RAPPORT. Energiudnyttelse på blokvarmecentraler. Projektrapport November 2010

Transkript

1 Energiudnyttelse på blokvarmecentraler Projektrapport November 2010 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf Fax

2 Energiudnyttelse på blokvarmecentraler Jan de Wit Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2010

3 Titel : Energiudnyttelse på blokvarmecentraler Rapport kategori : Projektrapport Forfatter : Jan de Wit Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\733\78 Årsvirkningsgrad kedelbas varmecentraler_gi\rapport\rapport_final.docx Sagsnavn : Årsvirkningsgrad for større blokvarmecentraler ISBN :

4 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Introduktion Konklusion Baggrund Udførelse Anlægsbeskrivelser Beskrivelse, anlæg #1: Varmecentral til boligopvarmning Beskrivelse, anlæg #2: Varmecentral i kontorbygning, København Beskrivelse, anlæg #3: Varmecentral til rumopvarmning samt proces Forventet centralvirkningsgrad (beregning) Beregning, anlæg 1: Varmecentral til boligopvarmning Beregning, anlæg 2: Varmecentral i kontorbygning, København Beregning, anlæg 3: Varmecentral til rumopvarmning samt proces Tabsfordeling mv Målt centralvirkningsgrad mv Anlæg 1: Varmecentral til boligopvarmning Anlæg 2: Varmecentral i kontorbygning, København Anlæg 3: Varmecentral til rumopvarmning og proces Referencer Bilag Bilag 1: Projektdeltagere Bilag 2: Data for kedler, anlæg #1 - Weishaupt WTC 60 Bilag 3: Data for kedler, anlæg #2 - Bosch ZBR 90-1A Bilag 4: Data for kedler, anlæg #3 - Buderus SB 615 Bilag 5: Gaspro SA, produktblad Bilag 6-A: Gaspro SA beregning, anlæg #1: Bilag 6-B: Gaspro SA beregning, anlæg #2 Bilag 6-C: Gaspro SA beregning, anlæg #3

5 DGC-rapport 2 1 Introduktion Dette projekt er gennemført for at fremskaffe data for årsvirkningsgrad og driftsforhold på naturgasfyrede kedelcentraler (blokvarmecentraler). Der er udvalgt og foretaget målinger på tre forskellige danske centraler. Baseret på udstyret, kedlerne og gasforbruget for centralerne er der supplerende foretaget en Gaspro SA (/3/) beregning af, hvilken årsvirkningsgrad man vil kunne forvente for de respektive anlæg. De beregnede data er sammenholdt med de målte og eventuelle forskelle diskuteres. Projektet er gennemført af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) i samarbejde med anlægsejere og kedelleverandører. Finansiering af DGC s indsats er sket med midler fra gasselskabernes Fagudvalg for Gasanvendelse og Installationer (FAU-GI) samt med midler fra gasselskabernes energispareindsats (DSM). Projektleder og udførende hos DGC har været Jan de Wit; kvalitetssikring af rapporten er foretaget af Mikael Näslund/DGC. Anlægsejere, kedelleverandører og gasselskaber har leveret en betydelig indsats i projektet; en liste over personer, der har været involveret i projektarbejdet, kan ses i Bilag 1. Jan de Wit Projektleder

6 DGC-rapport 3 2 Konklusion Målinger på centralerne har specielt for to af de tre centraler vist forhold, der helt klart kan forbedre virkningsgraden. Dette vedrører driften og/eller installationsmæssige forhold. Målingerne har også vist uhensigtsmæssige forhold omkring måler præcision/installation. På central #1 (nye kaskadekoblede væghængte kondenserende gaskedler) blev der i første del af måleperioden konstateret overraskende lav visning af produceret og forbrugt varmemængde i de kredse, der måltes på. Der blev her målt direkte virkningsgrad på ca % (baseret på varmemåler 1, direkte måling). Den/de opsatte varmemålere er afregningsmålere med forventet lav fejlvisning, disse forventes at have en nøjagtighed bedre end 5-6 % ved de aktuelle driftsbetingelser. Det målte var overraskende lavt idet centralen har i hele måleperioden tydeligvis kondenseret, arbejdet med god kedelstyring samt også lav røgtemperatur. Virkningsgrad ved produktion måltes (baseret på indirekte måling) ved besøg i december 2009 over et par timer til 100,5 %. Der blev afholdt møde herom med de involverede parter primo januar 2010, og der blev her lovet leverandørkontrol af varmemålere og disses indbygning februar Målerleverandøren har ikke udført det ønskede/forventede. DGC har siden på egen hånd foretaget efterisolering omkring temperaturfølerne. Der er lav ΔT over frem/retur på kredsene og deraf følgende stor mulighed for fejl på varmemåling. Dette førte til, at den direkte målte virkningsgrad øgedes med ca. 3-4 %-point. Dette vil sige at virkningsgraden over kedlerne nu måles til ca % i de forskellige perioder af fyringssæsonen. Beregning af forventet centralvirkningsgrad med programmet Gaspro SA for central #1 giver ca. 97 %, kedlernes virkningsgrad ved produktion beregnedes til 99 %. På central #2 opnåedes ikke de forventede besparelser, da man nogle år inden dette projekts opstart skiftede til nye højeffektive væghængte kondenserende gaskedler. Forudsætningerne for gasbesparelser på centralen burde ellers være til stede, idet de mange tilsluttede kredse leverer koldt returvand.

