IMI Hydronic fabriek Erwitte, Duitsland
IMI Hydronic werkte samen met Enerbrain om de beste oplossing te vinden die een minimaal energieverbruik en een optimaal comfort garandeerde.
Het Project
Als onderdeel van haar duurzaamheidsagenda onderzoekt IMI Hydronic Engineering voortdurend manieren om haar CO2 footprint te verkleinen en tegelijkertijd haar energieverbruik te beperken in een zeer volatiele markt. Het bedrijf heeft veel geïnvesteerd in de verbetering van zijn energieverbruik in zijn fabriek in Erwitte, Duitsland, door de installatie en het gebruik van zonnepanelen en windmolenparken. Het managementteam van Erwitte wil de verbeteringen verder doorvoeren. Zij moeten echter begrijpen waar en hoe de energie wordt verdeeld met een verfijnd systeem. Om het volledige systeem van de productiesite te verbeteren, werd een geoptimaliseerde hydronische oplossing geïnstalleerd en gedurende een maand getest; de positieve resultaten leidden tot een implementatie op de hele site.
IMI Hydronic werkte samen met Enerbrain om de beste oplossing te vinden die zorgde voor een minimaal energieverbruik en optimalisatie van het comfort; ≈45% energie werd bespaard tijdens de test van een maand en het comfort voor de gebruikers verbeterde van 43% tot 67%.
De hydronische uitdaging
De verwarming van het gebouw wordt geproduceerd in een centrale stookruimte; twee warmtewisselaars zorgen voor de distributie van de primaire naar de secundaire circuits. Op de tertiaire circuits zijn er zes verbruikers met verschillende belastings- en vraagprofielen. De primaire verbruiker, een luchtbehandelingskast (AHU), is geïdentificeerd en geïsoleerd; deze is goed voor 600 kW en 80% van de belasting. De AHU is ook verantwoordelijk voor de verwarming en de luchtrecirculatie van de volledige hal.
Het team stond voor vier grote uitdagingen:
- Ondoorzichtigheid van het systeem: Het team kon niet inschatten hoeveel energie er door het systeem stroomde en werd verbruikt. Ze konden niet corrigeren wat ze niet wisten.
- Regelbaarheid laag debiet: De LBK en zijn warmtewisselaars zijn aanvankelijk overgedimensioneerd. In de meeste gevallen was de belasting zo klein dat de regelafsluiter nauwelijks open stond, wat de mogelijkheid van nauwkeurige regeling bemoeilijkte.
- Variabiliteit in de belasting: Gezien de COVID-pandemie is de productie op de locatie voortdurend aangepast aan de vraag en de beschikbaarheid van het team. Dit leidde tot complicaties bij het instellen van de juiste verwarmingscycli, aangezien de behoeften voortdurend veranderden.
- Beschikbaarheid van het systeem: De update van het systeem en het leidingwerk moesten in korte tijd worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de productie niet voor langere tijd zou worden verstoord.
De oplossing
De oplossing bestond uit twee cruciale systeemupdates:
1. Een TA-Smart DN80 is geïnstalleerd in plaats van de 3-weg mengafsluiter, en de bypass is gesloten, zoals te zien is in figuur 2. De afsluiter meet continu de energie die door de warmtewisselaar stroomt en regelt het debiet in het injectiecircuit. Het debiet, het vermogen, de temperaturen en de energiegegevens worden elke 15 seconden naar HyCloud gestreamd met behulp van een 4G-gateway. De TA-Smart afsluiter doorbreekt de ondoorzichtigheid van het systeem door continu bruikbare gegevens en aanpassingen te leveren, waardoor een uitstekende beheersbaarheid van het debiet wordt gegarandeerd. De F1-lengte maakt ook een snelle installatie met beperkt leidingwerk mogelijk, waardoor een goede systeembeschikbaarheid wordt verkregen.
2. In samenwerking met Enerbrain zijn in de productiehal vier sensoren geïnstalleerd die de relatieve vochtigheid, temperatuur en CO2-niveaus meten. Het regelsysteem is ook geüpgraded met een cloud control en visualisatie oplossing. Dit systeem past de setpoints van de afsluiters, ventilatoren en dempers dynamisch aan op basis van de meetgegevens van de sensor en historische gegevens, en maakt daarbij gebruik van geavanceerde analytische algoritmen. Deze upgrade heeft bijgedragen tot het doorbreken van de ondoorzichtigheid van het systeem door gegevens op een geconsolideerde manier beschikbaar te maken. Het systeem zal ook dynamisch het setpoint aanpassen om de variabiliteit van de systeembelasting aan te pakken.
Het proces
Om ervoor te zorgen dat de oplossing goed werkte, was het installatie- en inbedrijfstellingsproces van vitaal belang:
- Installatie: De TA-Smart verving de 3-weg afsluiter. De 3e leiding is afgesloten om het 3-weg circuit om te zetten naar een 2-weg injectiecircuit. Er is gekozen voor een DN80 PN16 afsluiter die past in het bestaande leidingwerk. Dit werd mogelijk gemaakt door de uitstekende regelcapaciteiten van de afsluiter - het ontwerpdebiet vertegenwoordigt 28% van het nominale debiet van de afsluiter. De TA-Smart wordt gevoed met een 24v AC voeding en aangestuurd met een 10vDC signaal. De voeding en de ingangssignalen van de 3-weg afsluiter werden behouden zoals oorspronkelijk geïnstalleerd. Op strategische plaatsen in de hal werden omgevingssensoren geplaatst die werken op batterijen. De upgrade van het besturingssysteem bestond uit 3 hoofdcomponenten die tussen het oorspronkelijke bedieningspaneel en het veldtoestel werden geplaatst. De volledige installatie nam één dag in beslag en werd uitgevoerd door het onderhoudsteam van de fabriek.
- Inbedrijfstelling: De afsluiter is geconfigureerd met behulp van de HyTune-app zonder dat er extra apparaten nodig zijn. De regelmodus is ingesteld op Debiet om een EQM-karakteristiek te garanderen. Het ontwerpdebiet is aangepast naar 13.500 l/u. Er is een 4G-gateway geïnstalleerd om gegevens naar HyCloud te streamen, aangezien er ter plaatse geen bus of interne netwerken beschikbaar waren.
De resultaten
Om de impact van de nieuw geïnstalleerde oplossing te beoordelen, zijn twee fasen gedefinieerd: een replicatie van het oude systeem en één voor het nieuwe systeem; deze twee fasen zijn gedurende twee weken AAN/UIT gezet:
- Fase 1: Na de installatie van de oplossing is de TA-Smart ingesteld op positieregeling om het gedrag van de oude 3-weg afsluiter te kopiëren, en is het nieuwe regelsysteem uitgeschakeld.
- Fase 2: De TA-Smart is ingesteld op debietregeling en de algoritmen zijn ingeschakeld. Het is mogelijk een besparing op het thermische energieverbruik van ongeveer 50% te evalueren, zoals getoond in figuur 3.
- Het is te verwachten dat de energiebesparingen in de zomer en de winter lager zijn. Voorts is het interessant op te merken dat het comfort van de gebruikers tijdens de testperiode steeg van 43% tot 67%.