Energioptimering på Beder skole

Transkript

1 2013 Energioptimering på Beder skole Mikkel Solmer Eriksen v10908 Administration og Ejendomme, Bygninger Aarhus Kommune 12/16/2013

2 Forfatter: Studienummer: Titel: Projekttype: Fagområde: Mikkel Solmer Eriksen V10908 Energioptimering af Beder skole Bachelorprojekt Tekniske installationer i bygninger Placering i uddannelse: 6. semester af maskinmester uddannelsen, modul 31 Uddannelsesinstitutionens navn: Vejleder: Aarhus Maskinmesterskole Jakob Holm Afleveringsdato: 16/12/2013 kl Antal sider: Antal tegn inkl. mellemrum: Antal normalsider: Antal bilag: 74 sider tegn 42,1 normalsider 8 bilag. (5 bagerst i rapport og 3på USB) Mikkel Solmer Eriksen, V10908 Forsidebillede: Billede fra Google Maps: Billedmateriale 2013 Aerodata International Surveys, DigitalGlobe, Scankort, Kortdata 2013 Google Side 2 af 74

3 Abstract This Bachelor assignment is a product of the final semester at Aarhus School of Marine and Technical Engineering. The topic is mapping of energy streams, energy savings and operating economies on a Danish elementary school with special emphasis on correct problem with cooling of central heating water. Before the right problem statement is chosen the different energy streams on the school are mapped, through thorough data collection, and analyzed. This will bring clarity to which area is in most need of attention and where it is most cost-effective to start optimizing. The analysis shows many interesting areas that can contribute with saving to the school. One of the areas is the heating system that shows poor cooling of the central heating water. This has been decreasing for 6 years in a row and the penalty fee was in DKK. In the light of this new information the problem statement is chosen: Which technical installations are causing the poor cooling and which measures can be taken to raise the year-cooling-level and the installations functionality? Through qualitative and quantitative data gathering, combined with desktop studies of written sources the heating system at Beder School is analyzed. Through the examination it is concluded that the heating systems basics components should be able to cool the water to the requirements listed by AffaldVarme. This, however, is dependent of a system that has no or few malfunctions. Further examination is conducted mainly with the Schools CTS-system and measurements with a thermal camera to determine where in the system poor cooling occur. The main conclusion of the assignment is that the poor cooling is doo to a system in need of maintenance. At least 14 installations are contributing to the problem. One ventilation system and 2 hot water heaters has faults. The main problem however, is the radiator system where several thermostats are broken or not adjusted correctly. The schools CTS-system is also contributing by not having the right adjustment, and broken sensors. The general condition of the CTS- is not good and a lot of installations are not overviewed by the system. All of these problems lead to much flow of water which makes it impossible to cool the water enough. To get the heating system at Beder School to deliver the sufficient cooling on the central heating water it is necessary to change broken valves and adjust the flow of water through the radiators. It is also important to improve the CTS-systems measurements accuracy and expand it to cover all of the heating system. Overall maintenance and subsequent adjustments of the flow will be necessary if the installation is to stay functional in the future. Side 3 af 74

4 Indholdsfortegnelse Forord Indledning Formål Opbygning Metode Dataindsamling Kvalitative data: Kvantitative data: Afgrænsning Problemanalyse Overordnet beskrivelse af Beder skole: Forbrug kontra overforbrug? Vand forbrug El forbrug Varmeforbrug Afkøling Sammenligningsgrundlag: Delkonklusion: Problemformulering Bygningsgennemgang Fjernvarme og distribution Teori afkøling Brugeranlæg på Beder skole (systembeskrivelse) Bygningsgennemgang radiatorsystem CTS-anlæg Ventilationsanlæg Varmtvandsproduktion Delkonklusion: Dataindsamling Keepfocus: Honeywell CTS-anlæg: Side 4 af 74

5 4.2.1 Kontrol af Honeywell temperatur målinger: Termometre: Varmtvandsforbrug i beholdere: Termografering: Databehandling: Keepfocus Honeywell CTS-anlæg: Kontrol af Honeywell temperaturmålinger: Varmtvandsforbrug i beholdere: Termografering: Analyse Keepfocus og CTS Termografikamera Ventilation Radiatorsystemet Varmtvandsbeholdere: Opfølgning: Konklusion Perspektivering Litteraturliste: Bilag Side 5 af 74

6 Forord Denne rapport er udarbejdet som afsluttende bachelor projekt i uddannelsen til maskinmester ved Aarhus Maskinmesterskole. Projektet ligger i umiddelbar forlængelse af mit praktikophold hos Aarhus Kommunes bygningsafdeling, som hører under Administration og Ejendomme. Dette givende praktikforløb har skabt rammen om opgaven, og danner således grund for projektet. Under min praktikperiode i bygningsafdelingen fik jeg et unikt indblik i, hvordan maskinmestre, arkitekter og ingeniører samarbejder, for at give brugerne af skoler og daginstitutioner den bedste brugeroplevelse og holde resurseforbrug på et acceptabelt lavt niveau. Dette arbejde indebærer blandt andet drift og vedligehold af kommunens skoler og daginstitutioner. Arbejdet er præget af flere udfordringer, og som i de fleste andre organisationer er det økonomiske råderum og tidspres nogle af de centrale elementer. Jeg har i løbet af min praktikperiode observeret mange spændende problemstillinger, der har både teknisk, økonomisk, ledelsesmæssig og politisk karakter. Der er i hele organisationen og på de forskellige institutioner stort potentiale for optimering via brugeradfærd, energiledelsessystemer, forbedringer af indeklima og forandringsledelse blot for at nævne nogle få. Dette er problemstillinger, der også findes i de fleste organisationer i den private sektor. Der er i en kommunal institution en ekstara dimension og udfordring i forhold til, at det politiske miljø ofte skifter i forbindelse med valg, hvilket ofte medfører at mange regler og procedurer bliver lavet om. Disse problemstillinger, kombineret med vanskeligheden af at se den konkrete økonomiske virkning af forbedringer, kan på de enkelte skoler være en ekstra udfordring i forhold til at få bevilliget penge til energirenoveringer. I forbindelse med udarbejdelse af denne rapport har jeg i praktikperioden haft den nødvendige tid til at kunne fordybe mig i problemstillinger inden for overordnet drift og vedligehold af en kommunal bygning. Jeg har valgt at beskæftige mig med energioptimering af skoler, da bedst mulig udnyttelse af resurser ligger mig meget på sinde ikke mindst grundet miljømæssige faktorer. Jeg ser i en energioptimering af Beder skole en mulighed for at nedsætte el-, vand- og varmeforbrug uden at påvirke lærernes arbejdsmiljø og elevernes indlæringsevne negativt. Som studerende har jeg oplevet et mindre tidspres og fravær af andre opgaver og har derfor kunnet beskæftige mig med og fordybe mig i problemstillinger, der måske ellers ikke ville blive taget op. Da en analyse af Beder skoles energiforbrug aldrig er blevet udarbejdet så jeg her en god mulighed for at få sat resurseforbruget i perspektiv og herefter finde en relevant indgangsvinkel til energioptimering på stedet. Side 6 af 74

7 Ideen til at fokusere på netop Beder skole er opstået i samarbejde med maskinmester Peter Lykke Sørensen, der er ansat i bygningsafdelingen. Han har fungeret som min mentor i mit praktikforløb. Aarhus Kommune er i gang med et stort energirenoveringsprojekt, der skal nedbringe kommunens CO 2 niveau med 40 % over en periode på 15 år. Dette er et delmål for at nå målsætningen om at blive fuldstændig CO 2 neutral i Et meget ambitiøst projekt der kræver en stor omstilling og engagement fra beslutningstagernes side, men i lige så høj grad for teknisk personel og brugere af kommunens bygningsmasse. Udarbejdelsen af denne rapport havde ikke været mulig uden samarbejde og sparring med følgende personer. Der skal således lyde en stor tak til: Peter Lykke Sørensen, Klaus Hjul Sørensen, Esben Lemming, Claus Humlum, Hans Mathisen, Niels Thomassen og Jakob Holm 1. Indledning 1.1 Formål Rapportens tilblivelse, aflevering og godkendelse fungerer som afslutning på forfatterens uddannelse til maskinmester. Godkendelse afhænger af opfyldelse af formål oplistet i undervisningsplanen for modul 31. Rapporten beskriver, analysere og diskutere forbruget af el, vand og varme på Beder skole med henblik på udarbejdelse af tiltag, der kan nedbringe forbruget til drift af i første omgang Beder skoles varmeinstallation. Disse løsninger kan forhåbentligt videreføres til andre af kommunens bygninger og dermed være medvirkende til at spare flere midler. Side 7 af 74

8 1.2 Opbygning 1. Første afsnit består af en indledning med formål, rapportens opbygning, metodeovervejelser og afgrænsning. 2. Andet afsnit er bygget op af en problemanalyse med kortlægning af Beder skole el- vand og varmeforbrug og en efterfølgende analyse og vurdering af forbrugets størrelse. Dette afsnit afsluttes med en diskussion af på hvilket grundlag der er valgt at arbejde med skolens manglende afkøling af fjernvarmevandet. Afsnitte afsluttes med valg af problemformulering. 3. Tredje afsnit er en komplet gennemgang og redegørelse af de fjernvarmeforbrugende enheder på skolen, med uddybende teori der klarlægger anlæggets potentielle evne til at levere en god afkøling. 4. Fjerde afsnit omhandler dataindsamling og den efterfølgende behandling. 5. Femte afsnit er en analyse af den behandlede data og en diskussion af mulige løsningsforslag. 6. Sjette afsnit er rapportens konklusion hvor der bliver svaret på problemformuleringen 7. Syvende afsnit er perspektivering der diskuterer udfordringer i den økonomiske styring af energioptimering på skoler. Gennem rapporten er det løbende udarbejdet henvisninger ved hjælp af fodnoter. På grund af meget datamateriale og restriktioner i forhold til udlevering af adgangskoder til Aarhus kommunes dataopsamlingssystem og Beder skoles CTS-anlæg er 3 bilag lavet som elektroniske bilag. Disse er vedlagt på den medfølgende USB-pen. På denne USB ligger ligeledes en kopi af alle de PDF dokumenter der er benyttet i rapporten. Henvisninger skal læses på følgende måde: Bøger er i fodnoten angivet med titel og sidetal. Internet kilder er angivet med overskrift efterfulgt af [Online] PDF dokumenter er angivet med PDF: og derefter titel. Disse kan findes på USB-penen i mappen PDF Elektroniske bilag er angivet som ELB og derefter titel. Disse kan findes på USB-pennen i mappen ELB Andre bilag kan findes bagerst i rapporten. Disse bilag betegnes bilag x Side 8 af 74

