Praktyczna optymalizacja zużycia energii wentylacji i klimatyzacji 

Praktyczna optymalizacja zużycia energii wentylacji i klimatyzacji

Inteligencja obiektu jest uzależniona od inteligencji ludzi za niego odpowiedzialnych w każdym cyklu życia obiektu.

Automatyka niezmiernie pomaga operatorowi, ale puki, co całkowicie człowieka nie zastąpi.  By uzyskać zadowalającą efektywność energetyczną konieczny jest dobry operator, który dba o urządzenia oraz monitoruje i koryguje nastawy systemu zarządzania budynkiem i energią BMS, BEMS w zależności od bieżących potrzeb np. w zależności od pór roku. Z efektywnością energetyczną budynków jest trochę jak z wyścigami samochodowymi, czyli dobry sprzęt bardzo ułatwia uzyskać wyniki, ale i tak to, jaki ostateczny wynik uzyskamy zależy głównie od kierowcy.

Sprawne urządzenia i automatyka to podstawa efektywności energetycznej!

Na nic nam najlepsze i najnowocześniej urządzenia, jeżeli nie będą pracować poprawnie. Takie urządzenia są mniej efektywne energetycznie od tańszych, prostych, ale zadbanych i dobrze skonfigurowanych urządzeń.

Przykładowo notorycznie w ramach audytu efektywności energetycznej spotykam się z niesprawnymi odzyskami ciepła/chłodu lub z błędnymi odczytami sensorów, od których uzależnione jest sterowanie. Takie urządzenia zazwyczaj pracują na pierwszy rzut oka „poprawnie”, nie sygnalizując alarmów, ale wystarczy wnikliwie się wpatrzyć w odczyty wizualizacji systemu zarządzania budynkiem BMS, by wykryć nieprawidłowości np. niesprawne/odwrotne odzyski ciepła i chłodu. Centrala wentylacyjna z odwrotnie wysterowanym odzyskiem ciepła/chłodu pracuje jeszcze mniej efektywnie niż centrala bez odzysku. Brzmi absurdalnie, lecz spotkałem już kilkanaście takich central wentylacyjnych, które w lecie odzyskiwały ciepło, kiedy powinna odzyskiwać chłód.

Innym często spotykanym przykładem są błędne wskazania i nastawy czujników dwutlenku węgla (CO2), które powodują nieefektywne wysterowanie regulatorów zmiennego przepływu VAV i central wentylacyjnych. W powietrzu atmosferycznym poziom stężenia CO2 jest na poziomie ok. 400 ppm (parts per milion) a powszechną normę przyjmuje się z maksymalne stężenie dwutlenku węgla na poziomie 1000 ppm (zalecenia WHO). Tabela wartości dopuszczalnych i zalecanych poziomów stężenia CO2 Jeżeli wskazania czujnika w dobrze przewentylowanym pomieszczenia są znacznie poniżej 400 ppm to czujnik jest uszkodzony lub nieskalibrowany.  Nastawy stężania CO2 są równie ważne, by automatyka prawidłowo ograniczała zużycie energii ma zbyteczne wentylowanie pomieszczeń. Zalecam nastawy stężenia CO2 od 650 do bezpiecznych 800 ppm, bo powyżej tego poziomu zaczyna się zwiększać się wrażliwość zapachowa #oszczędzamy_z_głową. Poniżej przykład wskazania uszkodzonego czujnika CO2 w pomieszczeniu oraz przypadkowej „nastawy”. Na co może wskazywać taki odczyt w pomieszczeniu? Powietrze z kosmosu? Próżna?Wskazanie czujnika Dwutlenku Węgla - CO2

 Primum non nocere

„Po pierwsze nie szkodzić” to naczelna zasada w medycynie, która porzekadła się na branże HVAC w postaci „Po pierwsze nie ogrzewać schłodzonego nie chłodzić ogrzanego” Brzmi banalnie, ale omówimy na klasycznym notorycznie spotykanym letnim przykładzie:

Standardowa centrala wentylacyjna z odzyskiem „obrotowym” realizuje nawiew/wywiew przestrzeni biurowej, która jest lokalnie chłodzona/grzana klimakonwektorami. Centrala ogrzewa powietrze wysokosprawnym odzyskiem ciepła, ponieważ temperatura zewnętrzna porankami jest zazwyczaj kilka stopni poniżej 20 a nastawę nawiewu mamy po zimie 21,5 stopnia. Temperatura powietrza wywiewanego z wygrzanych pomieszczeń to prawie 25. Nawiewamy ogrzane odzyskiem powietrze by je lokalnie chłodzić klimakonwektorami.