7 DGC-rapport 4 Efter aftale med anlægsejeren blev der i forbindelse med nærværende måleprojekt installeret et simpelt skivetermometer på returledningen til kedlerne. Temperaturen her viste sig overraskende høj, ofte C. Dette skyldes, at den installerede blandepotte til kedlerne har ubalance i primær og sekundær vandstrøm og dermed får blandet varmt fremløbsvand i returen. Blandepotten er medleveret og opsat i forbindelse med opsætning af de højeffektive kondenserende kedler. Med de målte returtemperaturer opnås ikke kondensation, og en væsentlig del af den forventede og mulige gasbesparelse opnås derfor ikke. Kedlen er installeret efter kedelleverandørens forskrifter. Her er således et emne for revurdering af installationsvejledninger samt en kraftig indikation af nytten af det simple termometer på returstrengen til kedlerne. Centralen blev på baggrund af projektets målinger ombygget i projektforløbet (sommer 2010). Ved ombygningen blev kedlens blandepotte fjernet. Der etableredes et flow/temperaturstyret bypass efter kedlens forsyningsafgreninger til diverse kredse. Dette bypass skal sikre fornødent minimumsvandflow til kedlerne, for det tilfælde at for mange af kredsene lukker ned. I forbindelse med ombygningen af centralen blev der også installeret varmeproduktionsmåler. Baseret på den målte producerede varmemængde og forbrugt gas kan kedelvirkningsgraden over en 1½ måned i efteråret 2010 beregnes til 117 %; dette sprænger fysikkens grænser og indikerer måler fejlfunktion formentlig på varmemåler. Det har ikke været muligt at få rettet fejlen indenfor projektperioden. Edb-programmet Gaspro SA bregner en virkningsgrad over kedlerne på ca. 101 %. For centralen som helhed beregnes en virkningsgrad på 94 %; dette skyldes mange rør og komponenter i centralen. Central #3 bestod i første halvdel af måleperioden af en gulvplaceret kondenserende grundlastkedel samt en ældre ikke-kondenserende støbejernskedel. Anlægget forsyner en kontorbygning med rumopvarmning og varmt vand. Anlægget har også betragtelig leverance af varme til procesbrug i et andet bygningskompleks. Der er for varmeproduktionen som helhed en høj graddageuafhængig andel på ca. 46 %. Virkningsgraden fra kedelanlægget måltes til %, lavest i den koldeste del af varmesæsonen. Det sidste skyldes formentlig, at det er i den kolde

8 DGC-rapport 5 periode, at den ældre ikke-kondenserede spidslastkedel går i drift og der forringer virkningsgraden. Den generelt lidt lave virkningsgrad, i forhold til at den ene kedel på centralen er kondenserende, skyldes formentlig det faktum, at begge kedlerne ved alle kontrolbesøg har været varmholdte (forsyningssikkerheds aspekt). Beregning med Gaspro SA giver en forventet centralvirkningsgrad på ca. 94 % og en direkte kedelvirkningsgrad under disses aktive produktion på 97 %. I december 2009 blev central #3 bygget om, således at den ældre spidslastkedel blev udskiftet med en gulvplaceret kondenserende kedel identisk med basislastkedlen. I perioden efter kedeludskiftning har der kunnet konstateres en virkningsgrad på mellem 84,5 og 87,5 %, dvs. lavere end før. Dette har vist sig at skyldes et tidsmæssigt sammenfald med ændret drift af procesanlægget. Der er idriftsat store kaloriferer, der returnerer ganske varmt returvand til kedelanlægget; disse får nu en returtemperatur, der ikke muliggør kondensation. Hvor der tidligere var en returtemperatur til kedlerne i intervallet C, arbejdes der nu med returtemperatur sammesteds på C. Opsummering Der er konstateret god overensstemmelse mellem beregnet og målt virkningsgrad for centralerne, forudsat installations- og driftsmæssigt korrekte forhold. Generelt ligger den beregnede virkningsgrad nogle %-point højere end den målte. Opmåling af centralerne i projektet og de supplerende beregninger har vist, at tabene (rør, ventiler, pumper, varmtvandsbeholdere samt tab fra kedler ved stilstand) i centralerne på årsbasis betyder et tab henholdsvis 1½, 3½ og 7½ %. Dette tab skal således fratrækkes kedlernes virkningsgrad under produktion for at nå til årsvirkningsgraden for centralerne. Her forudsættes at anlæggets driftsform og styringsstrategi er fornuftig ellers kan tabenes blive større. Baseret på de projektets resultater anbefales det at være særligt opmærksom på følgende installations og driftsforhold:

9 DGC-rapport 6 Termometer på kedlens koldtvandstilgang er væsentligt for vurdering af kondensationspotentiale samt funktion af evt. blandepotte. Blandepotter til væghængte gaskedler skal dimensioneres og installeres korrekt. De skal endvidere følges for at sikre korrekt funktion. Regelmæssig notering af frem- og returløbstemperaturer fra kedler, varmekredse og andet er et nyttigt værktøj for driftsstrategi og mulige ombygninger på anlæg. Skueglas eller anden mulighed for at se, om der løber kondens i kondensafløb, er nyttigt. Gennemsigtigt røgaftræk (evt. blot et mindre stykke) er også nyttigt; for effektive kedler kan der udkondenseres betragtelige mængder vand i aftrækket. Gennemsigtigt materiale giver også mulighed for at se, om vandlåse i kondensatdræn er løbet tørre; dette kan give risiko for røg i opstillingsrum. Udskiftning til en kondenserende kedel som spidslastkedel giver ikke så stor energibesparelse som udskiftning af basiskedel fra traditionel til kondenserende.

