IMI Hydronicin tehdas Erwitte, Saksa

IMI Hydronic pyrki yhteistyössä Enerbrainin kanssa löytämään parhaan ratkaisun varmistamaan vähäisen energiankulutuksen ja mukavuuden optimoimiseksi ottamalla käyttöön TA-Smart venttiiliin pohjautuvan ratkaisun yhdellä tuotantolaitoksellaan.

Projekti

Osana kestävän kehityksen ohjelmaa IMI Hydronic Engineering tutkii jatkuvasti tapoja pienentää hiilijalanjälkeään ja rajoittaa samalla energiankulutustaan erittäin epävakailla markkinoilla. Yritys on tehnyt Saksan Erwitten tehtaallaan merkittäviä investointeja energiankäytön parantamiseksi asentamalla ja käyttämällä aurinkokennoja sekä tuulipuistoja. Erwitten johtoryhmä halusi edelleen vahvistaa näitä parannuksia, mutta heidän oli ymmärrettävä missä ja miten energianjako tarkasti toteutuu. Koko tuotantojärjestelmän parantamiseksi asennettiin optimoitu hydroninen ratkaisu, jota pilotoitiin kuukauden ajan; tulokset koko järjestelmän kattavasta toteutuksesta olivat positiivisia.
IMI Hydronic teki yhteistyötä Enerbrainin kanssa löytääkseen parhaan ratkaisun, joka varmistaa pienimmän ergiankulutuksen ja mukavuuden optimoinnin: Kuukauden mittaisen testin aikana säästettiin ≈45 % energiaa ja käyttömukavuus parani 43 %:sta 67 %:iin.

Haaste

Rakennuksen lämmitys toteutetaan keskitetyssä teknisessä tilassa: kaksi lämmönvaihdinta varmistavat jakelun ensiöpiiristä toisiopiireihin. Tertiääripiireissä on kuusi kuluttajaa, joilla on erilaiset kuormitus- ja kysyntäprofiilit. Ensisijainen kuluttaja, ilmankäsittely-yksikkö (AHU), on tunnistettu ja eristetty; sen teho on 600 kW ja 80 % kuormituksesta. AHU vastaa myös koko hallin lämmityksestä ja ilman kierrätyksestä.

TA-Smart Erwitte System

 

Tiimi kohtasi neljä päähaastetta:

  1. Järjestelmän läpinäkyvyys: Tiimi ei voinut arvioida, kuinka paljon energiaa virtasi ja kulutettiin koko ajan järjestelmän eri osissa. He eivät voineet korjata sitä mitä eivät tienneet.
  2. Matalan virtauksen säätökyky: AHU ja sen lämmönvaihtimet ovat alun perin ylimitoitettuja. Useimmissa tapauksissa kuorma oli niin pieni, että säätöventtiili oli tuskin auki, mikä vaikeutti mahdollisuutta säätää tarkasti.
  3. Kuorman vaihtelu: COVID pandemian aikana tuotantoa on jatkuvasti mukautettu vastaamaan vaatimuksia ja tuotantotiimin käytettävyyttä. Tämä johti hankaluuksiin oikeiden lämmitysjaksojen asettamisessa, koska tarpeet muuttuivat jatkuvasti.
  4. Järjestelmän käytettävyys: Järjestelmän päivitykset ja putkityöt piti tehdä lyhyessä ajassa, jotta tuotanto ei häiriintyisi pitkää aikaa. 
     
TA-Smart Erwitte Before
Kuva 1: Ennen muutosta

 

Ratkaisu

Ratkaisu koostui kahdesta tärkeästä järjestelmäpäivityksestä:

