Verbeterde energiemeting van het verwarmings- en koelsysteem in een gebouw

Stijgende energiekosten en toenemende wettelijke eisen moedigen veel eigenaren en beheerders van gebouwen aan om hun energieverbruik te optimaliseren. Een belangrijke kostenfactor is de productie en het gebruik van thermische energie voor het verwarmen of koelen van productie-, kantoor- of industriële gebouwen.

Toen de KROHNE Group, een van 's werelds grootste leveranciers van procesinstrumentatie, een paar jaar geleden een nieuw kantoorgebouw met meerdere verdiepingen liet bouwen in het hoofdkantoor in Duisburg, Duitsland, besloot het bedrijf om duurzame geothermische verwarmings- en airconditioningtechnologie te gebruiken om te voldoen aan de nieuwste overheidsspecificaties. Zoals de meeste faciliteiten in noordelijke klimaten, werkt het verwarmings- en airconditioningsysteem in verschillende modes in de winter en de zomer. De belangrijkste energiebronnen voor dit systeem zijn:

• Bronnen die geothermische warmte opslaan of onttrekken op een diepte van 155 m
• Een hybride koelinstallatie
• Een netwerkverbinding met het gemeentelijke stadsverwarmingssysteem
• Een luchtbevochtiger op gas

Een warmtepomp wordt gebruikt in het centrale airconditioningsysteem. Het gebouw is voorzien van plafondkoeling met betonkernactivering en water-lucht warmtewisselaars voor luchtverwarming.

In de zomermaanden gaat het koeldragende medium door een hybride koeler, die de warmte afvoert en zo afkoelt. Het koelmedium gaat vervolgens door leidingen die zijn geïnstalleerd in de betonnen elementen en gangvloeren van het gebouw met zeven verdiepingen. De betonkern- en vloerkoeling is uiterst effectief en energiezuinig. Het koelt de kantoren betrouwbaar tot een comfortabele werkomgeving, zelfs bij zeer hoge buitentemperaturen. Indien nodig kan naast droge koeling ook adiabatische of verdampingskoeling worden geactiveerd. In de wintermaanden gebruikt het systeem aardwarmte of warmteterugwinning om de betonnen kern te verwarmen en vloerverwarming te leveren. Extra gemeentelijke stadsverwarmingsenergie wordt slechts af en toe aan het systeem toegevoegd.

Om het systeem zo kostenbesparend en duurzaam mogelijk te laten werken, was het nodig om uitgebreid energiebeheer in te voeren. Duidelijk inzicht in het werkelijke energieverbruik en het verbruik op de lange termijn. Spontaan optredende piekbelasting en gemiddelde energieverliezen door betere metingen hielpen om de optimale kenmerken van het systeem te bepalen, zodat stappen konden worden genomen om de systeemprestaties geleidelijk dichter bij het ideaal te brengen.

Meet- en regeltechnologie speelde hierbij een cruciale rol. Daarom identificeerde KROHNE meetpunten binnen het interne verwarmings- en koelsysteem om zowel het huidige als het totale verbruik van thermische energie te bepalen. De focus lag vooral op de energiemetingen in de koud- en warmwatercircuits tussen de geothermische sondes, de warmtepompen en de verwarmingssystemen, en tussen de warmtewisselaars en de betonkernleidingen in het gebouw, zoals weergegeven in het onderstaande processchema.

Vanwege de bestaande omstandigheden, waaronder veel meetpunten met beperkte installatieruimte en slechts korte rechte in- en uitloopstukken, gebruikte KROHNE voornamelijk WATERFLUX 3300 elektromagnetische flowmeters (EMF). Deze meters monitoren de verwarmings- en koelwatercircuits en meten de overgedragen thermische energie. Een reeks van DN50...125 flowmeters meten de warm en koud water flow voor betonkernverwarming of -koeling en de waterhoeveelheden die worden teruggevoerd naar de geothermische sondes.

