Installatie analyse Centrale Energie Voorziening : Alphen aan den Rijn

Transcriptie

1 Installatie analyse Centrale Energie Voorziening Stadhuis Alphen aan den Rijn Opdrachtgever Rapportnr. Datum : Alphen aan den Rijn : ID571/AVG : Opgesteld door: Insted BV Ampèrestraat 19B 3861 NC NIJKERK Tel:

2 1. Inleiding Naar aanleiding van de uitgebrachte offertes en rapportages betreffende het binnen klimaat en uitbreiding van de bezettingsgraad in het Stadhuis in Alphen aan den Rijn is gevraagd een rapport samen te stellen voor het onderbouwen van de voorgestelde aanpassingen. Hiervoor is op locatie een rondgang gemaakt langs de technische installaties en deels is er gekeken naar de afgifte installaties. Tevens zijn de gegevens van de twee grootste afnemers naar het stadhuis geanalyseerd. 2. Huidige opzet warmte en koude opwekking Vanuit het oorspronkelijk ontwerp is er een duurzame energie voorziening opgezet. De installatie bestaat uit 3 warmtepompen, een bron systeem, droge koeler additionele verwarming met CV ketels. Alle drie de warmtepompen zijn van het fabricaat Carrier 30 HXC kw Warmtecapaciteit 1248 kw (40 C -48 C) Koelcapaciteit 960 kw (12 C - 6 C ) De twee cv ketels hebben een verwarmings vermogen van 1320 kw bij 60 C 80 C. De bron kan een debiet leveren van 150 m3/h bij een temperatuur traject: vermogen van 1050 KW bij 18 C 12 C. piek vermogen van 1400 KW bij 20 C 12 C. Verder is er een droge koeler opgesteld van het fabricaat Guntner, de specificaties zij opgevraagd bij de fabrikant, vooralsnog gaan we er van uit dat de condensorwarmte van de 3 warmtepompen hierop kan worden afgevoerd. Totaal opgesteld verwarmings vermogen 2568 kw Totaal opgesteld koel vermogen 2010 kw Daarnaast is er in het Stadhuis nog een separate stoomvoorziening in de luchtbehandeling opgenomen. ID571 2 van 11

3 3. Afnemers van koude en warmte In totaal zijn er 9 afnemers van koude en warmte aangesloten op de energiecentrale. De capaciteitsvraag van de gebouwen welke wordt vastgesteld tijdens de realisatie. Dit is het aansluit vermogen van het gebouw. De energie leverancier geeft dit aan als gecontracteerd vermogen. In onderstaande tabel zijn de gecontracteerde vermogens weergegeven. BVO [m2] aangesloten warmte vermogen [kw] aangesloten koude vermogen koude [kw] warmte [W/m2] koude [W/m2] stadhuis theater media markt Bakkersport Blokker ABN Amro kruitvat H&M Rabobank In totaal is er meer vermogen gecontracteerd dan er kan worden opgewekt. Te weten 599 kw (+23%) voor de verwarming en 674 kw (+33% voor de koeling) Dit resulteert in een gemiddeld aangesloten koel vermogen van 78 W/m2 BVO en een aangesloten verwarming vermogen van 92 W/m2. Procentuele verdeling opgesteld verwarming en koude vermogen aangesloten gebouwen. Het opgesteld vermogen van 45 w/m2 voor koeling en 50 w/m2 voor verwarming is voor een modern gebouw voldoende. Wanneer van deze parameters worden gehanteerd is het benodigde koelvermogen van de CEV 1549 kw voor de koeling en 1721 kw voor de verwarming. Hieruit kan worden geconcludeerd dat het opgestelde vermogen gezien van uit de centrale voor de verwarming ruimschoots voldoende is. De koeling heeft een overcapaciteit van 61% met inzet van de warmtepomp als koelmachine. De verwarming heeft een overcapaciteit van 49% met inzet van de CV ketels. Wanneer er alleen naar de duurzame opwekking wordt gekeken is de installatie voor 90% van de tijd toereikend wanneer alleen de warmtepompen worden ingezet. Voor de koeling zou de bron toereikend kunnen zijn wanneer de juiste opslag temperaturen beschikbaar zijn en er een voldoende hoge retour temperatuur van uit de aangesloten gebouw wordt gerealiseerd. ID571 3 van 11

