Bijlage 12 Onderzoek Energiemeting in CV en Gekoeld waternetten
INHOUDSOPGAVE 1 Regeltechnische Installaties... 1 1.1 Algemeen... 1 1.2 Meetopstelling... 1 1.3 Selectie temperatuuropnemer... 3 1.4 Selectie flowmeter... 4 1.4.1 Elektromagnetische flowmeter en in-line ultrasone flowmeter... 4 1.4.2 Ingeklemde ultrasone flowmeter via looptijdverschil... 5 1.4.3 Conclusie... 6 1.5 Selectie rekeneenheid... 6 1.6 Montage... 7 1.7 Kostenraming... 8 Bijlage 12 Onderzoek energiemeting in Centrale Verwarming (CV) en Gekoeld waternetten 14 augustus 2014 Blz. ii
1 Regeltechnische Installaties 1.1 Algemeen Voor het beheren van de klimaatinstallatie wenst Schiphol energiemetingen te verrichten voor iedere gekoppelde bouwdeel. Deze metingen dienen voornamelijk voor de volgende twee doeleinden: bepaling van de verbruikte Centrale verwarming (CV) en koelvermogen per bouwdeel en bepaling van de efficiëntie van de warmte en koude opwekking. Om inzicht te verkrijgen in het energieverbruik is er door Marcel van Beek (TRE) van Schiphol verzocht om een onderzoek uit te voeren naar de mogelijkheden. Dit rapport geeft de belangrijkste bevindingen weer van dit onderzoek. Er moet rekening gehouden worden dat momenteel de warmte - en koude opwekking installaties al in bedrijf zijn en dus al warmte en koude levert aan de verschillende bouwdelen. De energiemetingen dienen als aanvulling op de bestaande, in bedrijf zijnde, installatie en als oplossing voor toepassing in nieuwe projecten. Het onderzoek is niet bedoeld als selectie van de methode en apparatuur. Het is bedoeld om de mogelijkheden te laten zien voor de energiemetingen. Hierbij is gekeken naar mogelijke meetprincipes en leveranciers. 1.2 Meetopstelling De huidige CV/GKW-installatie is geïllustreerd in figuur 1. Als uitbreiding van deze installatie dient voor iedere bouwdeel energiemetingen verricht te worden. Hiervoor dient additioneel te worden voorzien in de volgende apparatuur voor elke bouwdeel: flowmeter in de aanvoer of retour (vrij te bepalen) temperatuuropnemer in de aanvoer temperatuuropnemer in de retour rekeneenheid bouwdeel bouwdeel bouwdeel bouwdeel bouwdeel bouwdeel geïsoleerd X3 FT CV/ KM CV/ KM CV/ KM Figuur 1 14 augustus 2014 Blz. 1
Hierbij is de nauwkeurigheid bij het vaststellen van het temperatuurverschil van de metingen tussen de twee stromen van uitermate belang. Flowmeters zijn in het algemeen al veel accurater dan temperatuuropnemers. Door deze meetelementen en de flowmeter aan te sluiten op een rekeneenheid kan het thermisch vermogen worden berekend. Deze wordt bepaald met de hieronder gegeven formule: Q = C ρ V T W Figuur 2 J kg K kg m3 s K m 3 Vanaf de rekeneenheid, welke aan de GBS is gekoppeld, worden de afgenomen vermogen en mogelijk ook de andere meetgegevens naar het GBS verstuurd voor beheer. De principeopzet is geïllustreerd in figuur 3. Gebruiker FT Rekeneenheid CV DDC Rekeneenheid GKW FT Aanvoer CV-net Retour CV-net Aanvoer GKW-net Retour GKW-net KLIVIA-LAN GBS Totaaloverzicht per gebruiker Gebruiker Flowsnelheid Watertemperatuur aanvoer Watertemperatuur retour Vermogen Totale energie m3/h C C kw kj Totaaloverzicht per variabel Trend Gebruiker Vermogen Gebruiker Gebruiker kw kw kw Figuur 3 14 augustus 2014 Blz. 2