10 DGC-rapport 7 3 Baggrund Det kniber med tilgængeligheden af data for målt årsvirkningsgrad for varmecentraler (blokvarmecentraler) i Danmark. Det skønnes, at der findes ca sådanne gasfyrede kedler i drift på blokvarmecentraler i Danmark. Der foreligger en række beregningsprogrammer, der tages i anvendelse ved nyinstallation eller renovering for at opnå høj virkningsgrad, men data for, hvad der reelt opnås for centralerne, er sjældent offentligt tilgængelige. Der foreligger visse udenlandske data vedrørende årsvirkningsgrad. De fundne tal for årsvirkningsgrad for centralerne er overraskende lave i betragtning af selve gaskedlernes generelt høje effektivitet. Årsvirkningsgraden kan være lav grundet drifts- og styringsmæssige forhold. Det er blandt andet sådanne forhold, projektet skal belyse. En tysk undersøgelse /1/ angiver, at man ved udførelse og drift af en varmecentral ofte vil kunne påvirke centralvirkningsgraden op til ca. 20 % (nedadgående) i forhold til kedlernes virkningsgrad; et tal der blev nikket genkendende til blandt flere af de aktører, projektforslaget indledningsvist var til kommentar hos. Det er således projektets formål at belyse og fremskaffe måledata for reel årsvirkningsgrad for mindst tre forskellige undersøgte gasfyrede varmecentraler. I undersøgelsen indgå kedler i kaskadeløsning samt nyere og ældre centraler.

11 DGC-rapport 8 4 Udførelse Der er udvalgt tre gasfyrede kedelcentraler til større bygningsopvarmning (blokvarmecentraler), herunder kaskadekoblede kedelanlæg. Såvel ældre som nyere blokvarmecentraler er repræsenteret. Der er foretaget en indledende registrering og evt. måling i centralen, hvor kedlernes røgtab bestemmes ved en række lastpunkter, overfladetab estimeres, og andre relevante forhold registreres. Rør, beholdere og andet i centralen registreres/opmåles ligeledes. Et skema er udarbejdet, som varmemester eller anden tilsynsperson løbende har kunnet udfylde med forbrugs- og produktionstal, temperaturer samt kedeldisponering og andet relevant. Der måles direkte virkningsgrad på centralerne over mere end et år ved på enkel vis at få installeret afregningsvarmemåler ab central (eller anvende en allerede installeret) samt ved at sikre, at der findes pålidelig afregningsmåler for gas til kedelcentralen.

12 DGC-rapport 9 5 Anlægsbeskrivelserr Ved samtaler med kedelleverandører, gasselskaber og andre blev i foråret 2009 modtaget forslag til egnede anlæg i henhold til projektbeskrivelsen. Dette vil sige anlæg, hvor der forventes at være personale, der kan foretage de nødvendige aflæsninger. der har eller vil kunne få de for projektet nødvendige målere. der lever op til dee krav vedrørende anlægskonfiguration (kaskade, nyere anlæg, ældre anlæg mv.), som projektbeskrivelsen lægger op til. t hvor der gerne foreligger valide og anvendelige målinger forud for pro- jektperioden. 5.1 Beskrivelse,, anlæg #1: Varmecentral til boligopvarmning Varmecentralen forsyner nogle boligejendomme (i alt 24 lejligheder) med centralvarme og varmt brugsvand. Varmecentralen passes og tilses af boligmed hensynn til driftsovervågning. foreningens personale. AI-gruppen er tilknyttet som rådgiver og Centralenn har tidligere været udstyret med én Tasso F88 (262 kw) kedel med gasblæseluftbrænderr samt en stor varmtvandsbeholderr på i alt 1000 liter. Figur 1 Boligblok # 1 og oprindelig kedel, varmtvandsbeholder mv. i central

13 DGC-rapport 10 Anlæggett blev i sommeren 2009 ombyggett til at anvende to kondenserende, modulerende kedler på hver kw. Varmtvandsbeholder blev også skifcentral her- tet. Data for de nye kedler kan ses i Bilag 2, 2 billeder af den nye under (Figur 2-4). Ombygningenn har nedbragt gasforbruget fra ca nm 3 /år til nm 3 /år, en besparelse på 9 %. Figur 2 Den nye kedelinstallation Figur F 3 Ny varmtvandsbehol- der (WPH) Figur 4 Velisolerede rør og kompo- nenter i det nye anlæg Koblingenn til ejendommens fra centralen err rimelig enkel: Der er etableret en blandesløjfe til forsyning af opvarmning gskreds (radiatorer, som forment- til lig er et miks af 1- ogg 2-strengskobling) og anden sløjfe til forsyning varmtvandsbeholder. Varmtvandssystemet har cirkulationskreds. Anlæggett er målemæssigt udstyret med: Gasmåler. Måling af varmeproduktion fra kedlerne (fælles måler). Energimåler til registrering af varme, der går til radiatorkreds. Koldtvandsmålerr på tilgang til varmtvandsbeholdere (m 3 ). Temperatur på vand til/fra radiator kreds.