Poniżej fragment z wizualizacji BMS przykładowej z początku czerwca br. ok. godz. 8:00 na nastawie zimowej

Odzysk ciepła i chłodu centrali wentylacyjnej - optymalizacja zużycia energii

  • Centrale nieposiadające chłodzenia w lecie winy mieć nastawioną możliwie najniższą temperaturę. Zazwyczaj takie centrale obsługują garaże, pomieszczenia techniczne a rzadziej pomieszczenia biurowe, które są lokalnie chłodzone. Dlaczego nastawiać np. 14-16 stopni skoro i tak nie chłodzą? Po to by nie grzały nagrzewnicami i odzyskami ciepła, kiedy można chłodzić pomieszczenia naturalnym chłodem. Swoją drogą na przyszłość w okresie grzewczym przestrzenia techniczne, magazynowe, garażowe nie potrzebują zazwyczaj silniejszego ogrzewania.
  • Nightcooling. Czyli chłodzenie nocne naturalnym chłodem. Wystarczy by centrala od np. godz 4-5 rano nawiewała zewnętrzne poranne chłodne rześkie powietrze, ale bez odzysku ciepła, grzania i chłodzenia. Centrale marki Swegon w standardzie posiadają taką opcje, lecz mało, kto to używa jej. W systemach zarządzania budynkami BMS(EBI) firmy Honeywell można to zrealizować poprzez różne nastawy dla poszczególnych godzin w ciągu danego dnia.
Węzeł cieplny latem i w okresach przejściowych

Zazwyczaj węzły cieplne mają są jednakowe nastawy niezależnie od pory roku a tylko czasem są wyłączane w miesiącach letnich. Nastawy regulatora pogodowego (sterownika) przez konserwatora są bardzo zachowawcze bez większego zastanawiania się, a efektywność idzie w las.   O optymalizacji sterowników węzłów lub kotłowni można napisać osobny artykuł, lecz ważne jest zwrócenie uwagi by obiegi, CO i CT nie pracowały niepotrzebnie. Ważne szczególnie są temperatury załączania się obiegów oraz harmonogramy pracy obiegów.  Letnia optymalizacja sterownika węzła ciepła to nie tylko oszczędności na zużyciu ciepła, lecz uzyskujemy dodatkowe oszczędności na energii elektrycznej na ograniczeniu pracy pomp obiegowych i kompensacji chłodem niepotrzebnie oddanego ciepła w budynku.

Węzeł cieplny optymalizator budynku Audyt efektywności energetycznej

Osuszanie/odwilżanie powietrza

Jest realizowane poprzez bardzo mocne schłodzenie powietrza (np. do 8-14 st.) na chłodnicy, gdzie występuje wykraplanie się wilgoci a następnie podgrzanie powietrza do ok. 20 st. nagrzewnicą wtórną. Proces osuszania z względu na kombinację chłodzenia i ogrzewania jest wyjątkowo energochłonny. Warto poważnie zastanowić się zasadnością korzystania z bardzo kosztownego osuszania. Jeżeli centrala nie obsługuje jakiegoś wyjątkowego pomieszczenia (archiwa papierów/książek wartościowych, laboratoria itp.), gdzie stały poziom wilgotności jest bezwzględnie wymagany to osobiście nie korzystam z osuszania.  W praktyce w okresie zwiększonej wilgotności, chłodząc powietrze do ok. 19 – 20 stopni i tak w dużej części wykrapla się woda na chłodnicy a w układach z klimakonwektorami (Fan Coil Unit – FCU) dodatkowo w jest lokalnie zmniejszana wilgotność na chłodnicach FCU.

