalflöde) 1 2,0 2,0 100 80/30 C (lågflöde) 0,4 3,2 4,3 100 optimerat (0.2-0.5) lastberoende 5,9 7,8 Följande slutsatser kan dras från tabellen: En överdimensionering av radiatorsystemet innebär i sig självt en kraftig sänkning av den primära returtemperaturen, förutsatt att någon form av kompensering har gjorts för att systemet ska fungera korrekt, d.v.s. ge korrekt inomhustemperatur Genom att optimera systemet (använda ett variabelt sekundärflöde) kan returtemperaturen minskas ytterligare, i synnerhet om systemet är överdimensionerat 12

Genom att förlänga radiator värmeväxlaren kan returtemperaturen sänkas ytterligare i de radiatorprogram som använder ett lågt flöde Oavsett graden av överdimensionering ger en kombination av ett optimerat radiatorprogram och en förlängd värmeväxlare en kraftigt sänkt primär returtemperatur Värden i tabellen är beräknade enbart för radiatorväxlaren. Man kan säga att sänkning av fjärrvärmecentralens totala returtemperatur dämpas av tappvarmvattenförbrukningen. Beräkningar motsvarande Tabell 1 för en parallellkopplad respektive 2-stegskopplad fjärrvärmecentral (baserad på Svensk Fjärrvärmes rekommendationer för dimensionering) ger att returtemperatursänkningarna reduceras med ungefär 20 %. Skillnaden mellan parallell och 2-stegskoppling är försumbar. Nyttan med att förlänga värmeväxlaren då sekundärflödet blir lågt visar egentligen på själva optimeringsproblemet: Då sekundärflödet minskas sjunker den sekundära returtemperaturen eftersom vattnet i systemet får en längre uppehållstid i radiatorerna. Värmeövergångstalet där begränsas till största delen av värmeövergången till luften, d.v.s. utsidan av radiatorn och påverkas knappast av ett förändrat flöde. I fjärrvärmecentralens värmeväxlare är situationen en annan. Då sekundärflödet sjunker så ökar den så kallade grädigkeiten, d.v.s. skillnaden mellan primär och sekundär returtemperatur, eftersom värmeövergångstalet i värmeväxlaren är kraftigt flödesberoende. Figur 3 visar hur den sekundära returtemperaturen sjunker vid minskande flöde samtidigt som grädigkeiten ökar. Detta resulterar i en primär returtemperatur som först sjunker för att sedan stiga vid mycket låga flöden. Värdena i figuren är hämtade från ett av försöksobjekten. I det aktuella lastfallet erhålls den lägsta primära returtemperaturen vid ett radiatorflöde på ungefär 30 procent av det ursprungliga. 4 0 7 T p r, r a d 3 9 T s r 6 3 8 G r 5 Returtemperatur, C 3 7 3 6 Optim u m, l äg s t T p r 4 3 Grädigkeit, C 3 5 2 3 4 1 3 3 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 Flö d e, % Figur 3 Primär och sekundär returtemperatur och grädigkeit som funktion av radiatorflödet. 13