14 DGC-rapport 11 Varmtvandstemperatur samt temperatur på til- og afgange fra VVB. Kedeltemperatur kan aflæses på kedeldisplay. Rumtemperatur kan aflæses på display. Anlægget er forsynet med kondensatafløb, hvor også måling af kondensatmængde kan udføres. Anlægget har gennemsigtigt aftræk fra kedler. Her kan let udføres måling i røggas samt visuelt konstateres, hvorvidt der sker kondensation i aftrækssystemet. Aftrækket er ikke udført som balanceret aftræk, forbrændingsluft tages fra opstillingsrummet. Der foreligger data for gasforbrug og andet for forudgående år; disse data er systematiseret og formidlet til projektet via Ingeniør- og Arkitektfirmaet AI gruppen. På Figur 5 er vist, hvorledes temperaturen har været på opvarmnings- og varmtvandskreds afhængigt af udetemperatur. Temperatur 75 Temperaturer i varmekredse Lineær (Radiator kreds, Tfrem) Lineær (Radiator kreds, Tretur) Lineær (Varmtvands temp.) Udetemperatur Figur 5 Temperaturer i varmekredse baseret på data målt ved de periodiske aflæsninger i projektet Figur 5 viser, at der foretages styring af fremløb til radiatorkreds afhængigt af udetemperatur. Det fremgår endvidere af Figur 5, at der er lavest tempera-

15 DGC-rapport 12 turforskel mellem frem og retur i radiatorkreds, desto varmere det bliver. Der er formentlig tale om et et-strengs anlæg eller en blanding af 1- og 2- strengsanlæg. 5.2 Beskrivelse, anlæg #2: Varmecentral i kontorbygning, København Varmecentralen forsyner en kontorejendom med rumvarme samt varmt vand. Der er ganske mange rør i centralen og mange forsyningsstrenge til varmeanlægget. Rør og komponenter er generelt velisolerede. Kedelcentralen leverer også varme til varmeflader i bygningens ventilationsanlæg. Denne central har fået nyere kondenserende gaskedler installeret medio Der var tidligere installeret en større ikke-kondenserende 350 kw kedel samt to varmtvandsbeholdere på hver 300 liter. Dette er nu udskiftet til en kaskadeløsning med to modulerende, kondenserende kedler på hver 90 kw. Kedlerne arbejder som nævnt i kaskade og er, som det kan ses på Figur 6, forsynet med afspærring af røgafgang, når kedlen ikke er i drift. Kedlerne har også egne vandcirkulationspumper, dette kan også ses på Figur 6 eller Figur 11. Der er nu installeret én varmtvandsbeholder på i alt 160 liter. Centralens rør og komponenter er generelt velisolerede, som det fremgår af Figur Kedelinstallationen er udført med blandepotte; denne ses f.eks. på Figur 6. Anlægget forsyner fire varmekredse, heraf er den ene varmeforsyning til ventilationsanlæg. Varmtvandsforsyning sker ved ladning af varmtvandsbeholder (VVB). Styring af sidstnævnte sker ved pumpestyring; hovedpumpe på sekundærside af blandepotte afbrydes samtidig med, at lille ladepumpe på ladekredsen til VVB starter. Der er etableret automatisk energiregistrering på anlægget (EnergyGuard), hvor gasforbrug og bygningens el- og vandforbrug registreres og kan analyseres/udprintes.

16 DGC-rapport 13 Figur 6 De to gaskedler, i hjørnet ses blandepotte til kedlerne Figur 7 Blandekredse til et antal forsyningsstrengee Figur 8 Speciel varmeveksler/ blandesløjfe? Figur 9 Centralen har mange forde- lingsrør Figur 10 Varmtvandsbeholder Figur11 Forsyningsafgrening til VVB ses på venstre side af blanrør). depotte (de små r

17 DGC-rapport 14 Figur 12 Ladepumpee på ladekreds til VVB Baseret på målte dataa for gasforbrug (se f.eks. Figur 13) vurderes det, at bygningenn har et omtrentligt dimensionerende bruttoeffektbehov på ca. 70 kw. Ved den installerede kedeleffekt på i alt a ca. 180 kw er der således taget højde for forsyningssikkerhed (backup-effekt) og mulighed for forceret op- varmning f.eks. i forbindelse med nat- og/eller weekendsænkning og andre dynamiske behov. Virkningsgraden for de valgte v kedler vil også oftest være højest ved dellast, et lastpunkt som kedlerne oftest må arbejde ved. Forbrugsmålingerne indikerer (baseret på forbrug f i sommermåneder) et graddageuafhængigt forbrug (GUF) på ca. 26 %. Figur13 Månedsforbrug, gas, 2008

18 DGC-rapport 15 Der er på centralen monteret følgende målere med betydning for dette projekt: Gasmåler. Returtemperatur til kedler (projektet har installeret denne føler). Temperaturer til/fra alle forsyningskredse. Varmeproduktion fra kedler, monteret efterår Produceret mængde varmt vand, monteret efterår På Figur 14 er vist frem- og returløbstemperaturer fra de fire rumopvarmnings- og ventilationskredse, kedlerne forsyner. Temperatur Temperaturer i varmekredse Lineær (Kreds1-Tfrem) Lineær (Kreds2-Tfrem) Lineær (Kreds3-Tfrem) Lineær (Kreds4-Vent-Tfrem) Lineær (Kreds1-Tretur) Lineær (Kreds2-Tretur) Lineær (Kreds3-Tretur) Lineær (Kreds4-Vent-Tretur) Udetemperatur Figur 14 Frem- og returløbstemperaturer i de fire opvarmningskredse, kedlerne forsyner. De viste linier er baseret på målte data ifm. periodiske aflæsninger på centralen. Forsyning af varmtvandsbeholder foregår direkte ved varmtvandsprioritering og pumpestyring, se Figur 11 og 12. Baseret på projektets målinger har det hen over efteråret 2009 kunnet konstateres, at kedlerne forsynes med en væsentligt højere returtemperatur end hvad de forskellige varmekredse leverer retur. Dette skyldes, at vandbalancen over blandepotten ikke er optimal; det varme fremløbsvand fra kedlerne