9 1.3 Metode Forud for udarbejdelsen af dette projekt ligger en del metodemæssige overvejelser. Tilgangen til projektet har som udgangspunkt en fundering i den naturvidenskabelige metode. I opgaven vil der blive arbejdet ud fra følgende antagelser: Den videnskabelige retning benytter begrebet positivisme. Denne retning bygger grundlæggende på iagttagelser og logik 1. Iagttagelser bruges i form af empiriske data, der er opsamlet ved brug af menneskets sanser. Dette empiriske grundlag skal behandles kritisk for at synliggøre de fejl og mangler, der vil være. Med brugen af logik menes der logiske sandheder som geometri og matematik, der ikke skal laves empiriske forsøg på hver gang for at retfærdiggøre brugen af disse. Geometri og matematik siges at være aksiomer 2 der defineres som en grundsætning der uden bevis antages at være sand. 3. Dette forhold diskuteres meget i filosofien men ifølge Torsten Thurérn kan vi alligevel fastslå at logiske sandheder, og dertil regner vi også matematikken, må være sande, hvis man anvender ordene rigtigt og følger logikkens regler. 4 En videre diskussion om problematikkerne i begrebet sandheder er interessant, men ligger udenfor denne opgaves emnefelt. De empiriske data brugt i denne rapport er sammensat af målinger og fagtekster fra forskellige kilder. Arbejdet med disse er foregået med konstant kritisk stillingtagen i relation til afsender/modtager forhold, reliabilitet og validitet. En fyldestgørende forklaring af, hvordan disse data er optaget, er medtaget for at sikre gennemsigtighed, og gøre det muligt at gentage målingerne. Der er foretaget desktopstudier af udvalgt faglitteratur fra maskinmesteruddannelsen, biblioteket og internettet. Rapportens analyse og diskussion har baggrund i data, der er indsamlet i løbet af projektet. For at minimere muligheden for at drage fejlslutninger og sikre et fyldestgørende svar på problemformuleringen, vil det efterfølgende kapitel beskrive overvejelser over kildekritik i forbindelse med udarbejdelsen af rapporten og optagelse af data. 1 Videnskabsteori for begyndere, 1 udg. side 15 2 Videnskabsteori for begyndere, 1 udg. side 16 3 Aksiom. [Online] 4 Videnskabsteori for begyndere, 1 udg. side 17 Side 9 af 74

10 1.3.1 Dataindsamling I al dataindsamling og brug af kilder er det vigtigt at forholde sig kritisk til den information, man modtager. Der er flere punkter, man bør tage stilling til for at kunne bruge data i en argumentation. Afsender-/modtagerforhold Objektivitet Reliabilitet Validitet Det er ikke muligt at være 100 % objektiv, da alt data og litteratur altid fortolkes og udvælges. Bevidsthed om dette aspekt kan højne graden af objektivitet Kvalitative data: Ved starten af projektet på BS har man et begrænset kendskab til aktuelle og historiske ændringer på de tekniske installationer og problemområder. Formålet med den kvalitative undersøgelsesmetode er at opsamle den interviewedes nuancerede beskrivelser af anlæg, problemstillinger og observationer, der ikke umiddelbart er tilgængelig ved måling. Andre grundlag for udarbejdelsen af kvalitative data kan være ekspert udtalelser der ikke umiddelbart er muligt at finde i skrevne kilder. Valg af personer til interviews: I udvælgelsen af personer, der skal interviewes, er der fokuseret på personer, der har erfaring med netop den tekniske drift af Beder skole, eller lignende anlæg. Alle interviews er blevet foretaget med en semistruktureret fremgangsmetode, hvor enkelte spørgsmål har været fastsatte, og resten af interviewet er foregået som teknisk samtale. De pointer der har været brugbare i forbindelsen med rapporten er blevet skrevet direkte ind i denne. Følgende personer er blevet interviewet: Peter Lykke Sørensen: Maskinmester og ansvarlig for drift og vedligehold i Bygninger Klaus Hjul Sørensen: Teknisk serviceleder på Beder skole Esben Lemming: Ansat hos Honeywell Claus Humlum: Seniorkonsulent ved Keepfocus Hans Mathisen: AffaldVarme Niels Thomassen: Vvs teknikker og ejer af Åbyhøj VVS I forhold til afsender-/modtagerforhold har det været et fokuspunkt hvilke agendaer interviewede eventuelt kunne have. Det har været vigtigt at holde deres ytringer, hypoteser, og personlige tilhørsforhold op mod eventuelle forskellige baggrund, faglige- og personlige mål. Et eksempel på dette er, at den tekniske serviceleder på skolen har et incitament til at lave visse besparelser, da det kommer hans budget til gode. Modsat er det hos de ansvarlige i Aarhus Kommune et incitament til at finde besparelser, da der så kan skæres i skolens budget og dermed frigives midler til flere projekter. Samtidig kan der være en vis form for faglig stolthed, der gør, at de interviewede forsøger at placere ansvaret for eventuel fejl et andet sted. Side 10 af 74

11 Den interviewedes funktion og uddannelsesniveau er også en vigtig faktor. En person, der dagligt står for driften, kan via erfaringen have rigtige observationer, der er meget brugbare, men hypoteser der bygger på gætteri, eller overbevisning. Omvendt kan en fagperson være mere interesseret i et salg end i at løse det egentlige problem hvilket kan blive en unødvendig dyr løsning Kvantitative data: Den kvantitative dataopsamling, til brug for analysen, skal virke som belæg for rapportens påstande samt medvirke til at underbygge eller problematisere de opstillede hypoteser for, hvorfor der er et afvigende resurseforbrug. I indsamlingen af disse data er der blevet lagt vægt på at benytte allerede installerede tekniske hjælpemidler mest muligt. Det vil give en indsigt i om brugen af CTS- og kommunes øvrige dataopsamlings funktionerne er optimale, eller om der kan gøres tiltag, der kan optimere disse. I dette afsnit vi der blive gennemgået fejlkilder i forbindelse med det kommunens datalogningssystem Keepfocus da det bliver brugt til foranalysen Keepfocus: Kilde: Telefon interview med Claus Humlum, Seniorkonsulent ved Keepfocus Keepfocus er et værktøj til energistyring, som er implementeret i Aarhus Kommune for at reducere resursespild. Her bliver forbruget af vand, varme og elektricitet logget hver time og kan aflæses på firmates webbaserede brugerflade i timeintervaller. Dette system bruges til at optage data til analyse af skolens forbrug. Målingerne er taget direkte fra forsyningsselskabernes målere, og må derfor regnes for forholdsvis præcise, da forsyningsselskabernes målere skal leve op til specifikke krav for præcision. De loggede data vedlagt som elektronisk bilag 1 (Kurver over forbrug). Herunder gennemgås usikkerhederne på de installerede målere. For vandmåleren er det kun muligt at få oplyst AarhusVands garanterede maximale afvigelser. Usikkerhed: Fjernvarme måler: MPE ± (0,5 +Δθ min/ Δθ ) % 5. Opgivelses interval: 1 kwh og 100 L Vand: ± 4 % efter 6 års brug 6. Opgivelses interval: 1m 3 El: MPE fra -40 til 70 C er max +0,5 %, - 0 % 7 Opgivelses interval: 10 kwh Det har ikke været muligt at få oplyst om eller hvordan, der er lavet usikkerhedsberegninger på de loggede værdier, og det er derfor ikke muligt at bestemme den resulterende usikkerhed. Det må dog forventes at der i forbindelse med aftalen mellem Aarhus Kommune og Keepfocus er lavet aftale om en acceptabel reliabilitet. Fejlkilder: Alle forsyningsselskabernes målere fjernaflæses af Keepfocus via pulser. Disse pulser er forskellige fra måler til måler og sendes enten i 1, 10 eller 100 puls størrelser. Er modtageren i softwaren indstillet til 10 pulser, men der sendes med 100, vil der måles en faktor 10 forkert. Dette er dog ikke sandsynligt, da anlægget ifølge Keepfocus er kontrolleret for dette. Yderligere kan der i foranalysen ses, at skolens forbrug ikke ligger 5 PDF: Multical Energy meter 6 Oplyst af AarhusVand 7 PDF: Kamstrup 382 Side 11 af 74

12 en faktor 10 fra gennemsnittet på andre skoler, hvilket må være en indikation på, at der ikke foreligger en sådan fejl. Ved fejl på dataforbindelsen vil Keepfocussystemet ikke kunne levere de korrekte målinger pr. time. Forbruget i nedeperioden vil da blive delt ligeligt ud på det antal timer nedbruddet har varet. Hvis der er helt identiske målinger over nogle dage eller timer kan disse ikke bruges til analyse. Dog vil det samlede årsforbrug stadig vise et reelt billede af forbruget. 1.4 Afgrænsning Der vil i rapportens problemformulering kun blive fokuseres på skolens afkølingsproblematik. Indregulering af diverse styringer ligger uden for rettighederne for brugere af Honeywells CTS-anlæg. Der vil derfor ikke blive udarbejdet forslag til indregulering af diverse styringer. Grundet omfanget af radiatorer, ventilationsanlæg og blandesløjfer vil der ikke blive lavet nye komplette løsninger og udregninger af optimale ventiler, p-bånd og kv-værdier. 2. Problemanalyse 2.1 Overordnet beskrivelse af Beder skole: Forud for ethvert godt projekt ligger der i reglen en veludført og dokumenteret gennemgang af projektets natur og omfang. I dette tilfælde, hvor rapporten omhandler forbruget af energiresurser på Beder skole, er det nødvendigt at starte med at lave en overordnet gennemgang og opmåling af skolens areal for at blive bekendt med opbygningen af og typer af tekniske anlæg; samt til en vis grad brugen af disse. Denne gennemgang vil belyse overordnede oplysninger om Beder skole og dermed kunne danne grundlag for beregninger af nøgletal i forbindelse med analyse af skolens forbrug. Beder skole er en folkeskole med tilhørende SFO. Skolen er opført af flere omgange, hvor de første dele af skolen stod færdig i 1970, og hovedparten af skolen var færdigbygget i Herudover er der løbende blevet bygget til og lavet omfattende renoveringer. Det samlede areal er i dag på til 9648 m 2 8 eksklusivt tandpleje og pedelbolig. Det oplyses, at der er i alt på skolen er følgende brugere. Tabel 1 9 Lærere 60 Pædagoger 31 Tekniske og administrative medarbejdere 17 Elever (0.-9.) 685 Elever der benytter SFO 360 Åbningstider skole: PDF: Oversigt arealer 9 Oplyst på personalekontor på Beder skole Side 12 af 74

13 Åbningstider SFO: Her udover bruges skolen af en del fritidsbrugere til aftenundervisning af forskellig karakter.. I denne rapport vil der blive set bort fra følgende bygninger: Den sydlige del af bygning 1 og 2. Disse 2x5 klasselokaler vil i løbet af 2013/14 blive gennemgribende renoveret. Det tjener derfor ikke noget formål at lave en screening mens denne ombygning foregår. Tandklinikken og den gamle pedelbolig. Disse ligger som selvstændige bygninger, med selvstændige målinger, og er derfor ikke med i de optagende data. På kortet herunder er det af rapporten omfattede m 2 opmærket og navngivet for at skabe overblik. Det skraverede område er som nævnt under ombygning. En liste med bygningernes øvrige oplysninger kan ses på bilag 1. Figur 1 Oversigt over Beder skole PDF: Oversigt arealer. Med egne rettelser Side 13 af 74

