SMHI Prognosstyrning För lägre energiförbrukning och bättre inomhusklimat
Prognosstyrning av byggnader Marsnatten är klar och kall. Värmen står på för fullt i huset. Några timmar senare strålar solen in genom fönstren från en molnfri himmel. Temperaturen stiger snabbt, och de boende i huset öppnar fönstren för att släppa in lite frisk luft. Känns situationen igen? Nu finns tekniken som gör det möjligt att sluta elda för kråkorna och istället utnyttja en byggnads värmelagring och gratisenergi med hjälp av väderprognoser. SMHI:s prognoser på ekvivalent temperatur (ET) tar hänsyn till utomhustemperatur, solinstrålning och vind i samverkan med byggnadens läge, egenskaper och användningssätt. Genom att styra reglerutrustningen i en byggnad med ET-prognoser är det möjligt att uppnå Energibesparing på 10-20 kwh/m 2 Jämnare inomhusklimat Minskad miljöpåverkan En introduktion till ET Prognosstyrning Det är inte bara utomhustemperaturen som avgör värmebehovet för en byggnad. Även solstrålningen och vinden spelar en avgörande roll. Att en byggnad värms upp när solen lyser in genom fönstren vet vi alla. Likaså att huset förlorar mer värme när det blåser än när det är vindstilla ute. Däremot vet vi kanske inte alla att de olika väderparametrarna temperatur, vind, molnighet och solstrålning varierar beroende av varandra. I regel blåser det mindre ju kallare det är. Samtidigt är kalla dagar ofta soliga, i motsats till milda och blåsiga dagar. Därför avtar ökningstakten i värmebehov med fallande temperatur. Det finns med andra ord inget linjärt samband mellan energibehov och utomhustemperatur, vilket tydligt framgår av nedanstående figur. 1200 1000 Energiåtgång, wh/m2 800 600 400 200 0-15 -10-5 0 5 10 15 Dygnsmedeltemperatur, C Energibehov för uppvärmning vid olika dygnsmedeltemperaturer. Figuren visar ett års statistik av fjärrvärmeleveranser i Norrköping.
Energitillförseln regleras idag i regel efter rådande utomhustemperatur med hjälp av stegvis linjära styrkurvor inom olika temperaturintervall. Detta medför dock en rad problem. Låt oss anta att värmesystemet justeras in vid en viss utomhustemperatur så att önskad temperatur erhålls inomhus. Vid varje annan temperatur kommer systemet med den linjära styrkurvan att tillföra för mycket energi. Varje väderväxling medför alltså ett onödigt slöseri med energi. Med tanke på byggnadens värmetröghet har dessutom vädret under den närmast föregående tiden betydelse. Vid väderförändringar uppstår därför lätt svårigheter att upprätthålla önskad innetemperatur. Exempelvis ger en övergång från en kall natt till en klar dag med stort solvärmetillskott genom fönstren ofta stora övertemperaturer inomhus. Vid mildare men mulet och blåsigt väder blir det istället lätt kyligt inomhus - med klagomål från hyresgäster som följd. I en sådan situation är det inte ovanligt att man reglerar upp temperaturen. Detta förstärker dock tendensen till övertemperaturer vid återgång till kallare men lugnt och soligt väder. Följden blir alltså ständigt återkommande justeringar av reglerkurvan. I byggnader försedda med fläktventilation eller luftbehandlingssystem kan övertemperaturer motverkas, men då till priset av ökad energianvändning - man använder dyrköpt elektrisk energi för att bli av med redan betald värme eller gratisenergi från sol och personer knappast ett intelligent hus. Begreppet Ekvivalent Temperatur (ET) SMHI har sedan många år utvecklat en beräkningsmodell, ENLOSS, som ger ett samlat mått på effekten av temperatur, sol och vind för olika typer av byggnader. Modellen beräknar en så kallad ekvivalent temperatur, som tar hänsyn till utomhustemperatur, solinstrålning och vind i samverkan med den specifika byggnadens läge, egenskaper och användningssätt. C F S E P N I G ENLOSS-modellen beräknar nettobehovet av energi (N) genom att väga samman förluster från värmeledning (G), fläktventilation (F), värmetransmission (C) och självdragsventilation (I) samt värmetillskott från solinstrålning (S), personvärme (P) och tillskott från belysning, elektriska apparater m.m. (E). Med införandet av den ekvivalenta temperaturen skall nettoenergibehovet för upprätthållande av en viss innetemperatur kunna uttryckas som en linjär funktion av skillnaden mellan innetemperaturen och denna ekvivalenta temperatur. Den ekvivalenta temperaturen gör det alltså möjligt att ersätta den vanliga utomhustemperaturen i ett konventionellt styr- och reglersystem och ge ett integrerat mått på väderinflytandet, inklusive effekten av värmelagring i byggnaden. Nettobehovet (N) av värme beräknas med ENLOSS-modellen timme för timme med hänsyn tagen till byggnadens form, fönsterfördelning, innetemperatur, el- och personvärmetillskott samt till byggnadens energitekniska status (u-värden, lufttäthet och termiska tidskonstant). Som meteorologiska indata används lokala prognostiserade värden på utomhustemperatur, vindhastighet och vind-
