GAU rapport 12.3.3.c Udvikling af IKT, validering af energimodeller 23. Januar 09/OBJ En del af IKT udviklings delprojektet bestod i at validere eksisterende metoder. Denne rapport viser resultatet af indsatsen på dette område. Det er de eksisterende energiforbrugs beregningsmetoder, der er blevet valideret. Dels metoderne imellem (afsnit 1 og 2) dels over for faktisk energiforbrug i to gartnerier (afsnit 3 og 4). Resultaterne har været gode, specielt ved validering af ny energimodel, der anvendes i GartneriRådgivningens analyse og simuleringsmodel. Modellen beregner energiforbrug timeopdelt på døgnet og er valideret på målte time data, se afsnit 4. Valideringsarbejdet er tilrettelagt således at de indsamlede data kan bruges også ved fremtidige valideringer af eventuelt forbedrede eller nye modeller/metoder, som skal afprøves over for andre beregningsværktøjer og ikke mindst over for energimålinger fra konkrete væksthuse og gartnerier. Arbejdet fortsætter i 2009 i regi af projektet væksthuskoncept 2017. Dette er status på arbejdet medio januar 2009. Der beskrives følgende: 1. Validering af energibudgetmodeller i følgende programmer: Greenergy EAT over for GartneriRådgivningens af energistyrelsen anerkendte P værdimetode og Horticern. Årsforbrug. 2. Validering af energibudgetmodeller i følgende programmer: GartneriRådgivningens klima analyseog simuleringsprogram, over for GartneriRådgivningens af energistyrelsen anerkendte P værdimetode og Greenergy. Måneds og årsforbrug. 3. Validering af energibudgetmodel* fra GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram, over for klimadata fra gartneri 1, fra 2003 2004 og månedsvis forbrug jfr. fjernvarme afregningen samme år. Måneds og årsforbrug. 4. Validering af energibudgetmodel* fra GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram. Over for data fra energimålinger (Brunata målere) fra 2 enkelt væksthuse hos gartneri 2, Stige. Beregning og målinger pr time i døgnet. Time, døgn og månedsforbrug. 5. Energibudgetmodel. * energibudgetmodel fra GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram, se afsnit 5. 1._Validering af energibudgetmodeller i følgende programmer: Greenergy EAT over for GartneriRådgivningens af energistyrelsen anerkendte P værdimetode og Horticern. Årsforbrug. Notatet er udarbejdet af Jan Kronmann i GartneriRådgivningeneenergy projektet i august 2008
A. Afprøvning af beregninger i forhold til andre modeller. Der anvendes 2 andre modeller henholdsvis: Gartnerrirådgivningens P værdi model udviklet i 1995 96 som budgetmodel for de af Energistyrelsens udmeldte energisyn. Ecole Polytechnique Federale de Lausannes HORTICERN fra 1989. Der anvendes følgende 2 hustyper ved beregningen, begge beregnet uden gardin og med gardin. Husene er fritliggende på alle 4 sider, og forudsættes helt ens i alle modeller. Opvarmning til 18 C. Resultater: Fritliggende 20 m hus uden gardiner, pr m2: P-model 0,64 MWh/year Resultatet synes at være meget sammenfaldende, Greenergy 0,65 MWh/year Der er anvendt 3 helt forskellige metoder til beregningen Horticern 0,65 MWh/year Fritliggende 20 m hus med gardiner, pr m2: P-model 0,49 MWh/år Der er stadig sammenfald i beregningen og det igen selvom Greenergy 0,50 MWh/år gardinets indflydelse beregnes forskelligt. Horticern 0,51 MWh/år Venlo hus uden gardiner, pr m2: P-model 0,65 MWh/år Resultatet synes at være meget sammenfaldende, Greenergy 0,64 MWh/år Der er anvendt 3 helt forskellige metoder til beregningen Horticern 0,66 MWh/år Venlo hus med gardiner, pr m2 : P-model 0,48 MWh/år Der er delvist sammenfald I beregningen, Horticern synes at Greenergy 0,51 MWh/år gøre besparelse større ved gardin, måske på grund af den Horticern 0,43 MWh/år større sidehøjde.