14 2.2 Forbrug kontra overforbrug? For at få overblik over om der er et overforbrug af e-l vand og varme på Beder skole udarbejdes en foranalyse af forbruget. Denne analyse vil danne grundlag for problemformulering og indsatsområde. For at vurdere og diskutere et eventuelt overforbrug vil der i analysen blive sammenlignet med energiforbrug på andre skoler i Danmark. Aarhus Kommune har på flere bygninger digital overvågning af henholdsvis el, vand og fjernvarme forbrug. Målingerne er tilgængelige fra enhver computer med internetadgang. Der kan indstilles alarmer, der advarer om pludseligt ekstremt vandforbrug. Det tekniske servicepersonel bliver automatisk underrettet via SMS. Denne funktion har af flere omgange afværget alvorlige vandskader. Programmet hedder Keepfocus og er implementeret af Energyguard. Der bliver på Beder skole målt varmeforbrug i m 3 og kwh, El forbrug i kwh og vand forbrug i m 3. Afvigelser og fejlkilder er behandlet i metodeafsnittet. For at give denne analyse validitet er det vigtigt, at årsforbruget af resurser er sammenlignelige. Baggrunden for analysen er forbruget i perioden fra 2010 til Det vurderes at antal elever på skolen, analt opvarmede m 2 og samlede antal brugstimer er 3 parametre der skal være nogenlunde ens for at kunne sammenligne de 4 år energiforbrug. Da det ikke var muligt af få reelle tal fra perioden, er der brugt tal fra budgetterne for perioden 2009 til Tal i parentes er reelle oplyst af kontoret på Beder skole. År Elever og SFO bruger [børn] Areal for målinger [m 2 ] Brugstimer [timer/år] 2009/ m m m (1 045) 9648 m Det ses at det budgetterede elevtal har været stabilt frem til 2012 og så faldet ca. 10 % i Det reelle tal for 2013 er dog på højde med tidligere år. I samme periode er der ikke blevet lavet nogen tilbygninger og det totale areal har også været konstant. Den samlede antal brugstimer af skolens areal er budgetteret til gennemsnitlig timer for Budgettet fra 2009/2010 viser et højere antal skoletimer i forhold til de øvrige år. At man er overgået fra at lave budget for et skoleår til at lave budget for et kalenderår, kan være en faktor. Da det samlede antal elever i 2009/2010 ligger på niveau med de resterende år, vil der derfor blive set bort fra det lidt højere timeforbrug i den nævnte periode. På denne baggrund kan analysen af forbruget på Beder skole foretages med udgangspunkt i forbrug i perioden Årsforbrug fra 2010 til 2012 er listet op her under: Tabel PDF: Beder til Beder-2013 Side 14 af 74

15 Forbrug Vand EL Varme Afkøling m kwh kwh 28 C m kwh kwh 27 C m kwh kwh 26 C Et hurtigt overblik over de samlede årsforbrug giver en indikation af, at udviklingen i vand og elforbrug har været positiv, da disse er støt faldende. Varmeforbruget kan ikke umiddelbart analysers ud fra årsforbruget, da forbruget ikke er klimakorrigeret. Afkølingen af fjernvarmen har været generelt faldende og ligger under det acceptable niveau på 30 C som er fastsat af AffaldVarme 13. I det efterfølgende vil vand -, el- og varmeforbrug samt afkøling blive behandlet yderligere for at afdække udviklingen i løbet af året. Alle grafer er producerede på baggrund af data fra skolens Keepfocus og er vedlagt på det elektroniske bilag: Bilag 1(Kurver over forbrug) Vand forbrug Forbruget af vand på Beder skole har været faldende over de sidste tre år og var i 2012 faldet med over 25 % i forhold til 2010 niveau. Kurven herunder viser forbruget i løbet af året og forbrugets udvikling fra 2010 til og med oktober 2013: m Vandforbrug jan feb mar april maj jun jul aug sep okt nov dec Måned Figur 2 Vandforbrug Det ses at variationerne i vandforbruget på årsbasis er meget ens. Forbruget ligger forholdsvist stabilt i starten af året med fald i sommer-, efterårs- og juleferie. Dette vidner om at vandforbruget er meget afhængigt af, at der er brugere af skolen. Derudover ses en generel nedgang i forbruget i den observerede årrække. Det tyder på, at der er taget vandbesparende tiltag siden 2010, og at disse har virket. Der er i perioden installeret nye toiletter med 6 og 3 liters skyl på store dele af skolen og håndfri armaturer til håndvask. 12 ELB: Bilag 1 (Kurver over forbrug) 13 PDF: TEKNISKE BESTEMMELSER FOR FJERNVARMELEVERING Side 15 af 74

16 Samtidig har der været en udvikling, hvor færre går i bad efter idræt 14. Både tekniske foranstaltninger og brugeradfærd må formodes at have indvirkning på det faldne forbrug El forbrug El forbrug på Beder skole har ligesom vandforbrug været faldende over den observerede periode. Kurven herunder viser forbrugets udvikling fra 2010 til og med oktober 2013 og udsving i det årlige forbrug: kwh Elforbrug jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec Måned Figur 3 Elforbrug Elforbruget er over perioden overordnet set faldet, hvilket ser ud at fortsætte i starten af Forbruget er på årsbasis som vandforbruget meget afhængig af, at der er brugere på skolen. Det ses endvidere, at forbruget er lavest i sommermåneder og højest i vinter månederne med de karakteristiske fald i ferieperioder. Det er en naturlig udvikling, da forbruget til lys vil stige i de mørke måneder. Det ser således ud til, at der er i perioden 2010 til i dag er foretaget strømbesparende tiltag på skolen, hvilket har medvirket til et fald i forbruget. Forbrugsområderne omfatter bl.a. belysning, ventilation og udsugning. Også her kan ændret brugeradfærd være medvirkende til denne nedgang. Som et udtryk for hvor meget el der bliver brugt når skolen står tom var mindsteforbruget pr. time i 2012 i gennemsnit 14 kwh. Dette betyder at der hver time, uafhænig af øvrugt brug er et konstant forbrug på 14 kwh på skolen. Dette er i løbet af et år kwh. Med et årliget forbrug på kwh er det: af det samlede årlige forbrug. Mulige grunde til det høje standbyforbrug kan være, køkkenets mange ældre køle og fryseanordninger, udendørsbelysning, og diverse elektronik. 14 Klaus Hjul Sørensen Side 16 af 74

17 2.2.3 Varmeforbrug Beder skole er opvarmet med fjernvarme, som benyttes både til opvarmning af lokaler og indblæsningsluft samt produktion af varmt brugsvand. På grafen herunder ses det ukorrigerede fjernvarmeforbrugets årlige udvikling i perioden 2010 til 2013: kwh Varmeforbrug jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec Måned Figur 4 Varmeforbrug Der ses af fjernvarmeforbrugets udvikling over året, en tydelig udvikling med højt forbrug om vinteren og et meget lavere forbrug i sommerperioden. Ferieperiode ses ikke så tydeligt i varmeforbruget. Dette hænger sammen med, at udetemperatur har større indflydelse på varmeforbruget end antal brugere og brugstid. Dette hænger sammen med at rumtemperaturen ikke kan sænkes under 16 C 15 og stadig have en god økonomi. Dette er dog en grænse, der kræver nøjere udregninger for at fastsætte præcis. Da en bygnings varmeforbrug ikke umiddelbart kan sammenlignes år for år skal forbruget graddagekorrigeres for at udligne forskelle i de to års vejrlig Graddagekorrigering Når et varmeforbrug skal graddagekorrigeres er det nødvendigt at have indsigt i begreberne graddage, normalår, GUF og GAF. Graddage er et mål for hvor koldt det har været det pågældende år. En graddag er defineret som et døgn, hvor udetemperaturen i gennemsnit er 1 0 (C/K) koldere end indetemperaturen. I disse udregninger sættes indetemperaturen til 17 0 C da de sidste 3 o C op til normal rumtemperatur regnes opvarmet af varmetilskud fra belysning, el-apparater og personer 16. Har 15 Varme på rette sted, 2. udg., side 9 16 Energihåndbogen - med råd og vejledning, side 177 Side 17 af 74

18 gennemsnitstemperaturen et døgn været 12 0 svarer det til 5 graddage. Antal af graddage i et kalenderår summeres sammen og dette er udtryk for kalenderårets opvarmningsbehov 17. Et normalår er et udtryk for gennemsnitlig antal graddage pr. år målt over en periode på ca. 20 år. 18 Et normalår kan variere alt efter den klimatiske periode det bregnes over. I denne rapport regnes med et normalt år er 3112 graddage, da det bruges i de tal der senere sammenlignes med. GUF står for Graddage Uafhængigt Forbrug Dette vil være den andel af fx fjernvarme, der bruges på opvarmning af varmt brugsvand, varmetab fra cirkulationsledninger for varmt brugsvand, varmetab varmtvandsbeholdere med videre 19. Det er et forbrug, der er nogenlunde uafhængig af udetemperaturen. Dette tal sættes for skoler erfaringsmæssigt til 19 % af det samlede varmeforbrug. 20 Denne andel er generelt stigende i den danske bygningsmasse, i forbindelse med at klimaskærm bliver bedre og bedre isoleret. GAF står for Graddage Afhængigt Forbrug Dette er den resterende andel af fjernvarme forbruget. Det er hovedsagelig opvarmning og transmissionstab i cirkulationsledninger Korrigering Det graddagekorrigerede varmeforbrug bliver udregnet efter formlen 21 Antal graddage i de forgangne år inklusiv normalår, målt pr måned, kan findes hos Ringe fjernvarme 22 Regneark med udregninger er vedlagt som elektronisk bilag 1 (Kurver over forbrug) På dette grundlag kan varmeforbruget sammenlignes og analyseres. Ser man først på det ukorrigerede forbrug ses det, at der ikke er en klar udvikling i perioden med svingende forbrug: Tabel 4: Reelt forbrug kwh kwh kwh 17 Energihåndbogen - med råd og vejledning, side Energihåndbogen - med råd og vejledning, side Håndbog for Energikonsulenter 2008, version3 side Håndbog for Energikonsulenter 2008, version3 side Håndbog for Energikonsulenter 2008, version3 side 9 22 Graddage. [Online] 23 ELB: Bilag 1 (Kurver over forbrug) Side 18 af 74

19 Ser man efterfølgende på de korrigerede forbrug ses, at der heller ikke har været en nævneværdig udvikling i forbruget i denne årrække. Tabel 5: Graddagekorrigeret kwh kwh kwh Der har i løbet af denne 3-årige periode ikke været et nævneværdig fald i fjernvarmeforbruget på Beder skole, og udsvingene har været maximalt 2 % i forhold til 2012 niveau Afkøling Fjernvarme afregnes i Aarhus Kommune pr. kwh. Det er vigtigt for fjernvarmeværket, at afkølingen hos forbrugeren er høj, så der ikke skal pumpes mere vand end højest nødvendigt ud til forbrugeren, og transmissionstabet i forsyningsledningerne minimeres. Der er der derfor indført et så kaldt taksbidrag, der skal sikre at forbrugerne arbejder mod en høj afkøling og som minimum 30 0 C. Takstbidraget i Aarhus Kommune er for 2013 sat til 0,0070 kr. ekskl. moms, pr. grad under 30 0 C / kwh. 25 Afkølingen for Beder skole er overskueliggjord i grafen og tabellen her under. 35 C Afkøling jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec Figur 5 Afkøling Tabel C 27 C 26 C En nærmere analyse af kurven viser, at der i perioden er en overordnet lille stigning i afkølingen i forårsmånederne, hvorefter den topper i sommermånederne og er faldende i efterårsmånederne. Dette 24 ELB: Bilag 1 (Kurver over forbrug) 25 PDF: Fjernvarmetakster 1. juli 2013., side 1 26 ELB: Bilag 1 (Kurver over forbrug) Side 19 af 74

20 må siges at være afvigende fra normalbilledet på en afkøling af andre fjernvarmeanlæg. Her under ses kurven for afkølingen og forbruget i en typisk villa. Figur 6 Typisk forbrug og afkøling i dansk villa 27 Her ses at forbruget passer meget godt overens med forbruget på skolen men afkølingen indtil 2013 er markant anderledes. Det er erfaringsmæssigt svært afkøle fjernvarmevandet 30 grader i sommerperioden da her typisk kun bruges fjernvarme til varmtvandsproduktion, men da forbruget typisk er lavt om sommeren er det muligt at få årsafkølingen over 30 grader i vinterperioden hvor et større forbrug og en bedre afkøling er mulig. Ledes opmærksomheden igen tilbage på afkølingen på Beder skole ses det at udviklingen i 2013 har lignet mere den typiske afkøling mere end normalt, men på et markant lavere niveau. Det kan slutteligt læses af tabellen, at den gennemsnitlige årsafkøling ligger under de 30 grader, og har været faldende siden Dette har resulteret i en ekstra udgift til skolen i perioden fra I 2011 svarede takstbidraget til ca kr. og inklusiv moms, i For at undersøge hvor længe årsafkølingen er faldet er følgende graf produceret: 27 EFFEKTIV AFKØLING BETALER SIG, side 7 28 Klaus Juhl Sørensen Side 20 af 74