19 DGC-rapport 16 iblandes returen, r hæver temperaturen til kedlerne og mindsker/fjerner her- med mulighed for kondenserende drift. Anlæggett er installeret iht. forskrifterne, hvilket vil sige, at det konstaterede afdækker et grundlæggende problem. Anlæggett er ombygget efter varmesæsonenn på baggrund heraf. Kedlerness blandepotte er fjernet, så kedlerne nu forsynes med vand af samlille shunt- me (lave)) temperaturr som fra varmekredsene. Der er etableret en forbindelse i centralen, der åbner, hvis kedlerne skulle e få for lavt vandflow, se billernee herunder. Figur 15 Blandepotte nedtages/ Figurr 16 fjernes Kedeltilslutning uden blandepotte Figur 17 Shuntforbindelse til sik- ring af vandflow over anlæg/kedler

20 DGC-rapport Beskrivelse, anlæg #3: Varmecentral til rumopvarmning samt proces Kedelcentralen var ved projektets opstart bestykket med to forskellige kedler, der forsyner en kontorbygning med rumopvarmning samt varmt vand. Der er endvidere varmeleverance til proces (kaloriferer) i anden bygning. Kedel 1 er en nyere gulvplaceret kedel med en nominel ydelse på ca. 300 kw. Den er udstyret med en gasblæseluftbrænder med et arbejdsområde på kw. Kedlen kan arbejde kondenserende ved passende lav returvandstemperatur. Kedel 2 var en ældre støbejernskedel (Tasso VH11 kedel, årgang 1994) med en nominel effekt på 494 kw. Den herpå monterede brænder var en Riello gasblæseluftbrænder med et arbejdsområde angivet til kw. Kedlen syntes dog at være indrettet til totrinsdrift. Kedlen var ikke-kondenserende. I december 2009 (dvs. midt i måleperioden) blev Tasso-kedlen erstattet af en kondenserende kedel identisk med Kedel 1. Tabel 1 Data fra servicerapport for kedel 1 Gasmængde Effekt Røgtemperatur Ilt Nm 3 /h kw (nedre C % (tør) brændværdi) Min. last 5, ,0 Maks. last 25, ,0 Tabel 2 Data fra servicerapport for kedel 2 (Tasso VH11) Gasmængde Effekt Røgtemperatur Ilt Nm 3 /h kw (nedre C % (tør) brændværdi) Trin ,5 Trin ,0

21 DGC-rapport 18 Der er på centralen monteret følgende målere med betydning for dette pro- jekt: Gasmåler (afregningsmåler og bimåler for gas til kantine m.m.). Varmeproduktionn fra kedler. Frem-- og returtemperatur til kedler. Røgtemperaturer. Temperaturer til/ /fra alle forsyningskredse. Varmeforbrug i mange af kredsene, dogg ikke på varme til proces. I Figur er vist billeder af centralen: Figur 18 Kedel 1, kondenserendee gulvplaceret kedel. Figur 19 Kedel 2 (Tasso, denne ud- til en kedel identisk med kedel skiftedes senere 1) Figur 20 Eksempel på blandesløjfe til forsyningskreds/streng Figur 21 Blandesløjfe til gulvvarme- forsyning.

22 DGC-rapport 19 Figur 22 Ekspansionsbeholder forrest, varmtvandsbeholder indkaps- let bagved. En række forsy- samt måler r for varmt vand kan nings- og distributionsrør ses. Figur 23 Rørføring er generelt vel- Et antal af centralens ventiler er ligeledes velisolerede (kan ses på en række af de isoleret og velafmærket. øvrige figurer) ) Figur 24 Den renoverede central, december 2009 På Figur 25 er vist frem- og returløbstemperaturer for de forskellige forsyfindes f end- ningskredse afhængigt af udetemperatur. Udover U de viste kredse nu en streng, hvor procesanlægget forsyness fra centralen; returtemperatur for dennee kan ikke aflæses i central.

23 DGC-rapport 20 Temperaturer i varmekredse Temperatur Kreds5-Tfrem Kreds5-Tretur Lineær (Kreds1-Tfrem) Lineær (Kreds2-Tfrem) Lineær (Kreds3-Tfrem) Lineær (Kreds4-Tfrem) Lineær (Kreds1-Tretur) Lineær (Kreds2-Tretur) Lineær (Kreds3-Tretur) Lineær (Kreds4-Tretur) Udetemperatur Figur 25 Frem- og returløbstemperaturer for de forskellige kredse periodisk aflæst i varmecentral og tilstødende rum. Kreds 1 er forsyningsledning fra kedler, kreds 2 er gulvvarme, kreds 5 er ladning af VVB. Data fra før kedeludskiftning.