riktning samt solinstrålning genom fönster. På så vis räknar ENLOSS-modellen fram byggnadsspecifika väderprognoser. Beräkningen avser antingen definierade typfall, dvs. byggnader med standardiserade, bygg- och energitekniska egenskaper och exponering för vind och sol, eller för byggnader med individuellt valda egenskaper och omgivning. 25 20 15 Temp 10 5 Utetemperatur Ekvivalent Temperatur 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Klockslag Exempel på hur den ekvivalenta temperaturen (röd kurva) kan avvika från den traditionella utomhustemperaturen (blå kurva) under ett dygn. Figuren visar ett betydande värmetillskottet under dagen som inte är möjligt att tillgodogöra sig vid styrning med en konventionell utomhustemperaturgivare. Effektivisera med ET Prognosstyrning Genom att mata reglersystemet i en byggnad med prognoser på den ekvivalenta temperaturen är det möjligt att ligga före vädret och anpassa energitillförseln efter det. Om till exempel en kall natt kommer att följas av en varm och solig dag kan byggnadens värmetröghet vändas till en fördel. Värmen kan då sänkas ett antal timmar i förväg utan att innetemperaturen hinner sjunka märkvärt. Omvänt kan man vid ett omslag till mulet och blåsigt väder eller inför ett snabbt temperaturfall höja värmetillförseln något i förväg. På så vis är det möjligt att uppnå en utjämning av effektvariationerna, en totalt sett lägre energianvändning samt dessutom ett jämnare inneklimat. Även inom kylenergiområdet är besparingspotentialen avsevärd. Prognoserna utgörs av timvisa värden på ekvivalent temperatur för den aktuella byggnaden samt tillhörande värden på prognostiserade meteorologiska parametrar (utomhustemperatur, vindriktning, vindstyrka och solstrålning). Prognosens längd är 5 dygn. Varje dygn distribueras prognoserna via internet till prognosmottagaren Temptransporter som är installerad i byggnaden. Prognosmottagaren omvandlar sedan prognosen till en styrsignal anpassad för byggnadens befintliga styroch reglerutrustning. Styrsignalen inverkar på regleringen genom en ledvärdesförskjutning av utomhustemperaturen. Prognosmottagaren övervakar prognoskvaliteten kontinuerligt genom att registrera skillnaden mellan uppmätt och prognostiserad utomhustemperatur. Om avvikelsen blir alltför stor övergår styrningen till att ske direkt mot rådande utomhustemperatur.
Här följer ett exempel på delar av en prognosfil. 20000427 Ort: Stockholm Typfall 157 A B C D E F G 20000427 8 24 4 2 190 374 20000427 9 24 6 2 200 515 20000427 10 23 8 3 200 579 20000427 11 25 9 3 210 655 20000427 12 26 11 3 210 630 20000427 13 27 11 3 220 630 20000427 14 27 12 4 220 531 20000427 15 26 11 3 230 470 20000427 16 24 10 3 230 335 20000427 17 23 9 3 240 245 20000427 18 19 9 3 240 123 20000427 19 18 8 3 250 43 A. DATUM 20000427 20 17 8 3 250 0 B. KL SVENSK TID (Vinter / Sommartid) 20000427 21 17 7 3 250 0 C. EKVIVALENTTEMPEMPERATUR, UTJÄMNAD. (grader) 20000427 22 15 7 3 240 0 D. UTETEMPERATUR (grader) 20000427 23 15 7 3 230 0 E. VINDHASTIGHET (m/s) 20000427 24 15 7 3 220 0 F. VINDRIKTNING (grader) 20000428 1 14 7 3 210 0 G. GLOBALSTRÅLNING (W/kvm) Prognosmottagaren Temptransporter Prognosmottagaren Temptransporter är en ny GPRS-baserad prognosmottagare med inbyggd funktion för prognosstyrning, loggning av utetemperatur, innetemperatur To, Te samt Tjust. Temptransporter kopplas enkelt in mellan den befintliga utomhusgivaren och dess reglerutrustning. Temptransporter kan löpande följas på internet. Logga in på Fastighetsägarnas hemsida: Klicka på SMHI prognosstyrning, Klicka på logga in som användare. Ange nu ditt användarnamn och lösenord. För fortsatt information om din anläggning klickar du på önskad informationsflik. Detta krävs för att införa SMHI - prognosstyrning Att abonnera på Prognosstyrning är enkelt och kräver endast följande moment av fastighetsägaren: 1. Fakta om byggnadens läge, egenskaper och användningssätt. Dessa uppgifter definieras i ett särskilt indataformulär som tillhandahålles av Fastighetsägarna. 2. Installation av prognosmottagaren Temptransporter. Fastighetsägarna kontaktar ER i god tid före installation 3. Som kvitto på driftsatt prognosmottagare tilldelas ett unikt användarnamn + lösenord.
