Edgar Mayer Product Marketing Manager CentraLine c/o Honeywell GmbH 07 I 2008 Stigande energikostnader, strama budgetar och strängare regler beträffande energieffektivitet i form av europeiska standarder det är krav som alla skolor i Europa, och i förlängningen i hela världen, ställs inför. På grund av den negativa ekologiska utvecklingen, med t.ex. global uppvärmning, tvingas dagens beslutsfattare att prioritera energieffektiviteten vid renovering och modernisering av skolbyggnader. Med hjälp av optimerade, intelligenta reglersystem är det möjligt att tydligt förbättra energieffektiviteten i skolbyggnader och märkbart sänka energiförbrukningen genom specifika regleralgoritmer. Energieffektivitet Energieffektiviteten i en byggnad blir större ju mindre värme (eller kyla, om klimatanläggning används) som går förlorad. En byggnads energieffektivitet påverkas av isoleringsegenskaperna hos tak, väggar och fönster, d.v.s. byggnadskonstruktionen och materialet (isolering) samt hur stora de utvändiga ytorna är som kan släppa igenom värme och kyla. Måttet på energieffektivitet är energibehovet för uppvärmning och kylning. En väsentlig faktor för energieffektiviteten i en byggnad är också kvaliteten på reglersystemen och fastighetsstyrningen. Många av de nedan beskrivna åtgärderna för energibesparing i skolor med hjälp av högvärdiga reglersystem kan genomgöras på ett både enkelt och ekonomiskt sätt. Undersökningar, som har genomförts av dr. Wolfgang Heße på ÖKO- THERM-GmbH 1 i Dresden, bekräftar att besparingar på upp till 15 % kan fås endast genom att optimera reglerparametrarna. 1 Dr.-Ing. Wolfgang Heße Ökotherm GmbH Verbesserung der Energieeffizienz bei der Wärmeversorgung von Gebäuden (Förbättring av energieffektiviteten vid uppvärmning av byggnader)
Förutom i Tyskland har man även i andra länder redan befattat sig intensivt med energieffektiviteten i skolorna. På det här området är Storbritannien ett föregångsland i Europa: i oktober 2008 startar projektet Sustainable Learning 2 som belyser energiförbrukningen i landets samtliga skolbyggnader. Varje skolbyggnad får ett certifikat, Display Energy Certificate - DEC, som både visar den aktuella årliga energiförbrukningen och jämför den med förbrukningen i andra skolor. Det här certifikatet, som är tillängligt för alla, uppdateras en gång om året och visar på så sätt hur energieffektiviteten kan förbättras. Beroende på energieffektivitet får skolorna ett DEC med betyg mellan A (mycket bra) och G (mycket dåligt). Alla elever och lärare får se hur energieffektiv deras skola är, och de lär sig hur man kan sänka energiförbrukningen genom enkla åtgärder, t.ex. genom att använda belysningen på ett ansvarsfullt sätt. Det här projektet är den brittiska regeringens svar på kraven i Energy Performance of Buildings Directive (EPBD, direktiv för energieffektivitet i byggnader) från 16 december 2002, som kräver större energieffektivitet i byggnader. 2 www.sustainablelearning.info Energieffektiva reglerfunktioner De mest energieffektiva reglersystemen anpassar uppvärmningen resp. kylningen efter det aktuella behovet. Varje förbrukare t.ex. en värmekrets, en varmvattenberedare, en klimatanläggning eller en rumsreglering kan då skicka en signal till värme-/klimatanläggningen, som talar om att börvärdet inte har nåtts och att uppvärmning/kylning ska startas. Eftersom användningstider kan ställas in separat för varje förbrukare ställs inte onödig energi till förfogande, därmed har man redan kommit ett steg på vägen att stoppa energislöseriet. Bild 1: Skolbyggnad med intelligent styrsystem
Värmereglering Av kostnadsskäl använder de flesta skolor värmeregleringssystem som reglerar framledningstemperaturen beroende på utetemperaturen. I bästa fall har värmesystemet delats upp i olika zoner som styrs enligt inställda tidsprogram. En zon består av flera klasssrum, som för det mesta inte används efter samma schema. Tidsprogrammet för en sådan värmekrets måste alltså anpassas efter användningsgrad. Eftersom det särskilt på vintern är viktigt att eleverna kommer till varma klassrum på morgnarna, ställs tidsprogrammen ofta in på så sätt att uppvärmningen startar två till tre timmar innan undervisningen börjar. Optimering av inkopplingstiderna för värmekretsarna kan här vara mycket effektivt för att märkbart sänka energiförbrukningen. Vid högre utetemperaturer startar anläggningen automatiskt senare, därigenom kan man spara minst 10% värmeenergi. För att optimera regleringen använder CentraLineregleringssystemen en adaptiv byggnadsmodell, som tar hänsyn till byggnadens värmelagrande egenskaper när till-/frånkopplingstiderna beräknas. Med utetemperaturstyrd reglering är det inte möjligt att ta med andra påverkande faktorer i beräkningen, t.ex. solinstrålning, värmen som alstras av apparater (datorer etc.), eller antalet elever som befinner sig i klassrummet. Varje elev alstrar t.ex. ungefär 60 watt värme. Överskottsvärmen ventileras ofta bort genom öppna fönster, vilket ovillkorligen leder till energislöseri. De här nackdelarna kan endast kompenseras genom rumsreglering. För att minska ovan nämnda nackdelar med utetemperaturstyrd reglering av framledningstemperaturen är det mycket viktigt att reglersystemet håller börvärdet för framledningstemperaturen så lågt som möjligt. Reglerenheter som Tiger eller Panther från CentraLine gör detta genom automatisk adaption av värmekurvan, det betyder att värmekurvan automatiskt anpassas till byggnaden. Pumpreglering Behovsstyrd reglering av pumparna i värmesystemet ger ytterligare besparingar: i många fall är pumparna igång dygnet runt på högsta varvtal. Framför allt för stora matarpumpar med en effekt på över 100 kw finns det stora möjligheter till besparingar. Vid frostrisk är det naturligtvis viktigt att pumparna går kontinuerligt. Om pumparna dock endast är igång när det verkligen föreligger energibehov under de perioder när utetemperaturen är högre, kan man spara 30 till 60 % av elförbrukningen. Med ett reglersystem från CentraLine blir det möjligt att stänga av pumparna i värmekretsarna när ventilen är stängd. De startas naturligtvis med jämna mellanrum för att undvika felaktiga mätvärden i stillastående vatten.
Användning av förnyelsebara energikällor I framtiden bör man naturligtvis överväga alternativa lösningar som värmepumpar och olika former av solenergi när man moderniserar byggnader. Vid drift av värmepumpar behöver man t.ex. bara tillföra 30 % av energin från konventionella energikällor, resten hämtas direkt från naturen från förnyelsebara, kostnadsfria energikällor. Reglerstrategin från CentraLine innehåller alla funktioner som behövs för effektiv styrning av enskilda och sammankopplade värmepannor och för integrering av alternativa, miljövänliga värmekällor. Värmekällorna grupperas så att de miljövänliga alltid prioriteras och de konventionella används för att täcka behovet under toppbelastning. Den här reglerstrategin sörjer för att endast den nödvändiga värmeeffekten står till förfogande och att värmekällan arbetar med maximal verkningsgrad. Detta nås genom att värmebehovet som signaleras av förbrukarna jämförs med värmeeffekten som ställs till förfogande av värmekällan. Med så långa gångtider som möjligt och färre start- och avstängningsförlopp förlänger reglerstrategin dessutom värmepannans livslängd. Reglersystem som inte är optimalt inställda kan i värsta fall leda till att värmepannan måste bytas ut redan efter ett eller två år. Rumsreglering Rumsreglering är det mest effektiva sättet att reglera värmen i klassrum. Investeringen kostar ca 3500 kronor per rum för reglerteknik, inklusive uppkoppling mot systemet för fastighetsstyrning. Den kompenserar dock för alla nackdelar med utetemperaturstyrd reglering av framledningstemperaturen. Med rumsreglering kan varje klassrum få ett eget tidsprogram uppvärmning, eller kylning med fläktkonvektorer eller kyltak, sker endast när rummet används. Först installeras en rumstemperaturgivare, som även registrerar extern värme, i varje rum. CO 2 -reglering och värmeåtervinning Genom användning av en CO 2 -regulator kan man nå 30- till 50-procentiga besparingar. Regulatorn åstadkommer en överstyrning av andelen uteluft och volymflödet genom fläktens varvtal. Friskluft tillförs endast när börvärdet för CO 2 har nåtts 3. Ett värmeåtervinningssystem med hög verkningsgrad eller fri nattkylning kan bidra till att ytterligare öka energieffektiviteten. 3 Mer information om CO 2 -reglering finns på www.centraline.com/energy.
Registrering och analys av mätvärden Den verkliga energieffektiviteten kan endast fastställas om alla förbrukare registreras. Dit hör: värmeenergi för värmekretsarna, helst uppdelat efter zoner värmeenergi för varmvattenberedning kylenergi (i förekommande fall) elenergi förbrukning av varm- och kallvatten samt olja och gas. Det allra bästa är att använda moderna mätare som även registrerar kumulerad månadsförbrukning och värden från energistyrningssystem enligt kraven i EPBD. CentraLine erbjuder dessutom möjligheten att registrera utvecklingar och tendenser och att visa dem i fastighetsstyrningssystemet samt att ställa värden till förfogande för externa energistyrningsprogram. Mätvärdena måste utvärderas regelbundet och jämföras med normvärden baserade på byggnad och utetemperatur. Genom kontinuerlig registrering och analys av mätvärdena kan man genast fastställa avvikelser och vidta åtgärder för att sänka energiförbrukningen. Det är möjligt att jämföra förbrukningen per m2 nyttjad yta med värdena från andra skolor. Om skolan består av flera byggnader jämförs den normerade förbrukningen i de olika byggnaderna eller uppvärmningszonerna. Medverkan av elever och lärare I skolor är det viktigt att eleverna medverkar i processen att förbättra energieffektiviteten, det visar också exemplet från Storbritannien. Det leder till ökad miljömedvetenhet bland eleverna, som i sin tur har positiv effekt på skolans energieffektivitet. Studier visar att energikostnaderna kan sänkas med minst 10 % genom elevmedverkan. I vissa fall har man till och med fått en sänkning med 20 till 25 % 4. Eleverna bör regelbundet informeras om hur energiförbrukningen utvecklas. Detta görs bäst genom att visualisera förbrukningen och jämföra den med normvärden eller med förbrukningen i andra skolor resp. andra byggnader som hör tills samma skola. Eleverna måste också informeras om hur de själva kan bidra till att öka energieffektiviteten på skolan. Den största effektiviteten nås kanske genom att ordna tävlingar mellan skolorna och prisbelöna dem som har nått den största energibesparingen. För detta ändamål kan en överordnad kontrollenhet inrättas för reglersystemen. CentraLine gör det t.ex. möjligt att, med fastighetsstyrningssystemet Arena, få åtkomst till förbrukningsdatan från varje PC i skolnätverket. ÖKOTHERM- GmbH i Dresden lägger ut förbrukningsuppgifterna från de skolor de arbetar tillsammans med på Internet, så att alla som är intresserade får åtkomst till dem 5. 4 http://www.sustainablelearning.info/ raising awareness 5 http://www.sn.schule.de/~verbrauchsdaten-schule/
Bild 2: Förbrukningskontroll på en skola Enkel användning Det hjälper inte att ha ett högvärdig styrsystem om det är för tidskrävande och komplicerat att ställa in tidsprogrammen. Om anläggningen används på fel sätt, d.v.s. om tidsprogrammen och börvärdena inte ställs in korrekt, kan det leda till att stora mängder energi slösas bort. På reglerenheterna från CentraLine är inställningarna mycket enkla. Det finns flera funktioner som gör användningen så enkel som möjligt: Tillämpning Frostskyddsknapp (för skollov) Funktioner För skollovet; aktiverar frostskyddsfunktionen för alla förbrukare; rumsregulatorerna ställs in på nattbörvärde. Efter skollovet gäller de inställda tidsprogrammen igen. Windows CE-baserad kontrollenhet Kontrollenheten CentraLine-Touch med pekskärm ger tydlig översikt över de viktigaste börvärdena, ärvärdena och tidsprogrammen. Styrenhet fastighetsstyrning Arena Enkel, översiktlig hantering och bearbetning av scheman, som Microsoft Outlook. Enkel överstyrning av tidsprogrammen för de enskilda klassrummen, som ersätts av ett globalt tidsprogram. Används t.ex. vid föräldramöten eller liknande. Import och tilldelning av skollovsprogram från standard internetfiler (*.hol filformat).
Bild 3: Användarprogramvara Arena från CentraLine Bild 4: Tidsprogram i Arena Facit Att öka energieffektiviteten i skolorna blir allt viktigare, både av ekonomiska och ekologiska skäl. Att använda optimerade reglersystem är ett relativt enkelt och ekonomiskt sätt att öka besparingarna i byggnaderna. Genom att använda CentraLine fastighetsstyrnings- och reglersystem kan man lämna ett väsentligt bidrag till ökningen av energieffektiviteten. De erbjuder beprövade och noggrant testade reglerfunktioner, som uppfyller alla krav på energieffektivitet. Metodernas effektivitet påvisas genom jämförelse av värmeförbrukningen före och efter moderniseringen av skolbyggnaderna där den här tekniken används. Resultatet speglar besparingarna som har nåtts genom en kombination av alla vidtagna åtgärder. De enskilda reglerfunktionerna beskrivs därför endast kvalitativt. Skolan Weisenhofschule i Esslingen Renoveringsåtgärder* 2 / 3 / 4 / 11 / 13 Förbrukning före Förbrukning renoveringen efter renoveringen Medelvärden 2001 2005 2006 189 kwh/m 2 a 136 kwh/m 2 a ** MZH Ristissen Stadt Ehningen 3 / 4 / 5 / 8 Besparingar 20 35 %** Mittelschule Dresden (fjärrvärme) 4 37,5 W/m 2 a (vid -15 C ) 35,2 W/m 2 a vid (-15 C) *** * 1: Takrenovering, 2: Fönsterrenovering, 3: Nytt system för värmereglering, värmepannor och värmekretsar, 4: Rumsreglering, 5: Fjärrunderhåll med CentraLine Ranger, 6: Optimering av reglerparametrar, 7: Fastighetsstyrningssystem Arena, 8: Ventilation med CO2-regulator, 9: Elevmedverkan, 10: Takskivor, 11: Systemanpassning, 12: Ljusreglering, 13: Kondenserande värmepanna ** För exaktare uppgifter måste utvärderingen av mätvärden pågå över flera år; eftersom längre skoldagar kommer att införas och skolmatsalar tillkommer, kommer användningsgraden att förändras starkt framöver. *** En trendkurva beräknas över genomsnittlig förbrukning för olika utetemperaturer inom temperaturområdet (-15 C till 15 C). I tabellen visas trendkurvans värde för -15 C.
Författare: Edgar Mayer Product Marketing Manager 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. www.centraline.com CentraLine Honeywell AB /ECC Box 10122 121 28 STOCKHOLM-GLOBEN Tel +46 8 775 55 31