Jako ciekawostkę dla zaawansowanych powiem, że z poziomu systemu zarządzania budynkiem BMS eksperymentalnie udało się zrealizować proces osuszania bez dostarczania(kosztów) ciepła z zewnątrz a jako efekt uboczny uzyskano chłodzenie nagrzewnicami w centralach bez przewidzianego chłodzenia (opisany na optymalizatorbudynku.pl). W jaki sposób?:

Harmonogramy pracy urządzeń, jako podstawa optymalizacji zużycia energii.

Centrale wentylacyjne, wentylatory, pompy obiegowe, agregaty chłodnicze itp. zużywają pokaźne ilości energii elektrycznej i cieplnej. Na nic drogie i efektywnie energetycznie urządzania, jeżeli pracują bez potrzeby. Czy ktoś z Państwa zostawia włączony samochód na noc by rano był zagrzany i gotowy do jazdy? Za to można dostać mandat… Producenci urządzeń walczą o każdy % podniesienia sprawności urządzeń a my marnotrawimy energię na wielką skalę wymuszając niepotrzebną prace urządzeń. Rozważnie wykonana optymalizacja harmonogramów i nastaw przynosi znaczące oszczędności w zużyciu energii jak i poprzez mniejsze zużycie materiałów eksploatacyjnych np. filtrów, czy mniejszego zużycia i awarii urządzeń.

Proste i opłacalne usprawnienia algorytmów sterowania.

Duże oszczędności małym nakładem? Przeglądając kilkadziesiąt przeróżnych systemów zarządzania budynkami BMS często brakowało poniżej wymienionych funkcjonalności, które zazwyczaj wymagają nieznacznych nakładów ograniczających się do prostych prac programistycznych:

  • Uzależnienie pracy pompy obiegowych układów wody lodowej(WL) ciepła technologicznego(CT) od rzeczywistego zapotrzebowania central wentylacyjnych. otwarcie zaworu chłodnicy jednej z central uruchamia pompy obiegowe czynnika chłodniczego. Pompy obiegowe WL/CT zużywają do kilkudziesięciu kW na godzinę. Zatem 1 godzina pracy pompy to kilka – kilkanaście zł. za godzinę racy nie mówiąc o zużywaniu się pomp. W szczególnych przypadkach np., kiedy mamy osobne agregaty chłodu na centrale, można uzależnić od zapotrzebowania również agregaty wody lodowej.
  • Harmonogramy z możliwością dobrania wydajności, temperatury, wilgotności dla określonych godzin zamiast prostych harmonogramów włącz/wyłącz. Bardzo przydatne przy wykorzystaniu naturalnego chłodu oraz dostosowania wydajności do potrzeb w określonych godzinach.Harmonogram pracy centrali wentylacyjnej - optymalizacja zużycia energii
  • Sterowanie obwodami oświetlenia zewnętrznego i przestrzeni z dużym udziałem światła dziennego itp. w zależności od natężenia oświetlenia zewnętrznego. Pomimo dostępnych na rynku czujników zmierzchowych lub po prostu zegara astronomicznego spotykam oświetlenie. sterowane przez proste harmonogramy bardzo rzadko korygowane.
  • Zaimplementowanie harmonogramów i ustawień dla grup klimakonwektorów. Syzyfową pracą jest tworzenie harmonogramów i dla pojedynczych klimakonwektorów, lecz stosowanie harmonogramów dla grup klimakonwektorów np. dla grupy kilkudziesięciu klimakonwektorów np. jednego pietra. Pojedynczy klimakonwektor mało znaczące ilości energii eterycznej na potrzeby wentylatora i wytworzenia chł0odu, lecz setkach a tysiącach w skali budynku zużywają znaczące ilości energii.