Ytterligare en anledning till att ta med inverkan av en förlängd värmeväxlare i jämförelsen i Tabell 1, är möjligheten genom nya installationer. Stora delar av bostadsbeståndet i landet, främst hus inom miljonprogrammet, står inför omfattande renoveringsbehov. Det är då rimligt att fundera över konsekvensen för resultaten i detta projekt om färre radiatorsystem är överdimensionerade i framtiden, både i äldre, renoverade, och i nybyggda hus. Den försämrade potentialen för returtemperatursänkningar som följer av minskad överdimensionering kan kompenseras genom möjligheten att installera värmeväxlare som är dimensionerade för ett optimerat radiatorprogram, d.v.s. med förlängd värmeväxlare. Dessutom står man med optimerad drift rustad för framtida förändringar av systemtemperaturer i fjärrvärmenätet. Om framtemperaturen sänks så anpassar sig regleringen automatiskt för att alltid ge lägsta möjliga returtemperatur. 2.3. Beskrivning av försöksobjekt 2.3.1. Bakgrund Våra försök med adaptiv reglering har genomförts i i fyra flerbostadshus i området Fridhem i Karlshamn. Husen ägs av Karlshamns Bostäder AB (KABO). Två forskningsprojekt finansierade av Fjärrsyn har hittills utnyttjat Fridhem för fältförsök, Optimal reglering av radiatorsystem (2007:6, LTH) [6] och Sänkning av returtemperaturer genom laststyrning (2008:2, BTH & LTH i samarbete med Noda IS AB) [5]. Huvudtema för de båda projekten har varit sänkning av fjärrvärmevattnets returtemperatur. Vi (LTH) har hittills gjort försök på Fridhem i fastighet 12-18. Således finns det en hel del teknisk kompetens att ta del av samt en hel del redan öppna dörrar, speciellt vad gäller lokal kännedom och kommunikationsteknik. Det finns flera anledningar till att just detta område valdes. Sedan 2005 är områdets alla fjärrvärmecentraler utrustade med DUC-baserad kontrollutrustning av märke IQ- Heat (Alfa Laval AB), och alla DUC:ar är anslutna till ett fjärrövervakningssystem hos Karshamns Energi AB (KEAB) som också sköter drift och underhåll av fjärrvärmecentralerna enligt färdig värme -principen. DUC:arna, av fabrikat Siemens, är utrustade med var sin kommunikationsmodul som även kan utnyttjas för exekvering av mindre, egna datorprogram. Noda IS hade etablerat samarbete med representanter från Alfa Laval och Siemens och fick viss support när det gällde programmering av DUC:arna, vilket kunde utnyttjas i vårt projekt. Samtliga hus byggdes 1967-1968 och har likartad konstruktion och isoleringsgrad. Tre av de utvalda husen har tre våningar och kan beskrivas som avlånga, medan ett hus snarare är ett punkthus med sex våningar. Av de avlånga husen står två parallellt, medan det tredje står vinkelrätt mot de två förstnämnda och är något längre. Detta är av intresse eftersom husens utformning påverkar rördragning för radiatorkretsen i respektive hus. Man får på det sättet en viss variation i de tekniska förutsättningarna. En mycket viktig faktor då det gällde valet av bostadsområde är att KABO generellt är positiva till fältstudier i deras bostadshus och deras representant, Hans Magnusson, är både kunnig och brinner för teknikutvecklingsfrågor. Även KEAB har en klart positiv inställning till fältförsök i deras nät trots att detta kan innebära osäkerhetsmoment och visst merarbete. Avslutningsvis är Fridhem ett välavgränsat område med relativt stabila driftsförhållanden i fjärrvärmenätet. 14

2.3.2. Alternativa mätobjekt Vid projektets uppstart var ambitionen att genomföra fältförsök även i Malmö hos MKB Fastighet AB i samarbete med företaget Diana Control AB. Trots en positiv inställning föll idén på att vår kontaktperson på MKB var tvungen att dra sig ur projektet. Vår erfarenhet är att utan en engagerad representant hos samarbetspartnern kan projekt med den aktuella komplexiteten inte genomföras. 2.3.3. De aktuella byggnaderna Figur 4 visar de aktuella byggnaderna. Förutom huskropparna finns lokaliseringen av inomhustemperaturgivarna markerad (sex givare per hus). Man ser att hus nr 26 skiljer sig från de övriga tre vad gäller dess proportioner. Det finns källare i varje hus, där det finns förråd och tvättstuga samt en undercentral. Området var från början försörjt med värme från en gemensam panncentral som 1982 ersättes av en fjärrvärmeansluten värmeväxlare för att 2004 övergå till fjärrvärmecentraler i samtliga byggnader. I hus 12-18 finns det en butik och en pizzeria i källarplanet (som ligger i marknivå på västra sidan av huset) och där finns två luftvärmebatterier installerade, som är anslutna till husets radiatorkrets. Detta innebär en störning ur projektets synvinkel, eftersom värmebatterier inte har samma termohydrauliska egenskaper som vanliga radiatorer varför dess returtemperatur således påverkas annorlunda av temperaturförändringar i radiatorkretsen. Luftbatterierna är dock avstängda nattetid. En liknande situation finns i hus 1-7 där det finns ett luftbatteri i garaget i källarplan. Detta batteri aktiveras automatiskt i samband med att garageporten öppnas, och stängs av så fort den timerstyrda avgasfläkten stannat. I det fallet kan batteriet aktiveras även nattetid, men drifttiderna är relativt korta, typiskt 5-10 minuter. I de övriga två husen finns det enbart radiatorer installerade i radiatorkretsen. 15