24 DGC-rapport 21 6 Forventet centralvirkningsgrad (beregning) Baseret på opmålinger i centralerne, data (datablade samt målinger) for kedlerne, oplysninger om bygninger, varmeanlæg og driftsstrategi har DGC udført beregninger af forventet centralvirkningsgrad på de tre varmecentraler, der indgår i projektet. Beregningerne er udført med edb-programmet Gaspro Store Anlæg (Gaspro SA, /3/), et program der er særligt udviklet med sigte på flerkedelcentraler, herunder også såkaldte kaskadekonfigurationer. Programmet beregner for et antal perioder i året den forventede returtemperatur til kedlerne, bl.a. baseret på oplysninger om varmeanlægstype, koblingsprincip (1- strengs, 2-strengs eller miks) samt fremløbstemperatur fra centralen. Herudover indgår oplysninger om varmtvandsforsyningssystemet. Returtemperaturen til kedlerne er særlig vigtig for kedelvirkningsgraden i de centraler, hvor der arbejdes med kondenserende drift. Programmet beregner derudover de varmetab, der måtte knytte sig til rør, ventiler og pumper samt kedel- og varmtvandsbeholderoverflader i de perioder, som året beregningsmæssigt er inddelt i. Programmet er grundlæggende udviklet med henblik på at kunne give et kvalificeret bud på besparelsen ved ændring i en central, f.eks. nyt udstyr eller ny driftsstrategi. Man indtaster således både det eksisterende og det forbedrede. Programmets styrke ligger forventeligt i beregning af forskellen mellem de to anlægskonfigurationer mere end på den eksakte virkningsgrad for de enkelte anlæg. Man mangler ofte data og og/eller må gøre en antagelse omkring bygning, varmeanlæg eller andet. Denne fejl vil da i vidt omfang også indgå i beregningen af det forbedrede anlæg, hvorved indflydelsen mindskes. Produktblad for programmet Gaspro SA ses i Bilag Beregning, anlæg 1: Varmecentral til boligopvarmning Baseret på opmålinger i centralen, oplysning om bygningens varmeforbrug (herunder et estimat eller måling af graddageafhængigt/-uafhængigt for-

25 DGC-rapport 22 brug), varmeanlægstype, kedeldataoplysninger samt information om styringsstrategi er der indledningsvist med edb-programmet Gaspro SA foretaget en beregning af forventet centralvirkningsgrad (årsbasis). Forudsætninger, inddata samt de detaljerede resultater kan ses på programudskrifterne for centralen, der er gengivet i denne rapports Bilag 6-A. Beregning af forventet central virkningsgrad med programmet Gaspro SA for central #1 er ca. 98 %, kedlernes virkningsgrad ved produktion beregnedes til 99 %. 6.2 Beregning, anlæg 2: Varmecentral i kontorbygning, København Baseret på opmålinger i centralen, oplysning om bygningens varmeforbrug (herunder et estimat eller måling af graddageafhængigt/-uafhængigt forbrug), varmeanlægstype, kedeldataoplysninger samt information om styringsstrategi er der indledningsvist med edb-programmet Gaspro SA foretaget en beregning af forventet centralvirkningsgrad (årsbasis). Forudsætninger, inddata samt de detaljerede resultater kan ses på programudskrifterne for centralen, der er gengivet i denne rapports Bilag 6-B. Den forventede årsvirkningsgrad for centralen som helhed er beregnet til 94 %. Ved produktion er kedlernes direkte virkningsgrad beregnet til ca. 102 %. Forskellen skyldes tab fra de mange rør, ventiler mv. Generelt kan det siges, at kedlerne er rigeligt store i forhold til bygningens dimensionerende effektbehov (ca. 70 kw); en kedel vil principielt godt kunne dække opvarmningen af bygningen også ved 12 C udetemperatur. Den relativt lave centralvirkningsgrad i forhold til kedlernes produktionsvirkningsgrad skyldes som nævnt tabet fra de relativt mange rør og komponenter i centralen. En del af den her tabte varme vil med varmecentralens beliggenhed midt under bygningen delvist komme bygningen til gode en del af året.

26 DGC-rapport Beregning, anlæg 3: Varmecentral til rumopvarmning samt proces Baseret på opmålinger i centralen, oplysning om bygningens varmeforbrug (herunder et estimat eller måling af graddageafhængigt/-uafhængigt forbrug), varmeanlægstype, kedeldataoplysninger samt information om styringsstrategi er der indledningsvist med edb-programmet Gaspro SA foretaget en beregning af forventet centralvirkningsgrad (årsbasis). Forudsætninger, inddata samt de detaljerede resultater kan ses på programudskrifterne for centralen, der er gengivet i denne rapports Bilag 6-C. Gaspro SA beregningsprogrammet estimerede her en forventet centralvirkningsgrad på 94 % for det oprindelige anlæg og 96 % for centralen efter udskiftning af spidslastkedel. Umiddelbart lyder de anførte centralvirkningsgrader lave; dog medvirker centralens komponenter og rør til at reducere virkningsgraden, samt det faktum at begge kedler altid er varmholdte og parat til drift af forsyningsmæssige årsager. Overfladetabet fra spidslastkedlen vil dermed betyde et årligt varmetab. Besparelsen ved kedeludskiftningen er ikke så voldsomt stor. Dette skyldes, at spidslastkedlen jo i sagens natur kun har begrænset årlig andel af den årlige produktion, samt at den, når den er i drift ved lave udetemperaturer, får relativt varmt vand i returen, så kondensation ikke nødvendigvis sker eller er moderat. 6.4 Tabsfordeling mv. I Tabel 3 er de beregnede tab mv. udspecificeret for de 3 centraler: Tabel 3 Tab i centralerne (beregnet med Gaspro SA) Central Gasforbrug Nm3/år Røgtab kwh (%) Overfladetab kedler kwh (%) Tab fra øvrige komponenter kwh (%) Tab i alt kwh (%) # (0,3) 1610 (0,6) 3950 (1,4) 6430 (2,3) # (-3,7) 4560 (2,2) (7,6) (6,1) #3 (ny) (2,2) (0,7) (0,7) (3,6)

