Bygninger står for rundt 40 prosent av det totale energiforbruket i Europa, og utgjør en betydelig ressurs når det gjelder å ta i bruk energifleksibilitet i bygg. Med energifleksibilitet mener vi muligheten for lastforskyving utover dagen.
Energifleksibilitet i bygg kan bidra til å opprettholde stabiliteten i elektrisitetsnettet, som i fremtiden vil bestå av flere fornybare energikilder som produserer strøm med ujevne mellomrom.
– De potensielle fordelene for termiske nett med hensyn til energifleksibilitet er i tillegg muligheten til å bruke overskuddsvarme og økt sikkerhet for å kunne levere varme til forbrukerne i enden av (fjern-)varmenettet i perioder med høy etterspørsel, forklarer SINTEF-forsker John Clauß.
Forskere ved SINTEF og NTNU har nå undersøkt potensialet for forenklede styringsalgoritmer for å kunne benytte seg av bygningers energifleksibilitet, med fokus på forskyvning av romoppvarmingen i et skolebygg.
Studien ble gjennomført i passivhusskolen Ydalir i Elverum kommune, som er et av pilotområdene til Forskningssenter for nullutslippsområder i smarte byer (FME ZEN). Skolen er utstyrt med et vannbårent oppvarmingssystem tilknyttet fjernvarme.
Vellykket forskyvning av energibruk til lavtrafikktider
Forskerne gjennomførte en tidsplanbasert kontrollstrategi for å forvarme rommene om morgenen (før kl. 7) til ca. 23 grader i stedet for 21 grader, og resultatene viste en betydelig lastforskyvning til periodene utenfor typiske spisslast-timer (kl. 07:00 til 09:00).
Spesielt ble energibruken i typiske spisslast-timer redusert, uten en betydelig økning i den daglige energibruken.
– Dette viser at en relativt enkel kontrollstrategi kan bidra til å utnytte bygningens energifleksibilitet, sier professor Laurent Georges ved NTNU.
En viktig del av studien var å evaluere hvordan endringer i bygningsdriften påvirket elevenes oppfatning av termisk komfort. En enkel undersøkelse blant elevene viste ingen signifikante forskjeller i oppfatningen av termisk komfort mellom periodene med vanlig drift og periodene med tiltak.
Praktiske utfordringer
Tross at temperaturstyringen var tidsplanbasert og dermed forholdsvis enkel sammenlignet med avanserte metoder som bruker numeriske optimeringer for å bestemme det «riktige» settpunktet til enhver tid, møtte forskerne flere praktiske utfordringer ved denne tilnærmingen.
– Ufullstendige eller utdaterte beskrivelser av de tekniske systemene var en betydelig utfordring. Dette skapte usikkerhet og hindret utnyttelsen av lastforskyvningspotensialet, forteller Clauß.
I tillegg utgjorde fraværet av muligheten for automatiserte endringer i settpunktinnstillingene i SD-anlegget en utfordring for bygningsledere. Dette gjør det i utgangspunktet upraktisk å innføre energifleksibilitetstiltak, som for eksempel forvarming.
Kan spille en stor rolle
Studien tyder på at fleksibilitet på forbrukersiden kan spille en stor rolle i den pågående energiomstillingen. Forenklede kontrollstrategier, som er mindre dataavhengige enn avanserte metoder (f.eks. modell-prediktiv kontroll), kan fremskynde utbredelsen av energifleksibilitet i praksis.
En enkel tidsplanbasert kontrollstrategi kan altså effektivt utnytte bygningers iboende fleksibilitet når det gjelder romoppvarming, uten at det går ut over energieffektivitet eller termisk komfort.
– Disse funnene bidrar til å bygge bro mellom teori og praktiske løsninger, og fremmer dermed energifleksibel drift av virkelige bygninger. Ved å forstå og overvinne de praktiske utfordringene, kan vi ta viktige skritt mot en mer bærekraftig energifremtid, sier SINTEF-forsker Johannes Brozovsky.
Veien videre
For fremtiden anbefaler forskerne at energifleksibel bygningsdrift vurderes allerede i anbudsfasen av byggeprosjekter, slik at systemene for bygningsstyring kan oppfylle de tekniske kravene fra starten av.
– Videre forskning bør sette søkelys på romspesifikk termisk atferdsanalyse for å bedre forstå og forutsi temperaturvariasjoner, samt integrere ventilasjons- og varmesystemer med koordinerte styringsalgoritmer for optimal utnyttelse av bygningers energifleksibilitet, sier John Clauß.