1.3 Selectie temperatuuropnemer Voor de energiemeting is de nauwkeurigheid bij het vaststellen van het temperatuurverschil van de metingen tussen de twee stromen van uitermate belang. De nauwkeurigheid van de gemeten temperatuurverschil heeft het grootste effect op de nauwkeurigheid van de resultaat van de energiemeting. Deze is afhankelijk van de nauwkeurigheid van zowel de temperatuurmeting in de aanvoer als de temperatuurmeting in de retour. Om deze reden dient bij de keuze van de temperatuuropnemers heel erg gericht te worden op de nauwkeurigheid. Hiervoor wordt aangeraden een gepaarde temperatuuropnemer toe te passen voor de temperatuurmetingen in de aanvoer en retour. Met een gepaarde temperatuuropnemer worden de twee temperatuurmetingen door de twee sensoren niet onafhankelijk uitgevoerd waardoor de temperatuurverschil veel nauwkeuriger bepaald kan worden. En daarmee een nauwkeurige energie verbruik berekend kan worden. Ook dient de temperatuuropnemer optimaal te functioneren in het temperatuurtraject van het CV- en gekoeldwater-net. Rekening houdend met een marge wordt aangeraden dat de toegepaste temperatuuropnemer in het gekoeldwater-net optimaal functioneert minimaal in de volgende bereik: -5 C tot 30 C. En dat de toegepaste temperatuuropnemer in het CV-net optimaal functioneert minimaal in de volgende bereik: 30 C tot 80 C. Een ander punt van belang is de montagemogelijkheden voor de temperatuuropnemer. Voor de temperatuuropnemer zijn er vele fabricaten aanwezig waarbij de mogelijkheid bestaat om het nat te monteren, bijvoorbeeld d.m.v. lassok op de leiding. Toepassing van nat montage heeft het voordeel dat er geen hoge kosten wordt meegebracht met de montage. De installatie hoeft niet te worden uitgeschakeld en de water hoeft niet uit de leidingen te worden gehaald. Dit zal aanzienlijke kostenbesparing opleveren, omdat niet alleen voor de initiële montage kosten wordt bespaard maar ook voor elke kalibratie of onderhoudsbeurt. Er zijn meerdere leveranciers die aan de eisen voor de temperatuuropnemer kan voldoen. Bijvoorbeeld Endress+Hauser, Siemens, ABB en Brinck. Deze leveranciers leveren producten met hoogwaardige kwaliteit en nauwkeurigheid. Voor de selectie van de temperatuuropnemer moet rekening gehouden worden dat de prijs gepaard is aan de nauwkeurigheid en kwaliteit van het product. De specificatie van een gepaarde temperatuuropnemer die aan de eisen voldoet is gegeven als voorbeeld. Merk: Endress+Hauser. Type: TST 90 (0,05K temp verschil) Gepaarde opnemers TST 90 (0,05K temp verschil) Temperatuur medium -50 tot 200 C. Lengte afgestemd op diameter buis. Nat gemonteerd d.m.v. lassok op leiding. 145mm 100mm Figuur 4 14 augustus 2014 Blz. 3
1.4 Selectie flowmeter Voor de selectie van de flowmeter dient eerst een selectie gemaakt te worden op de meetprincipe. Er zijn een aantal verschillende meetprincipes die algemeen wordt gebruikt voor flowmeters, zoals: Verschildrukmeting over een restrictie Coriolis massaflowmeter Elektromagnetische flowmeter Vortex flowmeter Ultrasoon flowmeter via Doppler Ultrasoon flowmeter via looptijdverschil Wij raden aan om een overweging te maken tussen de volgende twee meetprincipes voor de energiemetingen van de verschillende bouwdelen: elektromagnetisch of ultrasoon via looptijdverschil. De redenen waarom de andere meetprincipes worden afgeraden zijn de volgende: Verschildrukmeting over een restrictie: simpel, accuraat, goedkoop en globaal gestandaardiseerd, maar de relatief grote drukverlies bij toepassing is niet wenselijk. Veel toegepast in de industrie. Coriolis massaflowmeter: heel erg accuraat, maar heeft een significante hogere prijs dan de elektromagnetische en ultrasone flowmeter. Deze extra nauwkeurigheid weegt niet op tegen de prijs. De extra kosten kan beter besteed worden aan de temperatuuropnemers waar de nauwkeurigheid een veel grotere invloed heeft. Vortex flowmeter: heeft dezelfde voordelen als elektromagnetische flowmeter en ultrasone flowmeter, maar met het nadeel van een hogere prijs, drukverlies en een hogere dode zone voor lage flowsnelheden. Vortex flowmeters worden veel toegepast voor stoominstallaties. Ultrasoon flowmeter via Doppler: niet mogelijk omdat voor deze meetprincipe de flow dient te beschikken over deeltjes of bubbels. De flow in de gekoeldwater-net van Schiphol beschikt hier niet over. De ultrasone flowmeter via Doppler is geschikt voor bijvoorbeeld afvalwater, maar niet voor gedestilleerd water. 