Energie-efficiëntie

Energie-efficiëntie ... ... door intelligente regeltechniek

02 I 2009

Edgar Mayer Productmanager CentraLine c/o Honeywell GmbH

Dankzij moderne en intelligente regeltechniek kunnen vooral in bedrijfspanden aanzienlijke mogelijkheden voor energiebesparing worden benut. Daarbij worden bijvoorbeeld klassieke regelalgoritmen vervangen door innovatieve, uiterst efficiënte en energiebesparende oplossingen. Nieuwe methoden zorgen voor de hoogste energie-efficiëntie bij een optimale tegemoetkoming aan de vereisten t.a.v. het comfort, maar garanderen ook een langere levensduur van de installatie en een verlenging van de onderhoudsintervallen. Zo zijn bijvoorbeeld besparingen tot 15% te bereiken alleen al door het optimaliseren van de regelparameters. In het onderstaande worden de belangrijkste factoren beschreven die van invloed zijn op de energiebesparing die kan worden bereikt door de inzet van kwalitatief hoogwaardige regelinstallaties, alsook optimalisatiemogelijkheden van de installatie zelf door de toepassing van ‘zelfdenkende’ regelaars.

Energie-efficiëntie

De energie-efficiëntie van een gebouw kan niet alleen worden afgelezen uit de warmte-isolerende eigenschappen van muren, dak en ramen, de bouwwijze en de uitvoering (isolatie) alsook de afmeting van de buitenoppervlakken waardoor warmte c.q. koude kan ontsnappen. Een zeer belangrijke factor in het laten toenemen van de energie-efficiëntie is ook de kwaliteit van de gebruikte regeltechniek. In het onderstaande worden enkele regelalgoritmen voor de toename van de energie-efficiëntie in verwarmings- en airco-installaties beschreven.

Energie-efficiëntie ... … door geïntegreerd gebouwenbeheer.

1. Energie-efficiënte regelfuncties Energie-efficiënte regelinstallaties starten de warmteopwekker pas op het moment dat een verbruiker om warmte vraagt. Dit betekent dat elke warmteverbruiker – hetzij een verwarmingscircuit, hetzij de warmwatervoorziening, een ventilatiesysteem of ruimtethermostaatregeling – alleen een vraag om een bepaalde hoeveelheid warmte aan de warmteopwekker stuurt voor zolang die warmte daadwerkelijk nodig is. Aangezien de gebruikstijden voor elke verbruiker individueel instelbaar zijn, worden geen overbodige hoeveelheden warmte beschikbaar gesteld, hetgeen leidt tot lagere verliescijfers.

Afb. 1: Typische verwarmingsinstallatie (gemaakt met de CentraLine softwaretool COACH)

2. Regeling verwarmingscircuit In de meeste installaties worden uit kostenoverwegingen uitsluitend warmteregelaars met een weersafhankelijke aanvoertemperatuurregeling gebruikt. Behalve de afmeting van de radiatoren heeft ook de instelling van de warmtecurve grote invloed op de energie-efficiëntie. Een hogere prestatie van de radiatoren zorgt – bij een geoptimaliseerde regeling – voor een snellere opwarming en een sterkere verlaging van de voorlooptemperatuur. De lagere voorlooptemperatuur leidt tot een vermindering van de verliezen via de buisleidingen, afhankelijk van de lengte en de kwaliteit van de isolatie van de buizen. Bij hoogrendementsketels kan daardoor ook de retourtemperatuur zakken, hetgeen weer een positief effect heeft op de verliezen via verbrandingsgassen en straling en een betere benutting van de condensatie mogelijk maakt. Uit regeltechnisch oogpunt moet sterker op de instelling van de warmtecurve worden gelet. Een verschuiving van de uitgangscurve met +/- 5 K verandert het energieverbruik met ca. +/- 19%.1