Lägre energiförbrukning och bättre inneklimat SMHI har utvecklat och marknadsfört prognosstyrning sedan mitten av 90-talet. En av de första installationerna gjordes 1995. Två identiskt lika hyresfastigheter har utrustats med samma typ av styr- och reglersystem. Den ena fastigheten har haft konventionell radiatorstyrning, den andra har styrts med hjälp av SMHI:s prognosstyrning. En gång per dygn har den prognosstyrda fastigheten tagit emot en femdygnsprognos från SMHI med timvärden på ekvivalent temperatur. Prognosen har skickats via internet direkt till undercentralen i byggnaden. Med hjälp av prognosstyrningen har man lyckats sänka den årliga energiförbrukningen med 10-15 procent. De största besparingarna, upp mot 20 procent, har gjorts under höstvinter- och vårmånader då solens gratisenergi bäst kan tas tillvara. Beräkningar visar att årsenergibehovet för ett flerfamiljshus bör kunna reduceras med 20 procent eller mer vid fullt utnyttjande av solens värmetillskott. 70 60 Förbrukning (kwh) Prognosstyrt hus Förbrukning (kwh) Traditionellt styrt hus 50 40 30 20 10 0 00.00.00 03.00.00 06.00.00 09.00.00 12.00.00 15.00.00 18.00.00 21.00.00 SMHI:s prognosstyrning ger ett jämnare inneklimat och lägre effekttoppar, och har visat kunna ge en besparing på 10-20 procent per månad. Figuren visar dygnssignaturen för en prognosstyrd fastighet. Prognosstyrningen har också lett till att man fått en jämnare inomhustemperatur och därför ett bättre inneklimat. I båda byggnaderna har inomhustemperaturen uppmätts i olika lägenheter. Börvärdet för innetemperaturen var i båda fallen +21 grader. Resultaten av mätningarna visar tydligt att den prognosstyrda byggnaden har haft en mindre spridning i temperaturen samt mindre övertemperaturer än den icke-prognosstyrda byggnaden.
24,0 Rumstemp. Rum stem peratur (C), Prognosstyrt hus Rum stem peratur (C), Traditionellt styrt hus Hus styrt av utegivare 23,0 22,0 Prognosstyrt hus 21,0 20,0 19,0 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Figuren visar inomhustemperaturens variation under ett dygn i en prognosstyrd resp. en och icke prognosstyrd fastighet. Såväl teoretiska studier som praktiska erfarenheter visar alltså att prognosstyrning gör det möjligt att sänka energiförbrukningen med 10-20 kwh/m 2 och samtidigt förbättra inomhusklimatet. Under det senaste året har allt fler fastighetsägare insett denna möjlighet, och idag styrs ett flertal byggnader, i huvudsak flerfamiljshus, kontor, sjukhus och skolor över hela landet med hjälp av prognoser. Referenser Nedan följer några exempel på kunder och de besparingar som uppnåtts i olika objekt. AB Förvaltaren, Skogsbacken, Solna Bostäder: Besparing 19 % IVA, Grevturegatan, Stockholm, Bostäder/kontor: Besparing 12 % Vallentuna Kommun, Bällstabergsskolan: Besparing 19 % Brf. Karl XV port, Nybrogatan, Stockholm, Bostäder: Besparing 12 % Brf. Skatan 6, Karlavägen, Stockholm Bostäder: Besparing 13 % Mer information Prognosstyrning säljs av Fastighetsägarna Stockholm AB i samarbete med Elektro Relä AB. För mer information om Prognosstyrning, kontakta: Fastighetsägarna Stockholm AB Elektro Relä AB Affärsområde Teknik, Driftteknik Per Olsson Box 12871 Sördalavägen 22 112 98 Stockholm 141 60 Huddinge Telefon: 08-617 75 00 Telefon: 08-774 88 00 Telefax: 08-617 77 67 Telefax: 08-774 88 14 BESÖKSADRESS Alströmergatan 14 driftteknik@stofast.se http://www.fastighetsagarna.se