1.4.1 Elektromagnetische flowmeter en in-line ultrasone flowmeter Voor de ultrasone flowmeter via looptijdverschil kan onderscheid gemaakt worden tussen twee typen: inline (ingebouwd) en ingeklemd. De elektromagnetische flowmeter is altijd in-line. De in-line elektromagnetische flowmeter en in-line ultrasone flowmeter via looptijdverschil worden algemeen toegepast voor flowmetingen bij HVAC-installaties. Deze twee meetprincipes hebben allebei dezelfde voordelen: Nauwkeurig, ± 0,5% afwijking van de flowsnelheid Geen drukverlies Geen bewegende delen, slijtage Redelijk lage prijs in vergelijking met andere meetprincipes waar weinig/geen drukverlies plaatsvindt Makkelijke inspectie Gewoonlijk voorzien van een kalibratie certificaat Ten opzichte van de in-line ultrasone flowmeter heeft de elektromagnetische flowmeter in het algemeen het voordeel van een gunstiger inbouwlengte en het nadeel van een kleinere temperatuurbereik. Ook is voor de elektromagnetische flowmeter een geleidende flowmateriaal nodig. Voor het CV- en gekoeldwater installatie van Schiphol is dit het geval, waardoor de keuze van een elektromagnetische flowmeter mogelijk is. Een groot nadeel van de in-line ultrasone flowmeter en de elektromagnetische flowmeter is het inbouwen en onderhouden van de meters. Dit nadeel geldt eigenlijk ook van de andere meetprincipes waarbij de flowmeter in-line is geplaatst. Voor het inbouwen dient voor de huidig bestaande leidingen van het CVwater- en gekoeldwater-net gelast te worden. Daarvoor moet in de bestaande leidingen tussenflenzen gemonteerd te worden. Het gehele waternet dient drukloos te worden gemaakt en te worden afgetapt.. Ook voor het onderhoud of kalibratie dient de flowmeter verwijderd te worden, waarbij een stuk van het waternet dient te worden leeggemaakt. Als afweging zal voor onderhoud aan deze zijde een afsluiter gemonteerd kunnen worden. Voor deze meetprincipes geldt ook dat bij installatie en onderhoud, de CV- /koelinstallatie niet beschikbaar is voor de bouwdeel. Het is daarom ook aan te raden in het geval van het toepassen van dit meetprincipe een bypass te maken om dit te voorkomen in het geval van onderhoud, kalibratie of vervanging. 14 augustus 2014 Blz. 4
Dit brengt natuurlijk extra kosten mee. Er dient ook rekening gehouden te worden dat er niet alleen enkele bouwdelen aanwezig zijn waarvoor energiemetingen verricht dient te worden. Een afweging hierbij is of kortstondig afsluiten de bedrijfsvoering wel of niet verstoord. Figuur 5 1.4.2 Ingeklemde ultrasone flowmeter via looptijdverschil Een oplossing voor het bovengenoemde nadeel is het toepassen van een ingeklemde ultrasone flowmeter via looptijdverschil. Deze kunnen om de bestaande leiding worden gemonteerd. Hierbij is de installatie heel makkelijk, alsook de inspectie en onderhoud. Het bestaande CV-/koelinstallatie hoeft niet uit bedrijf te zijn voor zowel de installatie, inspectie, onderhoud of kalibratie. Het is ook mogelijk om continue resultaten te ontvangen door een tijdelijke meter toe te passen bij reparatie of kalibratie. Met montage en onderhoudskosten kan met deze ingeklemde ultrasone flowmeter dus veel kosten bespaard worden. Hoewel, de ingeklemde ultrasone meter is niet zonder nadelen. Deze zijn hier opgesomd: Minder accuraat, ± 2% afwijking van de flowsnelheid. Een hogere prijs dan de in-line elektromagnetische flowmeter en in-line ultrasone flowmeter via looptijdverschil. Er kan een hogere prijs verwacht worden van 1,5X-2X. Nog niet veel toegepast voor continue metingen bij HVAC-installaties. Het is nog up-and-coming. De toepassing ervan neemt toe. Gewoonlijk geen kalibratie certificaten voor onze toepassing. Hoewel, leverancier hebben vaak testcertificaten. Nauwkeurigheid van meting afhankelijk van materiaal en wanddikte van de leiding. Hoewel, voor de huidige situatie zal dit weinig effect hebben vanwege de kleine wanddikte en de metaalmateriaal van de wand. Figuur 6 14 augustus 2014 Blz. 5
