Dansk Fjernvarmes F&U-Konto Projekt nr 21-5 Udvikling af styring for regulering af omløb hos kunden Januar 212
COWI A/S Jens Chr Skous Vej 9 8 Aarhus C Telefon 87 39 66 Telefax 87 39 66 6 wwwcowidk Dansk Fjernvarmes F&U-Konto Projekt nr 21-5 Udvikling af styring for regulering af omløb hos kunden Januar 212 Dokumentnr A1519-1 Version 1 Udgivelsesdato 18-1-212 Udarbejdet Kontrolleret Godkendt PBNI JFA/INA PBNI
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 1 Indholdsfortegnelse 1 Forord 3 2 Indledning 4 21 Projektets baggrund 4 22 Projektets formål 4 3 Sammenfatning 5 31 Regulering af omløb 5 32 Undersøgelse af samtidighed 7 4 Dataindsamling 9 41 Udvælgelse af målepunkter 9 42 Måleopstilling / metode 9 5 Databehandling og analyser 11 6 Undersøgelse af forbrugsmønster 12 61 Varmtvandstapninger 12 62 Temperaturfald i stikledning 16 63 Kvantificering af varmetab i stikledning ved regulering af omløb 16 7 Undersøgelse af samtidighedsforhold 22 71 Indledning 22 72 Måledata 22 73 Registreret belastningsfordeling 22 74 Registrerede effektfordelinger 24 75 Gruppering af huse i forskellige kombinationer 26 8 Referenceliste 29 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 2 Bilagsfortegnelse Måleprocedure 31 Fordeling af målepunkter i grupper 32 Varighedskurver for gennemsnitlig effekt 34 Varighedskurver for maksimal effekt 37 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 3 1 Forord Denne rapport afslutter F&U projektet Udvikling af styring for regulering af omløb hos kunden for at reducere nettabet i fjernvarmestikledninger ved optimering af forbrugernes fjernvarmeinstallation, og derved opnå en økonomisk og/eller miljømæssig gevinst for samfundet I samarbejde med 3 fjernvarmeværker og 3 virksomheder blev dette projekt initieret for at undersøge muligheden for at udvikle en styring til omløbet Projektet er gennemført med deltagelse af værkerne AffaldVarme Aarhus v Jens Peter Hammer, Silkeborg Forsyning v Søren Back og Martin Brønning Kissow samt Hørning Fjernvarme Amba v Peter Jensen Kamstrup deltog v Villy Lynge og Danfoss v Kent Nielsen og Herman Boysen Endvidere har 3 udvalgte fjernvarmekunder deltaget ved, at de har givet tilladelse til, at der blev installeret udstyr til hjemtagning af aflæsninger i deres fjernvarmeinstallation Projektet blev gennemført i perioden maj 21 - maj 211 og er finansieret af: Dansk Fjernvarme AffaldVarme Aarhus Silkeborg Forsyning Hørning Fjernvarme Danfoss Kamstrup COWI Aarhus den 18 januar 211 Peter Bode Nielsen Ingeniør COWI A/S \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 4 2 Indledning 21 Projektets baggrund Mange fjernvarmekunder har installeret gennemstrømningsvandvarmere (GVV) til produktion af varmt brugsvand I de fleste installationer er der monteret et omløb, der sikrer, at der altid er varmt fjernvarmevand fremme ved installationen, når der tappes varmt brugsvand Der er således altid cirkulation i stikledningen, også når der ikke er behov for det 22 Projektets formål Projektets formål er at undersøge varmtvandsproduktionen i enfamiliehuse, hvor der er installeret gennemstrømningsvandvarmere (GVV) og disses indflydelse på fjernvarmedistributionssystemet I de fleste installationer med GVV er der et omløb, hvis funktion er døgnet rundt at holde stikledningen varm, også selvom der ikke er forbrug Omløbet er enten konstrueret som et omløb uden om veksleren eller via veksleren, hvis omløbet er termostatisk reguleret Omløbet medfører et større varmetab i stikledningen end nødvendigt og et større el-forbrug til pumper Omløbet er enten termostatisk reguleret, eller også med et konstant flow For at reducere varmetabet i fjernvarmedistributionssystemet vil vi, på basis af målinger hos udvalgte kunder, undersøge mulighederne for at udvikle en intelligent styring af omløbet i GVV uden at forringe komforten hos kunden Den intelligente styring vil bliver udviklet ud fra forbrugsmønsteret hos den enkelte husstand Man kan forestille sig en adaptiv styring, der tilpasser sig brugerens forbrugsmønster Styringen skal enten sænke temperaturen i stikledningen eller helt lukke for omløbet, så stikledningen går "død" Ved styring af omløbet kvantificeres den mulige reduktion i varmetabet i distributionssystemet Derved kan den økonomiske og/eller miljømæssige gevinst for samfundet undersøges Ud over at udvikle en intelligent styring af omløb, vil vi også forsøge at kortlægge samtidigheden for varmtvandsforbruget i 3 husstande \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 5 3 Sammenfatning 31 Regulering af omløb Der er hjemtaget aflæsninger med 3 minutters interval fra 3 forskellige målepunkter fordelt inden for de 3 fjernvarmeværkers forsyningsområder Ved at udføre statistisk databehandling af aflæsningerne, er det bla