Modellering av energiforsyning sammen med bygg og kilder Pär Carling, EQUA
IDA ICE Modulärt dynamiskt flerzonsprogram för energisimulering med stöd för BIM-import Beräkning av termisk komfort (Top, PPD) Tryck-driven luftströmning för hela byggnaden Skräddarsydd design av VVS-anläggningen Godtyckliga styr- och reglerfunktioner Öppen källkod för detaljgranskning av komponenter Möjlighet att addera egna komponent-modeller Differentialalgebraisk ekvationslösare med adaptivt beräkningssteg
Byggnad och energiförsörjning Gångaren 11, Stockholm, Skandia HK Cirka 32 000 m2 Åtta våningar kontor plus garage/förråd Konferens och backoffice i entreplanet Restaurang med kök Ett atrium sträcker sig genom hela byggnaden Fjärrvärme Fjärrkyla
VVS-anläggning Kylbafflar med rumsreglering Konvektorer/radiatorer med termostatventiler CAV men VAV i konferensrum 4 stora ventilationsaggregat Överluft till garage Några separata frånluftfläktar Vätskekopplad återvinning Frikyla med samtidig förvärmning av uteluften Litet markvärmesystem
Simuleringsmodell av byggnad 28 beräkningszoner Multipliers för konferensrum på entreplan och mellanliggande våningar Fönster ihopslagna per zon och riktning Fönsters U-värden ökade 10% jämfört med produktdata Skuggning från intilliggande byggnader Schablonvärden på köldbryggor och infiltration
Simuleringsmodell av vvs-anläggning Ett fiktivt ventilationsaggregat ersätter fyra verkliga aggregat Separat köksventilation. Cirkulationsaggregat i atriet. Övriga småfläktar försummas Radiatorer/konvektorer för rumsvärme Kylbafflar för rumskyla Börvärde rumsvärme +22 C (P-reglering) Börvärde rumskyla +23 C (PI-reglering) CAV (temperaturstyrd VAV i konferensrum) Frikylabatteri simuleras enligt figur
Mätdata från SCADA-systemet Omfattande mätdatainsamling via SCADA-systemet 460 signaler loggas; temperaturer, tryck, effekter styrsignaler, börvärden, etc. Tio-minuters upplösning Ett års helt felfria mätdata! Analys med skräddarsydda verktyg _ 700 3 600 6 500 9 400 12 300 15 Fjärrvärme 200 18 21 100 05/01 26/01 16/02 09/03 30/03 20/04 11/05 01/06 22/06 13/07 03/08 24/08 14/09 05/10 26/10 16/11 07/12 28/12
Inkoppling av mätdata i modellen Uppmätt väder Modell Mätta luftflöden - Styrsignal luftbehandling - Styrsignal köksaggregat Modellens randvillkor ersätts med uppmätta tidsserier Detaljerad jämförelse mellan mätning och simulering blir meningsfull Mätta börvärden - Tilluftstemperatur - Framledningstemperatur VS2, KB1, KB2 Övrig mätning - Varmvatten och förlust - Markvärme - Processkyla baslast
Väderfilen baseras på mätdata från en närliggande väderstation Byggnad på Kungsholmen (blå) Väderstation på Södermalm (röd) Soldata från SMHI STRÅNG, 11x11 km Skillnad utomhustemperatur byggnadväderstation 2-3 C! Byter till byggnadens utegivare Tvättar utomhustemperatur från spikar
Små energiposter som inte simuleras KV1_VM2_Effekt 3 6 9 12 15 Tappvarmvatten 18 21 03/01 24/01 14/02 07/03 28/03 18/04 09/05 30/05 20/06 11/07 01/08 22/08 12/09 03/10 24/10 14/11 05/12 26/12 Markvarme 3 6 9 12 15 Markvärme 18 21 03/01 24/01 14/02 07/03 28/03 18/04 09/05 30/05 20/06 11/07 01/08 22/08 12/09 03/10 24/10 14/11 05/12 26/12 80 70 60 50 40 30 20 10 0 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Tidsschema för användning av tappvarmvatten beror på användare och är svår att gissa Rörförlust varmvattencirkulation kontrollerad varma sommarnätter (antas konstant) Markvärme (snösmältning) beräknas utifrån design-värden och uppmätta temperaturer samt pumpens stysignal Processkyla och rörförlust kontrolleras då ingen komfortkyla används (antas konstant)
Parametrar som justerades för att förbättra överensstämmelsen Mer detaljerad zonindelning (fasad/kärna) Ökade rörförluster hos köldbäraren Inga internlaster på nätter och helger Korrekta semesterdagar 2011 Husets temperaturgivare istället för väderstation
Jämförelse av simulerad och uppmätt fjärrvärme 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Week: from 2011-02-07 to 2011-02-13 Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 Skillnaden på årsbasis är < 1%! Intressantare att jämföra timme för timme Svårt att exakt fånga dynamiken då ventilationen slås på och av nattsänkningen slås på och av Black-out i styrskåpet under en dag Simulerad fjärrvärme Uppmätt fjärrvärme
Jämförelse av simulerad och uppmätt fjärrkyla 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Week: from 2011-07-11 to 2011-07-17 Modellen underskattar den årliga kylenergin med ca 5%. Underskattningen sker framförallt vid hög utomhustemperatur I byggnaden finns en funktion som fördröjer köp av fjärrkyla en timme på morgonen. Denna saknas i modellen. 0 Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun 4600 4620 4640 4660 4680 4700 4720 4740 Simulerad fjärrkyla Uppmätt fjärrkyla
Jämförelse av simulerad och uppmätt frikyleffekt 400 350 300 250 200 150 100 Week: from 2011-11-28 to 2011-12-04 Modellen underskattar frikylenergin med ca 20%. På morgonen när komfortkylsystemets pumpar startas kyler frikyla-systemet ned rören därav spiken. Rörens och vattnets massa modelleras inte. 50 0 Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun 7960 7980 8000 8020 8040 8060 8080 8100 Simulerad frikyleffekt Uppmätt frikyleffekt
Slutsatser Jämförelse mellan modeller och mätdata från verkliga byggnader är praktiskt möjligt. Jämförelsen ger värdefulla insikter om modellering. Det är svårt att manuellt kalibrera modellen. Processen borde automatiseras. Några detaljer Väderstationens placering är viktig Större detaljeringsgrad leder till större nogrannhet Rörförluster kan inte försummas