Kan ein forenkla modell for energisimulering gi god nøyaktighet i symjehaller? Det har NTNU SIAT prøvd å finne ut av gjennom ein samanliknande studie mellom ein detaljert og ein forenkla energimodell.
Doktorgraden til Ole Øiene Smedegård ved NTNU SIAT handla om å gjere teknologi tilgjengeleg gjennom kunnskap, for å optimalisere symjehallar. Dette gjaldt både driftsoptimalisering, som omtalt i artikkelen om energioppfølging av symjehallar, og optimalisering av planleggingsfasen gjennom energisimulering. Denne artikkelen handlar om sistnemnte.
Energisimulering i symjehallar - kan ein forenkla modell gi god nøyaktighet?
Barrieren for utbredd bruk av energisimulering i dag er modelleringstid og kunnskap. Studien viser at ein ved omfattande forenkling av modell likevel oppnår god nøyaktigheit ved simulering av energi og inneklima for symjehall og at dette gir eit veldig godt grunnlag for design av symjehallen. Til samanlikning vert det i dag ofte nytta lite fleksible metodar som tommelfingerreglar og samansette enkle berekningar ved design av symjehallar. Desse er både lite treffsikre og lite egna for analytisk tilnærming ved for eksempel design ev energisystemet.
Bygningssimulering er eit kraftfullt verktøy som i dag vert nytta både i forsking og i prosjekteringa av bygg, inklusiv design av VVS-anlegg. For symjehallar er dette eit utbreidd verktøy som vert nytta i mange studiar. Ei av utfordringane ved å nytte bygningssimulering i symjehallar er den høge kompleksiteten denne bygningstypen medfører. Dette inkluderer både interaksjonen mellom dei ulike anleggsdelane, dei ulike fysiske prosessane som tek plass i denne bygningstypen og det avanserte reguleringsystemet i ventilasjonsaggregatet, som representera hjartet i det tekniske anlegget.
Detaljert modell
Studien er bygd opp som ein samanliknande studie, der resultata frå to ulike energimodellar er analysert. Den detaljerte modellen representerer ein digital kopi at eit eksisterande ventilasjonsaggregat for symjehall, der blant anna reguleringssystemet er modellert i full utstrekning. Dette inkluderer alle ulike modus, regulatorar, regulatormodus, driftsområder etc. Figur 1 syner den overordna strukturen for reguleringssystemet i eit typisk ventilasjonsaggregat for svømmehall. Symjehallen ved Fyret på Jøa er nytta som case, og all tilgjengeleg FDV-dokumentasjon er nytta som underlag i modelleringsprosessen der energisimulerings-programmet IDA ICE vart nytta. I studien var denne modellen validert mot reelle driftsdata. Figur 2 syner det gode samsvaret mellom driftsdata og simuleringsdata.
Figur 1 viser overordna struktur for reguleringssystemet i ventilasjonsaggregatet. Reguleringssystemet er delt opp i tre nivå der regulatorane (nivå A) måler avviket mellom ønska verdi og målt verdi (f.eks temperatur eller fuktigheit) og gir signal til algoritmane (nivå B) som avgjør kva prosess aktuatorane (nivå C) skal iverksetje. Aktuatorar kan for eksempel vere spjeldmotor, motorventilar, kompressor, vifte etc.
Forenkla modell
Den forenkla modellen vart modellert i programmet Matlab, der forenklingane var fokusert rundt:
- «Stand-alone» modell. Der den detaljerte modellen interagerte med heile symjehallen fekk den forenkla modellen sentrale behov som romvarme og avfuktningsbehov som modellinput. Dette medfører at det ikkje er gjensidig påverknad i modellen og at desse behova må bereknast først.
- Ideell regulering. Reguleringssystemet består ikkje av regulatorar og komponentar. Reguleringssystemet er eigentleg eit styringssystem, der dei ulike komponentane vert styrt etter dei forhandskalkulerte behova. Dette medfører at det ikkje blir reguleringsavvik og svinganingar i systemet, samt at potensielle problem som for eksempel at regulatorar går i metning unngås.
- Forenkla formelverk. Formelverket i modellen er forenkla til kjente relasjonar. Dette gjeld spesielt for berekningsmodellane til varmepumpa og til platevarmevekslaren. Ved å forenkle formelverket blir modellen meir robust, enklare å modellere samt at evt. feilsøking blir betydelig enklare.
Samanlikning av dei to modellane
Samla sett så medførte desse forenklingane berre eit avvik på 5% for luftmengdeberekningane, for alle dei 4 scenarioa (ulike deler av sesongen) som var undersøkt. Også sett opp mot lufttilstanden var det maksimale differansen i luftas entalpi gjennom aggregatet på 5 kJ/kg, noko som er akseptabelt, sett opp mot den totale usikkerheita som denne designfasen medfører.
Ønsker du å vite mer?
- NTNU SIAT har tidligere avholdt webinar om energisimulering i svømmehaller. Webinaret er tilgjengelig i opptak her: Webinar: SIAT-webinar om energieffektive svømmehaller
- Vi har tidligere publisert to PhD-avhandlinger om temaet: Optimalisering av energi- og inneklimasystemer i svømmeanlegg (2023) og Energieffektivisering i svømmehaller (2015)
- Ta kontakt med NTNU SIAT for mer informasjon.
