Hvordan optimalisere HVAC-systemene slik at de regulerer ift normal drift, sparer energi og gir et sunt og komfortabelt miljø for de som oppholder seg i bygningen?
Energi i bygninger
Energisparing er et av de viktigste temaene for mange bedrifter i byggebransjen. Med HVAC anlegget, som er en betydelig del av bygningens energibruk gjennom levetiden, bør teknologien som er spesifisert og brukt i bygninger være i forkant av hvordan man kan spare energi. Produkter for ventilasjon, varme og kjøling blir stadig mer effektive, drevet av lovgivning og utvikling av ny teknologi i komponentene. Mens man beveger seg mot ny effektiv teknologi, må det sikres at den eksisterende teknologien brukes på den smarteste og mest effektive måten.
Vanligvis er HVAC-systemene prosjektert for 100% tilstedeværelse i bygningen. Kjølesystemer er prosjektert for maks sommer-temperaturer og sterkt sollys, varmesystemer er prosjektert for de kaldeste dagene i året og ventilasjons-systemer er basert på 100% tilstedeværelse. Dette er utmerket når man ønsker å prosjektere for maks fleksibilitet i bygninger, klare for alle forhold. Men er det slik de brukes?
Systemer prosjektert for toppbelastninger vil svært sjelden bli benyttet på disse nivåene, kanskje aldri. I størstedelen av livslengden vil de operere ved en brøkdel av den prosjekterte belastning. Dette misforholdet mellom prosjekterte laster og virkelige driftslaster er veldig stort, og som vi vil se blir den bare større.
Det nåværende og fremtidige ytelsesgapet
To faktorer vil føre til at forskjellen mellom «toppdesign» og normaldrift blir enda mer ekstrem.
Bygninger brukes i dag på en mer fleksibel måte, spesielt kontor- og kommersielle virksomheter, siden bedrifter og ansatte tilbys muligheter for fleksibelt arbeid. Et kontorbyggs ventilasjons- og kjølesystem designet for fullt belegg i år 2020, vil sjelden ha samme belegg i 2023 og utover.
Global oppvarming har allerede en innvirkning på ekstrem-været, og selv med betydelige endringer i de medvirkende faktorene, forventes flere ekstreme værhendelser i fremtiden. Europa vil sannsynligvis møte varmere og tørrere somre. Dette i kombinasjon med at Urban Heat Island-effekten forsterker sommer-temperaturen med høye varmeforhold i områdene hvor mange kontorer og næringsbygg er lokalisert, samt hensynet til hvordan man kan utforme varmedemping på by- og gatenivå. Dette vil trolig bety at topplastene som bygningene er prosjektert for, er enda lenger unna de virkelige lastene i den daglige driften.
De som prosjekterer og designer må integrere den nye måten å bruke bygninger på samt fremtidige risikoer for ekstremvær i dagens bygningsdesign, enten det er på nybygg- eller rehabiliterings-stadiet.
Finne effektiviteten i ytelsesgapet
Når et HVAC-system opererer med redusert belastning, fungerer det vanligvis mer effektivt. Luftbehandlingsaggregater (AHU), som går på halv viftehastighet, vil bruke mindre enn en fjerdedel i tilført effekt. En kjølemaskin eller varmepumpe som kjører med dellast får mest mulig ut av varmeveksleren ved å la den kjøre med høyere effektivitet. Men er dette alt som er mulig med teknologien vi har tilgjengelig?
Hvis vi kan styre ventilasjonsaggregatene våre til kun å gi den luftmengden det er behov for til enhver tid ift til belastning inne i bygningen, ved å benytte behovsstyrt ventilasjon (DCV), kan kjøle- og varmebatteriene, som er dimensjonert for full kapasitet, kontrollere temperaturen på friskluften ved å bruke mye mindre energi.
Batteriene i viftekonvektorer eller kjølebafler som betjener innendørsrommene trenger heller ikke å yte full kapasitet, siden disse enhetene vanligvis prosjekteres for maks. belastning og ved maks sommer- eller vinterforhold.
Vi må da ta en beslutning angående enhetene som ikke trenger full kapasitet. Den tradisjonelle veien vil være å redusere kjøle- eller varmevæskemengden ved hjelp av en ventil. Dette er en enkel måte å kontrollere lokalt og er standard for nesten alle systemer. Men hvis vi ser litt mer nøye på forbindelsen mellom kjølemaskin/varmepumpen og batteri, kan vi i tillegg optimere temperaturen på væsken som betjener batteriet. Et kjølebatteri prosjektert for å bruke 6 grader vann, ved 100% kapasitet, trenger ikke den temperaturen ved 50% kapasitet.
Grunnen til å endre vanntemperaturen til batteriene er å øke effektiviteten til kjølemaskin/varmepumpe. Ved å øke vanntemperaturen som strømmer fra kjølemaskinen med én grad gjøres den omtrent 3% mer effektiv. Å kjøre en varmepumpe én grad lavere, øker effektiviteten tilsvarende.
Så når vi analyserer etterspørselen fra batteriene som styrer komforten i rommene, enten det er i luftbehandlingsaggregatet eller i rommet, viser det seg at de kan kjøres ved en optimalisert vanntemperatur mesteparten av tiden. Faktisk viser nyere beregninger av luftbehandlingsaggregater som er tilkoblet varmepumper at vanntemperaturer kan optimaliseres i over 95% av driftstiden, og kan spare over 20% av kjøleenergien og over 30% av varmeenergien. Dette ved ganske enkelt å kontrollere systemet mer intelligent.
Denne typen kapasitetskontroll gir fortsatt god romkomfort så vel som energifordeler, og reduserer temperatursvingninger og trekk i rommet, når den er riktig kontrollert.
Passiv- og frikjøling
Om vi har frikjøling tilgjengelig i kjølemaskinen, har de optimaliserte vanntemperaturer en enda større innvirkning på effektiviteten. Frikjøling er når kjølevannkretsen blir kjølt ned direkte av uteluften istedet for å benytte DX kjøle-kretsen i kjølemaskinen. Typisk er det frikjølingskapasitet å hente når utetemperaturen er 1 K lavere enn returtemperaturen på isvannet. Total frikjølingskapasiteten øker med denne temperaturdifferansen, til hele kjølebehovet er dekket. Hver grad vi kan øke ønsket settpunkt, vil øke antall timer vi kan frikjøle betraktelig, noe som igjen reduserer store energiutgifter.
Vi kan også bruke naturlig kjøling med jordvarme/grunnvann ved å benytte en væske/vann varmepumpe/kjølemaskin. Et jordvarmesystem henter lavtemperaturenergi gjennom en lukket glykolkrets og med bruk av varmepumpe gir dette en effektiv og energivennlig oppvarming av våre lokaler.
Mange varmepumper kan også benyttes som kjølemaskiner, noe som gir meget energieffektiv kjøling samt at det fører energien i tilbake til jorden via glykolkretsen. Denne type systemer er perfekte, der den lave temperaturen gir passiv kjøling som er ekstremt energivennlig. Akkurat som ved frikjøling vil deler av kuldebehovet dekkes med passiv kjøling ved dellast som er aktuelt den største delen av driftstiden noe som reduserer energiforbruket betraktelig.
Kontroll og intelligens
For å oppnå dette, må vi ha systemkontroll som kan gjenkjenne belastningen som kreves ved batteriet og bruke denne informasjonen til å optimalisere kjølemaskinens/ varmepumpens temperaturer tilsvarende. Intelligens innebygd i kjølemaskin, varmepumper, luftbehandlingsenheter og romenheter er nødvendig. En forståelse av begrensningene til de separate produktene er viktig sammen med deres ytelsesnivåer og kunnskap om når man ikke skal optimalisere. Mer enn dette, et høyere nivå av systemkontroll må kommunisere effektivt mellom alle disse systemdelene. Bortsett fra det oppnås energibesparelsene ved å bruke de vanlige systemdelene, ikke investere i spesielt mer effektivt utstyr, men kontrollere det vi har på en mer intelligent måte.
Enten systemene vi jobber med er eksisterende installert system i et rehabiliteringsprosjekt eller et nybygg som bruker banebrytende effektive nye produkter, gjelder fortsatt prinsippene om å spare ytterligere energi ved redusert drift som en effektiv og bærekraftig måte å redusere driftskostnadene på.
Lær mer om våre Swegon optimeringssystemer og les mer om energieffektivitet innen HVAC.