Konklusion: Greenergy energiberegningen kan anvendes med god nøjagtighed når alt defineres på den rigtige made. Ved sammenligning med de andre modeller er der sammenfald når Windbreak sættes til 0,6. Det anvendte klimaet i Greenergy medfører en lille forskel, men det er mindre end 4%. Gardinberegningen er nok bedre i Greenergy, ved sammenligning hver måned er der nogen forskel der dog udlignes over året. Specielt ved P modellen tages ikke tilbørligt hensyn til dag længden i de enkelte måneder. Greenergy mangler mulighed for individuelle tilpasninger af overflader og gardiner. Modellens hensigt var at kunne simulere forskellige energiforbrug ved alternative overflader og gardintyper, derfor der det en mangel at denne mulighed ikke findes. Modellen kan anvendes indenfor de rammer der nu har med god nøjagtighed.
2._ Validering af energibudgetmodeller i følgende programmer: GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram, over for GartneriRådgivningens af energistyrelsen anerkendte P værdimetode. Måneds og årsforbrug. Nedstående modelberegninger er udarbejdet af Ole Bærenholdt Jensen dels i august 2008, dels ved afslutning af dette projekt, hvor der er foretaget forbedrede indstillinger af energibudgetmodellen. Modellens faktorer er indstillet i forbindelse med validering over for energiforbrugsdata, som er nærmere beskrevet i afsnit 4. Resultaterne ved afslutningen af projektet ses herunder. Validering af budgetmodel i GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram. 20 C Med gardin LS16 60% iso. fritliggende 20x100 = 2000 m2 Gennemsnitlig vind/læ forhold. 20 C Uden gardin, Pv 8,3 fritliggende 20x100 m. Gennemsnitlig vind/læ forhold. Måned P (Mwh) OBJ OBJ (kg olie) forskel P OBJ OBJ(kg) forskel 1 180 181 9,486373 101% 254,4 297,5 15,59224 117% 2 166,5 171,5 8,98847 103% 235,4 283,9 14,87945 121% 3 152 137,8 7,222222 91% 214,9 222,7 11,67191 104% 4 113,3 97,4 5,104822 86% 160,2 155,5 8,149895 97% 5* 82,1 63,9 3,349057 78% 116,1 82,9 4,344864 71% 6* 36,3 40,1 2,101677 110% 51,4 53,5 2,803983 104% 7* 31,4 25,5 1,336478 81% 44,5 37,1 1,944444 83% 8* 28,8 26,4 1,383648 92% 40,8 42,3 2,216981 104% 9* 53,3 50,7 2,657233 95% 75,3 86,7 4,544025 115% 10 94,3 79,3 4,156184 84% 133,4 135,6 7,106918 102% 11 126,8 127,3 6,671908 100% 179,3 213,8 11,20545 119% 12 160,7 163,9 8,590147 102% 227,2 272,8 14,29769 120% 1225,5 1164,8 61,04822 95% 1732,9 1884,3 98,75786 109% % af uden gardin 71% 62% *Kridtning af væksthuset fra maj september er indregnet ved OBJ model. OBJ = budgetmodel i GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram P = GartneriRådgivningens af energistyrelsen anerkendte P værdimetode Nøjagtighed i forhold til P værdi metoden: året: året: 1225,5 1164,8 95% 1732,9 1884,3 109% marts november marts november 718,3 648,4 90% 1015,9 1030,1 101% dec feb: dec feb: 507,2 516,4 102% 717 854,2 119%
Forklaring: P = GRs af energistyrelsen anerkendte P værdimetode OBJ = GRs klima analyse og simuleringsprogram, Konklusion: Der er en forskel på op til 20% mellem metoderne, de fleste månereder dog under 10%. Det kan ikke afgøres hvilken af de to metoder, der giver de mest korrekte beregninger i de enkelte måneder. Men forskellen mellem metoderne er dog tilstrækkelig lille til at afgøre, at den nye model med god sikkerhed kan bruges til beregning af marginalberegninger ved simulering af alternativer, hvilket er væsentligt. Det giver ikke mening at beregne statistisk nøjagtighed på overensstemmelsen mellem metoderne. GartneriRådgivningens af energistyrelsen anerkendte P værdimetode har en god nøjagtighed på årsbasis, og til dels på månedsbasis, men bygger på vurderinger af bl. a. (=gennemsnitlig?) brug af gardinstyring og fast skygge (kridtning), af effekt af evt. fugtstyring og af udsathed / læforhold. Derfor kan GartneriRådgivningens af energistyrelsen anerkendte P værdimetode ikke anvendes til uge, døgn og timebasis beregninger. Energibudgetmodellerne i Greenergy EAT programmet, og i GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram, bygger derimod på indstilling af alle disse detaljer, og har som sådan potentiale i at give en meget større nøjagtighed i forhold til de faktiske indstillinger af gardin, fast skygge, fugtstyring, læ /vindhastighed m.m og der beregnes i modellerne på timebasis, således at energibehovet og energitilførslen i princippet kan beregnes ganske nøjagtigt. Validering af energiberegning ned til timebasis ses i afnit D. Denne validering, vil være med til at fastlægge, den reelle afvigelse i forhold til det virkelige energiforbrug, idet modellen kan indstilles efter de faktiske indstillinger og målinger (temperatur sætpunkt, gardin on/off, udetemperatur, vindforhold etc.). Ole Bærenholdt Jensen.