4 4. Distributie De gekoeld water distributie wordt op dit moment in twee trajecten gerealiseerd, traject 1 is van de koude centrale naar de gebouw aansluiting, middels een tweeweg aansluiting wordt dit weer beschikbaar aan een opvolgend hydraulisch circuit voor het gebouw. Verder is er bij de aansluiting van het theater een kleine kortsluitleiding geplaatst voor het warm of koud houden van de leidingen. Een nadeel van deze vorm van distributie is het degraderen van de aanvoer temperaturen. Op zich kan dit werken, het is echter wel van belang dat de primaire volumestroom (centrale) gelijk is aan de secundaire volume stroom, het transport in het gebouw. Wanneer de volumestroom van het gebouw hoger is dan aan de opwekking kant zal dit bijmengen veroorzaken. Dit veroorzaakt temperatuur degradatie van het gekoeld water (hoger) en het warm water (lager) wat ten kosten gaat van de warmte en koude afgifte in het gebouw. Bovenstaande afbeeldingen illustreren de degradatie van aanvoertemperaturen naar het gebouw. De warm water aanvoertemperatuur bedraagt 40 C. Wanneer de gewenste aanvoertemperatuur TT ook 40 C bedraagt, zal de regelafsluiter RAW 100% open sturen. Omdat de groepen in het gebouw open staan zal de warmwater transportpomp gebouwzijdig meer water verplaatsen van aan de zijde van de energie centrale. Hierdoor zal een deel van het afgekoelde warm water van de wat veel lager is in temperatuur (30 C) bij mengen met het aanvoerwater vanuit de energie centrale (40 C). Dit resulteert in een aanvoertemperatuur naar het gebouw van 33,3 C terwijl 40 C gewenst is. Het gevolg van deze temperatuur degradatie is dat het afgifte vermogen van de verwarmer, zoals luchtbehandeling, convectoren radiatoren afneemt. Hierdoor duurt het langer voordat de gewenste warmte in het gebouw komt. Bij extreem lage buitentemperaturen is het gebouw nagenoeg niet op conditie (warm) te krijgen. De koud water aanvoertemperatuur bedraagt 10 C. Wanneer de gewenste aanvoertemperatuur TT ook 10 C bedraagt, zal de regelafsluiter RAK 100% open sturen. Omdat de groepen in het gebouw open staan zal de gekoeldwater transportpomp gebouwzijdig meer water verplaatsen van aan de zijde van de energie centrale. Hierdoor zal een deel van het opgewarmde gekoeld water van de wat hoger is in temperatuur (14 C) bij mengen met het aanvoerwater vanuit de energie centrale (10 C). Dit resulteert in een aanvoertemperatuur naar het gebouw van 13 C terwijl 10 C gewenst is. Het gevolg van deze temperatuur degradatie is dat het afgifte vermogen van de koelers, zoals luchtbehandeling, fancoilunits afneemt. Hierdoor duurt het langer ID571 4 van 11

5 voordat de gewenste koude in het gebouw komt. Met name in het tussen seizoen rond de 20 C buitentemperatuur heeft deze temperatuur degradatie het meeste invloed. Dit in tegenstelling tot de verwarming. Bij hoge buiten temperaturen 28 C komt vanuit de retour van de luchtbehandeling ook een hogere water temperatuur dan in het tussen seizoen. Doordat de retour temperatuur hoger wordt kan het bronsysteem (WKO) een veel groter aandeel leveren. Met name voor de koeling is het van belang dat de aanvoertemperatuur die op de aangesloten afgifte apparatuur is vermeld (ontwerp temperatuur) ook wordt aangeboden. Voorbeeld Een luchtbehandelings koelblok is ontworpen met een gekoeldwater traject van 10 C naar 18 C en een luchtzijg temperatuur traject van 28 C buiten naar een inblaastemperatuur van 18 C. Wanneer de aanvoer temperatuur van het gekoeld water stijgt naar 14 C dan neemt het koelvermogen van dat blok met 70% af. Dit zit met name in het ontvochtigen van de lucht. De inblaas temperatuur zal 21 C of hoger worden. Doordat de primaire lucht niet goed geconditioneerd is zal de eventuele secundaire koeling door fancoil units dan ook niet meer functioneren omdat deze dan te weinig capaciteit hebben. Het is dus van belang dat de aanvoertemperatuur zo weinig mogelijk degradeert. 5. Hydraulische inpassing De gehele CEV is aangelegd volgens het variabel distributie systeem. Dit betekend dat er naar wordt gestreefd om met een lage waterstroming en een zo groot mogelijk temperatuur verschil koel of verwarmingsvermogen te transporteren. Een constant debiet systeem daarentegen heeft een constante waterstroming waarbij het temperatuur verschil zal toenemen naarmate het af te geven vermogen groter wordt. Om succesvol gebruik te kunnen maken van WKO systemen is het noodzakelijk om de gehele installatie aan te sluiten volgens het variabel debiet systeem. Dus zowel de opwekking, de distributie als mede de afgifte systemen. Dit geld ook in de installaties in de gebouwen. Voor een WKO systeem is het namelijk van belang om er niet onbeperkt water wordt verplaatst. De waterverplaatsing is namelijk onderhevig aan de GWW vergunning. De mediamarkt is volledig uitgelegd volgens het constant debiet principe. Dit kan dus nooit functioneren, en zorgt er tevens voor dat de gehele gekoeldwater en verwarmingsinstallatie niet kan functioneren. In het koude en warmte afgifte systeem van mediamarkt is dit goed inzichtelijk gemaakt. Hierboven een deel van het principeschema van de Mediamarkt, Vanuit de rechter zijde is de aansluiting van de CEV te zien, aan de linkerzijde is de gebouw distributie weer gegeven. ID571 5 van 11

6 De regelafsluiter VVF zal nagenoeg altijd 100% open staan. Het achterliggende net is volledig als constant debiet systeem uitgelegd. Dit kan niet functioneren in samenhang met een variabel debiet systeem zoals aangelegd in de CEV. Dit is op te lossen door de optionele retour begrenzer in te bouwen. Deze kan de toevoer van gekoeldwater begrenzen tot dat de retour temperatuur 18 C of hoger wordt. Dit zal weer negatieve gevolgen hebben voor de koelcapaciteit van de Mediamarkt. De uiteindelijke oplossing zal het aanpassen van de binnen installatie zijn. Ook het theater (castellum) heeft op de fancoil units een overstort zitten, wat met name in deellast bedrijf een negatieve invloed heeft op het functioneren van de CEV. Enginering Distributie systeem Vanuit het afgesloten exploitatie overeenkomst tussen de Gemeente Alphen a/d Rijn en Nuon is de rol van de energie exploitant omschreven. Om een dergelijke installatie als de CEV duurzaam te kunnen beheren is het van belang dat de exploitant NUON er op toeziet dat alle partijen zich tijdens de ontwerp, realisatie fase van een gebouw zicht houden aan de afgesproken temperatuur trajecten. Wat minstens zo belangrijk is dat de binnen installaties in de gebouwen volledig worden uitgevoerd als variabel debiet systeem. Wanneer dit niet gebeurt is het nagenoeg onmogelijk om dit soort installatie goed te laten functioneren. Hierover is niets in de overeenkomst tussen de Gemeente en Nuon omschreven. Wellicht staat dit vermeld in de energiecontracten tussen Nuon en de eindgebruikers. 80% van de problemen met het binnen klimaat in de gebouwen is te wijten aan de niet goed aangesloten gebouwen, waaronder de mediamarkt en een klein deel van het theater. Het Stadhuis is voor zover op tekening staat wel volgens het variabel debiet systeem aangesloten. Echter volledige up to date revisie van het principeschema is nog niet beschikbaar. De principeschema s van de overige aansluitingen zijn nog niet beschikbaar. 6. Temperatuur trajecten In de aanwezige documentatie van de in het gebouw aangesloten verwamings en koel afgifte lichamen is over het algemeen een temperatuur traject van 10 C 18 C voor de koeling opgenomen en 55 C 35 C voor het verwarmingsbedrijf vermeld. Het is dat natuurlijk van belang dat de aanvoer temperatuur van zowel de koeling als de verwarming ook gerealiseerd wordt en daadwerkelijk op de plaats van het bijvoorbeeld koelblok beschikbaar is. Dit kan alleen bij een goede hydraulische inpassing van alle componenten zoals in voorgaande alinea s is beschreven. De bronnen hadden afgelopen zomer een onttrekkingstemperatuur van 14 C, dit is verreweg niet de 10 C die benodigd is voor de binnen installaties, nog afgezien van de temperatuur reducties. In de zomer van 2014 is het setpoint van de gekoeldwater aanvoertemperatuur van 13 C naar 10 C. Deze lagere temperatuur ID571 6 van 11

