Digitalisering af forbrugssiden giver nye muligheder

Af Michele Tunzi, ass. professor DTU og Svend Svendsen, professor emeritus

DIGITALISERING I EU’s energiplan, ”Green Deal”, fastlægges den nye strategi for omstillingen til et bæredygtigt europæisk energisystem. De ambitiøse mål sigter mod at opnå et CO2-neutralt samfund inden 2050 ved at integrere vedvarende energikilder med energieffektivitet og andre bæredygtige løsninger.

I den sammenhæng er fjernvarme på grund af sin høje fleksibilitet til at integrere flere energikilder og genvinde lokalt tilgængelig overskudsvarme blevet anerkendt som en nøgleteknologi til at styrke den grønne omstilling og sikre forsyningssikkerheden til slutbrugerne.

Den nuværende fjernvarmeteknologiske udfordring er at udvikle nye løsninger til skiftet til lavtemperaturfjernvarme. Kerneideen er at sikre den forventede komfort og hygiejne for rumopvarmnings- og varmtvandsanlæg i bygninger med lave gennemsnitlige frem- og returtemperaturer på henholdsvis 55 °C og 25 °C i nettene. Reduktion af driftstemperaturerne i netværk kan sikre udfasning af fossilt brændstofbaseret varmeproduktion, minimere varmetab i distributionsnettene og reducere energiforbruget og de samlede omkostninger ved opvarmning.

Under forudsætning af et fremtidigt europæisk fjernvarmesalg på 950 TWh og en temperaturreduktion på 30 °C er det blevet anslået, at lavtemperaturfjernvarme vil give en potentiel årlig omkostningsreduktion på 14 milliarder euro.

Fjernvarmeoperatørerne kan kontrollere forsyningstemperaturerne og trykket i netværkene i henhold til sæsonvariationen af varmebehovet. I modsætning hertil afhænger fjernvarmereturtemperaturen udelukkende af varmesystemernes drift. Undersøgelser har vist, at eksisterende bygninger kan opvarmes komfortabelt med forsyningstemperaturer under 55 °C i det meste af fyringssæsonen, men dette udnyttes sjældent. Faktisk begrænser den ineffektive styring af rumopvarmnings- og varmtvandsanlæg lavtemperaturoperationen, især for store eksisterende bygninger i flere etager.

Et andet almindeligt problem er relateret til den uensartede varmefordeling mellem forskellige lejligheder, der fører til, at hele bygningen drives med unødvendig høj fremløbstemperatur. Derfor ses driften af bygningernes varmeanlæg som nøglen til den grønne omstilling af fjernvarmeområdet.

Betydningen af digitalisering af forbrugssiden

Det nye EU-direktiv (EED 2012/2018) forpligter medlemsstaterne til at have alle energimålere, herunder varmefordelingsmålere på radiatorerne i bygninger i flere etager med centralvarme, fjernaflæselige senest den 1. januar 2027.

Mens den primære hensigt med politikken er at sikre faktureringsgennemsigtighed for slutbrugerne, åbner digitaliseringen af forbrugssiden nye muligheder for at overvåge varmesystemerne, forbedre driften og sikre den forventede komfort i eksisterende bygninger med lavere temperaturer.

En innovativ integration af data fra varmefordelingsmålere (monteret på hver radiator), fjernvarmemålere og temperatursensorer blev udviklet til at estimere den minimale fremløbstemperatur, der er nødvendig for at sikre indendørs komfort, baseret på lejligheden med det største varmebehov i bygninger i flere etager.

I samarbejde med industrielle partnere, Viborg Varme og BoligViborg blev en strategi for gradvist at reducere fremløbstemperaturen i eksisterende flerfamiliehuse undersøgt.

Erfaring fra forsøget i Viborg

Forsøget blev udført i fem eksisterende flerfamiliehuse med fjernvarme. Ingen af dem havde gennemgået en gennemgribende energirenovering, og de repræsenterer dermed mange almindelige danske beboelsesejendomme.

Resultaterne dokumenterede, at det var muligt at sikre varmekomforten i alle lejlighederne med forsyningstemperaturer under 55 °C ved udetemperaturer over 0 °C.

Dette var i overensstemmelse med de generelle krav til lavtemperaturfjernvarme, som illustreret i figur 1. Den nye minimumstemperaturkurve for rumvarmesystemet, der præsenteres i figuren, blev estimeret for lejligheden med det højeste varmebehov i hver af bygningerne. Dette var under den tilsvarende fremløbstemperaturkurve for fjernvarme, hvilket fremhæver, at lavtemperaturopvarmning kan introduceres i typiske boligejendomme ved blot at justere indstillingerne af de centrale vejrkompensationsregulatorer.

Figuren viser også den reelle energifordeling for 2021 i henhold til de forskellige udetemperaturer. Mere end 70 % af det samlede varmeforbrug blev anvendt ved udetemperaturer over 0 °C. Dette tyder på, at fjernvarmenettene i den væsentligste del af fyringssæsonen kan betjenes med en fremløbstemperatur på 55 °C. Desuden blev udetemperaturer under -9 °C ikke registreret i 2021, hvilket viser, at designforholdene sjældent forekommer i aktuel drift, og at varmesystemerne generelt er overdimensionerede og derfor egnede til drift med lavere temperaturer.

Forsøgsresultaterne i en af bygningerne dokumenterede en god overensstemmelse mellem varmesystemets målte daglige frem- og returtemperaturer og den innovative kontrolkurve beregnet ved hjælp af data fra varmefordelingsmålere og centrale fjernvarmeenergimålere, som præsenteret i figur 2. Derfor kan bygninger opvarmes komfortabelt med lave driftstemperaturer selv uden dyb energirenovering, og i testperioden var fremløbstemperaturen aldrig over 50 °C.

Endelig vil muligheden for at minimere driftstemperaturerne inde i bygninger blive afspejlet i overensstemmelse hermed i netværket. Dette er afgørende for systemets samlede økonomi. Faktisk er Viborg Varme i gang med at flytte varmeproduktionen fra naturgas til bæredygtige alternativer. Investeringer i store varmepumper er første skridt i omstillingsplanen, og lavere forsyningstemperaturer vil reducere varmeproduktionsomkostningerne på grund af lavere elforbrug. Dette vil også gavne slutbrugerne i form af lavere varmeregninger.

Anerkendelse

Forfatterne ønsker at takke Viborg Varme og BoligViborg samt industripartnerne Brunata A/S og Grundfos A/S for samarbejdeet, samt Energistyrelsen og EUDP-programmet for finansiering af undersøgelsen.

Om forfatterne

Michele Tunzi er associate professor i DTU’s Anlægs- og Mekanisk Teknologi-afdeling. Hans primære forskningsinteresser er 4.-generations fjernvarme og -køling, HVAC-systemer, og hvordan digitalisering kan hjælpe med at udvikle innovative løsninger til at opretholde den grønne omstilling. Han har også arbejdet med at koordinere nationale og internationale projekter med bl.a. Det Internationale Energiagentur (IEA).

Svend Svendsen er nyligt pensioneret professor emeritus. Han besidder en omfattende ekspertise inden for lavtemperaturfjernvarme, metoder til integreret design af lavenergibygninger og planlægning af lokale byområder. Gennem sin karriere har han været medlem af flere internationale videnskabelige komiteer og har deltaget og ledet nationale og internationale projekter, herunder adskillige IEA-projekter.