Oraz wiele innych funkcjonalności w zależności od potrzeb i możliwości na danym obiekcie, które niedużym nakładem prac programistycznych (ew. dołożenia kilku elementów) można znacznie rozbudować funkcjonalność systemu zarządzania BMS w celu poprawienia efektywności energetycznej budynku i komfortu. Automatyka zazwyczaj pozwala na dużo więcej niż to, co jest przekazane użytkownikowi. Co dziwne, że w starszych obiektach mających 6-10-15 lat z automatyką BMS np. Honeywell, Siemens częściej spotykam wspomniane funkcjonalność i obserwuje, że często starsze systemy mają więcej praktycznych funkcjonalności i są lepiej zoptymalizowane… Co pokazuje, że brakuje czasu, środków i specjalistów na etapie programowania i uruchomienia by dopieścić automatykę, co odbija się na efektywności energetycznej, czyli droższą eksploatacją.

Kontrola pracy po pracy

Pomimo naszych starań warto od czasu do czasu kontrolować system zarządzani budynkiem i energią BMS, poza godzinami pracy np. nocą i w weekendy, dlaczego? Z osobistego doświadczenia po wprowadzeniu dopracowanych harmonogramów central wentylacyjnych z różnymi nastawami w zależności od pory dnia może się okazać, że centralę nie „słuchają się harmonogramów” i pracują w trybie pełnej wydajności. Taka kontrola BMS’u może wykryć wiele ewentualnych nieprawidłowości związanych z efektywnością energetyczną.

+35% dodatkowych oszczędności na oświetleniu?!

Mało, kto łączy wpływ ciepła wygenerowanego przez oświetlenie na chłodzenie obiektu.  W uproszczeniu moc źródła światła można uznać za ilość ciepła generowanego przez oświetlenie. Pojedyncze źródła światła generują od kilku do kilkudziesięciu a nawet kilkuset watów ciepła.  Łatwo, zatem sobie przeliczyć, że w skali budynku źródła światła generują potężne \ ilości ciepła. Przyjmujemy w uproszczeniu globalną sprawność układu chłodzenia na poziomie ok. ok. 2,5 (również z pompami, stratami) przy zredukowaniu zużycia energii przez oświetlenie jak np. wymiana oświetlenia, zredukowanie czasu pracy itp.. Zatem uzyskujemy dodatkowe ok. 35-40 % oszczędności energii na chłodzeniu danej oświetlanej powierzchni. Przyjmuję ostrożniej 35% z względu na konwekcję ciepłego powietrza. Szacunki te mają charakter orientacyjny i można z nimi polemizować. Tylko, kto będzie polemizował z tym, że źródła światła generują ciepło, które w pewnym zakresie trzeba skompensować chłodem.

Oświetlenie kosmosu, efektywność energetyczna?Certyfikat BREEAM, LEED
Oświetlenie kosmosu, efektywność energetyczna?

Obsługa techniczna a efektywność energetyczna

Prawie każda firma zajmująca się obsługą techniczną obiektów ma w swoich prospektach wypisane „cuda” w zakresie efektywności energetycznej, co wraz z zapisami umów odnośnie oszczędzania energii itp. często mija się z rzeczywistością. Temat zasługuje na osobny artykuł (opisany już na optymalizatorbudynku.pl), lecz może te zagadnienia warto bardziej egzekwować do obsługi technicznej? Proponuje dla motywacji do działania obsługa wykonywała miesięczne raporty z działań w zakresie efektywności energetycznej  i optymalizacji zużycia energii cieplnej i elektrycznej. Raporty muszą być analizowane i egzekwowane tak by nie stały kolejnymi bezwartościowymi dokumentami.

Optymalizator Budynku – inżynier praktyk specjalizujący i pasjonujący się w efektywności energetycznej w eksploatacji obiektów. Zróżnicowane doświadczenie na przeróżnych obiektach od technika serwisu po inżyniera od optymalizacji, eksploatacji i inwestycji, audytów efektywności energetycznej –  Autor bloga optymalizatorbudynku.pl

(Visited 759 times, 95 visits today)

Zostaw swój komentarz

Scroll Up
%d bloggers like this: