Hoe optimaliseren we HVAC-systemen om te reageren op gebruik in de praktijk, energie te besparen en een gezonde en comfortabele omgeving te bieden aan de gebruikers van het gebouw?
Energie binnen gebouwen
Energie besparen is een van de belangrijkste onderwerpen voor veel bedrijven in de bouwsector.Aangezien HVAC gedurende de levensduur een aanzienlijk deel uitmaakt van het energieverbruik van gebouwen, moet de gespecificeerde en gebruikte technologie in gebouwen voorop lopen bij het besparen van energie.Producten voor ventilatie, verwarming en koeling worden steeds efficiënter, gedreven door wetgeving en de ontwikkeling van nieuwe technologieën in de componenten.Maar bij de overgang naar nieuwe efficiënte technologie moet ervoor worden gezorgd dat de bestaande technologie op de slimste en meest efficiënte manier wordt gebruikt.
Typische HVAC-systemen zijn ontworpen voor een slechtst mogelijke gebruik van het gebouw.Koelsystemen zijn ontworpen voor piektemperaturen in de zomer en fel zonlicht, verwarmingssystemen zijn ontworpen voor de koudste dagen van het jaar en ventilatiesystemen zijn gebaseerd op maximale bezettingsgraden.Dit is geweldig voor het ontwerpen van veerkrachtige gebouwen, klaar voor alle omstandigheden.Maar is dit hoe ze worden gebruikt?
Systemen die zijn ontworpen voor piekbelastingen zullen op deze ontwerpniveaus zeer zelden of nooit worden gebruikt.Het grootste deel van hun leven werken ze met een fractie van de ontwerpbelasting.Dit verschil tussen de maximale ontwerpbelastingen en de werkelijke bedrijfsbelastingen is erg groot, en zoals we zullen zien, wordt het alleen maar groter.
De huidige en toekomstige prestatiekloof
Twee factoren zullen ervoor zorgen dat het verschil tussen piekontwerp en werkpunten nog extremer wordt.
Gebouwen worden tegenwoordig op een meer flexibele manier gebruikt, met name kantoor- en commerciële toepassingen, aangezien bedrijven en werknemers mogelijkheden voor flexibel werk worden geboden.Een ventilatie- en koelsysteem van een kantoorgebouw dat is ontworpen voor volledige bezetting in het jaar 2020, zal zelden dezelfde bezetting zien in 2023 en daarna.
De opwarming van de aarde heeft nu al invloed op het extreme weer, en zelfs met substantiële veranderingen in de bijdragende factoren, worden er in de toekomst meer extreme weersomstandigheden verwacht.Europa krijgt waarschijnlijk te maken met hetere en drogere zomers.Dit, in combinatie met het Urban Heat Island-effect, dat de zomertemperatuur verergert met hoge hitte in de gebieden waar veel kantoren en commerciële gebouwen staan, evenals de overweging hoe warmtebeperking op stad- en straatniveau te ontwerpen, zal waarschijnlijk betekenen dat de piekbelastingen waarvoor bouwsystemen zijn ontworpen, liggen nog verder weg van de dagelijkse werking van gebouwen.
Ontwerpers van gebouwen moeten de nieuwe manier van gebruik van gebouwen en toekomstige risico's van extreem weer integreren in het huidige ontwerp van gebouwen, of het nu gaat om de ontwikkelings- of renovatiefase.
Het vinden van de efficiëntie in de prestatiekloof
Wanneer een HVAC-systeem in deellast werkt, werkt het meestal efficiënter.Luchtbehandelingsunits (AHU's) die op halve ventilatorsnelheid draaien, verbruiken minder dan een kwart van het ingangsvermogen.Een koelmachine of warmtepomp die in deellast draait, haalt het meeste uit zijn warmtewisselaar om deze met een hoger rendement te laten werken.Is dit echter wat beschikbaar is met de technologie die we tot onze beschikking hebben?
Als we onze LBK's kunnen regelen om alleen de hoeveelheid lucht te leveren die we nodig hebben voor de bewoners in het gebouw, door gebruik te maken van vraaggestuurde ventilatie (DCV), kunnen de koel- en verwarmingsbatterijen die zijn gedimensioneerd voor volledige capaciteit de temperatuur van de verse lucht regelen veel minder energie verbruiken.
De batterijen in ventilatorconvectoren of koelconvectoren die de binnenruimtes bedienen, hoeven ook niet op volle belasting te werken, aangezien deze units meestal worden geselecteerd voor volledige bezetting en bij piekzomer- of winteromstandigheden.