21 C Årsafkøling Figur 7 Årsafkøling Grafen viser en afkøling der har været konstant faldende siden 2007 og kommer fra et niveau der ligger over karvet på 30 C. Det kunne tyde på, at de tekniske installationer på Beder skole er i stand til at levere en acceptabel afkøling, men at der over de seneste 6 år ikke har været fokus på dette område. En anden mulig grund til den faldende afkøling kan være en faldende fremløbstemperaturen fra fjernvarmeværket. Hvis Fjernvarmeværket gradvist har nedjusteret fremløbstemperaturen bliver det vanskeligere at overholde de 30 grader, da systemet er dimensioneret til en hvis temperatur. Ud fra samtale med Hans Mathisen fra Affaldsvarme er det erfaret, at fremløbstemperaturen i Beder frem til 1. august 2011 konstant har været på 76 C og efter denne dato er overgået til lavere fremløb i sommer perioden. Temperaturen har dog aldrig har været under 72 C. Det kan med andre ord sandsynliggøres at det ikke er på grund af for lav fremløbstemperatur at skolens afkøling har udviklet sig i en negativ retning. 2.3 Sammenligningsgrundlag: Analysen af resurseforbruget på Beder skole har givet et indblik i udviklingen af dette og kan derfor danne grundlag for en sammenligning med nøgletal fra andre skoler i Danmark. Sammenligningsgrundlaget er 2012 værdier. Vandforbrug: 1993 m 3 Elforbrug: kwh Fjernvarmeforbrug (graddagekorrigeret): kwh Manglende afkøling (års gennemsnit): 4 C Afregningspriser: Side 21 af 74

22 Priserne på resurser ændrer sig konstant. Udregninger i denne rapport er lavet på grundlag af følgende priser, der i skivende stund er standart hos Administration og Ejendomme i Aarhus Kommune. Alle priser er eksklusiv moms. Tabel 7 29 Vand EL Varme Afkøling Energipriser 40,03 kr./m 3 1,64 kr./kwh 0,43 kr./kwh 0,0073 kr./ C/kWh De samlede udgifter til energi bliver i 2012: (afrundet til nærmeste 1000) Vandforbrug: kr. Elforbrug: kr. Fjernvarmeforbrug (graddagekorrigeret): kr. Manglende afkøling (års gennemsnit): kr. I alt kr. I diagrammet er udgifterne fordelt procentuelt for at give et overblik over de største poster i forbrug. Der er udelukkende er tale om forbrugsbaserede udgifter, der ikke tager højde for diverse tilslutningsafgifter. Forbrug fordelt på udgifter i 2012 Vandforbrug Elforbrug Fjernvarmeforbrug Takstbidrag 3% 7% 52% 38% Figur 8 Forbrug fordelt på udgifter 2012 Det ses at langt den største udgift er til varmeforbrug der sammen med takstbidraget står for 55 % af udgifterne. I det følgende vil afsnit vil en komparativ analyse om Beder skoles forbrug er højt sammenlignet med andre skoler i Danmark. I denne rapport vil medianen af de eksisterende ELO-nøgletal danne grundlaget for denne sammenligning. Disse nøgletal bruges ofte som sammenligningsgrundlag, da de er nogle af de mest omfattende målinger der er fortaget på dette område. 29 ELB: Bilag 1 (Kurver over forbrug) Side 22 af 74

23 For at kunne sammenligne forbrug er det nødvendigt at udregne nogle nøgletal for Beder skole. Definitionen på nøgletal er: Nøgletallene er baseret på indrapporteringer i perioden januar 1997 til maj 2002 foretaget til Konsulentsekretariatet for Energiledelsesordningen af konsulenter tilknyttet Energiledelsesordningen, også kaldet ELO-ordningen Eller I forbindelse med ELO-nøgletallene er ydelsen sat til at være antal kvadratmeter. Dette kan diskuteres, og der kan fremføres argumenter for at ydelsen skal være pr. elev eller pr. undervisningstime, da dette er skolens produkt. Da Beder skole bruges både til skole, SFO og fritidsbrugere ville det blive for omfattende at begynde at adskille disse aktiviteter for at lave andre nøgletal. Derfor vurderes det at antal kvadratmeter er passende som ydelse. I tabellen herunder er ELO-nøgletallene stillet op overfor samme nøgletal fra Beder skole udregnet ud fra formlen ovenfor. De 30 C for afkølingen er valgt forhold til AfaldVarmes krav. Tabel 8 Vandforbrug [m 3 /m 2 ] Elforbrug [kwh/m 2 ] Fjernvarmeforbrug [kwh/m 2 ] Afkøling [ C] Beder skole 0,2 24, ELO-nøgletal / mål 0, , ,0 35 Afvigelse fra nøgletal + 0,0 % + 23,3 % + 13,3 % -13,3 % Af tabellen kan ses at afkølingen, fjernvarmeforbruget og særligt elforbruget overstiger ELO-nøgletallene og krav. Det skal gøres opmærksom på, at ELO-nøgletallene som tidligere nævnt er over 10 år gamle, og at der må forventes at have været en udvikling mod lavere forbrug pr. m 2 siden. Dette ændrer imidlertid ikke på, at Beder skole som minimum skulle kunne bevæge sig tættere på medianen for danske skoler. Derfor vil der i det efterfølgende afsnit blive refereret til ELO-nøgletallene som mål. 30 Energihåndbogen - med råd og vejledning, side Energihåndbogen - med råd og vejledning, side Energihåndbogen - med råd og vejledning, side Energihåndbogen - med råd og vejledning, side Energihåndbogen - med råd og vejledning, side PDF: Fjernvarmetakster 1. juli 2013, side 1 Side 23 af 74

24 2.4 Delkonklusion: Det kan konkluderes at Beder skole har et overforbrug af el på godt 23 %. Det er yderligere sandsynliggjort at ca. 50 % af elforbruget går til forbrug, der ikke direkte er forbundet til aktiviteter på skolen. Elforbruget har været faldende siden Samtidig er der et overforbrug på godt 13 % fjernvarme i forhold til gennemsnittet af danske skoler. Forbruget af fjernvarme har været stabilt siden Dertil kommer en afkøling, der ligger godt 13 % under målet, hvilket medfører en strafafgift og et øget transmissionstab i distributionsnettet. Denne afkøling har med de nuværende installationer kunnet levere en acceptabel afkøling på 33 C. Vandforbruget ligger på linje med målet. Det er i høj grad plausibelt, at der er besparelsespotentiale på både el, fjernvarme og afkølings området. Der kan i forbindelse med analysen peges på særlige fokusområder i forbindelse med en energioptimering. 2.5 Problemformulering De forbrug, der tiltrækker sig størst opmærksomhed på Beder skole er det høje elforbrug, (særligt standby forbruget) det høje varmeforbrug og den dårlige afkøling. Der er således flere mulige veje at gå i forbindelse med en energioptimering. Som det fremgik af analysen er der de senere år været fokus på at nedbringe elforbruget. Der er i løbet af 2013/14 planlagt udskiftning af samtlige cirkulationspumper, ældre køleskabe og frysere i skolekøkkenet samt udskiftning af lysstofrør til LED-rør og behovsstyring af ventilation. Det er et fokusområde på skolen, og der er en proces i gang for at finde besparelser. Det kan dog anbefales, at der laves en ekstra indsats på at nedbringe standby forbruget, som er meget højt. Varmeforbruget er meget afhængigt af, hvor godt isoleret bygningerne er da dette er bestemmende for transmissionstabet. Da det erfaringsmæssigt er meget dyrt at lave facaderenoveringer og efterisolering, er det svært at finde de store besparelser på den del af varmeforbruget. For at vurdere om det samme er tilfældet på Beder skole er der med energimærkningsprogrammet Energy10 blevet udarbejdet beregninger på rentabiliteten af renovering af klimaskærmen på den dårligst isolerede bygning. Denne ses her under: Side 24 af 74

25 Figur 9 Tilbagebetalingstider på isolering af klimaskærm Det ses af oversigten at kun hulmursisolering i dette tilfælde er rentabelt da tilbagebetalingstider for resterende tiltag alle overstiger tiltagenes levetid. Problematikken omkring den aftagende afkøling er et emne der, er oplagt at kigge nærmere på. Analysen peger på et varmeanlæg, der gradvist leverer dårligere, og tidligere har kunnet overholde reglerne. Der er en tydelig økonomisk gevinst ved at få anlægget bragt tilbage til oprindelig drift igen. Det kan tyde på, at dette er et forsømt område i driften af Beder skole, da det, som det eneste af rapportens fokusområder, er inde i en negativ udvikling. En yderligere begrundelse for at vælge dette fokusområde er, at et bedre trimmet fjernvarmesystem i sidste ende også vil bidrage til besparelser på varmeforbruget. Da der 2012 ifølge blev betalt kr. for varme inklusiv takstbidrag kan der hvis takstbidraget helt fjernes kunne spares minimum på varmeregningen. Her til kommer eventuelle besparelser på varmeforbrug. Ud over disse besparelser er det muligt at søge om tilskud til forbedring af brugsanlæg med dårlig afkøling. En sådan tilskud vil i forbindelse med Beder skoles nuværende afkøling være et engangsbeløb på ca kr 36. På baggrund af en undren over hvorfor denne afkøling langsomt er blevet dårligere og besparelses potentialet på skolens største energipost, er der valgt at fokusere på afkølingen af skolens forbrugte fjernvarmevand. Følgende problemformulering er derfor udarbejdet: Hvilke tekniske installationer forårsager den dårlige afkøling, og hvilke tiltag kan der tages for at hæve årsafkølingen og anlæggets funktionalitet? 36 Hans Mathisen: AffaldVarme Side 25 af 74

26 3. Bygningsgennemgang Det står klart at afkølingen på Beder skole er faldet ca. 1,5 C hvert år siden På den baggrund giver det mening at opstille hypotesen om et anlæg hvor der ikke har været fokus denne problemstilling. Da faldet i afkølingen er så lineært virker det ikke sandsynligt at en pludselig fejl har ødelagt billedet da det vise sig mere tydeligt i et pludselig fald. Denne nye viden om fjernvarmeafkølingen og hypotesen om et anlæg med flere fejl har ført til yderligere undersøgelse af hvilke anlæg på skolen, der har indflydelse på afkølingen. For at få indblik i hvordan anlægget på skolen fungerer, gennemgås i næste afsnit hvordan fjernvarmen distribueres. 3.1 Fjernvarme og distribution Fjernvarmesystemet kan deles op i 3 overordnede elementer 37 : Produktionsanlæg/Fjernvarmecentraler Distributionsanlæg/Fjernvarmenet Tilslutningsanlæg/Brugeranlæg Produktionsanlæg er de anlæg, der producerer det fjernvarmevand, der er grundlaget for hele systemet. Produktionen foregår på forskellige anlæg og med forskellige brændsler lige fra olie til biogas. I Aarhus Kommune er det primært kraftvarmeværket i Studstrup og Affaldsforbrændingen i Lisbjerg, der fungerer som grundlastanlæg. Disse værker producerer både el og fjernvarme. På Studstrupværket er fjernvarmeproduktionen sekundær, men er med til at øge virkningsgraden fra ca. 47 % til omkring 90 % på værket. 38. Der findes i Aarhus Kommune også lokale fjernvarmecentraler, der benytter halm, flis eller biogas som brændsel. Er varmeforbruget i perioder stort, findes der i bl.a. Gjellerup og Aarhus centrum spidslastanlæg, der hurtigt kan startes op og levere den ønskede effekt. Disse bruger olie som brændsel, da det muliggør fenne hurtige opstart. Et overblik over produktionsanlæg og transmissionsnettet for Aarhus Kommune kan ses på figur 10. Figur 10 Transmisionsnettet Aarhus Kommune Det producerede fjernvarmevand pumpes ud til forbrugeren i fremløbet og ledes tilbage til produktionsanlægget i returen. Ledningerne fra kraftvarmeværk til forbrugeren er delt op i henholdsvis transmissionsledning, hovedledning og stikledning. Transmissionsledningen går fra kraftvarmeværk til en vekslerstation ude i området. I overgangen til hovedledningen opvarmes vandet i en ny kreds via en varmeveksler. For at gøre op for transmissionstabet i ledningen kan der i nogle tilfælde ligge et decentralt værk, der igen øger temperaturen på fjernvarmevandet. 37 Varme Ståbi, 6. udg., side Varme Ståbi, 6. udg., side 257 Side 26 af 74

27 Hovedledninger går fra denne decentrale station ud i umiddelbar nærhed af forbrugerne, hvorfra en stikledning fører varmen til den enkelte husstand. En oversigt kan ses herunder Figur 11 Kraftvarmeværk med transmissionsledning og fjernvarmenet 39 Fjernvarmeværkerne pumper fjernvarmen ud i nettet ved forskellig temperatur alt efter, om det er sommer eller vinter. Typisk er temperaturen mellem 100 og 120 C når det forlader værket 40. Dette sikre at der, trods den større temperaturdifferens på fremløb og udetemperatur i vintermånederne, stadig kan leveres forudbestemt temperatur til forbrugeren. Fjernvarme Aarhus garanterer en fremløbstemperatur på minimum 60 C 41 og forlanger en afkøling på 30 C i installationen. Dette krav er sat for at gøre fjernvarmeforsyningen mere effektiv. Kravet til afkølingen er med til at spare energi, fordi varmetabet i returledningen bliver mindre, men vigtigst skal forsyningsselskabets fjernvarmepumper bruge mindre effekt, da en højere afkøling af vandet hos forbrugeren giver samme afleveret varmeenergimængde ved lavere flow. Tilslutningen til forbrugeren kan enten ske via et direkte anlæg, hvor fjernvarmevandet ledes direkte ud i installationen eller et indirekte anlæg, hvor en veksler adskiller stikledningen og varmefordelingssystemet. 3.2 Teori afkøling Tilslutningen af fjernvarme på Beder skole er udført som et direkte anlæg med opblanding og udekompensation. Kort fortalt bruges fjernvarmevandet direkte i installationen og udekompensationen sørger for at blandesløjfen leverer en korrekt fremløbstemperatur til radiatorkredsene alt efter vejrliget. For at kunne styre radiatorens effektafgivelse og afkølingen i radiatorerne bedst muligt er der 2 faktorer, der kan reguleres på. Fremløbstemperatur og vandføring. For at gøre klart hvordan vandføring, fremløbstemperatur og radiatorstørrelser har indbyrdes indvirkning kan det give mening at gennemgå dimensioneringen af en radiator. Når et rums varmeflader skal dimensioneres, kan der ud fra 3 formler dannes et godt indtryk af effektforbrug. Der skal som udgangspunkt findes et effektforbrug ved en dimensionerende situation. I 39 Varme Ståbi, 6. udg., side (med egne rettelser) 40 Kombineret el- og varmeproduktion. [Online] 41 PDF: TEKNISKE BESTEMMELSER FOR FJERNVARMELEVERING side 26 Side 27 af 74

28 Danmark vil den dimensionerende situation som oftest være en indetemperatur på 20 C og en udetemperatur på -12 C 42. Varmetransmissionen ud af lokalet ved dette temperatursæt bestemmer således den effekt, radiatoren maksimalt skal kunne levere ud fra formlen: ) 43 Hvor: Da temperaturforskellen og arealet ikke kan reguleres, er U-værdien det eneste der kan ændres. Dette foregår ved isolering af klimaskærmen. U-værdien for bygningen kan udregnes som en blanding af de forskellige dele af klimaskærmen, eller der kan bruges erfaringstal. Når lokalets transmissionstab i dimensioneringssituationen kendes, kan der nu findes en radiator med den rette størrelse. Radiatorns effekt skal være tilsvarende transmissionstabet fra tidligere. Formlen for en radiators afgivende effekt fremgår her under: - 44 Hvor: Det fremgår af formlen, at en allerede monteret radiator kun kan levere en hvis effekt, hvis de tre ovenstående temperaturer er fastsatte. Dette temperatursæt er derfor et vigtigt parameter i forbindelse med afkøling og leveret effekt. Man har før i tiden dimensioneret radiatorer til højere 42 PDF: Den lille blå om Varme, 1. udg., side PDF: Varmeanlæg, foreløbig udgave., side PDF: Varmeanlæg, foreløbig udgave., side 19 Side 28 af 74

29 fremløbstemperaturer, end der er tilgængeligt i dag. Dette kan give problemer med den leverede effekt, når fremløbstemperaturen sænkes, som det fremgår af de to efterfølgende udregninger. Den større effekt med 80/50/20 (fremløb/retur/rum) er et resultat af den større logaritmiske temperaturdifferens mellem vandet i radiatoren og luften i lokalet. Beder skole er efter udsagn fra Niels Thomassen (Vvs-tekniker og ejer af Aabyhøj vvs) højst sandsynligt dimensioneret til 70/40/20. I dag er dimensioneringskravene et temperatursæt der hedder 60/40/ Afkølingen af fjernvarmevandet er som tidligere nævnt sat til minimum 30 C. Den levrede effekt er fastsat via ovenstående formel og fremløbstempereturen kan ikke hæves. Nu kan den maximale vandføringen i radiatoren findes ved at isolere G i formlen: - 46 Hvor: Hvis der regnes videre med temperatursættet 70/40/20 får vi følgende vandmængde i radiatoren fra før: Hæves vandføringen nu med 10 kg i timen og effekten holdes konstant ses det at afkølingen falder: 45 PDF: Hvad betyder revideringen af DS 469 for fjernvarmebranchen?, side1 46 PDF: Varmeanlæg, foreløbig udgave., side 19 Side 29 af 74

30 Denne lettere simplificerede udregning viser at hvis vandføringen i en radiator stiger til over det beregnede, må afkølingen falde. Det siges at radiatoren kortsluttes, da vandføringen bliver så stor, at vandet ikke kan nå at blive afkølet. Yderligere ses det at en mindre vandføring medfører faldende effekt. Vandføringen styres primært i radiatorventilerne, men cirkulationspumper kan også øge eller sænke vandføringen hvis de levere et øget tryk. Ud fra disse beregninger konkluderes at en høj fremløbstemperatur giver en stor effekt ved en Δt på 30 C. Sænkes fremløbstemperaturen sænkes effekten også ved samme Δt. Sænkes vandføringen, falder effekten ligeledes. Mest interessant i forbindelse med afkølingsproblematikken ses det at for høj vandføring i en radiator er grunden til en dårlig afkøling. Som det kan ses af nedenstående skema giver det mening at justerer på både fremløbstemperaturen og vandføringen 47. Samtidig giver skemaet et udmærket overblik over hvordan vandføring og fremløbstemperatur har stor indflydelse på returtemperaturen: Figur 12 Gennemregnede eksempler for en specifik radiator PDF: Varmeanlæg, foreløbig udgave, side PDF: Varmeanlæg, foreløbig udgave., side 19 Side 30 af 74

31 3.3 Brugeranlæg på Beder skole (systembeskrivelse) For at klarlægge hvor den dårlige afkøling opstår, følger her en systembeskrivelse på Beder skole. Den skal redegøre for systemets opbygning med henblik på nærmere analyse af problemstillinger. Afsnittet er også med til at synliggøre hvilke faktorer, der er med til at sikre en høj afkøling. Hermed dannes grundlag for mere konkret undersøgelse af de individuelle systemer og klarlægge hvilke målinger, der er nødvendige Bygningsgennemgang radiatorsystem Fjernvarmestikledningen går ind i kælderen i bygning 2, hvorfra den forgrener sig ud i skolens bygninger. Herfra fordeler fjernvarmevandet sig ud til i alt 10 blandesløjfer, der sørger for opblanding af returvandet til de 10 radiatorkredse. En oversigt over blandekredse og forsyningsområder kan ses herunder. Figur 13 Blandesløjfer og opvarmningsområde Side 31 af 74

32 Hver radiatorkreds er som nævnt forsynet med sin individuelle blandesløjfe. Blandesløjfen sørger for opblanding af fremløb og retur så fremløbstemperaturen i anlægget er styret til forskellige reguleringssituationer og udetemperaturen. Dette kan give besparelser på omkring 5 % af varmeforbruget 49. Blandesløjferne på Beder skole er opbygget, som vist på figur Figur 14 Opbygning blandesløjfe Temperaturen på det opblandede vand styres af en motorventil på returledningen. Ved at lukke denne i opblandes det varme fjernvarmevand med afkølet vand fra returen. Ved fuld åbning er fremløbstemperaturen ca. den samme som fremløbstemperaturen i stikket. Motorventilen og dermed fremløbstemperaturen styres af skolens CTS-anlæg (Central Tilstandskontrol og Styring). En kontraventil, også kaldet shunt, sørger for, at vand fra fremløbet ikke kan løbe direkte til returen og kortslutte blandesløjfen med dårlig afkøling til følge. Trykdifferens-regulatoren, der også er monteret på returen, sørger for et passende lavt og stabilt differens tryk over radiatorkredsen, hvilket sikrer at reguleringsventiler har optimale forhold i forbindelse med reguleringen. Et højt eller skiftende differenstryk kan give pendling i motorventilen, større varmeforbrug og dårlig afkøling, fordi vandføringen bliver større end dimensioneret. Fordelingsanlægget er opbygget som et 2-strengsanlæg med vandret fordeling og forsyning nedefra. Princippet for dette er overordnet skitseret på diagrammet herunder. Figur 15 2-strengsanlæg 51 Denne opbygning er meget anvendt i anlæg med fjernvarmeforsyning, da det potentielt kan give en god afkøling over hver enkelt radiator set i forhold til et 1-strengs anlæg. Vandføringen styres af radiatorventiler der, i de fleste også styres af CTS-anlægget via termoaktuator. På gange og mindre rum er der minder brugt stures vandmængderne af en radiator termostat. Der findes på skolen ca. 200 radiatorer CTS-anlæg På Beder skole er der installeret et CTS anlæg fra producenten Honeywell. CTS systemer anvendes typisk til at styre og regulere store bygningers tekniske installationer bl.a. vvs- og ventilationsanlæg, så de fungerer korrekt og energieffektivt. Den centrale styring og muligheden for at fjernaflæse vigtige parametre letter i 49 Håndbog for vvs ere, side Varme Ståbi, 6. udg. side 305 (med egne rettelser) 51 Varmeanlæg, foreløbig udgave, side 8 Side 32 af 74

