Nye ideer og ny viden giver bedre energiøkonomi Energien er igen blevet dyrere, og det påvirker balancen i samfundet Erhvervsministeren har udsendt en handlingsplan for en fornyet energispareindsats. Energistyrelsen har gennem den seneste årrække etableret udviklingsprojekter, hvor man via intelligente systemer accelererer besparelserne. Teknologisk Institut har ledet projekterne og er nu på vej ud til alle relevante uddannelsessteder med den nye viden, som er afprøvet i et praktisk anlæg og med mange data- og testresultater. Denne artikel er den anden i en serie af artikler om formidling af viden om energirigtige bygningsinstallationer. Artikelserien fortsættes i de følgende numre af HVAC Magasinet. I næste artikel beskrives eksempler på de systemer og komponenter, som projektdeltagernes moderfirmaer i mellemtiden har udviklet og markedsført. Af Andy Drysdale, Teknologisk Institut, og Villy Falk, COWI A/S I disse år er der fokus på udvikling af idéer og værdier via intelligente produkter. Der sker bl.a. med afsæt i de skærpede krav til bygningers energiforbrug For at fremme udvikling og anvendelse af udstyr, der øger energibesparelser, har Energistyrelsen iværksat en række projekter, hvor Teknologisk Institut har været tovholder. En række andre parter med interesse og viden om intelligente løsninger har deltaget, og det har resulteret i nye idéer og systemer med intelligente komponenter. Firmaer som Danfoss, Grundfos, Exhausto, Kamstrup, Lauritz Knudsen og Prolon er aktive, ligesom en del brugere og uddannelsesområder yder en indsats. Nye idéer Denne artikel omhandler en række nye idéer og produkter, der via mange former for intelligens har givet gode resultater. Desuden diskuteres en række værdier for de energibesparelser, der er opnået ved at anven- 48
Figur 1 De fysiske love for luft og vand delse intelligente komponenter og systemer. Fælles bus En hurtig analyse af hvilken fællesnævner i form af åben standardprotokol, der skulle anvendes i projektet, viste hurtigt, at de fleste af deltagerne mente, det var Lon- Talk med standardbetegnelsen pren 14908 for Europa og EIA 709.1 for USA der var på tegnebrættet i deres udviklingsafdelinger. Fra en række lande i EU forlyder det, at der i bygningsautomation til offentligt byggeri kun må anvendes busser og protokoller, som er baseret på en kendt standard. Den aktuelle status omkring busser i bygningsautomationsområdet ser således ud: TCP/IP er den protokol, der sikrer, at data kan kommunikeres over Internettet og Intranettet. Mange komponenter og systemer produceres i dag med direkte IP-tilslutning, hvilket forenkler hele systemkonfigureringen. Hele TCP/IP-området er på verdensplan blevet så stor en succes, at man nu tilføjer tre karakterer yderligere til adressebetegnelsen, således at 1.000 gange flere IP-enheder kan tilsluttes Internettet. BACnet er den protokol, som er under hastig udbredelse på verdensplan, og som på det nærmeste kan betegnes plug-and-play. Det er målet, at anlægsenheder som f.eks. et komplet ventilationsanlæg kan leveres komplet inklusive automatik og undercentraler, således at bussen blot skal tilsluttes, og adressen indlægges i bygningsautomationsanlægget. LonTalk er den protokol, som mange komponenter for bygningsautomation er baseret på. Der skønnes, at 70% af verdens leverandører og bygningsautomationsanlæg anvender LON. En række CTSfirmaer benytter LON i alle niveauer, men TCP/IP har hos flere leverandører presset LON længere ned i hie- Forhandler af: Air Condition & Køling Close control køleunits for EDB og telecom. Modularline - Modulopbygget system Compactline - Høj kapacitet på lille areal Telecomline - Køleløsninger for GSM, UMTS & Tetra. Forhandler af hele Carriers program af air condition. Global Chillers Aquasnap koldtvandssystemer, væskekølet, luftkølet. Splitsystemer CU-5 loftkassetter for vand eller direkte ekspansion. TT Køleunits for EDB for koldt vand eller direkte ekspansion. EP køleunits med indbyggede kompressorer. Med og uden frikøling. I øvrigt kan alle anlæg opbygges efter ønske www.pacco.dk PACCO A/S Himmelev Bygade 78 DK-4000 Roskilde Tlf. +45 46 37 11 05 Fax. +45 46 37 12 11 info@pacco.dk 49