1

Bron: Onderzoekscentrum Jülich – besparingspotentieel bij de energievoorziening van woningen door

informatietechnologieën


Om de nadelen van een weersafhankelijke aanvoertemperatuurregeling te verzachten is het dus belangrijk dat de toegepaste regeltechniek de voorloopinstelwaarde zo laag mogelijk houdt. Speciale regelaars, bijvoorbeeld “TIGER” of “PANTHER” van CentraLine, doen dit door het automatisch bijstellen van de warmtecurve, die zich dus aan het gebouw aanpast. Met een weersafhankelijke regeling is het bovendien niet mogelijk om de invloed van direct zonlicht en van de warmte die door elektrische apparatuur of door de aanwezigheid van personen in een bepaalde ruimte wordt gegenereerd te laten meewegen. Ieder mens produceert tenminste ca. 60 – 100 W aan warmte. Deze nadelen kunnen slechts gecompenseerd worden met een regeling voor afzonderlijke ruimten.

3. Pompregeling Verdere besparingen zijn mogelijk met vraaggestuurde verwarmingspompen: in veel gevallen zijn pompen 24 uur per dag in bedrijf bij een maximaal toerental. Vooral met grote toevoerpompen kunnen aanzienlijke besparingen worden bereikt. Bij vorstgevaar is het weliswaar noodzakelijk dat de pompen continu doorlopen. Maar als boven de vorstbeschermingsgrens de pompen alleen nog in bedrijf zijn als er werkelijk behoefte is een energie, kan minstens 30 tot 60% van de verbruikte elektrische energie worden bespaard.

4. Regeling van de warmtegenerator Als in het kader van een modernisering van de regeltechniek ook de aanschaf van een nieuwe ketelinstallatie wordt overwogen, dan is het de moeite waard om een hoogrendements te nemen. De hogere aanschafkosten zijn binnen enkele jaren terugverdiend door de besparing op de energiekosten. Ook alternatieve warmteopwekkers als warmtepompen moeten in aanmerking worden genomen. Afzonderlijke regelstrategieën bijvoorbeeld bevatten functies voor de efficiënte regeling van verwarmingsketels, cascaderegeling van ketels of voor de integratie van alternatieve en milieuvriendelijke warmteopwekkers. Deze worden daarbij zo gerangschikt dat de milieuvriendelijke warmteopwekkers altijd de primaire warmtebron zijn en de conventionele worden gebruikt voor het opvangen van piekbelastingen. De regelstrategie zorgt ervoor dat alleen de benodigde warmte wordt geleverd en de warmteopwekkers dus met maximaal rendement werken. Dit wordt bereikt door een vergelijking van de door de verbruikers gevraagde en door de warmteopwekkers geleverde warmte. Door zo lang mogelijke looptijden en daarmee een verlaging van het aantal in- en uitschakelmomenten zorgt de regelstrategie er ook voor dat de levensduur van de ketel wordt verlengd.


5. Regeling van de warmteopwekkers met een ‘zelfdenkend’ regelalgoritme. Bepaalde regelaars bieden ook de mogelijkheid de warmteopwekkers d.m.v. een ‘zelfdenkend’ regelalgoritme te regelen. Met deze regelmethode is een duidelijke verbetering van het regelgedrag mogelijk. Volgketels worden slechts bijgeschakeld zodra de behoefte aan verdere ketels daadwerkelijk ontstaat. Behalve met de regelafwijking, die ook in conventionele configuraties wordt meegewogen, houdt de ‘zelfdenkende’ regelaar rekening met belangrijke stoorvariabelen als retourtemperatuur en secundaire doorstroomhoeveelheid. Hierdoor is de uitgang van het regelblok het benodigde ketelvermogen van de installatie als geheel, dat vervolgens wordt omgezet in de desbetreffende warmteopwekker-regelsignalen. De kennisbasis, die een aanzienlijk deel uitmaakt van het regelsignaal, wordt via de regelafwijking automatisch aangepast. Het regelalgoritme is voorzien van een statisch optimalisatie-algoritme dat bij optredende regelafwijkingen zelfstandig de kennisbasis aanpast. De regelaar past zich dus zelflerend aan de installatie aan en het kostbare inregelen van de installatieparameters bij de ingebruikneming vervalt grotendeels.