33 mange tilfælde arbejdet for det tekniske servicepersonel, der har ansvaret for at sikre optimal drift. Dette anlæg har ligeledes udekompensation. Det kan være et meget nyttigt værktøj til at holde styr på energiforbrug og tekniske installationer. Hvis anlægget skal fungere efter hensigten kræver det, at alle anlæg og relevante målinger er tilgængelige, og at det tekniske servicepersonel aktivt bruger systemet. Ellers vil den gavnlige effekt være minimal. I CTS-anlægget er blandesløjferne præsenteret som på udklippet her under. 52 Figur 16 Sådan vises blandesløjferne på skolens CTS-anlæg Det viste blandeanlæg reguleres efter en udendørsføler, der levere data til en regulator. Denne regulator styrer åbningsgraden af den tovejs motorventil, der blander en hvis mængde vand fra returen tilbage i fremløbet til setpunktet er nået. Setpunktet er styret af en varmekurve, der er fremstillet på baggrund af bl.a. rummets isolations niveau, varme træghed og radiatorstørrelser. Desto dårligere isoleret bygningen er, jo stejlere skal kurven indstilles. Figur 17 Varmekurver for udekompensering 53 Som det fremgår af ovenstående udklip, er fremløbstemperaturen i denne blandesløjfe styret af denne kurve. Her er det typisk programmører af CTS anlægget der vælger kurve og krumning ud fra erfaring, og efterfølgende er det op til driftslederen at fin-tune indstillingen via trial and error. 52 Eget arkiv 53 Eget arkiv Side 33 af 74

34 Styring af moterventilens åbningsgrad sker via en PI regulering med fremløbstemperaturen fra varmekurven som setpunkt. Det er for brugeren af CTS-anlægget kun muligt at bestemme setpunktet ved at indstille kurven og krumningen. CTS-anlægget kan ud over regulering også udføre natsænkning og pumpestop i perioder uden varmeforbrug 54. Dette kan være med til at spare yderligere på varme- og elforbruget. De fleste lokaler er udstyret med rumstyring, der tillader at have natsænkning til 17 i rum, der ikke bruges og 20 C i andre lokaler. Denne opgradering af CTS-anlægget blev indført i Rumstyring gør det muligt at styre temperaturen individuelt i alle rum og dermed lave mere præcis regulering og natsænkning, der ofte giver en stor varmebesparelse. De termostatiske radiatorventiler er blevet udskiftet med en termoaktuator, der styrer varmeafgivelsen ved pulsbreddemodulation. Denne natsænkning er i dag styret af tidsprogrammer, der efter endt undervisning stopper varmetilførslen til temperaturen i lokalet er 17 C. Herefter holdes temperaturen konstant indtil genopvarmningen til 20 C påbegynder ca. 6 timer, før rummet skal bruges. Det er ikke muligt at få adgang til yderligere dele af historikken på dette CTS anlæg, da dette ikke kunne oplyses af Honeywell. Ud over opvarmning med radiatorer er der observeret gulvvarme i bygning 5. Gulvvarmen er frakoblet på grund af utætheder. Dette kan være interessant, da der i disse områder kan forventes at være utilstrækkeligt med varmeflader, hvilket kan give dårlig afkøling og dårligt termisk indeklima Ventilationsanlæg Der er på skolen observeret 13 ventilationsanlæg med varmeflader. Fjernvarmeforsyning til varmeflader i ventilationsanlæg er også opbygget med blandesløjfe og cirkulationspumpe. Et diagram fra skolens CTS-anlæg kan ses på figur Alle ventilationsanlæggene på Beder skole er opbygget på denne måde. Der cirkuleres konstant vand igennem varmekredsen for at sikre mod frostsprængninger. Jo mere motorventilen åbner jo mindre vand recirkuleres og fremløbstemperaturen stiger. CTS- anlægget overvåger 8 ud af 13 ventilationsanlæg på skolen. Afkølingen af fjernvarmevandet i ventilationsvarmeflader kan blive meget god pga. af den store luftmængde, der strømmer gennem varmefladen. Figur 18 Ventilationsblandesløjfe 54 Varmeanlæg, foreløbig udgave, side Eget arkiv Side 34 af 74

35 Figur 19 Ventilationsanlæg på Beder skole Varmtvandsproduktion Varmtvandsproduktionen på Beder skole sker på 5 forskellige placeringer ud fra 4 forskellige principper. På CTS-anlægget overvåges kun fremløbstemperaturen på det varme brugsvand. En oversigt over placering og forsyningsområder ses herunder: 56 PDF: Oversigt arealer, (med egne rettelser) Side 35 af 74

36 Figur 20 Varmtvandsproduktion og forsyningsområde 57 Det forventes opbygningen af varmtvandssystemet er lavet efter gældende regler på opførselstidspunktet. Ved renovering og ombygning skal gældende regler i BR10. Her anbefales at DS439 samt vejledningen SBI- 175 følges. Grundlæggende varmes vand fra vandværket op til ca. 55 C. Herefter cirkuleres vandet ud i bygningen og tilbage til varmekilden for igen at få temperaturen hævet til 55 C. Denne cirkulation har til hensigt at sikre, at temperaturen ved fjerneste tapsted ikke kommer under 50 C., og at varmt vand kan opnås på sekunder 58. I forbindelse med varmt brugsvand er det kritisk, at temperaturen i beholder og cirkulationsrør holdes inden for et forholdsvist smalt bælte af flere grunde. Det forskrives i BR10 at brugsvandsanlæg udføres, så risiko for legionellabakterier minimeres 59 ved temperaturstyring af det varme vand. Legionellabakterier, der kan føre til dødelig lungebetændelse for svækkede personer, trives bedst ved en temperatur på 30 til 45 C. Ved temperaturer på over 50 C 57 PDF: Oversigt arealer, (med egne rettelser) 58 BEDRE BRUGERINSTALLATIONER, side BR10, 8.2 stk 6 Side 36 af 74

37 nedsættes bakteriernes vækst betragteligt, og ved en temperatur over 60 C dør de 60. En vandtemperatur på over 60 grader er ikke ønskeligt, da udfældningen af kalk, O 2 og CO 2 her øges markant 61. Samtidig giver det grobund for andre bakterier, samt en høj risiko for skoldning og et større varmetab fra beholder og rør. Derfor er nogle anbefalinger for varmt brugsvand som følger: Temperaturen i beholder holdes på 55 C 62 Min 50 C ved fjerneste tapsted inden for sekunder 63 Beholder skal have en størrelse så vandet udskiftes ca. 2 gange dagligt 64 På grund af fare for legionellabakterier er det i Aarhus Kommune ikke lovligt at slukke for varmtvandscirkulationen i ferier og weekender i offentlige bygninger. Der er i det hele taget stor fokus på legionella i Aarhus Kommune, men da målet med denne opgave er at hæve afkølingen vil der ikke blive gået yderligere ind i denne problemstilling. Varmtvandsproduktionen på Beder skole forgår ud fra følgende 4 forskellige principper Beholder På Beder skole er installeret 2 stk. enkelt varmtvandsbeholdere, der hver forsyner deres respektive områder på skolen. Beholdernes størrelse er henholdsvis 400 og 1000 liter. Koldt brugsvand ledes ind i beholderens bund og varmes op, ved at ublandet fjernvarmevand ledes igennem en varmespiral.. Beholderen er udformet, så der opstår en lagdeling i beholderen, hvilket er med til at sikre en god afkøling på fjernvarme vandet, da det på denne måde virker via modstrøms princippet. Vandet har en temperatur på ca. 15 C i bunden af beholderen og 55 C i toppen, hvorfra vandet cirkuleres til tapstedet. Returledningen er monteret midt i beholderen, så lagdelingen ikke ødelægges. Temperaturregulering i beholderen foregår med en Danfoss AVTB selvvirkende temperaturregulator monteret på returen. Ventilens termostatiske element er monteret i toppen af beholderen, så ventilen lukker i ved stigende temperatur. Der er derudover monteret sikkerhedsventil på beholderen. Et diagram over opbygningen kan ses herunder. 60 BEDRE BRUGERINSTALLATIONER, side BEDRE BRUGERINSTALLATIONER, side BEDRE BRUGERINSTALLATIONER, side BEDRE BRUGERINSTALLATIONER, side Legionella og bakterievækst i varmt brugsvand. [Online] Side 37 af 74

38 Figur 21 Varmtvandsbeholder 65 Dette var den altoverskyggende metode for varmtvandsproduktion på opførselstidspunktet. Sammenlignes med gennemstrømsveksleren, er der følgende fordele og ulemper ved denne type af varmtvandsproduktion: Tabel 9 Fordele Behøver mindre effekt og dermed mindre stikledning Mere driftssikkert ved udfald af fjernvarme Ulemper Plads krævende Vand har længere opholdstid - dårligere vandkvalitet Stort varmetab Meget afhængig af lagdeling for god afkøling Stor cirkulation kan ødelægge afkøling Begrænset kapacitet over tid To beholdere i serie Varmtvandsbeholderen til hallen er udført med to beholdere i serie. Opbygningen af hver enkelt beholder er som tidligere beskrevet. Ved 2 beholdere i serie varmer første beholder vandet op til ca. 20 C og den sidste beholder op til 55 C. Fjernvarmevandet ledes først igennem den varme beholder og dernæst den kolde, før det ledes retur. Styring af temperatur sker med en Danfoss AVTB selvvirkende temperaturregulator monteret i serie efter en Danfoss FJV ventil på returen. FJV ventilen lukker ved for høj returtemperatur og sikrer afkølingen. Cirkulationsledningen er på dette system monteret på røret der fører fra den kolde til den varme beholder. Et diagram over opbygningen ses her under. 65 Varme Ståbi, 6. udg., side 309 (med egne rettelser) Side 38 af 74

39 Figur 22 To varmtvandsbeholdere i serie 66 Fordelen ved denne type varmtvandsbeholder er, at der sikres en god afkøling af fjernvarmevandet og har en stor kapacitet. Der risikeres dog, at vandet får en meget lang opholdstid i beholderne. Hvis FJV er indstillet korrekt, vil der være en god afkøling på fjernvarmevandet, men denne vil overstyre AVTB ventilen, der skal styre varmtvandstemperaturen. Dette kan nedsætte opvarmningshastigheden for beholderne Gennemstrømsveksler Varmtvandsproduktionen i bygning 7 er varetaget af en 4-benet gennemstrøms pladevarmeveksler. Gennemstrømsveksleren fungerer ved at det varme fjernvarmevand veksles i modstrømsprincip og opvarmer det kolde brugsvand. Det varme brugsvands temperatur bestemmes ved hjælp af en Danfoss RAVK termostatisk ventil, der lukker for fjernvarme ved stigende brugsvandstemperatur. Her produceres det varme vand, når der er et forbrug. Som det ses på diagrammet herunder, er cirkulationsledningen monteret på koldtvandstilgangen. Dette kan være med til at ødelægge afkølingen, da det kolde brugsvand, der skal sikre en høj afkøling, nu blandes med varmt vand. Denne type veksler vil ved forbrug kunne levere en returtemperatur på primærsiden på ca. 20 grader, hvis koldtvandstemperaturen og de cirkulerede mængder er lave. Figur 23 4-benet gennemstrømningsvarmeveksler ELB: Bilag 4 (Beholdere i serie) (Udklip med egne rettelser) Side 39 af 74

40 Fordele og ulemper i forhold til varmtvands beholdere: Tabel 10 Fordele Ofte billiger i anlægsudgift Mindre pladskrævende Nemmere at dimensionere for god afkøling Konstant levering af varmt vand Ulemper Giver svingende tryk i fjernvarmerør Den 5 benede veksler giver bedre afkøling Der skal være én høj effekt til rådighed Temperaturen i stikledningen kan blive kold Ladekreds Varmtvandsproduktion til gymnastiksalen er i 2012 udskiftet fra en varmtvandsbeholder til en ladekreds. Denne anlægstype kombinerer fordele fra beholder og vekslerløsning. Ladekredsveksleren fungerer, som forklaret i ovenstående eksempel, og varmer vandet i beholderen op til passende temperatur. Cirkulationsledningen er også som i forrige eksempel monteret på koldtvandstilslutningen. Umiddelbart er der kun fordele ved et sådant system, men af ulemper kan nævnes den høje anlægsudgift på grund af flere komponenter og automatik. Et diagram over en ladekreds kan ses herunder. Figur 24 Brugsvands ladekreds Varme Ståbi, 6. udg., side 310 (med egne rettelser) 68 Varme Ståbi, 6. udg., side 311 (med egne rettelser) Side 40 af 74