Figur 2 El-forbrug til ventilation (simuleret). rarkiet, mens funktionalitet og antal varianter af LONkomponenter er steget markant, således at udbredelsen fortsætter i stor stil. OPC er en protokol, som har fået en omfattende anvendelse. I starten var det tilslutning af f.eks. centraler med proprietær protokol, som via OPC direkte kunne tilsluttes CTS-anlæggets server. Det bliver spændende at se, om BACnet delvist vil overflødiggøre OPC. En række andre bussystemer trænger sig på med specielle egenskaber og priser, f.eks. M-bus (M for metering ), dvs. udelukkende måling primært af energi har også en berettigelse. En aktuel vurdering peger på, at de fire førstnævnte protokoller vil blive markedsdominerende inden for bygningsautomation i den nærmeste årrække. Der skal foretages helhedsvurderinger, således at antallet af proprietære protokoller minimeres. Intelligens for ventilation Der har igennem tiderne været gjort mange forsøg med forskellige tekniske løsninger for den ventilation, som er nødvendig for den lovmæssige ventilering frem til det behovsrelaterede effektivitetsoptimale indeklima, sådan som professor P.O. Fanger har beskrevet det. CAV (Constant Air Volume) Denne strategi er desværre fremherskende i mange eksisterende ældre, offentlige og private administrationsbygninger og afsløres, når der påbegyndes renoveringer og afdækning af mange store ventilationscentraler med et helt unødvendigt stort energiforbrug. Der er her nationalt så megen energi at spare, at dette næsten vil kunne føre os nærmere vores CO 2 -målsætning. VAV (Variable Air Volume) Denne strategi tilpasser hele tiden forsyningen med det aktuelle behov, således at energiforbruget sænkes via regulering af frekvensomformere. Effektforbruget er ligefremt proportionalt med tredje potens af omdrejningstallet. Strategien har været dominerende på ventilationsmarkedet i en årrække og gælder for så 50
Figur 3 El-forbrug til ventilation (resultater fra målinger i praksis) vidt både på ventilatorsiden og på pumpesiden. Proportionalitetslove for ventilatorer siger, at omdrejningstallet med tredje potens giver effektforbruget. Dette er, hvad der gør frekvensomformeren til en attraktiv ven i bestræbelserne på at spare energi. Figur 1 viser, at hvis vi eksempelvis reducerer omdrejningstallet fra 100 procent til 80 procent, halveres energiforbruget. Intelligent VAV (I-VAV) I-VAV er for første gang klart defineret og dokumenteret i dette projekt. Kernen i strategien er, at den trykværdi, som med almindelig VAV normalt holdes konstant i en forsyningskanal, her i I-VAV sænkes yderligere, indtil mindst et af de zonespjæld, som får luftforsyning fra den hastighedsregulerede ventilator, har åbnet mindst 80 procent. Denne procentværdi kan hæves op mod de 100 procent, så intelligensen udnyttes helt til grænsen af muligt minimalt effektforbrug. Der er i figur 2 vist tre strategier for produktion af ventilering. Ved at gå fra CAV til VAV spares 40 procent af elforbruget. Ved derudover at gå fra VAV til I-VAV spares yderligere 23 procent af elforbruget. Bemærk, at tallene i ovenstående figur skal ses i lyset af de forudsætninger, som blev anvendt ved modelberegning. Figur 3 er et uddrag af måledata fra de praktiske målinger. Figuren viser effektforbrug til udsugningsventilatoren i en periode med VAVdrift (til venstre) og en tilsvarende periode med IVAVdrift (til højre). Bemærk, at der med VAV-drift køres med natsænkning (mellem 18.00 og 06.00). For IVAVdrift er natsænkning frakoblet for at undersøge, hvordan styringsstrategien ville nedregulere også om natten. Hvis vi går helt tæt på dette 24-timers forløb, ses det, at effektforbruget reduceres med omkring 45 procent i dagtimerne. Man skal nemlig huske på, at der ikke kun spares på ventilatorens transportenergi, men på at skulle opvarme - henholdsvis køle -, hvis ovenstående 45 procent anvendes. Resultatet bliver, at der kan spares 55 procent på varmeregningen og tilsvarende også på pumpesiden. 51