Afb. 2: Kenveld. Uitgangssignaal van de kennisbasis als functie van de twee stoorvariabele-ingangen: Altijd als een van beide stoorvariabelen doorstroomhoeveelheid of temperatuurverschil resp. aanvoer-/retourleiding klein is, is ook het regelsignaal naar de warmtegenerator gering. Als allebei de bovengenoemde stoorvariabelen maximaal zijn, dan is ook het hoogste ketelvermogen vereist.


De voordelen van het ‘zelfdenkende’ concept in verwarmingsinstallaties zijn: stabiele ketelregeling zonder grote afwijkingen voorkoming van onnodige in- en uitschakelmomenten bij geschakelde ketels en zodoende een verlenging van de levensduur van de installatie en van de onderhoudsintervallen. geringe temperatuurgradiënten aan de ketelonderdelen (slijtagevermindering) optimale keteldoorstroming en daarmee optimaal functioneren van de ketel de instelwaarde wordt nauwkeurig aangehouden, hetgeen de verwarmingsafsluiter beter regelbaar maakt constante beschikbaarheid van warmte volgens de instelwaarden bij de verbruiker verlaging van het energieverbruik door voor het werkpunt optimale regel-ingrepen 1

6. Efficiënte regeling van ventilatiesystemen Het hoge energieverbruik van ventilatiesystemen is vaak toe te schrijven aan een ‘overdimensionering’ ervan. Een vermindering van de volumestroom tot het vereiste minimale luchtverversingspercentage kan 30 tot 50% van de verbruikte energie besparen. Een optimaal gecoördineerde regeling van temperatuur, vochtigheid en volumestroom kan nog eens 10 tot 15% extra besparen.

1

Bron: Prof. Dr. Christian Rähder – De realisatie van een MaxXControl-regelaar voor schakelingen van geschakelde

ketels. Optimaal gebruik door vraaggestuurde regeling


Afb. 3: Klassieke klimaatinstallatie

In gewone ventilatiesystemen werken regelaars voor temperatuur, relatieve vochtigheid en ventilatortoerental (volumestroomregelaar) onafhankelijk van elkaar. Met deze configuratie zijn afwijkingen en energieverspilling onvermijdelijk. Bij de regeling van de afzonderlijke componenten van klimaatinstallaties kunnen de volgende problemen optreden: gelijktijdig schommelen van temperatuur en relatieve vochtigheid te hoge instelbewegingen bij storingscompensatie en daarmee onnodig energieverbruik zware belasting van afsluiters en pompen bij schommeling van de regelvariabelen (bijv. veelvuldig schakelen) het niet nauwkeurig aanhouden van instelwaarden als gevolg van storingen. Regelaars van CentraLine bieden de mogelijkheid om gebruik te maken van een ‘zelfdenkend’ regelalgoritme dat alle genoemde nadelen elimineert en in belangrijke mate bijdraagt aan het efficiënte gebruik van de installaties. Overeenkomstig de basisgedachte van ‘zelfdenkende’ informatieverwerking wordt in de klimaatregelaar de vereiste instelling niet alleen bepaald door het regelelement, maar door de evaluatie van een hoeveelheid gegevens gebaseerd op kennis van experts. De door de zelfdenkende klimaatregelaar gebruikte variabelen worden in het klimaatproces gemeten en zijn dus beschikbaar, zodat extra sensoren doorgaans niet noodzakelijk zijn. De variabelen worden door de regelaar echter grondiger geëvalueerd. De regelaar ‘weet’ nu dat in toestand x regelsignaal y moet worden gegeven. Daarmee kan de regelaar al reageren voordat de veranderde situatie effect heeft op de regelvariabele en bijv. een ontoelaatbare instelwaarde wordt bereikt.


De parallel werkende en noodzakelijke PI-regelaarcomponenten hebben als aanvulling op het instel-aandeel van de kennisbasis nog slechts een corrigerend ingrijpende functie. Daarmee wordt het regelbereik aanzienlijk kleiner, wat positieve consequenties heeft voor het functioneren van de regelaar m.b.t. stabiliteit en robuustheid.