konstateret, at målinger fra 25 målepunkter er valide Aflæsningerne er hjemtaget med 3 minutters interval for at konstatere husstandenes forbrugsmønster ved varmtvandsforbrug Det vil sige, hvornår på døgnet der bliver tappet varmt vand Efter analyse af aflæsninger er det konstateret, at enkelte af installationerne ikke var optimalt indreguleret Derfor er kvantificering af varmetabet i stikledningen foretaget på en udvalgt installation, der er korrekt indreguleret, og som kan ses i Figur 1, afsnit 631 Det er vurderet, at analysen af forbrugsmønsteret ikke er påvirket af installationer, som ikke er optimalt indreguleret, da tapninger er uddraget af aflæsninger med højt effektforbrug Metode er beskrevet i afsnit 5 Vi har valgt at inddele forbrugsmønsteret i antal tapninger pr timer, som ses i afsnit 61 Det er konstateret, at der er tapninger i alle døgnets 24 timer I timerne mellem kl 24: og 4: er der færrest tapninger Højest 23 tapninger på hverdage og 7 tapninger i weekender Det vil derfor være svært at afbryde cirkulationen i stikledningen uden at forringe komforten Der er diskuteret forskellige modeller for styring af omløb, som er nævnt nedenfor 1 Styring ud fra den enkelte forbrugers forbrugsmønster 2 Tidsstyring via timer og varmelegeme, som overstyrer omløbstermostaten 3 Optimeret omløbsstyring som lukker for omløb, når der er gulvvarme indkoblet 4 Reduceret fremløbstemperatur i kombination med en mere effektiv varmeveksler \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 6 Ad 1 Styring ud fra den enkelte forbrugers forbrugsmønster En styring efter forbrugerens forbrugsmønster har Danfoss til dels udviklet, men det kræver en elektronisk enhed, som skal indgå i reguleringsudstyret Enten via en elektronisk aktuator eller en overstyring af omløbstermostaten Dette vil være en omkostningsforøgelse, som sandsynligvis vil have en lang tilbagebetalingstid set i forhold til energibesparelsen Ad 2 Tidsstyring via timer og varmelegeme som overstyrer omløbstermostaten En tidsstyring alene via en timer skal indstilles individuelt med stor sandsynlighed for at forringe komforten, selvom det bliver gjort optimalt Ad 3 Optimeret omløbsstyring som lukker for omløb, når der er gulvvarme indkoblet Denne form for styring har været diskuteret Det drejer sig om en omløbstermostat, som har reference til fremløbsledningen i stedet til returledningen Herved vil omløbet blive lukket, når gulvvarmen er indkoblet Den vil kræve en simpel ændring i vores koncept Energibesparelsen, der kan opnås med dette koncept, er af en ringe grad Ad 4 Reduceret fremløbstemperatur i kombination med en mere effektiv varmeveksler Kommerciel betragtning af projektet i forhold til udvikling og salg af nye styringsprincipper I afsnit 63 er der beregnet i besparelse på 6 kr inkl moms om året ved regulering af omløbet under de givne forudsætninger Udvikling af nye styringsprincipper skal være attraktiv for markedet, for at Danfoss kan se en forretningsmulighed i projektet Ud fra målinger der er foretaget, kan der ikke lukkes for omløbet på noget tidspunkt, uden at det forringer komforten En reguleringsløsning, som foreslået under punkt 1, 2, og 3, vil ikke kunne gennemføres uden en merpris på stationen, og den vil samtidig forringe kundekomforten i mere eller mindre grad Set ud fra at en energibesparelse ikke vil komme kunden til gode, vil en af de foreslåede løsninger kun kunne gennemføres, enten ved at det kommer som et specifikationskrav, eller at kunden får en kompensation i fjernvarmeafregningen Generelt må der ved løsningsvalg tages i betragtning, at en stor del af anlæggene er forsynet med gulvvarme i mere eller mindre grad Her vil en omløbsregulering have en meget begrænset andel af energibesparelsen På baggrund af ovennævnte løsningsmuligheder, ser Danfoss på nuværende tidspunkt ingen forretningsmulighed i udvikling af disse \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
7 Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 21 Løsning 4 vil kunne gennemføres uden forringelse af kundekomfort Denne løsning vil kunne gennemføres, hvis det kommer som et krav i fjernvarmeværfjernvarmevæ kernes tekniske specifikationer 7 Kvartersaflæsninger for målernummer 6743997 (et-strengsanlæg) 6 5 EFTER udskiftning af fjernvarmeunit 4 [ C] FØR udskiftning af fjernvarmeunit 3 2 1 1 95 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 [liter/h] I afsnit 631 er der vist grafer for en installation med en meget dårlig afkøling Hørning Fjernvarme har foranlediget at udskifte en gammel ga spiral vandveksler til en Danfoss Redan Unit med en højeffektiv vandveksler Varmeinstallationen i ejendommen er udført som et et-strengsanlæg et I Figur 1 ses graf, der viser fremløbstemperatur, returtemperatur og flow i en periode