Automatiseringen består af en trykføler i kanalen, som dirigerer frekvensomformeren. I rummet er der foruden temperaturføleren, der dirigerer den kølnende I-VAVventilering, nogle steder CO 2 -følere, der kan overstyre temperaturføleren, når luftkvaliteten er lav. For kun at anvende energi, når der er behov for det, er der desuden tilstede-følere (PIR), som skaber den behovsrelaterede ventilering. Der kan desuden programmeres en minimumventilering, som kan være ned til ti procent, når der ikke i dagtimerne er personer til stede. Samlet set blev det konstateret, at der med de nye styringsstrategier kan opnås samlede besparelser på omtrent 45 procent, fordi udsugningsventilatoren også følger de behovsrelaterede værdier. Ligeledes blev transportenergien i vand- og rørsystemerne i Grundfos bragt til et minimum via intelligent behovsrelateret hastighedsregulering. I testinstallationen valgte man ikke strategien med naturlig ventilation (NaVent), som efter testinstallationens afslutning er blevet meget udbredt og anerkendt som en god strategi. Det gælder især når anlægstypen indgår som en del af hybride principper, og hvor mekanisk ventilation overtager ventileringen, når klimaet er for koldt. I naturlig ventilation er der dog ingen mulighed for varmegenvinding, og der er ikke de samme muligheder for kontrol over klimaet. Ved naturlig ventilation viser erfaringerne, at omfanget af intelligente automatikkomponenter i form af IBI (Intelligente Bygnings Installationer) stiger til 140 procent, da hvert rum/zone faktisk bliver et helt individuelt anlæg. Man valgte i testinstallationen hos Grundfos ikke kølebafler. De har vist gode resultater, når blot man iagttager mulig kondensering, og de er også et interessant område i kommende besparelsesprojekter. Sidegevinster ved testopstillingen hos Grundfos er der mange af, bl.a. en række driftssituationer og andre energikrævende fænomener, som ellers ikke bliver opdaget ved almindelig drift. Fænomenerne kan være ustabil regulering grundet uheldig følerplacering, omvendt funktion ved natsænkning, mv. Intelligens giver bedre samspil Projektets resultater viser, at der er opnået bedre samspil mellem komponenterne, da de er intelligente og kan bringes i bedre relationer med gode besparelser som resultat. De anførte besparelsesværdier er hentet i rapporterne: Intelligente komponenter til reduktion af energiforbrug og miljøbelastning i industrien (juni 2003) og Intelligente komponenter til varmeanlæg med plug-andplay (juli 2004). Referencer 1. Intelligente komponenter og installationer i byggeri og industri. Temadag hos Teknologisk Institut, 1996 2. Intelligente komponenter og installationer: Analyse af mulighederne for anvendelse af intelligente komponenter til forbedret energi- og miljøeffektivitet, Teknologisk Institut 1997 3. Intelligente komponenter til reduktion af energiforbrug og miljøbelastning i industrien. Fase 1: Analyser og vurderinger af samspil mellem komponenter, Teknologisk Institut, 1999 4. Intelligente komponenter til reduktion af energiforbrug og miljøbelastning i industrien. Fase 2: Etablering af pilotinstallation med intelligente komponenter i en erhvervsvirksomhed, Teknologisk Institut, 2003 5. Anvendelse af LON i en eksisterende bygning til kommunikation mellem intelligente komponenter besøg på en pilotinstallation hos Grundfos A/S, Teknologisk Institut, 2003 6. Intelligente komponenter til varmeanlæg med plug-and-play - funktionalitet, Teknologisk Institut, 2004 Publikationer 2, 3, 4 og 6 kan rekvireres hos Teknologisk Institut / Helle Bøhm på telefon 7220 2520 eller e- mail helle.bohm@teknologisk.dk 52