7 wordt gerealiseerd door de warmtepomp in te zetten als koelmachine. Volgens de gebouwbeheerder zijn er afgelopen zomer nagenoeg geen warmteklachten meer in het stadhuis geweest. Eventuele warme zones in het stadhuis zullen lokaal moeten worden bekeken. Deze zomer hebben de koelmachines voor het grootste gedeeld de koude levering verzorgd. Hierbij is alle warmte door de droge koelers afgevoerd. Het is nu belangrijk dat de komende winter periode voldoende koude met een lage temperatuur (7 C) wordt opgeslagen om in de zomer weer voldoende koude uit te lucht te kunnen halen. 7. Bron systeem In het jaar 2013 is de bron balans goed te noemen. De hoeveelheid warmte uit de bron 602 MWH en de hoeveelheid geleverde koude uit de bron 736 MWh is goed in balans. Afwijking in jaar is 10%. Wat wel opvalt is de hoge gemiddelde infiltratie temperatuur tijdens warmtelevering. Deze bedraagt gemiddeld volgens de opgave aan de provincie 9,9 C. Wanneer hiervan in de winter periode weer 10grc aanvoertemperatuur naar de gebouwen moet worden gemaakt is dit geen goede waarde en moet gemiddeld rond de 7 C liggen. Op deze wijze kan er in de zomer periode 10 C aan het gebouw geleverd worden. Hierboven de grafiek van het WKO systeem. De groene lijn is de bron balans in het jaar De rode kolom is de geleverde warmte aan de warmtepomp en de droge koeler (koude invang) De blauwe kolom is de geleverde warmte aan het gebouw De grijze kolom is de geleverde hoog waardige wamrte door de warmtepomp aan het gebouw. Mede door de hoge onttrekking temperaturen van 11 C tot 12 C op een installatie ontwerp van 10 C is te zien dat de inzet van de bronnen in het voor en naseizoen minimaal is. Ook is te zien dat in de wintermaand fors gebruik is gemaakt van het inzetten van de droge koelers om extra koude in te vangen i.p.v. hoogwaardige warmte op te wekken met de warmtepompen. Om een goed beeld te krijgen van de bronnen is het noodzakelijk dat de geregistreerde waarden van de bronnen van de gehele inbedrijf periode van de bronnen wordt geanalyseerd. Deze analyse betreft ID571 7 van 11

8 9. Energie omzetting Aan de hand van de aangeleverde gegevens van Nuon van het energie verbruik van de CEV en de afgegeven energie door de CEV is een Sankey diagram opgesteld. De rode pijlen geven de warmte geleverd aan de gebouwen weer en de blauwe pijlen de geleverde koude. De roze pijlen in het rechter diagram geeft de afgevoerde warmte aan de buitenlucht weer. Het linker diagram beschrijft de situatie waarbij alle geleverde koude en warmte aan de gebouwen duurzaam wordt opgewekt In het rechter diagram is de situatie van 2013 weergegeven. Bij een tarief van 0,12 per kwh voor de elektriciteit en 0,52 per m3 aardgas is de besparing ,00 De reductie van CO2 gaat van 577 Ton CO2 in 2013 naar 308 Ton CO2 bij een volledig duurzame opwekking. Een CO2 reductie van 42%. ID571 8 van 11