periode i 211 Aflæsninger er hjemtaget med 15 minutters interval Tfrem Tretur Flow Figur 1 - Temperatur- og flowforløb før og efter udskiftning af fjernvarmeunit Grafen taler næsten for sig selv, men det er tydeligt, hvor meget flowet kan bringess ned, og returtemperaturen kan sænkes ved en effektiv fjernvarmeinstalfjernvarmeinsta lation, der er optimalt indreguleret Et et-strengsanlæg et strengsanlæg kan således også indreindr guleres fornuftigt i forhold til fjernvarmedrift 32 Undersøgelse af samtidighed Vi har med hjemtagne aflæsninger aflæsninger undersøgt samtidigheden ved varmtvandsvarmtvand tapninger Og har analyseret os frem til resultatet, der ses i Figur 2 Analysen kan læses i afsnit 7 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u F&U projekt nr 21-5DOCX 21
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 8 Samtidighedsfaktor for tillæg for varmtvandsbehov fra Varme Ståbe (5 udgave 29) (1, n -,5 (51-n) 5-1 ) 1,1 1,9,8 Samtidighedsfaktor,7,6,5,4,3 Måling vurderes til ikke at være en tendens Effekt 28,6 kw Effekt 25,1 kw Varme Ståbi,2,1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Antal Figur 2 - Samtidighedsfaktor Den blå og røde kurve i Figur 2 er beregnet ud fra, at den gennemsnitlige tilslutningseffekt er hhv 25,1 kw og maksimalt 28,6 kw, se afsnit 7 for yderligere detaljer Det ses i Figur 2, at den beregnede/målte samtidighedskurve ved 25,1 kw følger Varme Ståbiens samtidighedskurve op til ca 16 husstandes effektbehov til varmtvandsproduktion Efter 16 husstande flader kurven mere ud i forhold til Varme Ståbiens kurve, hvilket betyder, at samtidighedsfaktoren her bliver større ved flere husstande set i forhold til Varme Ståbiens kurve Da vi har målt på 25 husstande, kan vi ikke sige noget om, ved hvilket antal husstande samtidigheden bevirker, at effektbehov til varmtvandsproduktion ingen indflydelse har ved dimensionering af fjernvarmeledninger under de givne forudsætninger \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 9 4 Dataindsamling 41 Udvælgelse af målepunkter I august og september måned 21 er der hjemtaget måledata fra 3 forskellige husstande fordelt i Aarhus, Silkeborg og Hørning Alle husstande har varmtvandsproduktion via en GVV Nogle af husstandene har åbnet for gulvvarmen året rundt Måledata er importeret til en MS Access database til efterfølgende analyse AffaldVarme: Silkeborg: Hørning: 15 husstande 1 husstande 5 husstande Husstandene er forsøgt fordelt i 5 typer: Type Voksne Børn Vægtning Bemærkninger 1 2 2 2 % Voksne - arbejder om dagen 2 2 2 2 % En - arbejder om dagen En - arbejder om natten 3 2 2 % Pensionister 4 1 2 % Enlig 5 2 2 2 % En - arbejder om dagen Den anden er hjemmegående Tabel 1 - Fordeling af husstandssammensætning Det viste sig at være svært at finde husstande/kunder, der vil deltage i projektet inden for hver kategori med ovenstående sammensætning, hvorfor husstandene tilnærmet er placeret i type 1 og 5 Det vurderes ikke at være et problem for analysen og de endelige konklusioner 42 Måleopstilling / metode De valgte kunders målere skal være fabrikat Kamstrup, type MULTICAL 61 med monteret Topmodul og GSM modul De kunder, der ikke havde Kamstrup MULTICAL 61 fik udskiftet måleren \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 1 Kamstrup hoster målinger og har dagligt sendt en mail med døgnets måledata til COWI, der efterfølgende har importeret måledata i en Access database og valideret og kontrolleret måledata Der er taget en måling hvert 3 minut for alle 3 målepunkter Dette vurderes at være nok til at undersøge varmtvandstapninger i husstandene samt samtidighed på varmtvandsforbrug Følgende registre blev registreret: Tidspunkt Energi [kwh], (akkumuleret værdi) Volumen [m 3 ], (akkumuleret værdi) Fremløbstemperatur [ C], (aktuel værdi) Returtemperatur [ C], (aktuel værdi) Effekt [kw], (aktuel værdi) Flow [l/h], (aktuel værdi) Fremløbstemperatur volumen [ C m 3 ] Returtemperatur volumen [ C m 3 ] Nedenfor i Figur 3 ses tegning over systemopsætningen for hjemtagelse af målerdata Figur 3 - Infrastruktur over dataflow Se målerprocedure i bilag for en detaljeret beskrivelse af måleproceduren \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 11 5 Databehandling og analyser Måledata er blevet statistisk behandlet for at uddrage "tomgangsperioder" mellem varmtvandstapningerne I tomgangsperioderne er der beregnet et varmetab fra stikledningen Der blev hjemtaget ca 144 målinger pr dag hos de 3 husstande I hele måleperioden blev der hentet ca 75 målinger til videre behandling og analyse 35 3 25 2 15 15 15 15 15 15 15 1516 16 16 2 22 22 2224 28 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 293 3 3 3 1 5 Figur 4 - Antal målepunkter, der blev hjemtaget måledata fra pr dag Efter en analyse af alle måledata er det konstateret, at der er komplette/egnede måledata for september måned 21 Der er 25 målepunkter, der er repræsentative at bruge i analysen \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 12 6 Undersøgelse af forbrugsmønster 61 Varmtvandstapninger Vi har udført statistisk analyse af måledata for at undersøge, hvilke målinger der er varmtvandstapninger i husstanden For at uddrage målinger med varmtvandstapninger er der beregnet et konfidensinterval 1 (se figur 5) på effektmålingen [kw] De målinger, hvor effekten ligger uden for (over) konfidensintervallet, betragtes som målinger taget under en varmtvandstapning i husstanden kw Målinger med varmtvandsproduktion Målinger med tomgangseffekt Konfidensinterval Målinger over tid Figur 5 - Princip for konfidensinterval Måledata er grupperet i perioder, hhv hverdage, helligdage og weekender samt husstandstype I Tabel 2 ses inddeling af måledata i perioder 1 Et konfidensinterval er et interval, konstrueret ud fra observationerne, som indeholder de værdier af parameteren, som er overensstemmende med data på et givet signifikansniveau (testsandsynlighed) \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 13 Startdato Slutdato Hverdag 1-8-21 1-8-21 2-8-21 6-8-21 X 7-8-21 8-8-21 9-8-21 13-8-21 X 14-8-21 15-8-21 16-8-21 2-8-21 X 21-8-21 22-8-21 23-8-21 27-8-21 X 28-8-21 29-8-21 3-8-21 31-8-21 X 1-9-21 3-9-21 X 4-9-21 5-9-21 6-9-21 1-9-21 X 11-9-21 12-9-21 13-9-21 17-9-21 X 18-9-21 19-9-21 2-9-21 24-9-21 X 25-9-21 26-9-21 27-9-21 3-9-21 X Tabel 2 - Gruppering af data i perioder For hver periode er der beregnet et konfidensinterval med henblik på at finde frem til målinger, hvor der er varmtvandsforbrug Efterfølgende er antal tapninger i hver time i døgnet talt op via forespørgsler i MS Access databasen Det skal nævnes, at en tapning, der varer længere end 3 minutter, feks 5 minutter, tæller som 2 tapninger osv Det er vurderet, at denne fejlkilde ikke vil få nogen indflydelse på resultatet, idet der sandsynligvis vil være tapninger, som er så korte, at de ikke er blevet registreret Tendensen vil stadigvæk være den samme Antal varmtvandstapninger pr time i døgnet er vist i nedenstående Tabel 3 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 14 Type 1 Type 5 Time Hverdage Weekend Hverdage Weekend 4 9 17 7 1 7 5 16 5 2 4 6 15 7 3 7 6 23 7 4 71 7 43 7 5 199 12 118 1 6 154 25 125 2 7 6 37 65 33 8 35 48 67 32 9 18 52 58 24 1 22 45 6 24 11 29 44 43 23 12 18 34 45 21 13 26 3 51 17 14 41 21 38 21 15 54 2 62 25 16 11 29 7 26 17 127 5 99 31 18 9 38 99 27 19 62 31 61 12 2 56 18 45 1 21 64 16 51 13 22 3 11 36 11 23 1 11 32 11 I alt 1298 65 1339 424 Tabel 3 - Antal varmtvandstapninger pr time i døgnet for alle 25 målepunkter Det ses i tabel 3, at der er 4 sammenhængende timer mellem kl 24: og 4: (time - 3), hvor cirkulationen i stikledningen muligvis kan afbrydes, uden at det får nævneværdig indflydelse på komforten hos forbrugerne Se nedenstående grafisk afbildning af tapninger i perioder på 1 time \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 15 Antal tapninger 225 2 175 15 125 1 75 5 25 Perioder med varmtvandstapninger i september 21, type 1 Hverdage Weekend 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time Figur 6-1 times periode med antal tapninger i husstande type 1 Antal tapninger 225 2 175 15 125 1 75 5 25 Perioder med varmtvandstapninger i september 21, type 5 Hverdage Weekend 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time Figur 7-1 times periode med antal tapninger i husstande type 5 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 16 62 Temperaturfald i stikledning Vi har konstateret, at der ikke er cirkulation på stikledningen hos en af kunderne, når der ikke er varmtvandsforbrug I figur 8 ses udviklingen i frem- og returtemperaturen efter en varmtvandstapning 7 Varmtvandstapning 6 Måler nr: 6693552 (silkeborg) Stikledningsdimension: Stål Flex 25 Stikledningslængde: 24,5 m 7 6 5 5 Flow [l/h] 4 3 2 1 ca3 timer 48 min 4 3 2 1 Temperatur [ C] 16:48: 19:12: 21:36: :: 2:24: 4:48: 7:12: Tidsperiode Flow Tfrem Tretur Figur 8 - Periode med måling af temperatur og flow for en stikledning uden cirkulation efter en varmtvandstapning Det ses i figur 8 at det tager ca 3 timer og 48 minutter for fremløbs- og returtemperaturen af nærme sig hinanden Temperaturmålingerne er målt indendørs ved energimåleren, hvorfor temperatur formentlig vil forløbe lidt lavere i forhold til at temperaturmålingerne var taget ude i jorden 63 Kvantificering af varmetab i stikledning ved regulering af omløb For at vurdere en mulig reduktion af varmetabet i stikledninger, er der foretaget en beregning af varmetabet i stikledningen for stikledningen vist i Figur 8 Se nedenstående forudsætninger for beregningen o C