Figur 4 Försökshus i området Fridhem, Karlshamn (foto och bearbetning: Hans Magnusson, KABO) En principiell skillnad i utformning av radiatorkretsen finns mellan punkthuset (nr 26) och de övriga husen. Fördelningsrören i källarplanet i hus 26 är relativt korta beroende på huskroppens kompakta utformning. De vertikala radiatorstammarna är i och för sig ungefär dubbelt så långa jämfört med trevåningshusen men detta är ganska litet jämfört med hur långa horisontella fördelningsledningar det behövs i källarplanet i de sistnämnda husen. Således kan responstiden i returtemperaturen från radiatorkretsen 16

vid temperaturvariationer i framledningen förväntas vara kortast i hus 26. Den längsta responstiden förväntas uppstå i hus 1-7 som har flest trapphus och är längst. Radiatorerna i samtliga hus är utrustade med termostatventiler, men dessa är minst tio år gamla och det är osäkert i vilken utsträckning de fungerar. I samband våra försök kunde vi konstatera att cirkulationsflödet inte varierar nämnvärt i radiatorkretsarna, vilket kan tyda på att många ventiler har fastnat. Det bör påpekas att den adaptiva regleringen inte är beroende av huruvida det finns termostatventiler i ett system. Oavsett vilken kombination av optimal framledningstemperatur och flöde som identifieras för en given utetemperatur så ska den inmatade effekten vara densamma. Termostatventilernas uppgift är att begränsa radiatorsystemets värmetillförsel i ett rum då övrig värmetillförsel (sol, personer, elektrisk utrustning) resulterar i en övertemperatur i rummet. 2.3.4. Mät- och styrutrustning Den främsta mätresursen i försöksobjektens fjärrvärmecentraler är DUC:en. Den är utrustad för att mäta alla inkommande och utgående temperaturer i respektive fjärrvärmecentral, samt kan, i förekommande fall, hämta data från den tillhörande energimätaren. DUC:en är ansluten till internet och det går att kommunicera med den på ett antal sätt, såsom via programvaran Saphir Scope (Siemens), eller FTP. Efter omkonfigurering kan den även kontrollera pumpvarvtalet hos radiatorkretsens cirkulationspump, tack vare att pumparna i alla fjärrvärmecentraler kompletterades med kommunikationsmoduler (Genibus) i början av projektet. En generell bild av den aktuella fjärrvärmecentralstypen, en 2-stegskopplad central från Cetetherm, visas i Figur 5. Figur 5 Fjärrvärmecentral typ IQ-Heat, från Ceteherm AB (numera Alfa Laval AB) För att få kontroll över cirkulationsflödet i radiatorkretsarna har vi använt två utanpåliggande flödesmätare (clamp-on) av fabrikat Krohne. En av dessa placerades permanent i hus 12-18 och den andra i hus 26. Den senare användes dock senare för att kartlägga vilka cirkulationsflöden som motsvaras av olika pumpvarvtal i de övriga försöksobjekten. På det sättet har vi kartlagt vilket cirkulationsflöde som erhålls beroende på pumpvarvtal i respektive hus. För att kunna försäkra oss om att de temperaturer man mäter i fjärrvärmecentralen i rimlig grad motsvarar de genomsnittliga temperaturnivåerna i olika radiatorstammar har 17