3._ Validering af energibudgetmodel fra GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram, over for klimadata fra Gartneri 1, Stige, fra 2003 2004 og månedsvis forbrug jfr. fjernvarme afregningen samme år. Måneds og årsforbrug. Resultater: Validering energiformel sum Jan feb mar apr maj 2003 MWh, faktisk forbrug 3075 487 517 458 272 148 2004 MWh 2842,75 567,4 405,08 369,21 203,68 149,36 2003 m³ 45774,9 6602,6 7202,6 6709,8 4057,6 2397,3 2004 m³ 43084,3 7874,2 6000,1 5433,3 3414,4 2474,8 Beregnet 2003, 2516,3 465,7 426,2 280,4 199,5 Beregnet 2004, 1915,27 483,2 340,87 434,7 263,6 186,9 Beregnet % 2003 i forh til forbrug (11mdr) 97% 90% 93% 103% 135% Beregnet % 2004 i forh til forbrug (8mdr) 98% 85% 84% 118% 129% 125% et helt Årstal m2 år 2004 2004 2004 2004 2004 % juni 03-maj 04, afvigelse 9840 99% 85% 90% 93% 103% 135% Validering energiformel jun jul aug Sep okt Nov dec 2003 MWh, faktisk 68 68 68 64 226 271 429 2004 MWh 107,585 107,585 35,66 69,2 139,19 293,32 395,48 2003 m³ 1207,3 1207,3 1207,3 1139,8 3460,5 4196,4 6386,4 2004 m³ 3757,6 647,3 4404,9 1186,1 2060,6 4172,7 6063,2 Beregnet 2003 93,1 86,7 80,1 97 170,1 262,1 355,4 Beregnet 2004 103,4 76,9 25,7 Beregnet % 2003 (11mdr) 137% 128% 118% 152% 75% 97% 83% Beregnet % 2004 (8mdr) 96% 71% 72% Årstal 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 % juni 03-maj 04, afvigelse 137% 128% 118% 152% 75% 97% 83% Juni-juli-aug beregnes samlet
Konklusioner: Fem huse (2/3 af arealet) er beregnet præcist med ny energimodel på logggede klimadata, mens der for 4 mindre huse ikke findes loggede data. Beregningen for disse huse er derfor foretaget på anslåede værdier for sætpunkter i de enkelte måneder, På TRY året. På grund af at sætpunkterne for noget af arealet ikke kendes med sikkerhed kan vi konkludere at der er en del af månederne, hvor resultaterne er upålidelige. Selv om energiberegningen på årsbasis rammer det målte energiforbrug ret præcist, dækker det over nogle afvigelser i de enkelte måneder på 10 30%, enkelte endnu højere. Det kan ikke afgøres om afvigelsen skyldes det ene eller det andet, hvorfor konklusionen ved denne afprøvning er at den nye beregningsmetode ikke kan valideres i forhold til dette datasæt. 4._ Validering af energibudgetmodel* fra GartneriRådgivningens klima analyse og simuleringsprogram. Over for data fra energimålinger (målere fra firmaet Brunata) fra 2 enkelt væksthuse hos gartneri 2, Stige. Beregninger og målinger pr time i døgnet. Time, døgn og månedsforbrug. Resultater, månedsopdelt: Hus 7 Energiforbrug (kwh) Hus 8* Energiforbrug (kwh) gns. gns. sætpunkt C målt beregnet Beregnet/målt sætpunkt C målt beregnet Ber./målt Oktober 17,9 34,3 34,3 100% 18,6 64,6 64,1 99% November 17,4 45,3 47,1 104% 18,5 94,3 91,8 97% December 18,8 77,6 68 88% 19,1 116,8 120,8 103% 3 mdr 157,2 149,4 95% 275,7 276,7 100% Hus 7 Hus 8 P værdi 3,92 (6,04 uden gardin) P værdi 5,55 (6,35 uden gardin) 1640 m2 mellemhus, vækstlys 30w/m2 1640 m2 mellemhus, vækstlys 30w/m2 gardin: gardin: Mørkelægning, isolering 75%, regnet med 70% Ældre, slidt skygge isolering, LS 15, isolering 55%, vurderet til 40%* *Forbehold vedrørende energiforbrugsniveauet i hus 8, se sidst i dette afsnit.