Temperatur Lægningsforhold Fremløb 65, Dybde,5 m Returløb 35, λ jord 1,6 W/mK Omgivelser 1, Afstand mellem rør,15 m Tabel 4 - Forudsætninger for beregningen Det forudsættes endvidere i beregningen, at omløbet i 9 dage/år kan reguleres/ stoppes i time - 4 jævnfør Tabel 3 Dvs at stikledningen kan ligges "død" i 9 4 timer = 36 timer/år \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 17 Stikledningen er 24,5 meter lang og dimension Stålflex 25 Ved anvendelse af IsoPlus Calculator fås et varmetab ved åbent omløb: Fremløb: 36 h 157 w 1-3 Returløb: 36 h 75 w 1-3 Varmetab i alt pr år 57 kwh/år 27 kwh/år 84 kwh/år Varmeprisen er iht DFj's statistik 21 kr,72 pr kwh inkl afgifter Ved at afbryde bypass omløbet i perioden, kan der således opnås en besparelse på,72 kr/kwh 84 kwh 6, inkl moms pr år ved de givne forudsætninger Endvidere opnås der: En bedre returtemperatur an værk Kraftvarmefordel - større el-virkningsgrad Reducering af varmetab i net Reducering af pumpeomkostninger ved større t Mindre kapitalomkostninger til ledningsnet ved større t 631 Kvantificering af varmetab ved at optimere indreguleringen af udvalgte husinstallationer Efter analyse af måledata er der fundet flere installationer, der sandsynligvis ikke er optimalt indreguleret eller har defekte komponenter i installationen Fælles for installationerne er, at de har en høj gennemsnitlig returtemperatur ved bypass drift Figur 9 og Figur 1 viser temperatur og flow i september måned for 2 installationer Figur 9 viser, at installationen sandsynligvis ikke er optimalt indreguleret, installationen i Figur 1 er korrekt indreguleret ved bypass drift \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 18 Fremløb Retur Flow Linear (Fremløb) Linear (Retur) Linear (Flow) [ C] 7 6 5 4 3 2 1 195 18 165 15 135 12 15 9 75 6 45 3 15 [l/h] September 21 Målernummer: 6743997 Figur 9 - Installation med dårlig afkøling Måledata for installationen i Figur 9 viser, at afkølingen øges i løbet af måleperioden Dette skyldes sandsynligvis, at der er flere varmtvandstapninger sidst i måleperioden, hvorfor den gennemsnitlige e afkøling bliver større \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 19 Fremløb Retur Flow Linear (Fremløb) Linear (Retur) Linear (Flow) [ C] 7 6 5 4 3 2 1 21 195 18 165 15 135 12 15 9 75 6 45 3 15 [l/h] September 21 Målernummer: 6651355 Figur 1 - Installation med god afkøling Måledata for installationen i Figur 1 viser, at der ved bypass drift opnås en betydelig bedre afkøling ved ca samme flow og fremløbstemperatur, som vist i Figur 9 Bestykning af fjernvarmeinstallationer Figur 9 Figur 1 Målernr 6743997 Målernr 6651355 Spiralveksler med termostatisk regu- Redan TD unit med PM regulator og leret bypass omløb ("varm" veksler) Danfoss FJVR ventil til styring af bypass drift ("kold" veksler) Tabel 5 - Bestykning af fjernvarmeinstallationer \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 2 Relevante gennemsnitsværdier af måledata for de 2 installationer vises i Tabel 6 Figur 9 6743997 Figur 1 6651355 Enhed Gens t 1) 3,6 25,6 C Gens t 2) 16,5 27,2 C Gens tf 1) 56,2 55,9 C Gens tf 2) 58,4 57,2 C Gens flow 1) 32, 42,4 l/h Gens flow 2) 43,1 42,2 l/h Tabel 6 - Gennemsnitlige temperaturer og flow 1) periode 1-9 15-9 2) periode 16-9 3-9 Beregning af varmetab, hvis returtemperaturen sænkes i perioden Temperatur o C1 o C2 o C11 o C22 Lægningsforhold Fremløb 56,2 58,4 55,9 57,2 Dybde,5 m Returløb 52,6 42, 3,3 3, λ jord 1,6 W/mK Omgivelser 1 C Afstand mellem rør,15 m Tabel 7 - Forudsætninger for varmetabsberegningen Stikledningen er 24,5 meter lang og dimension Stålflex 25 Ved anvendelse af IsoPlus Calculator beregnes et varmetab ved åbent omløb Periode Varmetab Varmetab i alt Returløb Fremløb [kwh] Målernummer: 6743997, Figur 9 1-9 15-9 15dg 24h 128w 15dg 24h 118w 46 + 42 = 88 15-9 3-9 15dg 24h 134w 15dg 24h 88w 48 + 32 = 8 Varmetab i alt i september måned 168 Målernummer: 6651355, Figur 1 1-9 15-9 15dg 24h 127w 15dg 24h 56w 46 + 2 = 66 15-9 3-9 15dg 24h 13w 15dg 24h 55w 47 + 2 = 67 Varmetab i alt i september måned 133 Tabel 8 - Resultat af varmetabsberegning Under de givne forudsætninger kan varmetabet reduceres med ca 21 % ved, at bypass regulator er korrekt indreguleret og afkøling af fjernvarmevandet bliver bedre Ved at indregulere bypass opnås en besparelse på ca 35 kwh svarende til en besparelse på ca 25 kr inkl moms \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 21 Endvidere opnås der: En bedre returtemperatur an værk Kraftvarmefordel = større el-virkningsgrad Reducering af varmetab i net Reducering af pumpeomkostninger ved større t Mindre kapitalomkostninger til ledningsnet ved større t \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 22 7 Undersøgelse af samtidighedsforhold 71 Indledning Ved