We moeten dan een beslissing nemen over deze spoelen die niet de volledige capaciteit nodig hebben.Het traditionele pad zou zijn om de stroom koel- of verwarmingsvloeistof te verminderen met behulp van een klep.Dit is een eenvoudige manier om lokaal aan te sturen en is standaard bij bijna alle systemen.Maar als we iets meer intelligentie hebben in de verbinding tussen de koelmachine/warmtepomp en de batterij, kunnen we bovendien de temperatuur optimaliseren van de vloeistof die de batterij bedient.Een koelbatterij die is ontworpen om 6 graden Celsius water te gebruiken, bij 100% capaciteit, heeft die temperatuur niet nodig bij 50% capaciteit.
De reden om de watertemperatuur naar de batterijen te wijzigen, is om de efficiëntie van de koelmachine/warmtepomp te verhogen.Door de temperatuur van het water dat uit een koelmachine stroomt met één graad te verhogen, wordt deze ongeveer 3% efficiënter.Door een warmtepomp een graad koeler te laten werken, stijgt het rendement met vergelijkbare bedragen.
Dus als we de vraag analyseren van de batterijen die het comfort in de kamers regelen, zowel in de LBK als in de ruimte, kunnen ze het overgrote deel van de tijd op een geoptimaliseerde watertemperatuur werken.Recente berekeningen van luchtbehandelingskasten die zijn aangesloten op warmtepompen tonen zelfs aan dat de watertemperatuur kan worden geoptimaliseerd voor meer dan 95% van de bedrijfstijd, waardoor meer dan 20% aan koelenergie en meer dan 30% aan verwarmingsenergie wordt bespaard.Dit door simpelweg het systeem intelligenter aan te sturen.
Dit type capaciteitsregeling biedt nog steeds een groot kamercomfort en energievoordelen, waarbij temperatuurschommelingen en tocht in de kamer worden verminderd, mits goed geregeld.
Passief en vrije koeling
Als we vrije koeling beschikbaar hebben in de koelmachine, heeft het optimaliseren van de watertemperaturen een nog groter effect op de efficiëntie.Bij vrije koeling wordt het koelwatercircuit rechtstreeks door de buitenlucht gekoeld in plaats van door het DX-koelcircuit van de koelmachine te gebruiken.Normaliter is enige vrije koeling beschikbaar wanneer de omgevingsluchttemperatuur één graad Celsius lager is dan de retourwatertemperatuur.De hoeveelheid vrije koeling neemt toe naarmate het verschil tussen de omgevingstemperatuur en de watertemperatuur groter is, totdat de koelmachine alle vereiste koeling kan leveren met behulp van de vrije koelingsfunctie.Elke graad dat we de koelwatertemperatuur verhogen, neemt het aantal uren dat we vrije koeling kunnen krijgen aanzienlijk toe, wat enorme hoeveelheden energie bespaart.
We kunnen ook gebruik maken van de natuurlijke koeling die beschikbaar is vanaf de grond wanneer we een warmtepomp/chiller op de grond gebruiken.Grondbronsystemen verzamelen laagwaardige warmte in de aarde met behulp van een lus van vloeistof via leidingen en vermenigvuldigen deze met behulp van een warmtepomp om effectieve en efficiënte verwarming voor onze ruimtes te produceren.Veel warmtepompen kunnen ook in de koelmodus werken en zorgen voor een efficiënte koeling door warmte af te voeren naar de grond via de grondvloeistoflus.Dit type systeem is perfect voor passieve koeling in een deellastsituatie, het omzeilen van de warmtepomp en het direct koelen van het systeem met behulp van de lagere temperatuur van de grond is een uiterst efficiënte manier van koelen.Net als bij vrije koeling, zorgt het optimaliseren van de watertemperaturen in deellastbedrijf ervoor dat het systeem zo lang mogelijk in passieve koeling kan werken, waardoor de meeste energie wordt bespaard.
Controle en intelligentie
Om dit te bereiken, hebben we een systeemregeling nodig die de vereiste belasting van de batterij(en) kan herkennen en deze informatie kan gebruiken om de temperaturen van de koelmachine/warmtepomp dienovereenkomstig te optimaliseren.Intelligentie die is ingebouwd in de koelmachines, warmtepompen, luchtbehandelingsunits en ruimte-units is vereist.Een goed begrip van de limieten van de afzonderlijke producten is essentieel, evenals hun werklimieten en de kennis van wanneer niet te optimaliseren.Bovendien moet een systeembesturing op een hoger niveau effectief kunnen communiceren tussen al deze systeemonderdelen.Verder wordt de energiebesparing bereikt door de normale systeemonderdelen te gebruiken, niet met name te investeren in efficiëntere apparatuur, maar op een intelligentere manier te controleren wat we hebben.
Of de systemen waarmee we werken een bestaand geïnstalleerd systeem zijn in een renovatieproject of een nieuwe ontwikkeling waarbij gebruik wordt gemaakt van geavanceerde, efficiënte nieuwe producten, de principes van verdere energiebesparing bij deellast zijn nog steeds van toepassing als een effectieve en duurzame manier om de bedrijfskosten te verlagen.
Posttijd: 26 april 2023