Afb. 4. Kenveldregelaar-uitgang voor het verwarmingselement met drie stoorvariabelen:

X1

Storing warmtevraag

X2

Storing ontvochtiging

X3

Storing ventilatortoerental

Voor de berekening van een aan de vraag aangepast regelsignaal voor installatieonderdelen als luchtverwarmer, luchtkoeler, warmteterugwinning en luchtkleppen moet een regelsequentie worden opgesteld die componenten als bijv. warmteterugwinning of mengkleppen volledig benut voordat energetisch duurdere installatie-onderdelen worden aangesproken. Bij een betere regelkwaliteit gebruikt een zelfdenkende regelaar minder energie dan een conventionele PID-regelaar. Men bereikt een hoge regelkwaliteit door: snel uitregelen geringe variatie niet-extreme regelsignalen bij de regelkleppen (minimale amplitudes, rustig regelgedrag) geringe onderlinge beïnvloeding van de deelprocessen verhitten, koelen, be- en ontvochtigen en daarmee beperking van vermijdbare afwijkingen hoge robuustheid van de regelaar t.o.v. stooreffecten


vermindering van onnodig energieverbruik door optimale coördinatie van de luchtbehandelingen slijtagevermindering van de installatie door beperktere aansturing van servomotoren. 1

7. CO2-regeling en warmteterugwinning Een besparingspotentieel van 30 tot 50% kan ook worden bereikt door het gebruik van een CO2-regeling. Deze regeling regelt het aandeel buitenlucht en de volumestroom door het toerental van de ventilator. Hierdoor wordt er alleen verse lucht aangevoerd als de CO2-instelwaarde wordt onderschreden 1. Het gebruik van een warmteterugwinning met hoog rendement (deze kan bij gebruik van een hoogrendementswarmtewisselaar max. 80% bereiken) of een vrije nachtkoeling kunnen verder leiden tot een stijging van de energie-efficiëntie.

8. Regelmatige controle en onderhoud van de installaties Belangrijk voor het verkrijgen van hoge energie-efficiëntie waarden is het regelmatige onderhoud van de installaties. Bij gebruik van moderne regeltechniek kunnen de onderhoudsplannen rechtstreeks in de regelaar worden ingevoerd. Voor elke afzonderlijke schakelopdracht of elke aandrijving kan zo een onderhoudsinterval worden gedefinieerd. Na afloop van het onderhoudsinterval wordt op de regelaar een onderhoudssignaal afgegeven. Deze wordt alleen geactiveerd als met de klant is overeengekomen dat een regelmatig onderhoud wordt gewenst. Een dergelijk uiterst doeltreffend gebruik van onderhoudsplannen wordt alleen gegarandeerd door een gebouwbeheersysteem.

1

Bron: Prof. Dr. Christian Rähder – Optimaal energiebeheer door coördinatie van de luchtbehandelingen

2

Meer informatie over het thema CO2-regeling vindt u op www.centraline.com/energy.


Conclusie

De energiekosten zullen de komende jaren alleen maar toenemen, maar ook vanwege milieubescherming moet de energie-efficiëntie van gebouwen voortdurend worden verhoogd, wat tal van regeringen wereldwijd hebben ingezien en in programma’s voor de renovatie van gebouwen eisen en bevorderen. Door het gebruik van een geoptimaliseerde regeling kunnen besparingen in gebouwen met relatief lage kosten worden gerealiseerd. Een modern en efficiënt regelen gebouwbeheersysteem levert een belangrijke bijdrage aan de toename van de energie-efficiëntie in gebouwen. Zij biedt beproefde en uitgebreid geteste regelfuncties, die voldoen aan de hoogste eisen op het gebied van energie-efficiëntie.

Bronnen

Afbeeldingen 1 – 4: CentraLine

Auteur: Edgar Mayer Productmanager CentraLine c/o Honeywell GmbH

Voor aanvullende informatie en meer ‚Energy efficieny‘ artikelen bezoek de CentraLine website of neem contact met ons op.

www.centraline.com

CentraLine · Honeywell B.V. · Laarderhoogtweg 18 · 1101 EA Amsterdam Z.O. · Tel: +31 (0)20 5 656 886

Energie-efficiëntie

Recommend Documents