22. mar 2021 Nyt fra Grøn Energi

Hyppige temperaturmålinger hos kunden kan give værdifuld viden

Aflæser man temperaturen med få sekunders interval, er der megen nyttig viden at hente, både om installationen, stikledningen og distributionsnettet. Det viser målinger i Vejle og hos tre medarbejdere i Grøn Energi.

Det er en god idé at bruge tid og penge på at kortlægge og forstå ledningsnettet og kundens installationer. Vi mener, at investeringen i at måle hurtigere ude ved kunden hurtigt kan blive tjent hjem. Men før vi kaster os ud i teknologien og kurverne, så lad os starte ved begyndelsen.

I dag slipper mange fjernvarmeværker styringen ved stikledningens begyndelse, genoptager den midlertidigt ved måleren og slipper den så igen i kundens installationer. Når man skal forstå systemet og optimere på det, er der et komplekst samspil mellem fjernvarmeværket, kunden og måske en vvs-installatør eller en husbygger. Hver kan have deres interesser, og heldigvis er disse sammenfaldende i de fleste tilfælde.

Fjernvarmeværket, eller fjernvarmefællesskabet, vil gerne honorere de kunder, der kan dokumentere, at de sparer fællesskabet for udgifter. Vvs- installatøren vil gerne kunne sælge systemoptimeringsydelser, og husbyggeren vil gerne så nemt som muligt kunne aflevere en god fjernvarmeinstallation.

I dag foregår det samspil typisk ud fra time- eller døgnbaserede gennemsnitsmålinger. Men hvad sker der i timen/døgnet, og kan der skabes værdi med den viden i det ovenstående samspil? Det var tanken bag vores lille eksperiment med at måle hyppigere. Da man hurtigt og billigt kan opbygge et mobilt målesystem, valgte vi at begynde der.

Et billigt og sikkert målesystem
Får man tilkendegivelser fra husejerne om, at data må bruges frit, og accepterer man, at det ikke skal være 100 procent driftssikkert og superpræcist , så fjerner man en del udfordringer.

I vores forsøg valgte vi at måle på temperaturen ud fra varmeværket i Vejle og ved Grøn Energis Christian, der er kunde hos  fjernvarmeværket. Derudover målte vi i to installationer ved Nina (kunde hos TREFOR Varme) og Alexander (kunde hos Fjernvarme Fyn).

Ved fjernvarmeværket i Vejle satte medarbejderne en temperaturføler uden på røret og satte stikket i en medsendt mobilrouter. På den måde udgjorde vi ikke nogen sikkerhedsrisiko for det interne net, da der ikke skulle pilles i scada/sro-systemet eller etableres et større dataudvekslingsprogram. Og medarbejderne i Vejle Fjernvarme kunne selv pakke det tilsendte ud og sætte det op.

Ved Christian opsatte vi dels temperaturfølere på rørene i hans fjernvarmeunit dels en lille minicomputer, der via et usb-øje kunne aflæse Kamstrup MULTICAL 602 uden at ”pille ved noget”. Vi satte systemet til at måle hvert 5 sekund.

Fra MULTICAL 602 aflæste vi her og nu temperaturer og flow. Ved Nina og Alexander opsatte vi temperaturmålere. Priserne har vi listet i nedenstående tabel. Alt software er åbent og gratis, dog gemmes data på servere i skyen, som vi betaler på månedsabonnement.

Temperatur sensor

30 kr./stk.

Mini wifi-forbindelse til sensorerne

40 kr./sted

Kamstrup øjet

2000 kr.

Minicomputer til øjet

300 kr.

Skyløsning

35 kr./måned

Mobil bredbånd

200 kr./måned

 

Softwaremæssigt brugte vi en udbredt IoT-stack. Søg på google efter DS18B20, Node MCU, Tasmota, MQTT, Node Red, MySQL og Digital Ocean, så kommer du godt rundt i teknologierne. Men tilbage til sporet; det var billigt og har kørt et par måneder nu med 5 sekunders værdier uden de store drillerier.

Hvad viser data umiddelbart?
Umiddelbart kan vi måle afkøling i distributionsnettet, transporttid frem til måleren, stikledningstab og store variationer i installationen hen over timen, dagen og ugen. Det med de store variationer i installationen kommer vi lige tilbage til. Lad os her starte med de tre første påstande, og hvordan vi kom frem til det.

Når temperaturen spiller en lille melodi
Følgende er kendt og publiceret viden, men måske ikke alment kendt. Når vandet forlader værket, har det små variationer i temperaturen, som danner et unikt mønster. Scada-systemet står og styrer efter eksempelvis 82 grader, og i den styring opstår der små variationer +/- 1 grad. Måler man med en 1/8 del grads opløsning og 10 sekunders værdier, kan man tydeligt se mønsteret.

Man kan genkende dette unikke mønster, når de ankommer til installationen flere kilometer og timer senere. De små variationer er intakte; vandet er selvfølgelig lidt koldere, men mønstret kan genfindes. Man kan altså kontinuert måle, hvor lang tid vandet er om at nå frem til installationen, og hvor mange grader det er afkølet. 

 

Figur 1 viser temperaturvariationer ved værket og ved installationen.

Den røde linje i figuren er temperaturprofilen, når vandet forlader værket. Den gule linje er observationerne ved installationen. I figuren kan du se variationen i afsendelsen og det samme mønster i modtagelsen.

Man kan også se påvirkning af flowet i stikledningen (den grønne), større flow giver mindre afkøling og kortere transporttid og vice-versa. Det giver lidt dyk i temperaturniveauet ved installationen (den gule), dog er mikro-variationerne intakte.

Ved at sammenligne situationer, hvor flowet i stikledningen skifter mellem lav og høj, kan man regne baglæns og finde dels tabet i stikledningen og et estimat på temperaturen ved stikledningens start. Det viser Figur 2.

Figur 2 viser temperaturen udsendt fra fjernvarmeværket og estimeret temperatur ved stikledningens begyndelse.

Så temperaturmålingerne i sig selv giver transporttid og afkøling frem til installationen, og hvis man yderligere bruger flowmålingerne fra installationen, kan man regne baglæns og estimere stikledningstab og temperatur i forsyningsnettet umiddelbart ved stikledningens begyndelse.

Variationerne i installationerne
For de tre installationer fandt vi, at ejerne, trods deres tætte tilknytning til fjernvarme, havde overraskelser gemt.

Alexander har eksempelvis kunnet se, at en nyindkøbt radiator klart var for lille, dimensioneringen var foretaget af tre vvs-installatører uafhængigt.

Christian har set store variationer i sit system, når han har ændret på styring af brugsvand. Han kunne reelt nøjes med måske 120 l/h, men systemet trak alligevel 500 l/h i peaks. Desuden har Christian kunnet konstatere, at hans retur generelt er høj, når det er koldt, pga. et par radiatorer der er for små.

Nina observerede temperaturer som pendulerede op og ned i perioder, som vi stadig ikke har fundet en forklaring på.

Vores konklusion er, at det er svært at overskue, hvad der sker i installationen, herunder om den er optimalt indstillet. De troede alle, de havde ret godt styr på deres installationer. Dette på trods af online-værdier, der kunne sammenholdes med adfærd såsom optænding i pejs, tomt hus i weekenden mm.

De store variationer har givet stof til eftertanke i forhold til opgaven med at indkøre eller optimere på et anlæg. Det virker umuligt at gøre det alene ved at kigge på her- og nu-værdier på de mekaniske temperaturfølere på installationen og endnu mere umuligt at dokumentere en eventuel forbedring.

Fortsættelse følger – kom og vær med
Det næste trin tænker vi kunne være at prøve at finde svar på værdiskabelsen med målingerne. Hvad kan vi opnå, hvis vi nemt og billigt med mobilt grej kan opnå præcise bestemmelser af nettet og installationen? Vi vil arbejde videre med at prøve at finde konkrete svar på, hvad en dårligt indstillet fjernvarmeunit koster fællesskabet/kunden. Det vil bidrage til  en bedre forståelse af nettet og derved give et bedre investerings- og driftsbeslutningsgrundlag.

Arbejdet er støttet af forskningsprojektet Cities og Vejle Fjernvarme, der venligt lagde net til.

Denne artikel er også bragt i Fjernvarmen fra marts 2021.