  1. TA-Smart DN80 asennettiin 3-tie sekoitusventtiilin tilalle ja ohitus suljettiin kuvan 2 mukaisesti. Venttiili mittaa jatkuvasti lämmönvaihtimen läpi virtaavaa energiaa ja säätää injektiopiirin virtaamaa. Virtaus-, teho-, lämpötila- ja energiatiedot lähetetään 15 sekunnin välein HyCloudiin 4G-yhdyskäytävän avulla. TA-Smart parantaa järjestelmän läpinäkyvyyttä tarjoamalla jatkuvaa käyttökelpoista tietoa ja säätöä, mikä takaa erinomaisen virtaamien säädettävyyden. Venttiilin F1-pituus (laipasta laippaan mitta) mahdollistaa myös nopean asennuksen vähäisillä putkitöillä, mikä takaa hyvän järjestelmän käytettävyyden.
  2. Yhteistyössä Enerbrainin kanssa tuotantohalliin on asennettu nejä suhteellista kosteutta, lämpötilaa ja CO2-tasoa mittaavaa anturia. Ohjausjärjestelmää on myös päivitetty sisältämään pilviohjaus- ja visualisointiratkaisu. Järjestelmä säätää dynaamisesti venttiilin, puhaltimien ja peltien asetusarvot anturin mittaus- ja historiatietojen mukaan hyödyntäen kehittyneitä analyyttisia algoritmeja. Tämä päivitys auttoi parantamaan järjestelmän läpinäkyvyyttä tuomalla tiedon saataville yhtenäistetyllä tavalla. Järjestelmä säätää myös dynaamisesti asetuspistettä kuormituksen vaihtelun mukaisesti.
TA-Smart Erwitte After
Kuva 2: Muutoksen jälkeen

 

Asennus & käyttöönotto

Jotta ratkaisu toimisi oikein, on asennus ja käyttöönottoprosessi erittäin tärkeä:

TA-Smart Erwitte Installed

  • Asennus: TA-Smart vaihdettiin 3-tieventtiilin tilalle. Kolmas putki suljettiin 3-tiepiitin muuttamiseksi 2-tie injektiopiiriksi. DN80 PN16 venttiili valittiin, koska se sopii olemassa olevaan putkistoon. Tämä mahdollisti erinomaiset säätöominaisuudet - mitoitusvirtaama vastaa 28% venttiilin nimellisvirtaamasta. TA-Smart saa virtansa 24v AC-syötöstä ja sitä ohjataan 10vDC viestillä. 3-tieventtiilin toimilaitteen virtalähde ja tuloviestit säilytettiin kuten ne olivat alkuperin asennettu. Huoneilmaa mittaavat, paristokäyttöiset, anturit sijoitettiin hallin strategisiin paikkoihin. Ohausjärjestelmän päivitys koostui 3 pääkomponentista, jotka sijoitettiin alkuperäisen ohjauspaneelin ja kenttälaitteen välille. Koko asennus kesti yhden päivän ja sen suoritti tehtaan huoltotiimi.
  •  Käyttöönotto: Venttiilin parametrit aseteltiin HyTune appilla ilman tarvittavia lisälaitteita. Säätötavaksi valittiin virtaama EQM-ominaiskäyrällä. Mitoitusvirtaamaksi aseteltiin 13,500 l/h. 4G-yhdyskäytävä asennettiin tietojen siirtämiseksi HyClodiin, koska paikan päällä ei ollut väylää tai sisäisiä verkkoja.

TA-Smartin vaikutukset

Vasta asennetun ratkaisun vaikutusten arvioimiseksi määriteltiin kaksi vaihetta: Toinen edustaa vanhaa ja toinen uutta järjestelmää. Nämä molemmat järjestelmät kytkettiin päälle/pois kahdeksi viikoksi:

  • Vaihe 1: Ratkaisun asennuksen jälkeen TA-Smart on asetettu ohjaamaan asentoa ja toistamaan vanhan 3-tieventtiilin käyttäytymistä ja uusi ohjausjärjestelmä on sammutettu.
  • Vaihe 2: TA-Smart on asetettu virtaaman säätötilaan ja algoritmit on kytketty päälle. On mahdollista arvioida säästöjen olevan noin 50% lämpöenergian kulutuksesssa, kuten on esitetty kuvassa 3.
    TA-Smart Erwitte after Graph
    Kuva 3: Vertailu ennen ja jälkeen
    Enenrgiasäästö kesällä ja talvella on odotettavasti pienempi. Lisäksi kannattaa huomioida, että mukavuusalueella vietetty aika on kasvanut 43%:sta 67%:iin pilottijakson aikana.

Aiheeseen liittyviä referenssikohteita