Hvordan optimerer vi HVAC-systemer for å svare på virkelig bruk, spare energi og gi et sunt og komfortabelt miljø for beboerne i bygningen?
Energi i bygninger
Energisparing er et av de viktigste temaene for mange bedrifter i byggebransjen.Med HVAC som 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.Men 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-systemer designet for en verst mulig bruk av bygningen.Kjølesystemer er designet for topp sommertemperaturer og sterkt sollys, varmesystemer er designet for de kaldeste dagene i året og ventilasjonssystemer er basert på maksimale beleggsnivåer.Dette er flott for å designe spenstige bygninger, klare for alle forhold.Men er det slik de brukes?
Systemer designet for toppbelastninger vil svært sjelden bli brukt på disse designnivåene, om noen gang.Størstedelen av livet vil de operere med en brøkdel av designbelastningen.Denne forskjellen mellom toppdesignlaster og driftslaster i sann levetid er veldig stor, og som vi vil se blir den bare større.
Det nåværende og fremtidige ytelsesgapet
To faktorer vil føre til at forskjellen mellom toppdesign og driftspunkter blir enda mer ekstrem.
Bygninger brukes i dag på en mer fleksibel måte, spesielt kontor- og kommersielle applikasjoner, siden bedrifter og ansatte tilbys muligheter for fleksibelt arbeid.Et kontorbygg ventilasjons- og kjølesystem designet for fullt belegg i år 2020, vil sjelden se samme belegg i 2023 og utover.
Global oppvarming har allerede en innvirkning på ekstremværet, 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 sommertemperaturen med høye varmeforhold i områdene hvor mange kontorer og næringsbygg er lokalisert, samt hensynet til hvordan man kan utforme varmedemping på by- og gatenivå, vil trolig bety at topplastene som byggesystemene er designet for er enda lenger unna den daglige driften av bygninger.
Bygningsdesignere må integrere den nye måten å bruke bygninger på samt fremtidige risikoer for ekstremvær i dagens bygningsdesign, enten det er på utviklings- eller oppussingsstadiet.
Finne effektiviteten i ytelsesgapet
Når et HVAC-system opererer med dellast, fungerer det vanligvis mer effektivt.Luftbehandlingsenheter (AHU) som kjører på halv viftehastighet vil bruke mindre enn en fjerdedel av inngangseffekten.En kjøler eller varmepumpe som kjører med dellast får mest mulig ut av varmeveksleren for å la den kjøre med høyere effektivitet.Men er det dette som er tilgjengelig med teknologien vi har tilgjengelig?
Hvis vi kan kontrollere AHU-ene våre til kun å gi den mengden luft vi trenger for beboerne inne i bygningen, ved å bruke behovsstyrt ventilasjon (DCV), kan kjøle- og varmebatteriene som er dimensjonert for full kapasitet kontrollere temperaturen på friskluften bruker mye mindre energi.
Batteriene i viftekonvektorer eller kjølebafler som betjener innendørsrommene trenger heller ikke å fungere ved full belastning, siden disse enhetene vanligvis velges for fullt bruk og ved topp sommer- eller vinterforhold.
Vi har da en beslutning å ta angående disse spolene som ikke trenger full kapasitet.Den tradisjonelle veien vil være å redusere strømmen av kjøle- eller varmevæske ved hjelp av en ventil.Dette er en enkel måte å kontrollere lokalt og er standard med nesten alle systemer.Men hvis vi har litt mer intelligens i forbindelsen mellom kjøleren/varmepumpen og spolen, kan vi i tillegg optimere temperaturen på væsken som betjener spolen.En kjølespiral designet for å bruke 6 grader Celsius vann, med 100 % kapasitet, trenger ikke den temperaturen ved 50 % kapasitet.
Grunnen til å endre vanntemperaturen til batteriene er for å øke effektiviteten til kjøleren/varmepumpen.Å øke temperaturen på vannet som strømmer fra en kjøler med én grad gjør den omtrent 3 % mer effektiv.Å betjene en varmepumpe én grad kjøligere, øker effektiviteten med tilsvarende mengder.
Så når vi analyserer etterspørselen fra spolene som styrer komforten i rommene, enten det er i AHU eller i rommet, kan de drives ved en optimalisert vanntemperatur i det store flertallet av tiden.Faktisk viser nyere beregninger av AHU koblet til varmepumper at vanntemperaturer kan optimaliseres for over 95 % av driftstiden, og sparer 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 frikjølende
Hvis vi har frikjøling tilgjengelig i kjøleren, har optimalisering av vanntemperaturer en enda større effekt på effektiviteten.Frikjøling er der kjølevannskretsen kjøles direkte av uteluften i stedet for ved å bruke DX-kjølekretsen til kjøleren.Vanligvis er noe frikjøling tilgjengelig når omgivelseslufttemperaturen er én grad Celsius under returvannstemperaturen.Mengden frikjøling øker jo større forskjellen er mellom omgivelses- og vanntemperaturen, inntil kjøleren kan gi all nødvendig kjøling ved hjelp av sin frikjølingsfunksjon.For hver grad vi øker kjølevannstemperaturen, øker antallet timer vi kan få frikjøling betraktelig, og sparer enorme mengder energi.
Vi kan også bruke den naturlige kjølingen som er tilgjengelig fra bakken ved bruk av bergvarmepumpe/kjøler.Jordkildesystemer samler lavkvalitetsvarme i jorden ved hjelp av en sløyfe med rørvæske og multipliserer den ved hjelp av en varmepumpe for å produsere effektiv og effektiv oppvarming for våre rom.Mange varmepumper kan også fungere i kjølemodus, og gir effektiv kjøling ved å avvise varme i bakken gjennom jordvæskesløyfen.Denne typen system er perfekt for passiv kjøling i en dellastsituasjon, å omgå varmepumpen og kjøle systemet direkte ved hjelp av den lavere temperaturen i bakken er en ekstremt effektiv måte å kjøle på.Akkurat som med frikjøling, kan optimalisering av vanntemperaturene i dellastdrift gjøre at systemet kan være i passiv kjøling i maksimal tid, noe som sparer mest energi.
Kontroll og intelligens
For å oppnå dette, må vi ha en systemkontroll som kan gjenkjenne belastningen som kreves ved spolen(e) og bruke denne informasjonen til å optimalisere kjøleren/varmepumpens temperaturer tilsvarende.Intelligens innebygd i kjølere, varmepumper, luftbehandlingsenheter og romenheter er nødvendig.En forståelse av grensene til de separate produktene er viktig sammen med deres arbeidsgrenser og kunnskap om når man ikke skal optimalisere.Mer enn dette, et høyere nivå av systemkontroll må kommunisere effektivt mellom alle disse systemdelene.Utenom 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 oppussingsprosjekt eller en ny utvikling som bruker banebrytende effektive nye produkter, gjelder fortsatt prinsippene om å spare ytterligere energi i dellastdrift som en effektiv og bærekraftig måte å redusere driftskostnadene på.
Innleggstid: 26. april 2023