vi även installerat separata dataloggrar av fabrikat Intab i hus 12-18 och 26, se Figur 6. Loggrarna utrustades med var sitt GSM-modem för enkel fjärråtkomst. På det sättet kunde eventuella mätfel eller störningar i radiatorkretsen identifieras samt förekommande tidskonstanter beroende på kretsens termiska massor och rena transporttider i dess fördelningsrör och stammar kunde kartläggas. Som temperaturgivare har huvudsakligen termoelement använts men i hus 12-18 används även några Pt100-givare som referens. Det finns nio temperaturmätpunkter i hus 12-18 (i källarkorridoren) och 15 i hus 26 (i undercentralen och i ett källarförråd tillhörande KABO). I samband med intrimning av mätutrustning kunde vi styra/konfigurera DUC:arna direkt från dess respektive styrpanel, men i ett senare skede övergick vi till att styra från PC, med hjälp av programvaran Saphire Scope som gav fullständig åtkomst till DUC: ens styrfaciliteter. Datakommunikationen skedde då via GSM-modem. En viktig aspekt av vårt projekt var att inomhusklimatet i de berörda byggnaderna inte skulle påverkas på ett olämpligt sätt i samband med våra försök. Detta var möjligt tack vare att sex trådlösa inomhustemperaturgivare av fabrikat Ecoguard, Figur 6, genom KABO:s försorg installerades i samtliga hus i området. Mätvärden, samlade med 15 minuters upplösning, kunde hämtas via internet från Ecoguards dataserver. Figur 6 Datalogger typ PC-logger 2100, fabrikat Intab, till vänster, och inomhustemperaturgivare, fabrikat Ecoguard, till höger. 2.3.5. Tekniska förändringar i fjärrvärmecentralerna Vid projektets start var vi medvetna om behov av vissa kompletteringar i de befintliga fjärrvärmecentralerna. Det huvudsakliga problemet var att radiatorcirkulationspumparna, av fabrikat Grundfos, som var av varvtalstyrd typ, inte kunde fjärrstyras från respektive DUC. Detta åtgärdades, dels genom omprogrammering av DUC:arna, och dels genom kabeldragning mellan DUC:arna och de för ändamålet anskaffade Genibusmodulerna i pumparna. Ett annat problem, som visade sig vara omöjligt att lösa, var att inte alla energimätare var anslutna till DUC:arna och att i de fall där anslutning fanns, var inte alla mätvärdestyper tillgängliga. På grund av resursbrist utom vår kontroll fick vi anpassa oss till den rådande situationen. Dessutom upptäckte vi, innan projektet påbörjades, att vissa styrventiler fungerade bristfälligt. Det var mycket viktigt för den tilltänkta metodiken att regleringen var stabil och att ventilerna inte läckte, varför vi föreslog att styrventilerna i de fyra fjärrvärme- 18

centralerna skulle bytas ut. Detta visade sig vara en potentiell garantifråga vilket gjorde att utbytet drog ut på tiden. Den sista ventilen byttes ut i januari 2009. I samband med bytet passade KEAB på att övergå till en något dyrare modell av styrventilen. Samtidigt passade vi på och föreslog något mindre ventilstorlekar (kvs) eftersom analys av tidigare insamlade mätvärden pekade på viss överdimensionering. För dimensionering av fjärrvärmecentraler och detaljer angående ventilbytet, se bilaga A. Efter inledande tester under februari månad 2009, kunde vi konstatera att cirkulationspumparna generellt är så pass mycket överdimensionerade att cirkulationsflödet inte kunde styras ner så mycket som vi önskat. Varvtalet var minskat till 60-70% på alla pumparna och det finns ett förutbestämt minsta varvtal som inte går att underskrida i den här typen av pump. Diskussioner med tillverkaren gav vid handen att det lägsta pumpvarvtalet inte går att förändra i den befintliga modellen, varken via pumpens frontpanel eller via fjärrkontrollen (som var mer avancerad). I det läget bestämde vi oss för att strypa flödet med hjälp av en befintlig avstängningsventil placerad efter pumpen istället, vilket försköt pumpens arbetsområde. Strypningen utfördes så att pumpen gav halva cirkulationsflödet vid 100% varvtal. Styrkurvan ändrades följaktligen så att temperaturfallet fördubblades. 2.3.6. Inomhustemperaturen och byggnadernas värmetröghet Inomhustemperaturen är en indikation på hur värmekomforten är. Det finns flera andra faktorer som påverkar komfortkänslan såsom luftfuktighet, strålning och drag men det ingår inte i projektet huvudmål att undersöka detta. Vi nöjer oss med att konstatera att om inomhustemperaturen inte påverkas av våra experiment jämfört med de perioder då värmesystemet fungerar på ett konventionellt, så har vi inte påverkat radiatorernas värmeavgivning. Vi kan samtidigt konstatera att övervakning av värmekomforten i bostadshus inte är trivialt beroende på individuella brukarvanor i olika lägenheter. I en idealiserad bild av ett värmesystem strävas det efter att inomhustemperaturen hålls på en jämn nivå. I verkligheten påverkas inomhustemperaturen mycket av de boende på grund av: återkommande justering av termostatinställning vädring intern värmegenerering Till detta kan även byggnadens tidskonstant adderas. Detta illustreras i Figur 7 där mätning av inomhustemperaturen i fyra av Fridhems byggnader visas. De tunna färgade linjerna motsvarar individuella temperaturer medan den tjocka, svarta linjen är ett medelvärde. Man ser längst till vänster att linjerna ingalunda är flata utan att regelbundna variationer förekommer i flera fall. Studerar man varje linje för sig i detalj så finns det exempelvis fall då temperaturen sjunker nattetid och ökar på morgonen en självinitierad nattsänkning, men det finns även fall där man tillämpar dagsänkning (antagligen då man lämnar lägenheten), men det finns även fall då temperaturen är konstant, se en blå och en lila kurva på 19-gradersnivån. De genomsnittliga temperaturnivåerna varierar relativt mycket, inom ett intervall på 18,5-22,5 C. En intressant iakttagelse i figuren är att inomhustemperaturen slutar variera och börjar sjunka under perioden 20-22 december. I och med att just dessa fyra hus bebos 19

av studenter och detta är början på jullovet så töms husen nästan helt. Minst ett undantag finns den gröna linjen överst i diagrammet visar att någon bestämde sig för att stanna linjen uppvisar ett klart dygnsmönster, och några personer åkte bort bara över nyårshelgen. Man ser även att en återgång till de vanliga temperaturnivåerna påbörjas kring den 5 januari året därpå, längst till höger i diagrammet. Händelsen ger oss ett utmärkt tillfälle att studera byggnadens termiska tidskonstant, man ser att det tar flera dagar innan temperaturen stabiliserat sig och tidskonstanten kan uppskattas till 4-6 dagar, beroende på vilken kurva man väljer. Detta visar att kortvariga (några timmar långa) ändringar av radiatoreffekten inte märkbart påverkar inomhustemperaturen i dessa byggnader. Här ser vi även förklaringen till att vi under försökens gång inte fått några klagomål från hyresgästerna, trots att vi har manipulerat radiatorkretsarna ganska rejält under utprovningen av vår försöksmetodik. De regelrätta försöken nattetid, som beskrivs i denna rapport, torde inte märkas överhuvudtaget. Figur 7 Inomhustemperaturmätning i 24 lägenheter i fyra bostadshus bebodda av studenter. Praxis för reglering av radiatorsystem är att byggnadens tidskonstant används för beräkning av den s.k. dämpade utetemperaturen, som används som indata till styrkurvan. Tidskonstanten för den dämpade utetemperaturen i testobjekten på Fridhem är satt till 40 timmar. Enligt resonemanget ovan är detta för lite, men vi har valt att inte ändra dessa inställningar för att få jämförbara förhållanden före och efter försöken. 2.3.7. Befintlig styrning av radiatorkretsarna Som redan diskuterats så regleras radiatorernas värmevärmeavgivning som en funktion av den dämpade utetemperaturen med hjälp av så kallade styrkurvor. För att kontrollera riktigheten i de styrkurvor som används i Fridhems fjärrvärmecentraler har driftdata samlat i NodaIS server använts. Om man antar att cirkulationsflödet i radiatorkretsen är ungefär konstant så kan man även anta att avkylningen i radiatorkretsen är propor- 20

tionell mot effektbehovet, eller mot skillnaden mellan balanstemperaturen för byggnaden (då radiatorsystemet upphör att tillföra värme) och den dämpade utetemperaturen. Detta kan uttryckas som: T T balans sf T T sr ute, dämpad = konstant Konstanten kan användas för att bestämma T s,dut enligt: T T Δ T = T T ( ) sf sr s, DUT balans ute, DUT Tbalans Tute, dämpad Sambandet exemplifieras med hjälp av mätdata för ungefär 1½-månads drift från en av Fridhems fjärrvärmecentraler i Figur 8. Den blåa, den gulprickade respektive den tjocka ljusblå linjen visar i motsvarande ordning uppskattad avkylning i radiatorkretsen vid DUT, baserad på momentana värden, dygnsmedelvärden och veckomedelvärden. Man ser att de två senare linjerna har ungefär samma förlopp. En markant nivåförändring mitt i perioden beror på att en justering av styrkurvan utfördes, annars är värdena stabila. Den använda balanstemperaturen var 15 C och den estimerade avkylningen vid DUT var ungefär 23,5 C under den första perioden och knappt 21 C under den andra. Motsvarande beräkning gjordes för Fridhems alla fjärrvärmecentraler, resultatet visas i Figur 9. Figur 8 Estimering av dimensionerande avkylning (vid DUT) i radiatorkretsen. Styrkurvan modifierades mitt i perioden varför två olika värden, ca 23,5 respektive 21 C, kan identifieras. 21

Figur 9 Estimering av dimensionerande avkylning (vid DUT) i radiatorkretsen för Fridhems alla fjärrvärmecentraler. Ju stabilare en kurva är, desto bättre är anpassningen av styrkurvan till radiatorernas värmeavgivningsegenskaper. Man ser här att de använda styrkurvorna ger ett relativt stabilt estimat av den dimensionerande avkylningen vilket tyder på att de i rimlig grad motsvarar radiatorkretsens värmeavgivningskarakteristika, vilket är viktigt att veta då man modifierar dessa kurvor i samband med experiment. Samtidigt kan man konstatera att, trots att radiatorkretsarna inom området med stor säkerhet var projekterade av samma konsult så råder det stor spridning på valet av styrkurva idag. Det är tänkbart att kurvorna har anpassats till kretsarnas hydrauliska egenskaper/injustering efterhand. Man kan anta att det är så även på många andra håll. I detta sammanhang kan även nämnas att det inte finns några garantier att man tar hänsyn till överdimensionering i äldre hus vid ombyggnad och modernisering av deras radiatorkretsar. Som exempel kan nämnas att fjärrvärmecentralen i hus nr 12-18 år 2005 dimensionerades till 185 kw radiatoreffekt vid DUT och för 80-60 C vid 2,25 l/s, medan det framgår av Figur 10 i nästa avsnitt att den levererar 39,2 kw vid en utetemperatur kring 0 C, vilket motsvarar ungefär 50 procents last. Vi vet även att det faktiskt inställda cirkulationsflödet är ungefär 1,1 l/s och temperaturprogrammet är 60-40 C faktiskt en mycket god överensstämmelse med resonemangen som presenterades i samband med Figur 1. 2.3.8. Inverkan av inkoppling av luftbatterier Teorin som ligger bakom teoretisk optimering av avkylningen i fjärrvärmecentraler genom att radiatorflödet varieras förutsätter att det är radiatorer som används för 22

uppvärmning och att värmebehovet är kontinuerligt. Situationen kompliceras något om även andra förbrukare finns. Det förekommer att luftbatterier som värmer trapphus, tvättstugor och garage mm ansluts parallellt till radiatorkretsen. Dessa har andra termohydrauliska egenskaper och arbetar ofta intermittent. Figur 10 visar ett uppmätt förlopp där de två fläktbatterierna i pizzerian och jourbutiken i byggnaden 12-18 är i drift på dagtid men inte nattetid. Man ser att cirkulationsflödet i radiatorkretsen ökar med drygt 0,1 l/s och den tillförda effekten ökar med 4-5 kw då batterierna är igång. Man kan även se att den visade returtemperaturen från en av radiatorstammarna i källaren (betecknad 11) är lägre än annars, så länge batterierna är inkopplade. Det sistnämnda betyder att cirkulationsflödet i stammen sjunker då, beroende på att radiatorkretsen i viss mån blir kortsluten av luftbatterierna. Fenomenet påverkar inte våra experiment som görs nattetid, men man måste fråga sig om driftstrategier som tagits fram för en radiatorkrets bestående av enbart radiatorer kommer att hålla (vara optimala) då en icke försumbar last av annan karaktär kopplas in. I värsta fall han det hända att batteriet, vid hög framledningstemperatur, kortsluter kretsen och orsakar en högre returtemperatur istället för en lägre. Hur man ska förfara med blandade kretsar vid optimering kräver således vidare utredning. Figur 10 Inverkan av parallellinkoppling av luftbatteri eller liknande i radiatorkretsen på cirkulationsflödet och de sekundära returtemperaturerna (Fridhem 12-18). 2.4. Kommunikation De försök som presenteras här måste utformas med omsorg så att försöksobjekten inte påverkas på ett oönskat sätt. Information måste samlas, direktiv måste skickas 23