27 DGC-rapport 24 7 Målt centralvirkningsgrad mv. 7.1 Anlæg 1: Varmecentral til boligopvarmning På central #1 (nye kaskadekoblede væghængte kondenserende gaskedler) er over den 1-årige oprindelige måleperiode målt en direkte virkningsgrad på ca. 91 % for kedlerne. Kedlerne har i hele måleperioden tydeligvis kondenseret, arbejdet med god kedelstyring og haft lav røgtemperatur. Rumtemperatur i centralen er lav, overfladetemperaturen på kedlerne er lav og røgtemperatur kun ganske få grader over vand retur temperatur. Varmekredsene og centralen som helhed arbejder med ganske lille ΔT mellem frem og retur(se Figur 5); dette stiller særlige krav til varmemålerens temperaturmålere, både hvad angår præcision og indbygning. Ved møde januar 2010 lovede varmemålerleverandøren at få dette tjekket/forbedret; hvilket dog ikke skete. DGC har i stedet forsøgt øget isolering omkring frem- og returløbsføler ved måleren/målerne; dette har betydet, at virkningsgraden er øget 3-4 %- point på hovedmåleren, dvs. en virkningsgrad på ca. 94 % kan nu måles. Virkningsgrad over kedlerne baseret på indirekte virkningsgradsmåling ved besøg i december 2009 over et par timer blev målt til 100,5 % ved tabsbestemmelse, herunder kondensatmåling. Beregning af forventet centralvirkningsgrad med programmet Gaspro SA for central #1 er ca. 97,5 %, kedlernes virkningsgrad ved produktion beregnedes her til 99 %. Ombygning fra den ældre 1-kedelcentral til den nuværende med to kedler i kaskade har nedbragt gasforbruget fra ca til nm 3 /år, en besparelse tæt på 10 %. 7.2 Anlæg 2: Varmecentral i kontorbygning, København På central #2 (lidt ældre kaskadekoblede væghængte gaskedler) opnåedes ikke de forventede besparelser, da man et par år inden dette projekts opstart

28 DGC-rapport 25 etablerede den nye central. Forudsætningerne for gasbesparelser på centralen burde ellers være til stede; de mange tilsluttede kredse leverer fornuftigt koldt returvand. Efter aftale med anlægsejeren blev der i forbindelse med nærværende måleprojekt installeret et simpelt skivetermometer på returledningen til kedlerne. Temperaturen her var overraskende høj, ofte C. Dette skyldes, at den medleverede og installerede blandepotte til kedlerne har ubalance i primær og sekundær vandstrøm og dermed får blandet varmt fremløbsvand i returen til kedlerne. Med de målte returtemperaturer opnås ikke kondensation og en væsentlig del af den forventede og mulige gasbesparelse opnås ikke. Kedelanlægget er installeret efter kedelleverandørens forskrifter. Her er således et emne for revurdering af disse installationsvejledninger samt en kraftig indikation af nytten af det simple termometer på returen. Central #2 blev på baggrund af målingerne ombygget midt i opvarmningssæsonen. Ved ombygningen blev kedlens blandepotte fjernet. Der etableredes et flow/temperaturstyret bypass til sikring af fornødent minimumsvandflow til kedlerne, i tilfælde af at for mange kredse lukker ned. Tabel 4 Data fra central #2 Periode Fremløbstemperatur Returtemperatur fra kedler til kedler Temp. fra varmekredse (aritm. snit) Sept Dec Febr April Ombygning af central Okt Nov Dec

29 DGC-rapport 26 Ombygningen har tydeligvis betydet, at returtemperaturen til kedlerne nu er sænket markant og at der nu optræder et større (men ikke driftsmæssigt uacceptabelt) ΔT over kedlerne, som det fremgår af Tabel 4. Først ved ombygningen var det muligt at indbygge en varmemåler (varmeproduktion fra kedlerne). Målinger af varmeproduktion sammenholdt med gasforbrug over 1 ½ måned i efteråret giver en kedelvirkningsgrad på 117 %, dette resultat sprænger fysikkens begrænsninger og er derfor fejlbehæftet. Præcisionen for målt virkningsgrad er 2-5% (afhængig af ΔT over kedlerne); almindelig målenøjagtighed kan således heller ikke legitimere det fundne resultat. Det har desværre ikke været muligt at få foretaget målerkontrol og udbedring indenfor projekt perioden. Edb-programmet Gaspro SA (Kapitel 6.2) beregner, at der ved produktion på kedlerne opnås en virkningsgrad over disse på ca. 102 %; tab ved start/stop kan forringe dette tal lidt i praksis 7.3 Anlæg 3: Varmecentral til rumopvarmning og proces Central #3 bestod i første halvdel af måleperioden af en gulvplaceret kondenserende grundlastkedel samt en ældre ikke-kondenserende støbejernskedel. Anlægget forsyner kontorbygning med rumopvarmning og varmt vand. Anlægget har også en vis leverance af varme til procesbrug. Virkningsgraden fra leverancen fra kedelanlægget måltes til %, lavest i den koldeste del af varmesæsonen. Sidste er forventeligt, da det netop er i denne periode, at den ikke-kondenserede ældre spidslastkedel går i drift. Den generelt lidt lave virkningsgrad, i forhold til at den ene kedel på centralen er kondenserende, kan skyldes, at kedlerne begge ved alle kontrolbesøg har været varmholdte. Beregning med Gaspro SA giver en forventet centralvirkningsgrad på ca. 94 % og en direkte virkningsgrad over kedlerne under disses aktive produktion på 97 %, men også et tab under stilstand (standbytab), der er på i alt kwh; et tab der årsvirkningsgradsmæssigt vil betyde ca. 3 %-points reduktion af kedelvirkningsgraden. Der er derfor acceptabel overensstemmelse med Gaspro SA s beregning af kedelvirkningsgrad og det målte resultat. I december blev central #3 bygget om, således at den ældre spidslastkedel blev udskiftet med en gulvplaceret kondenserende kedel identisk med basis-