Resultater, døgn opdelt: Hus 7, Oktober: Hus 8 oktober:
Hus 7, November: Hus 8, November:
Hus 7 december: Hus 8, december:
Resultater, timeopdelt (eksempler): Hus 7 1. 3. Oktober: Hus 7 1. 5. November: Hus 7, 1. 5. December: Lyseblå søjler: Målt energiforbrug (fjernvarme). Bordeaux: Beregnet energi til opvarmning fra fjernvarme. Gul: Beregnet energi til opvarmning fra vækstlys. Grøn: Beregnet energi til opvarmning fra indstråling. Sort streg (åben kurve) energi til opvarmning fra indstråling, mere end behov.
Kommentar til timeopdelte resultater fra foregående side: Regulering af varmetilførsel foregår med ventiler on/off, hvilket giver svingninger i energitilførsel. Denne svingning beregnes ikke af beregningsmodellerne. Hvis man klipper toppene af og lægger dem ned ved siden af, stemmer det målte energiforbrug ganske godt overens, time for time. Der er dog tidspunkter, der ikke stemmer, men dette er uundgåeligt, da beregningsmodellen hovedsageligt bygger på input fra det, der betyder mest for energiforbruget. Derfor forklarer småtingene en del af afvigelserne. Vedrørende de lyseblå spidser. Især i for december i kurven ovenfor ses nogle toppe hver morgen. Dette er typisk reaktion af energitilførslen, når gardinerne trækkes fra, er der behov for meget energi. Hvis man kan indtille styringen til at tøve med tilførslen kan man dog spare energi, da indsrålingen kort tid efter begynder at bidrage med energitilførsel. Konklusion: Beregningsmodellen viser god overensstemmelse med det målte forbrug, både på månedsbasis og på timebasis. Der er dog flere ting, der skal undersøges yderligere: Måling i andre måneder, specielt sommermånederne, for at opnå større sikkerhed. Måling på enkelthus niveau i et andet gartneri. Kontrol af om målerne fra Brunata måler korrekt* Følgende afvigelser, som skal undersøges yderligere, og som vil give en afvigelse i beregningerne er konstateret: Det er konstateret en måleafvigelse på temperaturfølerne på hhv. 0,3 C og 1 C. I perioder, hvor temperaturen i nabohuset har været 5 10 C lavere end huset, ses et noget større forbrug, som uden tvivl skyldes tab til nabohuset. Det giver bl. a. forklaringen på afvigelsen i december mellem beregnet og målt for hus 7 på (beregnet 88% af det målte energiforbrug). Når der er arbejdet videre med disse ting kan nøjagtigheden i beregningsmodellen beregnes, og der kan konkluderes på det. Den foreløbige konklusion er dog at metoden ser lovende ud. *Måleren i hus 8 er den 21. Januar nedtaget til nærmere kontrol. Beregningen af energiforbruget for hus 8 ligger ca 15% lavere end måleren viser. Vi har en mistanke om at det er fejl i energimålingen, der giver dette meget høje forbrug i huset. For at sammenligne bevægelserne i energiforbruget har vi valgt at sammenstille tallene ved en isolerings% på gardinet på 25%. Den reelle beregning foretages efter kontrollen nu i det kommende år.
5._Energibudgetmodel. Fra projektet fotosyntese effektivitet som blev afsluttet i 2006, blev udviklet en energiformel på basis af en formel, udviklet af Baily (England). Formlen består grundlæggende af følgende: Varmebehov: P * temperaturforskel (inde ude)*faktor + tillæg i forhold til vindhastigheden Energiforbrug opvarmning: Varmebehov varme fra indstråling varme fra vækstlys. P er en konstant, der afhænger af væksthusets indretning, materialer og forskellige tilstande, se nedenfor. Vindhastighedens effekt er afhængig af læforhold. Der regnes med at hvis beregningen fortages på grundlag af gartneriets vejrstation måler vejrstationen den reducerede vindhastighed, som anvendes i beregningerne. Hvis der anvendes vindhastighed målt hos DMI, dette gælder også DRY data, anvendes 50% af vindhastigheden. Ole Bærenholdt Jensen, GartneriRådgivningen.