och dess inverkan måste följas upp. I synnerhet måste man försäkra sig om att normal drift återupptas om man tappar kontakt med objektet (fjärrvärmecentralens styr- och reglersystem). Detta kan inträffa på grund av allmänna problem i datakommunikation, överbelastning, oväntad ändring av säkerhetsrutiner eller helt enkelt av s.k. hängning av styrprogramvaran. Våra försök utförs huvudsakligen nattetid och efter en inledande period då vi testade oss igenom hur saker och ting fungerar stod det klart att även de manuella (icke adaptiva) försöken som behövde göras, krävde automatisering. I det sammanhanget spelade det mindre roll att försöksobjekten finns i Karlshamn och vår arbetsplats finns i Lund rutinerna borde fungera likartat oberoende av var man befinner sig. Kommunikationsproblematiken och den använda lösningen exemplifieras i Figur 11. Utgångsläget är att en fjärrvärmecentral i Karlshamn har en DUC-baserad reglercentral som kan nås via internet (IP191). För att nå bredbandsnätet på Fridhem måste man dock använda en programvara för accesskontroll, SmartPass. Reglercentralens basprogramvara styr och övervakar fjärrvärmecentralens styrventiler och cirkulationspumpar samt kan hämta information från energimätaren i realtid. Den kan kontrolleras manuellt via internet med hjälp av tillverkarens dedicerade mjukvara Saphir Scope (Siemens). Mjukvaran är dock inte lämpad för automatiserad fjärrstyrning. Figur 11 Flödesschema av komponenter, kommunikationsvägar och kommunikationsprotokoll vid automatiserad fjärrstyrning av fjärrvärmecentral på Fridhem. Lösningen finns, i vårt fall, tack vare att företaget NodaIS AB har utvecklat små mjukvarumoduler, s.k. agenter, som kan kommunicera med olika typer av reglercentraler. En Noda-agent på Fridhem exekverar i själva DUC:en, samlar mätdata med förinställt 24

intervall och skickar detta till en databas (PostgreSQL) i företagets server. Genom att skicka SQL-förfrågningar (PGAdmin) till servern via internet får man tillgång till godtyckliga mätvärden, även bakåt i tiden. På det sättet får vi driftinformation med, normalt, 10 sekunders fördröjning. På LTH använder vi ofta programvaran Matlab som är ett mycket kraftfullt beräkningsverktyg som på samma gång kan användas för övervakning, simulering och styrning. Ett Matlab-program (skript) kan exekvera kontinuerligt och automatiskt hämta mätdata från SQL-servern i Karlshamn, utvärdera data och besluta om förändrad styrstrategi. För detta finns det en LTH-agent implementerad i valda DUC:ar på Fridhem. Agenten modifierar bara vissa börvärden i reglercentralen vid behov medan själva regleringen sköts som vid normal drift. För att styra agenten, används s.k. direktivlistor. Dessa listor formuleras automatiskt av Matlab-skriptet och skickas över till DUC: en via internet med hjälp av s.k. FTP (File Transfer Protocol). Agenten kontrollerar om något nytt finns att utföra i den aktuella listan en gång per minut. Listan består av tidpunktangivelser och direktiv som kan handla om att ändra ett börvärde, frysa/ändra läge på en styrventil, stoppa/starta en pump etc. För att gardera sig mot avbrott i kommunikationen avslutas varje lista med direktiv som återställer normal drift av reglercentralen efter ett givet tidsintervall om inga nya direktiv kommer dessförinnan. Figur 12 visar ett exempel på innehållet i en direktivlista. Direktiven innebär att man påverkar radiatorkretsen genom att först frikoppla styrventilens ställdon från regulatorn: datum och tid följt av objektnummer (2) och tillstånd (0), varefter pumpvarvtalet ändras till 50%, 40%, 60% respektive 100% (ursprungligt värde) med ungefär en halvtimmes intervall (objekt nummer 3 och 4, värde 5000, 4000, 6000 respektive 9999). Slutligen aktiveras ställdonet igen (objekt nummer 2, tillstånd 1). Figur 12 Direktivlista med exempel på schemalagda direktiv som kan skickas till vald fjärrvärmecentral för att modifiera dess börvärden. Dessvärre fungerade inte kommunikationen smärtfritt från början. Matlabs FTP-klient fungerade inte ihop med FTP-servern i Karlshamn, så vi fick pröva oss fram tills vi hittade en klient som var kompatibel i båda riktningarna. För att kunna hämta mätdata 25

via SQL krävdes det enskilda drivrutiner för databashantering för, i vårt fall, Windows XP. När detta var klart så visade det sig att programmodulen LTH-agent misstolkar vissa kommandon, vilket vi inte kunnat testa tidigare. Det krävdes tre veckors felsökning i samarbete med NodaIS och Alfa Lavals tekniska personal innan alla problem var lösta. Det kan tänkas att sådana problem hade varit enklare att lösa om man hade genomfört projektet i ett tätare samarbete med en DUC-tillverkare än vad fallet var här. Å andra sidan hade det då funnits en risk att företagsspecifika lösningar hade använts för att lösa de uppkomna problemen. 26

3. adaptiv optimering metodik Det här kapitlet handlar om hur man bestämmer optimala styrkurvor för framledningstemperatur och flöde i radiatorkretsen i praktiken. I det teoretiska exemplet antogs att systemet var hundra procent överdimensionerat, medan man i ett godtyckligt system inte med säkerhet kan veta graden av överdimensionering. Med tanke på att vi dessutom vill ha en robust och adaptiv reglering, bör optimeringen ske just adaptivt. Den metod som har visat sig fungera bäst beskrivs nedan. Metoden går i princip ut på att man genom automatiskt utförda försök successivt modifierar styrkurvan och bestämmer tillhörande flöde. 3.1. Onlineförsök - flödesvariation 3.1.1. Bakgrund I förra rapporten inom projektet visade sig den mest lämpade metoden vara att helt enkelt testa att variera flödet för varje lastfall. Genom att låsa styrventilen kan man anta att man har ungefär samma primärflöde, och då variationerna i primärvattnets avkylning är relativt små, blir den inmatade effekten också ungefär den samma. Då sekundärflödet minskas samtidigt som styrventilen hålls låst, så blir resultatet att framledningstemperaturen stiger. Då ett nytt flöde och dess resulterande framledningstemperatur testas jämförs den primära returtemperaturen med nivån före försöket. På så sätt kan den nya kombinationen av flöde och framledningstemperatur antingen accepteras eller förkastas. Denna metod möjliggör att man kan implementera den adaptiva algoritmen utan vidare i ett godtyckligt system, och efterhand kommer styrkurvan att modifieras. Ett problem med försöken att variera flödet så som beskrivits hittills är att metoden är känslig för störningar. Om primär framledningstemperatur, primärt differenstryck eller utetemperatur ändras under försökets gång, så kan man inte vara säker på att den inmatade effekten är konstant. I så fall kan en sänkt returtemperatur vara resultatet av att den inmatade effekten är för låg. Ett sådant försök måste i så fall förkastas. 3.1.2. Konstanteffektreglering För att göra försöken mindre känsliga för störningar har metodiken förbättrats. Medan tanken tidigare varit att man låst ventilen och väntat tills den sekundära returtemperaturen stabiliserat sig, innan man på nytt ändrat sekundärflödet, låses nu ventilen endast en kort stund för att värmeväxlaren ska stabilisera sig. Ett sätt att gardera sig mot yttre påverkan på effekttillförseln är att därefter återgå till automatisk reglering med den skillnaden att man istället för att använda en styrkurva, reglerar för att hålla temperaturdifferensen i radiatorsystemet konstant. Man kan anta att sekundärflödet är relativt konstant: så länge försöken utförs nattetid förekommer ingen solinstrålning och internt genererat värme (beroende på de boende och elektrisk utrustning) kan antas ligga på en relativt jämn nivå. Om temperaturdifferensen hålls konstant hålls därmed även effekten konstant. Säg till exempel att den primära framledningstemperaturen eller differenstrycket stiger under försökets gång. Med låst styrventil skulle detta resultera i en förhöjd sekundär framledningstemperatur med höjd effekt som följd. Det omvända skulle leda till en sänkt effekt och en returtemperatursänkning som då är felaktig, eftersom den inte sker på grund av förbättrad avkylning utan på grund av sänkt energitillförsel. 27