dimensionering af fjernvarmeledningers og produktionsanlægs forsyningskapacitet skal man kende den enkelte og flere forbrugeres spidsbelastning De højeste effektbelastninger forekommer sjældent og kun i et kortere tidsrum fra nogle få minutter og op til feks en time Der findes i dag forskellige metoder til at beregne samtidighed ved varmtvandsbehov Se nedenstående eksempler Varme Ståbi TUV (Tysk standard) Forskellige virksomheders erfaringer/undersøgelser Vi har med hjemtagne måledata lavet en undersøgelse af samtidigheden ved varmtvandstapninger Det forventes, at resultatet af undersøgelsen kan anvendes til at verificere/eftervise feks Varme Ståbiens formel til beregning af en samtidighedsfaktor 72 Måledata Måleperioden er september 21 med komplette måledata fra 25 målepunkter, der er fundet repræsentative for undersøgelsen Effektmålingen [kw] for hvert 3 minut er brugt i undersøgelsen 73 Registreret belastningsfordeling Fordelingen af effektbelastninger ved fjernvarmeforsyning kan illustreres i en såkaldt varighedskurve, hvor belastningerne over en periode, normalt 1 år, er sorteret efter størrelse Belastningen er normalt kun kendt på selve fjernvarmeværket, men i princippet kan en varighedskurve eller fordelingskurve være defineret for et hvilket som helst punkt i forsyningsnettet, feks for en enkelt forbruger En principiel varighedskurve er vist i nedenstående figur 11 gældende for et år og for den samlede forsyning, dvs ved fjernvarmeværket \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 23 Da effektbelastningerne er sorterede, kan man kun se i hvor stor en del af perioden, effekten er på et vist niveau, men ikke hvornår på året Man kan også se, i hvor stor en del af tiden, effekten er på et bestemt niveau eller derover Effekt (evt pr forbrugereenhed) Ab fjernvarmeværk % 2% 4% 6% 8% 1% Tidsperiode (1 år = 876 timer) Figur 11 - Principiel varighedskurve ab fjernvarmeværk På grund af samtidighed - eller rettere ikke samtidighedsspidsbelastning hos alle forbrugere - er belastningen pr forbruger væsentligt lavere ved værket end hos den enkelte forbruger I figur 12 er vist en principiel varighedskurve for en enkelt forbruger Effekt 6432768 2 4 6 8 1 Tidsperiode i % Figur 12 - Principiel varighedskurve for 1 forbruger med GVV Denne varighedskurve er væsentligt stejlere end den, der gælder for fjernvarmeværket \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 24 Hos den enkelte forbruger er belastningernes variation større, og spidsbelastningen, som i øvrigt er afhængig af forbrugerens anlæg og brugsvaner, er typisk højere end gældende pr forbrugerenhed ved værket Varighedskurver kan defineres for andre perioder end et år Måledata vil senere blive vist i varighedskurver eller belastningsfordelinger med logaritmisk tidsakse, dette er illustreret i figur 13, for en enkelt forbruger Fordelen er, at det snævre tidsinterval i nærheden af spidsbelastningen kan vises mere tydeligt Effekt 6432768,1,1 1 1 1 Tidsperiode i % Figur 13 - Varighedskurve med en logaritmisk tidsakse svarende til kurven på figur 12 74 Registrerede effektfordelinger Måling af effektværdi er foretaget hvert 3 minut i september 21 I figur 14 vises effektfordelinger for denne periode, for alle 25 målepunkter, svarende til varighedskurveprincippet Det vil fremgå, at måleperioden er tilstrækkelig til at uddrage generelle erfaringer \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 25 45 4 35 3 25 kw 2 15 1 5,1,1 1 1 1 Tid i procent, september 21 (72 timer) Figur 14 - Effektfordeling for 25 målepunkter (1392 målinger pr målepunkt) I figur 14 ses effektfordelingskurver for alle 25 målepunkter Der er stor spredning ved høje belastningsniveauer De absolutte maksimaleffekter varierer mellem 13,1 og 42,3 kw, gennemsnittet er 28,6 kw Hvis der ses bort fra maksimaleffekten (1 måling) er effekterne lavere, men reduktionen er ikke lige stor for alle huse Gennemsnittet er 25,1 kw og variationen er fra 11,9 til 37,6 kw Disse værdier er sandsynligvis udtryk for noget generelt for det enkelte hus eller den enkelte forbruger, mens maksimaleffekterne er mere tilfældigt betonede og ofte kun registreret 1 gang ud af periodens 1392 målinger Ved 1 procentgrænse er effekterne reduceret til mellem 1,7 og 2,9 kw, i gennemsnit 9,7 kw I størstedelen af perioden er fordelingskurverne samlet på niveauet, - 5, kw, og det kan konstateres, at i mere end 9 % af perioden, er der intet hus over 5 kw Hver forbruger har således i meget høj grad en karakteristisk effektfordeling og et meget karakteristisk forbrugsmønster \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 26 75 Gruppering af huse i forskellige kombinationer Måledata for enkelthuse og grupper i forskellige størrelser kan kombineres, så værdier haves for flere