Zakład IMI Hydronic Erwitte, Niemcy

IMI Hydronic Engineering, jako część swojego programu zrównoważonego rozwoju, stale poszukuje sposobów na zmniejszenie swojego śladu węglowego, przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii, na bardzo zmiennym rynku. Firma wiele zainwestowała w poprawę wykorzystania energii w swoim zakładzie w Erwitte w Niemczech, instalując i wykorzystując ogniwa fotowoltaiczne oraz farmy wiatrowe. Kierownictwo zakładu w Erwitte chce jeszcze bardziej zwiększyć te ulepszenia. Musi jednak zrozumieć, gdzie i w jaki sposób energia jest dystrybuowana z dokładnością do jednego odbiornika. Aby usprawnić cały system zakładu produkcyjnego, zainstalowano zoptymalizowane rozwiązanie hydrauliczne, które było testowane przez miesiąc, a pozytywne wyniki skłoniły do wdrożenia go w całym zakładzie.

IMI Hydronic współpracował z firmą Enerbrain w celu znalezienia najlepszego rozwiązania zapewniającego minimalne zużycie energii i optymalny komfort; ≈45% energii zostało zaoszczędzone podczas miesięcznego testu, a komfort użytkowników poprawił się z 43% do 67%.

Ciepło dla budynku jest wytwarzane w centralnej kotłowni; dwa wymienniki ciepła zapewniają dystrybucję z obiegów pierwotnych do wtórnych. Na obiegach trzeciorzędowych znajduje się sześć odbiorników o różnych profilach obciążenia i zapotrzebowania. Główny odbiornik, centrala wentylacyjna (AHU), został zidentyfikowany i odizolowany; jego moc wynosi 600 kW i 80% obciążenia. Centrala AHU jest również odpowiedzialna za ogrzewanie i recyrkulację powietrza w całej hali.

Zespół stanął przed czterema głównymi wyzwaniami :

1. Nieopomiarowana instalacja: Zespół nie był w stanie oszacować ilości energii przepływającej i zużywanej w całej instalacji. Nie można było naprawić tego, czego się nie wiedziało".

2. Niska możliwość regulacji przepływu : Centrala AHU i jej wymienniki ciepła zostały początkowo przewymiarowane. W większości przypadków obciążeniebyło tak małe, że zawór regulacyjny był ledwo otwarty, co utrudniało dokładną regulację.

3. Zmienność obciążenia : W związku z pandemią COVID produkcja w zakładzie była stale dostosowywana do zapotrzebowania i dostępności zespołu. Doprowadziło to do komplikacji w ustawieniu właściwych cykli ogrzewania, ponieważ potrzeby ciągle się zmieniały.
4. Dostęp do instalacji : Modernizacja instalacji musiała zostać przeprowadzona w krótkim czasie, aby produkcja nie miała długiego przestoju. 

Rozwiązanie składało się z modernizacji dwóch krytycznych elementów instalacji:

1. W miejsce 3-drogowego zaworu mieszającego zainstalowano zawór TA-Smart DN80, a obejście zostało zaślepione, jak pokazano na rysunku 2. Zawór w sposób ciągły mierzy energię przepływającą przez wymiennik ciepła i steruje przepływem w obiegu wtryskowym. Dane dotyczące przepływu, mocy, temperatury i energii są przesyłane co 15 sekund do chmury HyCloud za pomocą bramki 4G. Zawór TA-Smart przełamuje nieprzejrzystość systemu, dostarczając ciągłych, użytecznych danych i zapewniając dokładną regulację przepływu. Jego długość F1 umożliwia również szybką instalację przy ograniczonej ilości orurowania, zapewniając skrócenie czasu montażu i uruchomienia.
2. We współpracy z firmą Enerbrain w hali produkcyjnej zainstalowano cztery czujniki mierzące wilgotność względną, temperaturę i poziom CO2. Zmodernizowano również system sterowania, wprowadzając rozwiązanie do sterowania i wizualizacji w chmurze. System ten dynamicznie dostosowuje wartości zadane z zaworów, wentylatorów i przepustnic w zależności od pomiarów czujników i danych historycznych, wykorzystując zaawansowane algorytmy analityczne. Ta modernizacja przyczyniła się do przełamania nieprzejrzystości systemu poprzez udostępnienie danych w skonsolidowany sposób. System będzie również dynamicznie dostosowywał wartość zadaną do zmienności obciążenia systemu.

Aby zapewnić prawidłowe działanie rozwiązania, kluczowe znaczenie miał proces instalacji i uruchomienia:

• Instalacja: zawór TA-Smart zastąpił zawór trójdrogowy. Trzecia rura została zaślepiona w celu przekształcenia obwodu 3-drogowego w 2-drogowy obwód wtryskowy. Wybrano zawór DN80 PN16, który pasuje do istniejącego orurowania. Było to możliwe dzięki wyjątkowym możliwościom regulacyjnym zaworu - przepływ projektowy stanowi 28% przepływu nominalnego zaworu. Urządzenie TA-Smart jest zasilane napięciem 24 V AC i sterowane za pomocą sygnału 10 VDC. Zasilanie i sygnały wejściowe siłownika zaworu trójdrogowego zostały zachowane w oryginalnym stanie. Czujniki otoczenia, zasilane bateriami, zostały umieszczone w strategicznych miejscach hali. Modernizacja systemu sterowania składała się z 3 głównych komponentów umieszczonych pomiędzy oryginalnym panelem sterowania a urządzeniem obiektowym. Kompletna instalacja zajęła jeden dzień i została wykonana przez zespół konserwatorów z fabryki.
•  Uruchomienie: Zawór został sparametryzowany za pomocą aplikacji HyTune bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń. Tryb regulacji został ustawiony na przepływ, aby zapewnić charakterystykę EQM. Przepływ projektowy został ustawiony na 13 500 l/h. Zainstalowano bramkę 4G w celu przesyłania danych do HyCloud, ponieważ na miejscu nie było magistrali ani sieci wewnętrznych.

Aby ocenić wpływ nowo zainstalowanego rozwiązania, zdefiniowano dwie fazy: jedną replikującą stary system i jedną dla nowego systemu; te dwie fazy były włączane/wyłączane przez dwa tygodnie:

• Faza 1: Po skończonej modernizacji, TA-Smart został ustawiony na sterowanie położeniem, aby odtworzyć zachowanie starego zaworu rójdrogowego, a nowy system sterowania został wyłączony.
• Faza 2: TA-Smart został ustawiony w tryb kontroli przepływu, a algorytmy zostały włączone. Możliwe jest oszacowanie oszczędności zużycia energii cieplnej o około 50%, jak pokazano na rysunku 3.

  

  Należy się spodziewać, że latem i zimą oszczędności energii będą mniejsze. Warto również zauważyć, że w okresie pilotażowym odsetek czasu spędzonego w komfortowych warunkach wzrósł z 43% do 67%.