1.4.3 Conclusie Wij raden aan om een afweging te maken tussen de in-line elektromagnetische flowmeter en de ingeklemde ultrasone flowmeter. Deze afweging is vooral tussen de nauwkeurigheid en lagere flowmeter prijs van de elektromagnetische flowmeter en de gemakkelijkheid en kostenbesparing bij montage van de ingeklemde ultrasone flowmeter via looptijdverschil. Voor grote vermogens (processen) en leidingdiameters is de toepassing van de elektromagnetische flowmeter aan te bevelen. De nauwkeurigheid is hierbij meer van belang. Voor toepassing van eindgebruikers en bestaande aansluiting cv- en gekoeldwater-net, met overwegend kleine leiding diameters, is de ingeklemde ultrasone flowmeter via looptijdverschil aan te bevelen. Voor de selectie van de flowmeter dient goed rekening gehouden te worden met de maat van de leidingen, de temperatuurtrajecten van de flow, en het debietbereik van de flow. Voor elke meetprincipe zijn er wel flowmeters te vinden die hieraan kunnen voldoen. Leveranciers met een breed aanbod van flowmeters met hoogwaardige kwaliteit zijn bijvoorbeeld Endress+Hauser, Siemens, ABB en Brinck. Voor de selectie moet rekening gehouden worden dat de prijs gepaard is aan de nauwkeurigheid en kwaliteit van het product. 1.5 Selectie rekeneenheid Voor de calculatie van het vermogen zijn twee oplossingen mogelijk. 1. De calculatie vindt plaats in het GBS DDC onderstation of een te plaatsen onderstation waarop tevens de metingen van de E-installatie wordt geregistreerd. 2. Er wordt een module in de flowmeter geplaatst waarin de calculatie plaats vindt, d.m.v. een data verbinding wordt de waarde uitgelezen. De data verbindingen zijn bekende protocollen als Bac-net, MOD bus, M-bus etc. Het uitlezen d.m.v. een puls telling is gezien de onnauwkeurigheid niet van toepassing. Specificaties: Merk: Endress+Hauser. Type: RMS 621. Uitgang: Databus: mod- bus. selecteren na overleg met leverancier GBS- systeem. Figuur 7 14 augustus 2014 Blz. 6
1.6 Montage We adviseren voor de montage gebruik te maken van passtukken. Dit advies geldt helemaal in het geval van het toepassen van de in-line elektromagnetische flowmeter. Dit zal aanzienlijke kostenbesparing leveren. Deze passtukken dienen gemakkelijk te kunnen worden geïnstalleerd aan de bestaande leidingen en zijn halffabricaten waarop de nieuwe installatie (flowmeter, temperatuuropnemer, etc.) al voor geïnstalleerd is. Bij alle distributie eindpunten (verbinding met de bouwdeel/gebruiker) wordt een passtuk geïnstalleerd welke een stuk van de leiding vervangt. Deze is geïllustreerd in figuur 8. Figuur 8 Regelpaneel montage in plafond in transparante kast. 14 augustus 2014 Blz. 7
1.7 Kostenraming Elektromagnetische flowmeter Ultrasone flowmeter Eén paar temperatuuropnem er Endress+Hauser Siemens ABB Brinck 2800,- 2000,- 1100,- 1547,- Endress+Hauser Siemens ABB Brinck 3000,- 5563,- (inclusief één paar temperatuuropnemer en rekeneenheid) --- --- Endress+Hauser Siemens ABB Brinck 350,- - 1000,- (geen gepaarde temperatuuropnemer) 182,- (geen gepaarde temperatuuropnemer) Endress+Hauser Siemens ABB Brinck Rekeneenheid 730,- ( 270,- voor iedere extra module, max 2, voor additionele aansluitingen) 800,- (inclusief één paar temperatuuropnemer) Materiaal 700,00 Onderstation (DDC) 500,00 inclusief software Montage, testen en 700,00 koppeling GBS 1000,- 459,- 14 augustus 2014 Blz. 8