Deze EMF's zijn ontworpen voor flowmeting van het geconditioneerde, maar nog steeds voldoende geleidende warmtedragende medium. Vanwege hun hoge nauwkeurigheid en stabiliteit op lange termijn zijn ze ook gecertificeerd als koude- en warmtemeters in DIN EN 1434 / MI-004 toepassingen. De meetinstrumenten worden gebruikt als compacte versie (C) of, afhankelijk van de installatie, met transmitter op afstand als veldversie (F). De sensoren zijn voornamelijk in de leidingen geïsoleerd, om warmteverlies van het medium te voorkomen.

Om de verbruikte thermische energie in het verwarmingssysteem te registreren, is het verwarmingssysteem bovendien uitgerust met gekoppelde OPTITEMP TRA-S12 temperatuursensoren. Op basis van de flow en de temperatuur bepaalt een warmtecalculator de binnenkomende thermische energie en wat er wordt verbruikt. Deze informatie wordt doorgestuurd naar een energiemonitoringsysteem dat de gemeten gegevens grafisch weergeeft voor visualisatie.

Sinds deze innovatieve kantoorgebouwverwarming werd geïnstalleerd, is het aardgasverbruik op de locatie al aanzienlijk verminderd. De hoeveelheid aardgas die wordt verbruikt door de nabijgelegen productiefaciliteit van KROHNE wordt gecontroleerd door een OPTISONIC 7300 ultrasone flowmeter.

De omschakeling van gas en stadsverwarming naar geothermische energie als belangrijkste energiebron heeft de kosten voor extern ingekochte energie al aanzienlijk kunnen verlagen. Dit is ook zichtbaar in de nominale diameters van de gasleidingen, die aanzienlijk zijn gereduceerd vanwege het lagere aardgasverbruik door het gebruik van geothermische energie, warmtepomptechnologie en een modern gebouw met geoptimaliseerd energiebeheer. Op deze manier heeft KROHNE bijgedragen aan het CO₂-vrij maken van haar eigen verwarmings- en airconditioningsysteem.

De metingen stellen KROHNE in staat om het optimalisatie potentieel van het verwarmings- en airconditioningsysteem verder te onderzoeken en te realiseren. In een doorlopend proces, gebaseerd op de verbeterde energiemetingen, streeft het bedrijf er nu naar om het verbruik en de efficiëntie van het systeem steeds dichter bij de ideale karakteristieke curve te brengen. Uitgebreide monitoring van energiegegevens op basis van de meting en berekening van flow- en energiestromen vormen de sleutel tot het monitoren en consequent verlagen van de energiekosten.

Bij KROHNE kunnen alle waarden en meetpunten op elk moment worden bekeken via een monitoringsysteem. Wekelijkse evaluaties geven een volledig overzicht van flow- en energieverbruik. Naast regelmatige rapportage kunnen kritische bedrijfstoestanden zoals piekbelasting en opvallende verbruiksprofielen op elk moment zichtbaar worden gemaakt via real-time monitoring.

Het monitoringsysteem kan ook worden gebruikt als alarmsysteem. Omdat het ook een gebouwbeheersysteem (GBS) is, wordt de operationele dienst automatisch geïnformeerd bij storingen en opvallende meetafwijkingen.

Het besparen van hulpbronnen op de lange termijn is alleen mogelijk als het energieverbruik nauwkeurig wordt gemeten en geëvalueerd om de processen transparant te maken. Bedrijven die een duurzaam energiebeheer willen, moeten hun energienetwerken dienovereenkomstig ontwerpen. KROHNE is een single source leverancier van procesinstrumentatie voor gecertificeerde flowtechnologieën waaronder ultrasone en elektromagnetische en temperatuursensoren, niveautransmitters, druk- en verschildruktransmitters evenals energiecalculators en flowcomputers. De scope of supply gaat veel verder dan standaardtoepassingen voor interne energiebewaking. KROHNE kan ook metrologisch advies en projectondersteuning bieden, bijvoorbeeld voor de invoering van EMAS-systemen, en omvat toepassingen met metingen die moeten worden gefactureerd en geverifieerd in overslagstations waar de meetinstrumentenrichtlijn van toepassing is.