30 DGC-rapport 27 lastkedlen. I denne måleperiode har kunnet måles en virkningsgrad på mellem 84,5 og 87,5 %, dvs. lavere end før ombygningen. Tabel 5 Data fra central #3 Aflæsnings Dato Udetemperatur ( o C) Gasforbrug Nm3/dag Fremløbs temp. fra kedler ( o C) Retur temperatur til kedler ( o C) Kedel virkningsgrad (% ift. nedr. br.værdi) , , , , ,8 Noter ,4 Ombygning & ændret drift , , , , ,8 Dette har vist sig at skyldes en væsentlig ændret drift og returtemperatur fra den varmekreds, der går til proces anlægget; der kommer varmere vand retur herfra nu. På fælles returledningen til kedel er temperaturen hævet ca C og er nu på et niveau, hvor der ikke kan opnås kondensation. Denne ændring af driften er (tilfældigvis) tidsmæssigt sammenfaldende med kedeludskiftningen og er årsag til at forbedring i virkningsgrad ikke ses.

31 DGC-rapport 28 8 Referencer 1. Techem AG: Energiekennwerte, Jahres-Nutzungsgrad in Mehrfamilienhäusern, Stort marked for kedeludskiftninger på blokvarme centraler. Dansk VVS, Nils Lygaard, TEKNIQ. 3. Gaspro Store Anlæg; edb-program til beregning af årsvirkningsgrad for større kedelcentraler. Udviklet af Dansk Gasteknisk Center a/s, Version 3.1, 2010

32 DGC-rapport 29 Bilag 1 Projektdeltagere Dansk Gasteknisk Center a/s Jan de Wit (projektleder) Max Weishaupt A/S Henrik Vilgaard Carsten Cederqvist Bosch/Buderus Brian Nielsen TEKNIQ Nils Lygaard AI-gruppen Martin Østergaard DONG Energy, Stenlille Paul Woorch Carsten D. Nielsen Bjarne Andersen Gasselskabernes projektfølgegruppe Carsten D. Nielsen/Bjarne Andersen, DONG Energy Per Jensen, HMN Naturgas

33 DGC-rapport 30 Bilag 2 Data for kedler, anlæg 1: Weishaupt WTC (Weishaupt Thermo Condens) 60 Diverse data fra brochure

34 DGC-rapport 31

35 DGC-rapport 32 Bilag 3 Data for kedler, anlæg 2: Bosch ZBR 90-1A Diverse data fra brochure

36 DGC-rapport 333 Bilag 4 Data for kedler, anlæg 3: Buderus SB615 Kedlen som opstillet på midtsjællandsanlægget Diverse data fra brochure The SB615 Boiler is approved for side-wall venting. * Listed output based on IBR testing procedure. **Outputt dependent on return temperature and firing rate. Model SB615 Performance Data Gas Input (MBH) Gross IBR Output (MBH)* Max Output Range (MBH)** Net IBR Raing (MBH) Thermal Efficiency (%) Combustion Efficiency (%) Boiler Horse Power Firesidee Pressure Drop (in. wc) Piping Connections Vent Pipe Diameter Vent Connection Size Supply Return Physical Dimensions Overal Boiler Length (LG) Boiler Block Length (LK) Boiler Height Boiler Width Dry Weight (lbs.) Water Content (gal) ,080 1, , " 11¾" 2½" 2½" 68¾" 60" 54¼" 28¼" 1, " 8" 11¾" 12" 2½" 3" 2½" 3" ,393 1,776,317 1,678 1,550-1,022 1,317 1, ,145 1, " 10" 12" 12" 13" 14½" 3" 4" 4 4" 3" 4" 4 4" 68¾" 70" 70" 70" 7 75¼" 60" 61" 61" 61" 6 66¼" 54¼" 55½" 55½" 63½" 6 69¾" 28¼" 31¼" 31¼" 31¼" 3 36¼" 1,700 1,950 2,030 2,6002 2, ,228 2,104 1,950-2,104 1, " 14½" 4" 4" 75¼" 66¼" 69¾" 36¼" 3,

37 DGC-rapport 34 SB615 Performance Details Model/ Series Gas Input (Mbh) Gross Output (MBh) Comb Eff.% Thermal Eff.% Net IBR (MBh) Flue Supply Return SB615/ % 95.6% 421 6" 2½" 2½" SB615/ % 95.0% 532 6" 2½" 2½" SB615/ % 94.8% 688 8" 3" 3" SB615/ % 94.6% 889 8" 3" 3" SB615/ % 94.5% " 4" 4" SB615/ % 94.5% " 4" 4" SB615/ % 94.4% " 4" 4"

38 DGC-rapport 35 Bilag 5 Gaspro SA, produktblad

39 DGC-rapport 36 Bilag 6-A Gaspro SA, beregningsudskrift for anlæg #1

40 DGC-rapport 37

41 DGC-rapport 38

42 DGC-rapport 39

43 DGC-rapport 40 Bilag 6-B Gaspro SA, beregningsudskrift for anlæg #2

44 DGC-rapport 41

45 DGC-rapport 42

46 DGC-rapport 43

47 DGC-rapport 44 Bilag 6-C Gaspro SA, beregningsudskrift for anlæg #3

48 DGC-rapport 45 Oprindeligt anlæg

49 DGC-rapport 46

50 DGC-rapport 47

51 DGC-rapport 48 Ændret anlæg

52 DGC-rapport 49

53 DGC-rapport 50