forskellige gruppestørrelser Skal alle kombinationsmuligheder anvendes, bliver databehandlingen meget omfattende Der er derfor kun valgt et begrænset antal kombinationer, som dog menes at være tilstrækkeligt til at danne et overblik over samtidigheden Det må nævnes, at kombinationerne ikke er valgt ved tilfældighed, men som repræsentative Da samtidighedsfaktoren viser sig at falde stærkt allerede for få huse, vil en vurdering af samtidigheden med god tilnærmelse kunne anvendes til uendeligt mange huse De anvendte grupper er vist i oversigten i tabel 9 De specifikke målepunkter, der er anvendt i de forskellige grupper, fremgår af bilaget Fordeling af målepunkter i grupper Gruppestørrelse Antal grupper Gruppebetegnelse Betegnelse for middel 3 6 B1 - B6 GnsB 5 5 C1 - C5 GnsC 1 3 D1 - D3 GnsD 13 1 E1-15 1 F1-2 1 G1-25 1 H1 - Tabel 9 - Gruppestørrelser og antal gruppekombinationer af huse/målepunkter, der benyttes i analysen I bilagene ses kurver for de forskellige kombinationer Det fremgår af kurverne, at høje effektforbrug opstår i en lille procentdel af tiden, mindre end 1 procent For at undersøge samtidigheden og sammenligne med metoden til beregning af samtidighed ved dimensionering af fjernvarmeledninger i Varme Ståbi, er der med samme fordeling af målepunkter, som vist i Tabel 9, beregnet største effekter i 3 minutters intervaller sorteret faldende Der er målt en maksimal gennemsnitlig effekt for et enkelt hus til 28,6 kw, hvis der fjernes 1 måling, falder gennemsnittet til 25,1, hvorefter gennemsnittet falder mere jævnt I denne analyse har vi vurderet, som dimensionerende varmtvandsvekslereffekt at anvende 25,1 kw til sammenligning af kurven fra Varme Ståbien \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 27 Kurver for samtidighedsfaktor er beregnet ved: å 25,1 Antal Gns maksimalt effektforbrug Gns maksimalt effektforbrug 1) målere Effekt Samtidighedsfaktor Effekt Samtidighedsfaktor 1 32,5 1, 32,5 1, 3 39,8,41 35,2,47 5 5,,31 44,5,35 1 76,3,23 69,4,28 15 79,3,16 76,2,2 2 95,2,16 95,2,19 25 138,7,17 2) 112,3,18 Tabel 1 - Datasæt til graf 1) 2) Data hvor der er fjernet én 3 minutters måling Den højere samtidighedsfaktor ved 25 husstande i forhold til 2 husstande vurderes ikke at være en tendens Datagrundlaget for at fastlægge dimensioneringsgrundlaget til beregning af samtidighed i Varme Ståbien er en 9 ugers periode, hvor der er indsamlet målinger hvert 15 minut, der efterfølgende er statistisk behandlet I Figur 15 ses Ståbiens samtidighedskurve sammen med denne analyses beregnede samtidighedskurve \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 28 Samtidighedsfaktor for tillæg for varmtvandsbehov fra Varme Ståbe (5 udgave 29) (1, n -,5 (51-n) 5-1 ) 1,1 1,9,8 Samtidighedsfaktor,7,6,5,4,3 Måling vurderes til ikke at være en tendens Effekt 28,6 kw Effekt 25,1 kw Ståbi,2,1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Antal Figur 15 - Samtidighedsfaktor Det ses i Figur 15, at den beregnede/målte samtidighedskurve ved 25,1 kw følger Ståbiens samtidighedskurve op til 16 husstandes effektbehov til varmtvandsproduktion Efter 16 husstande flader kurven mere ud i forhold til Ståbiens kurve, hvilket betyder, at samtidighedsfaktoren bliver større ved flere husstande end Ståbiens kurve Da vi har målt på 25 husstande, kan vi ikke sige, ved hvilket antal husstande samtidigheden gør, at effektbehov til varmtvandsproduktion ingen indflydelse har ved dimensionering af fjernvarmeledninger under de givne forudsætninger \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 29 8 Referenceliste 1 Varme Ståbi, 5 udgave 1 oplag 29, Nyt Teknisk Forlag 29 Forbrugsbelastning af samtidighedsforhold i fjernvarmenet, Brydov EFPfjernvarmerapport nr 22, 1984 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 3 Bilag \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 31 Måleprocedure \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 32 Fordeling af målepunkter i grupper Gruppebetegnelse A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 H1 Antal målepunkter 1 3 5 1 13 15 2 25 Målepunkter 6693553 6693552 6651362 6432768 6651344 6651344 6432768 6432768 6693317 661375 6583765 6651356 6432768 6583765 6583765 6693553 6693319 661375 6651364 6583765 661375 661375 6693556 6667983 6651349 661375 6667983 6667983 6651346 669332 6651351 6667983 6693317 6693317 6743997 6651366 669332 6693319 6693319 67449 665136 6743997 669332 669332 6651355 669332 6693317 6693552 6693552 6651358 6743997 6651355 6693553 6693553 6651353 67449 6651358 6693556 6693556 6651355 6651353 6743997 6743997 6651358 6651349 67449 67449 6651353 6651351 6651355 6651355 665136 6651344 6651344 67449 6651356 6651356 6651358 6651358 6651364 6651364 6651349 6651349 6651351 6651351 6651362 6651362 6651353 6651366 6651359 