9 9. Verdeling energie gebruik In de onderstaande diagrammen is procentuele verdeling van het energie gebruik tussen de diverse afnemers weergegeven. Blokker 3% 1% ABN Bank 5% Euretco sport 1% Media Markt 3% SNS Bank H&M 8% WARMTE Stadhuis 50% Castellum 29% In bovenstaande cirkeldiagram is de verdeling van de totale hoeveelheid geleverde warmte door de CEV weergegeven. 79% van de warmte gaat naar het stadhuis en het theater. Het is dus van belang dat de overige aansluitingen geen negatieve invloed op de CEV hebben. Tevens moet goed gekeken worden dat de retour temperatuur van de verwarming laag genoeg is zodat de warmtepompen alle warmte kunnen leveren. ABN Bank 6,5% Blokker 5,6% Euretco sport 7,4% SNS Bank 0,5% H&M 7,9% KOUDE Stadhuis 46,1% Media Markt 17,5% Castellum 8,5% In bovenstaande cirkeldiagram is de verdeling van de totale hoeveelheid geleverde koude door de CEV weergegeven. 72% van de koude gaat naar het stadhuis, het theater en de mediamarkt Er moet goed gekeken worden dat de retour temperatuur van de hoog genoeg is zodat de bronnen alle koude kunnen leveren. Wanneer er goed koude geleverd kan worden met een voldoende lage temperatuur dan zal er ook meer koude aan de gebouwen geleverd gaan worden. Dit wordt duidelijk aan de hand van de energie gegevens van ID571 9 van 11

10 10. Conclusies en aanbevelingen Hieronder zijn de conclusies en aanbevelingen weergeven voor de analyse van de CEV en de nog relevante aanbevelingen uit de voorgaande rapportage van Installatie analyse Stadhuis Alphen a/d Rijn zijn nog opgenomen in de conclusies en aanbevelingen. - Het toepassen van zonwerende folie op de gevel van het stadhuis is zeker aan te bevelen om de stralingslast te reduceren, ook zal het energie gebruik op koeling hierbij dalen. - Het migreren van de regelapparatuur is zinvol omdat de huidige regelaars niet meer ondersteund worden. Wel is het van belang om goed te kijken waar de regel strategieën aangepast moeten worden i.v.m. de bedrijfsvoering (denk hierbij aan de bronnen). Er dient dus eerst met de leverancier (PCS) een goede regeltechnische omschrijving te worden uitgewerkt binnen de bestaande installatie alvorens wordt begonnen met de ombouw. Een andere mogelijkheid is het stapsgewijs migreren, de oude apparatuur (regelaars) kunnen dan als spare-part worden gebruikt. Dit is geheel afhankelijk van het budget. Eventueel het deels integreren van de bioscoop en de winkels. Ook is het zinvol om extra meetpunten aan te (kunnen) brengen die naar voeren zijn gekomen tijdens de uitbreidingen onderzoeken. - Om een goed inzicht te verkrijgen in het functioneren van de regelinstallatie is het wenselijk om het bestaande gebouwbeheersysteem Desigo Insight uit te breiden met de mogelijkheid om gemeten en uitgestuurde dat voor een langere periode te loggen. De opgeslagen data met een sample tijd van 5 minuten kan gebruikt worden om de regelstrategie gedurende de beheerperiode bij te stellen. Met name voor laden van de bronnen kan een nauwkeurig beeld worden bepaald. - Waterzijdige gebouw distributie van het stadhuis, Er dient een goede waterzijdige meting te worden uitgevoerd waarbij de gehele installatie 100% vragend staat (ook de koel plafonds). Dit dient te gebeuren i.s.m. de PCS, omdat zij alle regel afsluiters kunnen open sturen. Aan de hand daarvan dient te worden gekeken hoe de distributie zich gedraagt. En kunnen er eventueel maatregelen getroffen worden. - Bronnen en warmtepomp, de regelstrategie moet worden aangepast zodat er een flexibele opwekking ontstaat (binnen bepaalde grenzen gelijktijdig kunnen koelen en verwarmen, eerste warmte opwekking door de warmtepomp en daarna bij te kort capaciteit pas door de cv ketels). Eventueel gebruik van de droge koeler. Daarna indien gewenst werktuigbouwkundige optimalisaties in het distributie of afgifte systeem. Het is zowel voor de koeling als de verwarming van belang dat de gewenste ontwerp aanvoertemperaturen worden gerealiseerd. Dit is regeltechnisch in te stellen. Mochten hierin grote verschillen gedurende lange tijd ontstaan dan is het zinvol om de lokale problematiek, lokaal op te vangen. Zoals de schuifdeuren en de radiatoren. Hiervoor kunnen bijvoorbeeld losse hoog temperatuur gestookte groepen worden gemaakt en hoeft niet de aanvoer temperatuur voor het gehele gebouw te worden aangepast. - Koelplafonds, naregelingen nazien en eventueel uitbreiden met condens bewaking. Gekoeldwater aanvoertemperatuur omlaag door ander berekening methodiek. - Luchtbehandelingskasten (blokken en warmtewielen) laten reinigen door gespecialiseerd bedrijf, offerte opvragen (bijvoorbeeld Blygold). Wanneer alle systemen weer in goede staat zijn de originele uitgangspunten vast stellen en kijken waar er nog knelpunten zitten. ID van 11