41 3.4 Delkonklusion: Efter redegørelsen af de fjernvarmeforbrugende anlæg på BS er det sandsynliggjort at disse skulle kunne levere en acceptabel afkøling. Det direkte 2 strengede anlæg er med stor sandsynlighed dimensioneret til 70/40/20, og siden fremløbstemperaturen ikke har været under 72 C siden 2007, må det forventes, at faldende fremløbstemperatur ikke er grunden til den manglende afkøling. Der er løbende blevet renoveret forskellige steder på skolen blandt andet med efterisolering og udskiftning af ruder så det forventes ikke at antal W/m 2 til opvarmning er steget. Det forventes derfor at effekten er tilstrækkelig til at holde en indetmperatur på 20 undtagen i bygning 5 hvor gulvvarmen er sløjfet. Der er på et tidspunkt indført natsænkning, der i opvarmningsfasen vil kræve en større effekt. Dette kan have negativ indflydelse på afkølingen. Blandesløjferne er udstyret med enkelt shuntventil, differenstrykregulator, udekompensering et CTSsystem der kan styre og overvåge temperaturer i lokalerne. Dette er alle forhold der skulle være positivt for afkølingen. Varmtvandsproduktion er af en mere blandet sammensætning. Her er 2 ud af 5 varmtvandsproducerende anlæg, nyere veksler løsninger der potentielt kan levere en meget god afkøling. De tre varmtvandsbeholdere er rent fysisk opbygget på en sådan måde at de ligeledes skulle kunne levere en god afkøling. Der er mange tegn på, at de varmeforbrugende anlæg på Beder skole har potentiale til at levere en god afkøling. En påstand der underbygges af de historiske data der viser en års afkøling på 33 C. For at fastslå hvor problemerne opstår, er der gennemført en omfattende datainsamling for at kunne analysere problemstillingen mere indgående. 4. Dataindsamling Som første skridt er der udført interview med den tekniske serviceleder for at få hans vinkel på hvor der kan være problemer. Den næste del af dataindsamlingen vil blive foretaget med skolens CTS og Keepfocus systemer. Denne fremgangsmåde er valgt for at skabe lys over, i hvor høj grad disse data kan være en del af kortlægningen af nuværende problemstillinger og en fremtidig løsning. Herefter er dele af installationen gennemgået med et termografikamera for at fastslå problemstillinger og som kontrol af de systemopmålte data. Det skal være med til at skabe et over blik over relabiliteten og validiteten af CTS-sustemets målinger til fejlfinding og vedligehold. 4.1 Keepfocus: Baggrund for dataoptagelse og fejlkilder er beskrevet i metode afsnit. Side 41 af 74

42 Det nuværende Keepfocus system kan kun levere data for gennemsnitsafkølingen pr. dag for skolens samlede forbrug. Der opsamles dog også målinger for volumenforbrug og energiforbrug pr. time. Herudfra kan afkølingen pr. time beregnes. Der er taget målinger fra henholdsvis 2007 og 2013 i uge 45. Denne uge må formodes at være repræsentativ for en almindelig uge og ligger i fyringssæsonen. Disse data er opsamlet og vedlagt på elektronisk bilag 3 (Uge 45 time afkøling 2007 og 2013) 4.2 Honeywell CTS-anlæg: Beder skole har CTS-anlæg installeret til at give overblik over bygningens tekniske installationer og styre disse, så der opnås en balance mellem komforten i forbindelse med energiforbruget, og de driftsmæssige krav. Det har på trods af flere forsøg ikke været muligt at fremskaffe dokumentation eller historik på dette CTS-anlæg. På 16 ud af 28 af bygningernes varmtvandsanlæg, blandesløjfer og ventilationsaggregater er der monteret temperaturfølere, der måler frem- og returtemperaturen og viser denne i brugerfladen på CTS-systemet. Følerne er overfladefølere, der er monteret med spændebånd på varmerørene. Usikkerhed: Temperaturføler: 0,3 K +0,5 % * temp. i C 69 Opgivelsesinterval: 0,00 C Alle målesteder er nummererede, og målepunkter kan forholdsvist nemt findes og gentages. Det har ikke været muligt at få information om kalibrering af disse målinger. Validiteten af disse målinger kan diskuteres af flere grunde. Det er ikke mediets temperatur i røret, der måles men derimod rørets overflade. Dette giver målingerne en forholdsvis dårlig validitet, da det er mediets temperatur, der er interessant. At målinger af denne type alligevel kan betragtes som valide hænger sammen med varmerørenes forholdsvist høje varmeovergangstal og høje flow, der gør, at rørenes overflade kan ses som et udtryk for medietemperaturen. Føleren, der skal måle returtemperaturen, er monteret før shunten og motorventilen. Denne returtemperatur er ikke udtryk for returtemperaturen til fjernvarmeværket men temperaturen fra radiatoren. Er kontraventilen i blandesløjfen uvirksom, kan der ske en kortslutning i blandesløjfen, og returtemperaturen vil stige, uden det opfanges af denne måling. Fejlkilder: Disse målinger er behæftet med flere fejlkilder. Dårlig kontakt mellem føler og rør pga. rust eller gammel isolering kan give fejlvisning. Manglende kalibrering kan påvirke resultatet. Det kan ikke vurderes ved fysisk inspektion, om føleren er i stykker. Tilsmudsning indvendigt på rør vil kunne isolere. En forkert indstilling af termometrets parametre i CTS-anlægets kan også give fejlvisninger. Der blev etableret logning af retur temperaturen fra blandesløjfer og ventilationsaggregater via skolens CTS anlæg over 5 dage. Disse logninger er vedlagt som elektronisk bilag 2. Minut optællinger og resultater er vedlagt som bilag 3 bagerst i rapporten. 69 PDF: T7414A/VF20A/VF10A STRAP-ON TEMPERATURE SENSORS Side 42 af 74

43 4.2.1 Kontrol af Honeywell temperatur målinger: Ved gennemgang af CTS-anlægets systemlog er der fundet uregelmæssigheder mellem den forventede fremløbstemperatur, og den målte. Herunder ses et plot der viser blandesløjfen i bygning 4. Den lilla kurve er motorventilen åbningsgrad, den grønne er den kalkulerede fremløbstemperatur og den hvide er den målte fremløbstemperatur. Det viser sig at der måles en fremløbstemperatur på ca. 57 C ved fuld åben motorventil og en kalkuleret fremløbstemperatur på 70 C: Figur 25 Udklip fra CTS-systemets log viser en lav fremløbstemperatur 70 Her burde fremløbstemperaturen ved fuld åben motorventil ligge omkring 70 C og ikke 57. Denne store afvigelse til iværksættelse af denne undersøgelse. For at klargøre hvor præcise termometrene i CTSsystemet måler, er målepunkterne gennemgået med et Testo termografikamera. Disse målinger er simultant med aflæsning af den aktuelle værdi fra CTS-systemet der opdateres hver 5. sekund. Der er kun målt på blandesløjferne. Alle udregninger er foretaget i Excel. Målinger og resultater er vedlagt på bilag Termometre: De fleste frem-, retur- og cirkulationsledninger er monteret med et bimetal eller væsketermometer. Det har ikke været mulig at finde producenter og opgivelser på disse måleinstrumenter. Derfor er der taget måleusikkerheder fra produkter, der er tilsvarende. Usikkerhed: Bimetal termometre: ±2 C 71 Opgivelsesinterval: 1 C Kviksølv termometre: ±2 C 72 Opgivelsesinterval: 1 C 70 Eget arkiv 71 Bimetaltermometre 72 Laboratorieglastermometre. [Online] Side 43 af 74

44 Disse termometre er fastmonterede, og målinger kan til en hver tid gentages ved aflæsning. Validiteten af disse målinger kan ligeledes diskuteres. Termometret er monteret i et messingrør, der går ind i midten af røret. Hermed måles der ikke på mediet, men på temperaturen af messingrøret. Dog forventes temperaturen af messingrøret at være repræsentativ for medietemperaturen. Fejlkilder: Fejlkilder kan være forkert aflæsning, termometre der ikke sidder monteret korrekt og tilsmudsning af rør der nedsætter varmeovergangen. 4.4 Varmtvandsforbrug i beholdere: Forbruget i de tre varmtvandsbeholdere er blevet observeret over tre uger hvor der forventes normal brug af skolen. Der er blevet aflæst en målerstatus før og efter denne periode. Usikkerhed: ± 5% 73 Fejlkilder: Aflæsningsfejl. Alle udregninger er lavet i Excel 4.5 Termografering: Afkøling og vandføring på radiator-niveau er dokumenteret ved termografifotografering af radiatorer. Data er opsamlet i løbet af en dag hvor ude temperaturen har svinget mellem 0 og 5 grader. Der er udelukkende taget billeder, hvis der var høje temperaturer i returen eller observeret uens vandføring. Data er behandlet i Testo IRSoft behandlingsprogram, hvor højeste returtemperaturer er opmærkede. Disse billeder er vedlagt sammen med en udgave af Testo IRSoft på USB-pen og findes i mappen Testo Alternativt kan IRSoft downloades på følgende hjemmeside: Usikkerhed: Termografikamera: ±2 C eller ±2 % alt efter hvad der er størst 74 Validiteten af disse målinger vurderes at have samme størrelse som målinger fra CTS følerne, da det er overfladen og ikke mediets temperatur der måles. Fejlkilder i forbindelse med termografikameraet er at indstille fokus på kameraet og at tage billedet i en tilpas afstand for at få den rigtige skala. Er der en meget varm varmekilde i billedet bliver skalaen mindre detaljeret. 5. Databehandling: I dette afsnit vil den optagne data blive behandlet. 73 PDF: Koldtvandsmåler type MNK 74 PDF: Testo Thermal imager instruction manual, V01.00, side 9 Side 44 af 74

45 5.1 Keepfocus. Ud fra datamaterialet fra Keepfocus er afkølingen pr. time udregnet for uge 45. Der er herefter udarbejdet en kurve over afkølingens udvikling i løbet af ugen. Afkølingen af fjernvarmevande kan udregnes efter formlen: 75 Hvor 860 er en konstant der fortæller hvor mange liter vand der kan opvarmes 1 C med 1 kwh. Ud fra disse 168 målinger af timeafkølingerner der udarbejdet en kurve der viser udviklingen i uge 45. Under denne kurve er fjernvarmeforbruget vist i en kurve for nemmere at kunne foretage en komparativ analyse af forbrug og afkøling. Den samme kurve er udarbejdet for samme periode i På grafen herunder ses timeafkølingen 2013: Figur 26 Timeafkølingen i uge Der er på kurverne placeret lodrette streger hvor der er målt størst forbrug. Begge kurver kan ses vedlagt på bilag Honeywell CTS-anlæg: For at bedømme om der er en høj returtemperatur må alle 16 logninger vurderes ud fra nogle ens nogle ens kriterier. Da fremløbstemperaturen på Beder skole ikke kommer under 72 C sættes 40 C retur som grænsen for høj returtemperatur da dette giver en acceptabel afkøling på 32 C. Dette er et konservativt mål for afkølingen da der som udgangspunkt må kunne forventes en returtemperatur på omkring 35 C når udetemperaturen ligger omkring frysepunktet 76. En grænse på 40 grader vil dog udpege de anlæg der er værst. Antal minutter over 40 C i løbet af en 5 dages periode noteres og bliver hermed et udtryk for hvor dårlig denne tekniske installation er for afkølingen. Et eksempel bliver gennemgået herunder. 75 PDF: Effektiv afkøling er god økonomi, side 8 76 PDF: BEDRE BRUGERINSTALLATIONER side 44 Side 45 af 74

46 Figur 27 Udklip fra CTS-systemets log. Returtemperatur og ude temperatur. 77 Den gule kurve er returtemperaturen, og den blå er udetemperaturen. Antal minutter er aflæst med curseren i CTS-anlægets brugerflade. For denne blandesløjfe er temperaturen over 40 grader 258 minutter i løbet af disse 5 dage. Hvilket svarer til: Dette giver et nogenlunde objektivt bedømmelses grundlag. Disse opmålinger og resultater er vedlagt på bilag 3. Ud fra disse tal er tabel 11 og 12 udarbejdet: Tabel 11 Placering: Procentdel af perioden med over 40 C retur: Blandesløjfe byg 1 2 % Blandesløjfe byg 2 4 % Blandesløjfe byg 3 34 % Blandesløjfe byg 4 NORD 1 % Blandesløjfe byg 4 SYD 18 % Blandesløjfe byg 5 87 % Blandesløjfe byg 6 OMKL HAL 56 % Blandesløjfe byg 6 OMKL GYM 39 % Tabel 12 Placering: Procentdel af perioden med over 40 C retur: Varmeflade byg 4 AULA NORD 0 % Varmeflade byg 4 AULA SYD 0 % Varmeflade byg 5 AULA 1 % Varmeflade byg 5 KØKKEN 0 % 77 Eget arkiv Side 46 af 74

47 Varmeflade byg 5 KANTINE 0 % Varmeflade byg 5 77/ % Varmeflade byg 6 HAL 0 % Varmeflade bygning 6 OMKL HAL 99 % Varmeflade bygning 6 GYM 0 % Fjernvarmeforbrugere, der ikke er omfattet af digital logning, kan ikke overvåges. Dette viser at CTSsystemeet har en begrænsede brugbarhed i fastlæggelse af årsagen til den dårlige afkøling. Ud fra CTS data kan der dog alligevel skabes et overblik over om det er en enkelt blandesløjfe eller varmtvandsbeholder der er fejl på der ødelægger afkølingen eller der generelt er flere fejl. For at udvælge hvilke områder der skal betegnes som værende problem områder er det nødvendigt at tage gruppere målingerne. Der vurderes i denne rapport at der er fejl loggede anlæg hvis der er en returtemperatur over 40 C over 10 % af den målte periode. Denne liste ses herunder: Tabel 13 Blandesløjfe byg 3 Blandesløjfe byg 4 SYD Blandesløjfe byg 5 Blandesløjfe byg 6 OMKL HAL Blandesløjfe byg 6 OMKL GYM Varmeflade byg 5 77/79 Varmeflade bygning 6 OMKL HAL Kontrol af Honeywell temperaturmålinger: Ud fra de to målesæt optaget er der blevet procentvis afvigelse med udgangspunkt i målingerne fra termografikameraet. Et eksempel på udregningen er som følger: Temperatur Testo: 57 C Temperatur CTS: 54 C En gennemregning af alle målinger kan ses på til følgende skema fra bilag 2: Tabel 14 Målinger med mere end 5 % afvigelse: 56,3% Målinger med mindre end 10 % afvigelse: 75,0% CTS målinger der er højere end referencen: 12,5% CTS målinger der er lavere end referencen: 87,5% Størst afvigelse: 65,6% Mindste afvigelse: 0,0% Side 47 af 74

48 5.3 Varmtvandsforbrug i beholdere: For at klarlægge brugen af de 3 varmtvandsbeholdere, er forbruget blevet målt. Herudfra kan det beregnes, hvor mange gange i døgnet vandet i beholderne bliver skiftet. Dette giver et godt billede belastningen og af vandkvaliteten i bygningen. Et eksempel på udregningen ses her under: Forbruget på 3 uger har været Vandmåler bygning 2-07/10/13: 00893,4927 m 3 Vandmåler bygning 2-28/10/13: 00897,3364 m 3 Det er pr døgn Det giver en udskiftning af vandet på De to resterende beholder er udregnet på samme måde, og er indført i det samlede skema, der ses her under: Tabel 15 Placering: Gange vandet udskiftes i døgnet: Bygning 2 (400 liter) 0,3 Bygning 4 (1000 liter) 0,2 Bygning 6 (2x750 liter) 0,3 5.4 Termografering: Der er i forbindelse med termograferingen taget 16 billeder. Databehandlingen af disse er lavet med Testos eget analyseprogram IRSoft. Programmet er brugt til at aflæse den reelle returtemperatur og afsætte denne på billedet. Et eksempel på denne databehandlingen er ses herunder: Side 48 af 74

49 Figur 29 Termografisk billede radiatorerne i lokalet Figur 28 Det tilhørende normale billede Figur 30 Termografisk billede af returløbet Gennemgangen med termograferingen er bygget op i listeform med oplysning om anlæggets placering og en kort beskrivelse af fejlen. Denne liste ses her under: Side 49 af 74

50 Tabel 16 Bygning 1 Anlæg: Fejl: Ventilation: Ingen bemærkning Varmeanlæg: Sløjd lokale: Radiatorer bestykket med Honeywell termoaktuator og rumføler. 1 ud af 5 radiatorer er uden vandføring. Returtemperaturen på de resterende radiatorer er høj(ca. 46 C.). Andre fejl: Yderligere er der observeret uens vandføring på gangarealer der er udstykket med ældre Danfoss termostater. Side 50 af 74

51 Tabel 17 Bygning 2 Anlæg: Ventilation: Varmeanlæg: Fejl: Ingen bemærkning Gang: Radiator bestykket med ældre Danfoss termoatater. Der er observeret uens og dårlig afkøling på gangareal: 1 radiator helt slukket, 2 næsten slukket og 1 med høj retur(ca. 53 C). Andre fejl: Yderligere er der observeret uens vandføring på gangarealer mellem bygning 2 og 3. disse er styret af Honeywell termoaktuator. Varmtvandsbeholder fra 1987: Teknikum: 400 liter varmtvandsbeholder med Danfoss AVTB ventil. Der er observeret en høj returtemperatur(ca. 59 C). Varmtvandstemperatur: 55 C Side 51 af 74

52 Tabel 18 Bygning 3 Anlæg: Ventilation: Varmeanlæg: Fejl: Ingen bemærkning Fysik og biologi: Renoverede lokaler (2011). Radiatorer bestykket med Bravida termoaktuator og føler placeret på kold væg. Der er meget varmt i lokalet. Der er observeret høj retur på 6 radiatorer(ca. 44 C) Side 52 af 74

53 Tabel 19 Bygning 4 NORD Anlæg: Ventilation: Varmeanlæg: Fejl: Ingen bemærkning Aula: Konvektor bestykket med Honeywell termoaktuator. Der er observeret ujævn vandføring og høj returtemperatur på konvektor i loft i fællesområde: Andre fejl: Yderligere er der observeret uens vandføring på gangarealer til der er udstykket med ældre Danfoss termostater. Varmtvandsbeholder 1000 liter fra 1987 : Kælder: 1000 liter varmtvandsbeholder med Danfoss AVTB ventil. Der er observeret en høj returtemperatur(ca. 56 C). Varmtvandstemperatur: 55 C Side 53 af 74

54 Tabel 20 Bygning 4 SYD Anlæg: Ventilation: Varmeanlæg: Fejl: Ingen bemærkning Kælder: Der er observeret en retur fra radiator kredsen på ca. 36 C og en retur efter motorventil på ca. 49 C. Retur temperatur fra radiatorer: Retur temperatur efter shuntventil: Side 54 af 74

55 Tabel 21 Bygning 5 Anlæg: Fejl: Ventilation: Lokale 77/79: Der er observeret fejl på CTS føler. Retur er på 32 C aflæst på termometer. CTS viser ca. 70 C. Varmeanlæg: På hele øst fløj: Radiatorer er bestykket med Honeywell termoaktuator. Der er observeret ujævn vandføring og høj returtemperatur i flere lokaler på same streng (ca. 54 C). Motorlærer: Radiatorer er bestykket med Honeywell termoaktuatoer. Når der på CTS anlægget tændes for varmen i motorlære tænder der kun for radiatoren i et rum til opmagasinering af motorcykler hvor der er konstant udsugning af benzindampe. Rum temperaturen måles i et andet lokale der er ca. 13 C pga. dårlig isoleret jernport og slukket varme. Der er høj retur temperatur (ca. 56 C). Figur 31 Oversigt over motorlærer PDF: Oversigt arealer. Udklip Side 55 af 74

56 Gangareal: Gulvvarme er koblet fra og der er kun 2 stk. 1bladet radiatorer til at opvarme ca. 223 m 2. Radiatorer har ingen vandføring. Figur 32Oversigt over gangareal bygning PDF: Oversigt arealer. Udklip Side 56 af 74

57 Tabel 22 Bygning 6 OMKL HAL Anlæg: Ventilation: Fejl: Pige omklædning: Ventilator kører ikke selvom den står som tændt i CTS-anlæg. Der er observeret høj retur fra varmefladen i omklædningsrummet (ca. 64 C). Varmeanlæg: Kælder: Der er observeret en Kontraventil der har samme høje temperatur på begge sider. Handicap toilet: Radiator er bestykket med ældre Danfoss termostatventil. Der er observeret en uvirksom termostat og høj retur (ca. 59 C) Side 57 af 74

58 Pige omklædningsrum: Konvektor er bestykket med ældre Danfoss termostat med ekstern føler. Der er observeret høj retur temperatur (ca. 55 C) Side 58 af 74

59 Tabel 23 Bygning 6 OMKL GYM Anlæg: Ventilation: Varmeanlæg: Fejl: Ingen bemærkninger. Redskabsrum: Radiator bestykket med termoaktuator og rumføler i et andet rum. Radiator er dækket af isolerende redskaber. Der er en høj retur (ca. 60 C). Side 59 af 74

60 6. Analyse Målet med dette afsnit er at lave en gennemgående analyse af afkølingen på Beder skole ud fra de optagende data. Det er intensionen at udpege de problemstillinger der har negativ indflydelse på afkølingen og komme med et løsningsforslag. 6.1 Keepfocus og CTS Ved en nærmere analyse af afkølingen pr. time set over en uge, ses det at hypotesen om at, den ekstra effekt som skal bruges i en genopvarmnings situation, skulle være skyld i den dårlige afkøling ser ud til ikke at være underbygget. Her under ses kurven for uge For bedre at kunne se tal på x aksen henvises til bilag 5 Figur 33 Kurve over afkølingen på timebasis for uge Som det ses på kurverne stiger afkølingen fra til ca. 09:00 hvor genopvarmningen foregår. Herefter falder den igen når der er lavt forbrug. Der ses også en sammenhæng mellem højt forbrug og god afkøling. Det kan tyde på at der er nogle anlæg med en konstant dårlig afkøling der bliver kamufleret en smule ved det høje forbrug fra radiatorkredsene. Det ses også at der aldrig er en afkøling over de 30 C og i tidspunkter med lavt forbrug ligger den på omkring 23 C. Det kan tyde på at et eller flere anlæg kører med en meget dårlig afkøling og at det store ekstra forbrug i opvarmningsperioden ikke kan opveje dette. Sammenlignes der med samme uge i 2007 ser billedet en smule anderledes ud. Figur 34 Kurve over afkølingen på timebasis for uge Side 60 af 74