665136 6651346 Gruppebetegnelse A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 H2 Målepunkter 661375 6743997 6651356 6693319 67449 6651364 6693556 6651355 6651349 6651358 6651351 6651353 6651366 665136 6743997 6651355 67449 669332 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 33 Gruppebetegnelse A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3 H3 Målepunkter 67449 669332 6651355 6651355 6743997 6651344 6651344 6693317 6651356 6651355 6651358 6651358 6651364 6693317 6651349 6651351 669332 6651353 Gruppebetegnelse A4 B4 C4 D4 E4 F4 G4 H4 Målepunkter 6693553 6651353 6693556 67449 6743997 6651358 6693556 669332 Gruppebetegnelse A5 B5 C5 D5 E5 F5 G5 H5 Målepunkter 6651362 661375 6432768 6583765 6651344 6651356 6432768 6743997 Gruppebetegnelse A6 B6 C6 D6 E6 F6 G6 H6 Målepunkter 6651358 6743997 6651355 2 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 34 Varighedskurver for gennemsnitlig effekt I nedenstående kurver er x-aksen logaritmisk 18 16 Varighedskurve for grupper med 3 målepunkter 14 [kw] 12 1 8 6 4 Gruppe B1 Gruppe B2 Gruppe B3 Gruppe B4 Gruppe B5 Gruppe B6 GnsB 2 1 1 1 Tid i procent, september Figur 16 - Gennemsnitlig effektfordeling for 6 grupper med 3 huse samt middel GnsB Gruppekombinationer fremgår af tabel 9 18 16 Varighedskurve for grupper med 5 målepunkter 14 [kw] 12 1 8 6 4 Gruppe C1 Gruppe C2 Gruppe C3 Gruppe C4 Gruppe C5 GnsC 2 1 1 1 Tid i procent, september 21 (72 timer) Figur 17 - Gennemsnitlig effektfordeling for 5 grupper med 5 huse samt middel GnsC Gruppekombinationer fremgår af tabel 9 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 35 18 16 Varighedskurve for grupper med 1 målepunkter 14 12 [kw] 1 8 6 Gruppe D1 Gruppe D2 Gruppe D3 GnsD 4 2 1 1 1 Tid i procent, september 21 (72 timer) Figur 18 - Gennemsnitlig effektfordeling for 3 grupper med 1 huse samt middel GnsD Gruppekombinationer fremgår af tabel 9 18 16 Varighedskurve for 13, 15, 2 og 25 målepunkter 14 12 [kw] 1 8 6 Gruppe E1 (13) Gruppe F1 (15) Gruppe G1 (2) Gruppe H1 (25) 4 2 1 1 1 Tid i procent, september 21 (72 timer) Figur 19 - Gennemsnitlig effektfordeling for grupper med 13, 15, 2 og 25 huse Gruppekombinationer fremgår af tabel 9 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 36 14 Varighedskurver for middel-effektfordelinger 12 [kw] 1 8 6 4 GnsB GnsC GnsD Gruppe E1 (13) Gruppe F1 (15) Gruppe G1 (2) Gruppe H1 (25) 2 1 1 1 Tid i procent, september 21 (72 timer) Figur 2 - Varighedskurver med gennemsnitsværdier fra de 7 grupper \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 37 Varighedskurver for maksimal effekt I nedenstående kurver er x-aksen en logaritmisk skala 35 Varighedskurve for effekt i kw 3 25 [kw] 2 15 Gruppe A1 1 5 1 1 1 Tid i procent september 21 (72 timer) Figur 21 - Maksimal effektfordeling for et målepunkt 5 45 4 Varighedskurve for 3 målepunkter [kw] 35 3 25 2 15 1 5 Gruppe B1 Gruppe B2 Gruppe B3 Gruppe B4 Gruppe B5 Gruppe B6 Gns gruppe B (3) 1 1 1 Tid i procent september 21 (72 timer) Figur 22 - Maksimal effektfordeling for grupper med 3 huse Gruppekombinationer fremgår af Tabel 9 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 38 6 Varighedskurve for 5 målepunkter 5 [kw] 4 3 2 Gruppe C1 Gruppe C2 Gruppe C3 Gruppe C4 Gruppe C5 Gns gruppe C (5) 1 1 1 1 Tid i procent september 21 (72 timer) Figur 23 - Gennemsnitlig effektfordeling for grupper med 5 huse Gruppekombinationer fremgår af Tabel 9 9 8 Varighedskurve for 1 målepunkter 7 6 [kw] 5 4 3 Gruppe D1 Gruppe D2 Gruppe D3 Gns gruppe D (1) 2 1 1 1 1 Tid i procent september 21 (72 timer) Figur 24 - Gennemsnitlig effektfordeling for grupper med 1 huse Gruppekombinationer fremgår af Tabel 9 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 39 1 9 Varighedskurve for 13 målepunkter 8 7 6 [kw] 5 4 Gruppe E1 (13) 3 2 1 1 1 1 Tid i procent september 21 (72 timer) Figur 25 - Gennemsnitlig effektfordeling for gruppe med 13huse Gruppekombinationer fremgår af Tabel 9 9 8 Varighedskurve for 15 målepunkter 7 6 [kw] 5 4 Gruppe F1 (15) 3 2 1 1 1 1 Tid i procent september 21 (72 timer) Figur 26 - Gennemsnitlig effektfordeling for gruppe med 15 huse Gruppekombinationer fremgår af Tabel 9 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX
Dansk Fjernvarmes F&U-Konto - Projekt nr 21-5 4 1 9 Varighedskurve for 2 målepunkter 8 7 6 [kw] 5 4 Gruppe G1 (2) 3 2 1 1 1 1 Tid i procent september 21 (72 timer) Figur 27 - Gennemsnitlig effektfordeling for gruppe med 2 huse Gruppekombinationer fremgår af Tabel 9 16 14 Varighedskurve for 25 målepunkter 12 1 [kw] 8 6 Gruppe H1 (25) 4 2 1 1 1 Tid i procent september 21 (72 timer) Figur 28 - Gennemsnitlig effektfordeling for gruppe med 25 huse Gruppekombinationer fremgår af Tabel 9 \\cowinet\projects\a1\a1519\endelig rapport\f&u projekt nr 21-5DOCX