11 - Stoom luchtbevochtiging vervangen door hoge druk nevel bevochtiger (bijvoorbeeld natufog). Dit geeft een enorme besparing op aardgas van de stoomketel. Tevens verkrijg je hiermee een verhoogde inzet van de warmtepomp door lage temperatuur verwarming. Door de adiabatische koeling moet de lucht wel worden verwarmd. Meer inzet van de warmtepomp geeft herstel van de bron onbalans. Door in de centrale kast een cv blok te plaatsen (tussen het warmtewiel en de bevochtiger), kan er meer vocht in de lucht worden gebracht zodat er in de kantoren een goede luchtvochtigheid ontstaat. - Het theater heeft bouwkundig problemen met de warmte in de grote zaal. Wanneer de deuren van het toneel openstaan naar de laden lossen ruimte, dan verdwijnt alle warmte via de niet geïsoleerde rol deur met openingen aan de bovenzijde naar buiten. Het is dan ook wenslijk om hier een muur met sluitende deuren de realiseren. Verder hebbe zij in de verdeler nog een CV installatie opgehangen om de CV temperatuur plaatselijk op te waarderen. Dit is geen wenselijke situatie. Vanuit het GBS werd er een hoge aanvoertemperatuur gevraagd terwijl dit niet nodig was. Dit is terug gezet en daarna ging de regelafsluiter verwarmen weer dicht. Ook goed beheer van de regelinstallatie is daar noodzakelijk. Verder dienen in het theater alle fancoil groepen te worden omgebouwd van constant debiet naar variabel debiet. - Principe schema s. Om een goed beeld te verkrijgen van de gehele installatie, van opwekking naar distributie en afgifte is het noodzakelijk om een goed up to date principe schema voor handen te hebben met hierin de ontwerp temperatuur trajecten van de afnemers, de vermogens en de benodigde flow van de afnemers. Het theater heeft een goed principe schema, mediamark heeft een compleet schema zonder vermogens en temperatuur trajecten, het schema van het stadhuis is verouderd. Van de overige aansluitingen is nog niets beschikbaar. - Aan de hand van de principe schema s kan worden vastgesteld welke maatregelen er moeten worden getroffen om het afgifte systeem volledig volgens het variabel debiet principe aan te passen. Afnemers die niet willen meewerken aan deze ombouw dienen moeten worden voorzien van een retourbegrenzing voor zowel de verwarming al koeling. Het resultaat hiervan is dat zij een minder binnen klimaat krijgen maar geen storende factor meer zijn op de rest van de installatie. Dit is echter volgens onze visie de minst wenselijke variant. - Het is opmerkelijk dan Nuon als expert op het gebied van warmte en koude zover we kunnen achterhalen geen maatregelen getroffen heeft om de retourtemperaturen te monitoren en waar nodig maatregelen te treffen. Het is dan ook nog steeds de vraag wat de voorliggende engineeringsinspanningen van Nuon in voorgaande trajecten is geweest. Ook het niet realiseren van de gewenste gekoeldwater aanvoertemperaturen in relatie tot de gehelde distributie geeft een negatief effect op het binnen klimaat. Het is van het grootste belang dat er geen of zo min mogelijk temperatuur degradatie van het gekoeld water of van het CV water tot op de afnemer plaats vind. ID van 11