Dokumentering av energianlegg BD Klimasenter Ringdalskogen

Skrevet av: Forfattere: Natasa Djuric, Roy Sandgrind, Gjermund Walstad

Det er derfor meget viktig å promotere denne typen integrerte løsninger ved god dokumentasjon av gode anlegg. Brødrene Dahl’s Klimasenter på Ringdalskogen er etablert som et nasjonalt kompetansesenter for rørbransjen. Gjennom en bacheloroppgave ved Høgskolen i Sør Trøndelag (HiST) har to studenter gjort tredjepartskontroll på Klimasenterets anlegg.

Målet med oppgaven
Gjennom bruk av SD-anlegg og avleste måleresultater var målet å dokumentere at anlegget leverer i henhold til de ytelser som er prosjektert. For å gjøre denne kontrollen var data fra prosjekt, FDV-dokumentasjon samt beregning og måling brukt. Bruken av SD-anlegget sammen med oppgaven er ment å være et hjelpemiddel til forbedret drift av dette anlegget.
 
Brødrene Dahl’s Klimasenteret på Ringdalskogen i Larvik er et bygg med areal på ca. 2500 m². Anlegget for energiforsyning består av fem ulike energikilder: solfangere, varmepumpe(væske/væske), gasskjeler, fjernvarme (tilrettelagt for fremtidig tilkopling), elektrisitet. Elektrisitet brukes kun til å supplere varmt tappevann oppvarming hvis nødvendig. Installert utstyr på distribusjonssiden har effekt på totalt 626 kW. Formålet med anlegget er å teste kombinasjonen av ulike løsninger for energiforsyning. Anlegget er primært bygget til bruk i opplæring og er derav ikke optimalisert med hensyn til kost-nytte effekt.

Funksjonskontroll ved integrerte løsninger
Oppgaven har gått ut på å utføre en tredjepartskontroll av det tekniske anlegget og målet for oppgaven er følgende:

• dokumentere hvordan det tekniske anlegget fungerer;
• dokumentere anleggets ytelser ved hjelp av FDV- dokumentasjon og prosjekterte verdier;
• sammenligne prosjekterte verdier mot virkelige verdier;
• etablere rapport over oppnådde ytelser av anlegget og dokumentere anleggsytelser i drift.

 For å fullføre overnevnt aktiviteter er informasjon om anlegget oppsummert systematisk som følgende:

• Leverte ytelser fra FDV- dokumentasjon er brukt som grunnlag til energiberegning.
• Det er beregnet månedlig energibehov og forsynet energi over hele året.
• Energimåling fra Siemens’ energioppfølgingssystem er brukt for å dokumentere anleggets ytelser i drift.

Installasjonsbeskrivelse
Klimasenteret består av solfangere, varmepumpe væske/væske, brønnpark, gasskjeler, fjernvarme og distribusjonssiden. Anlegget har som formål å teste kombinasjonen av ulike løsninger for energiforsyning. Skisse av anlegget er vist i Figur 1.
 

Figur 1. Skissen av energiforsyning system

Energiforsyningsanlegg i Figur 1 består av følgende energikilder: solfangere, varmepumpe (væske/væske) og gasskjeler til spisslast. Skisse i Figur 1 er forenklet og viser prinsipielt hvordan anlegget fungerer. Varme fra sol lagres i to varmelagrer, se til venstre i Figur 1. Varme fra kondensatorene og kjelene samles i en tredje lager. Styring av energiforsyning system i Figur 1 har følgende prioritering: 1. solenergi, 2. varmepumpe, 3. gasskjeler. Varmeoverskudd fra sol lagres i brønnpark. Det er etablert en brønnpark under parkeringsplassen med 18 borehull i ca. 200 m dybde. Før etablering av brønnparken ble det foretatt en termisk responstest av grunnen for å sjekke fjellets evne til å oppta og holde på varmen i forhold til lagring av energi. Det tekniske varmeanlegget vil med tiden bli styrt av et Siemens SD-anlegg.

Når det gjelder teknisk anlegg for energiforsyning i Figur 1 er det installert følgende:
-  tre varmepumper med kondensatorvarmeeffekt på 45,9 kW, kompressoreffekt på 10,6 kW og COP på 4,4;
-  fem gasskjeler på 45 kW maksimal belastning
-  60 m2 solfangere med solvarmeutbytte på 35 340 kWh/år.

Solfangere er montert på loddrett på fasaden retning sydvest som vist i Figur 2. Optimal vinkel for montering av solfangere i Larvik er 39° [1].
 

Figur 2. Solfangere på Brødrene Dahl’s Klimasenteret på Ringdalskogen

Installasjonen er tilrettelagt for kurs og seminarfasiliteter hvor både teknisk rom og showrom er utformet på en måte som er velegnet for kurs og opplæring. Samlestokken for energiproduksjon er montert i showrom i byggets 2. etasje. På denne er det også påmontert energimålere på strategiske steder for innhenting av energibruk data. Bildet av showrom er vist i Figur 3.

Figur 3. Bildet viser samlestokken som er installert i Showrom 2. etasje

Når det gjelder distribusjons side er det installert tre kretser:
- samlestokk;
- varmebatteri i et ventilasjonsanlegg;
- gatevarme anlegg.

Installert effektbehov i samlestokk er 185 kW som vist i Tabell 1. Videre er det installert varmebatteri på 91 kW og varmeveksler for gatevarmeanlegg på 350 kW. Totalt er det installert i distribusjons side 626 kW.

Tabell 1. Samlestokk i showroom 320.04

Energiberegning
Overnevnt data om installert utstyr i distribusjonsside og energiforsyningsanlegg er brukt i beregningen. Det foreligger ikke energiberegning fra prosjekteringsfase og det var derfor viktig å lage et estimat basert på installert utstyr. Som input i beregning var data fra Joint Research Center benyttet [1]. Database for innstråling og utetemperatur for hele Europa er etablert av European Commission. Innstråling i Larvik over året for to vinkler er vist i Figur 4. Data i Figur 4 gjelder for solfangere som er installert mot sør, mens solfangere på Klimasenteret er installert mot sydvest.
 

Figur 4. Innstråling i Larvik for 90 C vinkel og optimal vinkel

Data fra Figur 4 for vinkel 90^o var brukt for å kalibrere modell til solfanger. Basert på data i Figur 4, ble det beregnet månedlig energi fra sol. Resultater er vist i Figur 5. Total er det beregnet at anlegget kan få 35 340 kWh/år fra sol.

Figur 5. Solvarme med 90 C vinkel og retning mot sør

Solvarme som vist i Figur 5 gjelder for solfangere rettet mot sør. Fordi solfangere hos Brødrene Dahl var installert mot sydvest, kan virkelig solvarme være lavere enn i Figur 5.

Energibehovet er beregnet basert på data om installert utstyr på distribusjonssiden. Energibehov er beregnet for 30 %, 50 % og 100 % av installert effekt. Energibehov er beregnet for en driftstid på 10 timer/dag. Energi fra energiforsynings anlegg er beregnet med styringssekvens med følgende prioritering: 1. solenergi, 2. varmepumpe, 3. gasskjeler. Det er antatt en driftstid på 10 timer/dag for varmepumper og gasskjeler, mens varme fra sol er akkumulert over hele dagen. Videre er det antatt at solenergi som ikke brukes umiddelbart for å dekke behovet, skal lagres i grunnen. Total varme fra energiforsyningsanlegget for 30 % av effektbehovet er vist i Figur 6. Solenergien som lagres i grunnen er merket med grønt farge i Figur 6.


Figur 6. Energiforsyning ved 30 % effektbehov

Resultater i Figur 6 viser at ved 30 % av effektbehov er det ikke nødvendig å bruke gasskjeler. Ved 30 % av effektbehov er det mulig å lagre rundt 8 200 kWh/år energi i grunnen. Lagring av solenergien skjer mest om sommeren, når energibehovet er lavere enn det som anlegget kan forsyne. Hvis effektbehov ville være 30 % over hele året, kunne solfangere ha en dekningsfaktor på ca. 20 %. Videre resultater for 100 % effektbehov viser at solfangere ville ha dekningsfaktor på ca. 8 %, varmepumper på 68 % og gasskjeler 24 %..

Målt energiforbruk
Neste trinn i dokumentasjon av anlegget var å måle energiforbruk på forskjellige steder i anlegget. Det ble logget energi ved 11 forskjellige energimålere i systemet. Oversikt over målere med tilsvarende anlegg som er betjent av målerne er vist i Tabell 2. Data er logget med timesverdier og døgnverdier.
 
Tabell 2. Oversikt over energimålere

 

En del av målt energi er illustrert i Figur 7 og 8. Målt energi er vist fra februar til november 2011, fordi det i denne perioden var mulig å logge data.
I Figur 6 er det vist målt og beregnet solenergi.

Figur 7. Målt og beregnet solenergi

Totalt fikk anlegget 20 210 kWh solenergi fra februar til november. Det er flere tydelige differanser mellom målt og beregnet solenergi. Grunnen til differansene er ulike. For eksempel, logging av solenergi ved anlegget begynte fra 8. februar 2011. Derfor er målt solenergi lavere enn beregnet i februar. Sol innstråling i Larvik var nesten lik som i Joint Research Center benyttet [1], se Figur 5. Derfor kan det være mulig at differanser mellom malt og beregnet energi er grunnet i upassende styring av anlegget.

I Figur 7 er det vist sammenstilt varme fra solfangere og varmepumpe fra februar til november 2011. På det aktuelle tidspunktet var det ikke installert noen måler for å måle varme fra gasskjeler, dette er derav ikke presentert.


Figur 7. Målt kondensatorvarme og solenergi

Ved å sammenligne resultater i Figur 7 og 8, ser vi at total målt energi i februar er høyere enn beregnet ved 30 % energibehov. Dette var på grunn av bruk av gatevarme. Målt energi stemte bedre til beregningen ved 100 % effektbehov i februar. Videre kan det merkes at gjennom sommeren er målt energiforbruk høyere enn beregnet energiforbruk. Foreløpig hadde vi ikke detaljerte data fra SD-anlegg for å forklare det.

Konklusjoner
For å fremme bruk av integrerte løsninger i praksis er det viktig å dokumentere godt, måle og analysere data på anlegg. Når det gjelder Brødrene Dahl’s Klimasenter, viser resultater at målte verdier passet bra til beregningen for 30 % av full last. Derfor antar vi at det var mulig å dekke 20 % av varmebehov med solfangere over året ved 30 % av belastingen i distribusjonssiden. Videre arbeid bør ha fokus på følgende:

• vurdering av å installere mer solfangere;
• styring av anlegget;
• mer instrumentering og avansert bruk av SD-anlegg for optimal utnytelse av anlegget;
• ytelsesberegning av hver komponent i energiforsynings system.

Kilder
1. PVGIS Solar Irradiation Data. European Commission, 2011; Available from: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radmonth.php?lang=en&map=europe.

Om forfattere
Roy Sandgrind jobber han hos Skanska Tekniske Entrepriser der han jobber som prosjektingeniør.
Gjermund Walstad jobber som prosjektleder hos ITT Union Setsaas AS.